GLIKOLISIS SEBAGAI METABOLISME KARBOHIDRAT
UNTUK MENGHASILKAN ENERGI
Dr. MUTIARA INDAH SARI
NIP: 132 296 973
DAFTAR ISI
I. PENDAHULUAN...1
II. KATABOLISME KARBOHIDRAT DALAM SALURAN
PENCERNAAN.………...1 III. GLIKOLISIS SEBAGAI JALUR PEMBENTUKAN ENERGI ………...2
IV. SIKLUS ASAM SITRAT SEBAGAI SIKLUS AKHIR DALAM PROSES
PEMBENTUKAN ENERGI PADA GLIKOLISIS...……...…..9
V. RANGKUMAN………..……….. ………...10
I. PENDAHULUAN
Hampir seluruh sel-sel jaringan tubuh perlu dan dapat menggunakan karbohidrat khususnya glukosa sebagai sumber energi untuk mempertahankan kelangsungan
hidup. Kebutuhan tersebut pada beberapa jaringan, misalnya otak, sangat besar, sementara pada sel eritrosit kebutuhan ini bersifat hampir total. Glukosa di dalam darah
yang di kenal dengan istilah KGD di pakai sebagai parameter bagi keberhasilan metabolisme karbohidrat di dalam tubuh.
Proses metabolisme karbohidrat yang dapat menghasilkan energi adalah proses
Glikolisis. Pada proses ini glukosa akan dipecah menjadi Asam Piruvat ataupun Asam Laktat sehinnga menghasilkan sejumlah energi dalam bentuk ATP
Selain itu beberapa proses metabolisme pada karbohidrat yang juga dapat bertujuan akhir untuk menghasilkan energy adalah proses Glikogenesis, Glikogenolisis dan Glukoneogenesis
II. KATABOLISME KARBOHIDRAT DALAM SALURAN PENCERNAAN.
Proses pemecahan karbohidrat untuk menghasilkan energi berlangsung di dalam
sitoplasma sel-sel tubuh. Untuk dapat mencapai sel-sel tubuh, karbohidrat dari makanan harus terlebih dahulu mengalami proses pencernaan dan absorbs sehingga
Karbohidrat dalam diet umumnya terdapat dalam bentuk zat pati, laktosa,
sukrosa dan selulosa. Di rongga mulut, enzim α amilase saliva bekerja pada zat pati
secara acak menghasilkan maltosa, beberapa glukosa, unit-unit moekul pati yang kecil /
dekstrin. Memasuki lambung, karena tingkat keasaman yang tinggi ( HCl) kerja α
amilase terhenti. Di usus halus, pH makanan menjadi alkali oleh sekresi dari saluran
pankreasPencernaan dekstrin pati dilanjutkan oleh kerja enzim α amilase pankreas
yang sama dengan enzim dari saliva. Bila kerja α amilase menghidrolisis zat pati
sempurna, lumen usus halus akan mengandung glukosa, maltosa, isomaltosa, serta laktosa dan sukrosa dari diet. Selulosa yang dimakan adalah polisakarida yang pada
manusia tidak ada enzim yang menghidrolisisnya dengan demikian tidak dicerna.
Selanjutnya disakarida tadi ( maltosa, isomaltosa, laktosa ) dihidrolisis pada brush
border yang terdapat pada mukosa usus halusHidrolisis ini oleh kerja enzim disakaridase spesifik menghasilkan monosakarida.Monosakarida yang dihasilkan (glukosa, fruktosa, galaktosa) bersama glukosa dari lumen akan masuk ke sistem portal
lalu ditransport ke hepar. Di hepar senyawa-senyawa ini diinterkonversi menjadi glukosa. Glukosa ini diangkut oleh peredaran darah dan didistribusikan ke sel-sel
jaringan tubuh yang memerlukan. Glukosa yang berada di darah lazim disebut sebagai kadar glukosa darah (KGD)
dipergunakan sebagai parameter keberhasilan metabolisme di dalam tubuh.
Glukosa dari hasil proses pencernaan dan absorbsi sepanjang saluran cerna dari sirkulasi darah akan masuk ke dalam sel dan dipecah di dalam sel untuk menghasilkan
energi dalam proses glikolisis. Proses ini berlangsung di sitoplasma dari sel karena semu enzim-enzim lintasan ini ditemukan di sitoplasma.
Pada proses glikolisis, glukosa akan mengalami oksidasi yang di couple dengan
fosforilasi menjadi energi dalam bentuk ATP baik dalam lingkungan aerob maupun anaerob.Dalam keadaan aerob, glukosa dioksidasi menjadi piruvat di mana piruvat ini
dapat berpindah dari sitoplasma ke mitokhondria dan disini dioksidasi menjadi Asetil Ko A yang kemudian dapat dioksidasi dan difosforilasi melalui siklus kreb yang berdampingan dengan rantai pernapasan. Dalam keadaan aerob ini, O2 dipergunakan
untuk mereoksidasi NADH yang terbentuk selama oksidasi Gliseraldehide 3 Fosfat Proses gikolisis dalam keadaan anaerob terjadi pada sel yang tidak mengandung mitokhondria misalnya sel eritrosit atau jaringan yang dalam keadaan anoksia. Asam
laktat sebagai produk akhir dalam glikolisis anaerob ini. Penumpukan asam laktat pada sel otot dapat menyebabkan kekebasan otot.Asam laktat tersebut biasanya (walau
lambat) dapat dikeluarkan dari sel, mengikuti peredaran darah membentuk glukosa melalui
glukoneogenesis di hepar atau di ginjal
Glukosa memasuki lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa 6 fosfat
(senyawa yang merupakan titik temu antar lintasan metabolik seperti glikolisis, glukoneogenesis, lintasan pentosa fosfat, glikogenesis dan glikogenesis).
Pengambilan glukosa darah untuk fosforilasi ini untuk semua sel kecuali sel parenkim
hati dan β Langerhans Pankreas dikatalisis oleh enzim Heksokinase. Di sel sel
parenkim hati dan β Langerhans Pankreas ini fosforilasi glukosa dikatalisis oleh enzim
Glukokinase yang aktifitasnya dalam hati dapat dipicu dan dipengaruhi oleh perubahan
status gizi. Perbedaan antara kedua enxim tersebut adalah: 1. HEKSOKINASE
- Terdapat pada semua sel ekstrahepatik
- Memiliki afinitas yang tinggi terhadap glukosa (Km rendah) - Berfungsi menjamin pasokan glukosa bagi jaringan dengan konsentrasi glukosa
yang rendah (0,1 mmol/L=2mg%), melalui fosforilasi semua glukosa yang masuk
ke dalam sel. - Dihambat secara allosterik oleh produk reaksinya yaitu Glukosa 6 P
2. GLUKOKINASE
- Terdapat pada sel parenkim hati dan β pankreas .
- Bekerja optimal pada konsentrasi glukosa darah diatas 10 mmol /L
- Berperan dalam pengaturan glukosa darah setelah makan - Memiliki Km yang tinggi terhadap glukosa. - Tidak dihambat oleh produk reaksinya.
Langkah berikutnya pada glikolisis adalah isomerisasi glukosa 6 fosfat menjadi
fruktosa 6 fosfat.Isomerisasi glukosa 6 fosfat menjadi fruktosa 6 fosfat adalah konversi aldosa menjadi ketosa. Reaksi ini dikatalisi enzim fosfoheksosa isomerase. Kemudian
fruktosa 6 fosfat difosforilasi oleh ATP menjadi fruktosa 1,6 bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase, suatu enzim allosterik dikontrol oleh ATP dan beberapa metabolit lain. Fruktosa 1,6 bisfosfat selanjutnya di pecah oleh enzim aldolase menjadi
gliseraldehid 3 fosfat dan dihidroksiaseton fosfat yang segera dapat dikonversi menjadi gliseraldehid 3 fosfat oleh enzim fosfotriosa isomerase.
Kemudian gliseraldehid 3 fosfat dikonversi menjadi 1,3 bisfosfogliserat(1,3 BPG ) oleh enzim gliseraldehid 3 fosfat dehidrogenase yang tergantung NAD. 1,3 bisfosfogliserat akan dioksidasi oleh enzim fosfogliserat kinase menjadi senyawa 3 fosfogliserat yang
selanjutnya dikonversi menjadi 2 fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase. Suatu enol dibentuk dari dehidrasi 2 fosfogliserat. Enzim enolase, yang dapat dihambat oleh fluorida, mengkatalisis pembentukan fosfoenolpiruvat yang akhirnya membentuk piruvat
GLIKOLISIS DIATUR TIGA TAHAP REAKSI NONEIKUILIBRIUM
Pada jalur glikolisis ada 3 buah enzim yang mengkatalisis reaksi non ekuilibrium yaitu reaksi yang pada keadaan fisioligis dianggap tidak reversibel yaitu : Heksokinase
(Glukokinase), Fosfofruktokinase, dan Piruvat kinase. Reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh enzim-enzim ini merupakan reaksi pada tempat-tempat utama pengaturann
glikolisis.
Fosfofruktokinase, pengontrol terpenting pada glikolisis, dihambat oleh kadar tinggi ATP dan sitrat dan diaktifkan oleh AMP dan fruktosa 2,6 bisfosfat.Heksokinase dihambat
oleh glukosa 6 fosfat yang berakumulasi bila fosfofruktokinase tidak aktif. Piruvat kinase secara allosterik dihambat oleh ATP dan alanin dan diaktifkan oleh fruktosa 1,6
bisfosfat
Dalam sel eritrosit, tahapan yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase dapat dipintas sehingga terjadi pembentukan senyawa 2,3- bisfosfogliserat. Enzim
bisfosfogliserat mutase, mengkatalisis proses konversi 1,3- bisfosfogliserat menjadi 2,3- bisfosfogliserat. Senyawa 2,3- bisfosfogliserat kemudian dikonversi menjadi 3-
fosfogliserat oleh kerja enzim 2,3- bisfosfogliseat fosfatase suatu aktivitas enzim yang juga diperlihatkan oleh kerja enzim fosfogliserat mutase. Tidak ada produksi ATP kalau glikolisis mengambil jalur ini. 2,3- bisfosfogliserat yang terdapat dengan konsentrasi
REDUKSI PIRUVAT MENJADI LAKTAT
Dalam keadaan anaerob, piruvat direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi dikatalisis oleh enzim Laktat Dehidrogenase
Piruvat + NADH + H+ Laktat + NAD+
Proses ini dapat dilihat pada otot rangka khususnya serabut putih, dimana kecepatan organ tersebut dalam melaksankan pekerjaannya tidak dibatasi oleh kapasitas
oksigenasinya. Glikolisis di eritrosit walaupun dalam keadaan aerob selalu berakhiran dengan senyawa laktat karena sel-sel eritrosit tidak mengandung mitokhondria.
Jaringan lain mencakup jaringan otak, traktus gastrointestinal, medula ginjal, retina dan kulit, memperoleh sebahagian besar energinya dari glikolisis dan menghasilkan laktat .
OKSIDASI PIRUVAT MENJADI ASETIL Ko A
Merupakan jalur irreversibel dari glikolisis ke Siklus Asam Sitrat. Sebelum piruvat memasuki siklus asam sitrat , senyawa ini diangkut ke mitokhondria melalui
pengangkut piruvat khusus yang membantu pelintasan membran internal mitokhondria.Di mitokhondria piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi Asetil
Reaksi ini dikatalisis beberapa enzim yang berbeda dan bekerja berurutan yaitu :
- Piruvat Dekarboksilase - Dihidrolipoil Transasetilase
- Dihidrolipoil Dehidrogenase
Secara kolektif enzim tersebu diberi nama Kompleks Piruvat Dehidrogenase , yang tergantung pada kofaktor vitamin Thiamin Difosfat. Tiamin adalah anggota vitamin B
kompleks yang penting.
Piruvat dehidrogenase dihambat oleh produknya, yaitu asetil KoA dan NADH.
KARBOKSILASI PIRUVAT MENJADI OKSALOASETAT
Dikatalisis oleh Piruvat Dekarboksilase. Reaksi tergantung pada biotin. Reaksi
penting demi berlangsungnya terus Siklus Asam Sitrat dan tersedianya substrat untuk proses Glukoneogenesis.
ENERGI YANG TERBENTUK PADA GLIKOLISIS
Oksidasi glukosa dalam keadaan aerob dan anaerob akan menghasilkan sejumlah energi dalam bentuk ATP. Pada keadaan aerob sepanjang lintasan glikolisis akan terbentuk molekul ATP pertama melalui reaksi fosforilasi yang dikatalisi oleh
Ini merupakan contoh fosforilasi pada tingkat substrat. Dari fosforilasi tingkat substrat ini
terbentuk masing–masing 2 molekul ATP. NAD yang merupakan aseptor elektron pada oksidasi gliseraldehid 3 fosfat harus dihasilkan kembali agar glikolisis dapat
berlangsung terus
NADH yang terbentuk sepanjang lintasan glikolisis akan mentransfer elektronnya ke rantai pernapasan, direoksidasi menghasilkan kembali NAD. Setiap 1 molekul NADH
yang direoksidasi dalam rantai pernapasan akan menghasilkan 3 molekul ATP , sehingga untuk 2 molekul NADH yang direoksidasi akan menghasilkan 6 molekul ATP.
Pada reaksi awal dari jalur glikolisis, 2 molekulATP telah terpakai sebagai donor fosfat untuk reaksi yang dikatalisis oleh enzim heksokinase/glukokinase suntuk menghasilkan senyawa glukosa 6 fosfat serta reaksi yang dikatalisis oleh enzim
fosfofruktokinase untuk menghasilkan senyawa fruktosa 1,6 fosfat.Piruvat sebagai hasil oksidasi glukosa dalam keadaan aerob akan berpindah dari sitoplasma ke mitokhondria.Disini dioksidasi menjadi Asetil Ko A. Untuk 1 molekul piruvat yang
dioksidasi menjadi asetil ko A akan menghasilkan 3 molekul ATP, jadi untuk 2 molekul piruvat yang dioksidasi akan menghasilkan 6 molekul ATP.
Asetil ko A sendiri akan dioksidasi fosforilasi melalui Kreb Cycle yang berdampingan
dengan rantai pernapasan membentuk 12 ATP. Akhirnya dari uraian diatas untuk, glikolisis 1 molekul glukosa pada keadaan aerob
maka akan dihasilkan 38 molekul ATP .
Dalam keadaan anaerob, oksidasi glukosa hanya menghasilkan 2 molekul ATP.
dalam jumlah banyak, maka lebih banyak glukosa yang menjalani glikolisis pada
keadaan anaerob daripada keadaan aerob
IV. SIKLUS ASAM SITRAT SEBAGAI SIKLUS AKHIR DALAM PROSES
PEMBENTUKAN ENERGI PADA GLIKOLISIS
Ditemukan pertama kali oleh Hans Krebs dan Kurt Henseleit. Disebut juga Siklus Kreb, Trikarboxilic acid/TCA cycle. Berlangsung di matriks mitokhondria dari sel. Fungsi
utama siklus ini adalah untuk oksidasi asetil KoA menjadi CO2 dan H2O. Senyawa asetil KoA yang dihasilkan pada glikolisis aerob akan memasuki siklus ini untuk dioksidasi dan di fosforilasi berdampingan dengan rantai pernapa
Reaksi yang terjadi pada hakekatnya merupakan reaksi kombinasi Asetil Ko A (C2) dengan Oksaloasetat Asam Dikarboksilat (C4) membentuk Sitrat (C6). Reaksi meliputi pelepasan 2 molekul CO2 dan senyawa Oksaloasetat dibentuk kembali di
samping molekul lain dapat keluar atau masuk pada siklus tersebut. Rangkaian reaksi membebaskan sejumlah eikuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron dari
enzim dehidrogenase spesifik. Unsur eikuivalen pereduksi ini akan memasuki rantai pernapasan . Di sini sejumlah ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidasi. Proses bersifat aerobik karena memerlukan O2 sebagai pengoksidasi akhir dari unsur
eikuivalen pereduksi.
Enzim-enzim untuk siklus ini terdapat dalam matriks mitokhondria, baik dalam
memudahkan perpindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai
pernapasan yang terdapat pada membran mitokhondria sebelah . Enzim-enzimyang terlibat dalam siklus ini yaitu :
- Sitrat sitase - Akonitase
- Isositrat dehidrogenase
- α ketoglutarat dehidrogenase kompleks
- Suksinat tiokinase
- Suksinat dehidrogenase
- Fumarase
- Malat dehidrogenase
Empat vitamin B kompleks yang larut air memeliki peranan untuk menjalani fungsi
siklus asam sitrat.Ke empat vitamin yang berperan dalam siklus ini adalah : 1. Riboflavin dalam bentuk flavin adenin dinukleotida (FAD)
2. Niasin dalam bentuk nikotinamida adenin dinukleotida (NAD) 3. Tiamin(B1) sebagai Tiamindifosfat
4. Asam Pantotenat sebagai bagian dari koenzim A.
Tiga molekul NADH dan satu molekul FADH2 dihasilkan untuk setiap molekul
Asetil Ko A yang dikatabolisasi dalam satu putaran siklus asam sitrat. Molekul ini akan dipindahkan ke rantai pernapasan dalam membran internal mitokhondria.Unsur
eikuivalen pereduksi NADH direoksidasi menghasilkan 3 ikatan fosfat berenergi tinggi (ATP) melalui esterifikasi ADP menjadi ATP dalamproses fosforilasi oksidatif.FADH2 menghasilkan 2 ikatan fosfat energi tinggi.
Pada tingkat siklus itu sendiri , saat Suksinil Ko A di ubah menjadi Suksinat dihasilkan 1 ikatan fosfat energi tinggi. Jadi 12 molekul ATP akan dihasilkan untuk setiap 1 putaran siklus asam sitrat
V. RANGKUMAN
Glukosa merupakan senyawa hasil pencernaan dan absorbsi makanan jenis karbohidrat yang memasuki el-sel tubuh dapat di metabolisme sebagai sumber energi
utama bagi sel-sel tubuh, terutama sel-sel otak dan sel-sel eritrosit. Proses pemecahan atau oksidasi glukosa sebagai sumber energi ini disebut sebgai proses glikolisis. Dalam
keadaan aerob, glukosa dioksidasi menjadi piruvat di mana piruvat ini dapat berpindah dari sitoplasma ke mitokhondria dan disini dioksidasi menjadi Asetil Ko A yang kemudian dapat dioksidasi dan difosforilasi melalui siklus kreb yang berdampingan
dengan rantai pernapasan. Pada keadaan aerob untuk 1 molekul glukosa yang dioksidasi pada lintasan glikolisis akan dihasilkan 38 molekul ATP .
berakhiran dengan senyawa laktat karena sel-sel eritrosit tidak mengandung
mitokhondria. Jaringan lain mencakup jaringan otak, traktus gastrointestinal, medula ginjal, retina dan kulit, memperoleh sebahagian besar energinya dari glikolisis dan
menghasilkan laktat .Dalam keadaan anaerob, oksidasi glukosa hanya menghasilkan 2 molekul ATP. Disini NADH yang terbentuk digunakan untuk mereduksi piruvat menjadi laktat oleh kerja enzim Laktat Dehidrogenase.Sebagai konsekuensi, untuk memperoleh
energi dalam jumlah banyak, lebih banyak glukosa yang menjalani glikolisis pada keadaan anaerob daripada
keadaan aerob
DAFTAR KEPUSTAKAAN
Devlin T M, PhD. Text Book of Biochemistry with Clinical Correlations 5thed. Wiley-Liss, New York. 2002
Greenspan F S MD, Baxter J D MD. Basic and Clinical Endocrinology 4th ed. Appletton & Lange, California. 1994
Mark D B, PhD, Marks A MD, Smith C M, PhD. Biokimia Kedokteran Dasar, Sebuah Pendekatan Klinis. EGC, Jakarta.2000
