BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Di dalam sel, penguraian (katabolisme) monosakarida (glukosa, fruktosa, dan

galaktosa) pertama kali diuraikan oleh enzim-enzim glikolisis yang larut dalam sitoplasma.

Glikolisis berasal dari (gluko = glukosa ; dan lisis = penguraian) adalah proses penguraian

glukosa menjadi piruvat. Reaksi penguraian ini terjadi dalam keadaan ada atau tanpa oksigen.

Bila ada oksigen asam piruvat akan dioksidasi lebih lanjut menjadi CO2 dan air misalnya

pada hewan, tumbuhan dan banyak sel mikroba yang berada pada kondisi aerobik. Atau tanpa

oksigen (glikolisis anaerob) asam piruvat akan dirubah menjadi etanol (fermentasi alkohol)

pada ragi, dan menghasilkan asam laktat pada otot manusia yang berkontraksi.

Glikolisis adalah serangkaian reaksi biokimia di mana glukosa dioksidasi menjadi dua

molekul asam piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal

yang kita kenal, dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir

seluruh bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per

molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang

dihasilkan berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP.

Reaksinya adalah sebagai berikut:

Glukosa + 2ADP + 2NAD+ + 2Pi ----> 2Piruvat + 2ATP + 2NADH + 2H+

Pada jurnal yang lainnya reaksi kimia keseluruhan dari proses glikolisis sebagai

berikut.

1 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

+ 2 [NAD]+ + 2 [ADP] + 2 [P]i 2 + 2 [NADH] + 2 H+ +

2 [ATP] + 2 H2O

Glikolisis adalah urutan tertentu yang melibatkan sepuluh sepuluh reaksi antara

senyawa (salah satu langkah yang melibatkan dua zat antara). The intermediet memberikan

entry point untuk glikolisis. Sebagai contoh, sebagian besar monosakarida, seperti fruktosa,

glukosa, dan galaktosa, dapat dikonversi ke salah satu peralihan ini. The intermediet mungkin

juga akan langsung berguna. Sebagai contoh, antara dihydroxyacetone fosfat adalah sumber

yang mengkombinasikan gliserol dengan asam lemak untuk membentuk lemak.

(Pathmanaban)

Glikolisis adalah dianggap sebagai pola dasar yang universal jalur metabolisme.

Terjadi, dengan variasi, di hampir semua organisme, baik aerobik dan anaerobik. Lebar

terjadinya glikolisis mengindikasikan bahwa ini merupakan salah satu yang dikenal paling

kuno metabolisme.

2. Rumusan Masalah

a. Bagaimana mekanisme penguraian glukosa menjadi asam piruvat ?

b. Bagaimana proses glikolisis monosakarida-monosakarida lain selain glukosa ?

c. Bagaimana proses glikolisis pada senyawa disakarida ?

d. Jelaskan dua tahap utama pada proses glikolisis ?

e. Bagaimana aplikasi glikolisis dalam kehidupan sehari – hari ?

3. Tujuan

a. Menjelaskan mekanisme penguraian glukosa menjadi asam piruvat.

b. Menjelaskan proses glikolisis pada monosakarida-manosakarida lainnya.

c. Menjelaskan proses glikolisis pada senyawa disakarida.

d. Menjelaskan dua tahap utama pada proses glikolisis.

e. Menyebutkan aplikasi glikolisis dalam kehidupan sehari – hari.

3 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Mekanisme Penguraian Glukosa menjadi Asam Peruvat dalam proses glikolisis.

Sebelum kita mengamati tahap – tahap enzimatik individu, pertama – tama marilah kita membicarakan glikolisis secara sekilas. Pemecahan glukosa 6 – karbon mejadi dua molekul piruvat 3 – karbon dilangsungkan oleh kerja berurutan 10 enzim, masing – masing telah diisolasi dalam bentuk murni oleh beberapa spesies yang berbeda dan dipelajari secara terperinci. Kelima tahap pertama menyusun fase persiapan. Pada reaksi ini, glukosa difosforilasi secara enzimatik oleh ATP, pertama-tama pada atom ke-6, menjadi dua bagian, dan kemudian pada karbon ke-1, menghasilkan fruktosa 1,6-difosfat, yang lalu diuraikan menghasilkan dua molekul gliseraldehida 3-fosfat dengan 3 karbon, yang merupakan produk fase pertama glikolisis. Perhatikanlah bahwa dua molekul ATP harus diberikan untuk mengaktifkan, atau menyiapkan molekul glukosa untuk diuraikan menjadi dua bagian senyaw 3-karbon ; kemudian, akan terdapat pengembalian investasi energi ini. Heksosa lain, terutama D – fruktosa, D – galaktosa, dan D – manosa, juga dapat masuk ke dalam fase persiapan glikolisis setelah mengalami fosforilasi. Jadi, fase persiapan glikolisis berfungsi untuk mengumpulkan rantai karbon semua heksosa yang telah dimetabolisasi dalam satu bentuk produk umum, yaitu gliseraldehida 3-fosfat.

Fase kedua glikolisis, yang dilangsungkan oleh lima enzim sisanya, mengambarkan “upah” glikolisis, yaitu, energi yang dibebaskan pada saat dua molekul gliseraldehida 3-fosfat diubahmenjadi dua molekul piruvat disimpan oleh fosforilasi keempat molekul ADP menjadi ATP yang terjadi bersamaan dngan proses ini. Walaupun empat ATP dibentuk di dalam fase kedua, hasil reaksi keseluruhan adalah dua molekul ATP per molekul glukosa yang dipergunakan, karena dua molekul ATP harus diberikan pada fase pertama glikolisis.

2.1.1 Urutan reaksi

Fase pertama glikolisis mengakibatkan pemotongan rantai heksosa

a. Fosforilasi Glukosa

Pada tahap pertama, molekul D – glukosa diaktifkan bagi reaksi berikutnya dengan fosforilasi pada posisi 6, menghasilkan glukosa 6-fosfat dengan memanfaatkan ATP. Reaksi ini bersifat tidak dapat balik pada kondisi intraseluler dikatalis oleh heksokinase, dan ditemukan pada hampir semua sel hewan, tumbuhan, dan mikrobial.

ATP4- + α-D-glukosa → ADP3- + α-D-glukosa 6-fosfat2- + H+

∆Go’ = -4,0 kkal /mol

Heksokinase melangsungkan fosforilasi, bukan hanya pada D – glukosa, tetapi juga pada heksosa lain yang banyak dijumpai, seperti D – fruktosa dan D – manosa. Molekul heksokinase mengalami perubahan besar dalam bentuknya, dan terinduksi strukturnya, pada

saat molekul ini mengikat molekul heksosa. Heksosa memerlukan Mg2+ karena substrat sebenarnya dari enzim ini bukan ATP4- tetapi kompleks MgATP2-.

Heksokinse terdapat dalam berbagai bentuk isoenzim, pada organisme atau jaringan yang berbeda. Di dalam hati, terdapat bentuk lain yang dinamakan glukokinase, yang tidak ditemukan pada jaringan lain. Glukokinase berbeda dari isoenzim heksokinase dalam tiga hal :

a) Enzim ini spesifik bagi D – glukosa dan tidak bekerja pada heksosa lain,

b) Enzim ini tidak dihambat oleh glukosa 6-fosfat,

c) Glukokinase memiliki KM bagi glukosa yang jauh lebih tinggi ( kira – kira 10 nM ) dibandingkan dengan heksokinase.

Glukosa hati aktif bekerja jika konsentrasi glukosa di dalam darah meningkat, yaitu setelah mengkonsumsi makanan yang kaya akan gula. Pada kondisi ini, glukokinase hati bekerja pada kelebihan glukosa darah unutk mengubahnya menjadi glukosa 6-fosfat dan menyimpannya sebagai glikogen hati. Glukokinase sangat penting ditinjau dari hal lain : enzim ini berkurang pada penyakit diabetes melitus. Pada penyakit ini, pankreas tidak berhasil mengeluarkan insulin dalam jumlah normal, sehingga tingkat glukosa darah menjadi tinggi, danhanya sedikit glikogen yang terbentuk.

b. Pengubahan Glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat

Fosfoglukoisomerase, yang telah diisolasi dalam bentuk murni dalam jaringan otot, mengkatalisa isomerasi dapat balik senyawa glukosa 6- fosfat, yang merupakan suatu aldosa, menghasilkan fruktosa 6-fosfat, suatu ketosa. Reaksi ini melibatkan pergesran oksigen karbonil dari atom karbon no. 1 ke atom karbon no. 2 :

α-D-glukosa 6-fosfat ↔ α-D-fruktosa 6-fosfat ∆Go’ = +0,4 kkal / mol

Reaksi ini segera berjalan pada kedua arah, seperti yang akan kita perkirakan dengan melihat nilai perubahan energi bebas baku reaksi yang relatif kecil. Fosfoglukoisomerase memerlukan Mg2+ dan bersifat spesifik bagi glukosa 6-fosfat dan fruktosa 6-fosfat.

c. Fosforilasi fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat

Reaksi ini merupakan reaksi pengaktifan kedua pada glikolisis Fosfofruktokinase yang memerlukan Mg2+, mengkatalisis pemindahan gugus fosfatdari ATP ke senyawa D-fruktosa 6-fosfat pada posos 1, menghasilkan fruktosa 1,6-difosfat

ATP + D-fruktosa 6-fosfat → ADP + D-fruktosa 1,6-difosfat + H+

∆Go’ = -3,40 kkal / mol

5 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

Reaksi fosfofruktokinase merupakan reaksi tidak dapat balik pada kondisi yang berlaku di dalam sel.

Reaksi ini merupakan bagian pengontrol pnting yang kedua pada glikolisis. Fosfofruktokinase, seperti heksokinase merupakan enzim pengatur, dan salah satu enzim yang paling kompleks. Enzim ini merupakan pengatur utama pada glikolisis otot. Aktifitas fosfofruktokinase dipercepat jika cadangan ATP sel berkurang atau juka terjadi kelebihan produk pemecahan ATP, yaitu ADP, dan AMP, terutama kelebihan AMP. Enzim ini dihambat jika ATP di dalm sel cukup tinggi atau jika ATP dihasilkan oleh bahan bakar lain seperti sitrat dan asam lemak dalam jumlah tinggi.

d. Penguraian Fruktosa 1,6-difosfat

Reaksi ini dikatalis oleh enzim aldolase fruktosa difosfat, yang seringkali secara sederhana disebut aldolase. Enzim ini mudah diisolasi dalam bentuk kristal dan ekstrak otot kelinci. Reaksi yang dikatalis merupakan kondensasi aldol yang bersifat dapat balik. Fruktosa 1,6-difosfat diuraikan secara dapat balik, menghasilkan dua triosa fosfat yang berbeda, gliseraldehida 3-fosfat, suatu aldolase, dan dihidroksiaseton fosfat, siatu ketosa :

D – Fruktosa 1,6-difosfat ↔ dihidroksiaseton fosfat + D-gliseraldehida 3-fosfat

∆Go’ = +5,73 kkal / mol

Aldolase jaringan hewan tidak memerlukan Mg2+, tetapi di dalam banyak mikroorganisme, aldolase adalah enzim yang mengandung Zn2+. Walaupun reaksi aldolase memiliki perubahan energi bebas baku yang sangat positif pada pH dan keadaan konsentrasi yang terdapat di dalam sel, reaksi ini segera berjalan pada kedua arah. Pada arah reaksi ke kanan. Produk reaksi segera diubah oleh tahap berikutnya.

e. Interkonversi triosa fosfat

Hanya satu diantara dua triosa fosfat yang dibentuk oleh aldolase, yaitu gliseraldehida 3-fosfat, yang dapat langsung diuraikan pada tahap reaksi glikolisis berikutnya. Tetapi, dihidroksiaseton fosfat dapat dengan cepat dan dalam reaksi dapat balik, terubah menjadi gliseraldehida 3-fosfat oleh enzim kelima pada urutan gliolitik, yaitu isomerase triosa fosfat.

Dihidroksiaseton fosfat ↔ D-gliseraldehida 3-fosfat ∆Go’ = +1, 83 kkal / mol

Reaksi ini menyempurnakan fase pertama glikolisis, yaitu molekul heksosa telah terfosforilasi pada posisi 1 dan 6, dan lalu, dipotong untuk akhirnya, membentuk dua molekul gliseraldehida 3-fosfat. Heksosa lain, seperti D-fruktosa, D-manosa, dan D-galaktosa, juga dapat diubah menjadi gliseraldehida 3-fosfat.

Fase Kedua Glikolisis Merupakan Reaksi Penyimpan Energi

Fase kedua glikolisis mengandung tahap – tahap fosforilasi penyimpan energi. Energi bebas dari molekul glukosa disimpan dalam bentuk ATP. Karena satu molekul glukosa dapat menghasilkan dua gliseraldehida 3-fosfat, kedua bagian molekul glukosa menjalankan lintas

yang sama pada fase kedua glikolisis ini. Penyimpanan dua molekul gliseraldehida 3-fosfat menjadi dua molekul piruvat diikuti oleh pembentukan empat molekul ATP dan ADP. Namun demikian, hasil bersih ATP per molekul glukosa berkurang menjadi hanya dua, karena terdapat dua molekul ATP yang dipergunakan pada fase pertama glikolisis untuk melakukan fosforilasi kedua ujung molekul heksosa.

f. Oksida gliseraldehida 3-fosfat menjadi 3-fosfogliseroil fosfat.

Reaksi ini adalah reaksi glikolisis penyimpan energi kedua yang membentuk ATP. Enzim yang mengkatalisa tahap ini adalah dehidrogenase gliseraldehida fosfat, yang menyebabkan reaksi dapat balik.

D-gliseraldehida 3-fosfat + NAD+ + Pi ↔ 3-fosfogliseroil fosfat + NADH + H+

∆Go’ = +1,5 kkal / mol

Pada reaksi kompleks ini, gugus aldehida pada D-gliseraldehida 3-fosfat mengalami dehidrogenasi, tidak menjadi gugus karboksil bebas seperti yang dibayangkan, tetapi menjadi suatu aldehida karboksilat dengan asam fosfat, 3-fosfogliseroil fosfat. Jenis anhidrida ini yang disebut sutau fosfat asil, memiliki energi hidrolisis bebas baku yang tinggi (∆Go’ = -11, 8 kkal / mol ), dan karenanya, merupakan senyawa fosfat berenergi super tinggi energi hidrolisis bebas baku dari gugus 3-fosfat pada ujung lain dari 3-fosfogliseroil fosfat hanya kira – kira 3,2 kkal / mol. Banyak dari energi bebas bagi oksidasi gugus aldehida pada gliseraldehida 3-fosfat yang tersimpan di dalam gugus fosfat asil berenergi tinggi.

Senyawa penerima hidrogen pada reaksi dehidrogenase gliseraldehida fosfat adalah koenzim NAD+, yaitu bentuk teroksidasi dari nikotinamida adenin dinukleotida yang mengandung vitamin nikotinamida. Reduksi NAD+ berjalan dengan pemindahan enzimatik ion hidrida ( :H-) dari gugus aldehida gliseraldehida 3-fosfat ke posisi ke-4 pada cincin nikotinamida NAD+, dan menyebabkan reduksi senyawa ini pada cincin nomor 1 dan 4, menghasilkan koenzim NADH tereduksi. Atom hidrogen lain dari molekul substrat muncul di dalam medium sebagau H+. Oleh sebab itu, reduksi enzimatik NAD+ dituliskan untuk mengikutsertakan ion hidrogen yang terbentuk :

Substrat + NAD+ ↔ substrat terhidrogenasi + NADH + H+

Mekanisme kerja dehidrogenasi gliseraldehida fosfat bersifat agak kompleks. Substrat pertama-tama bereaksi dengan satu gugus –SH pada residu sistein utama pada sisi akif enzim. Enzim, lalu menyebabkan pemindahan ion hidrida dari substrat yang terikat secara kovalen ke NAD+, yang juga terikat erat pada sisi aktif. Di dalam proses ini terbentuk senyawa kompleks asil – enzim yang berikatan kovalen, dan berenergi tinggi, yang lalu bereaksi dengan fosfat anorganik untuk melepaskan 3-fosfogliseroil fosfat bebas, dan membentuk kembali enzim yang bebas. NADH yang terbentuk di dalam reaksi ini harus dioksidasi kembali menjadi NAD+, sehingga molekul ini dapat berpartisipasi dalam pemecahan molekul – molekul glukosa lain menjadi piruvat. Karena NAD+ terdapat hanya pada konsentrasi terbatas di dalam sel, glikolisis segera akan terhambat karena kurangnya NAD+, kecuali jika NADH dioksidasi kembali.

7 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

g. Pemindahan fosfat dari 3 –fosfogliseroil fosfat ke ADP

Enzim kinase fosfogliserat memindahkan gugus fosfat berenergi tinggi dari gugus karboksil 3-fosfogliseroil fosfat ke ADP; jadi, membentuk ATP dan 3-fosfogliserat.

3-fosfogliseroil fosfat + ADP ↔ 3-fosfogliserat + ATP ∆Go’ = -4,50 kkal / mol

Reaksi ini dan reaksi sebelumnya, bersama-sama menyusun suatu proses yang berkaitan dengan energi. Jika kita menuliskan kedua persamaan reaksi kembali, kita akan melihat bahwa 3-fosfogliseroil fosfat merupakan senyawa antara yang bersifat umum. Molekul ini dibentuk pada reaksi pertama, dan gugus fosfat asilnya dipindahkan ke ADP, membentuk ATP pada reaksi kedua.

Gliseraldegida 3-fosfat + Pi + NAD+ ↔ 3-fosfogliseroil fosfat + NADH + H+

3-fosfogliseroil fosfat + ADP ↔ 3-fosfogliserat + ATP

Jumlah kedua reaksi bertahap ini, yang saling berkaitan melalui senyawa antara 3-fosfogliseroil fosfat, diberikan oleh persamaan gabungan

Gliseraldegida 3-fosfat + Pi + ADP + NAD+ ↔ 3-fosfogliserat + ATP + NADH + H+

∆Go’ = -3,0 kkal / mol

Hasil kedua reaksi ini, yang bersifat dapat balik pada kondisi sel, adalah bahwa energi yang dibebaskan pada oksidasi suatu gugus aldehida menjadi gugus karboksilat telah disimpan di dalam pembentukan ATP dari ADP dan fosfat yang terjadi secara bersamaan. Pembentukan ATP yang berkaitan dengan transformasi “substrat” oleh enzim yakni, transformasi suatu senyawa antara metabolik seperti gliseraldehida 3-fosfat disebut sebagai suatu fosforilasi pada tingkat substrat.

h. Pengubahan 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat

Reaksi ini melibatkan pergeseran dapat balik gugus fosfat di dalam molekul substrat, dikatalisis oleh enzim fosfogliserat mutase.

3-Fosfogliserat ↔ 2-fosfogliserat ∆Go’ = +1,06 kkal / mol

Mg2+ diperlukan dalam reaksi ini, yang melibatkan pemindahan gugus fosfat dari posisi 3 ke posisi 2 molekul gliserat. Istila mutase seringkali digunakan untuk menunjukkan enzim – enzim yang mengkatalisis pergeseran intramolekular gugus fungsional.

i. Dehidrasi 2-fosfogliserat menjadi fosfoenolpiruvat

Ini merupakan reaksi kedua pada urutan glikolitik. Pada reaksi ini, dihasilkan senyawa fosfat berenergi tinggi. Dehidrasi 2-fosfogliserat dikatalisa oleh enolase, yang menyebabkan pemindahan dapat balik molekul air dari 2-fosfogliserat , menghasilkan fosfoenolpiruvat.

2-fosfogliserat ↔ fosfoenolpiruvat + H2O ∆Go’ = +0,44 kkal / mol

Walaupun perubahan energi bebas baku reaksi ini relatif kecil, terdapat perbedaan yang amat besar di dalam energi bebas baku hidrolisis gugus fosfat pada pereaksi dan produknya. Energi ini, pada 2-fosfogliserat ( fosfat berenergi rendah ) kira – kira -4,2 kkal, dan pada fosfoenolpiruvat ( fosfat berenergi super tinggi ) mencapai kira –kira -14,8 kkal. Walaupun 2-fosfogliserat dan fosfoenolpiruvat mengandung jumlah total energiyang hampir sama, hilangnya molekul air dari 2-fosfogliserat menyebabkan suatu redistribusi energi di dalam molekul, sehingga terjadi penurunan energi bebas yang jauh lebih besar, jika gugus fosfat pada fosfoenolpiruvat dihidrolisis.

Enzim enolase memerlukan Mg2+ , yang membentuk kompleks dengan enzim sebelum pengikatan substrat. Enolase secara khas dihambat oleh adanya fluorida (F-) dan fosfat bersama-sama: yang menjadi senyawa penghambat yang sebenarnya adalah ion fluorofosfat yang mengikat Mg2+.

j. Pemindahan gugus fosfat dari fosfoenolpiruvat ke ADP

Tahap terakhir pada glikolisis ialah pemindahan gugus fosfat berenergi tinggi dari fosfoenolpiruvat ke ADP, yang dikatalisa oleh kinase piruvat. Pada reaksi ini, yang merupakan contoh lain dari fosforilasi pada tingkat substrat, produk piruvat muncul dalam bentuk enol-nya

Fosfoenolpiruvat + ADP → enolpiruvat + ATP

Akan tetapi, bentuk enol piruvat dengan cepat, dan secara nonenzimatik tersusun kembali menghasilkan bentuk keto, yang merupakan bentuk piruvat yang utama pada pH 7,0 :

CH2 = C – COO- CH3 – C – COO-

OH O

Enolpiruvat Ketopiruvat

Karena titik keseimbangan reaksi tersebut mengarah jauh ke kanan, hal ini menyebabkan tertariknya reaksi kinase piruvat yang terjadi sebelumnya ke arah kanan, berdasarkan hukum aksi massa. Gabungan reaksi kinase piruvat dan pembentukan ketopiruvat secara nonenzimatik diberikan oleh persamaan :

9 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

Fosfoenolpiruvat + ADP + H+ → Ketopiruvat + ATP

∆Go’ = -7,5 kkal / mol

Reaksi keseluruhan memiliki harga ∆Go’ yang amat negatif, terutama karena pengubahan spontan bentuk enol piruvat menjadi bentuk ketonya. Harga ∆Go’ bagi hidrolisis fosfoenolpiruvat adalah – 14,8 kkal / mol ; kira –kira setengah energi ini diperoleh sebagai ATP (∆Go’ = -7,3 kkal / mol ) dan sisanya ( ∆Go’ = -7,5 kkal / mol ) merupakan tenaga utama yang mendorong reaksi jauh ke arah kanan. Reaksi kinase piruvat, bersifat mutlak tidak dapat balik pada kondisi intraselular. Enzim ini memerlukan K+ dan Mg2+ atau Mn2+. Kinase piruvat merupakan enzim pengatur .

Gambar. Rangkaian Jalur Glikolisis

Lintas Pemberi Berasal dari glikogen dan karbohidrat lain menuju Lintas Glikolitik pusat.

Selain D-glukosa, banyak karbohidrat lain yang akhirnya memasuki rangkaian glikolitik untuk diuraikan, dan memberikan kandungan energinya. Yang paling utama ialah polisakarida cadangan glikogen dan pati, disakarida maltosa, laktosa, dan sukrosa, dan monosakarida fruktosa, manosa, dan galaktosa.

Unit D-glukosa pada cabang sebelah luar glikogen dan pati dapat masuk ke dalam lintas glikolitik melalui aktifitas berurutan dua enzim, fosforolasi glikogen ( atau pada tanaman, enzim sejenisnya : fosforilasi pati ) dan fosfoglukomutase. Fosforilase glikogen, yang tersebar luas di dalam sel hewan, mengkatalisis reaksi umum di bawah ini, dengan ( glukosa )n menunjukkan cabang glikogen ( atau pati ) yang mengandung n residu D-glukosa dengan ikatan α ( 1→ 4 ), sedang ( glukosa )n-1 menunjukkan cabang glikogen yang diperpendek oleh penarikan satu residu glukosa dari ujung cabang.

( Glukosa )n + Pi → (glukosa)n-1 + α-D-glukosa 1-fosfat

∆Go’ = +0,73 kkal / mol

Pada kondisi intraselular, yang mengandung fosfat pada konsentrasi relatif tinggi, reaksi fosforilasi glikogen berjalan hanya pada arah degradasi, untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Pada reaksi ini, ujung ikatan glikosidik α(1 – 4) pada bagian nonreduksi dari cabang glikogen mengalami fosforolisis, yaitu penarikan ujung residu oleh fosfat, menghasilkan α-D-glukosa 1-fosfat. Bagian yang tertinggal adalah rantai glikogen yang mengandung unit glukosa dengan dengan jumlah yang berkurang satu. Fosforilasi glikogen bekerja secara terulang pada ujung non-reduksi dari cabang glikogen, sampai tercapai titik yang menyisakan empat residu glukosa dari suatu titik percabangan α(1→6). Di sini kerja fosforilasi glikogen menjadi terhenti.

Degradasi lanjutan glikogen oleh fosforilasi dapat terjadi hanya setelah kerja enzim lain, α(1→6)glukosidase, yang mengkatalis dua reaksi. Pada reaksi pertama, enzim memindahkan tiga dari residu glukosa yang tersisa ke ujung cabang-cabang di sebelah luar molekul lain. Residu glukosa yang tersisa pada cabang yang pertama, yang terikat oleh suatu ikatan α(1→6) pada titik percabangan, dipindahkan oleh kerja α(1→6) glukosidase selanjutnya. Enzim ini menghidrolisis ikatan α(1→6) padatitik percabangan, dan karenanya menghasilkan molekul D-glukosa, dan membuat residu glukosa dengan ikatan α(1→4) pada rantai lanjutan molekul tersebut terhadap kerja glikogen fosforilase.

Glukosa 1-fosfat, produk akhir dari reaksi glikogen fosforilase ( dan fosforilase pati) diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh fosfoglukomutase, yang telah berhasil diperoleh dalam bentuk murni dari berbagai sumber. Enzim ini mengkatalis reaksi dapat balik

Glukosa 1-fosfat ↔ glukosa 6-fosfat ∆Go’ = -1,74 kkal / mol

Fosfoglukomutase memerlukan suatu kofaktor, glukosa 1,6-difosfat. Peranannya ditunjukkan oleh urutan selanjutnya dari tahap – tahap antara di dalam kerja enzim, yang

11 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

berada dalam dua bentuk, sebagai bentuk terfosforilase atau sebagai bentuk tanpa fosfat (bentuk –fosfo) :

Fosfoenzim + glukosa 1-fosfat ↔ enzim tanpa fosfat + glukosa 1,6-difosfat

Glukosa 1,6-difosfat + enzim tanpa fosfat ↔ enzim berfosfat + glukosa 6-fosfat

Jumlah : glukosa 1-fosfat ↔ glukosa 6-fosfat

Fosfoglukomutase penting diperhatikan jika kita tinjau dari segi lain. Enzim ini merupakan salah satu anggota kelompok besar enzim yang mengandung residu serin fungsionil pada sisi aktifnya. Gugus hidroksil pada residu serinlah yang terfosforilasi oleh glukosa 1,6-difosfat. Enzim ini dan enzim-enzim lain dari golongan serin dihambat secara tidak dapat balik oleh fosfat organik tertentu seperti diisopropilfluorofosfat, yang membentuk ester organofosfat dengan gugus hidroksil serin pada sisi aktif, sehingga enzim tidak lagi aktif mengkatalisis.

2.2 Monosakarida Lain Dapat Memasuki Rangkaian Glikolitik

Pada hewan, monosakarida lain, di samping glukosa dapat terubah, sehingga molekul-molekul ini dapat masuk ke dalam rangkaian glikolitik dan mmberikan energinya selama degradasi.

Senyawa D-fruktosa, yang terdapat dalam bentuk bebas di dalam banyak buah-buahan dan terbentuk oleh hidrolisis sukrosa atau gula meja pada usus kecil, dapat difosforilasi oleh heksokinase, yang bekerja pada sejumlah heksosa yang berbeda:

D-Fruktosa + ATP → D-fruktosa 6-fosfat + ADP + H+

Lintas ini merupakan lintas utama di dalam otot dan ginjal. Akan tetapi, di dalam hati fruktosa memasuki glikolisis melalui lintas yang berbeda. Enzim hati fruktokinase mengkatalisis fosforilasi fruktosa, tidak pada atom karbon no.6, tetapi pada atom no.1.

D-Fruktosa + ATP → D-fruktosa 1-fosfat + ADP + H+

Senyawa fruktosa 1-fosfat lalu diuraikan, membentuk D-gliseraldehida dan dihidroksiaseton fosfat oleh aldolase:

D-fruktosa1-fosfat ↔ D-gliseraldehida + dihidroksiaseton fosfat

Dihidroksiaseton fosfat akan dikenal sebagai senyawa antara di dalam rangkaian glikolitik, yang dapat diubah menjadi gliseraldehida 3-fosfat.produk lain, D-gliseraldehida difosforilasi oleh ATP dan triosa kinase menjadi D-gliseraldehida 3-fosfat yang juga merupakan senyawa antara dalam glikolisis :

D-Gliseraldehida + ATP → D-gliseraldehida 3-fosfat + ADP + H+

Jadi, hati mengubah D-fruktosa menjadi dua molekul gliseraldehida 3-fosfat.

Senyawa D-Galaktosa, yang dihasilkan oleh hidrolisis disakarida laktosa (gula susu), pertama – tama difosforilasi pada posisi 1 dengan menggunakan ATP oleh enzim galaktokinase.

ATP + D-Galaktosa → D-galaktosa 1-fosfat + ADP + H+

Produk reaksi ini, D- galaktosa 1-fosfat , lalu diubah menjadi epimernya pada atom karbon 4, yaitu D-glukosa 1-fosfat, di dalam serangkaian reaksi. Di dalam reaksi, uridin difosfat (UDP) berfungsi sebagai molekul pembawa gugus heksosa, serupa dengan koenzim. Di dalam hati manusia, galaktosa 1-fosfat dengan UDP-glukosa menghasilkan UDP-D-galaktosa dan glukosa 1-fosfat, dengan reaksi enzimatik transferaseuridil UDP-glukosa: α-D-galaktosa 1-fosfat . Residu galaktosa dari UDP-D-galaktosa lalu mengalami epimerasi secara enzimatik pada karbon no.4, menghasilkan UDP-D-glukosa oleh enzim 4- epimerase UDP-glukosa. UDP-glukosa lalu diuraikan oleh UDP-glukosa pirofosfat menjadi D-glukosa 1-fosfat, yang terubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh fosfoglukomutase. Urutan reaksi ini bukan hanya menyebabkan pengubahan D-galaktosa menjadi D-glukosa, tetapi juga dipergunakan dalam arah sebaliknya di dalam kelenjar mamae untuk sintesa D-galaktosa, yang dperlukan di dalam pembentukan laktosa atau gula susu. Peranan penting UDP sebagai pembawa gula susu di dalam metabolisme, pertama kali ditemukan oleh Luis Leloir, seorang ahli biokimia Argentina.

D- Manosa , yang muncul dari pencernaan berbagai polisakaridadan glikoprotein yang terdapat pada makanan alami, dapat difosforilasi pada posisi 6 oleh heksokinase.

D-Manosa + ATP → D-manosa 6-fosfat + ADP + H+

D-manosa 6-fosfat lalu diisomerasi oleh kerja fosfomanoisomerase, menghasilkan D-fruktosa 6-fosfat, suatu senyawa antara glikolisis

D-manosa 6-fosfat ↔ D-fruktosa 6-fosfat

2.3 Disakarida Pertama-tama Harus Dihidrolisis Menjadi Monosakarida

Disakarida, dalam bentuknya sendiri tidak dapat memasuki siklus glikolitik. Memang, jika disakarida disuntikkan ke dalam aliran darah, senyawa ini tidak dapat dipergunakan. Sebelum dapat dimanfaatkan oleh tubuh, disakarida yang masuk melalui makanan pertama-tama harus dihidrolisa secara enzimatik di dalam sel-sel yang membatasi usus kecil, menghasilkan unit-unit heksosanya:

Maltosa + H2O D-glukosa + D-glukosa

Laktosa + H2O D-galaktosa + D-glukosa

Sukrosa + H2O D-fruktosa + D-glukosa

13 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

Monosakarida yang terbentuk diserap ke dalam darah dan diangkut ke hati; di sini, monosakarida difosforilasi dan diubah menjadi senyawa antara pada rangkaian glikolitik.

2.4 Urutan glikolitik diatur pada dua tahap utama.

Selain pengaturan kecepatan glikolisis melalui pengontrolan masuknya glukosa bebas atau residu glukosil dari glikogen, urutan reaksi dari glukosa 6-fosfat sampai ke piruvat juga berada di bawah pengontrolan biologis. Terdapat dua tahap pengaturan utama pada tahap ini, tahap yang dikatalis oleh fosfofruktokinase dan oleh piruvat kinase.

Fosfofruktokinase (PFK = phosphofructokinase) adalah enzim alosterik kompleks dengan berbagai modulator pengaktif dan penghambat. Puluhan makalah penelitian telah ditulis mengenai regulasinya, yang berbeda menurut jenis selnya. Pada otot kerangka, kecepatannya diatur oleh konsentrasi substrat ATP dan fruktosa 6-fosfat serta produk ADP dan fruktosa 1,6-difosfat, semuanya mungkin berfungsi sebagai regulator alosterik. Juga, modulator yang amat penting adalah AMP, sitrat, Mg2+, fosfat, dan metabolit lain pada jaringan otot ( tabel 1.1). Regulasi PFK melibatkan faktor-faktor yang peranannya kompleks, diantaranya ATP dan sitrat adalah modulator penghambat yang paling penting, dan AMP dan fruktosa 1,6-difosfat merupakan modulator pengaktif yang paling kuat. Bilamana konsentrasi ATP menurun selama kontraksi otot yang amat aktif yang membutuhkan lebih banyak energi, aktifitas PFK ditingkatkan, bahkan bilamana konsentrasi fruktosa 6-fosfat amat rendah. Namun demikian, jika sel telah mengandung ATP pada konsentrasi tinggi, relatif terhadap ADP dan AMP, afinitas fosfofruktokinase yang terlihat terhadap fruktosa 6-fosfat menurun secara drastis. Dalam hal ini, fosfofruktokinase akan menghasilkan produknya hanya pada konsentrasi fruktosa 6-fosfat yang agak tinggi.

Tabel 1.1 Beberapa Paengaktif dan Penghambat Alosterik Fosfofruktokinase

Pengaktif Penghambat

AMP ATP

Fruktosa i,6-difosfat Sitrat

ADP Mg2+

Fosfat, K+ Ca2+

Reaksi piruvat kinase merupakan tahap pengontrolan yang kedua pada glikolisis. Enzim ini juga bersifat alosterik. Kinase piruvat terdapat sedikitnya dalam tiga bentuk isoenzim., yang agak berbeda di dalam distribusi pada jaringan dan di dalam responnya terhadap modulator. Pada konsentrasi tinggi ATP, afinitas terlihat dari kinase piruvat terhadap fosfoenolpiruvat relatif rendah, dan kecepatan reaksi dengansendirinya akan menjadi rendah

pada konsentrasi normal fosfoenolpiruvat. Kinase piruvat juga dihambat oleh asetil-KoA dan oleh asam lemak rantai panjang, keduanya merupakan bahan bakar bagi siklus asam sitrat.

2.5 Aplikasi Glikolisis Dalam Kehidupan Sehari – Hari.

a. Penyakit genetika

Glikolitik mutasi umumnya jarang karena pentingnya jalur metabolisme, ini berarti bahwa sebagian besar hasil mutasi yang terjadi dalam ketidakmampuan untuk sel untuk bernafas, dan karena itu menyebabkan kematian sel pada tahap awal. Namun beberapa mutasi terlihat.

b. Kanker

Ganas yang tumbuh dengan cepat-sel tumor biasanya memiliki tingkat glikolitik yang hingga 200 kali lebih tinggi daripada jaringan normal mereka asal. Fenomena ini pertama kali dijelaskan pada 1930 oleh Otto Warburg dan disebut sebagai efek Warburg. Hipotesis yang Warburg menyatakan bahwa kanker ini terutama disebabkan oleh mitokondria dysfunctionality dalam metabolisme, bukan karena pertumbuhan sel yang tidak terkendali. Sejumlah teori telah dikemukakan untuk menjelaskan efek Warburg.

Tingkat glikolisis tinggi ini memiliki aplikasi medis penting, seperti glikolisis aerobik tinggi oleh tumor ganas dimanfaatkan secara klinis untuk mendiagnosa dan memantau tanggapan pengobatan kanker dengan pencitraan pengambilan 2-18F-2-deoxyglucose (FDG) (a radioaktif diubah heksokinase substrat) dengan positron emisi tomografi (PET).

Ada penelitian berkelanjutan untuk mempengaruhi metabolisme mitokondria dan mengobati kanker dengan mengurangi kelaparan dan dengan demikian glikolisis sel-sel kanker dalam berbagai cara baru, termasuk ketogenic diet.

c. penyakit Alzheimer

Disfunctioning glikolisis atau metabolisme glukosa dalam fronto-temporo-Cinguli korteks parietalis dan telah dikaitkan dengan penyakit Alzheimer , mungkin karena penurunan amiloid β (1-42) (Aβ42) dan peningkatan tau, terfosforilasi tau di cairan cerebrospinal (CSF ).

15 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Glikolisis, yang merupakan pengubahan D-glukosa menjadi dua molekul piruvat, adalah lintas utama untuk memperoleh energi kimia sebagai ATP di dalam hampir semua organisme hidup. Pada kondisi anaerobik, piruvat direduksi menjadi laktat di dalam hampir semua jaringan, hewan dan tumbuhan, atau menjadi etanol dan CO2 pada fermentasi alkohol oleh ragi. Persamaan keseluruhan bagi glikolisis anaerobik pada otot dan pada fermentasi laktat di dalam beberapa mikroorganisme.

Glukosa + 2ADP + 2Pi → 2laktat- + 2H+ + 2ATP + 2H2O

dan bagi fermentasi alkohol adalah

Glukosa + 2ADP + 2Pi → 2etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O

Pada sel aerobik, piruvat dioksidasi menjadi asetil-KoA dan CO2 dan bukan direduksi menjadi laktat (atau etanol + CO2). Glikolisis, oleh karenanya merupakana tahap pertama yang harus dilalui di dalam katabolisme glukosa secara aerobik pada kebanyakan organisme.

Pengubahan glukosa menjadi piruvat dikatalisis oleh enzim yang bekerja berurutab dan berjalan dalam dua tahap. Pada tahap pertama, yang melibatkan lima tahap enzimatik, D-glukosa secara enzimatik difosforilasi oleh ATP dan akhirnya diuraikan, untuk memberikan dua molekul D-gliseraldehida 3-fosfat. Pada tahap kedua glikolisis, gliseraldehida 3-fosfat dioksidasi oleh NAD+, bereaksi dengan fosfat anorganik, membentuk 3-fosfogliseroil fosfat. Senyawa ini memberikan gugus fosfat berenergi tinggi kepada ADP, menghasilkan ATP dan 3.fosfogliserat, yang lalu diisomerasi menjadi 2-fosfogliserat. Setelah dihidrasi 2-fosfogliserat oleh enolase, fosfoenol piruvat yang dibentuk memberikan gugus fosfatnya kepada ADP dan menghasilkan piruvat bebas. Dua molekul ATP masuk ke dalam fase pertama glikolisis, dan empat ATP dibentuk dari ADP di dalam fase kedua, memberikan hasil total dua ATP dari satu molekul glukosa. Tanpa adanya oksigen, NADH yang dibentuk oleh dehidrogenase gliseraldehida 3-fosfat dikosidasi kembali menjadi NAD+ oleh piruvat dan dehidrogenase laktat, membentuk laktat di dalam jaringan hewan.

Pengubahan residu glukosa dan pati menjadi glukosa 6-fosfat dimungkinkan oleh fosforilasi glikogen atau pati dan fosfoglukomutase. Heksosa lain, selain glukosa, seperti fruktosa, manosa, dan galaktosa guja difosforilasi dan diubah menjadi senyawa antara lintas glikolitik . masuknya glukosa ke dalam glikolisis yang dilangsungkan oleh heksokinase, diatur oleh glukosa 6-fosfat, yang merupakan modulator penghambat. Fosforilase glikogen, yang mengkatalisa pengubahan unit-unit glukosa dan glikogen menjadi glukosa 1-fosfat, merupakan enzim pengatur yang terdapat dalam betuk aktif (fosforilasi a) dan bentuk kurang aktif (fosforilasi b); bentuk yang kurang aktif ini dapat diaktifkan oleh AMP. Fosfofruktokinase, yang dihambat oleh ATP dan sitrat dan diaktifkan oleh AMP, merupakan enzim pengatur utama, pada urutan glikolitik. Reaksi kinase piruvat merupakan tahap kedua

pengaturan di dalam glikolisis. Pada fermentasi alkohol, urutan reaksinya sama sampai dengan tahap piruvat, tetapi piruvat tidak direduksi menjadi laktat, melainkan pertama-tama didekarboksilasi menjadi asetaldehida, yang lalu direduksi menjadi etanol oleh NADH dan alkohol dehidrogenase.

17 |S e m i n a r K i m i , F a h r i a d i P a k a y a

DAFTAR PUSTAKA

Stryer, Lubert. 2000. Biokimia Edisi 4. Jakarta : EGC

Thenawijaya, Maggy. 1994. Dasar – Dasar Biokimia. Jakarta : Erlangga

http://id.wikipedia.org/wiki/Glikolisis18 Mei 2010.

http://www.crayonpedia.org/mw/Respirasi_Sel_12.1 7 Mei 2008.

http://metabolismelink.freehostia.com/glikolisis_do.htm2007

http://gusti0909.wordpress.com/2010/01/12/21/