M ETABOLISM E KARBOHIDRAT

TUGAS BIOKIM IA

Oleh

Nurul Mufitdhah, S. Si.

NIM 151820401003

MAGISTER BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

2015

A. Glikolisis

Tahapan reaksi glikolisis

1. Pembentukan Glukosa -6-Phosphate (Heksokinase)

Setelah memasuki sel, glukosa dan molekil gula yang lain diphosphorilasi dengan

tujuan untuk mencegah glukosa keluar dari sel sehingga meningkatkan kereaktifan

atom O, dan terbentuklah Phospat Ester. Enzim Heksokinase berfungsi sebagai

katalis phosphorilasi pada heksosa. Sedangkan ATP merupakn kosubstrat reaksi yang

dikomplekskan oleh Mg2+. Dalam bentuk kompleks MgATP2+, baru bisa digunakan

menjadi substrat oleh heksokinase.

2. Mengubah Glukosa-6-Phosphate Menjadi Fruktosa-6-Phosphat

Pada tahap ini, aldosa (glukosa-6-phosphat) diubah menjadi ketosa (fruktosa-6-

phosphat) dengan menggunakan PGI (phosphoglukoisomerase). Dan perubahan ini

membuat C-1 dari fruktosa dapat diphosphorilasi.

3. Phosphorilasi Fruktosa-6-Phosphate

Seperti yang kita ketahui, pada tahap kedua C-1 dari fruktosa dapat di

phosphorilasi. Dan pada tahap ini, C-1 dari fruktosa diphosphorilasi dengan katalis

Phosphofruktokinase-1(PKF-1), dan reaksi ini berlangsung satu arah.

4. Pemecahan Fruktosa 1,6-Bisphosphat

Langkah I dari glikolisis berakhir dengan pemecahan Fruktosa-1,6-bisphosphat

menjadi gliseraldehid-3-phosphat (G-3-P) dan dihidroksiaseton phosphate (DHAP).

Reaksi ini disebut “Pemecahan Aldol”, enzyme yang berperan dalam reaksi ini adalah

aldolase. Reaksi pemecahan aldol merupakan kebalikan dari reaksi kondensasi aldol.

5. Interkonversi Gliseraldehid-3-Phosphat dan Dihidroksiaseton Phosphat

Dari 2 produk reaksi aldolase, hanya G-3-P yang dapat digunakan sebagai substrat

untuk tahap glikolisis selanjutnya. Agar Dihidroksiaseton Phosphat juga dapat

dimanfaatkan sebagai substrat, dibutuhkan enzim Triose Phosphat Isomerase untuk

mengubah DHAP menjadi G-3-P.

6. Oksidasi Gliseraldehid-3-Phosphat(G-3-P)

Pada tahap ini, G-3-P mengalami 2 reaksi yaitu oksidasi dan phosphorilasi. Produk

dari tahap ini adalah glicerat-1,3-bisphosphat. Glicerat-1,3-bisphosphat memiliki

energi ikatan yang besar, dan dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan ATP.

Gliseraldehid-3-phosphat dehidrogenase berfungsi sebagai katalis reaksi.

Gliseraldehid-3-phosphat dehidrogenase terdiri dari 4 subunit yang identik. Setiap

subunit memiliki sisi untuk berikatan dengan G-3-P dan satu sisi lagi untuk berikatan

dengan NAD+ pada sisi aktif. Kemudian NADH meninggalkan sisi aktif dan

ditempati oleh NAD+. Sehingga gliserat-3-bisphosphat terbentuk

7. Pemindahan Gugus Phosphoril

Pada tahap ini, reaksi menghasilkan ATP dengan katalis phosphogliserat kinase.

Pembentukan ATP dengan cara memindahkan gugus phosphoril dari senyawa yang

berenergi tinggi ke ADP disebut dengan “Phosphorilasi Tingkat Substrat”. Reaksi ini

merupakan reaksi pertama yang menghasilkan ATP dalam tahapan glikolisis.

8. Interkonversi 3-Phosphogliserat dan 2-Phosphogliserat

Gliserat-3-phosphat memiliki gugus phosphoril yang susah untuk dipindahkan.

Dan hal ini membuat gliserat-3-phosphat susah untuk digunakan dalam membentuk

ATP. Seingga sel mengubah gliserat-3-phosphat dengan ester phosphate berenergi

rendah menjadi phosphoenolpituvat(PEP), yang mana gugus phosphorilnya sangat

berpotensial tinggi untuk dapat dipindahkan. Pada tahap pertama perubahan,

phosphogliserat mutase mengkatalis perubahan senyawa C-3 yang terphosphorilasi

menjadi senyawa C-2 yang terphosphorilasi melalalui 2 langkah siklus

eliminasi/adisi.

9. Dehidrasi 2-Phosphogliserat

Pada tahap ini, enolase mengkatalis dehidrasi gliseral-2-phosphat menjadi PEP.

Sebab, PEP memiliki gugus phosphoril yang lebih mudah dipindahkan daripada

gliserat-2-phosphat. Hal ini terjadi karena PEP terdiri dari gugus enol-phosphat yang

bahkan dalam bentuk phosphat ester.

10. Pembentukan Piruvat

Reaksi terakhir dari proses glikolisis adalah pemindahan gugus phosphoril dari

PEP menuju ADP yang dikakatalis oleh piruvat kinase. Dua molekul ATP terbentuk

untuk setiap molekul glukosa. Karena energi bebas dari hidrolisis sangat besar,

perubahan PEP menjadi piruvat berlangsung irreversible.

Regulasi Glikolisis

Regulasi glikolisis sangat rumit karena peranan penting glukosa dalam

menghasilkan energi dan dalam pembentukan sejumlah metabolit. Laju siklus

glikolisis dikontrol oleh enzim allosterat yaitu heksokinase, Phosphofruktokinase-1

(PFK-1), dan piruvat kinase. Reaksi glikolisis dikatalisis menggunakan enzime ini

secara irreversible. Pada umumnya efektor allosterat merupakan molekul selular yang

berkonsentrasi tinggi yang sensitive terhadap kondisi sel. Misalnya heksokinase

diinhibisi dengan adanya kelebihan glukosa-6-phosphat, tetapi molekul juga dapat

berperan sebagai efekor allosterat seperti AMP yang berkonsetrasi tinggi

mengaktivasi PFK-1 dan piruvat kinase. Sebaliknya, jika ATP yang berkonsentrasi

tinggi maka PFK-1 dan piruvat kinase diinhibisi.

B. Siklus Krebs

1 molekul

piruvat akan diubah menjadi Asetil-CoA dengan bantuan enzim Pyruvate

Dehidrogenase. Satu molekul CO2 dan dan satu atom H akan dilepaskan dari piruvat,

serta satu molekul CoA (coenzym A) akan ditambahkan. Atom H akan ditangkap

oleh NAD+ dan menghasilkan NADH. Asetil-CoA kemudian masuk ke dalam siklus

Krebs dengan langkah sebagai berikut:

1. Kondensasi

Kondensasi merupakan reaksi penggabungan molekul asetil-CoA dengan

oksaloasetat membentuk asam sitrat. Enzim yang bekerja dalam reaksi ini adalah

enzim asam sitrat sintetase.

2. Isomerisasi Sitrat

Pengaturan kembali sitrat menjadi bentuk isomernya supaya lebih mudah untuk

dioksidasi. Reaksi ini melibatkan proses dehidrasi dan hidrasi. Mula-mula terjadi

dehidrasi sehingga Sitrat diubah menjadi cis-akonitat oleh enzim akonitase yg

mengandung Fe++, kemudian terjadi rehidrasi cis-akonitat menjadi isositrat.

3. Dekarboksilasi oksidatif

Isositrat dioksidasi menjadi oksalosuksinat oleh isositrat dehidrogenase yg

memerlukan NAD+. Reaksi ini diikuti dekarboksilasi oleh enzim yg sama menjadi α-

ketoglutarat. Enzim ini memerlukan Mn2+ / Mg2+.

4. Dekarboksilasi oksidatif kedua

Perubahan α-ketoglutarat menjadi suksinil CoA oleh enzim α-ketoglutarat

dehidrogenase kompleks. Enzim ini memerlukan kofaktor seperti : TPP, Lipoat,

NAD+, FAD dan CoA-SH. Reaksi ini secara fisiologis berjalan searah dan dapat

dihambat oleh arsenit yang mengakibatkan akumulasi / penumpukan α-ketoglutarat.

5. Phosporilasi tingkat substrat

Konversi suksinil-CoA menjadi suksinat yang terjadi secara reversible dan

dikatalisis oleh enzim succinyl-CoA synthetase or succinic thiokinase. Reaksi ini

memerlukan ADP atau GDP dengan Pi akan membentuk ATP atau GTP. Juga

memerlukan Mg++. Reaksi ini membentuk senyawa fosfat berenergi tinggi pada

tingkat substrat.

6. Dehidrogenasi Suksinat

Pembentukan suksinat dari suksinil-CoA dioksidasi menjadi fumarat oleh

flavoprotein succinate dehydrogenase. Reaksi oksidasi suksinat menjadi fumarat

diiringi oleh reduksi FAD menjadi FADH2.

7. Hidrasi daei fumarat ke malat

Reaksi hidrasi yang reversible dari Fumarat menjadi L-Malate dikatalisi oleh

Fumarase (fumarate hydratase).

8. Dehidrogenasi Malat

Tahapan terakhir adalah membentuk kembali oxaloasetat melalui oksidasi malat

oleh enzim malat dehidrogenase. Pada tahap ini juga dihasilkan NADH ketiga dari

NAD+.

C. Transport Elektron

Transpot elektron adalah tahap akhir dalam metabolism karbohidrat yang meliputi

proses perpindahan elektron dari molekul donor menuju aseptor terakhir, yang

melibatkan 5 macam kompleks, yaitu:

1. Kompleks I

Kompleks I terdiri atas NADH-coenzyme Q oxidoreductase atau NADH

dehydrogenase. Pada kompleks ini, dua elektron dilepaskan dari NADH dan

ditransfer ke Coenzyme-Q (CoQ) dengan bantuan FMN (flavin mononucleotide) dan

FeS (Iron-Sulfur) sebagai electron translocator nya. Pada proses ini 4 ion H+ (proton)

dipompa oleh Complex I dari matrix ke ruang antarmembran.

2. Kompleks II

Kompleks II (Succinate-Q oxidoreductase atau Succinate dehydrogenase),

merupakan enzim TCA yang terikat pada membrane. Kompleks ini merupakan titik

masuknya FADH2 yg diproduksi oleh suksinat dehidrogenase. Kemudian elektron

dari FADH2 tersebut akan didonorkan ke ubiquinone.

3. Kompleks III

Kompleks III terdiri dari berbagai protein karier elektron yaitu: sitokrom B, pusat

Fe-S dan sitokrom C1. Terjadi reaksi oksidasi Ubiquinol dan reduksi molekul

Cytochrome c. 4 ion H+ (proton) dipompa melewati membran ke ruang

antarmembran.

4. Kompleks IV

Dikenal sebagai sitokrom oksidase karena bertugas mengambil elektron dari cyt C

dan mentransfernya ke O2. Di Complex IV (Cytochrome c oxidase), 4 elektron

dilepaskan dari 4 molekul cytochrome c dan ditransfer ke molekul O2 , membentuk 2

molekul H2O (air). Pada waktu yang sama 4 ion H+ (proton) dilepaskan dari matrix

mitokondria, namun hanya 2 ion H+ (proton) yang dipompan melewati membran ke

ruang antar membran. Aktivitas Cytochrome c oxidase diinhibisi oleh cyanide

(sianida).

5. Kompleks V

Terdiri atas ATP synthase / F0F1 kompleks. F1 kompleks merupakan bagian dari

kompleks V yang akan menghasilkan ATP pada saat proton masuk dar ruang

intermembran ke matriks. Banyaknya ion H+ (proton) yang dipompa melewati

membran menyebabkan perbedaan konsentrasi proton yang kuat (strong hydrogen

concentration gradient) antara matrix dan ruang antarmembran pada mitokondria.

Keadaan ini memicu terjadinya chemiosmosis dan ATP synthase memanfaatkan

keadaan ini untuk menyelesaikan serangkaian proses produksi energi dengan

memfosforilasi ADP menjadi ATP.

DAFTAR PUSTAKA

Berg, Tymoczko, Stryer. Biochemistry Sixth Edition Chapter 17: The Citric Acid

Cycle. Copyright©2007byw. H. Freemanandcompany. [Online 17 Setember

2015]

Chaney, Steve. 2005. Citric Acid (Kreb’s, TCA) Cycle. Syllabus. [Online 17

Setember 2015]

Meiyanto, Edy. Glikolisis. Edymei.Blog.Ugm.Ac.Id/Files/2009/03/Viii-Glikolisis.Pdf

Miles, Bryant. 2003. The Electron Transport Chain. [Online 17 Setember 2015]

Repository.Usu.Ac.Id/Bitstream/123456789/23200/4/Chapter%20ii.Pdf