LEARNING
OBJECTIVE
1. Bagaimana
Struktur dan Metabolisme Protein?
2. Bagaimana
Struktur dan Metabolisme Asam Nukleat?
3. Bagaimana
Proses Pembentukan Energi?
PEMBAHASAN
a. Struktur
Protein memiliki struktur rumit dengan konformasi yang unik. Protein merupakan
polimer dari asam amino. Asam amino adalah molekul organik berupa karbon yang
memiliki gugus amina dan gugus karboksil. Kebanyakan asam amino adalah molekul
karbon khiral (karbon yang membawa empat substituen yang berbeda) kecuali glisin
yang gugus R nya adalah H (Campbell, 2002).
Gugus R (rantai samping) spesifik untuk tiap jenis asam amino, yang
juga menentukan sifat asam amino. Asam amino di bagi menjadi beberapa kelompok
berdasar sifat rantai sampingnya. Satu kelompok memiliki rantai samping nonpolar
dan bersifat hidrofobik, kelompok lain terdiri dari asam amino dengan rantai
samping polar, yang bersifat hidrofilik. Asam amino asam/asidik adalah asam
amino dengan rantai samping yang umumnya bermuatan negatif akibat kehadiran
gugus karboksil. Asam amino basa/basik adalah asam amino yang memiliki gugus
amino pada rantai sampingnya yang umumnya bermuatan positif (Campbell, 2002).
Polimerisasi asam amino membentuk polipeptida dibentuk dengan ikatan
peptida yang dibentuk oleh interaksi gugus amina dan gugus karboksil sehingga
pada polipepetida akan didapati ujung karboksil (terminal C) dan ujung amina
(Terminal N).
Komposisi rata-rata unsur kimia yang terdapat dalam protein adalah sebagai
berikut: Carbon (50%), Hidrogen (7%), Oksigen (23%), Nitrogen (16%), Belerang
(0-3%), Fosfor (0-3%). Protein memeiliki molekul besar dengan bobot molekul
bervariasi antara 5000 sampai jutaan. Ada 20 jenis asam amino yang terdapat
dalam molekul protein. 20 jenis asam amino tersebut adalah glisin, alanin,
valin, leusin, isoleusin, serin, tronin, sistein, metionin, asam aspartat,
asparagin, asam glutamat, glutamin, arginin, lisin, hidroksilisin, histidin,
fenilalanin, tirosin, triftofan, prolin. Asam-asam amino ini terikat satu dengan
yang lain oleh ikatan peptida (Campbell,
2002).
·
Ada 4 tingkatan struktur protein, yaitu adalah:
1)
Struktur primer yaitu susunan linear polipeptida yang tersusun atas asam-asam aminonya.
Sikuen asam amino terbentuk melalui sintesis protein yang diarahkan oleh mRNA.
Sikuen polimer protein terdiri dari urutan asam-asam amino, yang jenis-jenisnya
berurutan menurut kombinasi yang ditentukan oleh kode genetik dalam mRNA (Poedjiadi, 2004).
2)
Struktur sekunder yaitu Struktur tiga dimensi lokal dari berbagai
rangkaian asam amino pada protein yang distabilkan oleh ikatan hidrogen. Pada struktur sekunder tidak
terlihat sebagai rantai lurus polimer yang tersusun atas asam amino. Struktur
sekunder asam amino terdiri atas 2 macam, yaitu susunan berpilin spiral
membentuk alpha heliks dan susunan lembaran (Poedjiadi,
2004).
Berbagai bentuk struktur sekunder misalnya ialah sebagai berikut:
-
alpha helix (α-helix, "puntiran-alfa"), berupa pilinan rantai
asam-asam amino berbentuk seperti spiral yang disatukan oleh ikatan hydrogen.
-
beta-sheet (β-sheet,
"lempeng-beta"), berupa lembaran-lembaran lebar yang tersusun dari
sejumlah rantai asam amino yang saling terikat melalui ikatan hidrogen atau
ikatan tiol (S-H).
-
beta-turn, (β-turn, "lekukan-beta").
-
gamma-turn, (γ-turn, "lekukan-gamma").
3)
Struktur tersier ialah pelipatan spiral secara berlekuk-lekuk membentuk
suatu unit struktur padat yang hampir bulat (gumpalan). Struktur ini merupakan hasil pemutar balikan tak beraturan dari ikatan
antar rantai samping berbagai asam amino. Contohnya adalah hemoglobin, protein globulin dalam darah, dan
immunoglobin.
4)
Struktur kuartener ialah struktur
yang terbentuk dari 2 atau lebih subunit struktur tersier. Hubungan antara
subunit satu dengan lainnya menggunakan suatu ikatan kimia (Poedjiadi, 2004).
a.
Fungsi
Jenis protein
|
Fungsi
|
Contoh
|
Protein struktural
|
Pendukung
|
Serangga dan laba-laba menggunakan serat sutera, masing-masing untuk
membentuk kokon dan sarangnya. Kolagen dan elastin menyediakan suatu struktur
serat dalam jaringan ikat hewan, seperti tendon dan ligamen. Keratin adalah
protein rambut, tanduk, bulu, dan tempelan lain pada kulit
|
Protein simpanan/
cadangan
|
Cadangan asam amino
|
Ovalbumin adalah protein
pada putih telur yag digunakan sebagai sumber asam amino bagi embrio yang
sedang berkembang. Kasein, protein susu, merupakan sumber utama asam amino
untuk bayi mamalia. Tumbuhan memiliki protein cadangan dalam bijinya
|
Protein transpor
|
Mengangkut substansi lain
|
Hemoglobin, protein yang
mengandung besi dalam darah vertebrata mengangkut oksigen dari paru-paru ke
bagian tubuh lain. Protein transpor lainnya mengangkut molekul melewati
membran sel
|
Protein hormonal
|
Koordinasi aktivitas organisme
|
Insulin, suatu hormon
yang disekresi oleh pankreas, membantu mengatur konsentrasi gula dalam darah
vertebrata
|
Protein reseptor
|
Respon sel terhadap
rangsangan kimiawi
|
Reseptor yang ada di
dalam membran sel-sel saraf akan mendeteksi sinyal kimiawi yang dilepaskan
oleh sel-sel saraf lainnya
|
Protein kontraktil
|
Pergerakan
|
Aktin dan miosin
bertanggungjawab atas pergerakan otot. Protein kontraktil bertanggungjawab
atas pergerakan atau getaran silia dan flagela yang menggerakan banyak sel
|
Protein pertahanan
|
Perlindungan terhadap
penyakit
|
Antibodi menyerang
bakteri dan virus
|
Protein enzimatik
|
Percepatan reaksi-reaksi
kimiawi secara selektif
|
Enzim pencernaan
menghidrolisis polimer dalam makanan
|
(Campbell,
2002).
b.
Metabolisme
Jalur metabolik utama
dari asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari
pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di
hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan ketiga adalah
katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea
sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah
sintesis protein dari asam-asam amino (Murray, et al, 2003).
Katabolisme asam amino
Asam-asam amino tidak
dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau terjadi
kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan
asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam
amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena
bersifat toksik bagi tubuh (Murray, et al, 2003).
Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:
1)
Transaminasi
Enzim
aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat menghasilkan glutamat
atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat
2)
Deaminasi oksidatif
Pelepasan amino dari glutamat menghasilkan ion ammonium. Glutamat
juga dapat memindahkan amin ke rantai
karbon lainnya, menghasilkan asam amino baru.
Setelah mengalami pelepasan
gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur
yang beraneka ragam (Murray, et al, 2003).
Gugus-gugus amin dilepaskan
menjadi ion amonium (NH4+) yang selanjutnya masuk ke
dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya
dibuang melalui ginjal berupa urin. Proses yang terjadi di dalam siklus urea
digambarkan terdiri atas beberapa tahap yaitu:
1) Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium
bereaksi dengan CO2 menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini
diperlukan energi dari ATP
2) Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat
bereaksi dengan L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan
3) Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi
dengan L-aspartat menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan
energi dari ATP
4) Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat
dipecah menjadi fumarat dan L-arginin
5) Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap
L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea (Murray, et al, 2003).
Sintesis asam amino
Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari asam amino
dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea. Rangka karbon
umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi
asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam
amino dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik
serta glukogenik dan ketogenik.
Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur
produksi piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-ketoglutarat
atau oksaloasetat. Semua asam amino ini merupakan prekursor untuk glukosa
melalui jalur glukoneogenesis. Semua asam amino kecuali lisin dan leusin
mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah asam amino yang
semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat asetil KoA atau
asetoasetil KoA (Murray, et al, 2003).
Sekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin,
triptofan, dan tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya, seharusnya
kita kenal bahwa ada 3 kemungkinan penggunaan asam amino. Selama keadaan
kelaparan pengurangan rangka karbon digunakan untuk menghasilkan energi, dengan
proses oksidasi menjadi CO2 dan H2O (Murray,
et al, 2003).
Dari 20 jenis asam
amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada di
dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino esensial.
Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam
amino ini dinamakan asam amino non-esensial (Murray, et al, 2003).
2. Asam
Nukleat (DNA dan RNA)
a. Struktur dan fungsi
Asam nukleat merupakan senyawa penting yang terdapat di
dalam sel, tersusun atas unit-unit nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas
basa purin atau pirimidin yang terikat pada gula pentosa dan diesterifikasi
dengan asam fosfat. Di alam dikenal dua jenis asam nukleat yaitu ADN (asam
deoxsiribonukleat) dan ARN (asam ribonukleat). Gula pentosa terdiri atas ribosa
dan deoksiribosa. Dalam keadaan bebas, gula tersebut berbentuk pirinosa, tetapi
dalam suatu nukleotida gula tersebut berbentuk furanosa (Campbell, 2002).
Basa pirimidin diturunkan dari senyawa
pirimidin yang berupa cincin pirimidin. Di dalam nukleotida dan asam nukleat,
pirimidin yang umum dijumpai adalah sitosin (C), urasil (U) (pada RNA) dan
timin (T) (pada DNA). Selain
itu, sering dijumpai dalam bentuk 5-hidroksimetilsitosin dan 5-metilsitosin (Campbell, 2002).
Basa purin adalah turunan dari senyawa purin yang mengandung
cincin pirimidin dan cincin imidazol yang berikatan secara bersama. Basa purin
yang sangat penting dalam nukleotida dan asam nukleat adalah adenin (A) dan
guanin (G). Jika basa purin dan basa pirimidin berikatan dengan gula, maka
terbentuk nukleosida. Bila nukleosida
diesterifikasi dengan asam fosfat, maka terbentuk nukleotida (Campbell,
2002).
Asam nukleat
menyimpan dan menghancurkan informasi herediter. DNA dapat mengarahkan
replikasinya sendiri, mensitesis RNA, dan mengontrol sintesis protein melalui
RNA (Campbell, 2002).
Dalam
pembuatan polinukleotida, nukleotida-nukleotida menyatu untuk membentuk suatu
”tulang belakang” gula-fosfat yang merupakan asal dari basa nitrogen. Urutan
basa gen akan menspesifikan sekuen asam amino suatu protein tertentu (Campbell,
2002).
Penurunan sifat
genetik didasarkan pada replikasi heliks ganda DNA. DNA adalah suatu
makromolekul beruntai ganda dan berbentuk heliks dengan basa yang menonjol ke
bagian dalam molekul tersebut. A selalu berikatan hidrogen dengan T, dan C
dengan G, urutan nukleotida kedua untai bersifat komplementer. Salah satu untai
berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan untaian yang lain (Campbell, 2002)
a.
Metabolisme
Molekul DNA merupakan
rantai polinukleotida yang mempunyai bebrapa jenis basa purin pirimidin, dan
bebentuk heliks ganda. Antara rantai satu dengan pasangannya dalam heliks ganda
tersebut terdapat ikatan hydrogen, yaitu ikatan yang terjadi antara adenine dengan
timin dan antara sitosin dan guanine. Di
samping mampu mengadakan replikasi, ternyata urutan asam basa purin dan
pirimidin menetukan urutan asam amino dalam pembentukan protein. Dalam proses
biosinteis protein molekul DNA berperan sebagai cetakan bagi terbentuknya RNA,
sedangkan molekul RNA kemudian mengarahkan urutan asam amino dalam pembentukan
molekul protein yang berlangsung dalam ribosom (Murray, et al,
2003).
1) Tahap
I disebut transkripsi, yaitu pembentukan molekul RNA sesuai pesan yang
diberikan DNA. Pada tahap ini informasi genetic diberikan keda molekul RNA yang
terbentuk selaku perantara dalam sintesis protein.
2)
Tahap II disebut translasi, yaitu
molekul RNA menerjemahkan informasi genetika ke dalam proses pembentukan
protein. Pada tahap ini asama-asam
amino secara berurutan diikat satu dengan yang lain, sesuai yang diberikan DNA
(Murray, et al, 2003).
rRNA bersama dengan
protein merupakan komponen yang membentuk ribosom dalam sel. Walaupun rRNA ini
merupakan komponen utama ribosom dan paling banyak jumlahnya bila dibandingkan
dengan kedua RNA yang lain, yaitu kira-kira 80% dari keseluruhan RNA (Murray, et al, 2003).
Kode genetika yang
berupa urutan basa pada rantai nukleotida dalam molekul DNA disalin pada urutan
basa pada rantai nukleotida dalam molekul mRNA. Tiap tiga buah basa yang
beurutan disebut kodon, sebagai contoh AUG adalah kodon yang terbentuk dari
kombinasi guanin-urasil-guanin (Murray, et
al, 2003).
tRNA adalah asam nukleat yang molekulnya terdiri atas
73-94 nukleotida. Struktur molekul tRNA yang terpenting dalam biosintesis
protein ialah lengan asam amino yang mempunyai fungsi mengikat molekul asama
amino tertentu dan lipatan antikodon. Lengan asam amino pada ujung 3 selalu
berkahir daengan tiga molekul nukleotida yang mengandung basa sitosin sitosin
adenin (CCA) pada proses biosintesis protein, tiap tRNA membawa satu molekul
asam amino masuk ke ribosom (Murray, et
al, 2003).
3. Proses
Pembentukan Energi
GLIKOLISIS
Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel.
Lintasan katabolisme ini adalah proses pemecahan glukosa menjadi:
·
asam piruvat, pada suasana aerob
(tersedia oksigen)
·
asam laktat, pada suasana anaerob (tidak
tersedia oksigen) (Murray, et al,
2003).
Glikolisis
merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan
selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus
Kreb’s). Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa
dan galaktosa.
Keseluruhan
persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:
Glukosa
+ 2ADP +2Pi à 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O
Tahap
Glikolisis:
1)
Mg2+
Glukosa + ATP à glukosa 6-fosfat + ADP
2) Glukosa
6-fosfat à
Fruktosa 6-fosfat, bantuan enzim fosfoheksosa isomerase
3) µ-D-fruktosa
6-fosfat + ATP « D-fruktosa 1,6-bifosfat
4) D-fruktosa
1,6-bifosfat «
D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat, bantuan enzim aldolase (fruktosa 1,6-bifosfat
aldorase)
5) D-gliseraldehid
3-fosfat «
dihidroksiaseton fosfat, bantuan enzim fosfotriosa
isomerase (reaksi interkonversi)
D-gliseraldehid
3-fosfat «
dihidroksiaseton fosfat, bantuan enzim fosfotriosa
isomerase (reaksi interkonversi)
6) Glikolisis
berlangsung melalui oksidasi Gliseraldehid
3-fosfat menjadi 1,3-bifosfogliserat,
dan karena aktivitas enzim fosfotriosa isomerase, senyawa dihidroksi aseton
fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid
3-fosfat.
D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi«
1,3-bifosfogliserat + NADH + H+
Enzim yang bertanggung jawab terhadap
oksidasi di atas adalah gliseraldehid
3-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung kepada NAD.
Atom-atom hydrogen yang dikeluarkan dari
proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD+ yang terikat pada enzim.
Pada rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi.
(+3P) (Murray, et al, 2003).
OKSIDASI PIRUVAT
Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi
oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadi di dalam mitokondria sel. Secara
kolektif, kompleks enzim yang bekerja pada oksidasi piruvat diberi nama
kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks µ-keto
glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat (Murray, et al, 2003).
Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga
merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari
senyawa non karbohidrat menjadi karbohidrat (Murray, et al, 2003).
Secara
ringkas rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat:
Piruvat
+ NAD+ + KoA à Asetil KoA + NADH + H+ + CO2
SIKLUS ASAM SITRAT (SIKLUS CREB’S)
Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Berlangsung
di mitokondria (Murray, et al, 2003).
Fungsi utama siklus asam sitrat adalah
sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.
Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir
menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut (Murray, et
al, 2003).
Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus,
terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil
kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian
memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses
fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan
oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.
Lintasan detail Siklus Kreb’s (Murray, et al, 2003)
Reaksi-reaksi
pada siklus asam sitrat diuraikan sebagai berikut:
1) Asetil
KoA + Oksaloasetat + H2O à Sitrat + KoA
2) Sitrat
dikonversi
menjadi isositrat oleh enzim akonitase (akonitat hidratase) yang
mengandung besi Fe2+ dalam bentuk protein besi-sulfur (Fe:S).
Konversi ini berlangsung dalam 2 tahap, yaitu: dehidrasi menjadi sis-akonitat, yang sebagian di antaranya terikat
pada enzim dan rehidrasi menjadi
isositrat.
Reaksi
tersebut dihambat oleh fluoroasetat yang dalam bentuk fluoroasetil KoA
mengadakan kondensasi dengan oksaloasetat untuk membentuk fluorositrat. Senyawa
terakhir ini menghambat akonitase sehingga menimbulkan penumpukan sitrat.
3) Isositrat mengalami
dehidrogenasi membentuk oksalosuksinat dengan
adanya enzim isositrat dehidrogenase.
Isositrat + NAD+
« Oksalosuksinat « µ–ketoglutarat
+ CO2 + NADH + H+
(terikat enzim)
Kemudian
terjadi dekarboksilasi menjadi µ–ketoglutarat yang
juga dikatalisir oleh enzim isositrat
dehidrogenase. Oksalosuksinat tampaknya akan tetap terikat pada enzim
sebagai intermediate dalam keseluruhan reaksi.
4) µ–ketoglutarat
mengalami
dekarboksilasi oksidatif melalui cara yang sama dengan dekarboksilasi oksidatif
piruvat, dengan kedua substrat berupa asam µ–keto.
µ–ketoglutarat
+ NAD+ + KoA à Suksinil KoA + CO2 +
NADH + H+
Reaksi
tersebut yang dikatalisir oleh kompleks µ–ketoglutarat
dehidrogenase menghasilkan pembentukan suksinil KoA (tioester berenergi
tinggi). Arsenit menghambat reaksi di atas sehingga menyebabkan penumpukan µ–ketoglutarat.
5) Perubahan
suksinil KoA menjadi suksinat dengan adanya peran enzim suksinat tiokinase (suksinil KoA sintetase)
Suksinil
KoA + Pi + ADP « Suksinat + ATP + KoA
Dalam
siklus asam sitrat, reaksi ini adalah satu-satunya contoh pembentukan fosfat
berenergi tinggi pada tingkatan substrat dan terjadi karena pelepasan energi
bebas dari dekarboksilasi oksidatif µ–ketoglutarat.
6) Suksinat dimetabolisir
lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi yang diikuti oleh penambahan air dan
kemudian oleh dehidrogenasi lebih lanjut yang menghasilkan kembali
oksaloasetat.
Suksinat
+ FAD «
Fumarat + FADH2
Reaksi
dehidrogenasi pertama dikatalisir oleh enzim suksinat dehidrogenase. Enzim ini mengandung FAD dan protein
besi-sulfur (Fe:S). Fumarat terbentuk
sebagai hasil dehidrogenasi. Fumarase (fumarat
hidratase) mengkatalisir penambahan air pada fumarat untuk menghasilkan malat.
Fumarat
+ H2O « L-malat
Enzim fumarase juga mengkatalisir penambahan unsur-unsur
air kepada ikatan rangkap fumarat dalam konfigurasi trans.
Malat
dikonversikan
menjadi oksaloasetat dengan
katalisator berupa enzim malat
dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+.
L-Malat + NAD+
«
oksaloasetat + NADH + H+
(Murray, et al, 2003)
GLIKOGENESIS
Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah
pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi
menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian siklus asam
sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi.
Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi
untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya.
Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa
yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan
glikogenesis.
Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang
utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama
terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1% (Murray, et al, 2003).
Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang
tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri.
Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan simpanan dan pengiriman
heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya pada saat di
antara waktu makan. (Murray, et al,
2003).
Rangkaian
proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut:
1) Glukosa
mengalami
fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi
yang lazim terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini
dikatalisir oleh heksokinase sedangkan
di hati oleh glukokinase.
2) Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan
bantuan katalisator enzim
fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus
fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya
adalah glukosa 1,6-bifosfat.
Enz-P
+ Glukosa 6-fosfat «Enz + Glukosa 1,6-bifosfat «
Enz-P + Glukosa 1-fosfat
3) Selanjutnya
glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc).
Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc
pirofosforilase.
UTP + Glukosa
1-fosfat « UDPGlc + PPi
4) Hidrolisis pirofosfat
inorganik berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi
kearah kanan persamaan reaksi
5) Atom
C1 pada glukosa yang
diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C4
pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang
sudah ada sebelumnya (disebut glikogen
primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya
dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.
UDPGlc + (C6)n
à UDP + (C6)n+1
Glikogen Glikogen
Residu
glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 1à4 untuk
membentuk rantai pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka
glikogenin tetap melekat pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati
terdapat jumlah molekul glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin.
6) Setelah
rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut
hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 1à4
(panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 1à6 sehingga
membuat titik cabang pada molekul
tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1àglukosil
dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal non reduktif
bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul meningkat sehingga
mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis (Murray, et al, 2003).
GLIKOGENOLISIS
Jika glukosa dari diet
tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan
glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis. Glikogenolisis
seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian.
Untuk memutuskan ikatan glukosa satu
demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase.
Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 1à4
glikogen untuk menghasilkan glukosa
1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen
dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang
tersisa pada tiap sisi cabang 1à6.
(C6)n
+ Pi à (C6)n-1 +
Glukosa 1-fosfat
Glikogen Glikogen
Glukan
transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu
cabang ke cabang lainnya sehingga
membuat titik cabang 1à6 terpajan. Hidrolisis ikatan 1à6 memerlukan
kerja enzim enzim pemutus cabang
(debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka
kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung (Murray, et al, 2003).
GLUKONEOGENESIS
Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari
karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah menggunakan lemak sebagai
sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk
energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh
(Murray, et al, 2003).
Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa
non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.
Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan
lipid maupun protein dijelaskan sebagai berikut (Murray, et al, 2003):
1)
Lipid terpecah menjadi komponen
penyusunnya yaitu asam lemak dan gliserol. Asam lemak dapat dioksidasi menjadi
asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk dalam siklus Kreb’s. Sementara itu
gliserol masuk dalam jalur glikolisis.
2) Untuk
protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Kreb’s.
DAFTAR
PUSTAKA
Campbell, Neil A., Jane
B. Reece, Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V.
Minorsky, Robert B. Jackson. 2002. Biologi.
Jakarta : Penerbit Erlangga
Murray Robert
K., Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor W. Rodwell. 2003. Biokimia Harper Edisi XXV. Penerjemah Hartono Andry. Jakarta: Penerbit Buku
Kedokteran EGC
Nugroho, Heru Santoso
Wahito. 2004. Metabolisme Lipid.
Surabaya : Politeknik Kesehatan Departemen Kesehatan Surabaya
Nugroho, Heru Santoso
Wahito. 2009. Metabolisme Karbohidrat.
Surabaya : Politeknik Kesehatan Departemen Kesehatan Surabaya
Poedjiadi,
Ana.1994. Dasar-Dasar Biokimia.
Jakarta : UI-Press
No comments:
Post a Comment