GLIKOLISIS

Glikolisis Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas Belum Diperiksa Glikolisis berasal dari kata glukosa dan lisis (pemecahan), adalah serangkaian reaksi biokimia di mana glukosa dioksidasi menjadi 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 disimpan dalam senyawa organikberupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH. Lintasan glikolisis yang paling umum adalah lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (bahasa Inggris: EMP pathway), yang pertama kali ditemukan oleh Gustav Embden, Otto Meyerhofdan Jakub Karol Parnas. Selain itu juga terdapat lintasan Entner–Doudoroff yang ditemukan oleh Michael Doudoroff dan Nathan Entner terjadi hanya pada sel prokariota, dan berbagai lintasan heterofermentatif dan homofermentatif. Ringkasan reaksi glikolisis pada lintasan EMP adalah sebagai berikut:[1][2] Sedangkan ringkasan reaksi dari glikolisis, siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif adalah:[3] Mekanisme Pembentukan Asetil KoA Dari Piruvat Dekarboksilasi oksidatif piruvat untuk membentuk asetil KoA, yang berlangsung dalam matriks mitokondria, merupakan penghubung antara glikolisis dengan daur Krebs. Piruvat + KoA + NAD+ ------> CO2 + asetll-KoA + NADH + H+ Reaksi tersebut dikatalisis oleh kompleks piruvat dehidrogenase (PDH). Kompleks enzim ini terdiri dari tiga macam enzim, yaitu: Piruvat dehidrogenase, Dehidrolipil transasetilase, dan Dihidrolipoil dehidrogenase. Tiamin pirofosfat (TPP), lipoamida dan FAD bertindak sebagai kofaktor katalitik, di samping KoA dan NAD+ yang merupakan kofaktor stoikiometri. Selama proses oksidasi, dihasilkan nikotinamida adenin dinukleotida tereduksi (NADH) dan flavin adenin dinukleotida tereduksi (FADH2). NADH dan FADH2 digunakan untuk menggerakkan proses fosforilasi oksidatif, dan mengkonversi menjadi ATP. Jalur oksidasi piruvat menjadi asetil KoA dapat dilihat dalam tahap berikut: Sitrat Sintase (Enzim Kondensasi) Reaksi pertama daur Krebs adalah reaksi kondensasi, yaitu bergabungnya suatu unit emapt karbon, oksaloasetat, dengan suatu unit dua karbon, gugus asetil dari asetil KoA. Asetil KoA bereaksi dengan oksaloasetat dan air menghasilkan sitrat dan KoA. Reaksi ini dikatalisis oleh sitrat sintase. Akonitase Sitrat mengalami isomerasi menjadi isositrat untuk memungkinkanunit enam atom karbon mengalami dekarboksilasi oksidatif. Isomerasi sitrat berlangsung melalui tahap dehidrasi diiukuti hidrasi. Hasilnya adalah pertukaran antara H dan OH. Enzim yang mengkatalisis kedua tahap ini disebut akonitase karenasis-akonitat merupakan senyawa antara. Isositrat Dehidrogenase Reaksi pada tahap ini merupakan reaksi pertama dari empat reaksi oksidasi-reduksi yang terjadi dalam Daur Krebs. Dekarboksilasi oksidatif isositrat dikatalisis isositrat dehidrogenase. Senyawa antara pada reaksi ini adalah oksalosuksinat, suatu asam ?-keto yang tidak stabil. Pada saat terikat pada enzim, ia melepaskan CO2 membentuk ?-ketoglutarat. Kompleks a-Ketoglutarat Dehidrogenase Perubahan isositrat menjadi a-ketoglutarat diikuti oleh reaksi dekarboksilasi oksidatif kedua. a-ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi suksinil-KoA oleh kompleks enzim a-Ketoglutarat Dehidrogenase. Suksinil KoA Sintetase (Suksinil Thiokinase ) Pada reaksi konversi suksinil KoA menjadi suksinat oleh enzim suksinil terjadi pemutusan ikatan tioester suksinil KoA yang dirangkaikan dengan fosforilasi guanosin difosfat (GDP). Pada hidrolisis suksinil KoA ini dikeluarkan energi sebesar -8 kkal/mol yang sebanding dengan ?Go’hidrolsis ATP (-7,3 kkal/mol). Suksinat Dehidrogenase (SDH) Suksinat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi suksinat menjadi fumarat. Sebagai akseptor hidrogen digunakan FAD, buakn NAD+. Digunakannya FAD sebagai akseptor hidrogen dalam reaksi ini, karena perubahan energi bebas tidak mencukupi untuk mereduksi NAD+. FAD hampir selalu merupakan akseptor elektron dalam reaksi oksidasi yang memindahkan dua atom hidrogen dari suatu substrat. Suksinat dehidrogenase, seperti halnya akonitase, merupakan protein belerang-besi (juga disebut sebagai protein besi nonheme). Fumarase (fumarate hidratase) Fumarat mengalami hidrasi stereo-spesifik ikatan rangkap C=C, dikatalisis oleh Fumarat Hidratase (juga dikenal Fumarase), menghasilkan L-Malat. Malat Dehidrogenase (MDH) L-Malat dioksidasi untuk membentuk aksaloasetat, reaksi terakhir dalam Daur Krebs. Reaksi ini dikatalisis oleh oleh MDH, dan sebagai akseptor hidrogen adalah NAD+. Stoikiometri dan Energetika Daur Krebs Katabolisme Glukosa melalui Glikolisis dan Daur Krebs: Tiap molekul Glukosa menghasilkan 2 molekul Piruvat Glukosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi à 2Piruvat + 2NADH + 2H+ + 2H2O +2ATP Kerja Pyruvat Dehidrogenase pada Piruvat: Piruvat + KoA-SH + NAD+ à CO2 + Asetil-KoA + NADH Katabolisme Glukosa menjadi: Glukosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi à 2Piruvat + 2NADH + 2H+ + 2H2O +2ATP 2Piruvat + 2KoA-SH + 2NAD+ à 2CO2 + 2Asetil-KoA + 2NADH Glukosa + 4NAD+ + 2ADP + 2KoA-SH + 2Pi à 2CO2 + 2Asetil-KoA + 4NADH + 2H+ + 2H2O +2ATP Pada Sel Hewan, GTP yang terbentuk dalam Daur Krebs akan dikonversi menjadi ATP. Glukosa + 10NAD+ + 4ADP + 2H2O + 4Pi + 2FAD à 6CO2 + 10NADH + 4ATP + 2FADH2 + 6H+ ATP yang Dihasilkan: Oksidasi yang berlangsung sangat eksergonik dan dengan demikian digunakan untuk membentuk ATP dari ADP Oksidasi 1 mol NADH menghasilkan 3 mol ATP Oksidasi 1 mol FADH2 menghasilkan 2 mol ATP Total ATP yang dihasilkan = (10 x 3) + (2 x 2) + 4 = 38 mol ATP per mol Glukosa Definisi Siklus Krebs Adalah satu seri reaksi yang terjadi di dalam mitokondria yang membawa katabolisme residu asetyl, membebaskan ekuivalen hidrogen, yang dengan oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan ATP sebagai kebutuhan energi jaringan. Residu asetyl dalam bentuk asetyl-KoA (CH3-CO-S-CoA, asetat aktif) Tujuan Siklus Krebs Menjelaskan reaksi-reaksi metabolik akhir yang umum terdapat pada jalur biokimia utama katabolisme tenaga Menggambarkan bahwa CO2 tidak hanya merupakan hasil akhir metabolisme, namun dapat berperan sebagai zat antara, misalnya untuk proses lipogenesis. Mengenali peran sentral mitokondria pada katalisis dan pengendalian jalur-jalur metabolik tertentu, mitokondria berfungsi sebagai penghasil energi. Fungsi Menghasilkan sebagian besar CO2 Metabolisme lain yang menghasilkan CO2 misalnya jalur pentosa phospat atau P3 (pentosa phospat pathway) atau kalau di harper heksosa monofosfat. Sumber enzym-enzym tereduksi yang mendorong RR ( Rantai Respirasi) Merupakan alat agar tenaga yang berlebihan dapat digunakan untuk sintesis lemak sebelum pembentukan TG untuk penimbunan lemak Menyediakan prekursor-prekursor penting untuk sub-sub unit yang diperlukan dalam sintesis berbagai molekul Menyediakan mekanisme pengendalian langsung atau tidak langsung untuk lain-lain sistem enzym Daur Siklus Krebs Karbohidrat , Protein dan Lemak /Lipid akan dimetabolisme yang hasil akhirnya menjadi asetyl Co-A, dimana asetyl Co-A merupakan substrat untuk siklus krebs. Kemudian dari siklus krebs dihasilkan CO2, Hidrogen (FAD NAD) dan ATP. Hidrogen (reducing ekivalen) merupakan substrat untuk rantai respirasi (RR). Siklus krebs harus berjalan dalamSiklus Asam Sitrat (Siklus Krebs) Keterangan: Substrat siklus krebs adalah asetyl Co-A. Asetyl Co-A akan bereaksi dengan oksalo asetat (OAA)  hasilnya sitrat Asam sitrat rumusnya beda dengan asam askorbat (vitamin C), kalau vitamin C itu rumusnya lebih mirip glukosa. Manusia tidak bisa menghasilkan vitamin C karena ada suatu reaksi yang terputus dimana manusia itu tidak mempunyai enzim L-glunoluase oksidase yang mengoksidasi glukosa menjadi vitamin C. Dari isositrat ke alfa-ketoglutarat membebaskan CO2 dan NADH (koenzim). Kalau menghasilkan NADH pasti membutuhkan NAD. NAD  dalam bentuk teroksidasi NADH  dalam bentuk tereduksi NAD merupakan derivat vitamin B3. B1  thiamin B2  riboflavin B3  niasin Koenzim yang terkait dengan ATP hanya vitamin B2 dan B3. Kekurangan vitamin B akan mengganggu metabolisme energi. NADH  enzimnya isositrat dehidrogenase. NADH akan masuk ke rantai respirasi melepaskan hidrogen dan menghasilkan 3 ATP. Sedangkan FADH menghasilkan 2 ATP Dekarboksilasi oksidasi  melepaskan CO2. Dari alfa-keto menjadi suksinil Co-A  prosesnya dekarboksilasi oksidasi. Dari succynyl Co-A menjadi succinate langsung dihasilkan ATP. Reaksi yang menghasilkan ATP langsung: siklus krebs, glikolisis, fosforilasi oksidatif, dan rantai respirasi. Lemak penghasil ATP paling banyak tapi tidak menghasilkan ATP secara langsung. Lemak banyak menghasilkan NADH dan FADH. Dari succinate menjadi fumarate dihasilkan FADH2, membutuhkan koenzim FAD (derivat vitamin B2), dihasilkan 2 ATP. Dari malate ke oxaloacetat dihasilkan NADH 3 ATP. Total ATP untuk 1 putaran (1 asetyl Co-A) siklus krebs  12 ATP. Glikolisis  2 asetyl Co-A Lemak  8 asetyl Co.A 1 mol glukosa  2 kali putaran 1 mol lemak  8 kali putaran Karbohidrat disimpan di dalam becak-bercak sitoplasma di dalam hepar. Hepar dapat bertahan menyimpan glikogen  0,5 gram Berfungsi mengoksidasi hasil glikolisis mjd CO2 dan juga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergi tinggi spt ATP, NADH, FADH2 Sentral dalam siklus oksidatif dlm respirasi à dimana semua makromolekul dikatabolis (Karbohidrat, Lipid dan Protein) Untuk kelangsungannya membutuhkan : NAD, FAD, ADP, Pyr (piruvat) dan OAA Menghasilkan senyawa intermedier yg penting à asetil Co A, a KG & OAA Asam amino yang dihasilkan dari alfa-ketoglutarat melalui proses transamnasi à glutamat. Kalau asam oksaloasetat à aspartat Merupakan prekursor untuk biosintesis makromolekul – makromolekul Siklus krebs selain sebagai jalur akhir karbohidrat , lemak dan protein, juga merupakan jalur awal ari makromolekul-makromolekul. Jalur akhir à katabolisme à mengubah KH à asetyl Co.A Jalur awal à anabolisme Berfungsi dalam katabolisme dan juga anabolisme à amfibolik Katabolisme à memproduksi molekul berenergi tinggi Anabolisme à memproduksi intermedier untuk prekursor biosintesis makromolekul Jadi Dalam setiap siklus: 1 gugus asetil ( molekul 2C) masuk dan keluar sebagai 2 molekul CO2 Dalam setiap siklus : OAA digunakan untuk membentuk sitrat  setelah mengalami reaksi yang panjang  kembali diperoleh OAA Terdiri dari 8 reaksi : 4 mrpkn oksidasi  dimana energi  digunakan utk mereduksi NAD dan FAD Dihasilkan: 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH2 Tidak diperlukan O2 pada TCA, tetapi digunakan pada Fosforilasi oksidatif untuk memberi pasokan NAD, shg piruvat dapat di ubah menjadi Asetil Co A Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan. Contoh: Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya: C6H,206 + 6 02 ———————————> 6 H2O + 6 CO2 + Energi (gluLosa) Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H20 + CO2 + Energi, melalui tiga tahap : 1. Glikolisis. 2. Daur Krebs. 3. Transpor elektron respirasi. 1. Glikolids:Peristiwa perubahan : Glukosa  Glulosa - 6 - fosfat  Fruktosa 1,6 difosfat  3 fosfogliseral dehid (PGAL) / Triosa fosfat  Asam piravat.Jadi hasil dari glikolisis : 1.1. 2 molekul asam piravat. 1.2. 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi. 1.3. 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa. 2. Daur Krebs (daur trikarbekdlat):Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piravat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia 3. Rantai Transportasi Elektron Respiratori:Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2 (NADH + H+ + 1 elektron) dan FADH2, sehingga di dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi selain CO2. Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi. Ketiga proses respirasi yang penting tersebut dapat diringkas sebagai berikut: PROSES AKSEPTOR ATP 1. Glikolisis: Glukosa ——> 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP 2. Siklus Krebs: 2 asetil piruvat ——> 2 asetil KoA + 2 C02 2 NADH 2 ATP 2 asetil KoA ——> 4 CO2 6 NADH 2 PADH2 3. Rantai trsnspor elektron respirator: 10 NADH + 502 ——> 10 NAD+ + 10 H20 30 ATP 2 FADH2 + O2 ——> 2 PAD + 2 H20 4 ATP Total 38 ATP Transpor Elektron Tahap akhir dari respirasi aerob adalah sistem transpor elektron sering disebut juga sistem (enzim)sitokrom oksidase atau sistem rantai pernapasan yang berlangsung pada krista dalam mitokondria. Pada tahap ini melibatkan donor elektron, akseptor elektron, dan reaksi reduksi dan oksidasi (redoks). Donor elektron adalah senyawa yang dihasilkan selama tahap glikolisis maupun siklus Krebs dan berpotensi untuk melepaskan elektron, yaitu NADH2 dan FADH2. Akseptor elektron adalah senyawa yang berperan sebagai penerima elektron yang dilepaskan oleh donor elektron, yaitu enzim sitokrom dan Oksigen. Sebanyak 10 molekul NADH2 dan 2 molekul FADH2 dihasilkan selama tahap glikolisis dan siklus Krebs. Seluruhnya akan memasuki reaksi redoks pada sistem transpor elektron. Setiap pelepasan elektron akan menghasilkan energi berupa ATP, 1 molekul NADH2 akan menghasilkan 3 molekul ATP, dan 1 molekul FADH2 akan menghasilkan 2 molekul ATP. Mula-mula molekul NADH2 memasuki reaksi dan dihidrolisis oleh enzim dehidrogenase diikuti molekul FADH2 yang dihidrolisis oleh enzim flavoprotein, keduanya melepaskan ion Hidrogen diikuti elektron, peristiwa ini disebut reaksi oksidasi. Selanjutnya elektron ini akan ditangkap oleh Fe+++ sebagai akseptor elektron dan dikatalis oleh enzim sitokrom b, c, dan a. Peristiwa ini disebut reaksi reduksi. Reaksi reduksi dan oksidasi ini berjalan terus sampai elektron ini ditangkap oleh Oksigen (O2) sehingga berikatan dengan ion Hidrogen (H+) menghasilkan H2O (air). Hasil akhir dari sistem transpor elektron ini adalah 34 molekul ATP, 6 molekul H2O (air). Secara keseluruhan reaksi respirasi sel aerob menghasilkan 38 molekul ATP, 6 molekul H2O, dan 2 molekul CO2. SISTEM TRANSPORT ELEKTRON Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Dari Glikolisis 2 NADH, dari DO ada 2 NADH, dari Siklus Krebs 6 NADH dan 2 FADH2 Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a. NADH dan FADH ini berintegrasi dengan O2 dan enzim sitokrom untuk menghasilkan Air dan ATP Setelah terintegrasi dengan melepaskan ion H + maka NAD dan FAD kembali ketempat asalnya untuk mengikat ion H + lagi , 2 NAD kembali ke sitoplasma untuk menghanbil ion H + pada proses glikolisis, 2 NAD ke membran luar mitocondriia untuk mengikat ion H+ pada peristiwa DO dan 6 NAD dan 2 FAD ke matriks mitokondria untuk mengikat ion H+ lagi OK Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP. Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH sebanyak 10 dan FADH2 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut. Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP Dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil Glikolisis (2ATP) dan siklus Krebs (2 ATP), maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP Jadi dari satu molekul glukosa menghasilkan total 38 ATP. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP. (lihat gambar) by ANADITA SARI