JALUR METABOLISME

I. Pendahuluan

Jalur metabolik adalah rangkaian reaksi kimia organik yang digunakan oleh

tubuh untuk membawa transformasi kimia spesifik. Rangkaian reaksi ini di pakai oleh

hampir seluruh organisme. Produksi energi dari glukosa merupakan reaksi yang

penting dalam kehidupan sel. Reaksi ini adalah sebagai berikut :

C6H12O6 + O2 ----------> CO2 + H2O + energi

Reaksi kimia organik merupakan pembakaran reaksi oksidasi karena glukosa

adalah karbohidrat sederhana (monosakarida). Hal inilah yang melandasi bahwa

tubuh kita membakar karbohidrat. Beberapa energi yang diproduksi oleh tubuh

manusia adalah energi panas, sementara beberapa diantaranya berbentuk ATP.

Berikut adalah produksi ATP sebagai bagian dari reaksi kimia :

C6H12O6 + O2 + ADP + Pi ----------> CO2 + H2O + ATP

Selain reaksi diatas, jalur metabolis dapat dicapai dengan jumlah seluruh

reaksi individu sehingga didapat reaksi pembakaran total. Tabel dibawah ini

menunjukkan jalur yang terlibat dalam reaksi oksidasi glukosa pada sel dimana

beberapa diantaranya termasuk dalam rekasi.

Substrat atau Produk Jalur Metabolis atau Rangkaian Reaksi

Glukosa masuk dalam metabolisme

melaluiGlikolisis

O2 masuk dalam metabolisme melalui Transport Elektron

ADP & Pi masuk melalui Oksidasi Fosforilasi

CO2 diproduksi oleh Siklus Krebs

H2O diproduksi oleh Transport Elektron

ATP is diproduksi olehGlikolisis, Siklus Krebs, Oksidasi

Fosforilasi

Kedua jalur tersebut terlibat didalam produksi ATP, CO2 dan H2O dari glukosa,

glikolisis dan siklus krebs yang akan diuraikan dibawah ini.

II. Glikolisis

Tahap 1

Pada tahap pertama glikolisis, glukosa diubah oleh enzim heksokinase menjadi

glukosa-6-fosfat. Heksokinase merupakan fosforilase fruktosa dan galaktosa. Kedua

senyawa ini melepaskan energi ATP kira-kira 4 kkal/ mol untuk menambahkan

fosfat menjadi glukosa dan sekitar 7 kkal/ mol dilepaskan untuk menguraikan ikatan

fosfat dalam ATP. Glukosa terfosorilat oleh ATP untuk menghasilkan glukosa-6-

fosfat dan ADP.

Tahap 2

Glukosa-6-fosfat diubah oleh enzim glukosa fosfat isomerase menjadi fruktosa-6-

fosfat dimana hanya terdapat sedikit peningkatan didalam energi potensial gula.

Tahap 3

Pada reaksi pembentukan energi kedua ini, fruktosa-6-fosfat diubah menjadi

fruktosa-1,6-bisfosfat oleh molekul ATP yang lain dan dikatalisis oleh enzim

6-fosfofrukto-1-kinase, biasa dikenal dengan sebutan fosfofruktokinase-1 (PFK-1).

Seperti pada tahap pertama, terdapat peningkatan sekitar 3-4 kkal/ mol didalam

energi potensial dari molekul fruktosa. Pada tahap ini, dua molekul ATP dibentuk. 

Tahap 4

Penguraian fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi dua senyawa isomerik, yaitu

3-karbongliserida-3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat yang membutuhkan energi

sekitar +5,75 kkal/ mol. Reaksi ini dioksidasi oleh enzim aldosa.

Tahap 5

Hanya gliseralida-3-fosfat (G-3-P) yang akan menjadi substrat untuk reaksi

berikutnya. Setiap G-3-P yang digunakan, terjadi perubahan kesetimbangan untuk

mengubah DHAP menjadi G-3-P. Dua produk dari reaksi enzim aldose ini dikatalisis

oleh triosa fosfat.

Tahap 6

Tahap ini merupakan tahap didapatnya kembali energi dari glikolisis. Pengurangan

NAD menjadi NADH melepaskan energi sekitar 10 kkal/ mol yang ditangkap

didalam reaksi dan akan menambahkan fosfat bebas pada rantai karbon pertama dari

gliseraldehida-3-fosfat. Penambahan fosfat bebas ini membutuhkan sedikit energi

daripada pengurangan untuk pelepasan NADH sekitar 12 kkal/ mol. G-3-P dioksidasi

dan fosfat bebas ditambahkan didalam reaksi kompleks ini. Elektronnya ditangkap

oleh NADH sehingga 1,3 bisfosfat terbentuk. Pembentukan ini dikatalisis oleh enzim

gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase (G3PDH).

Tahap 7

Tahap ini merupakan didapatnya kembali energi kedua dimana fosfat ditransfer dari

1,3-bisfosfogliserat (1,3-BPG) menjadi ADP. Penguraian ikatan fosfat pada 1,3-BPG

melepaskan energi sekitar 4,5 kkal/ mol serta membuat ikatan pada ADP

membutuhkan energi sekitar 4,5 kkal/ mol. Maksud dari kedua reaksi ini adalah

bahwa energi dari ikatan fosfat menjadi hemat. 1,3-BPG menyumbangkan fosfat

kepada ADP untuk membentuk ATP dan 3-fosfogliserat. Pembentukannya dikatalisis

oleh enzim fosofogliserat kinase.

Tahap 8

3-fosfogliserat diisomerasikan menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat

mutase.

Tahap 9

Enzim enolase mengubah 2-fosfogliserat menjadi fosfoenol piruvat dimana terdapat

sedikit energi yang ditransfer dalam rekasi ini.

Tahap 10

Ini adalah tahap terakhir dari glikolisis dan tahap transfer energi yang terakhir.

Fosfoenol piruvat menyumbangkan fosfat kepada ADP sehingga terbentuk ATP dan

piruvat. Setiap fosfoenol piruvat diubah menjadi piruvat dan ADP diubah menjadi

ATP dengan energi yang dilepaskan sekitar 7,5 kkal/ mol.

Kesimpulan dari energi yang dihasilkan dari rekasi glikolisis dapat dilihat

pada reaksi berikut :

glukosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 piruvat + 2 ATP + 2 (NADH + H+)

sehingga total energi glukosa yang tersedia pada reaksi oksidasi aerobik adalah

2878 kJ/ mol. Total energi yang dihasilkan dari 2 ATP = 2 x 30.5 = 61 kJ/ mol.

III. Siklus Krebs

Siklus Krebs adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel, yaitu pada mitokondria, yang

berlangsung secara berurutan dan berulang. Tujuannya adalah mengubah piruvat

menjadi CO2, H2O dan sejumlah energi. Proses ini adalah proses oksidasi dengan

menggunakan oksigen atau aerob.

Pembentukan Asetil Koenzim A (Asetil KoA)

Asetil koA dibentuk pada reaksi antara piruvat dengan koA. Reaksi

pembentukan asetil KoA menggunakan kompleks piruvatdehidrogenase sebagai

katalis yang terdiri atas beberapa jenis asam. Koenzim yang ikut dalam reaksi ini

adalah tiamin pirofosfat (TPP), NAD+, asam lipoat dan ion Mg++ sebagai aktivator.

Reaksi ini bersifat tidak reversibel dan asetil KoA yang terjadi merupakan

penghubung antara proses glikolisis dengan siklus Krebs.

Pembentukan Asam Sitrat

Asetil KoA adalah senyawa berenergi tinggi dan dapat berfungsi sebagai zat

pemberi gugus asetil atau dapat ikut dalam reaksi kondensasi. Asam sitrat dibentuk

oleh asetil KoA dengan asam oksaloasetat dengan cara kondensasi. Enzim yang

bekerja sebagai katalis adalah sitrat sintase. Asam sitrat yang terbentuk merupakan

salah satu senyawa dalam siklus asam sitrat.

Pembentukan Asam Isositrat

Asam sitrat kemudian diubah menjadi asam isositrat melalui asam akonitat.

Enzim yang bekerja pada reaksi ini adalah akonitase. Dalam keadaan keseimbangan

terdapat 90% asam sitrat, 4% asam akonitat dan 6% asam isositrat. Walaupun dalam

keseimbangan ini asam isositrat hanya sedikit, tetapi asam isositrat akan segera

diubah menjadi asam ketoglutarat sehingga keseimbangan akan bergeser ke kanan.

Pembentukan α Ketoglutarat

Dalam raksi asam isositrat diubah menjadi asam oksalosuksinat, kemudian

diubah lebih lanjut menjadi α ketoglutarat.Wnzim isositrat dehidrogenase bekerja

pada reaksi pembentukan asam oksalosuksinat dengan koenzim NADP+, sedangkan

enzim karboksilase bekerja pada reaksi berikutnya. Pada reaksi yang kedua ini

disamping asam α ketoglutarat, dihasilkan pula CO2. Untuk 1 mol asam isositrat yang

diubah, dihasilkan 1 mol NADPH dan 1 mol CO2. Koenzim yang digunakan dalam

reaksi selain NADP adalah NAD.

Pembentukan Suksinil KoA

Asam α ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA dengan jalan

dekarboksilasi oksidatif.Reaksi ini analog dengan reaksi pembentukan asetil KoA

dari piruvat. Koenzim TPP dan NAD+ diperlukan juga dalam reaksi pembentukan

suksinil KoA. Reaksi berlangsung antara asam α ketoglutarat dengan koenzim A

menghasilkan suksinil KoA dan melepaskan CO2. NADH juga dihasilkan pada reaksi

ini. Yang menonjol adalah bahwa reaksi ini tidak reversibel, sehingga dengan

demikian siklus Krebs secara keseluruhan bersifat tidak reversibel. Suksinil KoA

adalah senyawa berenergi tinggi dan akan diubah menjadi asam suksinat.

Pembentukan Asam Suksinat

Asam suksinat terbentuk dari suksinil KoA dengan cara melepaskan koenzim

A serta pembentukan guanosin trifosfat (GTP) dari guanosin difosfat (GDP). Enzim

suksinil KoA sintase bekerja pada reaksi yang bersifat reversibel ini. Gugus fosfat

yang terdapat pada molekul GTP segera dipindahkan kepada ADP. Katalis dalam

reaksi ini adalah nukleosida difosfokinase.

Pembentukan Asam Fumarat

Dalam reaksi ini asam suksinat diubah menjadi asam fumarat melalui proses

oksidasi dengan menggunakan enzim suksinat dehidrogenase dan FAD sebagai

koenzim.

Pembentukan Asam Malat

Asam malat terbentuk dari asam fumarat dengan cara adisi molekul air. Enzim

fumarase bekerja sebagai katalis dalam reaksi ini

Pembentukan Asam Oksaloasetat

Tahap akhir dalam siklus asam sitrat adalah dehidrogenase asam malat untuk

membentuk asam oksaloasetat. Enzim yang bekerja pada reaksi ini adalah malat

dehidrogenase. Okaloasetat yang terjadi kemudian bereaksi lebih lanjut dalam siklus

Krebs. Demikian reaksi-reaksi tersebut di atas berlangsung terus-menerus dan

berulang kali.

Rekasi-reaksi yang menghasilkan energi berupa molejul ATP dapat dilihat

pada tabel berikut ini :

Reaksi Koenzim

Jumlah

ATP/ Mol

GlukosaPemindahan elektron

3 fosfogliseraldehida 1-3-

difosfogliserat

Piruvat asetil KoA

Isositrat α ketoglutarat + CO2

α ketoglutarat suksinil KoA + CO2

Suksinat fumarat

Malat oksaloasetat

Tingkat Substrat

1-3-difosfogliserat 3-fosfogliserat

Fosfoenol piruvat piruvat

Suksinil KoA suksinat

NAD

NAD

NADP

NAD

FAD

NAD

Jumlah

Digunakan untuk

fosforilasi glukosa

Jumlah bersih

4

6

6

6

4

6

2

2

2

38

-2

36

Jadi metabolisme glukosa menjadi CO2 dan H2O serta sejumlah energi dalam bentuk

ATP, melalui glikolisis dan siklus Krebs, menghasilkan 36 mol ATP setiap mol

glukosa.