PROSES GLIKOLISIS, GLUKONEOGENESIS, DAN SIKLUS KREB

SERTA PENGENDALIANNYA

diajukan untuk

Memenuhi Salah Satu Tugas

Mata Kuliah BIOKIMIA II

Disusun oleh :

KELOMPOK 3 REGULER-2

Nurfatimah J2C009066

Esya Dian Aji J2C009073

Fahmi J2C008089

Nissa Nurfajrin Solihat 24030110151008

Natalia Debora P 24030111150011

Novia Mintari 24030111150005

Gilang Pramana 24030111150017

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2011

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan

berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini. Penulisan

makalah ini bertujuan untuk memenuhi tugas mata kuliah Biokimia II.

Makalah ini membahas mengenai metabolisme karbohidrat yang meliputi,

glikolisis, glukoneogenesis dan siklus krebs. Ucapan terima kasih penulis

sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung

maupun tidak langsung sehingga makalah ini dapat terselesaikan, khususnya

kepada Ibu Nies selaku dosem mata kuliah Biokimia II yang telah membimbing

tim penulis untuk memahami materi ini sehingga makalah ini dapat terselesaikan

dengan baik.

Saran dan kritik dari semua pihak yang bersifat membangun selalu

diharapkan demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini dapat

bermanfaat bagi pembaca dan dapat menjadi sarana pembelajaran bagi pembaca

di masa yang akan datang.

Semarang, 20 Oktober 2011

Tim Penulis

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .................................................................................................. i

DAFTAR ISI ................................................................................................................ ii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. iii

BAB I PROSES GLIKOLISIS .................................................................................... 1

A. Proses Glikolisis ................................................................................................ 1

B. Tahap-tahap reaksi Glikolisis : ........................................................................ 2

C. Respirasi Selular ............................................................................................... 4

D. Produksi acetyl-CoA (Proses Konversi Pyruvate) .......................................... 6

BAB II GLUKONEOGENESIS.................................................................................. 7

A. Proses Glukoneogenesis ................................................................................... 7

B. Pengaturan Glukoneogenesis ......................................................................... 10

BAB III SIKLUS KREBS ......................................................................................... 12

A. Siklus Kreb ...................................................................................................... 12

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 15

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Tahap reaksi Endergonik ................................................................................. 3

Gambar 2 Tahap reaksi Eksergonik ................................................................................. 4

Gambar 3 tahap proses respirasi selular beserta Siklus Asam Sitrat .................................. 5

Gambar 4 proses konversi piruvat ................................................................................... 6

Gambar 5 Skema Glukoneogenesis ................................................................................. 8

Gambar 6 Glikolisis dan Glukoneogenesis..................................................................... 10

Gambar 7 Siklus Asam Sitrat ........................................................................................ 13

1

BAB I

PROSES GLIKOLISIS

A. Proses Glikolisis

Glikolisis merupakan suatu lingkup dari metabolisme karbohidrat

dimana terjadinya tahap-tahap penguraian glukosa menjadi piruvat. Glikolisis

disebut juga EMP (Embden MayerHoff Pathway). Proses glokolisis ini terjadi

dalam sitosol. Glikolisis merupakan suatu reaksi oksidasi glukosa menjadi

energi (ATP) (adenosine triphosphate) yang merupakan molekul dasar

penghasil energi di dalam tubuh. Dalam konsumsi keseharian, glukosa akan

menyediakan hampir 50—75% dari total kebutuhan energi tubuh. Untuk

dapat menghasilkan energi, proses metabolisme glukosa akan berlangsung

melalui 2 mekanisme utama yaitu melalui proses anaerobik dan proses

aerobik.

Proses metabolisme secara anaerobik akan berlangsung di dalam

sitoplasma (cytoplasm) sedangkan proses metabolisme aerobik akan berjalan

dengan mengunakan enzim sebagai katalis di dalam mitokondria dengan

kehadiran Oksigen. Pada keadaan aerob, serangkaian tahap dari reaksi

glikolisis yang menghasilkan asam piruvat masuk kedalam mitokondria lalu

teroksidasi menjadi asetil KoA kemudian asetil KoA masuk ke dalam siklus

Kreb mengalami fosforilasi oksidatif menghasilkan ATP, CO2, dan H2O.

Tahap awal metabolisme konversi glukosa menjadi energi di dalam

tubuh akan berlangsung secara anaerobik melalui proses yang dinamakan

Glikolisis (Glycolysis). Proses ini berlangsung dengan mengunakan bantuan

10 jenis enzim yang berfungsi sebagai katalis di dalam sitoplasma

(cytoplasm) yang terdapat pada sel eukaryotik (eukaryotic cells). Inti dari

keseluruhan proses glikolisis adalah untuk mengkonversi glukosa menjadi

produk akhir berupa piruvat. Pada proses Glikolisis, 1 molekul glukosa yang

memiliki 6 atom karbon pada rantainya (C6H12O6) akan terpecah menjadi

produk akhir berupa 2 molekul piruvat (pyruvate) yang memiliki 3 atom

karbon (C3H3O3).

2

Proses ini berjalan melalui beberapa tahapan reaksi yang disertai

dengan terbentuknya beberapa senyawa antara seperti Glukosa 6-fosfat dan

Fruktosa 6-fosfat. Selain akan menghasilkan produk akhir berupa molekul

piruvat, proses glikolisis ini juga akan menghasilkan molekul ATP serta

molekul NADH (1 NADH=3 ATP).

Molekul ATP yang terbentuk ini kemudian akan diekstrak oleh sel-sel

tubuh sebagai komponen dasar sumber energi. Melalui proses glikolisis ini 4

buah molekul ATP & 2 buah molekul NADH (6 ATP) akan dihasilkan serta

pada awal tahapan prosesnya akan mengkonsumsi 2 buah molekul ATP

sehingga total 8 buah ATP akan dapat terbentuk. Adapun tahap-tahap

reaksinya dapat dilihat pada reaksi dibawah ini.

B. Tahap-tahap reaksi Glikolisis :

1. Tahap reaksi endergonik (pemakaian energi) :

3

Gambar 1 Tahap reaksi Endergonik

2. Tahap reaksi eksergonik (pembentukan energi) :

4

Gambar 2 Tahap reaksi Eksergonik

Reaksi-reaksi pada Glikolisis pada umumnya berjalan 2 arah, kecuali 3 reaksi

berikut berjajan searah:

1. Glukosa glukosa 6P

2. Fruktosa 6P Fruktosa 1.6 diP

3. PEP Piruvat

Reaksi kebalikan berlangsung dengan enzim yang berbeda. Reaksi kebalikan

dari glikolisis adalah glikoneogenesis. Oleh karena itu pada reaksi satu arah

disini merupakan pengendali/ regulasi antara glikolisis dan glukoneogenesis.

C. Respirasi Selular

Tahap metabolisme energi berikutnya akan berlangsung pada kondisi

aerobik dengan mengunakan bantuan oksigen (O2). Bila oksigen tidak

tersedia maka molekul piruvat hasil proses glikolisis akan terkonversi

menjadi asam laktat. Dalam kondisi aerobik, piruvat hasil proses glikolisis

akan teroksidasi menjadi produk akhir berupa H2O dan CO2 di dalam tahapan

proses yang dinamakan respirasi selular (Cellular respiration).

Proses respirasi selular ini terbagi menjadi 3 tahap utama yaitu

produksi Acetyl-CoA, proses oksidasi Acetyl-CoA dalam siklus asam sitrat

(Citric-Acid Cycle) serta Rantai Transpor Elektron (Electron Transfer

5

Chain/Oxidative Phosphorylation). Tahap kedua dari proses respirasi selular

yaitu Siklus Asam Sitrat merupakan pusat bagi seluruh aktivitas metabolisme

tubuh. Siklus ini tidak hanya digunakan untuk memproses karbohidrat namun

juga digunakan untuk memproses molekul lain seperti protein dan juga

lemak. Gambar 3 akan memperlihatkan 3 tahap proses respirasi selular

beserta Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) yang berfungsi sebagai pusat

metabolisme tubuh.

Gambar 3 tahap proses respirasi selular beserta Siklus Asam Sitrat

6

D. Produksi acetyl-CoA (Proses Konversi Pyruvate)

Sebelum memasuki Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) molekul

piruvat akan teroksidasi terlebih dahulu di dalam mitokondria menjadi

Acetyl-Coa dan CO2. Proses ini berjalan dengan bantuan multi enzim

pyruvate dehydrogenase complex (PDC) melalui 5 urutan reaksi yang

melibatkan 3 jenis enzim serta 5 jenis coenzim. 3 jenis enzim yang terlibat

dalam reaksi ini adalah enzim Pyruvate Dehydrogenase (E1), dihydrolipoyl

transacetylase (E2) & dihydrolipoyl dehydrogenase (E3), sedangkan koenzim

yang telibat dalam reaksi ini adalah TPP, NAD+, FAD, CoA & Lipoate.

Gambar 4 akan memperlihatkan secara sederhana proses konversi piruvat.

Dari gambar juga dapat dilihat bahwa proses konversi piruvat tidak hanya

akan menghasilkan CO2 dan Acetyl-CoA namun juga akan menghasilkan

produk samping berupa NADH yang memiliki nilai energi ekivalen dengan

3xATP.

Gambar 4 proses konversi piruvat

7

BAB II

GLUKONEOGENESIS

A. Proses Glukoneogenesis

Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh

darah ke hati. Disini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui

serangkaian reaksi dalam suatu proses yang disebut glukoneogenesis

(pembentukan gula baru). Pada dasarnya glukoneogenesis ini adalah sintesis

glukosa dari senyawa-senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan

beberapa asam amino.

Proses glukoneogenesis berlangsung terutama dalam hati. Walaupun

proses glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa, namun bukan kebalikan

dari proses glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak

reversible, artinya diperlukan enzim lain untuk kebalikannya dari gambar 6.

1. Glukosa + ATP Glukosa-6-Posfat + ADP

2. Fruktosa-6-posfat + ATP fruktosa 1,6 diposfat + ADP

3. Fosfoenol piruvat + ADP asam piruvat + ATP

Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversible tersebut, maka

proses glukoneogenesis berlangsung melalui tahap reaksi lain, yaitu :

1. Fosfoenolpiruvat dibentuk dari asam piruvat melalui pembentukan asam

oksalo asetat.

(a) asam piruvat + CO2 + ATP + H2O asam oksalo asetat +

ADP + Fosfat + 2H+

(b) oksalo asetat + guanosin trifosfat fosfoenol piruvat +

guanosin difosfat + CO2

Reaksi (a) menggunakan katalis piruvatkarboksilase dan reaksi (b)

menggunakan fosfoenolpiruvat karboksilase. Jumlah reaksi (a) dan (b)

ialah :

asam piruvat + ATP + GTP + H2O fosfoenolpiruvat + ADP +

GDP + fosfat + 2H+

heksokinase

fosfofruktokinase

piruvatkinase

8

2. Fruktosa-6-fosfat dibentuk dari fruktosa-1,6-difosfat dengan cara hidrolisis

oleh enzim fruktosa-1,6-difosfatase.

fruktosa-1,6-difosfat + H2O fruktosa-6-fosfat + fosfat

3. Glukosa dibentuk dengan cara hidrolisis glikosa-6-fosfat dengan katalis

glukosa-6-fosfatase.

glukosa-6-fosfat + H2O glukosa + fosfat

Secara garis besar proses pembentukan glukosa dapat dilihat pada

gambar berikut :

Gambar 5 Skema Glukoneogenesis

9

Dari skema tersebut tampak adanya hubungan antara glukoneogenesis

dengan siklus asam sitrat, yaitu suatu siklus reaksi kimia yang mengubah

asam pirivat menjadi CO2 + H2O dan menghasilkan sejumlah energi dalam

bentuk ATP, dengan proses oksidasi aerob. Apabila otot berkontraksi untuk

bekerja, maka asam piruvat dan asam laktat dihasilkan oleh proses

glikolisis. Asam piruvat digunakan dalam siklus asam sitrat. Pada waktu

otot digunakan, jumlah asam piruvat yang dihasilkan melebihi jumlah asam

piruvat yang digunakan dalam siklus asam sitrat. Dalam keadaan demikian

sejumlah asam piruvat diubah menjadi asam laktat dengan proses reduksi.

Reaksi ini akan menghasilkan NAD+ dari NADH.

Dalam proses glikolisis, asam laktat adalah hasil yang terakhir. Untuk

metabolisme yang lebih lanjut, asam laktat harus diubah kembali menjadi

asam piruvat terlebih dahulu. Demikian juga untuk proses glukoneogenesis.

10

Gambar 6 Glikolisis dan Glukoneogenesis

B. Pengaturan Glukoneogenesis

Hati dapat membuat glukosa melalui glukoneogenesis dan

menggunakan glukosa melalui glikolisis sehingga harus ada suatu sistem

pengaturan yang mencegah agar kedua lintasan ini bekerja serentak. Sistem

pengaturan juga harus menjamin bahwa aktivitas metabolik hati sesuai

dengan status gizi tubuh yaitu pembentukan glukosa selama puasa dan

menggunakan glukosa saat glukosa banyak.

Aktivitas glukoneogenesis dan glikolisis diatur secara terkoordinasi

dengan cara perubahan jumlah relatif glukagon dan insulin dalam sirkulasi.

Bila kadar glukosa dan insulin darah turun, asam lemak dimobilisasi dari

cadangan jaringan adipose dan aktivitas oksidasi dalam hati meningkat. Hal

11

ini mengakibatkan peningkatan konsentrasi asam lemak dan asetil-KoA

dalam hati.

Karena asam amino secara serentak dimobilisasi dari otot, maka juga

terjadi peningkatan kadar asam amino terutama alanin. Asam amino hati

diubah menjadi piruvat dan substrat lain glukoneogenesis. Peningkatan

kadar asam lemak, alanin, dan asetil-KoA semuanya memegang peranan

mengarahkan substrat masuk ke glukoneogenesis dan mencegah

penggunaannya oleh siklus asam sitrat.

Asetil-KoA secara alosterik mengaktifkan piruvat karboksilase dan

menghambat piruvat dehidrogenase. Oleh karena itu, menjamin bahwa

piruvat akan diubah menjadi oksaloasetat. Piruvat kinase dihambat oleh

asam lemak dan alanin, jadi menghambat pemecahan PEP yang baru

terbentuk menjadi piruvat. Pengaturan hormonal fosfofruktokinase dan

fruktosa-1,6-bisfosfatase diperantarai oleh senyawa yang baru ditemukan

yaitu fruktosa 2,6-bisfosfat.

Pembentukan dan pemecahan senyawa pengatur ini dikatalisis oleh

enzim-enzim yang diatur oleh fosforilasi dan defosforilasi. Perubahan

konsentrasi fruktosa-2,6-bisfosfat sejajar dengan perubahan untuk glukosa

dan insulin yaitu konsentrasinya meningkat bila glukosa banyak dan

berkurang bila glukosa langka.

Fruktosa-2,6- bisfosfat secara alosterik mengaktifkan

fosfofruktokinase dan menghambat fruktosa 1,6-bisfosfatase. Jadi, bila

glukosa banyak maka glikolisis aktif dan glukoneogenesis dihambat. Bila

kadar glukosa turun, peningkaan glukagon mengakibatkan penurunan

konsentrasi fruktosa-2,6-bisfosfat dan penghambatan yang sederajat pada

glikolisis dan pengaktifan glukoneogenesis.

12

BAB III

SIKLUS KREBS

A. Siklus Kreb

Siklus kreb disebut juga sebagai siklus asam sitrat, yaitu serangkaian

reaksi kimia dalam sel pada mitokondria yang berlangsung secara

berurutan dan berulang. Molekul Acetyl CoA yang merupakan produk

akhir dari proses konversi Pyruvate kemudian akan masuk kedalam Siklus

Asam Sitrat. Secara sederhana persamaan reaksi untuk 1 Siklus Asam

Sitrat (Citric Acid Cycle) dapat dituliskan :

Acetyl-CoA + oxaloacetate + 3 NAD+ + GDP + Pi +FAD

oxaloacetate + 2 CO2 + FADH2 + 3 NADH + 3 H+ + GTP

Siklus ini merupakan tahap akhir dari proses metabolisme energi

glukosa. Proses konversi yang terjadi pada siklus asam sitrat berlangsung

secara aerobik di dalam mitokondria dengan bantuan 8 jenis enzim. Inti

dari proses yang terjadi pada siklus ini adalah untuk mengubah 2 atom

karbon yang terikat didalam molekul Acetyl-CoA menjadi 2 molekul

karbon dioksida (CO2), membebaskan koenzim A serta memindahkan

energi yang dihasilkan pada siklus ini ke dalam senyawa NADH, FADH2

dan GTP.

Selain menghasilkan CO2 dan GTP, dari persamaan reaksi dapat

terlihat bahwa satu putaran Siklus Asam Sitrat juga akan menghasilkan

molekul NADH & molekul FADH2. Untuk melanjutkan proses

metabolisme energi, kedua molekul ini kemudian akan diproses kembali

secara aerobik di dalam membran sel mitokondria melalui proses Rantai

Transpor Elektron untuk menghasilkan produk akhir berupa ATP dan air

(H2O).

Reaksi pertama daur Krebs adalah reaksi kondensasi, yaitu

bergabungnya suatu unit empat karbon, oksaloasetat, dengan suatu unit

13

dua karbon, gugus asetil dari asetil KoA. Asetil KoA bereaksi dengan

oksaloasetat dan air menghasilkan sitrat dan KoA. Reaksi ini dikatalisis

oleh sitrat sintase. Adapun jalur siklus asam sitrat dapat dilihat di Gambar

7 berikut ini.

Gambar 7 Siklus Asam Sitrat

Adapun fungsi dari daur siklus kreb adalah :

14

1. Berfungsi mengoksidasi hasil glikolisis mjd CO2 dan juga menyimpan energi

ke bentuk molekul berenergi tinggi seperti ATP, NADH, FADH2

2. Sentral dalam siklus oksidatif dlm respirasi dimana semua makromolekul

dikatabolisis (Karbohidrat, Lipid dan Protein)

3. Untuk kelangsungannya membutuhkan : NAD, FAD, ADP, Pyr dan OAA

4. Menghasilkan senyawa intermediet yg penting asetil Co A, KG & OAA

5. Merupakan prekursor untuk biosintesis makromolekul– makromolekul.

Sumber-sumber asetil KoA sebagai bahan baku siklus Krebs:

1. Dari hasil metabolisme karbohidrat melalui proses glikolisis yang

menghasilkan Piruvat kemudian dioksidasi secara aerob menjadi asetil

KoA lalu masuk kedalam siklus kreb.

2. Dari hasil metabolisme asam lemak melalui jalur β-oksidasi.

3. Dari hasil metabolisme asam amino melalui jalur degradasi asam amino.

15

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2010, Glukosa dan Metabolisme Energi, Polton Sports and Performa

Lab.

Hanafi, 2010. Glukoneogenesis. [terhubung berkala]

http://mhanafi123.files.wordpress.com/2010/01/3-glukoneogenesis-pdf.pdf.

Di akses tanggal : 20 Oktober 2011

Meiyanto Eddy, 2009. Glikolisis. [terhubung berkala]

http://edymei.blog.ugm.ac.id/files/2009/03/viii-glikolisis.pdf. Di akses

tanggal : 20 Oktober 2011

Poedjiadi, A., 2005, Dasar-dasar Biokimia, UI-Press, Jakarta.

Wirahadikusumah,M., 1985, Biokimia Metabolisme Energi, Karbohidrat,

dan Lipid, Penerbit ITB, Bandung.

Tim Pengajar Biologi FMIPAUI, 2010. Metabolisme Karbohidrat. [terhubung

berkala] http://repository.ui.ac.id/contents/koleksi/11/300c24672b3933.pdf.

Di akses tanggal : 20 Oktober 2011

Tim Pengajar Biokimia TPB-IPB, 2010. Respirasi Sel. [terhubung berkala]

http://bima.ipb.ac.id/~tpb.ipb/materi/biologi/Kuliah%203%20Respirasi%20

Selular.pdf. Di akses tanggal : 20 Oktober 2011