2.2 Proses GlikolisisPada dasarnya metabolisme glukosa dapat di bagi dalam dua bagian yaitu yang tidak menggunakan oksigen atau anaerob dan yang menggunakan oksigen atau aerob.Reaksi anaerob terdiri atas serangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam laktat. Proses ini disebut glikolisis. Tiap reaksi dalam proses glikolisis ini menggunakan enzim tertentu, dan akan dibahas satu persatu.1. 1. HeksokinaseTahap pertama proses glikolisis adalah pengubahan glukosa menjadi glukosa -6-fosfat dengan reaksi fosforilasi. Gugus fosfat diterima dari ATP dalam reaksi sebagai berikut :Enzim heksokinase merupakan katalis dalam reaksi tersebut di bantu oleh ion Mg++ sebagai kofaktor. Heksokinase yang berasal dari ragi merupakan katalis pada reaksi pemindahan gugus fosfat dari ATP tidak hanya kepada glukosa tetapi juga kepada fruktosa, manosa dan glukosamina.1. 2. FosfoheksoisomeraseReaksi berikutnya ialah isomerisasi, yaitu pengubahan glukosa -6-fosfat menjadi fruktosa -6-fosfat, dengan enzim fosfoglukoisomerase. Enzim ini tidak memerlukan kofaktor dan telah diperoleh dari ragi dengan cara klistalisasi. Enzim fosfoheksoisomerase terdapat pada jaringan otot dan mempunyai berat molekul 130.000.1. 3. FosfofruktokinaseFruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-difosfat oleh enzim fosfofruktokinase dibantu oleh ion Mg++ sebagai kofaktor. Dalam reaksi ini gugus fosfat dipindahkan dari ATP kepada fruktosa-6-fosfat dan ATP sendiri akan berubah menjadi ADP. Fosfofruktokinase dapat dihambat atau dirangsang oleh beberapa metabolit, yaitu senyawa yang terlibat dalam proses metabolisme ini.1. 4. AldolaseReaksi tahap keempat dalam rangkaian reaksi glikolisis adalah penguraian molekul fruktosa-1,6-difosfat membentuk dua molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan D-gliseral-dehida-3-fosfat. Dalam tahap ini enzim aldolase yang menjadi katalis, telah ditemukan dan dimurnikan oleh Warburg.1. Triosafosfat Isomerase Dalam reaksi penguraian oleh enzim aldolase terbentuk dua macam senyawa, yaitu D-gliseraldehida-3-fosfat dan dihidroksiasetonfosfat. Yang mengalami reaksi lebih lanjut dalam proses glikolisis ialah D-gliseraldehida-3-fosfat. Andaikata sel tidak mampu mengubah dihidroksiasetonfosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat, tentulah dihidroksiasetonfosfat akan bertimbun dalam sel. Hal ini tidak berlangsung karena dalam sel enzim triosafosfat isomerase yang dapat mengubah dihidroksiasetonfosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat.1. Gliseraldehida-3-Fosfat DehidrogenaseEnzim ini bekerja sebagai katalis pada reaksi oksidasi gliseraldehida-3-fosfat menjadi asam 1,3 difosfogliserat. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD+, sedangkan gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat.Reaksi oksidasi ini mengubah aldehida menjadi asam karboksilat.1. Fosfogliseril KinaseReaksi yang menggunakan ini ialah reaksi pengubahan asam 1,3-difosfogliserat menjadi asam 3-fosfogliserat.Dalam reaksi ini terbentuk satu molekul ATP dari ADP dan ion Mg++ diperlukan sebagai kofaktor. Oleh karena ATP adalah senyawa fosfat berenergi tinggi, maka reaksi ini mempunyai fungsi untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh proses glikolisis dalam bentuk ATP.1. Fosfogliseril MutaseFosfogliseril mutase bekerja sebagai katalis pada reaksi pengubahan asam 3-fosfogliserat menjadi asam 2-fosfogliserat.1. Enolase Reaksi berikutnya ialah reaksi pembentukan asam fosfoenolpiruvat dari asam 2-fosfogliserat dengan katalis enzim enolase dan ion Mg ++ sebagai kofaktor.Reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat ini ialah reaksi dehidrasi.1. Piruvat KinaseEnzim ini merupakan katalis pada reaksi pemindahan gugus fosfat dari asam fosfoenolpiruvat kepada ADP sehingga terbentuk molekul ATP dan molekul piruvat. Piruvat kinase telah dapat diperoleh dari ragi dalam bentuk kristal. Enzim ini adalah suatu tetramer dengan berat molekul 165.000.dalam reaksi tersebut, di perlukan ion Mg++ dan K+ sebagai aktivator.2.3 Proses Glikogenesis dan Glikogenelisis1. 1. Proses GlikogenesisGlikogenesis merupakan proses pembentukan glikogen dari glukosa kemudian disimpan dalam hati dan otot. Pada proses ini, lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen akan diaktivasi di dalam hati, olehhormoninsulinsebagairesponterhadaprasioguladarah yang meningkat, misalnyakarenakandungankarbohidratsetelahmakan atauteraktivasipadaakhirsiklus Cori.Pada hati, glikogenesis berfungsi untuk mempertahankan kadar gula darahsedangkan padaotot bertujuan untuk kepentingan otot sendiri dalam membutuhkan energi. Proses Glikogenesis terjadi apabila jumlah glukosa ( dari makanan ) yang masuk kedalam tubuh terlalu berlebih maka glukosa tersebut akan disimpan di hati dalam bentuk glikogen. Proses terjadinya glikogenesis :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-fosfat1. 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

1. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi2. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C4pada 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 UDP + (C6)n+1 Glikogen GlikogenResidu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 14 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.1. Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 14 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 16 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1glukosil dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis. (Murray dkk. Biokimia Harper)Tampak bahwa setiap penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir oleh enzim glikogen sintase.Sekelompok glukosa dalam rangkaian linier dapat putus dari glikogen induknya dan berpindah tempat untuk membentuk cabang.Enzim yang berperan dalam tahap ini adalah enzim pembentuk cabang (branching enzyme).1. 2. Proses glikogenelisisGlikogenolisis merupakan reaksi pemecahan molekul glikogen menjadi molekul glukosa. Proses ini terjadi apabila tubuh membutuhkan glukosa, untuk digunakan lebih lanjut dalam proses glikolisis. Glikogenolisisjuga dapat berarti lintasan metabolisme yang digunakan oleh tubuh, selain glukoneogenosis untuk menjaga keseimbangan kadar glukosa di dalam plasma darah untuk menghindari simtomahipoglisemia. 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 14 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 16.(C6)n + Pi (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfatGlikogen GlikogenGlukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 16 terpajan. Hidrolisis ikatan 16 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung. (Murray dkk. Biokimia Harper)Berikut tahap-tahap glikogenelisis :1. Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1-fosfat. Berbeda dengan reaksi pembentukan glikogen, reaksi ini tidak melibatkan UDP-glukosa, dan enzimnya adalah glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase.2. Tahap reaksi berikutnya adalah pembentukan glukosa dari glukosa 6-fosfat. Berbeda dengan reaksi kebalikannya dengan glukokinase, dalam reaksi ini enzim lain, glukosa 6-fosfatase, melepaskan gugus fosfat sehigga terbentuk glukosa. Reaksi ini tidak menghasilkan ATP dari ADP dan fosfat.3. Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi sehingga menghasilkan energi, yang energi itu terekam / tersimpan dalam bentuk ATP2.4 Siklus Asam SitratPada bagian sebelumnya telah dibahas mengenai jalur glikolisis yang mengubah glukosa menjadi piruvat. Pada keadaan aerob, langkah berikutnya pada pembentukkan energi dari glukosa adalah dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil koenzim A (asetil koA). Unit asetil aktif ini kemudian mengalami oksidasi sempurna menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat.Siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel, yaitu pada mitokondria, yang berlangsung secara berurutan dan berulang, bertujuan mengubah asam piruvat menjadi CO2, H2O dan sejumlah energi. Proses ini adalah proses oksidasi dengan menggunakaan oksigen atau aerob (Poedjiani, A : 264).Siklus asam sitrat dikenal juga sebagai siklus asam trikarboksilat atau siklus krebs, menggunakan nama penemunya Hans Krebs seorang ahli biokimia yang banyak jasa atau sumbangannya dalam penelitian tentang metabolisme karbohidrat.Siklus asam sitrat merupakan jalur metabolisme bersama untuk oksidasi molekul bahan bakar seperti asam amino, asam lemak dan karbohidrat, juga berperan sebagai sumber bahan pembangun untuk proses-proses biosintesis.Sebagian besar molekul masuk siklus asam sitrat sebagai Asetil KoA.Dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil koA merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus asam sitrat. Pada eukariot, reaksi ini dan reaksi dalam siklus berlangsung dalam mitokondria, sedangkan glikolisis berlangsung di sitosol (Stryer, L : 525).Berikut adalah gambaran ringkas siklus asam sitrat: Senyawa C4 (oksaloasetat) berkondensasi dengan senyawa C2 membentuk senyawa C6 (asam trikarboksilat / sitrat). Reaksi dikatalisis oleh enzim sitrat sintase. Sitrat mengalami isomerisasi menjadi isomer sitrat. Reaksi dikatalisis oleh enzim sitrat akotase. Isomer sitrat kemudian mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi senyawa C5 (-ketoglutarat). Reaksi dikatalisis oleh enzim isositrat dehidrogenase dan menghasilkan NADH dan CO2. Senyawa ini mengalami dekarboksilasi oksidatif lagi menjadi senyawa C4 (suksinil ko-A. Reaksi dikatalisis oleh enzim -ketoglutarat dehidrogenase dan menghasilkan NADH dan CO2. Senyawa C4 (suksinil ko-A) lalu dipecah menjadi suksinat (C4). Reaksi dikatalisis oleh enzim suksinil koA sintase. Menghasilkan senyawa fosfat berenergi tinggi (GTP). Suksinat (C4) dioksidasi menjadi fumarat (C4). Reaksi dikatalisis oleh enzim suksinat dehidrogenase dan menghasilkan FADH2. Fumarat (C4) mengalami hidrasi menjadi malat (C4). Reaksi dikatalisis oleh enzim fumarase. Akhirnya malat (C4) dioksidasi menghasilkan kembali oksaloasetat (C4). Reaksi dikatalisis oleh enzim malat dehidrogenase dan menghasilkan NADH.2.5 Energi yang dihasilkan pada Metabolisme KarbohidratMetabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam organisme dan sel. Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks yang biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia di dalam sel, tanpa metabolisme makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup.Pada glikolisis aerob, energi ysng dihasilkan terinci sebagai berikut: Hasil tingkat substrat : +4P Hasil oksidasi respirasi : +6P Jumlah : 4P+6P = 10P Dikurangi untuk aktivasi glukosa dan fruktosa 6P : -2 Hasil akhir : 10P-2P = 8PPada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut: Hasil tingkat substrat : +4P Hasil oksidasi respirasi : +0P Jumlah : 4P+0P = 4P Dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : -2P Hasil akhir : 4P-2P = 2PPada siklus asam sitrat, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:1. Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P = 9P2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 X 2P= 2P3. Pada tingkat substrat : 1PJumlah : 12pSatu siklus krebs akan menghasilkan energi 3P+3P+1P+2P+3P = 2PApabila dihubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat, dan siklus krebs akan dapat kita itung bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian sebagai berikut:1. Glikolisis : 8P2. Oksidasi piruvat (2X3P) : 6P3. Siklus krebs (2X12P) : 24PJumlah : 38P