Glukosa menempati posisi sentral dalam metabolisme tumbuhan, hewan, dan banyak mikroorganisme.

Hal ini relatif kaya energi potensial, dan dengan demikian bahan bakar yang baik; oksidasi lengkap

glukosa menjadi karbon dioksida dan air berlangsung dengan perubahan energi bebas standar sebesar -

2.840 kJ/mol. Dengan menyimpan glukosa sebagai polimer dengan berat molekul tinggi seperti pati atau

glikogen, sel dapat menimbun sejumlah besar unit heksosa sambil mempertahankan osmolaritas sitosol

yang relatif rendah. Ketika kebutuhan energi meningkat, glukosa dapat dilepaskan dari polimer

penyimpanan intraseluler ini dan digunakan untuk menghasilkan ATP baik secara aerob maupun

anaerob.

Glukosa tidak hanya bahan bakar yang sangat baik, tetapi juga merupakan prekursor yang sangat

serbaguna, mampu memasok sejumlah besar zat antara metabolisme untuk reaksi biosintetik. Bakteri

seperti Escherichia coli dapat memperoleh dari glukosa kerangka karbon untuk setiap asam amino,

nukleotida, koenzim, asam lemak, atau zat antara metabolisme lain yang dibutuhkan untuk

pertumbuhan. Sebuah studi komprehensif tentang nasib metabolisme glukosa akan mencakup ratusan

atau ribuan transformasi. Pada hewan dan tumbuhan vaskular, glukosa memiliki tiga nasib utama:

mungkin disimpan (sebagai polisakarida atau sebagai sukrosa); dioksidasi menjadi senyawa tiga karbon

(piruvat) melalui glikolisis untuk menyediakan ATP dan zat antara metabolisme; atau dioksidasi melalui

jalur pentosa fosfat (fosfoglukonat) untuk menghasilkan ribosa 5-fosfat untuk sintesis asam nukleat dan

NADPH untuk proses biosintesis reduktif (Gbr. 14-1).

Organisme yang tidak memiliki akses ke glukosa dari sumber lain harus membuatnya. Organisme

fotosintesis membuat glukosa dengan terlebih dahulu mereduksi CO2 atmosfer menjadi triosa,

kemudian mengubah triosa menjadi glukosa. Sel nonfotosintetik membuat glukosa dari prekursor tiga

dan empat karbon yang lebih sederhana melalui proses glukoneogenesis, secara efektif membalikkan

glikolisis dalam jalur yang menggunakan banyak enzim glikolitik.

Dalam bab ini kami menjelaskan reaksi individu dari glikolisis, glukoneogenesis, dan jalur pentosa fosfat

dan signifikansi fungsional dari masing-masing jalur. Kami juga menggambarkan berbagai nasib piruvat

yang dihasilkan oleh glikolisis; mereka termasuk fermentasi yang digunakan oleh banyak organisme

dalam relung anaerobik untuk menghasilkan ATP dan yang dieksploitasi secara industri sebagai sumber

etanol, asam laktat, dan produk komersial lainnya yang bermanfaat. Dan kami melihat jalur yang

memberi makan berbagai gula dari mono-, di-, dan polisakarida ke jalur glikolitik. Diskusi tentang

metabolisme glukosa berlanjut pada Bab 15, di mana kami menggambarkan jalur anabolik dan katabolik

yang berlawanan yang menghubungkan glukosa dan glikogen, dan menggunakan proses sintesis dan

degradasi karbohidrat sebagai contoh dari banyak mekanisme yang digunakan organisme untuk

mengatur jalur metabolisme.

Dalam glikolisis (dari bahasa Yunani glykys, yang berarti "manis," dan lysis, yang berarti "membelah"),

sebuah molekul glukosa didegradasi dalam serangkaian reaksi yang dikatalisis oleh enzim untuk

menghasilkan dua molekul dari senyawa tiga karbon piruvat. Selama reaksi glikolisis berurutan,

beberapa energi bebas yang dilepaskan dari glukosa disimpan dalam bentuk ATP dan NADH. Glikolisis

adalah jalur metabolisme pertama yang dijelaskan dan mungkin yang paling dipahami. Dari penemuan

Eduard Buchner pada tahun 1897 tentang fermentasi dalam ekstrak sel ragi yang rusak hingga

penjelasan keseluruhan jalur dalam ragi (oleh Otto Warburg dan Hans von Euler-Chelpin) dan dalam otot

(oleh Gustav Embden dan Otto Meyerhof) pada tahun 1930-an, reaksi glikolisis dalam ekstrak ragi dan

Partial preview of the text

Download Tahap tahap glikolisis terdiri dari 2 fase yaitu fase persiapan dan fase pengembalian and more Study notes Biochemistry in PDF only on Docsity!

Glukosa menempati posisi sentral dalam metabolisme tumbuhan, hewan, dan banyak mikroorganisme. Hal ini relatif kaya energi potensial, dan dengan demikian bahan bakar yang baik; oksidasi lengkap glukosa menjadi karbon dioksida dan air berlangsung dengan perubahan energi bebas standar sebesar - 2.840 kJ/mol. Dengan menyimpan glukosa sebagai polimer dengan berat molekul tinggi seperti pati atau glikogen, sel dapat menimbun sejumlah besar unit heksosa sambil mempertahankan osmolaritas sitosol yang relatif rendah. Ketika kebutuhan energi meningkat, glukosa dapat dilepaskan dari polimer penyimpanan intraseluler ini dan digunakan untuk menghasilkan ATP baik secara aerob maupun anaerob. Glukosa tidak hanya bahan bakar yang sangat baik, tetapi juga merupakan prekursor yang sangat serbaguna, mampu memasok sejumlah besar zat antara metabolisme untuk reaksi biosintetik. Bakteri seperti Escherichia coli dapat memperoleh dari glukosa kerangka karbon untuk setiap asam amino, nukleotida, koenzim, asam lemak, atau zat antara metabolisme lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Sebuah studi komprehensif tentang nasib metabolisme glukosa akan mencakup ratusan atau ribuan transformasi. Pada hewan dan tumbuhan vaskular, glukosa memiliki tiga nasib utama: mungkin disimpan (sebagai polisakarida atau sebagai sukrosa); dioksidasi menjadi senyawa tiga karbon (piruvat) melalui glikolisis untuk menyediakan ATP dan zat antara metabolisme; atau dioksidasi melalui jalur pentosa fosfat (fosfoglukonat) untuk menghasilkan ribosa 5-fosfat untuk sintesis asam nukleat dan NADPH untuk proses biosintesis reduktif (Gbr. 14-1). Organisme yang tidak memiliki akses ke glukosa dari sumber lain harus membuatnya. Organisme fotosintesis membuat glukosa dengan terlebih dahulu mereduksi CO2 atmosfer menjadi triosa, kemudian mengubah triosa menjadi glukosa. Sel nonfotosintetik membuat glukosa dari prekursor tiga dan empat karbon yang lebih sederhana melalui proses glukoneogenesis, secara efektif membalikkan glikolisis dalam jalur yang menggunakan banyak enzim glikolitik. Dalam bab ini kami menjelaskan reaksi individu dari glikolisis, glukoneogenesis, dan jalur pentosa fosfat dan signifikansi fungsional dari masing-masing jalur. Kami juga menggambarkan berbagai nasib piruvat yang dihasilkan oleh glikolisis; mereka termasuk fermentasi yang digunakan oleh banyak organisme dalam relung anaerobik untuk menghasilkan ATP dan yang dieksploitasi secara industri sebagai sumber etanol, asam laktat, dan produk komersial lainnya yang bermanfaat. Dan kami melihat jalur yang memberi makan berbagai gula dari mono-, di-, dan polisakarida ke jalur glikolitik. Diskusi tentang metabolisme glukosa berlanjut pada Bab 15, di mana kami menggambarkan jalur anabolik dan katabolik yang berlawanan yang menghubungkan glukosa dan glikogen, dan menggunakan proses sintesis dan degradasi karbohidrat sebagai contoh dari banyak mekanisme yang digunakan organisme untuk mengatur jalur metabolisme. Dalam glikolisis (dari bahasa Yunani glykys, yang berarti "manis," dan lysis, yang berarti "membelah"), sebuah molekul glukosa didegradasi dalam serangkaian reaksi yang dikatalisis oleh enzim untuk menghasilkan dua molekul dari senyawa tiga karbon piruvat. Selama reaksi glikolisis berurutan, beberapa energi bebas yang dilepaskan dari glukosa disimpan dalam bentuk ATP dan NADH. Glikolisis adalah jalur metabolisme pertama yang dijelaskan dan mungkin yang paling dipahami. Dari penemuan Eduard Buchner pada tahun 1897 tentang fermentasi dalam ekstrak sel ragi yang rusak hingga penjelasan keseluruhan jalur dalam ragi (oleh Otto Warburg dan Hans von Euler-Chelpin) dan dalam otot (oleh Gustav Embden dan Otto Meyerhof) pada tahun 1930-an, reaksi glikolisis dalam ekstrak ragi dan

otot adalah fokus utama penelitian biokimia. Pergeseran filosofis yang menyertai penemuan ini diumumkan oleh Jacques Loeb pada tahun 1906: Melalui penemuan Buchner, Biologi dibebaskan dari fragmen mistisisme lainnya. Pemecahan gula menjadi CO2 dan alkohol tidak lebih merupakan efek dari "prinsip penting" daripada pemecahan gula tebu oleh invertase. Sejarah masalah ini bersifat instruktif, karena memperingatkan kita agar tidak menganggap masalah sebagai di luar jangkauan kita karena mereka belum menemukan solusinya. Pengembangan metode pemurnian enzim, penemuan dan pengakuan pentingnya koenzim seperti NAD, dan penemuan peran metabolisme penting ATP dan senyawa terfosforilasi lainnya semua keluar dari studi glikolisis. Enzim glikolitik dari banyak spesies telah lama dimurnikan dan dipelajari secara menyeluruh. Pemecahan glukosa enam karbon menjadi dua molekul piruvat tiga karbon terjadi dalam sepuluh langkah, lima langkah pertama merupakan fase persiapan (Gbr. 14-2a). Dalam reaksi ini, glukosa pertama kali difosforilasi pada gugus hidroksil pada C-6 (langkah 1). D-glukosa 6-fosfat yang terbentuk diubah menjadi D-fruktosa 6-fosfat (langkah 2), yang difosforilasi lagi, kali ini pada C-1, untuk menghasilkan D-fruktosa 1,6-bifosfat (langkah 3). Untuk kedua fosforilasi, ATP adalah donor gugus fosforil. Karena semua turunan gula dalam glikolisis adalah isomer D, kita biasanya akan menghilangkan penunjukan D kecuali ketika menekankan stereokimia. Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah untuk menghasilkan dua molekul tiga karbon, dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida 3-fosfat (langkah 4 ); ini adalah langkah "lisis" yang memberi nama jalur tersebut. Dihidroksiaseton fosfat diisomerisasi menjadi molekul kedua gliseraldehida 3 fosfat (langkah 5), mengakhiri fase pertama glikolisis. Dari perspektif kimia, isomerisasi pada langkah 2 sangat penting untuk mengatur fosforilasi dan reaksi pemutusan ikatan COC pada langkah 3 dan 4, seperti yang dijelaskan nanti. Perhatikan bahwa dua molekul ATP diinvestasikan sebelum pemecahan glukosa menjadi dua potongan tiga karbon; nantinya akan ada pengembalian yang baik atas investasi ini. Untuk meringkas: dalam fase persiapan glikolisis energi ATP diinvestasikan, meningkatkan kandungan energi bebas dari zat antara, dan rantai karbon dari semua heksosa yang dimetabolisme diubah menjadi produk umum, gliseraldehida 3-fosfat. Perolehan energi datang dalam fase hasil glikolisis (Gbr. 14-2b). Setiap molekul gliseraldehida 3-fosfat dioksidasi dan difosforilasi oleh fosfat anorganik (bukan oleh ATP) untuk membentuk 1,3-bisfosfogliserat (langkah 6). Energi kemudian dilepaskan saat dua molekul 1,3 bifosfogliserat diubah menjadi dua molekul piruvat (langkah 7 sampai 10). Sebagian besar energi ini disimpan oleh fosforilasi gabungan dari empat molekul ADP menjadi ATP. Hasil bersih adalah dua molekul ATP per molekul glukosa yang digunakan, karena dua molekul ATP diinvestasikan dalam fase persiapan. Energi juga dilestarikan dalam fase pembayaran dalam pembentukan dua molekul NADH per molekul glukosa. Dalam reaksi berurutan glikolisis, tiga jenis transformasi kimia sangat penting: (1) degradasi kerangka karbon glukosa untuk menghasilkan piruvat, (2) fosforilasi ADP menjadi ATP oleh senyawa fosfat berenergi tinggi yang terbentuk selama glikolisis, dan ( 3) transfer ion hidrida ke NAD+, membentuk NADH.

Glikolisis hanya melepaskan sebagian kecil dari total energi yang tersedia dari molekul glukosa; dua molekul piruvat yang dibentuk oleh glikolisis masih mengandung sebagian besar energi potensial kimia glukosa, energi yang dapat diekstraksi melalui reaksi oksidatif dalam siklus asam sitrat (Bab 16) dan fosforilasi oksidatif (Bab 19). Pentingnya zat antara terfosforilasi Masing-masing dari sembilan intermediet glikolitik antara glukosa dan piruvat terfosforilasi (Gbr. 14-2). Gugus fosforil tampaknya memiliki tiga fungsi.

Karena membran plasma umumnya tidak memiliki transporter untuk gula terfosforilasi, intermediet glikolitik terfosforilasi tidak dapat meninggalkan sel. Setelah fosforilasi awal, tidak ada energi lebih lanjut yang diperlukan untuk mempertahankan zat antara yang terfosforilasi di dalam sel, meskipun ada perbedaan besar dalam konsentrasi intraseluler dan ekstraselulernya.
Gugus fosforil adalah komponen penting dalam konservasi enzimatik energi metabolik. Energi yang dilepaskan dalam pemutusan ikatan fosfoanhidrida (seperti pada ATP) sebagian dikonservasi dalam pembentukan ester fosfat seperti glukosa 6-fosfat. Senyawa fosfat berenergi tinggi yang terbentuk dalam glikolisis (1,3-bifosfogliserat dan fosfoenolpiruvat) menyumbangkan gugus fosforil ke ADP untuk membentuk ATP.
Energi ikat yang dihasilkan dari pengikatan gugus fosfat ke sisi aktif enzim menurunkan energi aktivasi dan meningkatkan spesifisitas reaksi enzimatik (Bab 6). Gugus fosfat dari ADP, ATP, dan intermediet glikolitik membentuk kompleks dengan Mg2+, dan tempat pengikatan substrat dari banyak enzim glikolitik spesifik untuk kompleks Mg2+ ini. Sebagian besar enzim glikolitik membutuhkan Mg2+ untuk aktivitasnya Pada fase persiapan glikolisis, dua molekul ATP diinvestasikan dan rantai heksosa dibelah menjadi dua triosa fosfat. Kesadaran bahwa heksosa terfosforilasi adalah zat antara dalam glikolisis datang perlahan dan kebetulan. Pada tahun 1906, Arthur Harden dan William Young menguji hipotesis mereka bahwa inhibitor enzim proteolitik akan menstabilkan enzim fermentasi glukosa dalam ekstrak ragi. Mereka menambahkan serum darah (dikenal mengandung inhibitor enzim proteolitik) ke ekstrak ragi dan mengamati stimulasi metabolisme glukosa yang diprediksi. Namun, dalam percobaan kontrol yang dimaksudkan untuk menunjukkan bahwa merebus serum menghancurkan aktivitas stimulasi, mereka menemukan bahwa serum yang direbus sama efektifnya dalam merangsang glikolisis. Pemeriksaan hati- hati dan pengujian isi serum rebus mengungkapkan bahwa fosfat anorganik bertanggung jawab untuk stimulasi. Harden dan Young segera menemukan bahwa glukosa yang ditambahkan ke ekstrak ragi mereka diubah menjadi heksosa bifosfat ("ester Harden Young," akhirnya diidentifikasi sebagai fruktosa 1,6-bifosfat). Ini adalah awal dari serangkaian penyelidikan panjang tentang peran ester organik fosfat dalam biokimia, yang telah mengarah pada pemahaman kita saat ini tentang peran sentral transfer gugus fosforil dalam biologi. Pada langkah pertama glikolisis, glukosa diaktifkan untuk reaksi selanjutnya melalui fosforilasi pada C- untuk menghasilkan glukosa 6-fosfat, dengan ATP sebagai donor fosforil:

Reaksi ini, yang ireversibel dalam kondisi intraseluler, dikatalisis oleh heksokinase. Ingat bahwa kinase adalah enzim yang mengkatalisis transfer gugus fosforil terminal dari ATP ke nukleofil akseptor (lihat Gambar 13-10). Kinase adalah subkelas dari transferase (lihat Tabel 6–3). Akseptor dalam kasus heksokinase adalah heksosa, biasanya D-glukosa, meskipun heksokinase juga mengkatalisis fosforilasi heksosa umum lainnya, seperti D-fruktosa dan D-mannosa. Mg2+ melindungi muatan negatif dari gugus fosforil dalam ATP, membuat atom fosfor terminal menjadi target yang lebih mudah untuk serangan nukleofilik oleh -OH glukosa. Heksokinase mengalami perubahan besar dalam bentuk, kecocokan yang diinduksi, ketika mengikat glukosa; dua domain protein bergerak sekitar 8 lebih dekat satu sama lain ketika ATP berikatan (lihat Gambar 6-22). Gerakan ini membawa ATP terikat lebih dekat ke molekul glukosa yang juga terikat pada enzim dan menghalangi akses air (dari pelarut), yang mungkin masuk ke situs aktif dan menyerang (menghidrolisis) ikatan fosfoanhidrida ATP. Seperti sembilan enzim glikolisis lainnya, heksokinase adalah protein sitosol yang larut. Heksokinase hadir di semua sel semua organisme. Hepatosit juga mengandung bentuk heksokinase yang disebut heksokinase IV atau glukokinase, yang berbeda dari bentuk heksokinase lain dalam sifat kinetik dan regulasi (lihat Kotak 15-2). Dua enzim yang mengkatalisis reaksi yang sama tetapi dikodekan dalam gen yang berbeda disebut isozim. KONVERSI GLUKOSA 6-FOSFAT MENJADI FRUKTOSA 6-FOSFAT Enzim fosfoheksosa isomerase (fosfoglukosa isomerase) mengkatalisis isomerisasi reversibel glukosa 6 fosfat, suatu aldosa, menjadi fruktosa 6-fosfat, suatu ketosa: Mekanisme reaksi ini ditunjukkan pada Gambar 14-4. Reaksi berlangsung dengan mudah di kedua arah, seperti yang diharapkan dari perubahan yang relatif kecil dalam energi bebas standar. Isomerisasi ini memiliki peran penting dalam keseluruhan kimia jalur glikolitik, karena penataan ulang gugus karbonil dan hidroksil pada C-1 dan C-2 adalah awal yang diperlukan untuk dua langkah berikutnya. Fosforilasi yang terjadi pada reaksi berikutnya (langkah 3) mengharuskan gugus pada C-1 terlebih dahulu diubah dari karbonil menjadi alkohol, dan pada reaksi berikutnya (langkah 4) pemutusan ikatan antara C-3 dan C- 4 membutuhkan gugus karbonil pada C-2 (hal. 485). Fosforilasi Fruktosa 6-Fosfat menjadi Fruktosa 1,6-Bisfosfat Dalam kedua dari dua reaksi priming glikolisis, fosfofruktokinase-1 (PFK-1) mengkatalisis transfer gugus fosforil dari ATP ke fruktosa 6-fosfat untuk menghasilkan fruktosa 1,6 bifosfat: Enzim ini disebut PFK-1 untuk membedakannya dari enzim kedua (PFK-2) yang mengkatalisis pembentukan fruktosa 2,6-bifosfat dari fruktosa 6-fosfat dalam jalur terpisah. Reaksi PFK-1 pada dasarnya ireversibel dalam kondisi seluler, dan ini adalah langkah "berkomitmen" pertama dalam jalur glikolitik; glukosa 6-fosfat dan fruktosa 6 fosfat memiliki kemungkinan nasib lain, tetapi fruktosa 1,6- bifosfat ditargetkan untuk glikolisis. Fosfofruktokinase-1 adalah enzim pengatur (Bab 6), salah satu yang paling kompleks yang diketahui. Ini adalah titik utama regulasi dalam glikolisis. Aktivitas PFK-1 meningkat setiap kali suplai ATP sel habis atau ketika produk pemecahan ATP, ADP dan AMP (terutama yang terakhir), berlebihan. Enzim

Tahap tahap glikolisis terdiri dari 2 fase yaitu fase persiapan dan fase pengembalian, Study notes of Biochemistry

Related documents

Partial preview of the text

Download Tahap tahap glikolisis terdiri dari 2 fase yaitu fase persiapan dan fase pengembalian and more Study notes Biochemistry in PDF only on Docsity!