BIOKIMIA 1

BAB I

PENGANTAR METABOLISME

A. Metabolisme

Metabolisme adalah segala proses yang terjadi di mahluk hidup dan reaksinya dikatalisi

oleh enzim. Metabolisme bisa diartikan pula sebagai aktivitas sel yang terkoordinasi,

mempunyai tujuan dan melibatkan kerjasama multi enzim. Metabolisme mempunyai fungsi

bebagai berikut yaitu: 1) mengubah molekul nutrient menjadi prekusor unit pembangun atau

building blok seperti ribose, asam α-keto, gulan dan asam lemak, 2) menggabungkan unit

pembangun menjadi biomakromolekul seperti: protein, asam nukleat, lipida, polisakarida, dan

komponen sel lain, 3) membentuk dan mendegradasi biomakromolekul untuk fungsi sel.

Metabolime dibedakan menjadi dua yaitu katabolime dan anabolisme. Hubungan energi antara

katabolisme dan anabolisme sebagai berikut:

Gambar 1. Hubungan Katabolisme dan Anabolisme

Energi yang mengandung nutrient

Karbohidrat Lemak protein

membran makromolekul:

Protein Lipids

Asam nukleat

k

a

t

a

b

o

li

s

m

e

A

n

a

b

o

li

s

m

e

Molekul prekursor: Asam amino

Gula Asam lemak

Basa nitrogen

Energi yang dibuang dan hasil

CO2 H2O NH3

ADP+

HPO43-

NAD+

NADP+

ATP

FADH2

NADH

NADPH

FAD

BIOKIMIA 2

Energi yang dibawa dari lintas katabolik ke lintas anabolik dalam bentuk:

1. ATP (Adenosin Tripospat) yaitu pembawa gugus pospat yang memiliki energi tinggi

2. NADH, NADPH, dan FADH2 sebagai tenaga pereduksi, pembawa elektron atau atom

H berenergi tinggi

Ada tiga pendekatan untuk mengidentifikasi urutan metabolik, yaitu pendekatan melalui:

1. Reaksi invitro

Reaksi invitro dilakukan di dalam tabung reaksi terhadap ekstrak sel atau enzim dari

sel yang mampu mengkatalis proses metabolik yang diselidiki.

2. Mutase genetik

Dengan mutase genetik organisme muatan dibuat agar tidak bisa memproduksi enzim

aktif yang diselidiki sehingga memungkinkan menyimpulkan sifat-sifat tahap tertentu

dalam metabolisme.

3. Pelacakan isotop

Metabolit tertentu dilabel dengan isotop radioaktif kemudian lintas metabolit dilacak

lewat sifat radioaktivitasnya.

Jenis reaksi yang terjadi dalam metabolisme dikelompokkan berdasarkan enzim yang

mengakatalisisnya yaitu: (1) oksidasi reduksi, (2) transfer gugus, (3) reaksi hidrolisis,

(4) reaksi pemutusan non hidrolisis, (5) reaksi isomerisasi, dan (6) reaksi pembentukan

ikatan. Sedangkan urutan reaksi dalam jalur metabolisme digolongkan berdasarkan

pola urutan reaksinya yang digambarkan sebagai: (1) linear, (2) bercabang, (3)

bercabang divergen, (4) siklik, (5) spiral, (6) lingkar 2 atau lebih, (7) tangga, dan (8)

reversible langsung. Regulasi di dalam lintas metabolik digolongkan ke dalam tiga jenis

mekanisme yaitu:

1. Regulasi allosteric

Aktivitas katalitik enzim diubah oleh modulator positif atau modulator negative

yang biasanya terdapat pada atau dekat permulaan suatu urutan multienzim.

Contohnya aspartate carbamoyltransferase.

2. Pengontrolan hormone

Jalur metabolik diatur melalui perangsangan atau hambatan beberapa aktifitas

metabolik spesifik berdasarkan isyarat yang disampaikan hormone pada bagian

dalam sel. Contohnya: epinefrin mengontrol aktivitas degradasi glikogen.

BIOKIMIA 3

3. Control sistensis enzim/ control transkripsi

Sel hati dapat menghidupkan atau mematikan biosintesis enzim tertentu tergantung

pada sifat nutrient yang masuk proses induksi enzim. Contohnya: operon laktosa.

Sel hidup bersifat isothermal, oleh karena itu energi dari reaksi katabolisme dibawa

ke reaksi anabolisme dalam bentuk energi kimia (ATP, NADH, NADPH, dan

FADH2).

1. ATP adalah pembawa gugus pospat yang kaya energi, reaksi penguraiannya:

ATP ADP + Pi + energi

ATP merupakan sumber energi untuk melakukan: reaksi biosintesis, kontransi

dan motilitas sel, transport aktif (transport nutrient melalui membrane gradient

konsentrasi), pemindahan informasi genetic selama biosintesis DNA, RNA, dan

protein.

2. NADH, NADPH, dan FADH2

NADH, NADPH, dan FADH2 merupakan pembawa electron atau atom H yang

kaya energi untuk reaksi biosintetik reduktif.

B. METABOLISME INTERMEDIET

Metabolisme Intermediet adalah jalur pusat metabolik yang menyajikan jalur

sintesis, degradasi, interkonversi metabolit-metabolit penting serta konversi energi. Jalur

lingkar yang memainkan peranan katabolisme dan anabolisme disebut jalur amfibolik. Bagan

di bawah ini menggambarkan jalur-jalur metabolisme intermediet.

BIOKIMIA 4

Gambar 2. Bagan Metabolisme Intermediet

BIOKIMIA 5

C. LOKASI METABOLISME

Gambar 3. Lokasi Metabolisme di dalam Tubuh

1. Brain/ otak

Dalam keadaan istirahat otak memerlukan sebanyak 20% oksigen dari

seluruh kebutuhan oksigen tubuh dan 70% glukosa tubuh. Adanya

kebutuhan oksigen yang tinggi dikarenakan karena aktivitas otak yang terus

menerus sehingga otak memerlukan makanan yang cukup dan teratur. Di

otak terjadi metabolisme, otak memerlukan glukosa untuk menghasilkan

energy melalui proses glikolisis dan siklus Krebs. Metabolisme di otak

utamanya terjadi di mitokondria yang akan menghasilkan senyawa phospat

yang bernergi tinggi.

2. Mouth/ mulut : terjadi katabolisme polisakarida

Proses mencerna makanan pertama kali ada di mulut, saliva mengandung

enzim amilase untuk menghidrolisis pati dan glikogen.

3. Blood and circulatory system/ darah dan sistem peredarannya

Pembuluh darah sebagai jaringan transportasi O2 dan CO2, asam lemak,

glukosa, asam amino dan regulasi hormone yang diedarakan ke seluruh

organ dan jaringan yang bervariasi.

4. Lung/ paru-paru : tempat pertukaran gas O2 dan CO2

BIOKIMIA 6

Pertukaran gas O2 dan CO2 terjadi antara pembuluh darah dan udara. O2

diambil dari udara karena tubuh membutuhkan untuk proses oksidasi.

Sedangkan CO2 dilepaskan sebagai hasil buang katabolisme karbohidrat.

5. Heart/ Jantung : Katabolisme asam lemak

katabolisme asam lemak menghasilkan asetil Co-A yang akan masuk ke

siklus Krebs.

6. Skeletal Muscle/ jaringan otot :

Katabolisme asam lemak, mobilisasi glikogen dan sintesis glikogen terjadi

di jaringan otot.

7. Liver/ hati

Fungsi hati terutama adalah menjaga konsentrasi gula darah di dalam tubuh.

Dapat kita sebut pula hati sebagai buffer, ketika kadar gula dalam darah naik

maka hati akan menyimpan glukosa, sebaliknya ketika kadar gula turun,

maka hati akan melepaskan glukosa dalam darah. Selain itu di hati juga

sebagai tempat terjadinya gluconeogenesis, katabolisme asam amino,

sintesis glikogen, sintesis lipoprotein, katabolisme asam lemak dan jalur

phopspoglukonat.

8. Pancreas/ pancreas

Pankreas sebagai regulator metabolisme dalam tubuh. Ketika keadaan lapar,

maka pankreas akan mengeluarkan insulin, sebaliknya dalam keadaan

kenyang, pancreas akan melepaskan hormone glucagon. Sehingga kadar

gula dalam darah tetap stabil, tepatnya 90 menit setelah makan adalah 10

mmol/l atau sekitar 180 mg/dl. Pada malam hari kadar gula darah normal

manusia adalah 8 mmol/l atau 144 mg/dl. Dan ketika seseorang berpuasa,

kadar gula darah normalnya adalah 4-7 mmol/l atau sekitar 72-126 mg/dl.

9. Small intestine/ usus halus

Katabolisme protein, katablosme disakarida, dan proses penyerapan terjadi

di usus halus.

10. Adiposa Tissue/ jaringan adipose : Mobilisasi triacilgliserol, sintesis asam

lemak, penyimpanan triasilgliserol dan jalur pospoglikonat.

BIOKIMIA 7

BAB II

ENZIM

A. Enzim

Suatu reaksi kimia, khususnya antara senyawa organik yang dilakukan dalam

laboratorium memerlukan suatu kondisi yang ditentukan oleh beberapa faktor seperti suhu,

tekanan, waktu dan lain-lain. Apabila salah satu kondisi tidak sesuai dengan apa yang

seharusnya dibutuhkan maka reaksi tidak dapat berlangsung dengan baik. Tubuh kita

merupakan laboratorium yang sangat rumit, sebab di dalamnya terjadi reaksi kimia yang

beraneka ragam. Penguraian zat-zat yang terdapat dalam makanan kita, penggunaan hasil

uraian untuk memperoleh energi, penggabungan kembali hasil uraian untuk membentuk

persediaan makanan dalam tubuh serta banyak macam reaksi lain yang apabila dilakukan

dalam laboratorium atau in vitro membutuhkan keahlian khusus serta waktu yang lama, dapat

berlangsung dengan baik di dalam tubuh atau in vivo tanpa memerlukan suhu tinggi dan dapat

terjadi dalam waktu yang relatif singkat. Reaksi atau proses kimia yang berlangsung dengan

baik dalam tubuh kita ini dimungkinkan karena adanya katalis yang disebut enzim.

Pengetahuan tentang katalis telah dirintis oleh Berzelius pada tahun 1837. Ia

mengusulkan nama ‘katalis’ untuk zat-zat yang dapat mempercepat reaksi tetapi zat itu sendiri

tidak ikut bereaksi. Proses kimia yang terjadi dengan pertolongan enzim telah dikenal sejak

zaman dahulu, misalnya pembuatan anggur dengan cara fermentasi atau peragian. Demikian

pula pembuatan asam cuka termasuk proses kimia berdasarkan aktivitas enzim. Dahulu proses

fermentasi dianggap hanya terjadi dengan adanya sel yang mengandung enzim. Pasteur adalah

salah seorang yang banyak bekerja dalam fermentasi ini. Anggapan tersebut berubah setelah

Buchner membuktikan bahwa cairan yang berasal dari ragi tanpa adanya sel hidup dapat

menyebabkan terjadinya fermentasi gula menjadi alkohol dan karbondioksida. Hingga sekrang

kata ‘enzim’ yang berarti ‘di dalam ragi’ tetap dipakai untuk nama katalis dalam proses

biokimia.

Enzim dikenal untuk pertama kalinya sebagai protein oleh Sumner pada tahun 1926

yag telah berhasil mengsolasi urease dari jack bean. Urease adalah enzim yang dapat

menguraikan urea menjadi CO2 dan NH3. Beberapa tahun kemudian Northrop dan Kunitz dapat

mengisolasi pepsin, tripsin, kimotripsin. Selanjutnya makin banyak enzim yang telah dapat

diisolasi dan telah dibuktikan bahwa enzim tersebut ialah suatu protein.

BIOKIMIA 8

Sejak tahun 1926 pengetahuan tentang enzim atau enzimologi berkembang dengan

cepat. Dari hasil penelitian para ahli biokimia ternyata bahwa banyak enzim mempunyai gugus

bukan protein, jadi termasuk golongan protein majemuk. Enzim semacam ini (holoenzim)

terdiri atas protein (apoenzim) dan suatu gugus bukan protein (kofaktor). Sebagai contoh enzim

katalase terdiri atas protein dan ferriprotorfirin. Ada juga enzim yang terdiri dari protein dan

logam. Misalnya askorbat oksidase adalah protein yang mengikat tembaga.

Gugus bukan protein yang dinamakan kofaktor ini secara umum ada 3 yaitu Aktifator

Ion Logam, Gugus Prostetik dan Koenzim. Ketiganya merupakan bagian enzim yang

memungkinkan enzim bekerja terhadap substrat, yaitu zat-zat yang diubah atau direaksikan

oleh enzim.

Aktifator Ion Logam adalah ion-ion anorganik yg biasanya berikatan lemah dengan

apoenzim. Contoh : K+, Fe++, Fe+++, Cu++, Co++, Zn++, Mn++, Mg++, Ca++, Mo+++. Gugus

Prostetik adalah senyawa non protein yg dapat terdialisa, termostabil dan terikat kuat dengan

apoenzim. Contoh : molybdoprotein, lipoamide, dan biotin. Koenzim adalah kofaktor berupa

molekul organik kecil yang mentranspor gugus kimia atau elektron dari satu enzim ke enzim

lainnya. Contoh koenzim mencakup NADH, NADPH dan adenosin trifosfat (ATP). Gugus

kimiawi yang dibawa mencakup ion hidrida (H–) yang dibawa oleh NAD atau NADP+, gugus

asetil yang dibawa oleh koenzim A, formil, metenil, ataupun gugus metil yang dibawa oleh

asam folat, dan gugus metil yang dibawa oleh S-adenosilmetionina. Beberapa koenzim seperti

riboflavin, tiamina, dan asam folat adalah vitamin.

B. Sifat-Sifat Enzim

1. Enzim hanya mengubah kecepatan reaksi, artinya enzim tidak mengubah produk akhir

yang dibentuk atau mempengaruhi keseimbangan reaksi, hanya meningkatkan laju

suatu reaksi.

2. Enzim bekerja secara spesifik, artinya enzim hanya mempengaruhi substrat tertentu

saja.

3. Enzim merupakan protein. Oleh karena itu, enzim memiliki sifat seperti protein. Antara

lain bekerja pada suhu optimum, umumnya pada suhu kamar. Enzim akan kehilangan

aktivitasnya karena pH yang terlalu asam atau basa kuat, dan pelarut organik. Selain

itu, panas yang terlalu tinggi akan membuat enzim terdenaturasi sehingga tidak dapat

berfungsi sebagai mana mestinya.

BIOKIMIA 9

4. Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit. Sesuai dengan fungsinya sebagai katalisator,

enzim diperlukan dalam jumlah yang sedikit.

5. Enzim bekerja secara bolak-balik. Reaksi-reaksi yang dikendalikan enzim dapat

berbalik, artinya enzim tidak menentukan arah reaksi tetapi hanya mempercepat laju

reaksi sehingga tercapai keseimbangan. Enzim dapat menguraikan suatu senyawa

menjadi senyawa-senyawa lain. Atau sebaliknya, menyusun senyawa-senyawa menjadi

senyawa tertentu. Reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut.

6. Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja

enzim adalah suhu, pH, aktivator (pengaktif), dan inhibitor (penghambat) serta

konsentrasi substrat.

C. Fungsi dan Cara Kerja Enzim

Fungsi suatu enzim adalah sebagai katalis untuk proses biokimia yang terjadi dalam sel

maupun di luar sel. Suatu enzim dapat mempercepat reaksi 108 sampai 1011 kali lebih cepat

daripada apabila reaksi tersebut dilakukan tanpa katalis. Jadi enzim dapat berfungsi sebagai

katalis yang sangat efesien, di samping itu mempunyai derajat kekhasan yang tinggi. Seperti

juga katalis lainnya, maka enzim dapat menurunkan energi aktivasi suatu reaksi kimia.

Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi. Enzim meningkatkan

laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi).

Penurunan energi aktivasi dilakukan dengan membentuk kompleks dengan substrat. Setelah

produk dihasilkan, kemudian enzim dilepaskan. Enzim bebas untuk membentuk kompleks baru

dengan substrat yang lain.

Gambar 4. Cara Kerja Enzim

BIOKIMIA 10

D. Kompleks Enzim-Substrat

Suatu enzim bekerja secara khas terhadap suatu substrat tertentu. Kekhasan inilah ciri

suatu enzim. Ini sangat berbeda dengan katalis lain (bukan enzim) yang dapat bekerja terhadap

berbagai macam reaksi. Enzim urease hanya bekerja terhadap urea sebagai substratnya. Ada

juga enzim yang bekerja terhadap lebih dari satu substrat namun enzim tersebut tetap

mempunyai kekhasan tertentu. Misalnya enzim esterase dapat menghidrolisir beberapa ester

asam lemak, tetapi tidak dapat menghidrolisir substrat lain yang bukan ester. Suatu contoh

tentang kekhasan ini misalnya enzim arginase bekerja terhadap L-arginin dan tidak terhadap

D-arginin. Suatu enzim dikatakan mempunyai kekahasan nisbi apabila ia dapat bekerja

terhadap beberapa substrat misalnya esterase dan D-asam amino oksidase yang dapat bekerja

D-asam amino dan L-asam amino tetapi berbeda kecepatannya. Karena adanya kekhasan ini

maka suatu enzim dapat digunakan untuk memisahkan komponen D dari L pada suatu

campuran rasemik.

Telah dijelaskan bahwa suatu enzim mempunyai kekhasan yaitu hanya bekerja pada

satu reaksi saja. Untuk dapat berkerja terhadap suatu zat atau substrat harus ada hubungan atau

kontak antara enzim dengan substrat. Suatu enzim mempunyai ukuran yang lebih besar

daripada substrat. Oleh karena itu tidak seluruh bagian enzim dapat berhubungan dengan

substrat. Hubungan antara substrat dengan enzim hanya terjadi pada bagian atau tempat tertentu

saja. Tempat atau bagian enzim yang mengadakan hubungan atau kontak dengan substrat

dinamai bagian aktif (active site). Pada sisi ini, terdapat gugus prostetik yang diduga berfungsi

sebagai zat elektrofilik sehingga dapat mengkatalis reaksi yang diinginkan. Hubungan hanya

mungkin terjadi apabila bagian aktif mempunyai ruang yang tepat dapat menampung substrat.

Apabila substrat mempunyai bentuk atau konformasi lain, maka tidak dapat ditampung pada

bagian aktif suatu enzim. Dalam hal ini enzim itu tidak dapat berfungsi sebagai substrat. Ini

adalah penjelasan mengapa tiap enzim mempunyai kekhasan terhadap substrat tertentu.

Hubungan atau kontak antara enzim dengan substrat menyebabkan terjadinya kompleks

enzim-substrat. Kompleks ini merupakan kompleks yang aktif, yang bersifat sementara dan

akan terurai lagi apabila reaksi yang diinginkan telah terjadi.

BIOKIMIA 11

Gambar 5. Kompleks Enzim-Substrat

Cara kerja enzim-substrat dapat dijelaskan dengan dua teori, yaitu teori gembok dan

anak kunci, dan teori kecocokan yang terinduksi.

1. Teori gembok dan anak kunci (Lock and key theory)

Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang

masuk dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi

aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta

membebaskan enzim.

2. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)

Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang

fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi

melingkupi substrat membentuk kompleks. Ketika produk sudah terlepas dari

kompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Sehingga, substrat yang lain

kembali bereaksi dengan enzim tersebut.

Gambar 6. Teori Lock and key dan Induced fit

BIOKIMIA 12

E. Tatanama dan Klasifikasi Enzim

Satu abad yang lalu, baru ada beberapa enzim yang dikenal dan kebnyakan di antaranya

mengatalisis reaksi hidrolisis ikatan kovalen. Semua enzim ini diidentifikasi dengan

penambahan akhiran –ase pada nama substansi atau substrat yang dihidrolisisnya (kecuali

beberapa enzim proteolitik yang diakhiri dengan -in seperti papain, bromelin, pepsin). Misal,

lipase menghidrolisis lemak (Yunani lipos), amilase menghidrolisis pati (Yunani amylon), dan

protease menghidrolisis protein. Meskipun peristilahan ini masih tetap bertahan sampai

sekarang, pemakaiannya sudah terbukti tidak memadai ketika ditemukan berbagai enzim yang

mengkatalisis reaksi yang berbeda terhadap substrat yang sama, misal, oksidasi atau reduksi

terhadap fungsi alkohol suatu gula. Sementara akhiran –ase tetap digunakan, nama enzim yang

ada sekarang ini lebih menekankan pada tipe reaksi yang dikatalisisnya. Sebagai contoh, enzim

dehidrogenase mengkatalisis pengeluaran hidrogen, sementara enzim transferase mengkatalisis

reaksi pemindahan gugus. Dengan semakin banyaknya enzim yang ditemukan, ketidakjelasan

juga semakin tidak terelakkan, dan kerap kali tidak jelas enzim mana yang tengah dibicarakan

oleh seorang peneliti. Untuk mengatasi permasalahan ini, International Union of Biochemistry

(IUB) telah mengadopsi sebuah sistem yang kompleks tetapi tidak meragukan bagi peristilahan

enzim yang didasarkan pada mekanisme reaksi. Meskipun kejelasan dan pengurangan

keraguan tersebut membuat sistem nomenklatur IUB dipakai untuk tujuan riset, nama yang

lebih pendek tetap digunakan dalam berbagai kepentingan lain. Berikut beberapa poin

penjelasan mengenai sistem nomenkltur IUB :

1. Reaksi dan enzim yang mengatalisis reaksi tersebut membentuk enam kelas, masing-

masing mempunyai 4-13 subkelas. (Kelas dan penjelasannya akan dibahas di bawah).

2. Nama enzim terdiri dari 2 bagian. Nama pertama menunjukkan substrat. Nama kedua,

yang berakhiran -ase, menyatakan tipe reaksi yang dikatalisis.

3. Informasi tambahan, bila diperlukan untuk menjelaskan reaksi, dapat dituliskan dalam

tanda kurung pada bagian akhir; misal, enzim yang mengkatalisis reaksi L-malat +

NAD+ ↔ piruvat + CO2 + NADH + H+ diberi nama 1.1.1.37 L-malat:NAD+

oksidoreduktase (dekarboksilasi).

4. Setiap enzim mempunyai nomor kode (EC) yang mencirikan tipe reaksi ke dlam kelas

(gidit pertama), subkelas (digit kedua), dan subsubkelas (digit ketiga). Digit keempat

adalah untuk enzim spesifik. Jadi, EC 2.7.1.1 menyatakan kelas 2 (transferase),

subkelas 7 (transfer fosfat), subsubkelas 1 (alkohol merupakan akseptor fosfat). Digit

BIOKIMIA 13

terakhir menyatakan heksokinase atau ATP:D-heksosa 6-fosfotransferase, sebuah

enzim yang mengatalisis pemindahan fosfat dari ATP ke gugus hidroksil pada atom

karbon keenam molekul glukosa.

Enam kelompok enzim menurut Commision on Enzymes of the International Union of

Biochemistry adalah sebagai berikut :

1. Oksidureduktase

Enzim-enzim yang termasuk dalam golongan ini dapat dibagi dalam dua bagian

yaitu dehidrogenase dan oksidase. Dehidrogenase bekerja pada reaksi-reaksi

dehidrogenase, yaitu reaksi pengambilan atom hidrogen dari suatu senyawa (donor).

Hidrogen yang dilepas diterima oleh senyawa lain (akseptor). Reaksi pembentukan

aldehida dari alkohol adalah contoh reaksi dehidrogenase. Enzim yang bekerja pada

reaksi ini ialah alkohol dehidrogenase. Di sini alkohol adalah donor hidrogen,

sedangkan senyawa yang menerima hidrogen adalah suatu koenzim

nikotinadenindinukleotida.

Enzim-enzim oksidase juga bekerja sebagai katalis pada reaksi pengambilan

hidrogen dari suatu substrat. Dalam reaksi ini yang bertindak selaku akseptor hidrogen

adalah oksigen. Sebagai contoh enzim glukosa oksidase bekerja sebagai katalis pada

reaksi oksidasi glukosa menjadi asam glukonat.

2. Transferase

Enzim yang termasuk golongan ini bekerja sebagai katalis pada reaksi

pemindahan suatu gugus dari suatu senyawa kepada senyawa lain. Beberapa contoh

enzim yang termasuk golongan ini ialah metiltransferase, hidroksimetiltransferase,

karboksiltransferase, asiltransferase, dan aminotransferase atau disebut uga

transaminase.

3. Hidrolase

Enzim yang termasuk dalam kelompok ini bekerja sebagai katalis pada reaksi

hidrolisis. Ada tiga jenis hidrolase, yaitu yang memecah ikatan ester, memecah

glikosida dan yang memecah ikatan peptida. Beberapa enzim sebagai contoh ialah

esterase, lipase, fosfatase, amilase, amino peptidase, karboksi peptidse, pepsin, tripsin,

kimotripsin.

4. Liase

BIOKIMIA 14

Enzim yang termasuk golongan ini mempunyai peranan penting dalam reaksi

pemisahan suatu gugus dari suatu substrat (bukan cara hidrolisis) atau sebaliknya.

Contoh enzim golongan ini antara lain dekarboksilase, aldolase, hidratase.

5. Isomerase

Enzim yang termasuk golongan ini bekerja pada reaksi perubahan

intramolekuler, misalnya reaksi perubahan glukosa menjadi fruktosa, perubahan

senyawa L menjadi senyawa D,senyawa sis menjadi senyawa trans dan lain-lain.

Contoh enzim yang termasuk dalam golongan ini antara lain ribulosafosfat epimerase

dan glukosafosfat isomerase.

6. Ligase

Enzim yang termasuk golongan ini bekerja pada reaksi-reaksi penggabungan dua

molekul. Oleh karenanya enzim-enzim tersebut juga dinamakan sintetase. Ikatan yang

terbentuk dari penggabungan tersebut adalah ikatan C-O, C-S, C-N, atau C-C. Contoh

enzim golongan ini antara lain ialah glutamin sintetase dan piruvat karboksilase.

F. Kinetika Enzim

Persamaan Henri dan Michaelis-Menten

Hubungan antara [S] dengan Vo untuk reaksi substrat tunggal atau tunggal semu

(pseudo) berupa grafik hiperbola.

Gambar 7. Grafik Michaelis-Menten

Vo = k2 [Eo] = Vmax [S]

[S] + b

BIOKIMIA 15

Model kinetika untuk persamaan tersebut dikemukakan oleh Henri (1903) serta Leonor

Michaelis dan Maud Menten (Michaelis-Menten). Kedua persamaan mirip, tetapi Michaelis-

Menten lebih lengkap dan menekankan pentingnya Vo dibandingkan V lainnya.

Reaksi antara E dan S dinyatakan sebagai :

Laju pembentukan ES pada waktu t = k1 [E][S] dimana [E] adalah konsentrasi E bebas dan

[S] adalah konsentrasi substrat bebas.

Asumsi Michaelis-Menten terdapat kesetimbangan antara E,S dan ES, maka :

k1 [E][S] = k-1 [ES]

[E][S] = k-1 = Ks

[ES] k1

Ks = konstanta disosiasi ES

Jika [E] = [Eo] - [ES] maka ([Eo] - [ES]) [S] = Ks

[ES]

Ks[ES] = ([Eo] - [ES]) [S] = [Eo][S] - [ES][S]

[ES][S] + Ks[ES] = [Eo][S]

[ES] ([S] + Ks) = [Eo][S]

Atau [ES] = [Eo][S]

[S]+Ks

Karena Vo = k2 [ES] = k2[Eo][S] dan Vmax = k2 [Eo], maka :

[S] + Ks

Vo = k2 [Eo] = Vmax[S]

[S]+Ks

Karena [S] >>> [E] [S] ≈ [So], maka pada [Eo] kostan, persamaan Michaelis-Menten

ditulis sebagai :

Vo = Vmax[So]

[So]+Ks

Persamaan Briggs-Haldan

Briggs-Haldan (1925) memodifikasi persamaan Michaelis-Menten dengan asumsi umum

transition-state, dengan menganggap [E] dan [ES] <<< [S].

Laju perubahan [ES] diabaikan terhadap laju perubahan [P], dan dalam kesetimbangan

harga [ES] tetap konstan.

Karena k1[E][S] = k-1[ES] + k2[ES] = [ES][k2+k-1]

[E][S] = k-1+k2 = Km

K1

k-1

K2

BIOKIMIA 16

[ES] k1

Jika [E] = [Eo] - [ES] maka :

([Eo] - [ES])[S] = Km atau [ES] = [Eo][S]

[ES] [S] + Km

Vo = k2[ES] = k2[Eo][S]

[S]+Km

Vmax = k2[Eo] = Vmax[S]

[S] + Km

Karena [S] >>> [E] [S] ≈ [So], maka pada [Eo] konstan, persamaan Michaelis-Menten

ditulis sebagai :

Vo = Vmax[So]

[So] + Km

Km (konstanta Michaelis-Menten) dapat dinyatakan sebagai [So] yang memberikan laju =

½ Vmax

Plot Lineweaver-Burk

Grafik Michaelis-Menten berbentuk parabola, secara teknis kurang praktis, maka oleh

Lineweaver-Burk, dibuat reciprocal sehingga diperoleh persamaan garis lurus.

1 = [So] + Km = [So] + Km

Vo Vmax[So] Vmax[So] Vmax[So]

Maka persamaan Lineweaver-Burk dapat ditulis sebagai :

1 = Km 1 + 1

Vo Vmax [So] Vmax

Atau Y = a X + b merupakan persamaan garis lurus.

Persamaan Lineweaver-Burk (Double Reciprocal Plot) dapat digunakan untuk menentukan

Km dan Vmax.

Gambar 8. Grafik Lineweaver-Burk

G. Zat Aktivator dan Inhibitor pada Enzim

Aktivator merupakan molekul yang mempermudah ikatan antara enzim dengan

substratnya, misalnya ion klorida yang bekerja pada enzim amilase. Inhibitor merupakan suatu

BIOKIMIA 17

molekul yang menghambat ikatan enzim dengan substratnya. Inhibitor akan berikatan dengan

enzim membentuk kompleks enzim-inhibitor. Oleh karena inhibitor menghambat fungsi

enzim, inhibitor sering digunakan sebagai obat. Contohnya adalah inhibitor yang digunakan

sebagai obat aspirin. Aspirin menginhibisi enzim COX-1 dan COX-2 yang memproduksi

pembawa pesan peradangan prostaglandin, sehingga ia dapat menekan peradangan dan rasa

sakit.

Hambatan yang dilakukan oleh inhibitor dapat berupa hambatan tidak reversibel dan

hambatan reversibel.

Hambatan tidak reversibel pada umumnya disebabkan oleh terjadinya proses destruksi

atau modifikasi sebuah gugus fungsi atau lebih yang terdapat pada molekul enzim. Dengan

demikian mengurangi aktivitas katalitik enzim tersebut. Sebagai contoh inhibitor dalam hal ini

ialah molekul iodoase-tamida yang dapat bereaksi dengan gugus –SH suatu enzim tertentu.

Reaksi ini berlangsung tidak reversibel sehingga menghasilkan produk reaksi dengan

sempurna. Inhibitor lain ialah diisopropil fosfofluoridat. Inhibitor ini termasuk senyawa fosfor

organik yang bersifat racun, karena dapat berikatan dengan asetilkolin esterase yang terdapat

dan berfungsi pada sistem syaraf pusat. Dengan terbentuknya ester ini maka enzim tidak dapat

berfungsi sebagaimana mestinya, sehingga dapat mengganggu kerja sel syaraf pusat. Ester

yang terbentuk berifat stabil dan tidak mudah terhidrolisis. Dengan demikian hambatan yang

diakibatkan oleh diisopropilfosfofluoridat ini merupakan hambatan tidak reversibel.

Hambatan reversibel terdiri dari 2 macam yaitu Inhibitor kompetitif dan nonkompetitif :

1. Inhibitor kompetitif : Molekul penghambat yang strukturnya mirip substrat, sehingga

molekul tersebut berkompetisi dengan substrat untuk bergabung pada sisi aktif enzim.

Contoh : sianida bersaing dengan oksigen untuk mendapatkan Hemoglobin pada rantai

akhir respirasi. Inhibitor kompetititif dapat diatasi dengan penambahan konsentrasi

substrat.

2. Inhibitor nonkompetitif : Molekul penghambat yang bekerja dengan cara melekatkan

diri pada bagian bukan sisi aktif enzim. Inhibitor ini menyebabkan sisi aktif berubah

sehingga tidak dapat berikatan dengan substrat. Inhibitor nonkompetitif tidak dapat

dipengaruhi oleh konsentrasi substrat. Penggabungan antara inhibitor dengan enzim ini

terjadi pada enzim bebas, atau pada enzim yang telah mengikat substrat (kompleks

enzim-substrat). Keduanya, baik kompleks EI maupun EIS bersifat inaktif karena tidak

menghasilkan reaksi yang diharapkan. Contoh inhibitor nonkompetitif yang banyak

dikenal ialah ion-ion logam berat (Cu2+, Hg2+ dan Ag+) yang dapat berhubungan dengan

BIOKIMIA 18

gugus –SH yang terdapat pada sistein dalam enzim. Dengan cara berikatan dengan

logam berat maka gugus –SH tidak lagi mempunyai aktivitas katalitik bagi enzim

tersebut. Beberapa jenis enzim yang membutuhkan ion logam berat sebagai aktivator

dapat pula mengalami hambatan tidak bersaing dengan ion yang dapat mengikat

aktivator tersebut. Ion CN- dapat menghambat enzim yang menggunakan ion Fe2+ atau

Fe3+, karena terbentuknya ion kompleks ferosianida atau ferisianida yang bersifat

inaktif. Demikian pula etilen diamida tetra asetat (EDTA) dapat mengikat ion-ion

bervalensi dua misalnya Mg2+ sehingga dapat pula menghambat enzim yang

menggunakan ion tersebut sebagai aktivatornya.

Gambar 9. Inhibitor Kompetitif dan Nonkompetitif

Ketika dilihat dari tempat berikatan inhibitor, berbagai sumber menyebutkan ada 3 jenis

pembagian hambatan reversibel, yaitu : Hambatan Kompetitif, Hambatan Unkompetitif

dan Hambatan Campuran atau yang telah dibahas di atas sebagai Hambatan Nonkompetitif.

Pada Hambatan Kompetitif, inhibitor berikatan dengan enzim pada sisi aktifnya. Pada

Hambatan Unkompetitif , inhibitor hanya dapat berikatan dengan kompleks enzim-substrat.

Pada Hambatan Campuran, inhibitor dapat berikatan dengan enzim maupun dengan

kompleks enzim-substrat. Berikut adalah gambar penjelasannya :

BIOKIMIA 19

Gambar 10. Tiga Macam Hambatan Reversibel

(sumber : Lehninger, 2004)

Hambatan Umpan Balik / Feed-back inhibition

Gambar 11. Hambatan Umpan Balik

BIOKIMIA 20

Pada contoh di atas, reaksi A B dapat mengalami hambatan oleh E yang merupakan

hasil akhir serangkaian reaksi. Hambatan semacam ini disebut hambatan umpan balik / feed-

back inhibition dan berfungsi sebagai mekanisme pengatur reaksi-reaksi kimia dalam tubuh,

misalnya reaksi pembentukan asam-asam amino. Isoleusin dapat dihasilkan dari treonin

melalui lima tahapan reaksi. Enzim treonin deaminase yang bekerja pada tahap pertama

dihambat oleh isoleusin yang terjadi pada tahap akhir apabila konsentrasi isoleusin cukup

besar. Oleh karena reaksi ini merupakan reaksi reversibel, maka apabila konsentrasi isoleusin

berkurang, treonin deaminase menjadi aktif kembali dan dengan demikian, isoleusin terbentuk

lagi.

BIOKIMIA 21

BAB III

KARBOHIDRAT

A. Struktur dan Klasifikasi Karbohidrat

Karbohidrat memiliki nama lain sakharida yang berarti manis/ gula. Sukrosa dari tebu,

laktosa dari susu dan selulosa pada tumbuhan memiliki unsur karbon (C), hidrogen (H) dan

oksigen (O), sehingga karbohidrat berdasarkan ilmu kimia juga dapat diartikan sebagai

polihidroksi-aldehid ataupun polihidroksi-keton beserta turunannya. Karbohidrat dihasilkan

oleh tumbuhan melalui anabolisme pada proses fotosintesis. Contoh zat yang dihasilkan dari

proses fotosintesis adalah glukosa. Glukosa disintesis tumbuhan dengan reaksi sebagai berikut:

6 CO2 (karbondioksida) + 6 H2O (air) C6H12O6 (glukosa) + 6 O2 (oksigen)

Sedangkan glukosa dalam jaringan tubuh manusia akan dioksidasi melalui proses

respirasi sehingga melepaskan energi kimia guna melakukan kerja dalam sel, gas sisa CO2 dan

H2O yang dihasilkan akan dilepaskan ke lingkungan.

Gambar 12. Reaksi Fotosintesis

Proses fotosintesis dan respirasi inilah yang dikenal sebagai metabolisme (siklus

karbon). Berdasarkan jumlah unitnya, maka karbohidrat dibedakan menjadi 3 tipe, yaitu:

monosakarida, oligosakarida dan polisakarida.

Monosakarida

Karbohidrat sederhana yang tidak dapat diuraikan atau pun dihidrolisis menjadi

karbohidrat yang lebih kecil lagi dikenal sebagai monosakarida. Pada umumnya

monosakarida tersusun dari 3-6 atom C, gugus karbonil berupa aldehid atau keton dan

beberapa gugus hidroksil. Berdasarkan struktur kimia, atom C monosakarida berupa rantai

lurus tak bercabang, salah satu atom C-nya adalah gugus karbonil dan atom C lainnya

BIOKIMIA 22

mengikat gugus hidroksil. Adanya gugus karbonil pada monosakarida menyebabkan

adanya 2 tipe, yaitu aldosa dan ketosa.

Aldosa adalah monosakarida dengan gugus aldehid (-COH) yang terletak pada

atom C nomor satu. Apabila 3 atom C dengan gugus aldehid pada monosakarida disebut

aldo-triosa, jika 4 atom C dengan gugus aldehid pada monosakarida disebut aldo-tetrosa,

5 atom C dengan gugus aldehid pada monosakarida disebut aldo-pentosa dan 6 atom C

dengan gugus aldehid pada monosakarida disebut aldo-heksosa.

Sedangkan ketosa adalah monosakarida dengan gugus keton (-CO-) yang terletak

pada atom C nomor dua. Sama halnya dengan aldosa, penyebutan 3 atom C dengan gugus

keton pada monosakarida disebut keto-triosa, begitu pun seterusnya hingga 6 atom C.

Gambar 12. Struktur Senyawa Aldosa dan Ketosa

Struktur monosakarida dapat berupa rantai terbuka (asiklik) dan rantai tertutup

(siklik). Untuk rantai terbuka mempergunakan proyeksi Fisher, pada bagian atas struktur

merupakan lokasi gugus yang mudah teroksidasi dan atom C kiral digambarkan sebagai

perpotongan garis vertikal-horizontal. Pada proyeksi Fisher, gugus –OH pada atom C kiral

terjauh dari gugus karbonil menentukan suatu isomer L (Levo/ kiri) dan D (Dekstro/

kanan).

Gambar 13. Proyeksi Fisher dari Gugus Karbonil

BIOKIMIA 23

Bila jumlah atom C kiral (asimetris) meningkat, maka jumlah isomer optik pun

meningkat. Jumlah total dari isomer dapat ditentukan dengan menggunakan aturan Van’t

Hoff yang menyatakan bahwa suatu senyawa yang mempunyai n atom C kiral, maksimum

mempunyai 2n stereoisomer. Contoh: n = 3, maka terdapat 23 atau 8 stereoisomer (4 buah

konfigurasi D dan 4 buah konfigurasi L).

Gambar 14. Struktur Stereoisomer Glukosa

Struktur siklik dari monosakarida dapat dibuat melalui proyeksi Haworth,

dengan langkah sebagai berikut:

1. Beri nomor rantai karbon dan putar searah jarum jam ke bentuk linier rantai terbuka.

2. Lipat menjadi heksagon dengan ikatan pada atom C-5 dan C-1 terhadap –O--,

tempatkan lokasi gugus C-6 berada di atas cincin, untuk yang lainnya melengkapi

sesuai lipatan.

3. Tulis gugus –OH pada C-1. Di atas untuk bentuk β dan di bawah untuk bentuk α.

Gambar 15. Proyeksi Haworth dari Glukosa

BIOKIMIA 24

Ketika terdapat dalam larutan, struktur siklik terbuka dan tertutup, α-D-glukosa

berubah ke β-D-glukosa, begitupun sebaliknya. Hal tersebut menyebabkan pada setiap

saat, hanya sebagian kecil ditemui rantai terbuka/ asiklik. Berikut ini adalah beberapa

monosakarida yang penting bagi manusia.

Gambar 16. Struktur Monosakarida

a. D-glukosa/ dekstrosa, terdapat pada buah, sayur, sirup jagung dan madu. D-glukosa

merupakan bahan bakar utama pada makhluk hidup. Pada manusia normal kadar

glukosa darah bernilai 70-90 mg/dL.

b. D-galaktosa, tidak terdapat bebas di alam karena didapatkan dari hasil hidrolisis

laktosa dan berperan sebagai epimer.

c. D-fruktosa adalah ketoheksosa yang berasa manis, kemanisannya 2x lebih manis dari

sukrosa.

Oligosakarida/ Disakarida

Oligosakarida adalah polimer dengan berat molekul rendah, umumnya banyak

terikat pada polipeptida dalam glikoprotein dan beberapa glikolipid atau secara struktur

menyatakan bahwa oligosakarida berupa gabungan dari 2-8 unit/ monomer monosakarida.

Monomer-monomer tersebut dapat bergabung disebabkan adanya ikatan glikosidik

(dijelaskan dalam MK Kimia Dasar 2) di antara monomer gula sederhana. Penamaan

disakarida didasari karena adanya minimal 2 monomer gula sederhana yang terikat.

Berikut adalah beberapa disakarida:

BIOKIMIA 25

1. Maltosa/ gula malt adalah disakarida yang jika dihirolisis akan menghasilkan glukosa

dan glukosa. Maltosa terikat oleh ikatan α-1,4-glikosidik yg dibentuk dari α−OH pd C1

glukosa pertama dan −OH pd C4 glukosa ke dua. Ikatan glikosidik mengikat 2 molekul

glukosa dengan melepaskan satu molekul air. Maltosa memiliki 2 anomer yaitu anomer

α dan β. Karbon anomerik ini juga terbuka membentuk gugus aldehida bebas yang dapat

dioksida sehingga maltosa adalah gula pereduksi.

Gambar 17. Struktur Haworth Maltosa

2. Laktosa/ gula susu adalah disakarida yang jika dihidrolisis menghasilkan glukosa dan

galaktosa. Laktosa terdapat dalam air susu dan produk susu olahan. Ikatan dalam

laktosa adalah ikatan β-1,4 glikosidik karena anomer β dari galaktosa membentuk asetal

dengan gugus –OH pada atom C-4 dari glukosa. Dalam molekul laktosa, asetal dari

galaktosa tidak dapat dibuka, namun karbon hemiasetal dalam glukosa dapat

mengalami mutarotasi membentuk α dan β-laktosa. Rantai terbuka membunyai aldehid

bebas, maka dapat mengoksidasi sehingga laktosa adalah gula pereduksi.

F r ee α - OH

BIOKIMIA 26

Gambar 18. Struktur Haworth Laktosa

3. Sukrosa/ gula meja adalah disakarida terbanyak di alam. Pada umumnya sukrosa untuk

gula meja berasal dari gula tebu dan gula bit. Sukrosa terdiri atas molekul α-D-glukosa

dan β-fruktosa yang berikatan dengan ikatan α,β-1,2 glikosidik. Struktur sukrosa

berbeda dengan disakarida lainnya karena ikatan glikosida terjadi antara atom C-

anomerik dari kedua monosakarida pembentuknya, sehingga tidak terdapat isomer

sukrosa. Tanpa gugus aldehid bebas, maka sukrosa tidak terjadi mutarotasi dan sukrosa

bukan gula pereduksi.

Gambar 19. Struktur Haworth Sukrosa

α - D - g l u c o se

β - D - f r u ct o se

α - f o rm α - f o rm

BIOKIMIA 27

4. Selobiosa adalah produk degradasi selulosa yang mengandung 2 molekul glukosa yang

terikat dengan ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur kimianya identik dengan maltosa,

kecuali ikatan glikosidiknya dan selobiasa tidak terdapat di bebas di alam.

Polisakarida

Polisakarida adalah polimer dari banyak monosakarida yang berikatan satu sama

lain, terdapat 2 polisakarida yaitu homopolisakarida dan heteropolisakarida.

Homopolisakarida tersusun dari satu jenis monosakarida dan terdapat banyak di alam,

yaitu pati/ amilum, glikogen, selulosa dan kitin yang jika dihidrolisis akan menghasilkan

D-glukosa, kecuali kitin. Kitin akan menghasilkan turunan glukosa berupa N-asetil

glukosamina jika dihidrolisis.

Kitin yang diperkeras dengan kalsium karbonat

Gambar 20. Struktur Haworth Kitin

BIOKIMIA 28

Sedangkan heteropolisakarida tersusun dari dua atau lebih monosakarida, sehingga

heteropolisakarida merupakan polimer karbohidrat dengan bobot molekul tinggi. Yang

termasuk heteropolisakarida adalah glikosaminoglikan dan murein/ peptidoglikan.

B. Metabolisme Karbohidrat

Kegiatan metabolisme karbohidrat berupa penguraian polisakarida dan oligosakarida

menjadi monosakarida/ gula sederhana untuk diubah menjadi energi kimia melalui beberapa

tahap, yang sering dikenal dengan istilah katabolisme. Penguraian karbohidrat terlaksana mulai

dari cavum oris dengan bantuan enzim amilase/ ptialin, yang selanjutnya melewati esofagus

menuju gaster untuk selanjutnya dilakukan pencernaan secara kimiawi dan mekanik hingga

terjadi penyerapan gula sederhana berupa glukosa. Glukosa yang diserap intestinum-illeum

masih terjadi proses/ tahapan untuk menjadi energi yang dibutuhkan tubuh. Tahapan tersebut

adalah glikolisis, siklus krebs dan tranportasi elektron.

Pada peristiwa glikolisis, glukosa (gula yang mempunyai 6 atom karbon) dibagi

menjadi dua molekul gula yang mempunyai 3 atom karbon. Glikolisis menghasilkan 2 molekul

ATP (energi bebas molekul), 2 molekul asam piruvat dan 2 elektron energi tinggi pembawa

molekul NADH. Glikolisis dapat terjadi dengan atau tanpa oksigen. Jika terdapat oksigen,

glikolisis ini adalah tahapan pertama dari respirasi seluler (aerob). Namun jika tidak terdapat

oksigen/ anaerob, pada glikolisis hanya dihasilkan sedikit ATP dibandingkan yang aerob.

Langkah pertama pada glikolisis adalah penambahan gugus fosfat oleh heksokinase fosforilat

pada glukosa di sitoplasma. Dalam proses ini, gugus fosfat dari ATP ditransfer ke glukosa

menghasilkan glukosa 6-fosfat. Reaksi ini tidak dapat kembali (irreversible).

Glukosa (C6H12O6) + heksokinase + ATP → ADP + Glukosa 6-fosfat (C6H11O6P1)

Selanjutnya enzim fosfoglukoisomerase mengubah glukosa 6-fosfat menjadi

isomernya, yaitu fruktosa 6-fosfat. Isomer adalah senyawa yang memiliki rumus molekul sama,

tetapi berbeda susunan atom-atomnya. Reaksi pada langkah ini bersifat reversible.

Glukosa 6-fosfat (C6H11O6P1) + Fosfoglukoisomerase → Fruktosa 6-fosfat (C6H11O6P1)

Berikutnya adalah peran enzim fosfofruktokinase dalam menggunakan molekul ATP

lain untuk mentransfer gugus fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat untuk membentuk fruktosa 1, 6-

bisfosfat.

Fruktosa 6-fosfat (C6H11O6P1) + fosfofruktokinase + ATP → ADP + Fruktosa 1,6-

bisfosfat (C6H10O6P2)

BIOKIMIA 29

Enzim aldolase membagi fruktosa 1,6-bisfosfat menjadi dua gula yang berisomerisasi

satu sama lain. Kedua gula tersebut adalah fosfat dihidroksiaseton dan fosfat gliseraldehida.

Fruktosa 1, 6-bisfosfat (C6H10O6P2) + aldolase → dihidroksiaseton fosfat (C3H5O3P1) +

gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1)

Gambar 21. Jalur Glikolisis

Enzim triose fosfat isomerase mengubah molekul dihidroksiaseton fosfat dan

gliseraldehida fosfat. Gliseraldehida fosfat dihapus setelah dibentuk untuk digunakan pada

langkah glikolisis berikutnya.

Dihidroksiaseton fosfat (C3H5O3P1) → gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1)

Hasil dari dua langkah sebelumnya adalah fruktosa 1, 6-bisfosfat (C3H5O3P1) ⇌ 2 molekul

gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1)

BIOKIMIA 30

Enzim triose fosfat dehidrogenase memiliki dua fungsi dalam langkah ini. Pertama

transfer enzim hidrogen (H-) dari gliseraldehida fosfat ke oksidator nikotinamida adenin

dinukleotida (NAD+) untuk membentuk NADH. Selanjutnya menambahkan fosfat (P) dari

sitosol ke gliseraldehida fosfat teroksidasi untuk membentuk 1, 3-bisfosfogliserat. Proses ini

melibatkan dua molekul gliseraldehida fosfat yang dihasilkan pada langkah di atas.

1. Triose fosfat dehidrogenase + 2 H- + 2 NAD+ → 2 NADH + 2 H+

2. Triose fosfat dehidrogenase + 2 P + 2 gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1) → 2 molekul dari

1,3-bisfosfogliserat (C3H4O4P2)

Enzim fosfogliserokinase memindahkan P dari 1,3-bissfosfogliserat ke molekul ADP

untuk membentuk ATP, yang terjadi untuk setiap molekul dari 1,3-bisfosfogliserat. Proses ini

menghasilkan 2 molekul 3-fosfogliserat dan 2 molekul ATP.

2 molekul 1,3-bisfosfogliserat (C3H4O4P2) + fosfogliserokinase + 2 ADP → 2 molekul 3-

fosfogliserat (C3H5O4P1) + 2 ATP

Enzim fosfogliseromutase memindahkan P dari 3-fosfogliserat dari karbon ketiga

menuju karbon kedua untuk membentuk 2-fosfogliserat.

2 molekul 3-fosfogliserat (C3H5O4P1) + fosfogliseromutase → 2 molekul 2-fosfogliserat

(C3H5O4P1)

Enzim enolase melepas molekul air dari 2-fosfogliserat untuk membentuk asam

fosfoenolpiruvat (PEP). Hal ini terjadi untuk setiap molekul 2-fosfogliserat.

2 molekul 2-fosfogliserat (C3H5O4P1) + enolase → 2 molekul asam fosfoenolpiruvat (PEP)

(C3H3O3P1)

Enzim piruvat kinase memindahkan P dari PEP ke ADP untuk membentuk asam piruvat

dan ATP. Hal ini terjadi untuk setiap molekul PEP. Reaksi ini menghasilkan 2 molekul asam

piruvat dan 2 molekul ATP.

2 molekul PEP (C3H3O3P1) + piruvat kinase + 2 ADP → 2 molekul asam piruvat (C3H4O3)

+ 2 ATP

Piruvat hasil glikolisis selanjutnya akan diubah menjadi asetil ko-A dalam keadaan

oksigen. Reaksi ini merupakan reaksi penghubung antara glikolisis dengan jalur metabolisme

siklus krebs. Reaksi ini terjadi di mitokondria yang dikatalisis oleh kompleks enzim piruvat

dehidrogenase yang melibatkan 3 jenis enzim (piruvat dehidrogenase, dihidrolipoli

transasetilase dan dihidrolipoli dehidrogenase) dan 5 jenis koenzim (tiaminpirofosfat, asam

BIOKIMIA 31

lipoat, koenzim-A, flavin adenin dinukleotida dan nikotinamid adenin dinukleotida). Asetil ko-

A yang terbentuk akan masuk ke siklus krebs.

Siklus Krebs/ siklus trikarboksilat (asam sitrat) yang merupakan pembongkaran asam

piruvat secara aerob menjadi CO2, H2O dan energi kimia (ATP). Siklus krebs terdapat dalam

sel hewan, tumbuhan dan jasad renik aerob, serta merupakan salah satu tahap dari respirasi.

Siklus krebs terjadi di dalam mitokondria dan dikatalisis oleh enzim yang terdapat dalam

matriks mitokondria, yang memudahkan pemindahan ekuivalen pereduksi ke enzim-enzim

respirasi yang letaknya dekat membran mitokondria.

Gambar 22. Siklus TCA (Tricaboxylic Acid)

Tahapan terakhir dari metabolisme adalah transportasi elektron. Imbasan dari siklus

krebs keluarnya elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2 dan FADH2 sehingga di

dalam mitokondria akan terbentuk air H2O sebagai hasil sampingan dari respirasi.

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis adalah proses pembentukan molekul glukosa baru dari prekusor non-

karbohidrat yang terjadi di dalam hati. Prekursor tersebut antara lain laktat, piruvat, gliserol

dan asam-asam α-keto tertentu yang diturunkan dari asam-asam amino. Pada situasi tertentu

BIOKIMIA 32

(seperti asidosis/ kelaparan), ginjal mampu membuat glukosa baru. Pada kondisi kecukupan

makanan, kadar glukosa darah dipertahankan oleh hidrolisis glikogen di hati. Namun, ketika

glikogen di hati habis, alur glukoneogenesis yang akan mengambil peranan sehingga tubuh

mendapat kadar glukosa yang cukup. Otak dan sel darah mengandalkan glukosa sebagai

sumber energi, namun pada keadaan luar biasa, sel otak mampu menggunakan turunan asam-

asam lemak tertentu untuk menghasilkan energi.

Urutan reaksi dalam glukoneogenesis merupakan reaksi kebalikan dari glikolisis.

Namun, terdapat 3 reaksi glikolisis yang tidak dapat balik (irreversible), yaitu reaksi yang

dikatalisis glukokinase, reaksi yang dikatalisis oleh fosfofruktokinase dan reaksi yang

dikatalisis oleh piruvat kinase. Substrat utama untuk glukoneogenesis adalah asam-asam amino

yang diturunkan dari otot, laktat yang dibentuk di otot dan sel darah merah, dan gliserol yang

diproduksi dari degradasi triasilgliserol.

Selain itu, reaksi glikolisis terjadi di sitoplasma sedangkan beberapa reaksi

glukoneogenesis terjadi di dalam mitokondria (reaksi yang dikatalisis oleh piruvat karboksilase

dan dalam beberapa spesies dikatalisis oleh fosfoenol piruvat karboksikinase) dan dalam

retikulum endoplasma (reaksi dikatalisis oleh glukosa-6-fosfotase).

Gambar 23. Jalur Glikoneogenesis

BIOKIMIA 33

Gambar 24. Hubungan Jalur Glikolisis dan Glukoneogenesis

Glikogenesis dan Glikogenolisis

Sintesis glikogen (glikogenesis) dan katabolisme glikogen (glikogenolisis) diatur

secara detail sehingga kecukupan glukosa untuk tubuh dapat menghasilkan energi dapat

dipertahankan. Kedua proses tersebut dipengaruhi oleh hormon insulin, glukagon dan

epinefrin. Insulin yang dihasilkan oleh kelenjar pankreas berfungsi menurunkan kadar glukosa

dengan menaikkan pembentukan glikogen dari glukosa. Sedangkan epinefrin (adrenalin) dan

glukagon berperan dalam menaikkan kadar glukosa dalam darah. Bila kadar glukosa darah

tinggi, maka sintesis glikogen terjadi setelah makan, yaitu glukosa-6-fosfat dan glukosa-1-

BIOKIMIA 34

fosfat sebagai senyawa antara. Kebalikannya adalah glikogenolisis, yaitu penguraian glikogen

menjadi glukosa, yang sama-sama mempergunakan senyawa antara tersebut.

Siklus Pentosa Fosfat (SPF)

Siklus pentosa fosfat merupakan alur metabolik alternatif untuk oksidasi glukosa yang

tidak menghasilkan ATP. Siklus ini berlangsung dalam cairan sitoplasma. SPF terjadi dalam 2

fase, yaitu oksidatif dan non-oksidatif. Fase oksidatif mengubah glukosa-6-fosfat menjadi

ribulosa-5-fosfat yang diikuti oleh produksi 2 molekul NADPH. Sedangkan fase non-oksidatif

melibatkan proses isomerasi dan kondensasi dari sejumlah molekul karbohidrat berbeda. SPF

bertugas menghasilkan bentuk energi di luar mitokondria, selain NADH yaitu NADPH

(nikotinamid adenin dinukleotida fosfat). Bentuk energi tersebut digunakan untuk proses

biosintesis. Tugas lainnya adalah sebagai penghasil senyawa antara pentosa (ribosa-5-fosfat)

untuk biosintesis asam nukleat, untuk masuk ke glikolisis dan terjadilah metabolisme

fotosintesis.

BIOKIMIA 35

Gambar 25. Jalur Pentosa Pospat

BIOKIMIA 36

BAB IV

PROTEIN

A. Asam Amino dan Protein

Asam amino adalah senyawa penyusun protein. Asam amino mempunyai satu gugus

karboksil dan satu gugus amino. Pada umumnya gugus amino terikat pada posisi α dari gugus

karboksil.

Gambar 26. Struktur Asam Amino

Protein tersusun atas asam amino (Amino Acids) berantai panjang dan setiap Protein-nya

menjadi berbeda karena tersusun atas 20 Asam Amino yang urutan-nya unik. Protein adalah

biomolekul yang sangat penting. Berdasarkan jumlahnya, protein hampir sepertujuh dari berat

orang. Misalkan saja berat orang 70 kg maka jumlah proteinnya adalah 10 kg. Sebagian besar

protein berada di otot. Metabolisme protein menentukan kesimbangan nitrogen. Keseimbangan

nitrogen dinyatakan sebagai banyaknya nitrogen yang masuk dan yang keluar. Kebutuhan

protein ditentukan dari keseimbangan nitrogen. Masa hidup protein sangat singkat yaitu 2-8

hari. Didalam tubuh protein dipecah menjadi asam amino tetapi dalam waktu bersamaan

protein baru juga diresintesis untuk mengganti yang lama. Proses ini disebut Turn Over.

Proteolisis adalah penguraian protein menjadi asam amino.

B. Metabolisme Protein

Transaminasi dan Deaminasi

Selama degradasi protein, nitrogen amino terakumulasi dan tidak dapat digunakan untuk

produksi energi oksidatif. Gugus amino yang tidak dapat digunakan lagi untuk biosintesis

digabungkan dengan urea dan diekskresi. Reaksi transfer gugus-NH2 yang penting adalah

transaminase dan deaminasi.

R CH COOH

asamNH2

basa

R CH COO-

NH3

asam -amino ion switter pH : 7,4

(Amfoter)

BIOKIMIA 37

Transaminasi

Proses transaminase dikatalis oleh enzim transaminase yang terlibat dalam katabolitik dan

anabolitik asam amino. Proses kombinasi deaminasi dan aminasi sebagai berikut:

Asam amino 1 + α keto glutarat asam amino 2 + L-glutamat

Contoh reaksi transaminase yang penting:

L-aspartat + α keto glutarat oksaloasetat + L glutamate

L-alanin + α keto glutarat piruvat + L glutamate

L-leusin + α keto glutarat α ketoisokaproat + L glutamate

L-tirosin + α keto glutarat p hidroksifenilpiruvat + L glutamate

N

OHO

P

O

OHO

OH

pyridoxal phosphate

NH2

OHN

HO

PO

OH

OH

OH

pyridoxamine phosphate

Gambar 27. Proses transaminase

BIOKIMIA 38

Enzim transaminase mempunyai dua subunit dengan kofaktor piridoksal phospat (PLP). PLP

diikat oleh enzim melalui interaksi nonkovalen dan ikatan basa Schiff pada residu lysin disisi

aktifnya.

Deaminasi

Deaminasi adalah reaksi pelepasan asam amino sebagai ammonia. Deaminasi hidrolitik adalah

pelepasan NH3 dari gugus amida. Contohnya pada reaksi glutaminase. Deaminasi eliminasi

adalah proses eliminasi gugus NH3. Sedangkan deaminasi oksidatif adalah gugus amino

dioksidasi menjadi gugus imino oleh NAD+ atau NADP+, kemudian gugus imino dilepaskan

dengan hidrolisis. Contohnya pada reaksi glutamate dehydrogenase.

Degradasi Asam Amino

Asam amino walaupun berfungsi utama sebagai unit pembangun bagi biosintesisis protein,

asam amino dapat mengalami degradasi oksidatif dalam keadaan 3 metabolik, yaitu:

Selama siklus normal protein, jika sam amino dibebaskan tidak diperlukan untuk sintesis

protein tubuh yang baru.

Asam amino tidak dapat disimpan, jika yang masuk dari diet makanan jumlahnya melebihi

kebutuhan untuk untuk sintesis protein maka kelebihannya di degradasi.

Selama puasa atau penderita DM, jika karbohidrat tiak tersedia atau tidak dapat

dimanfaatkan maka asam amino dari protein didegradasi untuk menghasilkan glukosa yang

akan masuk ke siklus TCA.

Diagram Katabolisme Asam Amino pada Mamalia

Degradasi asam amino di hati melepaskan ammonia (NH3) baik langsung maupun tidak

langsung. Ammonia adalah basa kuat, racun bagi sel. Pada konsentrasi tinggi dapat merusak

saraf sel. Karenanya NH3 harus segera di sekresi. Berdasarkan bentuk eksresi ammonia, hewan

dibedakan menjadi:

1. Ammonotelik : ammonia disekresi secara langsung

2. Ureotelik : ammonia dieksresi dalam bentuk urea

3. Uricotelik : ammonia disekresi dalam bentuk asam urat

BIOKIMIA 39

NH3

ammonia

NH2

O

H2N

urea

NH

ONH

NH

O

HN

O

uric acid

Gambar 28. Struktur ammonia, urea dan asam urat

Siklus Glukosa Alanin

Gambar 29. Siklus Glukosa-Alanin

Alanin mentransport asam amino ke hati dalam bentuk non toksik melalui jalur

siklus glukosa-alanin

Glutamate diubah menjadi glutamin untuk ditransport ke hati

Atau glutamate mentransfer gugus α-aminonya ke piruvat hasil glikolisis otot

Alanine yang terbentuk di bawa ke hati melalui darah

GlukosaPiruvat

Alanin

Alanin

piruvatGlukosa

Blood glucose Blood alanin

muscle protein

asam amino

NH4+

glutamat

alpha-ketoglutarat

glikolisis

glukoneogenesis

glutamat

alpha-ketoglutarat

BIOKIMIA 40

Di hati, gugus amino dari alanine di transfer ke- α -ketoglutarat membentuk

piruvat dan asam glutamate kembali.

Katabolisme Kerangka Karbon

Kerangka karbon dari 20 jenis asam amino hanya menghasilkan 7 hasil degradasi yang

berbeda, yang semuanya dapat masuk ke dalam siklus kreb untuk dioksidasi sempurna

menghasilkan CO2 dan H2O, yaitu sectyl Co-A, Acetoacetyl Co-A, pyruvate, oxaloacetate,

fumarat, succinyl Co-A, dan α-ketoglutarat. Ringkasan katabolisme asam amino sebagai

berikut:

leusin

lysin

phenilalanin

triptopan

tirosin

aacetoacetyl Co-A

acetyl Co-A

isoleusin

leusin

triptopan

citrate

isositrat

alpha-ketoglutarat

succinyl Co-AS

succinat

fumarat

malat

oxaloasetat

CITRIC ACID CYCLE

glutamat

arginin

histisin

prolin

glutamin

isoleusin

methionin

threonin

valin

phenilalanintirosin

piruvat

sistein

glysin

serintriptopan

alanin asparagina

aspartat

Gambar 30. Rangkuman katabolisme kerangka karbon

BIOKIMIA 41

BIOSINTESIS ASAM AMINO

Semua kerangka karbon asam amino diturunkan dari kerangka intermediet yang berasal

dari tiga sumber yaitu: glikolisis, TCA dan jalur pentose phospat.

BIOSINTESIS PROTEIN

Ada 5 tahap sintesis protein yaitu: 1) aktivasi asam amino, 2) inisiasi rantai polipeptida, 3)

pemanjangan, 4) terminasi, dan 5) pelipatan dan pengolahan.

Tahap 1: Aktivasi asam amino

Terjadi di dalam sitosol, bukan pada ribosom

Masing-masing dari 10 asam amino ini diikat secara kovalen dengan suatu RNA,

dengan memanfaatkan energi ATP

Dikatalis oleh enzim pengaktif dengan Mg2+ sebagai kofaktor

Masing-masing spesifik bagi satu asam amino dan bagi t-RNA nya

Tahap 2: Inisiasi Rantai Polipeptida

RNA pembawa sandi bagi polipeptida yang akan diikat oleh

Sub unit ribosom yang berukuran lebih kecil, diikuti oleh inisiasi asam amino yang

diikat oleh t-RNA nya membentuk suatu kompleks inisiasi t-RNA

Asam amino penginisiasi berpasangan dengan triplet nukleotida spesifik/ kodon m-

RNA yang menyandi permulaan rantai polipeptida

Proses diatas memerlukan GTP

Dilangsungkan oleh tiga faktor inisiasi (proses sitosol)

Tahap 3: Pemanjangan

Asam amino diangkut menuju ribosom dan diletakan ke tempatnya secara benar oleh

t-RNA masing-masing yang berapasangan dengan kodonnya pada molekul RNA

pembawa pesan

Pemanjangan digiatkan oleh protein sitosol

Energi untuk mengikat setiap aminoasil t-RNA yang datang dan untuk pergerakan

ribosom disepanjang m RNA satu kodon hidrolisis dua molekul GTP

Tahap 4: Terminasi dan Pembebasan

Penyempurnaan rantai polipeptida, yang dicirikan oleh suatu kodon terminasi m-RNA

Diikuti oleh pembebasannya dari ribosom, yang dilangsungkan oleh faktor pembebas

Tahap 5: Pelipatan dan Pengolahan

Untuk memperoleh bentuk aktifnya secara biologis polipeptida baru mengalami

pelipatan menjadi konformasi 3D yang benar

Sebelum atau setelah pelipatan, polipeptida baru dapat mengalami pengolahan oleh

kerja enzimatik untuk melepaskan asam amino penginisiasi, mengikat gugus phospat,

metil, karboksil dan gugus lainnya.

BIOKIMIA 42

GLUKOSA

GLUKOSA-6-PHOSPAT

3-PHOSPOGLISERAT

PIRUVAT

CITRAT

RIBOSE-6-PHOSPAT

SERIN

GLYSIN SISTEINA

ALANIN

VALIN

LEUSIN

ISOLEUSIN

ERITROS6-PHOSPAT

TRIPTOPAN

PHENILALANIN

TYROSIN

OXALOACETATALPHA-KETOGLUTARAT

GLUTAMAT

GLUTAMIN

PROLIN

ARGININ

ASPARAGIN

METHIONIN

TYROSIN

LYSIN

4-step

HYSTIDINE

PHOSPOENOL PIRUVAT

Gambar 31. Kerangka intermediet glikolisis, TCA dan jalur pentose phospat.

BIOKIMIA 43

BAB V

LIPID

A. Lipid

Lipid merupakan ester dari asam karboksilat rantai panjang dengan alkohol (gliserol).

Dilihat dari susunan asam lemaknya, lipid diklasifikasikan menjadi dua yaitu lipid sederhana

dan lipid campuran. Lipid sederhana tersusun dari asam lemak sejenis sedangkan lipid

campuran tersusun dari asam lemak yang tidak sejenis.

Gambar 32. Struktur Lipid Sederhana dari Asam Stearat

B. Metabolisme Lipid

Trigliserida adalah senyawa lipid utama yang terkandung dalam bahan makanan dan

sebagai energi yang penting, khusunya bagi hewan. Sebagian besar triasilgliserol disimpan

dalam sel-sel jaringan adipose. Triasilgliserol secara konstans didegradasi dan diresintesis.

Pemrosesan dan distribusi lipid dijelaskan dalam 8 tahap yaitu:

1. Triasilgliserl yang berasal dari diet makanan tidak larut dalam air. Untuk mengangkutnya

menuju usu halus dan agar dapat diakses oleh enzim yang dapat larut di air seperti lipase,

triasilgliserol tersebut disolvasi oleh garam empedu seprti kholast dan glikolat membentuk

misel.

2. Di usus halus enzim pancreas lipase mendegradasikan triasilgliserol menjadi asam lemak

dan gliserol. Asam lemak dan gliserol diabsorbsi ke dalam mukosa usus.

3. Di dalam mukosa usus asam lemak dan gliserol diresintesis kembali menjadi triasilgliserol.

4. Triasilgliserol tersebut kemudian digabungkan dengan kolesterol dari diet makanan dan

protein khusus membentuk agregat yang disebut kilomikron.

5. Kilomikron bergerak melalui system limpa dan aliran darah ke jaringan-jaringan.

OH2C H

HC

OH2C

H

H

HO C C17H35

O

HO C C17H35

O

HO C C17H35

O

H2C

HC

H2C

O C C17H35

O

O C C17H35

O

O C C17H35

O

Gliserol + Asam stearat Tristearin

BIOKIMIA 44

6. Triasilgliserol diputus pada dinding pembuluh darah oleh lipoprotein lipase menjadi asam

lemak dan gliserol.

7. Komponen ini kemudian diangkut menuju sel-sel target.

8. Di dalam sel otot asam lemak dioksidasi untuk energi dan di dalam sel adipose asam lemak

diesterifikasi untuk disimpan sebagai triasilgliserol.

Selama olahraga otot membutuhkan dengan cepat sejumlah energi simpanan. Asam lemak

yang disimpan dalam asiposit dapat dilepaskan dan ditransport ke sel otot oleh serum albumin

untuk didegradasi menghasilkan energi. Ada 3 sumber asam lemak untuk metabolisme energi

pada hewan, yaitu: 1) suplai triasilgliserol dari makanan, 2) sintesis triasilgliserol dalam hati

jika sumber energi internal melimpah, 3) simpanan triasilgliserol dalam adiposite.

Gambar 33. Pemrosesan dan distribusi lipid pada vertebrata

BIOKIMIA 45

Metabolisme Lipid Pada Jaringan Adiposa

Untuk proses lipogenesis (sintesis lipid) pada jaringan adipose, triasil gliserol disuplai

dari hati ke hati dan usus dalam bentuk lipoprotein, VLDL, dan kilomikron. Asam lemak dari

lipoprotein dilepaskan oleh lipoprotein lipase yang berlokasi pada permukaan sel-sel

endothelial pembuluh kapiler darah. Asam lemak kemudian diubah menjadi triasilgliserol.

Proses liposis (degradasi lipid) pada jaringan adiosa dikatalisis oleh hormone sensitif lipase

yang dikontrol oleh hormone, dengan mobilisasi sebagai berikut:

1. Jika glukosa dalam darah rendah akan memicu pelepasan epinefrin atau glukagon. Kedua

hormone menginggalkan aliran darah dan mengikat molekul reseptor yang ditemui di

dalam membrane adiposit atau sel lemak.

2. Hal ini menyebabkan adenilat siklase melalui protein G mengubah ATP menjadi Camp.

3. CAMP kemudian mengaktifkan protein kinase. Protein kinase aktif mengaktifkan

triasilgliserol lipase melalui posporilase.

4. Protein kinase aktif juga mengkatalisis posporilasi molekul perilipin pada permukaan

butiran lemak (lipid droplet) sehingga triasilgliserol lipase dapat mengakses permukaan

butiran lemak.

5. Selanjutnya triasilgliserol diuraikan menjadi asam lemak bebas dan gliserol oleh

triasilgliserol lipase

6. Molekul asam lemak yang dihasilkan dilepaskan dari adiposity dan diikat oleh protein

serum albumin dalam darah untuk diangkut melalui pembuluh darah menuju myocyte

(sel otot) jika dibutuhkan. Jumlah asam lemak yang dilepaskan oleh jaringan adipose ini

tergantung pada aktivitas triasilgliserol lipase. Hanya asam lemak rantai pendek yang

dapat larut dalam air, sedangkan asam lemak rantai panjang tidak. Oleh karena itu untuk

pengangkutan asam lemak rantai panjang diikatkan pada serum albumin.

7. Asam lemak tersebut dilepaskan dari albumin dan masuk ke sel otot mellaui transport

khusus.

8. Di sel otot asam lemak mengalami β-oksidasi yang menghasilkan CO2 dan energi ATP.

DEGRADASI ASAM LEMAK DI HATI

Jaringan menangkap asam lemak dari aliran darah untuk dibangun kembali menjadi

lipid atau untuk memperoleh energi dari oksidasinya. Metabolisme asam lemak intensif

khususnya di dalam sel hati (hepatocyte).

BIOKIMIA 46

Proses terpenting dari degradasi asam lemak adalah β-oksidasi yang terjadi di dalam

mitokondria. Asam lemak dalam sitoplasama diaktifkan dengan mengikatkannya pada

coenzyme A, kemudian dengan sistem transport karnitin masuk ke mitokondria untuk

didegradasi menjadi acetyl Co-A melalui β-oksidasi. Residu acetyl Co-A dapat dioksidasi

lanjut menjadi CO2 melalui siklus Krebs atau TCA dan rantai respirasi dengan menghasilkan

ATP. Jika produksi acetyl Co-A melebihi kebutuhan energi sel hepatocyte akan diubah menjadi

keton body untuk mensuplai energi pada jaringan lain. Hal ini terjadi jika suplai asam lemak

dalam plasama darah tinggi, missal dalam kondisi kelaparan atau diabetes mellitus.

Biosintesis lipid dalam hati

Biosintesis asam lemak dalam hati terjadi di sitoplasma, khususnya di hati, jaringan

adipose, ginjal, paru-paru dan kelenjar mamae. Pensuplai karbon yang paling penting adalah

glukosa. Akan tetapi prekusor acetyl Co-A yang lain seperti asam amino ketogenik dapat

digunakan. Mula-mula asetyl Co-A dikarboksilasi menjadi malonyl Co-A, kemudian

dipolimerisasi menjadi asam lemak. Asam lemak selanjutnya diaktivasi dan disintesis menjadi

lipid (triasilgliserol) dengan gliserol 3-pospat. Untuk mensuplai jaringan lain, lipid tersebut

dipak kedalam kompleks lipoprotein (VLDL) oleh hepatocyte dan dilepaskan ke dalam darah.

Katabolisme Asam Lemak

Degradasi Asam Lemak : β-oksidasi

Degradasi asam lemak terjadi di mitokondria dalam beberapa tahap:

Tahap 1. Aktivasi asam lemak di sitoplasma. Asam lemak difosforilasi dengan menggunakan

satu molekul ATP dan diaktifkan dengan asetil Co-A menghasilkan asam lemak Co-A,

AMP, dan piropospat inorganic.

BIOKIMIA 47

Gambar 34. Aktivasi Asam Lemak

Tahap 2. Pengangkutan asam lemak Co-A dari sitoplasma ke mitokondria dengan

bantuan molekul pembawa carnitine, yang terdapat dalam membrane mitokondria.

Gambar 35. Masuknya asam lemak ke mitokondria melalui transport acyl-carnitine

BIOKIMIA 48

Tahap 3. Reaksi β-oksidasi berlangsung dalam 4 tahap yaitu: 1) dehidrogenasi I, 2) hidratasi,

3) dehidrogenasi II, dan 4) tiolasi (tahap pemotongan) (gambar 7).

Gambar 36. Tahapan Reaksi β -Oksidasi

Proses degradasi asam lemak selanjutnya adalah pengulangan mekanisme β -oksidasi secara

berurutan sampai panjang rantai asam lemak tersebut habis dipecah menjadi molekul acetyl-

CoA. Dengan demikian satu molekul asam miristat (C14) menghasilkan 7 molekul acetyl Co-

A (C2) dengan melalui 6 siklus β-oksidasi.

1. Dehidrogenasi I, yaitu dehidrogenasi asam lemak Co-A yang

sudah berada dalam mitokondria oleh enzim acyl Co-A

dehydrogenase, menghasilkan senyawa enoyl Co-A. Pada

reaksi ini, FAD (Flavim adein dinukleotida) yang bertindak

sebagai koenzim direduksi menjadi FADH2. Dengan

mekanisme posporilasi bersifat oksidati melalui rantai

pernafasan, suat molekul FADH2 dapat mengahsilkan 2

molekul ATP.

2. Hidratasi, yaitu ikatan rangkap pada enoyl-Co-A dihidratasi

menjadi 3-hidroxylacyl-Co-A oleh enzim enoyl-Co-A

hydratase.

3. Dehidrogenasi II, yaitu dehidrogenasi 3-hidroxyacyl-CoA oleh

enzim β -hydroxyacyl-CoA dehydrogenase dengan NAD+

sebagai koenzimnya menjadi β-ketoacyl-CoA. NADH yang

terbentuk dari NAD+ dapat dioksidasi kembali melalui

mekanisme posporilasi oksidatif yang dirangkaiakan dengan

rantai pernafasan menghasilkan 3 molekul ATP.

4. Thiolasi, yaitu pemecahan molekul dengan enzim β-ketoacyl-

Co-A thiolase. Pada reaksi ini satu molekul ketoacyl-CoA

menghasilkan satu molekul asetyl-Co-A dan sisa rantai lemak

dalam bentuk Co-A nya, yang mempunyai rantai dua atom

karbon lebih pendek dari semula.

BIOKIMIA 49

Gambar 37. Siklus β oksidasi C-14

β oksidasi Asam Lemak atom C ganjil

Pada asam lemak dengan jumlah atom C

ganjil, setelah pengambilan acetyl Co-A

(2C) maka sisanya adalah residu propionil

Co-A (3C). propionil Co-A ini masuk ke

siklus Krebs lewat succinyl Co-A. Dalam

hal ini propionil Co-A dikarboksilasi

menjadi D-metylmalonyl-Co-A,

kemudian diubah menjadi succinyl Co-A

melalui intermediet L-methylmalonyl-

Co-A. Jumlah energi yang dihasilkan

dalam 1 siklus Krebs jika masuk lewat

succinyl Co-A hanya sebesar 6 ATP.

Karena masuk siklus Krebs lewat

succinyl Co-A maka degradasi asam

lemak dengan atom C ganjil lebih cepat

dibandingkan dengan degradasi asam

lemak C genap. Hal ini penting untuk

memberikan konsumsi pada orang yang

membutuhkan energi cepat missal orang

Eskimo. Bagi penderita anemia perniosa

C14 asam lemak menghasilkan 7 acetyl Co-A dan

6 siklus β oksidasi.

Tiap satu siklus β oksidasi dihasilkan energi

sebesar:

1 FADH2 = 2 ATP

1 NADH = 3 ATP

Dan 1 acetyl Co-A yang akan masuk ke siklus

TCA menghasilkan = 12 ATP

Jadi jumlah ATP yang dihasilkan satu siklus β

oksidasi = 17 ATP

BIOKIMIA 50

sebagai akibat kekurangan vitamin B, kerja enzim methylmalonyl-CoA mtase terganggu,

sehingga L-methylmalonil CoA tidak bisa diubah menjadi succinyl Co-A. dalam urin penderita

ini ditemukan L-methylamlonyl Co-A maupun propionyl Co-A dalam jumlah besar.

ANABOLISME LIPID

Hati adalah tempat penting untuk pembentukan asam lemak, lemak, keton bodi, dan

kolesterol. Meskipun jaringan adipose juga mensintesis lemak, tetapi fungsi utamanya adalah

menyimpan lipid. Metabolisme lipid di dalam hati berkaitan erat dengan karbohidrat dan asam

amino. Dalam keadaan absorpsi, hati mengubah glukosa mejadi asam lemak melalui asetyl Co-

A. Hati dapat juga mendapatkan kembali asam lemak dari suplai lipid dengan kilomikron dari

usus. Asam lemak dari kedua sumber tersebut kemudian dikonversi menjadi lemak netral dan

fosfolipid.

BIOSINTESIS KETON BODIES

Tujuan pembentukan keton bodies adalah: 1) untuk mengalihkan sebagian acetyl Co-A

yang terbentuk dari asam lemak di dalam hati dari oksidasi menjadi CO2 dan H2O (salah satu

cara distribusi bahan bakar ke bagian lain dalam tubuh). Dalam keadaan paska absorpsi,

khususnya selama puasa atau kondisi lapar, atau menderita diabetes mellitus (DM) ada

pergeseran dalam metabolisme lipid. Pada penderita DM jaringan tidak dapat memanfaatkan

glukosa dari darah, akibatnya hati lebih banyak menguraikan asam lemak yang diperolehnya

dari jaringan adiposa sebagai bahan bakar.

Acetyl Co-A hasil degradasi asam lemak jika konsentrasinya dalam mitokondria hati

tinggi, maka dua molekul asetyl Co-A akan berkondensasi membentuk acetoacetyl- Co-A,

penambahan satu gugus acetyl selanjutnya menghasilkan 3-hydroxy-β-methylglutyryl-Co-

A(HMG-CoA), dan pelesapasan satu acetyl Co-A dan acetoacetate disebut keton bodies.

Senyawa acetoacetate dapat direduksi menjadi 3-hydroxybutirat atau diurai menjadi aceton.

Keton bodies selanjutnya dilepaskan hati ke darah. Dalam kondisi lapar, keton bodies dalam

darah naik. Acetoacetate dan 3-hydroxybutirate bersama asam lemak digunakan sebagai

sumber energi untuk hati, otot skeletal, ginjal dan otak. Sedangkan aceton yang tidak

diperlukan dikeluarakan melalui paru-paru. Jika produksi keton bodi melebihi penggunaannya

di luar sel hati, maka keton bodies ini akan terakumulasi dalam plasama darah (ketonemia),

dan diekskresikan bersama urin (ketonuria). Karena keton bodies adalah asam kuat moderat

dengan pKa sekitar 4, maka dapat menurunkan pH plasam darah (ketoacidosis).

BIOKIMIA 51

Gambar 38. Reaksi-reaksi pembentukan keton bodies. Reaksi 1: pembentukan

acetoacetyl-Co-A. Reaksi 2: pembentukan HMG-CoA. Reaksi 3: Pembentukan

acetoacetate. Reaksi 4. Pengubahan acetoacetate menjadi aceton dan β-hydroxybutirat.

BIOSINTESIS ASAM LEMAK

Biosisntesis asam lemak sangat penting, khususnya dalam jaringan hewan, karena

mempunyai kemampuan terbatas untuk menyimpan energi dalam bentuk karbohidrat. Proses

ini dikatalisis oleh asam lemak synthase, suatu multienzim yang berlokasi di sitoplasma.

Biosintesis Asam Lemak Jenuh

Biosintesis asam lemka jenuh dimulai dari acetyl-CoA menjadi starter. Acetyl Co-A ini

dapat berasal dari β-oksidasi asam lemak maupun dari pyruvate hasil glikolisis atau degradasi

BIOKIMIA 52

asam amino melalui reaksi pyruvate dehydrogenase. Acetyl Co-A tersebut kemudian

ditransport dari mitokondria ke sitoplasama melalui system citrate shuttle untuk disintesis

menjadi asam lemak. Reduktan NADPH + H+disuplai dari jalur hexose monophosphate.

Asam lemak synthase disusun oleh dua rantai peptide yang identic yang disebut

homodimer yang dapat dilihat pada gambar 11. Masing-masing dari 2 rantai peptide yang

digambarkan sebagai hemispheres tersebut, mengkatalis 7 bagian reaksi yang berbeda yang

dibutuhkan dalam sintesis asam palmitat. Katalisis reaksi multi urutan dengan satu protein

mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan beberapa enzim yang terpisah.

Keuntungan tersebut antara lain: 1) reaksi-rekasi kompetitif dapat dicegah, 2) reaksi terjadi

dalam satu garis koordinasi, dan 3) lebih efisien karena konsentrasi substrat local yang tinggi,

kehilangan karena difusi rendah.

Enzim kompleks asam lemak synthase bekerja dalam bentuk dimer. Tiap monomernya

secara kovalen dapat mengikat substrat sebagai tioester pada bagian gugus-SH. Ada dua gugus

SH yang masing-masing terikat residu Cysteine (Cys-SH) pada β-ketoacyl-ACP-Synthase dan

4-phospopantethine (Pan-SH). Pan-SH, yang mirip dengan koenzim A (CoA-SH), diikat dalam

suatu domain enzim yang disebut acyl-carrierprotein (ACP).

Aktivitas yang terlibat dalam system enzim kompleks asam lemak synthase dilokasikan

dalam 3 domain protein yang berbeda. Domain 1 bertanggungjawab pada katalisis reaksi 2a,

2b, dan 3 yaitu masuknya sustrat asetyl-Co-A atau acyl-CoA dalam malonyl-CoA yang diikuti

dengan kondensasi kedua substrat tersebut. Domain 2 mengkatalisis reaksi 4,5, dna 6 yaitu

reaksi reduksi pertama rantai perpanjangan asam lemak, dehydratase dan reduksi kedua.

Sedangkan domain 3 atau domain tiolase mengkatalisis pelepasan produk akhir asam lemak

setelah 7 tahap perpanjangan (reaksi 7).

Reaksi Biosintesis asam lemak Jenuh (Asam Palmitat)

Biosintesis asam lemak jenuh, dalam hal ini sebagai pokok bahasan adalah biosintesis asam

plamitat, karena proses metabolisme sudah banyak diketahui. Reaksi ini dibagai dalam tiga

tahap, yaitu tahap aktivasi, tahap elongasi, tahap tiolasi atau pelepasan produk akhir.

Tahap aktivasi

Reaksi 1. Acetyl Co-A + Oksaloacetat sitrat + KOA-SH.

Reaksi 2. Sitrat + ATP+ KoASH Asetyl-KoA + Oksaloasetat + ADP+Pi

BIOKIMIA 53

Reaksi 3. Acetyl-CoA + CO2+ ATP malonyl Co-A + ADP+ Pi

Tahap elongasi

Reaksi 1: Pembentukan acetyl-ACP sebagai starter atau molekul pemula

Transfer residu acetyl dari acetyl Co-A ke gugus SH dari molekul ACP pada enzim kompleks

asam lemak synthase merupakan reaksi pemula dalam mekanisme biosintesis lemak. Kedua

atom karbon ini akan menjadi atom karbon ujung (atom karbon nomor 15 dan 16) dari asam

palmitat yang terbentuk. Reaksi ini dikatalis oleh salah satu dari enam enzim kompleks asam

lemak synthase, acetyl-CoA-ACP transacylase.

Reaksi 2: transfer residu acetyl ke Cys-SH dari enzim dan residu malonyl ke Pan-SH dari ACP

Residu acetyl dari molekul ACP kemudian ditransfer (translokasi) ke gugus-SH dari residu

cysteine pada β-ketoacyl-ACP-Synthase. Secara bersamaan gugus malonyl dari malonyl- CoA

dipindah ke Pan-SH dari ACP membentuk malonyl-ACP oleh enzim malonyl-CoA-ACP-

transferase.

Reaksi 3: Reaksi kondensasi pembentukan acetoacetyl-S-ACP

Gugus acetyl yang diesterkan pada enzim β-ketoacyl-ACP-Synthase ditransfer ke atom C

nomer 2 pada malonyl ACP dengan pelepasan CO2 yang berasal dari HCO3- oleh enzim β-

ketoacyl-ACP-Synthase membentuk acetoacetyl-S-ACP. Dengan demikian dalam reaksi

karboksilasi acetyl-Co-A, CO2, dari HCO3- tersebut memegang peran katalitik karena

dilepaskan kembali sebagai CO2.

Reaksi 4: Reaksi residu pertama

Acetoacetyl-S-ACP direduksi oleh NADPH membentuk D-β-hydroxybutyryl-ACP, yang

dikatalis oleh β-ketoacyl-ACP redukatse. Struktur intermediet yang dihasilkan oleh D bukan

L.

Reaksi 5: Reaksi dehidratasi

D-β-hydroxybutyryl-ACP selanjutnya didehidratasi oleh enoyl-ACP hydratase menjadi α,β-

transbutenoyl-ACP.

Reaksi 6:

α,β-transbutenoyl-ACP direduksi oleh enoyl ACP reductase menghasilkan butyryl-ACP.

NADPH digunakan sebagai reduktor pada E coli dan jaringan hewan.

Pembentukan butyryl-ACP berarti menyempurnakan satu siklus dari 7 siklus dalam

pembentukan palmitoyl-ACP. Untuk memulai siklus berikutnya, dilakukan proses translokasi,

yaitu gugus butyryl dari butyril-ACP- ditransfer ke gugus SH dari enzim β-ketoacyl-ACP

synthase. ACP kemudian diesterkan dengan gugus malonyl dari molekul-molekul malonyl-

Malonyl Co-A

BIOKIMIA 54

CoA lain oleh malonyl-CoA-ACP transferase. Kemudian siklus diulang, yang mana pada tahap

berikutnya kondensasi malonyl-ACP dengan butyryl-β-ketoacyl-ACP synthase menghasilkan

β-ketohexanoyl-ACP dan CO2. Setelah 7 siklus dihasilkan palmitoyl-ACP sebagai produk

akhir dari system enzim kompleks asam lemak synthase.

Tahap Tiolasi

Reaksi 7: Pelepasan asam palmitat

Palmitoyl-ACP dapat dilepaskan menjadi asam palmitat bebas oleh kerja enzim palmitoyl

thioesterase atau ditransfer dari ACP ke CoA atau digabungkan secara langsung ke asam

fosfatidat dalam jalur yang menuju fospolipid dan triasilgliserol.

Pada kebanyakan organisme, system enzim kompleks asam lemak synthase berhenti pada

produk asam palmitat dan tidak menghasilkan asam stearate. Hal ini karena: (1) spesifitas

panjang rantai maksimum yang dapat diakomodasi oleh enzim kompleks asam lemak synthase

adalah gugus tetradecanoyl, gugus hexadecanoyl tidak diterima oleh system ini, palmitoyl-CoA

merupakan penghambat feedback system enzim kompleks asam lemak synthase.

Reaksi keseluruhan dari reaksi biosintesa asam palmitat yang dimulai dari asetil-CoA adalah:

8 asetyl CoA asam palmitat

Bandingkan dengan reaksi β-oksidasi asam palmitat adalah:

asam palmitat 8 asetyl CoA

14 Molekul NADPH+ + 14 H+ diperlukan pada biosintesis asam palmitat bersumber dari:

a. System malat yang ditemukan di hati dan jaringan hewan lainnya

14 NADPH

14 H+

7 ATP

H2O

8CoA

14NADP+

7ADP

7Pi

8CoA

14NAD+

7 FAD

7H2O

7 NADPH

7H+

7 FADH2

BIOKIMIA 55

C

CH

HO CH2

C

O-O

O O-

C

C

OH3C

O O-

CO2

NADP+H+NADPH

malatepiruvat

malic enzim

b. Jalur pentose phosphate

glucose 6-phospate ribulose 5-phospate

pentose phospate pathway

NADP+ NADPH NADP+ NADPH

c. Fotosintesis

H2O + NADP+ ½ O2+ NADPH + H+

Biosintesis Asam Lemak Jenuh dengan jumlah atom C ganjil

Asam lemak dengan jumlah atom C ganjil banyak terdapat pada organisme laut. Asam

lemak ini juga disintesis oleh system enzim kompleks asam lemak synthase. Sintesisnya

dimulai dari molekul propionyl-ACP bukan acetyl-ACP. Penambahan 2 atom C

dilakukan melalui kondensasi dengan malonyl-ACP melalui kondensasi dengan

malonyl-ACP, sama pada biosintesis asam lemak jenuh beratom C genap.

Dari uraian tentang jalur β-oksidasi asam lemak (katabolisme) dan biosintesis asam

lemak (anabolisme) terdapat lima perbedaan yang dapat diamati yaitu:

1. Lokasi intraseluler: β-oksidasi terjadi di mitokondria, biosintsis di sitoplasma

2. Tipe pembawa gugus acyl: dalam β-oksidasi adalah Co-A, dalam biosintesis adalah

ACP.

3. Dalam β-oksidasi asam lemak sebaga akseptor electron (oksidator) adalah FAD,

sedangkan dalam biosintesis asam lemak NADPH sebagaai donor electron

(Reduktor)

4. Senyawa intermediet yang terbentuk pada reaksi hidratasi mempunyai konfigurasi

L, pada reaksi hidratasi dalam biosintesis asam lemak senyawa intermedietnya

mempunyai konfigurasi D

light

BIOKIMIA 56

5. Malonyl Co-A berperan sebagai prekusor penambahan unit C2 dalam biosintesis

asam lemak, sedangkan dalam β-oksidasi pengurangan unit C2 dalam bentuk acetyl

Co-A.

Selain kelima perbedaan di atas, pada β-oksidasi dihasilkan energi sedangkan pada

biosintesis asam lemak diperlukan energi.

BIOKIMIA 57

BAB VI

ASAM NUKLEAT

A. Asam Nukleat

Terdapat dua jenis asam nukleat, yaitu : Ribonucleic Acid (RNA) atau Asam

Ribonukleat dan Deoxyribonecleic Acid (DNA) atau Asam Dioksiribonukleat.

DNA pertama kali ditemukan oleh seorang dokter muda bernama Friedrich Miescher

pada tahun 1869. Ia meneliti sel pada nanah yang ia peroleh dari pembalut luka di ruang bedah.

Sel-sel tersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperolehnya inti sel yang

masih terikat pada sejumlah protein. Kemudian dengan menambahkan enzim pemecah protein

ia dapat memperoleh inti sel saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel ini ia memperoleh

satu zat yang larut dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. Pada waktu itu ia belum dapat

menentukan rumus kimia zat tersebut, sehingga ia menamakannya nuclein. Sebenarnya apa

yang ia peroleh dari ekstrak inti sel tersebut adalah campuran senyawa-senyawa yang

mengandung 30% DNA.

Sejak tahun 1940 studi tentang genetika telah berkembang pesat dan orang telah

mengetahui bahwa kromosom dalam sel adalah pembawa sifat-sifat keturunan pada seseorang.

Pada tahun 1951 seorang ahli genetika Amerika, James Watson, bekerja sama dengan dua

orang sarjana fisika dari Inggris Francis Crick dan Maurice Wilkins yang telah melakukan

penelitian terhadap kromosom ini. Atas ketekunan mereka, telah dapat dijelaskan bentuk model

DNA dengan sebuah model, dan untuk itu pada tahun 1962 mereka memperoleh hadiah Nobel.

Asam nukleat terdapat dalam semua sel dan mempunyai peranan yang sangat penting dalam

biosintesis protein (Poedjiadi dan Supriyanti, 2009).

Basa Nitrogen

Basa nitrogen pada asam nukleat merupakan turunan dari pirimidin dan purin. Basa-

basa yang merupakan turunan pirimidin adalah: Cytosine (C), Uracil (U), and Thymine (T).

Cytosine dan Thymine terdapat pada DNA, sedangkan Cytosine dan Uracil terdapat pada RNA.

Basa dengan cincin purin adalah Guanine (G) dan Adenine (A). Keduanya digunakan pada

DNA dan RNA.

BIOKIMIA 58

Gambar 39. Struktur Pirimidin dan Purin

Gambar 40. Struktur Uracil, Cytosine dan Thymine

Gambar 41. Struktur Adenine dan Guanine

Sifat-sifat purine and pyrimidine :

Cincin pyrimidine berbentuk planar, sedangkan cincin purine sedikit membengkok.

Molekul purine and pyrimidine memiliki kelarutan yang rendah, tetapi basa G, A, T, C

and U kelarutannya lebih tinggi karena adanya gugus polar

Purine dan pyrimidine dapat mengalami tautomerisasi keto-enol. Tautomer Keto

disebut laktam, sedangkan tautomer enol disebut laktim. Tautomer laktam (keto)

merupakan bentuk yang dominan pada pH netral.

Dalam bentuk laktam, atom nitrogen berperan sebagai donor ikatan-H, dan oksigen keto

berperan sebagai akseptor ikatan-H, ketika berinteraksi dengan molekul lain.

N

N

N

NNH

N

Pirimidin Purin

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

67

8

9

HN

NH

N

NH

HN

NH

O

O O

NH2 O

O

CH3

Uracil Cytosine Thymine

RNA

DNA

BIOKIMIA 59

Semua basa pirimidin dan purin menyerap sinar U.V. (akibat dari cincin aromatik).

Sehingga, konsentrasi DNA atau RNA dalam sample dapat ditentukan dengan

mengukur absorbansi UV-nya.

Gambar 42. Cincin Lactam dan Lactim

Nukleosida dan Nukleotida

Selain basa purin dan pirimidin, RNA dan DNA mempunyai gugus ribosa yaitu gula

dengan 5 atom karbon. RNA mengandung molekul ribosa sedangkan DNA mengandung

molekul deoksi-ribosa (2'-deoksi-ribosa).

Gambar 43. Struktur Gula Ribosa dan Deoksiribosa

Molekul ribosa berikatan secara kovalen dengan basa nitrogen melalui ikatan glikosida

membentuk molekul nukleosida.

Gambar 44. Struktur Nukleosida

H

OH

H

CH2OH

OH OH

H H

O

1

23

4

5

H

OH

H

CH2OH

OH H

H H

O

1

23

4

5

D-Ribosa D-2-Deoksiribosa

CH2OH

OH OH

O

N

N

NH2

O1

2'3'

4'

5'

6

1'

2

3

4

5

ikatan glikosida

Nukleosidaikatan-glikosida menghubungkan

antara D-ribosa dengan cytosin

BIOKIMIA 60

Ikatan glikosida pada nukleosida selalu bentuk b-glikosida. Nukleosida diberi nama

dengan menambahkan akhiran"-idine" pada pirimidin atau "-osine" pada nama purin.

Nukleosida Pirimidin : Cytidine, Thymidine, dan Uridine; Nukleosida Purin : Adenosine dan

Guanosine.

Gambar 45. Struktur Cytidine, Uridine, Adenosine, Guanosine

Nukleosida di atas semuanya ribonukleosida yang terdapat pada RNA. Untuk

deoksiribonukleosida yang terdapat pada DNA, Uridine diganti dengan deoxyThymidine.

Gambar 46. deoksiThymidine dan deoksiGuanosine

Nukleotida adalah nukleosida yang mengandung gugus fosfat. Nukleotida terbentuk

bila gugus hidroksil pada C-5’ bergabung dengan asam fosfat membentuk nukleotida

monofosfat (suatu ester).

Gambar 47. Struktur Nukleotida

CH2OH

OH OH

O

N

N

NH2

O CH2OH

OH OH

O

NH

N

O

O

CH2OH

OH OH

O

N

NN

N

NH2

CH2OH

OH OH

O

NH

NN

N

O

NH2

Cytidine Uridine

Adenosine Guanosine

CH2OH

OH H

O

NH

N

O

O

deoksiThymidine

H3C

CH2OH

OH H

O

NH

NN

N

O

NH2

deoksiGuanosine

O

HOH

HH

HH

O N

N

NH2

OP

O

-O

O-

ikatan fosfoester

(deoksi-)Cytidine

(Deoksi-)Cytidine-5'-monofosfat(5'-dCMP)

(deoxy-)cytidylic acid

BIOKIMIA 61

Nukleotida monofosfat umumnya disingkat menjadi NTP atau dNTP, dimana dNTP

menunjukkan adanya gugus deoxyribose (spt pada DNA). Asam fosfat mempunyai pKa1 ~1.0

dan pKa2 ~6.0 Sehingga, pada pH neutral nukleotida akan memiliki muatan antara -1 and -2,

dan nukleotida bersifat asam. Nama dari nukleotida menunjukkan sifat asam dari gugus fosfat

seperti tabel di bawah :

Basa Nukleosida Nukleotida RNA

(mono-Pi)

DNA

(mono-Pi) Kode

Adenine

(deoxy-)

Adenosine

(deoxy-) Adenylic acid AMP dAMP A

Guanine

(deoxy-)

Guanosine

(deoxy-) Guanylic acid

GMP

dGMP G

Cytosine

(deoxy-)

Cytidine

(deoxy-) Cytidylic acid CMP dCMP C

Thymine

Thymidine

Thymidylic acid - dTMP T

Uracil Uridine

Uridylic acid UMP - U

Nukleosida monofosfat dapat membentuk dua ikatan ester dengan asam fosfat, dan

ini dapat terjadi pada satu molekul melalui gugus 5' dan 3' hidroksil dari gula ribosa. cAMP,

dan cGMP adalah regulator yang penting pada metabolisme sel dan terdapat pada hampir

semua sel.

Nukleotide monofosfat dapat mengikat gugus asam fosfat lainnya yang akan terikat

pada gugus fosfat yang ada, sehingga membentuk di- dan tri-fosfat. Ikatan antara gugus fosfat

merupakan ikatan anhidrida fosfat yang berenergi tinggi . Fosfat pada carbon 5' diberi tanda

"α", dan phosphate selanjutnya diberi label "β" dan “g" .

NDP, dan NTP (dimana N adalah basa) menandakan perbedaan struktur nukleosida

difosfat dan trifosfat. dNDP dan dNTP menunjukkan deoksinukleosida di- dan tri-fosfat.

Nukleosida di- dan tri- fosfat ditemukan sebagai molekul-molekul bebas di dalam sel.

Masing-masing NTP memiliki peran yang unik sebagai molekul berenergi tinggi :

ATP: "energi currency" untuk sel

GTP: sumber energi utama pada sintesis protein

CTP: metabolit penting dalam sintesis fosfolipid

BIOKIMIA 62

UTP: digunakan dalam pembentukan “activated intermediates” dalam

biosintesis karbohidrat

Karena perbedaan pada molekul-molekul ini hanya pada perbedaan basa-basa yang

terikat pada ribosa trifosfat, maka basa-basa tersebut mengandung informasi yang mengatur

fungsi dari molekul-molekul tersebut.

Asam Nukleat

Asam Nukleat adalah suatu polimer yang terdiri atas banyak molekul nukleotida.

Telah disinggung di atas bahwa asam nukleat ada dua macam, yaitu DNA dan RNA. Asam-

asam nukleat terdapat pada jaringan-jaringan tubuh sebagai nukleoprotein, yaitu gabungan

antara asam nukleat dengan protein. Untuk memperoleh asam nukleat dari jaringan-jaringan

tersebut, dapat dilakukan ekstraksi terhadap nukleoprotein terlebih dahulu menggunkn larutan

garam 1 M. Setelah nukleoprotein terlarut, dapat diuraikan atau dipecah menjadi protein-

protein dan asam nukleat dengan menambah asam-asam lemah atau alkali secara hati-hati, atau

dengan menambah NaCl hingga larutan menjadi jenuh. Setelah terpisah dari protein yang

mengikatnya, asam nukleat dapat diendapkan dengan penambahan alkohol perlahan-lahan.

Disamping itu penambahan NaCl hingga jenuh akan mengendapkan protein.

Cara lain untuk memisahkan asam nukleat dari protein ialah menggunakan enzim

pemecah protein, misalnya tripsin. Ekstraksi terhadap jaringan-jaringan dengan asam

triklorasetat, dapat pula memisahkan asam nukleat. Denaturasi protein dalam campuran dengan

asam nukleat ini dapat pula menyebabkan terjadinya denaturasi asam nukleat itu sendiri. Oleh

karena asam nukleat itu mengandung pentosa, maka bila dipanasi dengan asam sulfat akan

terbentuk furfural. Furfural ini akan memberikan warna merah dengan anilina asetat atau warna

kuning dengan p-bromfenilhidrazina. Apabila dipanasi dengan difenilamina dalam suasana

asam, DNA akan memberikan warna biru. Pada dasarnya reaksi-reaksi warna untuk ribosa dan

deoksiribosa dapat digunakan untuk keperluan identifikasi asam nukleat.

Struktur Asam Deoksiribonukleat (DNA)

Asam ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul deoksiribonukleotida yang

terikat satu dengan lain, sehingga membentuk rantai polinukleotida yang panjang. Basa purin

yang terdapat pada DNA ialah adenin dan guanin. Sitosin dan timin adalah basa pirimidin yang

terdapat pada asam nukleat ini. Molekul DNA yng panjang ini terbentuk oleh ikatan antara

atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa dengan perantaraan gugus

fosfat, sebagaimana terlihat pada struktur sebagian dari molekul DNA (gambar 10). Dari

gambar tersebut terlihat bahwa basa yang mengandung oksigen ditulis dalam bentuk keto atau

BIOKIMIA 63

laktam. Sebenarnya terdapat keseimbangan antara bentuk keto (laktam) dengan bentuk enol

(laktim). Keseimbangan ini dipengaruhi oleh pH di lingkungannya. Dalam tubuh, bentuk

laktam terdapat lebih banyak daripada bentuk laktim, oleh karena itu basa tersebut ditulis dalam

bentuk laktam. Dari struktur DNA tersebut dapat pula dilihat bahwa karakteristik atau ciri khas

suatu asam nukleat terletak pada urutan basa purin dan pirimidin yang terdapat pada molekul

asam nukleat tersebut.

Gambar 48. Struktur Sebagian dari Molekul DNA

Disamping itu, hasil penelitian dengan sinar X menunjukkan bahwa molekul DNA

dari bebagai sumber mempunyai pola difraksi sinar X yang serupa. Dari hasil-hasil peneitian

tersebut, Watson dan Crick menyusun model bentuk molekul DNA pada tahun 1953. Model

ini menunjukkan bahwa dua buah rantai polideokiribonukleotida ini membentuk heliks ganda

(double helix). Model ini membawa beberapa arti penting dalam informasi genetik, yaitu :

1. G selalu berpasangan dengan C, dan T selalu berpasangan dengan A. Sehingga, bila

DNA double helix dipisahkan menjadi dua utas tunggal, masing-masing utas dapat

bertindak sebagai “template” untuk pembentukan rantai baru

2. Dasar dari kecocokan pasangan adalah ikatan hidrogen, sehingga interaksi non-kovalen

dapat dengan mudah diputuskan dan digabung kembali.

3. Pasangan basa G-C distabilkan oleh tiga ikatan hidrogen, sedangkan pasangan basa

A-T distabilkan oleh dua. Berarti bahwa interaksi G-C lebih kuat daripada interaksi A-

T

4. Informasi yang dibawa DNA terletak pada keunikan susunan basa pada DNA.

BIOKIMIA 64

5. Kedudukan non-equatorial dari gugus gula menunjukkan bahwa DNA helix akan

mempunyai major groove dan minor groove.

6. Muatan yang sama akan tolak menolak, sehingga gugus fosfat berada pada bagian luar

(terpisah satu sama lain sejauh mungkin).

Gambar 49. Struktur Heliks Ganda

Informasi genetik yang tersimpan di dalam rangkaian nukleotida DNA mempunyi dua

fungsi. Informasi genetik tersebut merupakan sumber informasi bagi sintesis semua molekul

protein sel serta organisme, dan juga menyediakan informasi yang diwarisi oleh sel anak atau

sel generasi berikutnya. Kedua fungsi ini mensyaratkan molekul DNA untuk berfungsi sebagai

cetakan-dalam hal pertama untuk transkripsi informasi ke dalam RNA, dan dalam hal kedua,

untuk replikasi informasi ke dalam molekul DNA turunannya.

Sifat komplementer (komplementaritas) pada model DNA unti ganda dari Watson dan

Crick sangat memberi kesan bahwa replikasi molekul DNA terjadi secara semikonservatif.

Dengan demikian, jika masing-masing untai pada molekul induk DNA untai ganda terpisah

daro komlementernya saat replikasi, setiap bagian tersebut akan berfungsi sebagai cetakan,

yang dengan cetakan ini , disintesis sebuah untai komplementer baru. Kedua molekul DNA

turunan beruntai ganda yang baru terbentuk, masing-masing mengandung satu untai (tetapi

bersifat komplementer, bukan identik) yang berasal dari molekul DNA induk beruntai ganda,

kemudian dikelompokkan di antara kedua sel turunan. Setiap sel turunan mengandung molekul

BIOKIMIA 65

DNA yang berisikan informasi identik dengan yang dimiliki sel induk; namun, dalam setiap

sel turunan, molekul DNA sel induk hanya dilestarikan sebagian (semikonservatif).

Struktur Asam Ribonukleat (RNA)

Asam Ribonukleat adalah suatu polimer yang terdiri atas molekul-molekul

ribonukleotida. Seperti DNA, asam ribonukleat ini terbentuk oleh adanya ikatan antara atom C

nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul ribosa dengan perantaraan gugus fosfat.

Meskipun banyak persamaannya dengan DNA, RNA mempunyai beberapa perbedaan

dengan DNA yaitu :

1. Bagian gula pentosa RNA adalah ribosa, sedangkan bagian gula pentosa DNA adalah

deoksiribosa.

2. Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda sedangkan RNA berupa untai tunggal.

Meskipun demikian, mengingat rangkaian basa komplementer yang sesuai yang

mempunyai olaritas berlawanan, untai tunggal RNA dapat melipat dirinya sendiri

seperti penjepit rambut sehingga mendapatkan sifat untai ganda.

3. RNA mengandung basa adenin, guanin dan sitosin seperti DNA, tetapi tidak

mengandung timin. Sebagai gantinya, RNA mengandung urasil. Dengan demikian

bagian basa pirimidin RNA berbeda dengan bagian pirimidin DNA.

4. Karena molekul RNA merupakan untai tunggal yang komlementer terhadap hanya

salah satu dari kedua untai gen, kandungan guaninnya tidak harus sama dengan

kandungan sitosin, dan kandungan adeninnya juga tidak harus sama dengan kandungan

urasilnya.

5. RNA dapat dihidrolisis oleh alkali menjadi senyawa siklik 2’,3’-diester dari

mononukleotida, senyawa yang tidak bisa dibentuk dari DNA yang diproses dengan

larutan alkali karena tidak memiliki gugus 2’hidroksil. Ketidakstabilan RNA terhadap

larutan alkali memberikn manfaat diagnostik dan analitik.

BIOKIMIA 66

Gambar 50. Struktur Sebagian dari Molekul RNA

Ada tiga macam RNA, yaitu tRNA (transfer RNA), mRNA (messenger RNA), dan

rRNA (ribosomal RNA). Ketiga macam RNA ini mempunyai fungsi yang berbeda-beda, tetapi

ketiganya secara bersama-sama mempunyai peranan penting dalam sintesis protein. RNA

messenger (mRNA) terutama berfungsi dalam sintesis protein, berperan dalam kapasitasnya

sebagai pembawa pesan yg membawa informasi berupa instruksi-instruksi yg dikodekan oleh

DNA, menuju situs-situs sintesis protein di ribosom dalam sel. Ribosom mengandung sebuah

kelas khusus RNA yg disebut RNA ribosomal (rRNA) yg menyusun sebagian besar RNA

selular. RNA transfer (tRNA), melekat ke asam-asam amino dan saat sintesis protein membawa

molekul-molekul tersebut ke posisi yg tepat bersama asam-asam amino lainnya menggunakan

kompleks m-RNA-ribosom sebagai cetakan (template).

Dalam sel manusia, terdapat jenis RNA nukler kecil (SnRNA, small nuclear RNA)

yang tidak terlibat langsung di dalam sintesis protein, tetapi mungkin berperan dala pemrosesan

RNA serta arsitektur sel. Molekul yang relatif kecil ini mempunyai ukuran bervariasi, dari 90

hingga sekitar 300 nukleotida).

Materi genetik sebagian virus hewan dan tumbuhan adalah RNA, bukan DNA.

Meskipun informasi pada beberapa virus RNA tidak pernah ditranskripsikan ke dalam molekul

DNA, banyak virus RNA hewan-khususnya retrovirus (sebagai contoh HIV)-ditranskripsi oleh

suatu polimerase DNA bergantung-RNA, disebut reverse transcriptase, untuk menghasilkan

salinan DNA untai ganda dari genom RNAnya. Pada banyak kejadian, transkip DNA untai

ganda yang dihasilkan diintegrasikan ke dalam genom pejamu dan kemudian bertindak sebagai

cetakan bagi ekspresi gen, dan yang darinya dapat ditranskripsikan suatu genom RNA virus

baru.

BIOKIMIA 67

B. Metabolisme Purin dan Pirimidin

Purin dan pirimidin bukan merupakan unsur esensial di dalam diet manusia, dan

defisiensi purin pada manusia jarang dijumpai. Asam nukleat pada makanan akan diurai di

dalam traktus gastrointestinalis menjadi purin dan pirimidin. Meskipun reaksi “penyelamatan”

mengubah purin dan ribo- serta deoksiribonukleosidanya langsung menjadi mononukleotida

yang sesuai, sebagian besar purin, pirimidin, dan derivatnya yang ada di dalam tubuh akan

terbentuk lewat biosintesis dari intermediat amfibolik. Biosintesis senyawa-induk nukleotida

purin, inosin monofosfat (IMP), melibatkan rangkaian panjang sejumlah reaksi dan sebagian

di antaranya dikatalisis oleh katalisator multifungsional. Karena derivat folat serta glutamin

turut berpartisipasi di dalam rangkaian reaksi ini, obat-obat antifolat serta preparat analog

glutamin akan menghambat biosintesis purin. Oksidasi dan aminasi IMP akan membentuk

AMP serta GMP, dan reaksi berikutnya yang berupa pemindahan gugus fosfat dari ATP akan

membentuk ADP serta GDP. Pemindahan gugus fosforil lebih lanjut dari ATP ke GDP

membentuk GTP. ADP diubah menjadi ATP melalui fosforilasi oksidatif. Biosintesis

nukleotida purin di dalam hati diatur secara ketat terutama melalui ukuran depot fosforibosil

pirofosfat (PRPP) dan inhibisi-umpan balik PRPP-glutamil amidotransferase oleh produk akhir

AMP serta GMP. Reduksi NDP membentuk deoksiribonukleotida difosfat (dNDP).

Sementara uridin dan sitidin diselamatkan, nukleotida pirimidin terutama dibentuk

melalui biosintesis dari intermediat amfibolik. Biosintesis ini melibatkan suatu rangkaian

reaksi panjang yang berbeda dari rangkaian reaksi pada biosintesis purin, tetapi melibatkan

reaksi yang analog begitu sebuah mononukleotida terbentuk. Beberapa analog pirimidin

tertentu merupakan substrat bagi enzim pada biosintesis nukleotida pirimidin, dan dengan

demikian, menghambat proses ini. Regulasi biosintesis nukleotida pirimidin melibatkan

kontrol, baik terhadap ekspresi gen maupun aktivitas enzimatiknya. Regulasi biosintesis purin

dan pirimidin yang terkoordinasi menjamin keberadaan kedua basa ini dalam proporsi yang

tepat bagi biosintesis asam nukleat serta kebutuhan metabolik lain.

Sementara reaksi dan senyawa intermediat pada biosintesis purin dan pirimidinn di

dalam bakteri sama dengan yang terdapat di dalam tubuh manusia, enzim yang mengkatalisis

reaksi in dikelola secara berbeda. Pada bakteri, setiap reaksi dikatalisis oleh protein yang

berbeda. Sebaliknya, sebagian enzim dalam biosintesis de novo purin dan pirimidin pada

manusia merupakan polipeptida multifungsional yang mengkatalisis sejumlah reaksi yang

berkeinambungan. Keuntungan nyata dari polipeptida multifungsional mencakup ekspresi

BIOKIMIA 68

berbagai aktivitas katalitik secara terkoordinasi serta penyaluran produk reaksi yang satu ke

reaksi berikutnya dalam rangkaian reaksi tanpa memerlukan disosiasi dari sebuah enzim.

Pada manusia, purin dikatabolisasi menjadi asam urat yang merupakan asam lemah

(pK 5,8) dan, bergantung pada pH, terdapat sebagai asam yang relatif tidak larut (pada pH

asam) atau sebagai garam natrium urat yang lebih larut (pada pH mendekati netral). Kristal urat

merupakan petunjuk diagnostik untuk penyakit gout, suatu kelainan matabolik pada

katabolisme purin. Kelainan lain pada katabolisme purin adalah sindrom Lesch-Nyhan,

penyakit von Gierke, dan hipourisemia.

Berbeda dengan asam urat dan garam urat yang merupakan produk katabolisme purin

yang relatif tidak larut, produk akhir hasil katabolisme pirimidin bersifat sangat larut dalam air

; CO2, NH3, dan β-aminoisobutirat. Meskipun demikian, pseudouridin dieksresikan dalam

keadaan tidak berubah. Overproduksi hasil katabolisme pirimidin umumnya tidak disertai

dengan kelainan klinis bermakna. Penderita asiduria orotat berespons terhadap nukleosida

pirimidin diet. Obat –obat tertentu juga dapat mencetuskan asiduria orotat. Meskipun demikian,

ekskresi prekursor pirimidin dapat terjadi akibat defisiensi enzim ornitin transkarbamoilase

yang terdapat di dalam siklus urea , mengingat senyawa karbomil fosfat yang terhindar dari

reaksi oleh enzim tersebut akan dapat dimanfaatkan bagi biosintesis pirimidin.

BIOKIMIA 69

BAB VII

VITAMIN DAN MINERAL

A. VITAMIN

Vitamin adalah senyawa-senyawa organik tertentu yang diperlukan dalam jumlah kecil

dalam diet seseorang namun esensial untuk reaksi metabolisme dalam sel dan penting untuk

melangsungkan pertubuhan normal serta memelihara kesehatan.

Kebanyakan vitamin tidak dapat disintesis oleh tubuh. Beberapa diantaranya masih

dapat dibentuk oleh tubuh, namun kecepatan pembentukannya sangat kecil sehingga jumlah

yang terbentuk tidak dapat memenuhi kebutuhan tubuh. Oleh karenanya tubuh harus

memperoleh vitamin dari makanan sehari-hari. Jadi vitamin mengatur metabolisme, mengubah

lemak dan karbohidrat menjadi energi, dan ikut mengatur pembentukan tulang dan jaringan.

Sejarah penemuan vitamin dimulai oleh Eijkman yang pertama kali mengemukakan

adanya zat yang bertindak sebagai faktor diet esensial dalam kasus penyakit beri-beri. Pada

tahun 1897 ia memberikan gambaran adanya suatu penyakit yang diderita oleh anak ayam yang

serupa dengan beri-beri pada manusia. Gejala penyakit tersebut terjadi setelah binatang diberi

makanan yang terdiri atas beras giling murni. Ternyata penyakit ini dapat disembuhkan dengan

memberi makanan sisa gilingan beras yang berupa serbuk. Hasil penemuan yang menyatakan

bahwa dalam makanan ada faktor lain yang penting selain karbohidrat, lemak, dan protein

sebagai energi, mendorong para ahli untuk meneliti lebih lanjut tentang vitamin, sehingga

diperoleh konsep tentang vitamin yang kita kenal sekarang. Polish kemudian memberi nama

faktor diet esensial ini dengan vitamin. Selanjutnya hasil pekerjaan Warburg tentang koenzim

(1932-1935) dan kemudian penyelidikan R Kuhn dan P Kerrer menunjukkan adnya hubungan

antara struktur kimia vitamin dengan koenzim.

Vitamin dibagi ke dalam dua golongan. Golongan pertama oleh Kodicek (1971) disebut

prakoenzim (procoenzyme), dan bersifat larut dalam air, tidak disimpan oleh tubuh, tidak

beracun, diekskresi dalam urin. Yang termasuk golongan ini adalah : Tiamin, Riboflavin, Asam

Nikotinat, Piridoksin, Asam Kolat, Biotin, golongan Vitamin B, Vitamin C dll. Golongan

kedua yang larut dalam lemak disebut alosterin, dan dapat disimpan dalam tubuh. Apabila

vitamin ini dikonsumsi berlebihan makan akan menumpuk dalam tubuh dan menimbulkan

gejala penyakit tertentu (hipervitaminosis). Kekurangan vitamin juga mengakibatkan

terjadinya penyakit defisiensi, tetapi biasanya akan hilang apabila kebutuhan vitamin kembali

terpenuhi. Vitamin larut lemak mempunyai berbagai fungsi, misal, Vitamin A : pengelihatan;

BIOKIMIA 70

Vitamin D : metabolisme kalsium dan fosfat; Vitamin E : antioksidan; Vitamin E : pembekuan

darah. Dibawah ini hanya akan dibahas beberapa contoh vitamin.

Niasin

Niasin merupakan nama generik asam nikotinat dan nikotinamida, yang keduanya

dapat berfungsi sebagai sumber vitamin tersebut di dalam makanan. Asam nikotinat merupakan

derivat asam monokarboksilat dari piridin.

Nikotinat merupakan bentuk niasin yang diperlukan bagi sintesis Nikotinamida Adenin

Dinukleotida (NAD+) dan Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP+) oleh enzim

yang terdapat di dalam sitosol sebagian besar sel. Oleh karena itu, setiap nikotiamida di dalam

makanan pertama-tama harus mengalami deamidasi menjadi nikotinat. Di dalam sitosol,

nikotinat diubah menjadi senyawa desamido-NAD+ melalui reaksi yang mula-mula

berlangsung dengan 5-fosforibosil 1-pirofosfat (PRPP), dan kemudian melalui adenilasi

dengan ATP. Gugus amido pada glutamin kemudian turut membentuk koenzim NAD+.

Koenzim ini bisa mengalami fosforilasi lebih lanjut membentuk NADP+.

Nukleotida nikotinamida memainkan peran luas sebagai koenzim banyak enzim

dehidrogenase yang terdapat baik di dalam sitosol (misal, laktat dehidrogenase) maupun di

dalam mitokondria (misal, malat dehidrogenase). Oleh karena itu, vitamin ini merupakan

komponen kunci pada banyak lintasan metabolik yang mempengaruhi metabolisme

karbohidrat, lipid, serta asam amino. Enzim dehidrogenase terkait-NAD umumnya

mengatalisis reaksi oksidoreduksi pada lintasan oksidatif (misal, siklus asam sitrat), sedangkan

enzim reduktase atau dehidrogenase terkait-NADP kerap kali ditemukan dalam lintasan yang

berhubungan dengan sintesis reduktif (misal, lintasan pentosa fosfat).

Kekurangan niasin menyebabkan sindrom defisiensi pelagra (pele =kulit, agra=kasar).

Penyakit ini dapat mengenai usus, kulit dan sistem syaraf. Kulit misalnya pada muka, leher,

dada, lengan menjadi kemerah-merahan, kemudian menjadi coklat mengeras. Gejala sindrom

ini mencakup penurunan berat badan, berbagai gangguan pencernaan, dermatitis, depresi, serta

demensia.

Niasin ditemukan secara luas di dalam sebagian besar makanan hewani dan nabati.

Meskipun demikian, penilaian kandungan niasin suatu makanan harus mempertimbangkan

kenyataan bahwa asam amino esensial triptofan dapat diubah menjadi NAD+. Dari setiap 60

mg triptofan dapat dihasilkan 1 mg ekuivalen niasin. Jadi, untuk terjadinya defisiensi niasin,

makanan harus kekurangan kandungan niasin sekaligus triptofan. Kriteria semacam ini terjadi

BIOKIMIA 71

dalam populasi yang bergantung pada jagung sebagai makanan pokoknya, sehingga

menyebabkan pelagra.

Niasin sebenarnya ada di dalam jagung, tetapi dalam bentuk terikat yang tidak dapat

digunakan : niasitin. Dari niasitin ini dapat dilepaskan niasin setelah niasitin diproses terlebih

dahulu dengan senyawa alkali. Kebergantungan pada sorghum (cantel) juga bersifat

pelagragenik, bukan karena rendahnya kadar triptofan melainkan karena kandungan leusin

yang tinggi. Kelebihan leusin di dalam diet tampaknya dapat menimbulkan defisiensi niasin

melalui penghambatan enzim kuinolinat fosforibosil transferase, suatu enzim penting dalam

proses konversi triptofan menjadi NAD+. Perlu diperhatikan pula bahwa piridoksal fosfat,

bentuk aktif vitamin B6, turut berperan sebagai kofaktor pada lintasan sintesis NAD+ dari

triptofan, dan dengan demikian, defesiensi vitamin B6 dapat mendorong timbulnya defisiensi

niasin. Sumber vitamin ini diantaranya adalah makanan yang kaya akan protein seperti telur,

daging, dan susu. Sumber vitamin nabati misalnya biji-bijian (beras dan sebangsanya), sayuran

hijau, kentang, dan beberapa jenis kacang-kacangan.

BIOKIMIA 72

Gambar 51. Biosintesis dan pemecahan NAD+

Tiamin

Tiamin telah lama dikenal sebagai antineuritik karena digunakan untuk membuat

normal kembali susunan syaraf. Koenzim yang berasal dari vitamin ini adalah tiamin pirofosfat

(TPP) yang berfungsi dalam reaksi-reaksi dekarboksilasi asam α-keto, oksidasi asam α-keto,

transketolasi. Adapun bagian aktif koenzim TPP adalah gugus tiazolnya.

Kekurangan tiamin menyebabkan penyakit beri-beri. Tiamin terdapat pada hampir

semua tanaman dan jaringan tubuh hewan yang lazim digunakan sebagai makanan, tetapi

BIOKIMIA 73

kandungan vitamin ini biasanya kecil. Biji-bijian yang tidak digiling sempurna dan daging

merupakan sumber tiamin yang baik.

Gambar 52. Struktur Tiamin

Biotin

Biotin merupakan derivat imidazol yang tersebar luas di dalam berbagai makanan

alami. Biotin sebagai kofaktor terikat kuat pada bagian protein enzim. Ada tiga jenis reaksi

yang dapat dilangsungkan oleh biotin yaitu : (a) reaksi karboksilasi pada karbon dari asil KoA,

(b) reaksi karboksilasi pada atom karbon yang berikatan ganda dari rantai karbon senyawa asil

KoA, (c) reaksi transkarboksilasi pada senyawa asil KoA.

Sumber yang baik untuk vitamin ini ialah daging, kuning telur, kacang polong, kemiri,

kenari. Mengingat proporsi kebutuhan tubuh yang besar akan biotin sudah dipenuhi oleh

sintesis dari bakteri usus, defisiensi biotin disebabkan bukan oleh defisiensi diet sederhana,

melainkan akibat gangguan pada penggunaannya.

Gambar 53. Struktur Biotin

Vitamin B6

Vitamin B6 terdiri atas tiga derivat piridin yang berhubungan erat : piridoksin,

piridoksal, dan piridoksamin (gambar 54), serta derivat fosfatnya yang bersesuaian. Dari semua

derivat ini, piridoksin, piridoksal fosfat, dann piridoksamin fosfat merupakan wakil utama

BIOKIMIA 74

vitamin tersebut di dalam makanan. Ketiga bentuk ini memiliki aktivitas vitamin yang sama

karena dapat melakukan interkonversi satu sama lain di dalam tubuh.

Gambar 54. Bentuk Alami Vitamin B6

Semua bentuk vitamin B6 diabsorpsi dari usus, tetapi selama proses pencernaan, terjadi

sejumlah hidrolisis tertentu terhadap senyawa ester fosfatnya. Piridoksal fosfat merupakan

bentuk utama yang diangkut di dalam plasma. Sebagian besar jaringan mengandung enzim

piridoksal kinase yang dapat mengatalisis reaksi fosforilasi oleh ATP terhadap bentuk vitamin

yang belum terfosforilasi menjadi masing-masing derivat ester fosfatnya (Gambar 55).

Sementara piridoksal fosfat merupakan koenzim utama yang mengekspresikan aktivitas B6,

piridoksamin fosfat juga dapat bertindak sebagai sebuah koenzim aktif.

Gambar 55. Reaksi oleh Enzim Piridoksal Kinase

BIOKIMIA 75

Dengan memasuki kombinasi basa Schiff di antara gugus aldehid dan gugus amino

asam α-aminonya, piridoksal fosfat dapat memfasilitasi perubahan pada ketiga ikatan karbon

α-amino yang tersisa, masing-masing secara berurutan untuk memungkinkan reaksi

transminasi, dekarboksilasi, atau aktifitas treonin aldolase. Peran piridoksal fosfat di dalam

transaminasi digambarkan pada gambar 56.

Gambar 56. Peran Koenzim Piridoksal Fosfat di dalam Transaminasi Asam α-Amino

BIOKIMIA 76

Defisiensi akibat kekurangan vitamin B6 biasanya jarang terjadi, dan defisiensi apapun

merupakan bagian dari defisiensi umum vitamin B kompleks. Hati, ikan makarel, alpukat,

pisang, daging, sayuran dan telur merupakan sumber vitamin B6 yang baik. Para peminum

alkohol juga bisa mengalami defesiensi akibat metabolisme etanol menjadi asetaldehid, yang

merangsang hidrolisis gugus fosfat koenzim tersebut.

Asam Askorbat (Vitamin C)

Struktur asam askorbat sangat mirip dengan glukosa; dari glukosa inilah asam askorbat

diturunkan pada sebagian besar mamalia. Meskipun demikian, pada primata, termasuk manusia

dan sejumlah hewan lain-misal, marmut, sebagian kelelawar, burung, ikan, serta invertebrata-

tidak adanya enzim L-gulonolakton oksidase akan mencegah sintesis tersebut.

Gambar 57. Struktur Asam Askorbat

Mekanisme kerja berbagai aktivitas asam askorbt masih belum jelas sama sekali, tetapi

berikut ini adalah sejumlah proses yang tercatat membutuhkan asam askorbat. Dalam banyak

proses ini, asam askorbat tidak berpartisipasi langsung, tetapi diperlukan untuk

mempertahankan agar kofaktor logam tetap berada dalam keadaan tereduksi. Kofaktor logam

ini mencakup Cu+ pada mono oksigenase dan Fe2+ pada enzim dioksigenase.

1. Pada sintesis kolagen, asam askorbat diperlukan bagi hidroksilasi prolin.

2. Pada penguraian tirosin, oksidasi p-hidroksifenilpiruvat menjadi homogentisat

membutuhkan vitamin C, yang bisa mempertahankan tereduksinya ion tembaga untuk

memberikan aktivitas maksimal. Tahap selanjutnya dikatalisis oleh homogentisat

dioksigenase yang merupakan enzim dengan kandungan besi fero yang juga

membutuhkan asam askorbat.

3. Pada sintesis epinefrin dari tirosin, asam askorbat diperlukan dalam tahap dopamin β-

hidroksilase.

4. Pada pembentukan asam empedu, asam askorbat diperlukan dalam tahap awal reaksi

7α-hidroksilase.

BIOKIMIA 77

5. Korteks adrenal mengandung vitamin C dalam jumlah besar, yang dengan cepat akan

habis terpakai jika kelenjar tersebut dirangsang oleh hormon adrenokortikotroik.

Penyebab peristiwa ini masih belum jelas, tetapi steroidogenesis melibatkan berbagai

reaksi sintesis yang bersifat reduktif.

6. Penyerapan besi meningkat bermakna oleh Vitamin C.

7. Asam askorbat dapat bertindak sebagai antioksidan umum yang larut air, misalnya

dalam mereduksi tokoferol-teroksidasi di dalam membran, dan dapat menghambat

pembentukan nitrosamin selama berlangsungnya proses pencernaan.

Skorbut adalah sindrom klasik defesiensi vitamin C. Keadaan ini berhubungan dengan

gangguan sintesis kolagen yang diperlihatkan dalam bentuk pendarahan subkutan serta

pendarahan lain, kelemahan otot, gusi yang membengkak dan menjadi lunak, serta tanggalnya

gigi. Skorbut dapat disembuhkan dengan mengkonsumsi buah serta sayuran segar. Cadangan

normal vitamin C cukup untuk waktu 3-4 bulan sebelum tanda-tanda skorbut muncul.

Vitamin A (Retinol)

Vitamin A adalah suatu alkohol. Di dalam tumbuhan vitamin A terdapat sebagai

provitamin A, yaitu senyawa karoten. Pada hidrolisis karoten terjadi vitamin A.

Gambar 58. Struktur Vitamin A dan Beta-Karoten

Vitamin A berperan dalam proses melihat, yaitu pada proses fotokimia pada retina.

Pada retina mata terdapat pigmen yang sensitif terhadap cahaya, yaitu rodopsin, suatu protein

gabungan yang dapat berdisosiasi menjadi protein opsin dan retinen trans (vitamin A dalam

bentuk aldehida). Disosiasi ini terjadi apabila rodopsin terkena cahaya.

Trans retinen selanjutnya dapat direduksi oleh NADH dan enzim dehidrogenase

alkohol membentuk trans vitamin A1. Peran lain dari cahaya pada siklus rodopsin adalah

menghambat pembentukan rodosin dari protein opsin dan sis retinen. Melalui isomerisasi sis

BIOKIMIA 78

retinen menjadi trans retinen. Sebaliknya, dalam keadaan gelap, sis retinen membentuk

rodopsn kembali dengan opsin. Sis retinen juga dapat terbentuk kembali melalui isomerasi

trans resinen atau melalui oksidasi sis vitamin A.

Defesiensi vitamin A akan menyebabkan seseorang tidak dapat melihat dengan jelas

dalam cahaya redup (rabun senja). Dalam proses reproduksi, vitamin A berfungsi sebagai salah

satu faktor pertumbuhan. Tikus yang kekurangan vitamin A ternyata sering kurang subur, dan

mengalami gangguan dalam sintesis androgen.

Gambar 59. Proses Fotokimia pada Retina

Vitamin E

Vitamin E ditemukan pada tahun 1922, oleh Evans dan Bishop, dengan istilah tokoferol

(dari bahasa Yunani, tocos berarti kelahiran anak dan phero berarti mengasuh). Terdapat enam

jenis tokoferol, α (alfa), ß (beta), γ (gama), δ (delta), ρ (eta), λ (zeta). Tokoferol yang terbesar

aktivitasnya adalah tokoferol alfa.

Gambar 60. Struktur Vitamin E

Vitamin E lebih mudah diserap usus, apabila terdapat lemak dan dalam kondisi tubuh yang

mempermudah penyerapan lemak. Tokoferol dari makanan diserap oleh usus digabungkan

BIOKIMIA 79

dengan kilomikron dan ditransportasikan ke hati melalui sistim limfatik dan saluran darah. Di

hati, tokoferol disebarkan ke sel-sel jaringan tubuh melalui saluran darah. Di dalam plasma

darah, tokoferol bergabung dengan lipoprotein, terutama VLDL ( Very Low Density

Lipoprotein).

Asam lemak tidak jenuh ganda (PUFA/ Poly Unsaturated Fatty Acid), dapat menurunkan

penyerapan dan penggunaan vitamin E. Hal ini berkaitan kemungkinan dengan kecenderungan

vitamin E bersifat mudah teroksidasi. Oleh karena itu kebutuhan vitamin E akan bertambah

seiring dengan semakin bertambahnya konsumsi PUFA.

Di dalam hati, α-tokoferol diikat oleh α-TPP (α-tokoferol transfer protein). Setelah

menjalankan fungsinya sebagai antioksidan, tokoferol dapat teroksidasi menjadi tokoferil

(tokoferol bentuk radikal) bentuk radikal ini dapat direduksi kembali menjadi tokoferol oleh

kerja sinergi dari antioksidan yang lain, misalnya vitamin C dan glutation.

Kelebihan vitamin E dalam tubuh akan disimpan dalam beberapa organ, antara lain hati,

jaringan adiposa, otak dan lipoprotein. Vitamin E diekskresikan dari tubuh bersama dengan

empedu melalui feses, sebagian lagi melalui urin setelah diubah lebih dahulu menjadi asam

tokoferonat dan tokoferonalakton yang dapat berkonjugasi dengan glukoronat.

B. Mineral

Mineral merupakan kebutuhan tubuh manusia yang mempunyai peranan penting dalam

pemeliharaan fungsi tubuh, seperti untuk pengaturan kerja enzim, pemeliharaan keseimbangan

asam-basa, membantu pembentukan ikatan yang memerlukan mineral seperti hemoglobin dan

Adenosin Tri Phospat (ATP). Mineral digolongkan menjadi mineral makro dan mikro. Mineral

makro adalah mineral yang dibutuhkan tubuh sebanyak lebih 100 gram sehari. Sedangkan

mineral mikro adalah mineral yang dibutuhkan tubuh kurang dari 100 gram sehari. Yang

termasuk mineral makro antara lain: Natrium, Phospor, Klorida, Kalium, Kalsium,

Magnesium, dan Sulfur.

Phospor (P) merupakan mineral yang dibutuhkan tubuh sebanyak 22% dari sejumlah mineral

yang ada dalam tubuh atau setara dengan 0, 9 gram sehari. Di dalam tubuh phosphor ada dalam

bentuk kalsium phospat, sehingga penting untuk pertumbuhan tulang dan gigi. Phospor

memiliki peranan penting dalam metabolisme karbohidrat, lemak dan protein. Sebagai contoh,

phopsor memegang peranan penting dalam reaksi ikatan yang berkaitan dengan pelepasan dan

penyimpanan energi dalam bentuk ATP. Bentuk lain phopor adalah sebagai phopolipid. Phopor

BIOKIMIA 80

juga komponen essensial bagi banyak sel dan alat transport asam lemak. Selain itu, phopor juga

berperan dalam keseimbangan asam basa.

Natrium (Na) adalah kation utama dalam cairan ekstraselular. Sebanyak 30-40% natrium ada

di dalam kerangka tubuh. Di dalam tubuh, Na terdapat di dalam sel (intraseluler) dan terutama

terdapat dalam cairan di luar sel (cairan extraseluler). Kebutuhan tubuh akan natrium sebanyak

1 gram sehari. Nilai normal dalam tubuh 136-145 mEq/L darah. Natrium berfungsi: 1) Menjaga

keseimbangan cairan dalam tubuh (ekstrasel), 2) Menjaga keseimbangan asam basa di dalam

tubuh, 3) Berperan dalam pengaturan kepekaan otot dan saraf, 4) Berperan dalam transmisi

saraf yang menghasilkan terjadinya kontaksi otot, 5) Berperan dalam absorpsi glukosa dan 6)

Berperan sebagai alat angkut zat-zat gizi lain melalui membran, terutama melalui dinding usus.

Kalium (K) memiliki fungsi menjaga keseimbangan asam basa dan keseimbangan air dalam

tubuh. Kalium dibutuhkan tubuh sejumlah 2 gram sehari. Kalium merupakan ion bermuatan

positif, kalium terutama terdapat di dalam sel. Perbandingan natrium dan kalium di dalam

cairan intraselular adalah 1:10, sedangkan di dalam cairan ekstraselular 28:1. Sebanyak 95%

kalium tubuh berada di dalam cairan intaselular. Fungsi kalium yaitu: 1) Bersama Natrium

memelihara keseimbangan cairan dan elektrolit serta keseimbangan asam basa, 2) Bersama

Kalsium: berperan dalam transmisi saraf dan relaksasi otot, 3) di dalam sel: katalisator dalam

banyak reaksi biologik (metabolisme energi, sintesis glikogen, dan protein), 4) terutama

metabolisme energi dan sintesis glikogen dan protein, dan 5) Berperan dalam pertumbuhan sel.

Jika kadar kalium dalam darah rendah dapat menyebabkan kelumpuhan dan gangguan jantung.

Kalsium (Ca) memiliki fungsi utama dalam pembentukan tulang dan gigi, pembekuan darah,

fungsi saraf dan otot. Kekurangan kalsium dalam darah dapat menyebabkan kejang otot.

Jumlah kalsium yang dibutuhkan tubuh adalah 1 gram. Konsumsi Ca yang berlebihan dapat

menyebabkan sulit buang air besar dan mengganggu penyerapan mineral seperti zat besi, seng,

dan tembaga. Kelebihan Ca dalam jangka panjang akan meningkatkan risiko terkena

hiperkalsemia.

Magnesium (Mg) merupakan bagian komponen senyawa kimia Adenosin Tri phospat (ATP)

dan kation terbanyak setelah natrium di dalam cairan interselular. Fungsi magnesium adalah

sebagai pengaktif enzim, pembentukan tulang dan gigi. Jumlah magnesium yang dibutuhkan

tubuh adalah 0.3 gram. Kekurangan magnesium dapat menyebabkan fungsi saraf menjadi

abnormal dan menyebabkan gangguan absorpsi atau penurunan fungsi ginjal dan endokrin.

BIOKIMIA 81

Kelebihan magnesium dapat menyebabkan tekanan darah rendah, kegagalan pernafasan, dan

ganggungan irama jantung.

Zat Besi (Fe) mempunyai peranan sangat penting yaitu mengubah reaksi kimia di dalam tubuh

seperti pembentukan enzim, pembentukan sel darah merah dan sel-sel otot. Kebutuhan tubuh

akan zat besi adalah 12 miligram sehari. Kekurangan zat besi dapat menyebabkan anemia,

kesulitan menelan, kuku berbentuk sendok, kelainan usus, berkurangnya kinerja, dan gangguan

kemampuan belajar. Kelebihan zat besi dapat menyebabkan sirosis hati, diabetes mellitus dan

pewarnaan kulit.

Zeng (Zn) memiliki peranan yang penting yaitu sebagai komponen enzim, pembentukan sel

darah merah, pembentukan enzim dan pembentukan tulang. Kebutuhan tubuh akan seng dalam

sehari adalah 15 miligram. Kekurangan zeng dapat menyebabkan pertumbuhan yang lambat

dan tertunda kematangan seksual.

Tembaga (Cu) dibutuhkan tubuh sebanyak 2 miligram. Fungsi tembaga paling utama adalah

sebagai salah satu komponen enzim. Selain itu tembaga juga berperan dalam pembentukan sel

darah merah dan tulang. Kekurangan tembaga dapat menyebabkan anemia.

Mangan (Mn) diperlukan tubuh sebanyak 3,5 miligram. Fungsi utama mangan adalah sebagai

komponen enzim, Kekurangan mangan bisa menyebabkan berkurangnya berat badan,

perubahan warna rambut, iritasi warna kulit, mual dan muntah serta dapat menyebabkan

pertumbuhan rambut yang lambat.

Molibdenum (Mo) dibutuhkan tubuh sebanyak 150 mikrogram dan memiliki fungsi utama

sebagai pengaktif enzim. Kekurangan mineral ini bisa menyebabkan asidosis, denyut jantung

cepat, bitnik buta, rabun senja dan mudah tersinggung.

Selenium (Se) dibutuhkan tubuh 60 mikrogram dan fungsi utamanya adalah berperan dalam

sintesis enzim antioksidan.

Iodium (I) berfungsi untuk membentuk hormone tiroid yang berperan mengkontrol

mekanisme energi tubuh. Tubuh membutuhkan 150 mikrogram mineral ini. Jika kekurangan

iodium dapat menyebabkan kreatinisme, pembesaran kelenjar tiroid, pertumbuhan janin dan

otak abnormal dan bisa mengakibatkan bisu-tuli.

Fluor (F) dibutuhkan tubuh sebanyak 2,5 miligram. Fungsi utamanya adalah pembentukan

tulang dan gigi. Kekurangan mineral ini dapat menyebabkan kavitasi gigi atau yang sering

BIOKIMIA 82

dikenal karies, dan penipisan tulang. Namun jika kebihan fluor dapat menyebabkan fluorosis

gigi maupun tulang yaitu salah satu gejala yang muncul apabila seseorang mendapat asupan

fluor secara berlebih. Fluorosis gigi merupakan indikasi yang jelas dari kelebihan fluor pada

masa kanak – kanak ketika mineralisasi sedag berlangsung dan efek ini tidak tampak jika

kelebihan fluor terjadi ketika gigi sudah tumbuh sepenuhnya.

Klorida (Cl) merupakan anion utama cairan ekstraselular. Klorin merupakan 0,15% berat

badan. Konsentrasi klorida tertinggi adalah dalam cairan serebrospinal (otak dan sumsum

tulang belakang), lambung dan pancreas. Fungsi Cl anatara lain: 1) Mengatur keseimbangan

asam basa di dalam plasma, 2) Merangsang produksi asam lambung yang diperlukan untuk

mencerna protein dan makanan berserat, 3) Merangsang hati berfungsi lebih baik sebagai alat

penyaring, 4) Menolong membersihkan zat-zat beracun dari dalam tubuh, dan 5) Memelihara

kesehatan sendi dan menolong mengatur distribusi hormon.

BIOKIMIA 83

DAFTAR PUSTAKA

Brody, Tom. 1994. Nutritional Biochemistry. United Kingdom: Academic Press.

Linder, MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi Aminuddin, penerjemah.

Jakarta : Universitas Indonesia press. Terjemahan dari : Nutritional Biochemistry and

Metabolism

Martoharsono Soeharsono. 1978. Biokimia jilid I. Yogyakarta: Gadjah Mada University press.

Mulyani, Sri. 2010. Pengantar Biokimia. Surakarta: Universitas Sebelas Maret Press.

Page David S. 1989. Prinsip-prinsip Biokimia. Soendoro R, penerjemah. Jakarta : Erlangga..

Terjemahan dari : Principles of Biological Chemistry.

Timberlake KC. 2002. Organic and Biological Chemistry: Structures of Life. San Fransisco.

Benjamin Cumings