Laluan ini melibatkan pemecahan molekul-molekul karbohidrat di dalam organ hati, kerana hati menyimpan glukos. Fasa pertama: Glukos akan di phosphorilasikan menjadi 1, 3 diphosphoglyceric acid yang akhirnya membentuk pyruvic acid. Oleh kerana proses ini berlaku tanpa kehadiran oksigen, ia disebut sebagai glycolisis atau pengoksidaan glukos anaerob (bagi haiwan) dan fermentasi/penapaian untuk tumbuhan. Sebagai hasil daripada proses ini, hanya sebahagian kecil daripada tenaga kimia dari glukosa diimbal semula. Namun, jika dengan kehadiran oksigen, atau proses respirasi aerobik, glukosa dioksidakan kepada CO2 dan H2O dengan jumlah dapatan ATP yang lebih tinggi.
[a] Pengoksidaan Glukosa Anaerobik. Glycolysis
(hasil: 2 ATP bagi satu molekul glukosa)
Pengenalan kepada Glycolysis
Bahagian ini akan menekankan kepada glycolysis, iaitu laluan awal atau permulaan bagi metabolisme karbohidrat. Perkataan glycolysis sebenarnya diambil dari perkataan Greek yang bererti ‘manis’ (sweet) dan ‘memisah’ (splitting). Maka, kata ini adalah bertepatan, kerana glycolysis merupakan proses di mana gula berkarbon-6 (yang mempunyai rasa manis) dipisahkan, menghasilkan kompaun berkarbon-3, pyruvate.
Definisi Glycolysis: Proses pemecahan gula berkarbon-6 kepada pyruvate(berkarbon-3).
Semasa proses ini, sebahagian daripada tenaga keupayaan yang tersimpan di dalam struktur hexose dibebaskan dan diguna untuk memandu sintesis ATP dari ADP. Glycolysis mampu diteruskan walaupun dalam keadaan anaerobic (tanpa kehadiran oksigen), pengoksidaan gula berlaku tanpa had. Hal ini amat penting bagi mikroorganisma, anaerob, yang hidup dalam keadaan tidak beroksigen, mendapatkan kesemua tenaga-tenaga metabolic dari proses ini. Namun, bagi sel-sel aerob, mereka menggunakan glycolysis sebagai bahagian pertama dalam proses pengoksidaan karbohidrat lengkap. Bagi sel-sel ini juga, glycolysis adalah satu-satunya titik mula, dan bahagian yang beranaerob (walaupun mereka aerob) dari keseluruhan laluan penguraian yang melibatkan penggunaan oksigen. Dalam memahami proses metabolisme, adalah sangat cocok untuk memahami glycolysis terlebih dahulu; atas sandaran alasan seperti berikut:
(1) Glycolysis merupakan laluan metabolic pertama yang difahami;
(2) Laluan ini hampir sejagat (universal) bagi keseluruhan sel-sel hidup;
(3) Aturan-aturan proses glycolysis adalah antara paling mudah untuk difaham;
(4) Peranannya sebagai pusat kepada metabolic, kerana ia menghasilkan kedua-dua, tenaga dan metabolic perantara yang akan diguna oleh laluan lain.
Sungguhpun sel dapat memetabolasikan berbagai jenis gula hexose dengan glycolysis, namun, glukosa-lah yang paling utama sebagai ‘bahan api’ bagi kebanyakan sel. Terbukti, kerana sel-sel seperti sel otak, menggunakan glukosa sebagai satu-satunya sumber tenaga, dan sel-sel sepertinya juga, tetap dimulai dengan glycolysis. Walaubagaimanapun, banyak sel-sel lain dapat menggunakan jenis-jenis gula lain dan seharusnya kita mengkaji dan mengeksplorasikan bagaimana ia ditukar bentuk untuk masuk ke dalam glycolysis. Kitar glycolysis, proses penukaran gula menjadi pyruvate adalah sama bagi kebanyakan sel, namun, kesudahan bagi pyruvate adalah bermacam cara. Contohnya, sel yis menukarkan pyruvate kepada ethyl alcohol, sel otot meukar pyruvic acid kepada asid laktik. Ia adalah bergantung kepada kehendak dan keperluan sel tersebut.
Overview Glycolysis
Glkycolysis melibatkan 10 langkah yang menukarkan satu molekul glukosa kepada dua molekul pyruvate bersma-sama dua molekul ATP. 10 langkah atau tindakbalas ini, secara umumnya, terbahagi kepada dua fasa. 5 langkah yang pertama dinamakan sebagai FASA PELABURAN TENAGA. Fasa ini melibatkan pensistesisan gula fostfat dengan ‘membelanjakan’ ATP dan ditukar kepada ADP, seterusnya gula 6-karbon itu terpecah kepada dua gula fosfat berkarbon-3. 5 langkah/tindakbalas terakhir dipanggil FASA PENGHASILAN TENAGA. Di sini, triose phosphate tersebut di jadikan kepada kompaun bertenaga tinggi, yang memindahkan fosfat kepada ADP, terus kepada sintesis ATP. Bagi setiap mol glukosa yang dimetabolasikan, menghasilkam 2 mol ATP dan 2 mol pyruvate.
Gambar konsep Glycolysis.
Dalam sitoplasm sel, glycolysis, menguraikan molekul glukosa 6-karbon kepada 3-karbon lactic acid.
Proses ini dicapai melalui 10 langkah, yang setiapnya dimangkin oleh enzim yang berlainan. Maka, ciri penting yang ada pada enzim ini adalah; glycolitic enzyme adalah larut dalam matriks sitoplasm. Langkah-langkah glycolysis (pengoksidaan anaerob) atau dikenali sebagai Embden-Meyerhof pathway adalah seperti berikut:
(1) Glukosa (6-karbon) di-phosphorilasi (ditambah fosfat) oleh ATP kepada glucose-6-phosphate. Enzim: glucokinase
(2) Gluocse-6-phosphate ditukar kepada isomer strukturnya, fructose-6-phosphate. Enzim: phosphohexose isomerase
(3) Fructose-6-phosphate kemudian di-phosphorilasi oleh ATP lain kepada fructose-1, 6-diphosphate
(4) Fructose-1, 6-diphosphate dibelah kepada dua molekul, 3-phosphoglyceraldehyde (PGAL) dan dihydroxy acetone phosphate. Enzim: aldolase
(5) PGAL kemudiannya menyingkirkan molekul phosphate kepada PGA (1,3-phosphoglyceric acid.) Tindakbalas ini memerlukan kehadiran (1) Pi iaitu phosphate tak organik, (2) ko-enzim NAD+. Bagi setiap penyingkiran 2 atom hidrogen dari setiap molekul PGAL, enzim yang membantu: 3-phosphoglyceraldehyde dehydrogenase. NAD diturunkan kepada NADH.
(6) 1, 3-diphosphoglyceric acid menyingkirkan phosphate yang bercantum dengan ADP membentuk ATP, dan 3-phosphoglyceric acid. Enzim: phosphoglyceric acid kinase.
(7) 3-phosphoglyceric acid membebaskan kumpulan phosphate kepada 2-phosphoglyceric acid. Enzim: phosphoglyceromutase
(8) 2-phosphoglyceric acid kemudian ditukar kepada 2 kumpulan phosphoenol pyruvic acid, enzim: enolase.
(9) Kumpulan tersebut kemudiannya bertukar kepada pyruvic acid dan ATP melalui dehydration (nyahair) dan kehilangan ikatan phosphate. Enzim: pyruvic acid kinase
Ketika bahagian ini, 4 molekul ATP telah dihasilkan. Pada awalnya, proses bermodalkan 2 ATP, maka untungnya hanyalah sebanyak 2 molekul ATP. Persamaan umum boleh ditulis sebagai:
Kesudahan 2 Pyruvate Selepas Glycolysis
Terdapat 3 kesudahan yang akan dilalui oleh 2 pyruvate ini.
- Keadaan Aerobik.
- Keadaan Anaerobik.
- Sel Yis (anaerobik).
Keadaan Anaerobik: Pyruvate -> Lactate diturunkan melalui oksida NADH kepada NAD+. Dimangkin: LDH (lactate dehydrogenase). Lactic Acid terbentuk. Dalam sel otot.
Dalam Yis: Pyruvate -> Acetaldehyde -> ethanol juga melalui oksida NADH. Dimangkin: ADH (pyruvate decarboxylase). Penapaian alkohol.
Bagaimana pula dengan gula yang lain selain Glukosa?
Selain Glukosa, jenis gula lain seperti Mannose, galaktose, fruktose, dapat masuk ke dalam kitar ini dengan syarat, mereka perlu diubah bentuk terlebih dahulu oleh enzim supaya 'fit'.
(1)Kemasukan Fruktosa ke dalam Glycolysis.
Fruktosa merupakan hasil daripada pemecahan sukrosa.
- Phosphorylated: fruktosa difosforilasikan pada C-1. Enzim: fructokinase
- Cleavage: fructose-1-P dipecahkan kepada, dihydroxyacetone phosphate + glyceraldehyde enzim: fructose-1-P aldolase
- Phosphorylated: Glyceraldehyde di phoshorylasikan kepada glyceraldehyde-3-phosphate. ATP dan enzim: triose kinase
(2) Metabolisme Galaktosa: Leloir Pathway.
Dengan bantuan Lactase, lactose diuraikan kepada galactose+glucose.
- Phosphorylation: galactose -> galactose-1-phosphate. Enzim: galaktokinase
- Conversion: galactose-1-phosphate -> UDP-galactose. Enzim: galactose-1-phosphate uridyltranferase
- Epimerization: UDP-galactose -> UDP-glucose. Enzim: UDP-glucose-4-epimerase
- UDP-glucose -> glucose-1-phosphate. Enzim: UDP glucose pyrophosphorylase
- Isomerization: glucose-1-P -> glucose-6-P. Enzim: phosphoglucomutase
phosphoglycomutase*
glucokinase
phosphohexose isomerase
aldolase
3-phosphoglyceraldehyde dehydrogenase
phosphoglyceric acid kinase
phosphoglyceromutase
enolase
pyruvic acid kinase
lactic dehydrogenase*
Turutan mengikut proses (10).
phosphorylation
Isomerization
phosphorylation
cleavage
Isomerization
Oxidation
Transfer of a phosphate group
Isomerization
Dehydration
Transfer of a phosphate group
Diagram berkaitan dengan glycolysis.
Ringkasan
- Katabolik bermaskud pemecahan menjadi yang lebih kecil. Bermakna, katabolik karbohidrat merupakan proses pemecahan kepada unit-unit yang lebih kecil (glukosa).
- Sinonim proses: Glycolisis, Pengoksidaan Glukos, Penapaian, Fermentasi.
- Penapaian, tapai, bermaksud peram, iaitu tiada bantuan O2.
- Dalam sel, respirasi boleh berlaku dalam dua keadaan, iaitu:
1. Aerobik - Ada Oksigen
2. Anaerobik - Tiada Oksigen
yang mana aerobik menghasilkan jumlah ATP lebih banyak dari anaerobik. Sel masih boleh mendapatkan tenaga walaupun tanpa kehadiran oksigen.
Karbohidrat
- Sumber utama tenaga dalam pemakanan.
- Karbohidrat kompleks (di/poli-sakarida) dalam pemakanan dipecahkan oleh tindakan enzim dan asid perut kepada monosakarida. (glukosa adalah paling penting)
- Glukosa juga didapati daripada hasil pemecahan glikogen secara enzim yang banyak disimpan di hati dan otot apabila diperlukan.
- Apabila dipecahkan kepada monosakarida, ia terpulang kepada keperluan, sama ada untuk bina oligosakarida atau polisakarida baru untuk dapatkan tenaga.
- Laluan yang khusus bagi tujuan mendapatkan tenaga dari monosakarida dipanggil glycolysis.
Glycolysis
- Berlaku pada cytosol sel.
- Dasarnya adalah anaerobik, tiada O2.
- 1,6 biphosphate (6) -> 2 pyruvate (3)
- Setiap tindakbalas ada enzimnya tersendiri yang khusus.
- Glycolytic pathway = Embden-Meyerhof pathway.
[b] Pengoksidaan Glukosa Aerobik.
(Respirasi aerobik: 36 molekul ATP setiap molekul glukosa)
Jumlah ATP yang dihasilkan melalui respirasi aerobik adalah lebih banyak berbanding anaerobik. Dalam aerobik,bahan organik (glukosa) dipecahkan kepada air dan karbon dioksida (H2O dan CO2), dengan kehadiran oksigen molekular. Bagi pengoksidaan ini enzim adalah tersedia di dalam mitokondria. Bermakna, pyruvic acid bagi proses anaerobik perlu bergerak ke dalam mitokondria dan menghasilkan 20 kali labih banyak tenaga berbanding glycolysis (anaerobik).
Proses ini membebaskan 686,000 kalori daripada tenaga kimia yang tersimpan di dalam glukosa. Pada peringkat permulaan respirasi aerobik, kesemua bahan makanan (karbohidrat, asid amino dan asid lemak) dipecahkan kepada kumpulan acetyl. Kumpulan-kumpulan acetyl akan bergabung dengan ko-enzim-A (A memberi maksud peng-asetilan koenzim), lalu membentuk Acetyl-coA, yang berperanan didalam pertengahan metabolisma. coA mempunyai pantothenic acid (vitamin) sebagai bahagiannya. Dalam peringkat kedua respirasi aerobik, yang mana mengambil tempat di mitokondria, kumpulan-kumpulan acetyl memasuki kitaran Kreb atau Kreb Cycle, di mana atom-atom hidrogen dan karbon dioksida dihasilkan. Pada akhirnya, dalam peringkat ketiga, tenaga yang tersimpan di dalam hidrogen diambil dan dipindahmilik oleh elektron pengangkut (electron transport) atau respiratory chain, dan sebanyak 36 molekul ATP (bagi setiap molekul glukosa) dihasilkan. Atom-atom hidrogen bergabung dengan oksigen molekular bagi membentuk air.
[b.1] Kreb Cycle, TAC, CAC
(kitaran Kreb / tricarboxylic acid cycle / citric acid cycle)
Kitar ini merupakan laluan yang paling akhir bagi metabolisme sel. Ia menempatkan kesemua 'bahan api' untuk process oxidative akhir. Kitaran ini menguraikan acetyl yang ada pada acetyl-coA kepada karbon dioksida dan atom-atom hidrogen (CO2 dan H).
Kreb Cycle:
(1) melibatkan proses kondensasi kumpulan acetyl (2 karbon) dan oxaloacetate (4 karbon) bagi membentuk citrate (kompaun berkarbon-6)
(2) 2 molekul CO2 akan dibebaskan dan oxaloacetate terbentuk serta diguna semula.
(3) 8 atom hidrogen akan terbentuk, lalu diguna dalam pembinaan molekul ATP oleh satu siri tindakbalas pengoksidaan-penurunan (oxidatio-reduction reaction) dalam respiratory chain tersebut.
(4) Kesemua 7 enzim dalam Kreb cycle menjalankan fungsinya terhadap apa jua makanan yang dihadam oleh organisma. Enzim-enzim tersebut mendiami matriks mitokondria.
(5) Di dalam kitar ini, rantaian tindakbalas berenzim menyebabkan penghasilan ion-ion hidrogen (electron).
Lihat pada artikel Kreb Cycle: Kreb cycle
Tiada ulasan:
Catat Ulasan