katabolisme heme

Katabolisme Heme

Katablisme Heme Menghasilkan Bilirubin
Dalam keadaan normal, umur eritrosit sekitar 120 hari. Sehingga, sekitar 100-200 juta eritrosit dihancurkan setiap jammya. Dalam 1 hari lebih kurang 6 gram hemoglobin (untuk berat badan 70 kg) dihancurkan. Proses degradasi ini terjadi di jaringan retikulo endothelial (limpa, hati, dan sumsum tulang), yaitu pada bagian mikrosom dari sel retikulo endothelial.
Hemoglobin dipecah menjadi heme dan globin. Bagian protein globin diuraikan menjadi asam amino-asam amino pembentuknya kemudian digunakan kembali. Besi akan dilepaskan dari heme kemudian memasuki depot besi yang juga dapat dipakai kembali. Sedangkan porfirinnya akan dikatabolisme dan menghasikan bilirubin.
Proses pertama dari katabolisme heme dilakukan oleh kompleks enzim heme oksigenase. Pada saat mencapai heme oksigenase besi umumnya sudah teroksidasi menjadi bentuk feri membentuk hemin. Hemin kemudian direduksi dengan NADPH, besi feri dirubah kembali menjadi fero. Dengan bantuan NADPH kembali, oksigen ditambahkan pada jembatan a metenil (antara cincin pirol I dan II) membentuk gugus hidroksil, besi fero teroksidasi kembali menjadi feri. Heme oksigenase dapat diinduksi oleh substrat. Selanjutnya, dengan penambahan oksigen lagi ion feri dibebaskan serta terbentuk karbon monoksida dan biliverdin IXa yang berwarna hijau. Pada reaksi ini heme bertindak sebagai katalisator. Pada burung dan amfibia, diekskresi biliverdin IXa. Sedangkan pada mamalia, dengan bantuan enzim biliverdin reduktase, terjadi reduksi jembatan metenil antara cincin pirol III dan IV menjadi gugus metilen, membentuk bilirubin IXa yang berwarna kuning. Satu gram hemoglobin diperkirakan menghasilkan 35 mg bilirubin. Perubahan heme menjadi bilirubin secara in vivo dapat diamati pada warna ungu hematom yang perlahan-lahan beirubah menjadi bilirubin yang berwarna kuning.

Metabolisme Bilirubin di Hati

Metabolisme bilirubin dalam hati dibagi menjadi 3 proses:
1. Pengambilan (uptake) bilirubin oleh sel hati
2. Konjugasi bilirubin
3. Sekresi bilirubin ke dalam empedu

Pengambilan Bilirubin oleh Hati
Bilirubin hanya sedikit larut dalam plasma dan terikat dengan protein, terutama albumin. Beberapa senyawa seperti antibiotika dan obat-obatan bersaing dengan bilirubin untuk mengadakan ikatan dengan albumin. Sehingga, dapat mempunyai pengaruh klinis. Dalam hati, bilirubin dilepaskan dari albumin dan diambil pada permukaan sinusoid dari hepatosit melalui suatu sistem transport berfasilitas (carrier-mediated saturable system) yang saturasinya sangat besar. Sehingga, dalam keadaan patologis pun transport tersebut tidak dipengaruhi. Kemungkinan pada tahap ini bukan merupakan proses rate limiting.

Konjugasi Bilirubin
Dalam hati, bilirubin mengalami konjugsi menjadi bentuk yang lebih polar sehingga lebih mudah diekskresi ke dalam empedu dengan penambahan 2 molekul asam glukoronat. Proses ini dikatalisis oleh enzim diglukoronil transferase dan menghasilkan bilirubin diglukoronida. Enzim tersebut terutama terletak dalam retikulum endoplasma halus dan menggunakan UDP-asam glukoronat sebagai donor glukoronil. Aktivitas UDP-glukoronil transferase dapat diinduksi oleh sejumlah obat misalnya fenobarbital.

Sekresi
Bilirubin yang sudah terkonjugasi akan disekresi kedalam empedu melalui mekanisme pangangkutan yang aktif dan mungkin bertindak sebagai rate limiting enzyme metabolisme bilirubin. Sekeresi bilirubin juga dapat diinduksi dengan obat-obatan yang dapat menginduksi konjugasi bilirubin. Sistem konjugasi dan sekresi bilirubin berlaku sebagai unit fungsional yang terkoordinasi.

Metabolisme Bilirubin di Usus
Setelah mencapai ileum terminalis dan usus besar bilirubin terkonjugasi akan dilepaskan glukoronidanya oleh enzim bakteri yang spesifik (b-glukoronidase). Dengan bantuan flora usus bilirubin selanjutnya dirubah menjadi urobilinogen.
Urobilinogen tidak berwarna, sebagian kecil akan diabsorpsi dan diekskresikan kembali lewat hati, mengalami siklus urobilinogen enterohepatik. Sebagian besar urobilinogen dirubah oleh flora normal colon menjadi urobilin atau sterkobilin yang berwarna kuning dan diekskresikan melalui feces. Warna feces yang berubah menjaadi lebih gelap ketika dibiarkan udara disebabkan oksidasi urobilinogen yang tersisa menjadi urobilin.

Pofiria

Abnormalitas biosintesis heme menimbulkan gangguan yang dikenal dengan porfiria. Pada porfiria terjadi peningkatan ekskresi porfirin atau prazat porfirin. Kelainan ini jarang terjadi. Porfiria dibagi dalam 2 golongan besar yaitu : (1) Porfiria herediter; (2) Porfiria didapat (acquired porphyria). Organ atau sel yang paling banyak terkena pada porfiria umumnya merupakan organ atau sel yang aktif menyintesis heme seperti sumsum tulang dan hati. Oleh karena itu porfiria juga sering diklasifikasikan berdasarkan organ atau sel yang terkena yaitu porfiria eritropoetik dan hepatik.

1. Porfiria Herediter
a. Acute Intermittent Porphyria
Merupakan penyakit yang diturunkan secara autosomal dominan dan biasanya menjadi nyata setelah usia pubertas. Pada penderita ini aktivitas enzim uroporfirinogen I menurun sehingga sintesis AmLev sintase meningkat. Akibatnya terjadi akumulasi AmLev dan porfobilinogen di jaringan dan cairan tubuh yang kemudian diekskresi melalui urine. Kedua bahan ini tak berwarna tetapi jika terkena sinar/udara porfobilinogen akan menjadi porfirin yang berwarna, sehingga urine penderita menjadi berwarna gelap jika terkena sinar/udara.
Akumulasi AmLev dan porfobilinogen menimbulkan efek toksik pada syaraf abdomen dan SSP, sehingga menimbulkan gejala klinis nyeri perut, muntah-muntah, dan gangguan neuropsikiatri. Kemungkina AmLev juga dapat menghambat enzim ATP-ase di jaringan syaraf atau mungkin AmLev diambil jaringan otak sehingga melumpuhkan hantaran impuls syaraf.
Penderita ini tak mengalami kepekaan yang abnormal terhadap cahaya pada kulitnya. Serangan akut sering terjadi sebagai akibat dari pemberian obat-obatan seperti barbiturat, hormon estrogen dan steroid yang dalam proses metabolismenya memerlukan heme (sitokrom-P450). Pemakaian heme mengakibatkan konsentrasinya menurun sehingga hambatan terhadap AmLev sintase menurun akibatnya aktivitas AmLev sintase meningkat, produksi AmLev dan porfobilinogen juga meningkat, terjadilah serangan akut.

b. Congenital Erytropoetic Porphyria
Merupakan penyakit autosomal resesif. Disini terjadi ketidakseimbangan antara aktifitas uroporfirinogen I sintase dan uroporfirinogen III kosintase, dimana terdapat kekurangan uroporfirinogen III kosintase, sehingga pembentukan derivat yang simetris lebih besar dari yang asimetris. Karena koproporfirinogen oksidase tidak dapat bekerja pada koproporfirinogen I (bentuk yang simetris) mengakibatkan terjadinya akumulasi koproporfirinogen I dan prazat-prazat sebelumnya.
Penderita ini mengekskresi uroporfirinogen I dan koproporfirinogen I dalam urine yang segera dioksidasi menjadi uroporfirin I dan koproporfirin I yang berwarna merah. Dengan sinar UV gigi penderita memberikan fluoresensi merah, sedangkan kulitnya menunjukkan fotosensitifitas yang berlebihan dan kerapuhan yang menyolok.
Porfirinogen akan mengalami oksidasi menjadi porfirin. Derivat porfirin yang bersesuaian akan bereaksi terhadap cahaya tampak dengan panjang gelombang 400 nm. Pajanan cahaya ini menyebabkan porfirin terangsang dan bereaksi dengan oksigen molekuler sehingga terbentuk radikal oksigen. Karena reaktifitasnya radikal oksigen yang terbentuk dapat menyerang berbagai komponen sel termasuk lisosom. Lisosom yang rusak mengeluarkan enzim pengurai yang mengakibatkan kerusakan dan kecacatan pada kulit. Hal inilah yang mendasari terjadinya fotosensitifitas berlebihan yang mengakibatkan penderitanya menyukai kegiatan di malam hari. Kenyataan ini, ditambah dengan gangguan neuropsikiatri yang terjadi menimbulkan spekulasi bahwa prototipe manusia srigala adalah penderita porfiria.
Pemberian β karoten dan tabir surya dapat mengurangi fotosensitifitas. β karoten bekerja dengan cara menetralisir radikal oksigen (bertindak sebagai antioksidan) sedangkan tabir surya dapat menyaring/mengurangi paparan cahaya tampak.

c. Coproporphyria
Merupakan penyakit yang diturunkan secara autosomal dominan. Gangguan terjadi akibat kekurangan enzim koproporfirinogen oksidase yang mengkatalisis perubahan koproporfirinogen III menjadi protoporfirinogen IX. Koproporfirinogen III yang berlebihan akan diekskresi melalui urine dan feces yang segera dioksidasi menjadi koproporfirin yang berwarna merah. Disini terjadi hambatan pembentukan heme terutama dalam keadaan stres, sehingga menyebabkan derepresi AmLev sintase, akibatnya terjadi penumpukan AmLev, porfobilinogen dan intermediet-intermediet heme proksimal terjadinya hambatan. Pada penderita ini terjadi penumpukan AmLev dan porfobilinogen dan sedikit gejala foto sensitifitas oleh karena terjadi kelebihan koproporfirinogen dan uroporfirinogen. Pemberian infus hematinakan memberikan perbaikan terhadap penderita.

d. Porfiria Varigata (Variegate Porphyria)
Merupakan penyakit yang diturunkan secara autosomal dominan. Gangguan terjadi akibat hambatan parsial perubahan protoporfirinogen menjadi heme dan tampaknya yang bertanggungjawab adalah 2 enzim dalam mitokondria yaitu protoporfirinogen oksidase dan ferokelatase. Kultur sel fibroblas kulit dari penderita ini menunjukkan hanya 50% dari batas normal enzim protoporfirinogen oksidase. Penderita menunjukkan defisiensi heme yang relatif pada keadaan stres dan terjadi derepresi dari AmLev sintase. Pada penderita ini diekskresi AmLev, porfobilinogen, uroporfirin, koproporfirin didalam urine dan uroporfirin, koproporfirin dan protoporfirin dalam fecesnya. Penderita menunjukkan fotosensitifitas pada kulitnya.

e. Porphyria Cutanea Tarda
Merupakan penyakit yang diturunkan secara autosomal dominan tetapi baru muncul terutama bila terjadi kerusakan hati. penyakit ini merupakan jenis porfiria yang paling sering dijumpai. Biasanya berhubungan dengan beberapa kerusakan hati terutama oleh karena terlampau banyak alkohol atau besi. Penyebab gangguan metabolisme sebenarnya belum diketahui dengan jelas, tetapi mungkin disebabkan defisiensi parsial enzim uroporfirinogen dekarboksilase.Urine penderita mengandung uroporfirin I dan III yang meningkat tetapi jarang dijumpai peningkatan ekskresi AmLev dan porfobilinogen dalam urine. Di dalam hati terdapat banyak porfirin sehingga menunjukkan fluoresensi yang kuat. Manifestasi klinis utama pada penderita ini adalah fotosensitifitas pada kulitnya.

f. Erythropoetic Protoporphyria
Disebabkan defisiensi parsial dari aktifitas enzim ferokelatase yang herediter dominan pada mitokondria semua jaringan. Gejala klinis sering berhubungan dengan urtikaria akut oleh sinar matahari. Protoporfirin IX meningkat didalam eritrosit, plasma dan feces, sedangkan kulit dan retikulosit menunjukkan fluoresensi merah.

2. Porfiria (di dapat) Akuisita
Disebabkan oleh zat-zat yang toksik seperti heksaklorobenzen, timbal, garam logam berat dan obat-obatan seperti griseofulvin. Logam berat menghambat beberapa enzim yang berperanan pada sintesis heme termasuk AmLev dehidratase, uroporfirinogen sintase dan ferokelatase. Timbal dapat terikat pada gugus SH ferokelatase dan AmLev dehidratase sehingga aktifitasnya terganggu.

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi Enzimatik

Kecepatan reaksi enzim dipengaruhi oleh banyak faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi tersebut diantaranya adalah: (1) suhu; (2) pH; (3) kadar enzim; (4) kadar substrat; (5) aktivator; (6) inhibitor.

Suhu
Pada suhu kurang dari atau sama dengan 0ºC, biasanya enzim tidak mengalami kerusakan, tetapi umumnya tidak aktif. Pada suhu yang meningkat, kecepatan reaksi enzimatis akan bertambah. Setiap kenaikan suhu 10ºC kecepatan reaksi enzimatis meningkat dua kali lipat, tapi hanya sampai keadaan dimana tingkat energi kinetik enzim tidak melampaui tingkat yang memecahkan ikatan nonkovalen yang mempertahankan struktur protein/enzim. Kecepatan reaksi meningkat bila suhu ditingkatkan sampai pada suhu optimum.

Pada suhu optimum reaksi berlangsung paling cepat. Enzim didalam tubuh manusia memiliki suhu optimum sekitar 37oC. Enzim organisme mikro yang hidup dalam lingkungan dengan suhu tinggi mempunyai suhu optimum yang tinggi. Bila suhu ditingkatkan terus, maka jumlah enzim yang aktif akan berkurang karena mengalami denaturasi sehingga kecepatan reaksi justru menurun. Sebagian besar enzim menjadi tidak aktif pada pemanasan sampai 70 oC. Dalam beberapa keadaan, selama proses denaturasi masih reversibel jika pemanaasan dihentikan dan enzim didinginkan kembali aktivitasnya dapat pulih.

Pada suhu yang meningkat, kecepatan reaksi juga meningkat (Vo), tetapi denaturasi lebih mudah terjadi. Suhu optimum selalu berubah tergantung pada waktu.

pH
Enzim merupakan protrein jadi peka terhadap perubahan pH. Perubahan pH yang moderat ( berkisar 5 -9 ) akan mempengaruhi aktifitas enzim dengan mengubah status muatan pada gugus R yang bersifat asam atau basa lemah dari residu asam amino yang berfungsi pada proses katalisis. Perubahan pH dapat pula mengubah status muatan subtrat .
pH dimana enzim tersebut bekerja aktif secara optimal disebut pH optimum, yaitu pH dimana ∆S/t pada tiap-tiap saat selalu lebih besar dibandingkan pada pH yang lain.
Pada pH yang terlalu tinggi atau terlalu rendah, enzim akan mengalami denaturasi.Hal ini disebabkan terjadinya protonasi atau deprotonasi residu asam amino yang bersifat asam atau basa sehingga residu tersebut tidak dapat lagi membentuk ikatan garam yang mempertahankan struktur sekunder, tersier dan kuartener.

Sebagian besar enzim di dalam tubuh mempunyai pH optimum antara 5 - 9, kecuali beberapa enzim misalnya pepsin (pH optimum = 2) dan (pH optimum=8).
Asam amino penyusun protein pada pH isolektrik (muatan + = -), digambarkan sebagai berikut :
Pada pH <> pH isoelektrik, gugus NH3+ akan berubah menjadi NH2. Dari uraian tersebut jelas bahwa perubahan pH dapat merubah muatan gugus asam amino, sehingga mengganggu aktivitasnya. Sebagai contoh misalnya reaksi antara enzim yang bermuatan negatif (Enz-) dan substratnya yang bermuatan positif (SH+).

Kinetika enzim

Mengukur Kadar Enzim

Enzim sebagai katalisator juga mempunyai sifat-sifat seperti katalisator pada umumnya, seperti ikut bereaksi, tetapi padaakhir reaksi didapatkan kembali dalam bentuk semula. Hal tersebut mengakibatkan enzim dapat dipakai kembali setelah melaksanakan aktivitasnya, sehingga tubuh kita tidak membutuhkan enzim dalam jumlah yang besar. Jumlah/kadar enzim yang kecil tersebut menimbulkan kesulitan tersendiri bagi kita untuk mengukur kadar enzim, sehingga memerlukan teknik yang rumit. Secara klinis pengukuran kadar enzim sangat penting dilakukan. Disamping untuk mengetahui kadar suatu enzim pada seorang penderita, Enzim plasma nonfungsinal dapat dijadikan sebagai petanda adanya kerusakan organ tertentu.
Pengukuran kadar enzim dapat dilkaukan denga dua cara, yaitu: (1) dibandingkan dengan enzim murni; (2) Mengukur kecepatan reaksi yang dikatalisisnya. Cara ke-1 dilakukan dengan membandingkan enzim yang ingin diukur kadarnya dengan enzim murni yang sudah
diketahui kadarnya. Kadar enzim dinyatakan dengan satuan µg. Sebagai contoh misalnya enzim murni dengan kadar 2 ug dapat mengkatalisis substrat dengan jumlah tertentu selama 10 detik. Jika memakai enzim yang ingin diukur kadarnya membutuhkan waktu 20 detik, maka kadar enzim yang bersangkutan adalah 1 ug.

Pengukuran dengan cara diatas, jelas membutuhkan tersedianya enzim murni. Kenyataannya banyak enzim yang belum tersedia bentuk murninya. Untuk mengatasi hal ini digunakanlah cara ke-2. Satuan enzim dinyatakan dalam unit. Kadar enzim diukur berdasarkan jumlah substrat yang bereaksi atau produk yang terbentuk per satuan waktu. Satu unit internasional disepakati sebagai jumlah enzim yang perlukan untuk mengkatalisis pembentukan 1 µ mol produk per menit pada kondisi tertentu.

Pengukuran aktifitas enzim dapat pula dilakukan menggunakan alat spektrofotometer. Sebagai contoh misalnya aktifitas enzim dehidrogenase yang bergantung NAD(P)+ diperiksa secara spektofotometris dengan mengukur perubahan absorbsi nya pada 340 nm yang menyertai oksidasi atau reduksi NAD(P)+/NAD(P)H. Oksidasi NADH menjadi NAD+ terjadi disertai dengan penurunan densitas optik (OD, optical density) pada 340 nm, yang proporsional dengan jumlah NADH yang dioksidasi. Demikian pula, kalau NAD+ direduksi, OD pada 340 nm akan meningkat sebanding dengan jumlah NADH yang terbentuk. Perubahan OD pada 340 nm ini dapat dimanfaatkan bagi pemeriksaan analisis kuantitatif setiap enzim dehidrogenase yang bergantung NAD+ atau NADP+. Bagi enzim dehidrogenase yang mengatalitis oksidasi NADH oleh substratnya yang teroksidasi, kecepatan penurunan OD pada 340 nm akan berbanding lurus dengan konsentrasi enzim. Oleh karena itu, hasil pengukuran kecepatan penurunan OD pada 340 nm memungkinkan kita menyimpulkan kuantitas enzim.

Kecepatan Reaksi Enzimatik
Kecepatan reaksi enzimatik dapat diukur dengan mengukur jumlah substrat yang diubah atau produk yang dihasilkan persatuan waktu, seperti yang diperlihatkan pada kurva perjalanan reaksi enzimatik (progess curve). Pada awalnya grafik berupa garis lurus, kemudian berbelok (Gambar 3.2). Grafik berbelok karena: (1) kadar substrat berkurang; (2) terdapat product inhibition. Kecepatan reaksi enzimatik pada suatu waktu yang sangat pendek, atau pada satu titik tertentu pada grafik diatas disebut kecepatan sesaat (instantaneus velocity). Kecepatan sesaat merupakan tangens dari garis singgung terhadap grafik pada suatu titik tertentu. Kecepatan sesaat pada waktu mendekati nol, yaitu saat grafik masih berupa garis lurus disebut kecepatan awal (Vo). Pada reaksi enzimatis, jika disebut kecepatan, umumnya yang dimaksud adalah kecepatan awal. Hal ini disebabkan karena pada keadaan awal reaksi, kita dapat mengetahui kondisi/ keadaan dengan lebih tepat. Disamping kecepatan sesaat dan Vo, juga dikenal istilah kecepatan rata-rata, yaitu perbandingan antara perubahan jumlah substrat terhadap waktu.

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi Enzimatik
Kecepatan reaksi enzim dipengaruhi oleh banyak faktor. Faktor-faktor yang mempengaruhi tersebut diantaranya adalah: (1) suhu; (2) pH; (3) kadar enzim; (4) kadar substrat; (5) aktivator; (6) inhibitor.

Metabolisme Porfirin

METABOLISME PORFIRIN
1. Pendahuluan
1.1 Batasan
Porfirin adalah senyawa siklik yang dibentuk dari gabungan empat cincin pirol melalui jembatan metenil (-CH=). Sifat khas porfirin adalah pembentukan kompleks dengan ion-ion logam (metaloporfirin) yang terikat pada atom nitrogen cincin-cincin pirol. Sebagai contoh misalnya heme yang merupakan porfirin besi dan klorofil, merupakan porfirin magnesium.

Di alam, metaloporfirin terkonjugasi dengan protein membentuk senyawa-senyawa penting dalam proses biologi, antara lain: (1) Hemoglobin, merupakan porfirin besi yang terikat pada protein globin dan mempunyai fungsi penting pada mekanisme transport oksigen dalam darah;(2) Mioglobin, merupakan pigmen pernafasan yang terdapat dalam sel-sel otot; (3) Sitokrom, berperan sebagai pemindah elektron (electron transfer) pada proses oksidasi reduksi.

1.2 Kimia Porfirin
Porfirin mengandung nitrogen tersier pada 2 cincin pirolen sehingga bersifat basa lemah dan adanya gugus karboksil pada rantai sampingnya menyebabkan juga bersifat asam. Titik isoelektriknya berkisar pada pH 3-4, sehingga pada pH trersebut porfirin mudah diendapkan dalam larutan air. Berbagai jenis porfirinogen tidak berwarna, sedangkan berbagai jenis porfirin berwarna. Porfirin dan derivat-derivatnya mempunyai spektrum absorbsi yang khas pada daerah yang dapat dilihat dan pada daerah ultraviolet. Larutan porfirin dalam HCl 5% mempunyai pita absorbsi pada 400 nm yang disebut pita Soret.

Porfirin dalam asam mineral kuat atau pelarut organik dan kemudian disianari sinar ultraviolet akan memancarkan fluoresensi merah yang kuat. Sifat fluoresensi ini sangat khas sehingga sering dipakai untuk mendeteksi porfirin bebas dengan jumlah yang sedikit. Sifat absorbsi dan fluoresensi yang khas dari porfirin disebabkan oleh ikatan rangkap yang menyatukan cincin pirol. Ikatan rangkap ini tidak ada pada porfirinogen sehingga tidak menunjukkan sifat-sifat tersebut. Jika porfirinogen mengalami oksidasi dengan melepaskan 6 atom H akan terbentuk porfirin yang mempunyai ikatan rangkap.

2. Biosintesis Heme
2.1 Tahap-tahap Biosintesis Heme
Biosintesis heme dapat terjadi pada sebagian besar jaringan kecuali eritrosit dewasa yang tidak mempunyai mitokondria. Sekitar 85% sintesis heme terjadi pada sel-sel prekursor eritoid di sumsum tulang dan sebagian besar sisanya di sel hepar. Biosintesis heme dapat dibagi menjadi 2 tahap, yaitu: (1) Sintesis porfirin; (2) Sintesis heme.

Biosintesis heme dimulai di mitokondria melalui reaksi kondensasi antara suksinil-KoA yang berasal dari siklus asam sitrat dan asam amino glisin. Reaksi ini memerlukan piridoksal fosfat untuk mengaktivasi glisin, diduga piridoksal bereaksi dengan glisin membentuk basa Shiff, di mana karbon alfa glisin dapat bergabung dengan karbon karbosil suksinat membentuk α-amino-β-ketoadipat yang dengan cepat mengalami dekarboksilasi membentuk d-amino levulinat (ALA/AmLev). Rangkaian reaksi ini dikatalisis oleh AmLev sintase/sintetase yang merupakan enzim pengendali laju reaksi pada biosintesis porfirin.

AmLev yang terbentuk kemudian keluar ke sitosol. Di sitosol 2 molekul AmLev dengan perantaraan enzim AmLev dehidratase/dehidrase membentuk porfobilinogen yang merupakan prazat pertama pirol. AmLev dehidratase merupakan enzim yang mengandung seng dan sensitif terhadap inhibisi oleh timbal

Empat porfobilinogen selanjutnya mengadakan kondensasi membentuk tetrapirol linier yaitu hidroksi metil bilana yang dikatalisis oleh enzim uroporfirinogen I sintase (porfobilinogen deaminase). Hidroksi metil bilana selanjutnya mengalami siklisasi spontan membentuk uroporfirinogen I yang simetris atau diubah menjadi uroporfirinogen III yang asimetris dan membutuhkan enzim tambahan yaitu uroporfirinogen III kosintase Pada kondisi normal hampir selalu terbentuk uroporfirinogen III.

Uroporfirinogen III selanjutnya mengalami dekarboksilasi, semua gugus asetatny (A) menjadi gugus metil (M) membentuk koproporfirinogen III. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim uroporfirinogen dekarboksilase. Enzim ini juga mampu mengubah uroporfirinogen I menjadi koproporfirinogen I.

Selanjutnya, koproporfirinogen III masuk ke dalam mitokondria serta mengalami dekarboksilasi dan oksidasi, gugus propionat (P) pada cincin I dan II berubah menjadi vini (V). Reaksi ini dikatalisis oleh koproporfirinogen oksidase dan membentuk protoporfirinogen IX. Enzim tersebut hanya bisa bekerja pada koproporfirinogen III, sehingga protoporfirinogen I umumnya tidak terbentuk. Protoporfirinogen IX selanjutnya mengalami oksidasi oleh enzim protoporfirinogen oksidase membentuk protoporfirin IX. Protoporfirin IX yang dihasilkan akan mengalami proses penyatuan dengan Fe++ melalui suatu reaksi yang dikatalisis oleh heme sintase atau ferokelatase membentuk heme.

2.2 Pengendalian Biosintesis Heme
Enzim yang bertindak sebagai regulator biosintesis heme adalah AmLev sintase. Heme yang mungkin bekerja melalui molekul aporepresor menghambat sintesis AmLev sintase, dalam hal ini kemungkinan terjadi feed back negative. Obat yang metabolismenya menggunakan hemoprotein spesifik di hati (sitokrom-P450) menyebabkan konsentrasi heme intra seluler menurun. Hal ini menyebabkan represi terhadap AmLev sintase menurun. Aktivitas AmLev sintase meningkat sehingga sintesis heme juga meningkat. Pemberian glukosa dan hematin dapat mencegah pembentukan AmLev sintase sehingga menurunkan sintesis heme.

Kofaktor

Kofaktor

Banyak enzim dalam melaksanakan fungsi katalitiknya membutuhkan senyawa lain yang bukan protein. Senyawa lain tersebut disebut kofaktor. Kofaktor tersebut harus terikat terlebihdulu dengan enzim sebelum melaksanakan fungsi katalitiknya. Kofaktor dapat berupa senyawa inorganik atupun organik. Kofaktor yang berupa senyawa inorganik, yaitu logam disebut kofaktor logam, sedangkan kofaktor yang berupa senyawa organik nonprotein disebut koenzim.

Kofaktor Logam
Logam berperananan baik membantu proses katalisis oleh enzim maupun penyusunan struktural yang penting. Sebagian enzim yang dikenal mengandung atau memerlukan logam yang berikatan secara kovalen atau nonkovalen untuk aktivitasnya. Jika terikat secara kovalen, pada pemurnian enzim, logam tidak dapat dilepaskan. Enzim yang seperti itu disebut metaloenzim, sedangkan yang terikat secara nonkovalen, biasanya logam berupa ion logam yang diperlukan untuk mengaktifkan enzim. Perbedaan antara metaloenzim dan enzim yang diaktifkan logam, juga dapat dilihat pada afinitas enzim terhadap logamnya.
Pada beberapa metalo enzim, logam yang terikat secara kovalen, sering mempunyai aktivitas katalitik sendiri. Sebagai contoh misalnya enzim katalse mengandung besi (katalase merupakan porfirin besi). Katalase mengkatalisis perubahan hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen. Besi sendiri dapat mengkatalisis reaksi diatas dengan kecepatan yang lebih lambat. Antara active site enzim (Enz), logam (M), dan substratnya (S), membentuk kompleks.

Sebagian enzim membutuhkan senyawa organik nonprotein yang spesifik dalam melaksanakan fungsinya/ mengkatalis reaksi-reaksi. Senyawa organik itu disebut koenzim. Koenzim mempunyai bobot molekul rendah dan lebih stabil terhadap panas, Bila ada komplek/ ikatan enzim dan koenzim dapat terjadi katalisis. Sistem komplek enzim dan koenzim itu disebut holoenzim. Apabila koenzim terlepas, enzim menjadi inaktif dan dinamakan apoenzim. Koenzim akan memperbesar kemampuan katalitik sebuah enzim sehingga jauh melebihi kemampuannya sendiri. Jenis reaksi yang sering memerlukan koenzim adalah oksidasi reduksi, reaksi-reaksi pemindahan gugus dan isomerasi yang menghasilkan pembentukan ikatan kovalen (klas1, 2, 5, dan 6) sebaliknya yaitu reaksi lisis, termasuk reaksi hidrolisis seperti yang dikatalis oleh enzim-enzim saluran pencernaan umumnya tidak memerlukan koenzim

katan antara koenzim dengan enzim dapat berupa ikatan kovalen maupun nonkovalen. Jika ikatan berupa ikatan kovalen, maka koenzimnya yang membentuk ikatan dengan enzim dinamakan gugus prostetik. Jika ikatan berupa ikatan nonkovalen yang lebih lemah koenzim sering disebut dengan kosubstrat. Koenzim yang mampu berdifusi secara bebas umumnya dapat didaur ulang dan berfungsi sebagai unsur pembawa hidrogen (FADH, NADH dan NADPH), atau unit-unit kimia seperti gugus asil (koenzim A) dan gugus metil (folat).

Koenzim yang terikat dengan ikatan nonkovalen dianggap sebagai kosubstrat atau substrat sekunder karena dua alasan, yaitu :
1) Perubahan kimia pada koenzim tepat mengimbangi perubahan kimia yang terjadi di dalam substrat.
2) Perubahan kimia pada koenzim sering mempunyai makna fisologis mendasar yang lebih penting.
Banyak dari koenzim-koenzim tersebut merupakan derivat ataupun mengandung vitamin B komplek, serta derivat adenosin monofosfat (AMP). Hal ini dikarenakan vitamin B (nikotinamida, tiamin, riboflavin dan asam pantotenat) merupakan unsur esensial yang membentuk koenzim bagi oksidasi serta reduksi biologik. Misalnya untuk metabolisme asam-asam amino diperlukan vitamin B6. Untuk oksidasi biologi diperlukan nikotinamida, tiamin, riboflavin, asam pantotenat dan asam lipoat. Untuk metabolisme zat dengan satu atom C diperlukan asam folat dan vitamin B12.Demikian juga AMP seperti ; adenin, ribosa, serta fosfat.

Isozim (Isomerik Enzim)
Isozim merupakan sekolompok enzim yang mempunyai aktivitas yang sama. Bentuk-bentuk enzim tersebut berbeda secara fisik, kimia dan imunologik dan dapat dipisahkan. Isozim lazim ditemukan di dalam serum dan jaringan semua vertebrata, insekta, tumbuhan, dan organisme uniseluler. Jaringan yang berbeda dapat mengandung isozim yang berbeda pula, dan semua isozim ini mempunyai afinitas berbeda-beda terhadap substrat.

Proenzim atau zimogen merupakan enzim yang diproduksi dalam bentuk inaktif. Ada dua tujuan utama pembentukan proenzim ini, yaitu: (1) Melindungi tubuh dari proses autodigesti; (2) Melayani kebutuhan enzim tertentu dengan cepat. Sebagai contoh misalnya pepsinogen, tripsiogen dan kemotripsinogen.

Tata Nama Enzim

Pada saat baru beberapa enzim yang dikenal, penamaan enzim dilakukan tanpa memperhatikan acuan tertentu seperti emulsin, ptyalin. Penamaan tersebut tidak memberikan informasi yang jelas. Setelah makin banyak enzim ditemukan, enzim-enzim tersebut diidentifikasi dengan penambahan akhiran ase pada nama substrat yang dikatalisisnya. Sebagai contoh misalnya enzim yang mengkatalisis pemecahan lipid (hidrolisis lipid = lipos) disebut lipase; Enzim yang menggunakan pati (amilum = amylos) sebagai substratnya disebut amilase.
Seiring dengan perkembangan zaman, dimana makin banyak enzim yang ditemukan, para ahli biokimia berpendapat penamaan tersebut tidak memadai, ketika ditemukan berbagai enzim yang mengatalisis reaksi yang berbeda terhadap substrat yang sama. Misalnya ada beberapa enzim yang menggunakan glukosa 6 fosfat sebagai substrat yaitu fosfo heksosa isomerase, glukosa 6 fosfatase, glukosa 6 fosfat dehidrogenase dan fosfoglukomutase. Kenyataan tersebut dapat membingungkan, karena memberi nama yang sama pada enzim-enzim yang berbeda. Pada perkembangan berikutnya, akhiran -ase tetap digunakan, tetapi lebih ditekankan pada tipe reaksi yang dikatalisisnya (digunakan sebagai akhiran jenis reaksi yang dikatalisisnya). Sebagai contoh, enzim dehidrogenase mengatalisis pengeluaran hidrogen, sementara enzim transferase mengatalisis reaksi pemindahan gugus.
Dengan semakin banyaknya enzim yang ditemukan, ketidakjelasan juga semakin tak terelakkan, dan kerap kali tidak jelas enzim mana yang tengah dibicarakan oleh seorang penyelidik. Untuk mengatasi permasalahan ini, International Union of Biochemistry (IUB) telah menyusun sebuah sistem yang kompleks tetapi tidak meragukan bagi peristilahan enzim yang didasarkan pada mekanisme reaksi, tetapi nama yang lebih pendek dan sudah sering digunakan sebelumnya tetap digunakan dalam buku ajar dan laboratorium klinik.
Sistem penamaan enzim menurut IUB berdasarkan 4 kaidah pokok, yaitu:
1. Enzim dibagi menjadi enam klas, berdasarkan jenis reaksi yang dikatalisisnya, masing-masing di bagi lagi menjadi 4-13 subklas.
2. Nama enzim terdiri atas 2 bagian. bagian pertama menunjukkan substrat, sedangkan bagian kedua menunjukkan tipe reaksi yang dikatalisisnya, ditambah akhiran –ase.
Contoh: 1.1.1.1 Alkohol: NAD oksidoreduktase = alkohol dehidrogenase yang mengkatalisis di bawah ini:
Alkohol + NAD+ -------+ aldehid atau keton + NADH + H+
Sebagai substrat enzim tersebut adalah alkohol, NAD+ bertindak sebagai ko-substrat, sedangkan oksidoreduktase menunjukkan bahwa enzim tersebut mengkatalisis reaksi oksidasi-reduksi.

3. Apabila diperlukan informasi tambahan, untuk menjelaskan reaksi, dapat dituliskan dalam tanda kurung pada bagian akhir. Sebagai contoh misalnya, enzim yang mengatalisis reaksi L-malat + NAD+ ® piruvat + CO2 + NADH + H + diberi nama 1.1.1.37 L-malat: NAD+ oksidoreduktase (dekarboksilasi). Enzim yang dimaksud mengkatalisis reaksi oksidasi reduksi yang disertai dengan pelepasan CO2 (dekarboksilasi).
Bandingkanlah dengan enzim 1.1.1.37 L-malat: NAD+ oksidoreduktase yang mengkatalisis reaksi berikut ini:
L Malat: NAD+ → Oksaloasetat + NADH + H+
Reaksinya adalah dehidrogenase, tanpa disertai dekarboksilasi

4. Setiap enzim mempunyai nomor kode (EC) yang terdiri dari 4 nomor. Nomor pertama menunjukkan klas enzim yang bersangkutan (digit pertama), subklas (digit kedua), dan subsubklas (digit ketiga). Digit keempat adalah untuk enzim spesifik. Sebagai contoh misalnya enzim dengan EC 2.7.1.1. Enzim tersebut termasuk ke dalam klas 2 (transferase: lihat pembagian klas enzim), subklas 7 (transfer fosfat), subsubklas 1 (alkohol merupakan aseptor fosfat). Digit terakhir menunjukkan enzim yang bersangkutan, yaitu heksokinase atau ATP: D-heksosa 6-fosfotrasferase, sebuah enzim yang mengatalisis pemindahan fosfat dari ATP ke gugus hidroksil pada atom karbon keenam molekul glukosa.

D-Glukosa + ATP D-Glukosa-6-Fosfat + ADP

Sifat Enzim : spesifisitas enzim

Sifat yang penting dari enzim diantaranya adalah daya katalisisnya dan sifat katalisisnya yang spesifik terhadap reaksi tertentu. Enzim hanya dapat bekerja pada suatu substrat tertentu atau pada sejumlah kecil senyawa yang sejenis. Hal ini berbeda dengan katalisator inorganik seperti H+, OH- ataupun ion-logam. Sebagai contoh misalnya enzim laktase hanya bisa bekerja pada laktosa
Enzim mengkatalisis satu reaksi yang spesifik dan pada hakekatnya tidak mengkatalisis reaksi yang lain. Laju proses metabolisme oleh enzim dapat diatur oleh perubahan dalam efisiensi katalitik enzim spesifik. Spesifisitas enzim tergantung sifat ikatan enzim-substrat dan sifat gugusan katalitiknya. Juga dipengaruhi oleh tempat pengikatan substrat pada enzim, kofaktor-kofaktor organik maupun logam yang ada.
Sebagian enzim dapat mengkatalisis lebih dari satu jenis reaksi yang sama (pemindahan fosfat, oksidasi reduksi, dll) dengan hanya sejumlah kecil substrat yang secara struktural berhubungan/mirip, walaupun sering pada kecepatan reaksi yang secara bermakna lebih rendah. Berbagai reaksi dengan substrat alternatif ini cenderung terjadi kalau substrat terdapat dalam kadar yang tinggi, tetapi kadar seperti itu jarang ditemukan di dalam sel hidup.
Spesifisitas enzim terhadap reaksi dapat bersifat absolut maupun relatif. Suatu enzim disebut mempunyai spesifisitas yang absolut jika hanya dapat berekasi dengan satu substrat tertentu saja (hanya dapat mengkatalisis satu jenis reaksi). Sebagai contoh misalnya enzim glukokinase, yang mengkatalisis reaksi berikut ini :
a-D-Glukosa + ATP → a-D-Glukosa-6P + ADP
Enzim glukokinase tersebut hanya bisa bereaksi dengan satu substrat saja yaitu glukosa, sehingga dikatakan bersifat spesifisitas absolut.
Enzim dikatakan bersifat spesifisik relatif apabila dapat bereaksi dengan beberapa substrat yang sejenis. Sebagai contoh misalnya heksokinase. Heksokinase dapat bekerja terhadap substra heksosa seperti glukosa dan fruktosa, hanya dengan kecepatan yang berbeda. Karena substrat heksokinase lebih dari satu maka disebut bersifat spesifisik relatif.

Enzim umumnya menunjukan kespesifikan absolut untuk paling sedikit sebagian dari molekul substrat kecuali epimerase (rasemase), yang mengubah isomer. Misalnya maltase dapat mengkatalisis hidrolisis α-glukosida, akan tetapi tidak dapat bekerja terhadap β-glukosida. Glikosidase mengkatalisis asam L-amino tidak dapat mengkatalisis asam D-amino. Demikian pula enzim yang bekerja terhadap D-karbohidrat tidak dapat mengkatalisis L-karbohidrat. Sifat ini diperkirakan terjadi karena ikatan antara enzim dan substrat membentuk ikatan tiga dimensi.

Enzim Bersifat Spesifik Bagi Tipe Reaksi Yang Dikatalisis

Enzim untuk proses lisis (enzim lisis) bekerja pada kelompok kimia/gugus tertentu. Misalnya, enzim glikosidase pada glikosida, pepsin serta tripsin pada ikatan peptida, dan esterase pada senyawa- senyawa ester. Berbagai substrat peptida yang berbeda dapat diserang oleh hanya satu enzim sehingga mengurangi jumlah enzim pencernaan yang seharusnya diperlukan.
Enzim lisis tertentu memperlihatkan spesifisitas yang lebih tinggi. Enzim kimotripsin menghidrolisis ikatan peptida, pada reaksi ini, gugus karboksil berasal dari asam amino aromatik fenilalanin, tirosin, atau triptofan. Enzim karboksipeptidase dan aminopeptidase melepas asam-asam amino satu persatu, masing-masing secara berurutan, dari ujung terminal karboksil atau terminal-amino rantai polipeptida.
Meskipun beberapa enzim oksidoreduktase memanfaatkan NAD+ dan NADP+ sebagai akseptor elektronnya, kebanyakan hanya menggunakan salah satu diantaranya. Secara umum, enzim oksidoreduktase yang berfungsi dalam proses boisintesis sistem-sistem mamalia menggunakan NADPH sebagai reduktan, sementara enzim yang berfungsi dalam proses penguraian menggunakan NAD+ sebagai oksidan.

Enzim

Enzim adalah protein (satu atau beberapa gugus polipeptida) yang berperan sebagai biokatalisator. Sebagai protein enzim mempunyai sifat seperti protein pada umumnya,misalnya peka terhadap perubahan pH dan suhu, dan sebagai katalisator, tentunya enzim juga mempunyai sifat seperti katalisator pada umumnya. Katalisator merupakan suatu bahan yang ikut serta dalam reaksi kimia, mempercepat rekasi, tetapi pada akhir reaksi, bahan tersebut akan didapatkan kembali dalam bentuknya semula tanpa perubahan. Katalisator tidak merubah konstanta keseimbangan (Keq), tetapi mempercepat terjadinya keseimbangan. Jumlah katalisator tidak mempunyai hubungan stoikiometrik terhadap jumlah pereaksi (reaktan) meupun jumlah produk.

Mekanisme Kerja Enzim

Suatu reaksi kimia, muisalnya dari A----+P (A = reactants; P = products) dapat terjadi karena sebagian tertentu dari molekul A pada suatu waktu tertentu yang sangat pendek mempunyai energi cukup untuk mencapai keadaan aktif yang disebut keadaaan transisi. Untuk membawa molekul A ke keadaan transisi, harus ada penambahan sejumlah energi yang menyamai barier energi atau yang disebut energi aktivasi. Pada keadaan transisi ini, sangat besar kemungkinannya untuk terbentuk atau terputusnya suatu ikatan kimia sehingga terbentuk produk. Katalisator, termasuk enzim bekerja dengan cara menurunkan energi aktivasi.

Catalytic site

Enzim termasuk makromolekul, sedangkan substrat pada ummnya adalah mikro molekul, sehingga substrat tidak mungkin terikat pada semua permukaan enzim. Kenyataannya substrat hanya terikat pada suatu lokasi/permukaan tertentu dari enzim, pada tempat yang spesifik. Tempat pengikatan substrat pada enzim tersebut dinamakan active site/binding site/catalytic site. Active site mempunyai struktur 3 dimensi dan gugus yang spesifik. Hanya substrat yang mempunyai struktur dan gugus yang sesuailah yang dapat terikat. Substrat yang terikat membentuk kompleks enzim substrat terlebih dulu sebelum berubah mejadi produk

Kesesuaian bentuk (struktur dan gugus) antara enzim dan substrat dapat terjadi berdasarkan 2 teori, yaitu teori Fisher dan Koshland. Menurut teori Fisher kesesuaian bentuk tersebut telah ada sejak awal seperti kunci dan anak kunci karena penggabungan substrat kepada enzim menyerupai pemasangan kunci kepada anak kuncinya. Teori ini dikenal dengan lock and key theory. Substrat dianggap sebagai kunci dan enzim sebagai anak kunci. Teori ini dapat menerangkan mengapa enzim bersifat spesifik. Saat proses biokimia terjadi, enzim bergabung dengan substrat membentuk suatu kompleks enzim-substrat di active site enzim. Substrat berubah menjadi produk di dalam komleks enzim-substrat, kemudian produk yang terbentuk akan meninggalkan active site. Enzim tidak mengalami perubahan dan siap mengkatalisis substrat berikutnya.

Menurut teori Koshland semula kesesuaian bentuk sebenarnya tidak ada. Adanya substrat menyebabkan penyesuaian bentuk active site, sehingga terbentuk struktur yang sesuai. Penyesuaian bentuk tersebut dapat dilakuan oleh substratnya juga. Teori ini disebut juga induced fit theory.

Lokasi Enzim

Lokasi enzim dalam suatu organel sel menunjukkan hubungan dengan fungsi organel tersebut. Contohnya sebagai berikut:
- Kebanyakan enzim yang berkaitan dengan inti berhubungan dengan perangkat genetika.
- nzim-enzim mitokondria berperan dalam reaksi pengadaan energi atau reaksi-reaksi oksidasi yang memberikan tenaga bagi bermacam-macam sel.
- Enzim-enzim ribosomal penting dalam proses biosintesis protein.
- Enzim-enzim mikrosomal penting dalam bermacam-macam rekasi hidkroksilasi dalam biosintesis hormonsteroid dan metabolisme obat ataupun inativasi obat
- Lisosim mengandung enzim-enzim yang mengkatalisis destruksi hidorlitik bahan-bahan yang tidak diperlukan sel dan proses digestif intrasel.

Digesti (batasan)

Batasan

Bahan makanan yang dikonsumsi umumnya belum bisa langsung diserap, supaya dapat diserap bahan tersebut harus dipecah terlebih dulu menjadi molekul-molekul yang lebih kecil (digesti).
Digesti meliputi proses (1) Fisik, yaitu merubah molekul makan yang besar menjadi kecil, sehingga luas permukaan makanan meningkat; dan (2) Kimia, yaitu merubah senyawa komplek menjadi lebih sederhana. Di sini akan dibahas proses digesti berdasarkan proses kimia (biokimia)

Mengapa Perlu digesti??

Digesti diperlukan karena (1) Hanya molekul kecil yang dapat melintasi membran; (2) Membantu adaptasi sistem digestiv terhadap tipe makanan.

Pada proses pemecahan kimia dibutuhkan enzim hidrolase, yang akan mengkatalisis hidrolisis protein menjadi asam amino-asam amino; pati dan glikogen menjadi monosakarida-monosakarida; triasilgliserol menjadi monoasil gliserol, gliserol dan asam lemak.

Digesti di mulut:

Proses pencernaan sudah dimulai sejak makanan berada dirongga mulut. Liur mengandung musin, suatu glikoprotein yang bekerja sebagai pelumas saat mengunyah dan menelan.
Kandungan air pada liur yang mencapai 99%, mempermudah melarutnya molekul makanan dan hidrolase dapat bekerja optimal. Liur juga mengandung enzim amilase dan lipase. Amlilase liur akan memecah pati dan glikogen menjadi maltosa dan oligosakarida, sedangkan enzim amilase liur pada manusia kurang mempunyai peran pada proses pencernaan. Enzim-enzim tersebut menjadi inaktif pada pH≤4, sehingga tidak bisa bekerja ketika makanan sudah mencapai lambung.

Oksidasi Piruvat

Oksidasi Piruvat Menjadi Asetil-KoA

Pada suasana aerob, piruvat dapat masuk ke dalam mitokondria dengan adanya suatu transporter. Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi asetil-KoA oleh suatu enzim yang tersusun rapi dalam matrik mitokondria, yang disebut piruvat dehidrogenase komplek.
Mula-mula piruvat mengalami dekarboksilasi oleh enzim piruvat dehidrogenase dengan tiamin pirofosfat sebagai koenzim yang mengahsilkan CO2 dan α-hidroksietil-tiaminpirofosfat atau disebut juga active acetadehyde. Senyawa yang disebut belakangan ini dipindah pada protetik lipoamide dari enzim lipoil transasetilase. Dalam perpindahan ini disulfida dari liamida terdeuksi. Asetidehida teroksidasi menjadi asetil aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian dipindahkan pada koenzim A, membentuk astil –S-CoA dan menghasilkan lipoamida dalam bentuk disulfhidril. Koenzim yang tereduksi dioksidasi kembali oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase.

Flavoprotein yang tereduksi kemudian dioksidasi oleh NAD+. Piruvat dehidrogenase diaktivasi oleh fruktosa bisfosfat dan dihambat oleh hasil reaksinya yaitu NADH dan asetil-CoA. Arsenit atau ion merkuri membentuk komplek dengan gugusan –SH dari asam lipoat dan menghambat piruvat dehidrogenase. Kekurangan tiamin akan menyebabkan piruvat tertimbun.
Pada oksidasi piruvat ini akan dihasilkan asetil-KoA dan NADH. Untuk satu molekul glukosa akan dihasilkan dua NADH dan dua molekul asetil-KoA. NADH dapat memasuki rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif, yang dapat menghasilkan 3 ATP per satu molekul NADH, sedangkan asetil-KoA dapat dioksidasi lebih lanjut melalui siklus asam sitrat.

Glikolisis

Glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi piruvat atau asam laktat. Glikolisis merupakan lintasan utama pemakaian glukosa, terjadi dalam sitosol semua sel dengan tujuan untuk menghasilkan energi (ATP). Glikolisis dapat terjadi pada suasana aerobik maupun anaerobik. Pada suasana aerobik dapat menghasilkan 6 atau 8 ATP dan 2 molekul asam piruvat per molekul glukosa, Apabila glikolisis terjadi dalam suasana anaerobik maka akan menghasilkan 2 ATP dan 2 molekul asam laktat.

Tahapan Reaksi Glikolisis
Jalur ini disebut juga jalur Embden-Meyerhof. Semua enzim yang terlibat terdapat dalam fraksi ekstra mitokhondria (dalam sitosol). Mula-mula glukosa mengalami esterfikasi/aktifasi dengan fosfat (fosforilasi glukosa oleh ATP) membentuk glukosa 6 fosfat. Reaksi ini memerlukan ion Mg++ dan dikatalisis oleh enzim heksokinase dan glukokinase. Glukosa bebas sedikit sekali ditemukan dalam sel, sebagian terdapat dalam bentuk ester glukosa 6-P. Reaksi fosforilasi ini bersifat irreversibel (reaksi satu arah). Reaksi ini termasuk reaksi kunci pada glikolisis (enzimnya merupakan enzim kunci)

Heksokinase terdapat dalam bermacam-macam sel dan memiliki affinitas yang tinggi (Km yang rendah) terhadap glukosa. Enzim ini mempunyai peran utama menjaga pasokan glukosa bagi jaringan, terutama pada saat kadar glukosa darah rendah. Sesuai dengan namanya, heksokinase dapat pula mengkatalisis esterifikasi heksosa lainnya dengan ATP, sebagai contoh misalnya fruktosa menjadi fruktosa 6-P. Dalam sel binatang dan manusia, enzim ini merupakan enzim regulator karena dapat dihambat oleh hasil reaksinya.

Glukokinase terdapat dalam hepar (tidak didapatkan dalam otot). Dalam hepar glukokinase lebih dominan dari pada heksokinase. Mempunyai Km untuk glukosa jauh lebih tinggi dari enzim heksokinase, sehingga memerlukan glukosa lebih tinggi untuk menjadi. Berfungsi terutama untuk mengeluarkan glukosa dari dalam darah setelah makan dan berperan biasanya pada waktu kadar glukosa darah tinggi (sesudah makan). Enzim ini berkurang pada penderita diabetes mellitus. Selain itu, glukokinase tidak dihambat oleh glukosa 6-P.

Selanjutnya glukosa 6-P diubah menjadi fruktosa 6-P, dikatalisis enzim fosfoheksosa isomerase, di mana terjadi aldosa-ketosa isomerasi. Hanya anomer α–dari glukosa 6-P yang bisa dipakai sebagai substrat. Reaksi ini merupakan reaksi bolak balik. Fruktosa 6-P selanjutnya dirubah menjadi fruktosa 1,6-bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase (PFK). Reaksi ini juga membutuhkan ATP dan berlangsung satu arah. Sampai dengan rekasi ini, oksidasi satu molekul glukosa memerlukan dua ATP.

Fruktosa 1, 6 bisfosfat kemudian dipecah menjadi dua triosa fosfat oleh enzim aldolase, yaitu gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Ada 3 macam aldolase yang sudah diketahui, masing-masing terdiri dari empat subunit polipeptida yang berbeda komposisi asam aminonya. Alodolase A yang terdapat dalam sebagian besar jaringan. Aldolase B terdapat dalam sel hepar dan ginjal, sedangkan Aldolase C terdapat dalam sel otak.

Kedua triosa tersebut di atas dapat mengalami interkonversi (saling berubah) dengan bantuan enzim fosfotriosa isomerase. Selanjutnya gliseraldehid 3-fosfat mengalami oksidasi menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Karena adanya enzim fosfotriosa isomerase, dihidroksi asetonfosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bisfosfogliserat melalui gliseraldehid 3-fosfat. Enzim yang bertanggungjawab adalah gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, merupakan enzim yang aktivitasnya tergantung NAD. Enzim ini terdiri dari empat polipeptida yang identik membentuk tetramer. Empat gugusan SH terdapat pada tiap polipeptida, mungkin berasal dari residu sistein. Satu gugusan –SH terdapat pada active site. Mula-mula substrat berikatan dengan cycteinyl moiet pada dehidrogenase membentuk suatu tiohemiasetal, yang kemudian dioksidasi menjadi ditiolester. Atom hidrogen dipindah pada NAD yang terikat pada enzim. membentuk NADH Fosfat inorganik (Pi) ditambahkan pada reaksi ini.

Energi yang terjadi pada oksidasi di atas terwujud dalam ikatan fosfat energi tinggi pada posisi satu dari 1,3-bisfosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP pada reaksi dengan ADP yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase membentuk 3-fosfogliserat.
Karena ada 2 molekul triosafosfat yang dioksidasi maka akan terbentuk 2 molekul ATP. Pada reaksi ini, NAD+ tereduksi menjadi NADH. Reaksi tersebut termasuk fosforilasi pada tingkat substrat. Arsenat maka zat ini dapat berkompetisi dengan Pi yang akan menghasilkan 1-arseno-3-fosfogliserat, yang akan terhidrolisis spontan menghasilkan 3-fosfogliserat dan panas tanpa menghasilkan ATP. Jadi arsenat dapat memutus rangkaian oksidasi dan fosforilasi.
3-fosfogliserat selanjutnya diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase. Reaksi selanjutnya dikatalisis oleh enzim enolase, yang merubah 2-fosfogliserat menjadi fosfoenolpiruvat. Enolase dihambat oleh fluorida (F), sehingga F dapat menghambat glikolisis . Enolase membutuhkan adanya Mg++ atau Mn++.

Selanjutnya fosfat bertenaga tinggi dari fosfoenolpiruvat dipindah ke ADP menjadi ATP oleh enzim piruvat kinase membentuk enol piruvat. Untuk tiap satu molekul glukosa akan terjadi dua molekul ATP. Enzim piruvat kinase hepar berbeda sifatnya dengan enzim piruvat kinase otot. Pada otot, konsentrasi ATP yang tinggi akan menghambat enzim ini. Pada hepar enzim ini dapat dihambat oleh ATP dan alanin. Tapi adanya fruktosa 1,6-bisfosfat dengan konsentrasi tinggi akan dapat menghilangkan hambatan ini. Dalam hepar enzim ini dihambat juga oleh asam lemak rantai panjang dan asetil-KoA.

Enolpiruvat yang terbentuk kemudian mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat (piruvat). Sampai dengan reaksi di atas hasil netto dari oksidasi satu molekul glukosa menjadi dua piruvat adalah dua ATP (4-2 molekul ATP). Pada keadaan anaerobik, reoksidasi NADH melalui rantai respirasi tidak bisa terjadi. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi asam laktat yang dikatalisis anzim laktat dehidrogenase.

Dengan demikian, reoksidasi NADH melalui asam laktat memungkinkan glikolisis berlangsung tanpa oksigen karena NAD+ terbentuk cukup untuk keperluan enzim gliseraldehide-3-fosfat dehidrogenase. Jadi, jaringan pada keadaan hipoksia ada tendensi untuk membentuk asam laktat. Terutama dalam otot bergaris. Asam laktat yang terbentuk akan masuk ke peredaran darah dan bisa didapatkan dalam urin.
Dalam kreadaan aerob, piruvat yang dihasilkan tidak akan dirubah menjadi laktat melainkan mangalami oksidasi piruvat, masuk kedalam mitokondria. Sedangkan NADH yang dihasilkan akan memasuki mitokondria dan dioksidasi lebih lanjut melalui rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif. NADH sendiri tidak dapat menembus membran mitokondria. NADH masuk ke dalam mitokondria melalui mekanisme pengangkutan gerakan ulang-alik gliserofosfat (gliserofosfat shuttle) dan gerakan ulang-alik malat (malat shuttle). Jika NADH masuk ke dalam mitokondria menggunakan gliserofosfat shuttle oksidasi NADH akan menghasilkan 2 ATP dan akan menghasilkan 3 ATP jika menggunakan malat shuttle. Hal inilah yang mengakibatkan perbedaan ATP yang dihasilkan pada glikolisis aerob, yaitu bisa 6 atau 8 ATP. Glikolisis dalam eritrosit sekalipun dalam keadaan aerobik akan menghasilkan asam laktat karena enzim-enzim yang dapat mengoksidasi piruvat secara aerobik tidak ada dalam sel darah. Tiga reaksi glikolisis secara fisiologis boleh dikatakan reaksi searah (irreversibel), yaitu rekasi yang dikatalisis oleh enzim heksokinase/glukokinase, fosfofruktokinase dan piruvat kinase. Ketiga reaksi tersebut merupakan tapak utama bagi pengaturan glikolisis

SIKLUS ASAM SITRAT

Pendahuluan
Siklus asam sitrat yang dikenal juga sebagai siklus krebs atau siklus asam trikarboksilat merupakan lintasan akhir bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Glukosa, asam lemak dan banyak asam amino akan dimetabolisasi menjadi asetil koA atau intermediet yang ada pada siklus asam sitrat. Asetil koA selanjutnya dioksidasi yang akan menghasilkan hidrogen atau elektron sebagai ekuivalen pereduksi. Hidrogen tersebut kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam prses fosforilasi oksidatif. Enzim enzim yang erperanan pada siklus asam sitrat terdapat didalam mitokondria.

Reaksi-reaksi pada Siklus Asam Sitrat
Siklus asam sitrat dimulai dengan reaksi kondensasi antara asetil KoA dengan oksaloasetat yang dikatalisa oleh enzim sitrat sintase menghasilkan sitril KoA. Setelah terjadi hidrolisa akan menghasilkan sitrat dan koenzim A, Reaksi ini berlangsung satu arah.

SIKLUS ASAM SITRAT

Pendahuluan
Siklus asam sitrat yang dikenal juga sebagai siklus krebs atau siklus asam trikarboksilat merupakan lintasan akhir bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Glukosa, asam lemak dan banyak asam amino akan dimetabolisasi menjadi asetil koA atau intermediet yang ada pada siklus asam sitrat. Asetil koA selanjutnya dioksidasi yang akan menghasilkan hidrogen atau elektron sebagai ekuivalen pereduksi. Hidrogen tersebut kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam prses fosforilasi oksidatif. Enzim enzim yang berperanan pada siklus asam sitrat terdapat didalam mitokondria. (BERSAMBUNG)