Jalur Pentosa Fosfat dan Jalur Lain Pada
7. JALUR PENTOSA FOSFAT DAN JALUR LAIN PADA
METABOLISME HEXOSA
PENGANTAR
Jalur Pentosa Fosfat (Hexosa Monophosphat Shunt = HMS) merupakan suatu
lintasan alternatif dari metabolisme glukose. Jalur ini tidak menghasilkan ATP, tetapi
mempunyai 2 peran penting:
1. menghasilkan NADPH yang diperlukan pada sintesis reduktif, misalnya untuk
sintesis asam lemak dan steroid.
2. menghasilkan residu ribosa untuk sintesis asam nukleat.
Glukosa, fruktosa dan galaktosa secara kuantitatif merupakan hexosa paling penting
yang diabsorpsi dari usus. Hexosa ini diperoleh dari hasil hidrolisis amilum, sukrosa
dan laktosa. Selanjutnya di hepar telah ditemukan adanya jalur khusus untuk
mengubah fruktosa dan glukose menjadi glukosa. Jalur HMS sangat aktif di jaringan
hepar, adiposa, testis, kelenjar mammae laktasi, korteks adrenal, tiroid, eritrosit, tetapi
tidak aktif di otot. HMS merupakan suatu jalur reaksi yang kompleks bila dibandingkan
jalur glikolisis. Melewati HMS, dari tiga molekul glukosa-6 fosfat akan dihasilkan 3
molekul CO2 dan 3 residu monosakarida 5 karbon (pentosa). Proses selanjutnya akan
menghasilkan glukosa-6-fosfat dam 1 molekul gliseraldehid 3-fosfat. Dari 2 molekul
gliseraldehid-3 fosfat akan dihasilkan glukosa-6 fosfat dan akhirnya lewat jalur HMS ini
dapat dioksidasikan glukosa dengan sempurna.
3 glukosa 6-fosfat + 6 NADP ------> 3 CO2 + 2 glukosa 6-fosfat + gluseraldehid-3-P + 6
NADHP + 6H
KEPENTINGAN BIOMEDIS
Jalur metabolisme utama untuk pemanfaatan glukosa adalah glikolisis dan
jalur HMS. Adanya defisiensi enzim dalam jalur HMS merupakan penyebab utama
hemolisis enzim eritrosit yang dapat menimbulkan anemia hemolitika. Enzim kunci
pada kasus ini adalah glukosa-6-fosfat dehidrogenase (G-6-PD). Dari kajian
epidemiologis didapatkan lebih dari 100 juta penduduk dunia yang menderita defisiensi
enzim ini secara genetis.
Senyawa yang secara kuantitatif sedikit tetapi secara kualitatif mempunyai
fungsi besar untuk ekskresi sisa metaolit dan senyawa kimia asing (xenobiotik) ialah
glukoronida yang berasal dari asam glukoronat hasil metabolisme glukosa melalui jalur
asam uronat (uronic acid fathways). Kegagalan dalam proses jalur HMS dapat
menimbulkan pentosuria esensial (essetial pentossuria). (Tidak adanya satu enzim
tertentu dari HMS pada primata, merupakan penyebab diperlukannya vitamin C dalam
diit manusia tetapi hal ini tidak berlaku untuk mamalia lain). Defisiensi enzim untuk
metabolisme fruktosa dan galaktosa dalam jalur ini dapat menimbulkan fruktosuria
essensial dan galaktosemia. Fruktosa telah digunakan untuk nutrisi parenteral, tetapi
pada kadar tinggi dapat menyebabkan penurunan nukleotida adenin dalam hepar dan
ini mengakibatkan nekrosis hepar.
REAKSI JALUR HMS BERLANGSUNG DALAM SITOSOL
Enzim yang bekerja dalam HMS, terdapat di dalam sitosol. Seperti glikoalisis,
oksidasi dicapai melalui dehidrogenasi tetapi pada kasus HMS, dibutuhkan NADP dan
bukan NAD untuk sebagai akseptor ion hidrogen. Urutan reaksi dalam HMS terjadi
dalam 2 proses yaitu fase oxidative non-reversible dan fase nonoxidative reversible.
Pada awalnya, glukosa 6-fosfat mengalami dehibrogensi dan dekarboksilasi
menghasilkan suatu pentosa yaitu rinulosa 5-fosfat. Pada fase berikutnya ribulosa 5fosfat diubah kembali menjadi glukosa 6-fosfat melalui suatu seri reaksi yang
melibatkan transketolase dan transaldolase.
FASE OKSIDATIF MENGHASILKAN NADPH
Dehidrogenasi
pembentukan
dehidrogenase,
glukosa
6-fosfat
6-fosfoglukonolakton
suatu
enzim
menjadi
yang
yang
fosfoglukonat
dikatalisis
memerlukan
oleh
NADP.
terjadi
glukosa
melalui
6-fosfat
Selanjutnya
6-
fosfoglukonolakton mengalami hidrolisis oleh enzim glukonolakton hidrolase. Oksidasi
berikutnya dikatalisis oleh 6-fosfoglukonat dehidrogenase yang memerlukan NADP
sebagai
akseptor
hidrogen.
Reaksi
dekarboksilasi
diikuti
oleh
pembentukan
ketopentosa yaitu ribulosa - fosfat. Reaksi ini melalui 2 fase melibatkan senyawa
antara 3-keto-6 fosfoglukonat
FASE NON-OKSIDATIF MENGHASILKAN PREKURSOR RIBOSA
Ribulose-5 fosfat berperan sebagai substrat untuk 2 enzim yang berbeda yaitu
ribulosa 5-fosfat 3-epimerase yang merubah konfigurasi sekitar karbon 3 membentuk
epimer xylosa 5-fosfat, suatu ketopentosa lain. Enzim lain yaitu ribosa 5 fosfat
ketoisomerase mengubah ribulosa 5-fosfat menjadi aldopentosa yaitu ribosa-5 fosfat,
yang merupakan prekursor residu ribosa yang dibutuhkan untuk sintesis nukleotid dan
asam nukleat.
Transketolase dalam proses ini dibutuhkan untuk memindah 2 unit karbon
untuk karbon 1 dan 2 ketosa kepada karbon aldehid dari gula aldosa hasilnya adalah
perubahan gula keton menjadi aldose dengan atom karbon berkurang dua dan
bersamaan dengan perubahan gula aldose menjadi ketose dengan penambahan dua
atom karbon. Reaksi ini memerlukan tiamin sebagai koenzim tiamin difosfat dan
tambahan ion Mg. Dengan adanya pemindahan 2 unit karbon ini maka dihasilkan
ketosa dengan 7 atom karbon yaitu sedoheptulosa-7-fosfat dan aldosa gliseraldehid-3
fosfat.
Transaldolase membantu transfer 3 karbon dari dehidroksi aseton (karbon 1-3)
dari sedoheptulosa-7-fosfat menjadi gliseraldehid-3 fosfat membentuk ketose fraktosa6 fosfat dan aldosa 4 karbon yaitu erytrosa 4-fosfat. Dalam proses ini gliseraldehid-3
fosfat dibuahi menjadi glukosa 6-fosfat. Dalam reaksi ini melibatkan enzim pada
glikolisis yang bekerja sebaliknya untuk glukoneogenesis yaitu fruktol,6 bifoposfatase.
Bila enzim ini tidak ada maka gliseraldehid-3 fosfat mengikuti jalur normal glikolisis
diubah menjadi piruvat.
DUA JALUR UTAMA KATABOLISME GLUKOSA
Jalur Pentosa fosfat jelas berbeda dengan glikolisis. Oksidasi terjadi pada
reaksi pertama memerlukan NADP bukan NAD dan dihasilkan CO2 sebagai produk
khusus. Pada HMS tidak dihasilkan ATP seperti pada glikolisis. Pada HMS dihasilkan
ribosa yang tidak dapat dihasilkan oleh glikolisis.
EKUIVALEN PEREDUKSI DIHASILKAN DALAM JARINGAN KHUSUS UNTUK
KEPENTINGAN SINTESIS REDUKTIF
Aktivitas HMS meningkat dalam jaringan tertentu yang aktif melaksanakan sintesis,
misalnya di hepar, jaringan adiposa, korteks adrenal, tiroid, eritrosit, testis dan kelanjar
mamma yang laktasi; tetapi HMS tidak aktif dan kelenjar mammae yang tdak sedang
laktasi dan otot skelet. Di dalam jaringan tersebut banyak diperlukan NADPH untuk
reduksi. Yang meliputi sintesis asam lemak, steroid, asam amino melalui glutamat
dehidrogenase dan glutation teresuksi dalam eritrosit. Keadaan ini mungkin
disebabkan adanya lipogenesis yang aktif atau penggunaan NADPH meningkat
menghasilkan NADP yang memicu degradasi glukosa aktif melalui HMS. Di jaringan ini
terjadi peningkatan sintesis glukosa-6 fosfat dehidrogenase dan 6fosfoglukonat
dehidrogenase yang dipacu oleh insulin yang ada hubungannya dengan keadaan
kenyang.
PENTOSA DAPAT DISINTESIS DI SEMUA JARINGAN
HMS menyediakan residu ribosa untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat.
Sumbernya adalah ribosa-5 fosfat yang dapat beraksi dengan ATP membentuk
pirofosforibosil-5 fosfat (PPRP) untuk biosintesis nukliotida. Meskipun demikian otot
skelet mengandung sedikit glukosa-6 fosfat dehidrogenase dan 6-fosfoglukonat
dehidrogenase. Otot skelet, seperti jaringan lainnya mampu mensintesis ribosa 5fosfat
untuk sintesis nukleotida. Reaksi ini dilengkapi oleh kebalikan dari fase nonoksidatif
HMS dengan memanfaatkan fruktosa 6-fosfat. Dengan demikian adalah tidak perlu
untuk memiliki fungsi HMS lengkap dijaringan untuk sintesis ribosa fosfat.
HMS MEMBANTU GLUTATION PEROKSIDASE DALAM MENCEGAH HEMOLISIS
ERITROSIT
HMS dalam eritrosit menyediakan NADPH untuk mereduksi glutation
teroksidasi menjadi glutation tereduksi yang dikatalisis oleh glutation reduktase suatu
enzim flavoprotein yang memerlukan FAD. Pada gilirannya, glutation tereduksi dapat
membuang H202 dari eritrosit melalui suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutation
peroksidase yang mengandung selenium. Reaksi ini penting karena H202 yang
terakumulasi dapat memperpendek umur eritrosit dengan peningkatan oksidasi
hemoglobin menjadi methemoglobin.
METABOLISME HEXOSA
PENGANTAR
Jalur Pentosa Fosfat (Hexosa Monophosphat Shunt = HMS) merupakan suatu
lintasan alternatif dari metabolisme glukose. Jalur ini tidak menghasilkan ATP, tetapi
mempunyai 2 peran penting:
1. menghasilkan NADPH yang diperlukan pada sintesis reduktif, misalnya untuk
sintesis asam lemak dan steroid.
2. menghasilkan residu ribosa untuk sintesis asam nukleat.
Glukosa, fruktosa dan galaktosa secara kuantitatif merupakan hexosa paling penting
yang diabsorpsi dari usus. Hexosa ini diperoleh dari hasil hidrolisis amilum, sukrosa
dan laktosa. Selanjutnya di hepar telah ditemukan adanya jalur khusus untuk
mengubah fruktosa dan glukose menjadi glukosa. Jalur HMS sangat aktif di jaringan
hepar, adiposa, testis, kelenjar mammae laktasi, korteks adrenal, tiroid, eritrosit, tetapi
tidak aktif di otot. HMS merupakan suatu jalur reaksi yang kompleks bila dibandingkan
jalur glikolisis. Melewati HMS, dari tiga molekul glukosa-6 fosfat akan dihasilkan 3
molekul CO2 dan 3 residu monosakarida 5 karbon (pentosa). Proses selanjutnya akan
menghasilkan glukosa-6-fosfat dam 1 molekul gliseraldehid 3-fosfat. Dari 2 molekul
gliseraldehid-3 fosfat akan dihasilkan glukosa-6 fosfat dan akhirnya lewat jalur HMS ini
dapat dioksidasikan glukosa dengan sempurna.
3 glukosa 6-fosfat + 6 NADP ------> 3 CO2 + 2 glukosa 6-fosfat + gluseraldehid-3-P + 6
NADHP + 6H
KEPENTINGAN BIOMEDIS
Jalur metabolisme utama untuk pemanfaatan glukosa adalah glikolisis dan
jalur HMS. Adanya defisiensi enzim dalam jalur HMS merupakan penyebab utama
hemolisis enzim eritrosit yang dapat menimbulkan anemia hemolitika. Enzim kunci
pada kasus ini adalah glukosa-6-fosfat dehidrogenase (G-6-PD). Dari kajian
epidemiologis didapatkan lebih dari 100 juta penduduk dunia yang menderita defisiensi
enzim ini secara genetis.
Senyawa yang secara kuantitatif sedikit tetapi secara kualitatif mempunyai
fungsi besar untuk ekskresi sisa metaolit dan senyawa kimia asing (xenobiotik) ialah
glukoronida yang berasal dari asam glukoronat hasil metabolisme glukosa melalui jalur
asam uronat (uronic acid fathways). Kegagalan dalam proses jalur HMS dapat
menimbulkan pentosuria esensial (essetial pentossuria). (Tidak adanya satu enzim
tertentu dari HMS pada primata, merupakan penyebab diperlukannya vitamin C dalam
diit manusia tetapi hal ini tidak berlaku untuk mamalia lain). Defisiensi enzim untuk
metabolisme fruktosa dan galaktosa dalam jalur ini dapat menimbulkan fruktosuria
essensial dan galaktosemia. Fruktosa telah digunakan untuk nutrisi parenteral, tetapi
pada kadar tinggi dapat menyebabkan penurunan nukleotida adenin dalam hepar dan
ini mengakibatkan nekrosis hepar.
REAKSI JALUR HMS BERLANGSUNG DALAM SITOSOL
Enzim yang bekerja dalam HMS, terdapat di dalam sitosol. Seperti glikoalisis,
oksidasi dicapai melalui dehidrogenasi tetapi pada kasus HMS, dibutuhkan NADP dan
bukan NAD untuk sebagai akseptor ion hidrogen. Urutan reaksi dalam HMS terjadi
dalam 2 proses yaitu fase oxidative non-reversible dan fase nonoxidative reversible.
Pada awalnya, glukosa 6-fosfat mengalami dehibrogensi dan dekarboksilasi
menghasilkan suatu pentosa yaitu rinulosa 5-fosfat. Pada fase berikutnya ribulosa 5fosfat diubah kembali menjadi glukosa 6-fosfat melalui suatu seri reaksi yang
melibatkan transketolase dan transaldolase.
FASE OKSIDATIF MENGHASILKAN NADPH
Dehidrogenasi
pembentukan
dehidrogenase,
glukosa
6-fosfat
6-fosfoglukonolakton
suatu
enzim
menjadi
yang
yang
fosfoglukonat
dikatalisis
memerlukan
oleh
NADP.
terjadi
glukosa
melalui
6-fosfat
Selanjutnya
6-
fosfoglukonolakton mengalami hidrolisis oleh enzim glukonolakton hidrolase. Oksidasi
berikutnya dikatalisis oleh 6-fosfoglukonat dehidrogenase yang memerlukan NADP
sebagai
akseptor
hidrogen.
Reaksi
dekarboksilasi
diikuti
oleh
pembentukan
ketopentosa yaitu ribulosa - fosfat. Reaksi ini melalui 2 fase melibatkan senyawa
antara 3-keto-6 fosfoglukonat
FASE NON-OKSIDATIF MENGHASILKAN PREKURSOR RIBOSA
Ribulose-5 fosfat berperan sebagai substrat untuk 2 enzim yang berbeda yaitu
ribulosa 5-fosfat 3-epimerase yang merubah konfigurasi sekitar karbon 3 membentuk
epimer xylosa 5-fosfat, suatu ketopentosa lain. Enzim lain yaitu ribosa 5 fosfat
ketoisomerase mengubah ribulosa 5-fosfat menjadi aldopentosa yaitu ribosa-5 fosfat,
yang merupakan prekursor residu ribosa yang dibutuhkan untuk sintesis nukleotid dan
asam nukleat.
Transketolase dalam proses ini dibutuhkan untuk memindah 2 unit karbon
untuk karbon 1 dan 2 ketosa kepada karbon aldehid dari gula aldosa hasilnya adalah
perubahan gula keton menjadi aldose dengan atom karbon berkurang dua dan
bersamaan dengan perubahan gula aldose menjadi ketose dengan penambahan dua
atom karbon. Reaksi ini memerlukan tiamin sebagai koenzim tiamin difosfat dan
tambahan ion Mg. Dengan adanya pemindahan 2 unit karbon ini maka dihasilkan
ketosa dengan 7 atom karbon yaitu sedoheptulosa-7-fosfat dan aldosa gliseraldehid-3
fosfat.
Transaldolase membantu transfer 3 karbon dari dehidroksi aseton (karbon 1-3)
dari sedoheptulosa-7-fosfat menjadi gliseraldehid-3 fosfat membentuk ketose fraktosa6 fosfat dan aldosa 4 karbon yaitu erytrosa 4-fosfat. Dalam proses ini gliseraldehid-3
fosfat dibuahi menjadi glukosa 6-fosfat. Dalam reaksi ini melibatkan enzim pada
glikolisis yang bekerja sebaliknya untuk glukoneogenesis yaitu fruktol,6 bifoposfatase.
Bila enzim ini tidak ada maka gliseraldehid-3 fosfat mengikuti jalur normal glikolisis
diubah menjadi piruvat.
DUA JALUR UTAMA KATABOLISME GLUKOSA
Jalur Pentosa fosfat jelas berbeda dengan glikolisis. Oksidasi terjadi pada
reaksi pertama memerlukan NADP bukan NAD dan dihasilkan CO2 sebagai produk
khusus. Pada HMS tidak dihasilkan ATP seperti pada glikolisis. Pada HMS dihasilkan
ribosa yang tidak dapat dihasilkan oleh glikolisis.
EKUIVALEN PEREDUKSI DIHASILKAN DALAM JARINGAN KHUSUS UNTUK
KEPENTINGAN SINTESIS REDUKTIF
Aktivitas HMS meningkat dalam jaringan tertentu yang aktif melaksanakan sintesis,
misalnya di hepar, jaringan adiposa, korteks adrenal, tiroid, eritrosit, testis dan kelanjar
mamma yang laktasi; tetapi HMS tidak aktif dan kelenjar mammae yang tdak sedang
laktasi dan otot skelet. Di dalam jaringan tersebut banyak diperlukan NADPH untuk
reduksi. Yang meliputi sintesis asam lemak, steroid, asam amino melalui glutamat
dehidrogenase dan glutation teresuksi dalam eritrosit. Keadaan ini mungkin
disebabkan adanya lipogenesis yang aktif atau penggunaan NADPH meningkat
menghasilkan NADP yang memicu degradasi glukosa aktif melalui HMS. Di jaringan ini
terjadi peningkatan sintesis glukosa-6 fosfat dehidrogenase dan 6fosfoglukonat
dehidrogenase yang dipacu oleh insulin yang ada hubungannya dengan keadaan
kenyang.
PENTOSA DAPAT DISINTESIS DI SEMUA JARINGAN
HMS menyediakan residu ribosa untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat.
Sumbernya adalah ribosa-5 fosfat yang dapat beraksi dengan ATP membentuk
pirofosforibosil-5 fosfat (PPRP) untuk biosintesis nukliotida. Meskipun demikian otot
skelet mengandung sedikit glukosa-6 fosfat dehidrogenase dan 6-fosfoglukonat
dehidrogenase. Otot skelet, seperti jaringan lainnya mampu mensintesis ribosa 5fosfat
untuk sintesis nukleotida. Reaksi ini dilengkapi oleh kebalikan dari fase nonoksidatif
HMS dengan memanfaatkan fruktosa 6-fosfat. Dengan demikian adalah tidak perlu
untuk memiliki fungsi HMS lengkap dijaringan untuk sintesis ribosa fosfat.
HMS MEMBANTU GLUTATION PEROKSIDASE DALAM MENCEGAH HEMOLISIS
ERITROSIT
HMS dalam eritrosit menyediakan NADPH untuk mereduksi glutation
teroksidasi menjadi glutation tereduksi yang dikatalisis oleh glutation reduktase suatu
enzim flavoprotein yang memerlukan FAD. Pada gilirannya, glutation tereduksi dapat
membuang H202 dari eritrosit melalui suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutation
peroksidase yang mengandung selenium. Reaksi ini penting karena H202 yang
terakumulasi dapat memperpendek umur eritrosit dengan peningkatan oksidasi
hemoglobin menjadi methemoglobin.