Biochemical Assay Kit dalam Jalur Glikolisis, Siklus Asam Sitrat dan Fosforilasi Oksidatif
1. Glikolisis
Berbagai jenis jaringan tubuh setidaknya memiliki ukuran kebutuhan glukosa yang bervariasi. Sebagian besar jaringan di otak bergantung pada glukosa untuk menyediakan kebutuhan energi, kecuali pada kondisi puasa di mana 20% badan keton yang berperan menyediakan energi pada jaringan otak. Glikolisis adalah jalur utama di mana sel memetabolisme glukosa dan karbohidrat lainnya di sitosol. Jalur ini dasarnya merupakan proses anaerobik, namun juga dapat berfungsi baik secara aerobik tergantung pada ketersediaan oksigen dan aktivitas rantai transpor elektron di mitokondria.
Gambar 1. Katabolisme molekul glukosa
Eritrosit atau sel darah merah tidak memiliki mitokondria dan sepenuhnya bergantung pada glikolisis anaerobik. Saat produksi energi menurun karena penuaan sel dan hilangnya enzim glikolitik esensial, sel akan membengkak sehingga terperangkap di limpa dan dikeluarkan dari sirkulasi. Degradasi eritrosit menghasilkan bilirubin, zat beracun yang terkonjugasi di hati dan diekskresikan dalam urin dan empedu.
Kemampuan glikolisis untuk menyediakan ATP tanpa oksigen memungkinkan otot rangka untuk bekerja dengan output kerja yang sangat tinggi saat suplai oksigen tidak mencukupi. Selain itu, glikolisis juga memberikan waktu untuk jaringan bertahan dari kondisi anoksik. Berbeda dengan otot rangka, otot jantung bergantung sepenuhnya pada kondisi aerobik dan memiliki aktivitas glikolitik yang rendah. Pada kondisi anoksik, otot jantung sangat rentan dalam kondisi iskemia.
Kekurangan enzim glikolisis (misalnya, piruvat kinase) dapat memicu perkembangan penyakit yang disebut anemia hemolitik. Proses glikolisis pada sel kanker berlangsung dengan kecepatan tinggi dengan menghasilkan banyak piruvat yang direduksi menjadi laktat dan dilepaskan ke sirkulasi. Kelebihan laktat selanjutnya memicu asidosis. Terdapat dua jenis asidosis laktat:
- tipe A yang disebabkan oleh gangguan perfusi jaringan atau hipoksia, dan
- tipe B yang disebabkan oleh gangguan metabolisme laktat.
Proses katabolik dalam produksi energi dimulai dari pencernaan makanan di intestinum menjadi biomolekul kecil, seperti asam amino, monosakarida, asam lemak dan gliserol. Proses berikutnya, katabolisme akan dilanjutkan pada sel, dimana molekul glukosa didegradasi oleh proses glikolisis menjadi piruvat (tiga atom karbon). Glikolisis terdiri dari 10 langkah enzimatik untuk mendegradasi glukosa enam karbon menjadi dua molekul piruvat tiga karbon. Glikolisis sendiri juga membutuhkan dua molekul ATP pada tahap awal, tetapi selanjutnya menghasilkan empat molekul ATP sehingga secara umum proses glikolisis menghasilkan dua molekul ATP setiap molekul glukosa.
Produksi ATP melalui jalur glikolisis bersifat tidak efisien dan piruvat yang dihasilkan masih mengandung energi kimia untuk katabolisme lebih lanjut. Meskipun tidak efisien, glikolisis merupakan penyedia ATP yang penting dalam kondisi anaerob karena ketersediaan oksigen tidak diperlukan. Demikian ketika oksigenasi semakin menipis, produksi ATP oleh glikolisis menjadi penting, misalnya pada gangguan pernapasan dan kardiovaskular. Akumulasi piruvat selama kondisi anaerobik dalam waktu lama akan dikonversi menjadi laktat dan dikeluarkan ke dalam sirkulasi darah. Asidosis laktat adalah kondisi berbahaya yang dapat terjadi akibat produksi laktat yang berlebihan akibat kekurangan oksigen yang parah atau berkepanjangan. Selain dua molekul ATP dan piruvat, setiap glukosa juga menghasilkan dua molekul nikotinamida adenin dinukleotida (NADH) tereduksi dengan elektron berenergi tinggi untuk dapat digunakan pada jalur rantai transpor elektron di mitokondria. Sel yang tidak mengandung mitokondria, seperti sel darah merah, harus bergantung sepenuhnya pada glikolisis untuk produksi ATP.
2. Siklus Asam Sitrat dan Dekarboksilasi Oksidatif
Siklus asam sitrat merupakan tahap ketiga katabolisme glukosa setelah Dekarboksilasi Oksidatif (produk asetil KoA) dan sebelum fosforilasi oksidatif. Siklus ini berlangsung di mitokondria dan menghasilkan tahapan oksidasi lengkap glukosa menjadi CO2 dan H2O. Siklus ini juga disebut dengan siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat (TCA).
Tujuan dari siklus asam sitrat adalah untuk memutuskan ikatan C-C dan C-H dengan dengan proses oksidasi dari produk senyawa yang dihasilkan pada Dekarboksilasi Oksidatif (asam piruvat dan lemak memasuki matriks mitokondria, di mana mereka diubah menjadi asetil KoA). Tidak ada CO2 yang dihasilkan oleh oksidasi asam lemak pada Dekarboksilasi Oksidatif.
Pada reaksi pertama siklus asam sitrat, gugus asetil berkarbon dua dipindahkan dari KoA ke oksaloasetat. Proses ini menghasilkan sitrat enam karbon sesuai dengan nama siklus ini. Dalam serangkaian oksidasi enzimatik, atom karbon dipecah untuk menghasilkan CO2 yang selanjutnya bebas berdifusi dan dikeluarkan oleh paru-paru. Dua atom karbon dikeluarkan untuk membentuk dua molekul CO2 dan oksigen ekstra disediakan oleh H2O di sekitarnya, pada satu siklus. Dengan demikian, siklus asam sitrat sebenarnya tidak memerlukan oksigen respirasi, namun dapat berhenti berfungsi tanpa adanya oksigen karena molekul pembawa (NADH dan FADH2) tidak dapat melepaskan elektronnya ke rantai transpor elektron (yang memang membutuhkan oksigen respirasi).
Meskipun siklus asam sitrat hanya menghasilkan satu ATP (dalam bentuk GTP) per siklus, tetapi siklus ini menangkap banyak energi dalam bentuk ion hidrida teraktivasi (H). Ion berenergi tinggi ini nantinya akan bergabung dengan molekul pembawa (NAD+ dan FAD) yang mengangkutnya ke rantai transpor elektron di membran mitokondria. Energi yang dibawa oleh molekul-molekul ini pada akhirnya digunakan untuk menghasilkan ATP melalui proses yang disebut fosforilasi oksidatif. Satu molekul glukosa menyediakan dua putaran siklus dan menghasilkan jaring dua GTP, empat CO2, dua FADH2 dan enam NADH.
3. Fosforilasi Oksidatif
Fosforilasi oksidatif merupakan proses setelah glikolisis dan siklus asam sitrat dimana menghasilkan ATP melalui reaksi adenosin difosfat (ADP) dan fosfat anorganik (Pi): ADP + Pi → ATP. Energi untuk mendorong reaksi ini disediakan oleh ion hidrida berenergi tinggi (H) yang berasal dari siklus asam sitrat. Energi ini tidak digunakan untuk membentuk ATP secara langsung, namun memerlukan serangkaian transfer energi melalui reaksi reduksi-oksidasi (redoks).
Pada sel eukariotik, rangkaian transfer energi ini terjadi di sepanjang rantai transpor elektron pada membran mitokondria bagian dalam. Rantai transpor terdiri dari tiga kompleks enzim utama dan dua pembawa elektron mobil yang memindahkan elektron diantara kompleks protein untuk mengalir kembali ke dalam mitokondria menuruni gradien elektrokimia. Energi aliran proton digunakan untuk mendorong sintesis ATP.
Dalam kondisi seluler normal, sekitar 30 molekul ATP terbentuk dari oksidasi sempurna molekul glukosa menjadi CO2 dan H2O. Dua diantaranya berasal dari glikolisis, dua dari siklus asam sitrat (dalam bentuk GTP), dan sisanya dari fosforilasi oksidatif. ATP yang terbentuk di dalam mitokondria diangkut ke sitosol oleh pengangkut protein di membran mitokondria. ATP yang tersedia di sitosol kemudian digunakan untuk mendorong berbagai reaksi yang membutuhkan energi seluler.
4. Assay Kit dalam Katabolisme Glukosa
Berikut Assay kit dari Elabscience dalam pengujian jalur Glikolisis, Siklus Asam Sitrat dan Fosforilasi Oksidatif dari sampel biologis lainnya.
Tabel 1. Elabscience dengan Assay kit untuk pengujian jalur katabolisme
| Katalog | Deskripsi | Instrumen |
|---|---|---|
| E-BC-K652-M | Acetyl-CoA Colorimetric Assay Kit | Microplate reader (330-350 nm, optimum 340 nm) |
| E-BC-K002-M | D-Lactic Acid/Lactate Colorimetric Assay Kit | Microplate reader(520 nm-550 nm,optimum 530 nm) |
| E-BC-K018-S | D-Xylose Colorimetric Assay Kit | Spectrophotometer(554 nm) |
| E-BC-K234-M | Glucose (Glu) Colorimetric Assay Kit (GOD-POD ) | Microplate reader(500-510 nm) |
| E-BC-K234-S | Glucose (Glu) Colorimetric Assay Kit (GOD-POD ) | Spectrophotometer(505 nm) |
| E-BC-K011-M | Glucose-6-phosphate (G6P) Colorimetric Assay Kit | Microplate reader (450 nm) |
| E-BC-K056-M | Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G-6-PD) Activity Assay Kit | Microplate reader(450 nm) |
| E-BC-K073-S | Glycogen Colorimetric Assay Kit (Liver/Muscle Samples) | Spectrophotometer(620 nm) |
| E-BC-K044-S | L-Lactic Acid/Lactate (LA) Colorimetric Assay Kit | Spectrophotometer(530 nm) |
| E-BC-K044-M | L-Lactic Acid/Lactate (LA) Colorimetric Assay Kit | Microplate reader(520-540 nm,optimum 530 nm) |
| E-BC-K043-S | L-Lactic Acid/Lactate (LA) Colorimetric Assay Kit (Whole Blood Samples) | Spectrophotometer(530 nm) |
| E-BC-K131-M | Lactase Activity Assay Kit | Microplate reader(495 nm-510 nm,optimum 505 nm) |
| E-BC-K046-S | Lactate dehydrogenase (LDH) Activity Assay Kit | Spectrophotometer (450 nm) |
| E-BC-K046-M | Lactate Dehydrogenase (LDH) Activity Assay Kit | Microplate reader(440-460 nm,optimum 450 nm) |
| E-BC-K766-M | Lactate dehydrogenase (LDH) Activity Assay Kit (WST-8 ) | Microplate reader (450 nm) |
| E-BC-K041-M | Maltase Activity Assay Kit | Microplate reader(500 nm-520 nm,optimum 505 nm) |
| E-BC-K130-S | Pyruvic Acid Colorimetric Assay | Spectrophotometer(505 nm) |
| E-BC-K130-M | Pyruvic Acid Colorimetric Assay Kit | Microplate reader(480-520 nm,optimum 505 nm) |
| E-BC-K751-M | Sucrase Activity Assay Kit | Microplate reader (500-520 nm, optimum 505 nm) |
| E-BC-K161-S | Sucrose Colorimetric Assay | Spectrophotometer(290 nm) |
| E-BC-F037 | Glucose (GLU) Fluorometric Assay Kit | Fluorescence microplate reader (Ex/Em=535 nm/590nm) |
| E-BC-F040 | Glycogen Fluorometric Assay Kit | Fluorescence microplate reader (Ex/Em=535 nm/587 nm) |
Referensi:
1. Banasik JL, Copstead LC. 2019. Pathophysiology. Elsevier.
2. Lieberman MA, Peet A. 2022. Marks’ Basic Medical Biochemistry: A Clinical Approach. LWW.
3. Kennelly P, Botham K, McGuinness O, Rodwell V, Weil PA. 2022. Harper’s Illustrated Biochemistry. McGraw Hill.
4. Blanco A, Blanco G. 2022. Medical Biochemistry. Academic Press.
5. Da Poian AT, Castanho MARB. Integrative Human Biochemistry: A Textbook for Medical Biochemistry. Springer
Artikel Terkait:
1. 6 Metode Deteksi Protein Yang Paling Umum Digunakan [link]
2. 3 Metode Deteksi Protein dari Merk Elabscience [link]
3. Isolasi dan Purifikasi Protein dengan Kit Komersial [link]
4. Assay Kit Deteksi Enzim Antioksidan pada Manusia [link]
5. Pengukuran Berbagai Marker Enzim dari Merk Elabscience [link]
6. 4 Marker Senyawa Yang Terlibat Siklus TCA (Tricarboxylic acid) [link]
7. Kit Metabolisme Lipid dari Merk Elabscience [link]