Glukosa merupakan senyawa yang berfungsi sebagai sumber energi bagi makhluk hidup. Kita biasanya mengenalnya sebagai gula atau monosakarida. Istilah “sakarida” berasal dari bahasa Yunani sakcharon yang berarti “gula”.
Glukosa adalah molekul organik yang terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen yang rumusnya adalah C6H12O6. Dengan demikian, ini adalah bagian dari kelompok gula atau karbohidrat yang jauh lebih besar.
Struktur kimiawi glukosa
Glukosa adalah monomer atau monosakarida dengan enam karbon yang tergabung dalam satu garis. Karbon pertama adalah gugus karbonil H-C = O; karbon lainnya memiliki gugus hidroksil OH. Glukosa dalam larutan air memiliki struktur siklik atau cincin, hasil reaksi karbon 1 dengan oksigen OH dari karbon 5.
Karakteristik glukosa:
- Ini adalah heksosa, yaitu memiliki enam atom karbon.
- Ini adalah aldosa: ia memiliki gugus aldehida atau karbonil CHO pada karbon pertama.
- Ini memiliki gugus hidroksil OH, yang juga ditemukan dalam alkohol.
- Membentuk kristal padat.
- Ini larut dalam air.
- Rasanya manis.
Di mana kita menemukan glukosa?
Glukosa adalah karbohidrat paling melimpah di dunia. Gula yang kita gunakan untuk mempermanis makanan atau menyiapkan makanan penutup disebut sukrosa, yang terdiri dari satu molekul glukosa dan satu lagi fruktosa. Biasanya diperoleh dari tebu dan bit.
Laktosa, yang merupakan gula yang ditemukan dalam susu, terdiri dari glukosa dan galaktosa, yang merupakan monosakarida lain. Maltosa adalah disakarida (dua molekul glukosa yang saling terkait) yang ditemukan dalam biji yang berkecambah.
Banyak unit glukosa bersama-sama membentuk polimer yang disebut polisakarida. Dua polisakarida paling terkenal adalah pati dan glikogen. Ini adalah cara untuk menyimpan glukosa, pati dalam sayuran, glikogen pada hewan.
Dinding tanaman terdiri dari selulosa, yang merupakan polisakarida lain yang terdiri dari rantai glukosa.
Fungsi glukosa
Glukosa merupakan molekul penting dalam metabolisme makhluk hidup.
- Energi: pemrosesan glukosa di dalam sel diterjemahkan menjadi molekul ATP, yang merupakan molekul energi par excellence.
- Cadangan: tumbuhan, yang menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi, mensintesis gula, terutama glukosa dan pati, dan menyimpannya dalam buah, umbi, dan akar. Pada hewan, glukosa disimpan sebagai glikogen di otot dan hati.
- Struktur: glukosa juga merupakan komponen selulosa, yang merupakan struktur utama dinding sel tumbuhan dan alga.
Pencernaan dan penyerapan glukosa
Dalam sistem pencernaan, karbohidrat di mana glukosa ditemukan. Berbagai enzim bertanggung jawab atas pekerjaan ini. Dalam air liur ada amilase, enzim yang memecah polisakarida dan melepaskan glukosa. Laktase memecah laktosa, melepaskan galaktosa dan glukosa di usus.
Pati yang ditemukan dalam jumlah besar pada kentang, jagung, gandum, beras, dan kacang-kacangan diuraikan oleh amilase dari air liur dan jus pankreas. Di usus ada enzim yang memecah persatuan fruktosa dan glukosa dalam sukrosa.
Begitu berada di usus kecil, glukosa diserap. Ini memasuki sel usus dengan transpor khusus, yang merupakan lorong di membran plasma. Begitu masuk, glukosa keluar dari ujung yang berlawanan dan jatuh ke pembuluh darah di usus.
Reaksi biologis umum yang melibatkan glukosa
Sintesis dehidrasi.
Melalui sintesis dehidrasi, monosakarida, seperti glukosa, berikatan dengan monosakarida lain dengan pelepasan air dan selanjutnya membentuk ikatan glikosidik. Penggabungan dua monosakarida menghasilkan disakarida sedangkan penggabungan tiga hingga sepuluh unit monosakarida membentuk oligosakarida. Polisakarida diproduksi dengan bergabungnya beberapa monosakarida. Dalam hal ini, glukosa bergabung dengan monosakarida lain untuk membentuk disakarida. Misalnya, dua molekul glukosa bergabung bersama oleh α (1 → 4) ikatan glikosidik membentuk maltosa, oleh α (1 → 1) ikatan glikosidik membentuk trehalosa, dan oleh β (1 → 4) ikatan glikosidik membentuk selobiosa. Laktosa terbentuk ketika glukosa dan galaktosa bergabung, dan sukrosa, ketika glukosa dan fruktosa digabungkan. Glukosa adalah konstituen monosakarida utama dari polimer tertentu seperti selulosa, pati, dan glikogen. Polisakarida yang hanya terdiri dari glukosa disebut glukan.
Fotosintesis.
Tumbuhan dan autotrof fotosintesis lainnya menghasilkan sumber makanannya sendiri (karbohidrat) melalui fotosintesis. Proses ini menggunakan karbon dioksida, air, garam anorganik, dan energi cahaya (misalnya dari sinar matahari) yang ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya, seperti klorofil dan pigmen aksesori lainnya untuk menghasilkan molekul heksosa (misalnya glukosa), air, dan oksigen.
Sakarifikasi.
Proses dimana karbohidrat kompleks didegradasi menjadi bentuk yang lebih sederhana, seperti glukosa, disebut sakarifikasi. Ini memerlukan hidrolisis. Pada manusia dan hewan tingkat tinggi lainnya, ini melibatkan tindakan enzimatik. Di dalam mulut, karbohidrat kompleks yang mengandung glukosa dipecah menjadi bentuk yang lebih sederhana melalui aksi amilase saliva. Di usus kecil, pencernaan karbohidrat kompleks dilanjutkan. Enzim seperti maltase, laktase, dan sukrase memecah disakarida menjadi konstituen monosakarida. Glukosidase adalah kelompok enzim lain yang mengkatalisis penghapusan glukosa terminal dari polisakarida yang terutama terdiri dari glukosa rantai panjang.
Pencernaan (Degradasi).
Glukosa dari karbohidrat yang dicerna diserap ke dalam sel epitel usus kecil (terutama di jejunum). Sel mengambil glukosa dari lumen usus melalui sistem symport natrium ion-glukosa (suatu bentuk mekanisme transpor aktif yang menggunakan kotransporter natrium / glukosa 1). Glukosa dilepaskan ke dalam aliran darah dengan membiarkannya berdifusi ke dalam kapiler melalui difusi yang difasilitasi. Glukosa dari aliran darah memasuki sel melalui difusi yang difasilitasi juga. Pengangkut glukosa (GluT) adalah protein yang memfasilitasi transportasi glukosa. Saat berada di dalam sel, glukosa difosforilasi untuk menjebaknya di dalam sel. Akibatnya, glukosa-6-fosfat dapat digunakan di salah satu jalur metabolisme berikut: (1) glikolisis, untuk mensintesis energi kimia, (2) glikogenesis, di mana glukosa dibawa ke hati melalui vena portae untuk disimpan sebagai glikogen seluler, atau (3) jalur pentosa fosfat untuk membentuk NADPH untuk sintesis lipid dan pentosis untuk sintesis asam nukleat.
Glikolisis.
Glukosa dimetabolisme selama glikolisis. Glikolisis adalah serangkaian reaksi dalam sitosol yang mengarah pada konversi glukosa menjadi piruvat, dengan produksi bersamaan dari sejumlah kecil biomolekul berenergi tinggi, ATP. NADH, molekul pembawa elektron, juga diproduksi. Dengan adanya oksigen yang cukup, piruvat dari glikolisis dimetabolisme lebih lanjut dengan terlebih dahulu mengubahnya menjadi senyawa organik di dalam mitokondria. Pembawa elektron (misalnya NADH dan FADH2) mengantarkan elektron ke rantai transpor elektron. Serangkaian reaksi redoks terjadi di sepanjang rantai dan berpuncak pada akseptor elektron terakhir, yaitu oksigen molekuler. Lebih banyak ATP diproduksi melalui mekanisme kopling melalui kemiosmosis di membran mitokondria bagian dalam. Proses tiga langkah ini adalah respirasi sel. Dari glikolisis saja, ATP bersih ada dua (dari fosforilasi tingkat substrat). Dengan fosforilasi oksidatif, ATP bersih adalah sekitar 34. Jadi, total ATP bersih per glukosa adalah sekitar 36,1
Dengan tidak adanya oksigen yang memadai, glikolisis tidak melanjutkan ke fosforilasi oksidatif. Sebaliknya, terjadi respirasi anaerobik. Alih-alih memindahkan elektron dalam rantai transpor elektron, NADH mentransfer elektron ke piruvat, memulihkan NAD + yang menopang glikolisis.1 Dalam respirasi anaerobik, total ATP yang dihasilkan per glukosa hanya sekitar dua.
Glukoneogenesis.
Glukoneogenesis adalah proses metabolisme dimana glukosa dihasilkan dari prekursor non-karbohidrat, misalnya piruvat, laktat, gliserol, dan asam amino glukogenik. (Sepertinya kebalikan dari glikolisis dengan cara glukosa diubah menjadi piruvat sedangkan, dalam glukoneogenesis, piruvat diubah menjadi glukosa.) Proses glukoneogenesis dimulai di mitokondria dan kemudian berakhir di lumen retikulum endoplasma. Glukosa yang terbentuk dari hidrolisis glukosa-6-fosfat oleh enzim glukosa-6-fosfatase dikirim dari retikulum endoplasma ke dalam sitoplasma. Proses ini terjadi pada semua organisme, termasuk tumbuhan. Pada manusia dan banyak vertebrata lainnya, ini terjadi terutama di hati dan ginjal dan sering terjadi selama periode puasa, diet rendah karbohidrat, atau olahraga intensif.
Glikogenesis.
Glikogenesis adalah proses metabolisme menghasilkan glikogen dari glukosa untuk disimpan. Ini terjadi terutama di sel hati dan otot sebagai respons terhadap kadar glukosa tinggi dalam aliran darah. Di dalam sel hati, glukosa difosforilasi oleh glukokinase pada posisi 6, sehingga menghasilkan glukosa 6-fosfat. Fosforilasi glukosa menjebaknya di dalam sel. Di sel lain, glukosa masuk secara pasif, dan kemudian difosforilasi melalui heksokinase. Ini menghasilkan senyawa yang tidak bisa meninggalkan sel juga. Polimer glukosa pendek, terutama glukosa eksogen, diubah menjadi polimer panjang untuk disimpan di dalam sel. Prosesnya bisa dibalik. Ketika tubuh membutuhkan energi metabolik, glikogen dipecah menjadi subunit glukosa melalui proses glikogenolisis.
Pada tumbuhan, pati dibentuk dengan memfosforilasi glukosa untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat, dan kemudian mengubah glukosa menjadi adenosin difosfat (ADP) -glukosa melalui enzim glukosa-1-fosfat adenyltransferase. ADP-glukosa ditambahkan ke rantai residu glukosa yang berkembang oleh sintase pati enzim. Setelah terikat, ADP dilepaskan dan amilosa terbentuk. Di antara rantai amilosa, enzim percabangan pati mengkatalisis pembentukan ikatan glikosidik 1,6-alfa antara rantai amilosa, membentuk amilopektin bercabang.
Glikogenolisis.
Glikogenolisis adalah proses pemecahan glikogen yang disimpan di hati sehingga glukosa dapat diproduksi untuk digunakan dalam metabolisme energi. Jadi, glikogenolisis adalah proses kebalikan dari glikogenesis. Glikogen yang disimpan dalam sel hati dipecah menjadi prekursor glukosa. Molekul glukosa tunggal dipotong dari glikogen dan diubah menjadi glukosa 1-fosfat, yang kemudian diubah menjadi glukosa 6-fosfat yang dapat memasuki glikolisis. Pada tumbuhan, proses pemecahan pati yang tersimpan disebut degradasi pati.
Jalur Pentosa-Fosfat.
Ini adalah jalur metabolisme glukosa di mana gula lima karbon (pentosis) dan NADPH disintesis di sitosol. Ini menyediakan pentosis untuk digunakan dalam biosintesis nukleotida, seperti DNA dan RNA. Ini juga mensintesis NADPH yang dapat digunakan untuk reaksi reduktif selama biosintesis asam lemak dan steroid. Jalur pentosa fosfat juga berfungsi sebagai jalur metabolisme alternatif dalam pemecahan glukosa. Pada hewan, ini terjadi di hati, korteks adrenal, jaringan adiposa, testis, ovarium, sel darah merah, dan kelenjar susu. Pada tumbuhan, bagian dari jalur berfungsi dalam pembentukan heksosa dari karbon dioksida dalam fotosintesis.
Glikosilasi.
Glikosilasi adalah proses penambahan komponen karbohidrat, seperti glukosa, ke protein dan lipid tertentu. Langkah ini sangat penting untuk senyawa ini agar berfungsi dengan baik. Glikasi, glikosilasi non-enzimatik, adalah proses penggabungan secara kovalen suatu konstituen karbohidrat, seperti fruktosa atau glukosa, ke protein atau molekul lipid, tanpa intervensi enzim.
