GLIKOLISIS

Glikolisis merupakan proses pengubahan molekul sumber energi, yaitu glukosa yang mempunyai 6 atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat yang mempunyai 3 atom C. Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma). Reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tertentu, tetapi disini tidak akan dibahas enzim-enzim yang berperan dalam proses glikolisis ini. Dari sembilan tahapan reaksi tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua fase, yaitu fase investasi energi, yaitu dari tahap 1 sampai tahap 4, dan fase pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5 sampai tahap 9.

Pertama-tama, glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat dari satu molekul ATP, yang kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat. Setelah itu, glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu fruktosa 6-fosfat. Satu molekul ATP yang lain memberikan satu gugus fosfatnya kepada fruktosa 6-fosfat, yang membuat ATP tersebut menjadi ADP dan fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat. Kemudian, fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling isomer satu sama lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL (fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat). Tahapan-tahapan reaksi diatas itulah yang disebut dengan fase investasi energi.

Selanjutnya, dihidroksi aseton fosfat dan PGAL masing-masing mengalami oksidasi dan mereduksi NAD+, sehingga terbentuk NADH, dan mengalami penambahan molekul fosfat anorganik (Pi) sehingga terbentuk 1,3-difosfogliserat. Kemudian masing-masing 1,3-difosfogliserat melepaskan satu gugus fosfatnya dan berubah menjadi 3-fosfogliserat, dimana gugus fosfat yang dilepas oleh masing-masing 1,3-difosfogliserat dipindahkan ke dua molekul ADP dan membentuk dua molekul ATP. Setelah itu, 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat. Setelah menjadi 2-fosfogliserat, sebuah molekul air dari masing-masing 2-fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan fosfoenolpiruvat. Terakhir, masing-masing fosfoenolpiruvat melepaskan gugus fosfat terakhirnya, yang kemudian diterima oleh dua molekul ADP untuk membentuk ATP, dan berubah menjadi asam piruvat.

Setiap pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan produk kotor berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul ATP, dan 2 molekul air. Akan tetapi, pada awal reaksi ini telah digunakan 2 molekul ATP, sehingga hasil bersih reaksi ini adalah 2 molekul asam piruvat (C₃H₄O₃), 2 molekul NADH, 2 molekul ATP, dan 2 molekul air. Perlu dicatat, pencantuman air sebagai hasil glikolisis bersifat opsional, karena ada sumber lain yang tidak mencantumkan air sebagai hasil glikolisis.

Dekarboksilasi Oksidatif

Setelah melalui reaksi glikolisis, jika terdapat molekul oksigen yang cukup maka asam piruvat akan menjalani tahapan reaksi selanjutnya, yaitu siklus Krebs yang bertempat di matriks mitokondria. Jika tidak terdapat molekul oksigen yang cukup maka asam piruvat akan menjalani reaksi fermentasi. Akan tetapi, asam piruvat yang mandapat molekul oksigen yang cukup dan akan meneruskan tahapan reaksi tidak dapat begitu saja masuk ke dalam siklus Krebs, karena asam piruvat memiliki atom C terlalu banyak, yaitu 3 buah. Persyaratan molekul yang dapat menjalani siklus Krebs adalah molekul tersebut harus mempunyai dua atom C (2 C). Karena itu, asam piruvat akan menjalani reaksi dekarboksilasi oksidatif.

Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi yang mengubah asam piruvat yang beratom 3 C menjadi senyawa baru yang beratom C dua buah, yaitu asetil koenzim-A (asetil ko-A). Reaksi dekarboksilasi oksidatif ini (disingkat DO) sering juga disebut sebagai tahap persiapan untuk masuk ke siklus Krebs. Reaksi DO ini mengambil tempat di intermembran mitokondria.

Pertama-tama, molekul asam cuka yang dihasilkan reaksi glikolisis akan melepaskan satu gugus karboksilnya yang sudah teroksidasi sempurna dan mengandung sedikit energi, yaitu dalam bentuk molekul CO₂. Setelah itu, 2 atom karbon yang tersisa dari piruvat akan dioksidasi menjadi asetat (bentuk ionisasi asam asetat). Selanjutnya, asetat akan mendapat transfer elektron dari NAD⁺ yang tereduksi menjadi NADH. Kemudian, koenzim A (suatu senyawa yang mengandung sulfur yang berasal dari vitamin B) diikat oleh asetat dengan ikatan yang tidak stabil dan membentuk gugus asetil yang sangat reaktif, yaitu asetil koenzim-A, yang siap memberikan asetatnya ke dalam siklus Krebs untuk proses oksidasi lebih lanjut.

Selama reaksi transisi ini, satu molekul glukosa yang telah menjadi 2 molekul asam piruvat lewat reaksi glikolisis menghasilkan 2 molekul NADH.

Tahap-tahap glikolisis

Tahap I: Investasi energi

1. Glikolisis diawali dengan reaksi pembentukan senyawa glukosa 6-fosfat dari

glukosa. Reaksi tersebut merupakan reaksi yang membutuhkan energi yang diambil dari pemutusan ikatan fosfat dari ATP. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim heksokinase atau glukokinase. Heksokinase dapat ditemukan dalam semua sel organisme. Enzim ini memiliki spesifitas katalitik yang rendah. Hampir semua monosakarida dapat difosforilasi. Aktivitasnya dapat dihambat oleh produknya, yaitu glukosa-6-fosfat. Glukokinase diitemukan di lever, memiliki spesifitas katalitik yang tinggi dan tidak dapat dihambat oleh glukosa-6-fosfat.. Enzi mini aktif bila kadar glukosa tinggi di dalam darah.

2. Isomerisasi glukosa 6-fosfat. Reaksi yang kedua adalah pembentukan isomer

fruktosa 6-fosfat dari glukosa 6-fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh fosfoglukoisomerase. glucose-6-P (aldose) .. fructose-6-P (ketose)

3. Fosforilasi kedua. Reaksi fosforilasi fruktosa-6-fosfat menjadi fruktosa-1,6-bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase. Reaksi ini berjalan spontan dan merupakan rate limiting step pada proses glikolisis. Pada reaksi ini dibutuhkan 1 mol ATP dan diregulasi secara ketat. Fosfofruktokinase dapat dihambat oleh ATP fructose-6-P + ATP . fructose-1,6-bisP + ADP
4. Reaksi pemutusan menjadi 2 triosafosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim aldolase dan terjadi pemutusan aldol yang merupakan kebalikan dari reaksi kondensasi aldol membentuk membentuk 2 molekul gliseraldehid 3-fosfat yang selanjutnya mengalami isomerisasi membentuk dihidroksiasetonfosfat. Reaksi isomerisasi ini dikatalisis oleh enzim triosefosfat isomerase.
5. Isomerisasi triosafosfat. Hanya gliseraldehid-3-fosfat yang akan diteruskan dalam proses glikolisis sehingga dengan adanya reaksi isoerisasi ini memungkinkan proses glikolisis berjalan sempurna. Pada akhir tahap I glikolisis ini menghasilkan 2 molekul gliseraldehid-3-fosfat dan membutuhkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 molekul glukosa.

Tahap II

6. Oksidasi gliseraldehid-3-fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase dengan NAD+ sebagai koenzimnya. Glyceraldehyde-3-P + NAD+ + Pi ..1,3-bisphosphoglycerate + NADH + H+. Reaksi oksidasi ini terjadi addisi gugus fosfat dan menghasilkan NADH. Pada tahap ini terbentuk pertama kali senyawa yang mengandung energi tinggi. NAD+: Nukotinamid Adenin dinuklotida, bentuk teroksidasi NADH: Nukotinamid Adenin dinuklotida, bentuk tereduksi
7. Transfer fosfat untuk membentuk ATP. Senyawa 1,3 bisfosfogliserat merupakan senyawa berenergi tinggi yang selanjutnya gugus fosfat tersebut ditransfer untuk membentuk ATP yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase dengan ko-faktor Mg2+. Enzi mini mirip dengan heksokinase yang mengalami prubahan konformasi yang diinduksi oleh substrat. Reaksi ini bersifat reversible.1,3-bisphosphoglycerate + ADP .. 3-phosphoglycerate + ATP
8. Perpindahan posisi gugus fosfat. Pada tahap ini terjadi reaksi perpindahan gugus fosfat pada 3-fosfogliserat yang berada pada posisi C-3 berpindah ke OH posisi C-2 yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat mutase. Reaksi ini menghasilkan 2-fosfogliserat. 3-phosphoglycerate .. 2-phosphoglycerate. Pada katalisis ini residu histidin berperan penting pada transfer fosfat ion dengan memberikan dan menerima gugus fosfta.
9. Pembentukan senyawa berenergi tinggi kedua. Pembentukan senyawa ini dilakukan dengan dehidrasi yang dikatalisis oleh enzim enolase yang memiliki ko-faktor Mg2+. Reaksi ini dapat dihambat olehfluorida. 2-phosphoglycerate .. phosphoenolpyruvate + H2O
10. Pembentukan ATP akhir. Reaksi ini berjalan spontan dan terjadi transfer gugus fosfat dari fosfoenolpirufat ke ADP membentuk ATP. Pelepasan fosfat ion menyebabkan terjadinya ikatan enolyang tidak stabil sehingga akan terkonversi ke bentuk keto dan menjadi piruvat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim piruvat kinase. Ensim ini memerlukan Mg+ sebagai ko-faktor. Piruvat merupakan hasil akhir glikolisis.phosphoenolpyruvate + ADP . pyruvate + ATP. Resume glikolisis tahap I dan tahap II (kali dua) Kalkulasi net ATP untuk setiap mol glukosa:

Reaksi tahap I dibutuhkan 2 mol ATP

Reaksi tahap II masing-masing dihasilkan 2 ATP; jadi totalnya ada 4 ATP

Net produksi ATP = 4 – 2 = 2 mol

• Reaksi total glikolisis (dengan mengabaikan H+):

glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi . 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP

• Pada organisme aerobik:

Piruvat yang dihasilkan oleh glikolisis ini akan dioksidasi menghasilkan CO2 pada siklus Kreb (akan dibahas pada bab selanjutnya).

NADH yang dihasilkan oleh glikolisis dan siklus Kreb akan di-reoksidasi melalui

rantai oksidasi dan menghasilkan lebih banyak lagi ATP (akan dibahas pada bab

selanjutnya).

• Pada organisme an-aerobik:

NADH akan di-reoksidasi melalui serangkaian reaksi, karena NAD+ diperlukan untuk

reaksi gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase.

Piruvat akan dikonversi menjadi beberapa jenis senyawa yang selanjutnya akan

diekskresikan.

Jalur lengkap, termasuk glikolisis dan re-oksidasi NADH disebut fermentasi.

Pada keadaan keadaan olahraga, piruvat akan direduksi menjadi laktat oleh enzim

laktat dehidrogenase dan NADH akan mengalami re-oksidasi menjadi NAD+.

Keadaan tersebut dapat terjadi bila metabolisme aerobik tidak dapat memenuhi

kebutuhan energi.

Laktat dapat diekskresikan atau masuk ke pembuluh darah dan dikonversi lagi

menjadi piruvat oleh Laktat dehidrogenase.

Laktat juga merupakan sumber energi yang signifikan bagi otak.

Beberapa organisme anaerobic melakukan metabolisme glukosa menghasilkan

etanol sebagai produk sampingnya.

Pada reaksi tersebut NADH akan dikonversi menjadi NAD+ oleh enzim Alkohol

dehidrogenase.

• Perbandingan total reaksi:

Glycolysis, mengabaikan H+:

glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi . 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP

• Fermentation, from glucose to lactate (alcohol) :

glucose + 2 ADP + 2 Pi . 2 lactate (alcohol) + 2 ATP

Katabolisme anaerobic dari glukosa hanya menghasilkan 2 mol ATP

• Enzim yang mengkatalisis reaksi spontan pada glikolisis:

Heksokinase, fosfofruktokinase dan piruvat kinase

• Enzim-enzim tersbut diregulasi:

Lokal kontrol: dihambat oleh produk reaksi

Global kontrol: hormon (dibicarakan pada kuliah biologi molecular semester 3)

Metabolisme glukosa di hati. Glukokinase merupakan enzim yang berperan dalam glikolisis di lever dan reaksinya tidak dihambat oleh produknya, glukosa-6-fosfat. Enzim ini bekerja pada level glukosa darah yang tinggi.

Glukosa-6-fosfat yang berlebihan di dalam hati akan dikonversi menjadi glukosa-1- fosfat dan selanjutnya diubah menjadi glikogen. Akan tetapi apabila kadar gula di dalam darah menurun, glukosa-6-fosfat akan dikonversi menjadi glukosa dengan melepas fosfat ion dengan katalisator Glukosa-6-fosfatase.

Kedua enzim tersebut hanya ditemukan di hati yang berguna untuk kontrol kadar

gula darah.