Glikolisis

Glikolisis adalah serangkaian reaksi biokimia dimana glukosa dioksidasi menjadi molekul asam piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal yang kita kenal, dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organik berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH.

Asam piruvat (CH₃COCO₂H) adalah sebuah asam alfa-keto yang memiliki peran penting dalam proses-proses biokimia. Anionkarboksilat dari asam piruvat disebut piruvat. Asam piruvat adalah cairan tak berwarna, dengan bau yang mirip asam asetat. Asam piruvat bercampur dengan air, dan larut dalam etanol dan dietil eter. Di laboratorium, asam piruvat dibuat dengan cara memanaskan campuran asam tartarat dengan kalium bisulfat, atau melalui hidrolisis asetil sianida, yang dibuat melalui reaksi asetil klorida dan kalium sianida:

CH₃COCl + KCN → CH₃COCN

CH₃COCN → CH₃COCOOH

Piruvat adalah suatu senyawa kimia yang penting dalam biokimia. Senyawa ini merupakan hasil metabolisme glukosa yang disebutglikolisis. Sebuah molekul glukosa terpecah menjadi dua molekul asam piruvat, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan energi. Jika tersedia cukup oksigen, maka asam piruvat diubah menjadi asetil-KoA, yang kemudian diproses dalam siklus Krebs. Piruvat juga dapat diubah menjadi oksaloasetat melalui reaksi anaploretik yang kemudian dipecah menjadi molekul-molekul karbon dioksida. Nama siklus ini diambil dari ahli biokimia Hans Adolf Krebs, pemenang Hadiah Nobel 1953 bidang fisiologi, karena ia berhasil mengidentifikasi siklus tersebut).

Jika tidak tersedia cukup oksigen, asam piruvat dipecah secara anaerobik, menghasilkan asam laktat pada hewan dan manusia, atau etanol pada tumbuhan. Piruvat diubah menjadi laktat menggunakan enzim laktatdehidrogenase dan koenzim NADH melalui fermentasi laktat, atau menjadi asetaldehida dan lalu etanol melalui fermentasi alkohol.

             Asam piruvat juga dapat diubah menjadi karbohidrat melalui glukoneogenesis, menjadi asam lemak atau energi melalui asetil-KoA, menjadi asam amino alanin dan juga menjadi etanol       

Lintasan glikolisis yang paling umum adalah lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (bahasa Inggris: EMP pathway), yang pertama kali ditemukan oleh Gustav Embden, Otto Meyerhof dan Jakub Karol Parnas. Selain itu juga terdapat lintasan Entner–Doudoroff yang ditemukan oleh Michael Doudoroff dan Nathan Entner terjadi hanya pada sel prokariota, dan berbagai lintasan heterofermen-tatif dan homofermentatif (Bruce Albert dkk, 2002)

Didalam sel, katabolisme glukosa, fruktosa dan galaktosa pertama kali dilakukan oleh enzim-enzim glikolisis yang larut dalam sitoplasma. Glikolisis (gluko= glukosa: lisis = penguraian) adalah proses penguraian karbohidrat (glukosa ) menjadi piruvat. Reaksi penguraian ini terjadi dalam keadaan ada atau tanpa oksigen. Bila ada oksigen, asam piruvat akan dioksidasi lebih lanjut menjadi CO2dan air, misalnya pada hewan, tanaman dan banyak sel mikroba yang berada pada kondisi aerobic. Bila tanpa oksigen, asam piruvat akan dirubah menjadi etano l(fermentasi alcohol) pada ragi atau menjadi asam laktat pada otot manusia yang berkontraksi. Tiap proses glikolisis menggunakan enzin tertentu (Anna Poedjiadi, 1994).

Glikolisis secara harfiah berarti pemecahan glukosa. Jalur glikolisis ditemukan di dalam sitosol dari sel, mempunyai dua peran; pemecahan monosakarida untuk menghasilkan energi dan menyediakan satuan pembentuk untuk sintesa senyawa yang diperlukan sel seperti gliserol untuk sintesa trigliserida atau lemak. Sebelum glikolisis dapat berlangsung, sebuah sel harus memperoleh glukosa. Hanya beberapa jenis sel seperti sel-sel hati dan buah pinggang (kidney) yang dapat menghasilkan glukosa dari asam amino, dan hanya hati dan sel-sel jaringan menyimpan glukosa dalam jumlah besar. Glukosa ini disimpan sebagai glikogen. Hati dan jaringan memecahkan glikogen menjadi glukosa (atau bentuk monosakarida lain). Sel-sel badan lainnya harus memperoleh glukosa dari sirkulasi darah, sehingga badan perlu mempertahankan suatu konsentrasi yang relatif tetap dari glukosa darah supaya dapat hidup. Hasil glikolisis adalah dua unit senyawa yang mengandung tiga atom karbon yaitu asam piruvat. Sebagian sel-sel mengubah asam piruvat menjadi asam laktat.

Glikolisis dimulai dengan penambahan satu gugus fospat ke glukosa, sehingga menjadi lebih reaktif. Satu gugus fospat yang lainnya di tambahkan ke senyawa glukosa-fospat yang baru terbentuk yang kemudian dipecah menjadi senyawa karbon yang mengandung tiga atom karbon. Senyawaan ini diubah melalui serangkaian tahapan menjadi dua molekul piruvat. Maka dalam glikolisis sebuah sel memulai dengan satu molekul glukosa dan menghasilkan dua molekul yang mengandung tiga atom karbon yakni piruvat. Di dalam proses ini empat hidrogen(mengandung total empat elektron) dikeluarkan dan empat ATP terbentuk. Elektron dan hidrogen ditangkap oleh pembawa (carrier) dalam hal ini NAD. Setiap NAD (bentuk teroksidasi) menerima dua elektorn dan satu ion hidrogen, menghasilkan NADH + H⁺ (bentuk tereduksi). Maka salah satu hasil akhir dari glikolisis adalah juga sintesa dari dua NADH + H⁺, dengan pelepasan dua ion hidrogen.

Di dalam glikolisis, reaksi pertama melibatkan satu ATP menyumbangkan satu gugus fospat ke glukosa. Pada tahap ketiga, satu lagi ATP digunakan menambah satu gugus fospat kedua. Maka untuk memulai jalur ini, satu sel memakai dua ATP. Pada saat molekul yang mengandung tiga atom karbon diubah menjadi piruvat, masing-masing menghasilkan dua ATP, sehingga total ada 4 ATP. Energi bersih yang dihasilkan sejauh ini dari glikolisis adalah dua ATP, karena dua ATP digunakan didalam proses dan empat ATP di hasilkan. Masih ada ATP yang akan terbentuk; ini hanya menyatakan sebanyak 5% dari total produksi ATP yang mungkin dari satu molekul glukosa. Energi kimia yang disimpan di dalam ikatan NADH akhirnya dapat ditransfer ke ATP. Pada umumnya setiap NADH + H⁺ menyumbangkan energy yang cukup untuk menghasilkan 2,5 ATP. Maka NADH + H⁺ adalah satu bentuk dari energi potensial untuk sel. Pada akhirnya sel memakai energi di dalam NADH+ H⁺ membentuk ATP (Simanjuntak dan Silalahi, 2003).

Glikolisis terdiri dari 2 fase: Fase preparasi (preparatory phase), yaitu fosforilasi glukosa dan konversinya menjadi gliseraldehid 3-fosfat. Fase pembayaran (payoff phase), yaitu konversi oksidatif gliseraldehid 3-P menjadi piruvat disertai pembentukan ATP dan NADH.

Reaksi netto glikolisis:

Glukosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi ———-> 2Piruvat + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

Enzim yang terlibat dalam glikolisis

Preparatory phase:

Heksokinase
Fosfoheksoisomerase
Fosfofruktokinase
Aldolase
Triosafosfat isomerase

Payoff phase:

Gliseraldehid3-P dehidrogenase

Fosfogliserat kinase

Fosfogliserat kinase

Enolase
Piruvat kinase

Glikolisis melibatkan banyak enzim, uraian lebih lengkapnya di bawah ini:

1.      Heksokinase

Tahap pertama pada proses glikolisis adalah pengubahan glukosa menjadi glukosa 6-fosfat dengan reaksi fosforilasi. Gugus fosfat diterima dari ATP dalam reaksi. Enzim heksokinase merupakan katalis dalam reaksi tersebut dibantu oleh ion Mg⁺⁺sebagai kofaktor. Enzim ini ditemukan Meyerhof pada tahum 1927 dan telah dapat dikristalkan dari ragi, mempunyai berat molekul 111.000. heksesokinase yang berasal dari ragi dapt merupakan katalis pada reaksi pemindahan gugus fosfat dari ATP tidak hanya kepada glukosa tetapi juga kepada fruktosa, manosa, glukosamina. Dalam otak, otot, dan hati terdapat enzim heksesokinase yang multi substrat ini. Disamping itu ada pula enzim-enzim yang khas tetapi juga kepada fruktosa, manosa, dan glukosamin. Dalam kinase. Hati juga memproduksi fruktokinase yang menghasilkan fruktosa-1-fosfat.

Enzim heksesokinase dari hati dapat dihambat oleh hasil reaksi sendiri. Jadi apabila glukosa-6-fosfat terbentuk dalam jumlah banyak, mak senyawa ini akan menjadi inhibitor bagi enzim heksesokinase tadi. Selanjutnya enzim akan aktif kembali apabila konsentrasi glukosa-6-fosfat menurun pada tingkat tertentu.

2.      Fosfoheksoisomerase

Reaksi berikutnya ialah isomerasi, yaitu pengubahan glukosa-6-fosfat menjadi fruktosa-6-fosfat, dengan enzim fosfoglukoisomerase. Enzim ini tidak memerlukan kofaktor dan telah diperoleh dari ragi dengan cara kristalisasi. Enzim fosfuheksoisomerase terdapat jaringan otot dan mempunyai beraat molekul 130.000.

3.      Fosfofruktokinase

Frukrosa-6-fosfat diubah menjagi fruktosa-1,6-difosfat oleh enzim fosfofruktokinase dibantu oleh ion Mg⁺⁺ sebagai kofaktor. Dalam reaksi ini gugus fosfat dipindahkan dariATP kepada fruktosa-6-fosfat dari ATP sendiri akan berubah menjadi ADP.

Fosfofruktokinase dapat dihambat atau dirangsang oleh beberapa metabolit, yaitu senyawa yang terlibat dalam proses metabolism ini.  Sebagai contoh, ATP yang berlebih dan asam sitrat dapat menghambat,dilain pihak adanya AMP, ADP, dan fruktosa-6-fosfat dapat menjadi efektor positif yang merangsang enzim fosfofruktokinase. Enzim ini merupakan suatu enzim alosterik dan mempunyai berat molekul kira-kira 360.000.

4.      Aldose

Reaksi tahap keempat dalam rangkaian reaksi glikolisis adalah penguraian molekul fruktosa-1,6-difosfat membentuk dua molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan D-gliseraldehida-3-fosfat. Dalam tahap ini enzim aldolase yang menjadi katalis telah dimurnukan dan ditemukan oleh Warburg. Enzim ini terdapat dalam jaringan tertentu dan dapat bekerja sebagai kaalis dalam reaksi penguraian beberapa ketosa dan monofosfat, misalnya fruktosa-1,6-difosfat, sedoheptulose-1,7- difosfat, fruktosa-1-fosfat, eritulosa-1-fosfat. Hasil reaksi penguraian tiap senyawa tersebut yang sama adalah dihidroksi aseton fosfat.

5.      Triosafosfat Isomerase

Dalam reaksi penguraian oleh enzim aldolase terbentuk dua macam senyawa, yaitu D-gliseraldehida-3-fosfat dan dihidroksi-aseton fosfat. Yang mengalami reaksi lebih lanjut dalam proses glikolisis adalah D-gliseraldehida-3-fosfat. Andaikata sel tidak mampu mengubah dihidroksiasotonfosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat, tentulah dihidrosiasetonfosfat akan bertimbun didalam sel. Hal ini tidak berllangsung karena dalam sel terdapat enzim triofosfat isomerase yang dapat mengubah dihidrokasetonfosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat. Adanya keseimbangan antara kedua senyawa tersebut dikemukakan oleh Mayerhof dan dalam keadaan keseimbangan dihidroksiaseton fosfat terdapat dalam jumlah dari 90%.

6.      Gliseraldehida-3-fosfat Dihidrogenase

Enzim ini bekerja sebagai katalis pada reaksi gliseraldehida-3-fosfat menjadi 1,3 difosfogliserat. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD⁺. Sedangkan gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat. Reaksi oksidasi ini mengubah aldehida menjadi asam karboksilat. Gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase telah dapat diperoleh dalam bentuk Kristal dari ragi dan mempunyai berat molekul 145.000. Enzim ini adalah suatu tetramer yang terdiri atas empat subunit yang masing-masing mengikat suatu molekul NAD⁺, jadi pada tiap molekul enzim terikat empat molekul NAD⁺.

7.      Fosfogliseril Kinase

Reaksi yang menggunakan enzim ini ialah reaksi pengubahan asam 1,3-difosfogliserat menjadi asam 3-fosfogliserat. Dalam reaksi ini terbentuk datu molekul ATP dari ADP dan ion Mg²⁺diperlukan sebagai kofaktor. Oleh karena ATP adalah senyawa fosfat berenergi tinggi, maka reaksi ini mempunyai fungsi untuk menyimpan energy yang dihasilkan oleh proses glikolisis dalam bentuk ATP.

8.      Fosfogliseril Mutase

Fosfogliseril mutase bekerja sebagai katalis pada reaksipengubahan asam 3-fosfogliserat menjadi asam 2-fosfogliserat.Enzim ini berfungsi memindahkan gugus fosfat dari suatu atom C kepada atom C lain dalam suatu molekul. Berat molekul enzim ini yang diperoleh dari ragi ialah 112.000.

9.      Enolase

Reaksi berikutnya ialah pembentukan asam fosfofenol piruvat dari asaam 2-fosfogliserar dengan katalis enzim enolase dan ion Mg²⁺ sebagai kofaktor. Reaksi pembentukkan asam fosfofenol piruvat ini ialah pembentukan asam fosfofenol piruvat dari asaam 2-fosfogliserar dengan katalis enzim enolase dan ion Mg²⁺ sebagai kofaktor. Reaksi pembentukkan asam fosfofenol piruvat ini ialah reaksi dehidrasi. Adanya ion F^- dapat menghambat kerja enzim enolase, sebab ion F^- dengan ion Mg²⁺dan fosfat dapat membentuk kompleks magnesium fluoro fosfat. Dengan terbentuknya kompleks ini akan mengurangi jumlah ion Mg²⁺ dalam campuran reaksi dan akibat berkurangnya ion Mg²⁺maka efektivitas reaksi berkurang.

Enzim ini menggunakan enzim laktat dehidrogenase ini ialah reaksi tahap akhir glikolisis, yaitu pembentukan asam laktat dengan cara reduksi asam piruvat. Dalam reaksi ini digunakan NAD sebagai koenzim (Anna Poedjiadi, 1994).

Tinjauan energi proses glikolisis

Proses glikolisis dimulai dengan molekul glukosa dan diakhiri dengan terbentuknya asam piruvat. Serangkaian reaksi-reaksi dalam proses glikolisis tersebut dimanakan juga jalur Embden-meyerhof.

Reaksi-reaksi yang berlangsung pada proses glikolisis dapat dibagi dalam dua fase. Pada fase pertama, glukosa diubah menjadi triofosfat dengan proses fosforilasi. Fase kedua dimulai dari reaksi oksidasi triofosfat hingga terbentuk asam laktat. Perbedaan antara kedua fase ini terletak pada aspek energy yang berkaitan debgan reaksi-reaksi dalam kedua fase tersebut.

Dalam proses glikolisis satu mol glukosa diubah menjadi dua mol asam piruvat. Fase pertama dalam proses glikolisis melibatkan dua mol ATP yang diubah menjadi ADP. Jadi fase pertama ini menggunakan energy yang tersimpan dalam molekul ATP. Fase kedua mengubah dua mol triosa yang terbentuk pada fase pertama menjadi dua mol asam laktat, dan dapat menghasilkan 4 mol ATP. Jadi fase kedua ini menghasilkan energy. Apabila ditinjau dari keseluruhan proses glikolisis ini menggunakan 2 mol ATP dan menghasilkan 4 mol ATP sehingga masih sisa 2 mol ATP yang ekivalen denganenergi sebesar 14.00 kalori. Energy tersebut tersimpan dan dapat digunakan oleh otot dalam energy mekanik (Anna Poedjiadi, 1994).

Skema Glikolisis

Proses glikolisis di sitoplasma berlangsung anaerob dengan menghasilkan senyawa 2 , 2, 2 (Asam Piruvat , ATP,NADH )dengan bahan glukosa (hasil fotosintesa) berjalan dengan 10 tahap GiGiFiFi PeGAL 3XPGA-P-P untuk jelasnya lihat ini

Produksi Laktat Adalah Titik Akhir Dari Glikolisis Anaerobik

Sebagian sel kekurangan jalur yang membutuhkan oksigen (aerobik) diperlukan untuk memakai NADH + H+ untuk sintesa ATP, dan pada saatnya selsel ini kurang mampu memakai proses ini untuk me-recycle NADH + H+ kembali menjadi NAD. Misalnya sel darah merah. Maka, pada saat sel darah merah mengubah glukosa menjadi piruvat, NADH + H+ meningkat di dalam sel. Akhirnya konsentrasi NAD menurun terlampu rendah sehingga glikolisis berlanjut, karena kebanyakan NAD ada di dalam bentuk NADH + H+. Untuk mengimbanginya, satu sel darah merah mereaksikan piruvat dengan satu NADH + H+ dan satu ion hidrogen bebas membentuk laktat, lihat. Di dalam proses itu, NADH + H+ berobah menjadi NAD.

Proses ini memungkinkan sel darah merah untuk menyediakan sendiri (resupply itself) dengan NAD karena sel-sel ini tidakmengandung mitochondria. Otot yang sedang latihan juga menghasilkan laktat jika kekurangan NAD. Bertambahnya laktat kemudian akan menyebabkan otot menjadi lelah (fatigue). Produksi laktat oleh suatu sel memungkinkan glikolisis anaerobik berlanjut karena disini tetap ada suatu pasokan dari NAD. Lagi pula, jalur ini menghasilkan hanya sekitar 5% dari potensial ATP per molekul glukosa. Tetapi untuk sebagian sel-sel seperti sel darah merah, glikolisis anaerobik adalah satu-satunya metode untuk menghasilkan ATP. Asam laktat dilepaskan ke peredaran darah, ditangkap terutama oleh hati dan disintesa menjadi glukosa. .( Simanjuntak dan Silalahi, 2003 )

Glikolisis anarobik berperan hampir pada semua vertebrata, termasuk pada manusia, dalam waktu penedek pada aktivitas otot yang bersifat ekstrim, misalnya selama lari cepat 100 m, pada saat oksigen tidak dapat dibawa pada kecepatan yang cukup untuk dibawa ke otot, dan mengoksidasi piruvat, menghasilkan ATP. Sebaliknya, otot menggunakan glikogen cadangan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan ATP oleh oksidasi glikolisis anaerobic dengna laktat sebagai produk akhir. Penggunaan glikolisis anaerobic sebagai sumber energy bagi kontruksi otot terutama penting pada otot putih. Contoh hewan yang sangat dipengaruhi aktivitasnya melalui glikolisis anaerobic pada otot putihnya yaitu burung kalkun, otot kaki kuda (Lehninger, 1982).