Glikolisis

Glikolisis adalah serangkaian reaksi biokimia dimana glukosa dioksidasi menjadi

molekul asam piruvat. Proses glikolisis 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. Anion karboksilat  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.:

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.

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. 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.

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).

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. (lihat bagan)

Selama reaksi transisi ini, satu molekul glukosa yang telah menjadi 2 molekul asam piruvat

lewat reaksi glikolisis menghasilkan 2 molekul NADH