1. GLIKOLISIS PENDAHULUAN Sebagian besar

1. GLIKOLISIS
PENDAHULUAN
Sebagian besar jaringan membutuhkan glukosa meskipun dalam jumlah
minimum, terutama otak dan eritrosit. Glikolisis merupakan jalur utama untuk
pemanfaatan glukosa dan di sitosol semua sel. Jalur ini merupakan jalur unik, karena
jika ada oksigen dapat menggunakan oksigen melalui rantai respirasi dalam
mitokondria (erob) atau dapat juga bekerja bila sama sekali tidak ada oksigen
(anerob). Namun untuk mengoksidasi glukosa, setelah menjadi piruvat sebagai basil
akhir glikolisis membutuhkan tidak hanya oksigen molekuler tapi juga sistem enzim
mitokondrial yaitu kompleks piruvat dehidrogenase, siklus asam sitrat dan rantai
respirasi
KEPENTINGAN BIOMEDIS
Glikolisis tidak hanya merupakan jalur utama untuk metabolisme glukosa, tapi
juga merupakan jalur utama untuk metabolisme fruktosa dan galaktosa yang berasal
dari diet. Dan glikolisis dapat dihasilkan ATP tanpa adanya oksigen, hal ini
memungkinkan otot skelet dapat bekerja dengan kecepatan yang tinggi pada keadaan
erob dan bila oksigen kurang melakukan glikolisis penting untuk mempertahankan
kehidupannya pada episode anoksik. Sebaliknya otot jantung yang teradaptasi untuk
keadaan kondisi erob, kemampuan glikolisisnya relatif rendah, dan mempunyai
kemampuan bertahan yang rendah pada keadaan iskemia. Penyakit yang jarang
ditemukan enzim-enzim tersebut (misalnya piruvat kinase); kondisi ini terutama yaitu
kurangnya aktivitas anemia hemolitika atau jika terjadi pada otot skelet (misalnya
fosfofruktokiase) menyebabkan kelelahan fatigue. Pada sel kanker yang tumbuh cepat,
glikolisis berjalan melebihi kecepatan yang diperlukan oleh siklus asam sitrat.
Sehingga akan dihasilkan piruvat lebih banyak dibanding yang dapat dimetabolisme.
Selanjutnya akan dihasilkap laktat yang berlebih, yang memberikan sifat asam pada
lingkungan tumor tersebut, merupakan suatu keadaan yang dapatditerapkan untuk
terapi beberapa kanker. Asidosis laktat hasil dan berbagai kasus dapat terjadi,
termasuk akibat defisiensi piruvat dehidrogenase.
GLIKOLISIS DAPAT BERFUNGSI PADA KEADAAN ANEROB
Pada awalnya, glikolisis ditemukan dari proses fermentasi ragi yang sama dengan
pemecahan glikogen dalam otot. Telah diamati bahwa jika otot berkontraksi pada
lingkungan anerob, glikogen akan hilang dan laktat akan nampak sebagai produk akhir
utama. Jika diberikan oksigen, keadaan aerob kembali dan glikogen ada kembali,
sedangkan laktat menghilang. Namun, jika kontraksi terjadi pada keadaan erob laktat
tidak tertimbun dan piruvat sebagai produk akhir utama dari glukolisis. Piruvat selanjumya
dioksidasi menjadi CO2 dan H20. Dari hasil pengamatan ini dapat dipisahkan
metabolisme karbohidrat menjadi fase anerob dan erob. Namun sebenarnya reaksi
dalam glikolisis baik ada oksigen atau tidak adalah sama, kecuali pada produk akhir dan
ATP yang dihasilkan. Jika oksigen rendah, reoksidasi NADH ujung terbentuk dari NAJD+
selama glikolisis terganggu. Pada keadaan ini NADH direoksidasi bersamaan dengan
reduksi piruvat menjadi laktat dan NADH menjadi NAD+. Dengan terjadinya reaksi ini,
energi yang dilepaskan akan terbatas. Akibatnya, untuk mendapatkan energi yang cukup,
diperlukan glukosa lebih banyak, untuk mengalami glikolisis pada keadaan anerob
dibandingkan keadaan erob (lihat gambar dalam lampiran).
REAKSI-REAKSI DALAM GLIKOLISIS MERUPAKAN SATU REAKSI UTAMA
PENGGUNAAN GLUKOSA
Persamaan reaksi glikolisis (glukosa menjadi laktat) adalah sbb. :
Glukosa + 2 ADP + 2 Pi
2 laktat + 2 TP + 2 H20
Semua enzim dalam jalur glikolisis terdapat ekstramitokondiral merupakan fraksi sel
yang larut dalam sitosol.
Sebelum glukosa masuk dalam jalur glikolisis, glukosa mengalami fosforilasi
menjadi glukosa -6-fosfat oleh enzim heksokinase. Namun di sel parenkhim hepar dan
dalam sel pankreas peran ini dilaksanakan oleh enzim glukokinase yang aktivitasnya
dalam hepar dapat diinduksi dan dipengaruhi perubahan status nutrisi. ATP diperlukan
sebagai donor fosfat, bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Reaksi disertai dengan
lepasnya energi bebas sebagai panas, sehingga pada keadaan fisiologis, reaksi terjadi
irreversibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk yaitu heksosa-6-fosfat.
Heksokinase mempunyai afinitas tinggi terhadap substrat glukosa (Km rendah). lni akan
menjamin masuknya glukosa ke jaringan walaupun kadar glukosa dalam darah rendah,
dengan memfosforilasi semua glukosa yang masuk ke dalam sel, sehingga
mempertahankan perbedaan kadar glukosa yang besar antara darah dan lingkungan
intrasel. Enzim ini juga bekerja pada anomer glukosa a dan 13 dan juga mengkatalisis
fosforilasi heksosa lain tetapi dengan kecepatan yang lebih rendah dibandingkan
glukosa.
Mg2+
1)
Glukosa + ATP
Glukosa-6-fosfat + ADP
Fungsi glukokinase juga mengambil glukosa dan darah setelah makan.
Glukokinase berbeda dengan heksokinase, is mempunyai Km yang tinggi terhadap
glukosa, dan bekerja optimal pada kadar glukosa di atas 5 mmol/L. Enzim ini khusus
untuk glukosa.
Glukosa-6-fosfat adalah senyawa yang penfing yang menjembatani berbagai
jalur metabolik (glikolisis, glukoneogenesis, jalur pentosa fosfat, glikogenesis dan
glikogenolisis). Pada glikolisis, Glukosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-6-fosfat oleh
fosfoheksose isomerase, terjadi isomerisasi aldosa-ketosa dan hanya anomer-a dari
glukosa-6-fosfat yang dipengaruhi.
2)
a-D-glukosa-6-fosfat
a-D-fruktosa-6-fosfat
Reaksi ini diikuti dengan fosforilasi berikutnya dengan ATP dikatalisis oleh
fosfofruktokinase
(fosfofruktokinase-1)
menghasilkan
fruktosa-1,6-difosfat.
Fosfofruktokinase adalah enzim allostrik dan dapat diinduksi dan peran utamanya
dalam mengatur kecepatan glikolisis. Reaksi ini merupakan reaksi irreversibel pada
keadaan fisiologis
3)
D-fruktosa-6-fosfat + ATP
D-Fruktosa-1,6-difosfat
Reaksi selanjutnya
Fruktosa-1,6-difosfat dipecah oleh aldolase (fruktosa 1,6-difosfat aldolase menjadi 2
those fosfat, gliseraldehid-3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat
4) D-fruktosa-1,6-difosfat
D- gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat
Beberapa macam aldolase telah ditemukan, semua mengandung 4 subunit.
Aldolase A terdapat di sebagian besar jaringan, sedang aldolase B terdapat di hepar
dan ren. Fruktose 6-fosfat yang terdapat dalam sel terutama dalam bentuk furanosa,
tapi bereaksi dengan fosfoheksose isomerase, fosfofruktokinase dan aldolase dalam
bentuk konfigurasi cincin terbuka. Gliseraldehid 3-fosfat dapat diubah menjadi
dihidroksi aseton fosfat atau sebaliknya oleh enzim fosfotriose isomerase.
5) D-gliseraldehid
dihidroksi aseton fosfat Glikolisis berlanjut
dengan oksidasi gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3bisfosfogliserat, dan karena aktivitas
fosfotriose isomerase, dihidroksi aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3bisfosfogliserat melalui gliseraldehid 3-fosfat.
6) gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi
Reaksi
ini
dipengaruhi
1,3-bisfosfogliserat + NADH + H+
enzim
gliseraldehid
3-fosfat
dehidrogenase
membutuhkan NAD+. Secara struktur enzim terdiri dari 4 polipeptida identik
membentuk tetramer. Empat gugus —SH terdapat pada masing-masing polipeptida
yang berasal dari residu sistein. Salah satu dari gugus —SH merupakan tapak aktif
enzim. Mula-mula substrat bergabung dengan gugus-SH tersebut, membentuk suatu
hemiasetal yang kemudian diubah menjadi tiol ester bertenaga tinggi dengan oksidasi;
hidrogen yang diambil pada reaksi ini dipindahkan ke NAD+ yang diikat enzim. NADH
yang dihasilkan tidak begitu kuat diikat enzim, selanjutnya akan dilepaskan digantikan
NAD+. Selanjutnya dengan fosforolisis, Pi ditambahkan membentuk 1,3-bisfosfogliserat
dan enzim bebas. Energi yang dilepaskan selama oksidasi disimpan dengan
membentuk gugus sulfur berenergi tinggi , yang setelah fosforolisis menjadi gugus
fosfat energi tinggi pada posisi 1,3-bisfosfogliserat. Fosfat energi tinggi ini ditangkap
sebagai ATP pada reaksi berikutnya dengan ADP oleh pengaruh enzim fosfogliserat
kinase melepaskan 3-fosfogliserat.
7)
1,3-bisfosfogliserat + ADP 4
A.3-fosfogliserat + ATP
Karen diperoleh 2 molekul triosa fosfat dari 1 molekul glukosa yang mengaiami
glikolisis, maka juga dihasilkan 2 molekul ATP per molekul glukosa, sebagai basil
fosforilasi pada peringkat substrat.
Jika terdapat arsenat, is akan bersaing dengan fosfat anorganik (Pi)
menghasilkan 1-arseno-3-fosfogliserat, yang dapat terhidrolisis spontan menghasilkan
3-fosfogliserat dan panas, tanpa menghasilkan ATP. Ini salah satu contoh penting ciari
kemampuan arsenat sebagai uncoupler pada oksidasi dan fosforilasi.
3-fosfogliserat
selanjutnya
diubah
menjadi
2-fosfogliserat
oleh
enzim
fosfogliserat mutase sedang 2,3-bisfosfogliserat (difosfogliserat, DPG) adalah
senyawaantara pada reaksi ini.
8)
3-fosfogliserat
2-fosfogliserat
Langkah berikutnya dikatalisis oleh enolase dan melibatkan reaksi dehidrasi
dan distribusi ulang energi dalam molekul, menghasilkan fosfat energi tinggi, pada
posisiposisi dengan membentuk fosfoenol piruvat. Enolase dihambat oleh fluorida.
Enzim juga tergantung oleh adanya atau Mn++.
9)
2-fosfogliserat
fosfoenolpiruvat +H20
Fosfat energi tinggi dari fosfoenolpiruvat clipindahkan ke ADP oleh enzim
piruvat kinase menghasilkan 2 molekul ATP. Enolpiruvat yang terbetuk pada reaksi ini
secara spontan diubah menjadi piruvat bentuk keto. Ini adalah salah satu reaksi tak
terbalikkan (searah) lainnya yang disertai dengan hilangnya energi bebas sebagai
panas
10)
fosfoenolpiruvat + ADP
piruvat + ATP
Sekarang status redox pada jaringan menentukan yang man dari kedua jalur ini
yang akan berlangsung. Jika keadaan anerob, reoksidasi NADH berlangsung dengan
memindahkan reducing equivalent piruvat. Piruvat direduksi oleh NADH menjadi laktat
dikatalisis oleh laktat dehidrogenase.
Reoksidasi NADH melalui pembentukan laktat memungkinkan glikolisis terjadi
tanpa adanya oksigen dengan menghasilkan NAD+ untuk siklus lain yang dikatalisis
oleh gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase. Pada keadaan erob, piruvat masuk
mitokondria, dan setelah diubah menjadi asetil-KoA dioksidasi menjadi CO2 melalui
siklus asam sitrat. Reducing equivalent dari NADH yang terbentuk dalam glikolisis
masuk mitokondria untuk dioksidasi melalui 2 shuttle .(Baca topik respirasi seluler)
JARINGAN-JARINGAN YANG BEKERJA PADA KEADAAN HIPOKSIA CENDERUNG
MENGHASILKAN LAKTAT
Lingkungan hipoksia ada pada otot skelet, terutama serabut putih, yang
kecepatan bekerjanya tidak dibatasi oleh kapasitas oksigenasi. Peningkatan jumlah
laktat dapat diamati di jaringan, darah dan urine. Glikolisis di eritrosit, walaupun pada
lingkungan erob, selalu berakhir dengan laktat, karena tidak ada mitokondria tempat
enzim untuk reaksi oksidasi piruvat secara erob. Paling sedikit 90% kebutuhan energi
total eritrosit mamalia diperoleh dari glikolisis. Disamping otot skelet serabut putih, otot
polos dan eritrosit, jaringan lainnya yang biasanya memperoleh sebagian besar dari
glikolisis dan menghasilkan laktat adalah otak, traktus gastrointestinal, medula renalis,
retina dan kulit. Hepar, ginjal dan jantung biasanya mengambil laktat dan
mengoksidasinya, tapi pada keadaan anerob juga menghasilkan laktat.
GLIKOLISIS DIATUR PADA TIGA TAHAP YANG MELIBATKAN REAKSI TIDAK
SEIMBANG
Walaupun sebagian besar reaksi glikolisis adalah dapat dibalikkan, tiga di
antaranya adalah reaksi eksergonik dan secara fisiologis talc terbalikkan. Reaksi
tersebut adalah yang dikatalisis oleh heksokinase atau glukokinase, fosfofruktokinase
dan piruvat kinase yang merupakan tapak utama pengaturan glikolisis.
GLIKOLISIS DALAM ERITROSIT
Dalam sebagian besar eritrosit mamalia, jalur yang dikatalisis oleh fosfogliserat
kinase diarahkan jalur lain dengan proses yang menghasilkan panas dan tidak
menghasilkan energi. Reaksi tersebut dikatalisis oleh 2,3-bisfosfogliserat fosfatase.
Hilangnya fosfat energi tinggi, berarti tidak dihasilkan ATP jika reaksi melalui jalur ini,
yang menguntungkan sel darah merah untuk penghematan, karena memungkinkan
glikolisis berjalan jika kebutuhkan ATP minimal. Fungsi 2,3-bisfosfogliserat akan
berikatan dengan hemoglobin, menyebabkan turunnya afinitas hemoglobin terhadap
oksigen dan menghasilkan 'curve disosiasi oksihemoglobin bergeser ke kanan.
Sehingga adanya 2,3-bisfosfogliserat dalam sel akan membantu oksihemoglobin
melepaskan oksigen.
1,3-bisfosfogliserat + ADP 4
2,3-bisfosfogliserat
3-fosfogliserat