VIII. GLIKOLISIS Dr. Edy Meiyanto, MSi., Apt. Tujuan Instruksional

VIII. GLIKOLISIS
Dr. Edy Meiyanto, MSi., Apt.
Tujuan Instruksional Umum (TIU)
Setelah mengikuti kuliah bagian ini diharapkan mahasiswa dapat menyebutkan dan
menjelaskan proses reaksi glikolisis
Pendahuluan
Metabolisme merupakan total reaksi kimia yang terjadi didalam tubuh makhluk hidup
untuk kelangsungan kehidupannya. Secara keseluruhan reaksi-reaksi tersebut
bertanggungjawab untuk menjaga availabilitas organisme. Reaksi-reaksi tersebut
secara sendiri-sendiri mungkin tidak penting, tetapi secara keseluruhan dalan
jejaring akan membentuk puzzle yang sangat dibutuhkan untuk keseimbangan fungsi
biokimia. Adanya gangguan pada salah satu reaksi akan menyebabkan abnormalitas
metabolisme.
Reaksi-reaksi metabolisme dapat dibagi menjadi dua sesuai dengan tujuan
reaksinya, yaitu katabolisme dan anabolisme. Katabolisme merupakan reaksi
peluruhan (degradasi) yang menghasilkan energi, sedang anabolisme merupakan
reaksi sintesis yang memerlukan energi. Keduanya berjalan secara seimbang sesuai
dengan fungsi dan kebutuhan hidup organisme.
Glukosa merupada senyawa golongan karbohidrat yang merupakan sumber energi
utama bagi makhluk hidup karena glukosa berasal dari proses fotosintesis yang
mengkonversi energi matahari menjadi energi kimia. Energi yang terkandung dalam
senyawa glukosa selanjutnya akan ditransformasi melalui serangkaian reaksi
katabolisme yang dinamakan glikolisis. Glikolisis terjadi di dalam sitosol di dalam sel
yang menghasilkan senyawa luruhan dan energi konversi dalam bentuk senyawa
kimia yang lain (ATP).
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.
63
Reaksi ini dikatalisis oleh enzim heksokinase atau glukokinase.
Heksokinase dapat ditemukan dalam semua sel organisme. Enzi mini 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.
64
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
65
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
66
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.
67
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 oleh
fluorida.
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 enol
yang 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
68
Resume glikolisis tahap I dan tahap II (kali dua)
69
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.
70
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
71
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-1fosfat 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-6fosfatase.
Kedua enzim tersebut hanya ditemukan di hati yang berguna untuk kontrol kadar
gula darah.
72