Glikolisis berasal dari bahasa Yunani glikos yang artinya manis dan lysis yang artinya terurai. Glikolisis adalah jalur dimana glukosa melalui fruktosa 1,6 bifosfat diubah menjadi piruvat dengan
menghasilkan 2 mol ATP/ mol glukosa. Jalur ini terdiri 10 tahapan reaksi enzimatis, yang berfungsi sebagai metabolisma energi inti yang menyediakan energi untuk digunakan oleh sebagian besar organisma dan penyiapan glukosa dan karbohidrat lain pada penguraian oksidasi.
Gambar 3-1. Gambaran glikolisis dengan 10 tahapan reaksi dan pengaturannya
Glukosa atau sering disebut gula darah, merupakan sumber energi utama dalam sel. Dalam kondisi tidak cukup oksigen di dalam jaringan otot, hanya glukosa yang dapat berfungsi sebagai sumber energi. Glukosa mempunyai peran penting dalam metabolisma, mempunyai energi potensial tinggi, -2840kJ/mol. Glukosa merupakan precursor berbagai metabolit termasuk nukleotida serta senyawa lainnya. Pada E. coli, semua asam amino, nukleotida, enzim, asam lemak, dan molekul lain disintesis dari glukosa. Pada sel tertentu, darah, syaraf, dan sperma, hanya glukosa yang dapat menyediakan energi.
Gambar 3-2. Lintasan utama glukosa pada organisma tingkat tinggi Tahapan-tahapan reaksi dalam glikolisis dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:
1. Tahapan persiapan
Terdiri dari 5 tahap yang merupakan reaksi fosforilasi oleh ATP
2. Tahapan pembentukan ATP
Terdiri dari 5 tahapan juga, merupakan tahapan dihasilkannya energi dalam bentuk ATP maupun NADH.
Tahapan reaksi selengkapnya dalam glikolisis adalah sebagai berikut:
1. Fosforilasi glukosa dari ATP membentuk glukosa-6-fosfat (G6P). Ini merupakan tahapan pertama
yang mengunakan ATP. Reaksi fosforilasi ini dikatalisis enzim heksokinase. Kinase adalah enzim yang mentransfer gugus fosfor antara ATP dengan metabolit. Heksokinase merupakan enzim yang tidak spesifik, terdapat dalam semua sel yang melakukan fosforilasi heksosa seperti: glukosa, manosa, dan fruktosa. Sel hati juga mengnandung glukokinase yang mengkatalisis reaksi yang sama tetapi khusus untuk glukosa dan digunakan untuk menjaga kadar gula darah.
2. Isomerasi,
Gambar 3-4. Reaksi –reaksi dalam glikolisis
Tahapan reaksi ini dikatalisis oleh fosfoglukosa isomerase. Yang mengubah gula aldosa menjadi gula ketosa.
Tahap ketiga adalah fosforilasi F6P menjadi kruktosa-1,6-bifosfat (FBP atau F1,6 P) oleh enzim fosfofruktokinase.(PFK). Enzi mini berperan utama dalam mengontrol glikolisis karena mengkatalisis salah satu jalur yang menentukan. Pada berbagai organisma, PFK ini ditingkatkan aktivitasnya oleh beberapa senyawa termasuk AMP, dan dihambat secara alosterik ileh senyawa lain termasuk ATP dan citrate.
4. Aldolasi, pemutusan aldol.
Tahap keempat adalah pemutusan FBP membentuk 2 senyawa triosa, gliseraldehida-3-fosfat (GAP) dan dihidroksiasetonfosfat (DHAP) yang dikatalisis oleh enzim aldolase. Jika aldol memutuskan G6P akan menghasilkan 2 senyawa yang tidak sama ukurannya, sementara aldol yang memutuskan FBP
menghasilkan 2 senyawa C3 yang dapat saling berubah sehingga dapat memasukin jalur penguraian selanjutnya.
5. Isomerasi triosa fosfat,
Hanya 1 hasil penguraian aldol, GAP, yang dpat melanjutkan ke tahapan berikutnya. Akan tetapi DHAP dan GAP adalah isomer ketosa – aldosa sebagaimana F6P dan G6P. Hal ini memungkinkan interkonversi antara keduanya yang dikatalisis oleh enzim triosa fosfat isomerase (TIM).
6. Pembentukan senyawa berenergi tinggi
Pada tahapan ini terjadi oksidasi dan fosforilasi GAP oleh NAD+ dan Pi oleh enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase (GAPDH). Merupakan reaksi exergonik yang menyebabkan terbentuknya senyawa asil-fosfat, 1,3 bifosfogliserat (1,3BPG)
7. Pembentukan ATP pertama
Reaksi ke 7 merupakan reaksi pertama yang menghasilkan ATP bersamaan dengan terbentuknya 3 fosfogliserat (3PG) dari 1,3 BPG yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase (PGK)
8. Mutasi fosfogliserat
Dalam tahapan ke 8, 3PG dikonversi menjadi 2 fosfogliserat (2PG) oleh enzim fosfogliserat mutase (PGM). Enzim mutase mengkatalisis transfer gugus fungsional dari satu posisi ke posisi lain dalam
molekul. Ini merupakan tahapan persiapan untuk reaksi berikutnya yang menghasilkan senyawa berenergi tinggi untuk membentuk ATP.
9. Enolasi
Reaksi ke 9 adalah dehidrasi, penghilangan H2O, 2PG menjadi fosfoenol piruat (PEP) yang dikatalisis
oleh enzim enolase.
10. Pembentukan ATP kedua
Tahapan terakhir dalam glikolisis adalah hidrolisis PEP menghasilkan piruvat dan ATP. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim piruvat kinase (PK)
Gambar 3-6. Gambaran skematis pengaturan glikolisis
Untuk melanjutkan glikolisis, NAD+ dimana sel hanya mempunyai dalam jumlah terbatas, harus didaur ulang setelah direduksi menjadi NADH oleh GAPDH. Dalam keadaan cukup oksigen, NADH masuk ke dalam mitokondria untuk dioksidasi lebih lanjut. Sebaliknya, jika tidak cukup oksigen NAD+ akan banyak digunakan untuk mereduksi piruvat sebagaimana ditunjukkan oleh 2 diagram berikut:
Gambar 3-7. Pembentukan NADH dan ATP selama glikolisis
Di dalam otot, terutama selama aktivitas yang berlebihan, kebutuhan terhadap ATP sangat tinggi dan oksigen sudah banyak dikonsumsi, laktat dehidrogenase (LDH) mengkatalisis reduksi NADH oleh piruvat
menghasilkan laktat dan NAD+. Reaksi ini dikelompokkan sebagai reaksi ke 11 dalam glikolisis. Proses ini meregenerasi NAD+ untuk berpartisipasi dalam reaksi GAPDH. Jadi total reaksi glikolisis secara anaerob dalam sel otot secara keseluruhan adalah sebagai berikut:
Glukosa + 2 ADP + 2Pi --- 2 laktat + 2 ATP + 2H+.
Gambar 3-8. Konversi piruvat menjadi laktat
Akumulasi laktat ini tidak menyebabkan kelelahan otot seperti yang dipercaya selama ini, melainkan akumulasi laktat tersebut menjadikan suasana asam (otot dapat meneruskan aktivitasnya meskipun
konsentrasi laktat tinggi dengan syarat pH dijaga tetap konstan).Ini adalah benar, bahwa daging hewan yang dibiarkan berlari sampai kecapekan akan terasa asam karena akumulasi asam laktat dalam jaringan ototnya.
Fermentasi Alkohol
Pada yeast, dalam keadaan anaerob, NAD+ didaur ulang melalui cara yang telah dimanfaatkan oleh manusia selama ribuan tahun yaitu konversi piruvat menjadi ethanol dan CO2. Ethanol merupakan bahan aktif dalam anggur dan CO2 membuat roti menjadi lembut.
Yeast menghasilkan alcohol dalam 2 tahapan reaksi:
1. Karboksilasi piruvat membentuk asetaldehid dan CO2, dikatalisis oleh piruvat dekarboksilase, suatu
2. Asetaldehide selanjutnya direduksi menjadi ethanol oleh NADH yang dikatalisis oleh alcohol dehidropgenase, seperti pada gambar berikut:
Gambar 3-9. Konversi piruvat menjadi ethanol
Baik fermentasi laktat maupun alcohol mempunyai fungsi sama yaitu regenerasi NAD+ secara anaerob untuk kelangsungan glikolisis. Perbedaan utamanya terdapat pada produknya. Liver ADH (LADH) dari mammalian berfungsi untuk memetabolisma alcohol yang dihasilkan secara anaerob oleh flora usus.
Fermentasi anaerob menghabiskan gula jauh lebih cepat dibandingkan fosforilasi oksidatif. Fermentasi menghasilkan 2 ATP/mol glukosa, sedang fosforilasi oksidatif 38 ATP/mol glukosa. Bagaimanapun, laju produksi ATP secara anaerob dapat 100 kali lebih cepat dibandimhkan dengan fosforilasi oksidatif. Sebagai konsekuensinya, jika jaringan otot mengkonsumsi ATP dengan cepat maka hamper seluruhnya dihasilkan dari glikolisis anaerob.
Beberapa mikroorganisma melakukan metabolisma glukosa melalui jalurglikolisis yang mengalami modifikasi, dikenal dengan jalur Entner Doudoroff seperti ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 3-10. Modifikasi Glikolisis yang dikenal dengan jalur Entner Doudoroff
Metabolisma Heksosa selain Glukosa
Selain glukosa ada 3 macam gula lain yang juga banyak terdapat sebagai hasil penguraian dari gula dan buah (fruktosa), hidrolisis laktosa, gula susu (galaktosa), serta hasil hidrolisis polisakarida dan
glikoprotein (mannose). Sesudah dicerna, monosakarida-monosakarida ini memasuki aliran darah yang membawanya ke berbagai jaringan. Metabolisma ketiganya terjadi melalui konversi menjadi senyawa
intrmedier glikolisis yang selanjutnya akan diuraikan seperti halnya glukosa. Berikut ini adalah Gambar yang menunjukkan hubungan antara glukosa dengan fruktosa, galaktosa dan mannose.
Gambar 3-11. Inetraksi antara glukosa dengan heksosa lain
Galaktosemia adalah penyakit keturunan yang ditandai dengan ketidakmampuan mengubah galaktosa menjadi glukosa. Bila tidak ditangani secara serius dapat menyebabkan kemunduraan mental dan kematian yang disebabkan oleh kerusakan hati. Meningkatnya konsentrasi galaktosa dalam darah mengakibatkan meningkatnya gula ini pada lensa mata dimana galaktosa akan diubah menjadi galaktitol. Adanya gula alcohol ini pada lensa mata menyebabkan terbentuknya katarak. Galaktosemia dapat diterapi dengan diet bebas galaktosa.
Manosa memasuki jalur glikolisis setelah diubah menjadi F6P melalui2 tahapan reaksi:
1. Konversi manosa menjadi manosa 6P oleh heksokinase
2. Konversi mannose-6P menjadi gula ketosa F6P oleh enzimfosfomannosa isomerase
1. Sebutkan satu fungsi glukosa selain sebagai sumber energi.
2. Sebutkan 2 tahapan reaksi dalam glikolisis yang menghasilkan energi.
3. Enzim yang berperan dalam pengaturan/ pengontrolan glikolisis adalah
a. heksokinase c. Enolase
b. piruvat kinase d. Gliseraldehid-3P dehidrogenase
4. Tuliskan persamaan reaksi perubahan gula menjadi laktat.
5. Apa yang dimaksud engan galaktosemia?
Sumber Rujukan
Lehninger AL, Nelso DL, Cox MM (1993) Principles of Biochemistry. Worth Publisher, New York. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW (1993) Harper’s Biochemistry, twenty-third edition. Appleton & Lange, Norwalk Connecticut