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
