Glikolisis (dari glycose, istilah yang lebih tua untuk glukosa) adalah yang mengubah jalur metabolisme glukosa, C6H12O6 menjadi piruvat, CH3COCOO- + H +. Energi bebas dilepaskan dalam proses ini digunakan untuk membentuk senyawa energi tinggi, ATP (adenosin trifosfat) dan NADH (dikurangi nikotinamid adenin dinukleotida).
- Tahapan glikolisis
· Glukosa diubah menjadi glukosa 6 fosfat dengan bantuan enzim Heksokinase dengan menambahkan 1 fosfat di ATP ke Glukosa sehingga diubah menjadi ADP.
Glukosa 6 fosfat diubah menjadi fruktosa 6 fosfat dengan bantuan enzim fosfoglukoisomirase (dapat bolak-balik).
Glukosa 6 fosfat diubah menjadi fruktosa 6 fosfat dengan bantuan enzim fosfoglukoisomirase (dapat bolak-balik).
· Fruktosa 6 fosfat diubah menjadi fruktosa 1,6 fosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase dengan menambahkan 1 fosfat di ATP ke fruktosa 6 fosfat sehingga dapat diubah menjadi ADP.
· Fruktosa 1,6 fosfat diubah menjadi dehidroksi aseton fosfat dan gliseradehid 3 fosfat dengan bantuan enzim aldolase. Karena dehidroksi aseton fosfat di dalam tubuh makhluk hidup dalam keadaan setimbang, maka tidak dapat beraksi lagi. sehingga harus diubah menjadi gliseradehid 3 fosfat. sehingga gliseradehid 3 fosfat ada 2.
· Gliseradehid 3 fosfat di ubah menjadi 1,3 bifosfatgliserat dengan bantuan enzim dehidroksigenase dengan menambahkan 1 NADH.
· 1,3 bifosfogliserat diubah menjadi 3 fosfogliserat dengan bantuan enzim fosfogliserokinase dengan membentuk 1 ATP.
· 3 fosfogliserat diubah menjadi 2 fosfolgliserat dengan bantuan enzim fosfogliseromutase.
· 2 fosfogliserat diubah menjadi fosfogenopiruvat dengan bantuan enzim enolase dengan mengeluarkan H2O dari 2 fosfogliserat. Fosfogenopiruvat diubah menjadi piruvat dengan bantuan enzim piruvatkinase dengan membentuk 1 ATP. Sehingga hasil akhir tahapan glikolisis adalah membentuk 4 ATP, 2 NADH, 2 PIRUVAT dan menghasilkan 2 ADP, mengeluarkan 1 H2O.Energi yang terbentuk dari glikolisis hingga terbentu asam laktat:
8 ATP – 2 NADH2 = 8 – 2 (3 ATP) = 2 ATP
2. Jalur penting yang dapat dilalui oleh asam piruvat setelah glikolisis dan fungsinya:
ü 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.
ü Siklus Krebs
Daur krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Dari siklus krebs ini, setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantia transpor electron.
ü Transfor Elektron
Rantai transpor elektron adalah tahapanterakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau system oksidasi terminal. Transpor electron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Pada transfor elektron Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalahNADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.
3. Reaksi yang terjadi
Step | Reaction | ΔG°’ / (kJ/mol) | ΔG / (kJ/mol) |
1 | glucose + ATP4- → glucose-6-phosphate2- + ADP3- + H+ | -16.7 | -34 |
2 | glucose-6-phosphate2- → fructose-6-phosphate2- | 1.67 | -2.9 |
3 | fructose-6-phosphate2- + ATP4- → fructose-1,6-bisphosphate4- + ADP3- + H+ | -14.2 | -19 |
4 | fructose-1,6-bisphosphate4- → dihydroxyacetone phosphate2- + glyceraldehyde-3-phosphate2- | 23.9 | -0.23 |
5 | dihydroxyacetone phosphate2- → glyceraldehyde-3-phosphate2- | 7.56 | 2.4 |
6 | glyceraldehyde-3-phosphate2- + Pi2- + NAD+ → 1,3-bisphosphoglycerate4- + NADH + H+ | 6.30 | -1.29 |
7 | 1,3-bisphosphoglycerate4- + ADP3- → 3-phosphoglycerate3- + ATP4- | -18.9 | 0.09 |
8 | 3-phosphoglycerate3- → 2-phosphoglycerate3- | 4.4 | 0.83 |
9 | 2-phosphoglycerate3- → phosphoenolpyruvate3- + H2O | 1.8 | 1.1 |
10 | phosphoenolpyruvate3- + ADP3- + H+ → pyruvate- + ATP4- | -31.7 | -23.0 |
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 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
Hal inilah yang menyebabkan hanya 2 ATP yang dihasilkan dari glikolisis, yaitu karena 2 dari 4 ATP yang terjadi digunakan pada reaksi tahap 1.
5.Mengapa Asam piruvat diubah menjadi asetil ko-A dan Perlunya regulasi pada glikolisis
a. Asam piruvat perlu diubah menjadi asetil ko-A dalam proses glikolisis, karena asetil ko-A ini dibutuhkan pada siklus krebs, ko-A memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentukasam isositrat. Lalu asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi NADH, dan melepas satu molekul CO2 dan membentuk asama-keto glutarat (asam alpha ketoglutarat). Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO2, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan satu ko-A dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinol ko-A, molekul ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan ko-A dan perubahan suksinil ko-A menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik menjadi molekul ATP. Sehingga dapat disimpulkan asetil ko-A ini dibutuhkan untuk menghasilkan ATP pada glikolisis, terutama pada siklus krebs.
b. perlunya dilakukan regulasi dalam masuknya dan penggunaan residu glukosa di dalam
glikolisis yaitu untuk mengatur kadar laju glikolisis, sehingga menurunkan gula dalam darah. Ketika gula darah turun, glikolisis dihentikan di hati untuk memungkinkan
proses kebalikannya, glukoneogenesis. Dalam glikolisis, reaksi dikatalisis oleh
heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase secara efektif ireversibel pada
kebanyakan organisme. Dalam jalur metabolisme, seperti situs berpotensi enzim
kontrol, dan ketiganya enzim melayani tujuan ini dalam glikolisis.
6. Glikolisis fruktosa difosforilasi menjadi F1P oleh fructokinase (heksokinase dapat melakukan hal ini jika perlu), F1P yang dibelah menjadi DHAP dan gliseraldehida oleh B aldolase (hanya dalam hati), gliseraldehida dan ATP menjadi glyc-3P oleh kinase triose. Metabolisme galaktosa umum difosforilasi menjadi galaktokinase galaktosa-1-fosfat menggunakan ATP. Gal-1-P mengalami pertukaran dengan UDP-GLC (antara dalam glikolisis) menggunakan transferase uridyl galaktosa 1-fosfat untuk membuat G1P UDP-gal dan yang dapat membuat G6P menggunakan fosfoglukomutase. UDP-gal dikembalikan menjadi UDP-GLC oleh 4-epimerase.
7. a. Diabetes mellitus atau penyakit gula atau kencing manis adalah penyakit yang
ditandai dengan kadar glukosa darah yang melebihi normal (hiperglikemia) akibat
tubuh kekurangan insulin baik absolut maupun relatif. Penyakit diabetes mellitus (DM)-yang dikenal masyarakat sebagai penyakit gula atau kencing manis-terjadi pada seseorang yang mengalami peningkatan kadar gula (glukosa) dalam darah akibat kekurangan insulin atau reseptor insulin tidak berfungsi baik. Ketika kadar gula dalam darah naik, maka glikolisis tidak akan terhenti, maka gula dalam darah ini terus meningkat dan akhirnya menumpuk dalam darah.
7. b. Galaktosemia adalah ganggua metabolisme karbohidrat yang diwariskan secara
resesif autosom dan mempunyai insiden 1 dalam 60000. Galaktosemia disebabkan oleh tidak adanya atau defisiensi berat enzim galaktosa-1-fosfat uridiltranferasa ( Gal-1-PUT). Enzim ini penting untuk mengubah galaktosa menjadi glukosa,karena laktosa yang merupakan gula utama susu adalah disakarida yang mengandung glukosa dan galaktosa. Bayi dengan kondisi ini secara cepat menderita galaktosemia jika disusui baik dengan ASI atau susu formula sapi. Metabolik yang terbentuk berbahaya adalah galaktosa-1-fosfat.
7. c. Intoleransi terhadap Laktosa (Lactose Intolerance) adalah kondisi di mana seseorang tidak mampu mencerna laktosa, yaitu bentuk gula yang berasal dari susu. Ketidakmampuan ini bisa disebabkan oleh kurangnya atau tidak mampunya tubuh memproduksi Laktase, yaitu salah satu enzim pencernaan yang diproduksi oleh sel-sel di usus kecil yang bertugas memecah gula susu menjadi bentuk yang lebih mudah untuk diserap ke dalam tubuh. Kondisi ini disebut juga Defisiensi Laktase (Lactase Deficiency). Dalam kondisi normal, ketika laktosa mencapai system pencernaan, enzim lactase akan segera bekerja memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Galaktosa sendiri oleh hati akan diubah menjadi glukosa, thus meningkatkan kadar gula dalam darah. Oleh karena itu, tidak meningkatnya kadar gula darah setelah minum susu bisa dianggap sebagai diagnosa adanya intoleransi laktosa. Pada beberapa kasus, ada anak-anak yang terlahir tanpa kemampuan memproduksi enzim lactase. Namun kondisi ini membaik secara alami seiring waktu sampai sekitar usia 2 tahun, tubuh mulai ‘belajar’ memproduksi lactase sedikit demi sedikit. Sehingga tidak heran jika pada usia dewasa, gejala-gejala intoleransi laktosa bisa berangsur-angsur hilang.
