Glikolisis

Glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi piruvat atau asam laktat. Glikolisis merupakan lintasan utama pemakaian glukosa, terjadi dalam sitosol semua sel dengan tujuan untuk menghasilkan energi (ATP). Glikolisis dapat terjadi pada suasana aerobik maupun anaerobik. Pada suasana aerobik dapat menghasilkan 6 atau 8 ATP dan 2 molekul asam piruvat per molekul glukosa, Apabila glikolisis terjadi dalam suasana anaerobik maka akan menghasilkan 2 ATP dan 2 molekul asam laktat.

Tahapan Reaksi Glikolisis
Jalur ini disebut juga jalur Embden-Meyerhof. Semua enzim yang terlibat terdapat dalam fraksi ekstra mitokhondria (dalam sitosol). Mula-mula glukosa mengalami esterfikasi/aktifasi dengan fosfat (fosforilasi glukosa oleh ATP) membentuk glukosa 6 fosfat. Reaksi ini memerlukan ion Mg++ dan dikatalisis oleh enzim heksokinase dan glukokinase. Glukosa bebas sedikit sekali ditemukan dalam sel, sebagian terdapat dalam bentuk ester glukosa 6-P. Reaksi fosforilasi ini bersifat irreversibel (reaksi satu arah). Reaksi ini termasuk reaksi kunci pada glikolisis (enzimnya merupakan enzim kunci)

Heksokinase terdapat dalam bermacam-macam sel dan memiliki affinitas yang tinggi (Km yang rendah) terhadap glukosa. Enzim ini mempunyai peran utama menjaga pasokan glukosa bagi jaringan, terutama pada saat kadar glukosa darah rendah. Sesuai dengan namanya, heksokinase dapat pula mengkatalisis esterifikasi heksosa lainnya dengan ATP, sebagai contoh misalnya fruktosa menjadi fruktosa 6-P. Dalam sel binatang dan manusia, enzim ini merupakan enzim regulator karena dapat dihambat oleh hasil reaksinya.

Glukokinase terdapat dalam hepar (tidak didapatkan dalam otot). Dalam hepar glukokinase lebih dominan dari pada heksokinase. Mempunyai Km untuk glukosa jauh lebih tinggi dari enzim heksokinase, sehingga memerlukan glukosa lebih tinggi untuk menjadi. Berfungsi terutama untuk mengeluarkan glukosa dari dalam darah setelah makan dan berperan biasanya pada waktu kadar glukosa darah tinggi (sesudah makan). Enzim ini berkurang pada penderita diabetes mellitus. Selain itu, glukokinase tidak dihambat oleh glukosa 6-P.

Selanjutnya glukosa 6-P diubah menjadi fruktosa 6-P, dikatalisis enzim fosfoheksosa isomerase, di mana terjadi aldosa-ketosa isomerasi. Hanya anomer α–dari glukosa 6-P yang bisa dipakai sebagai substrat. Reaksi ini merupakan reaksi bolak balik. Fruktosa 6-P selanjutnya dirubah menjadi fruktosa 1,6-bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase (PFK). Reaksi ini juga membutuhkan ATP dan berlangsung satu arah. Sampai dengan rekasi ini, oksidasi satu molekul glukosa memerlukan dua ATP.

Fruktosa 1, 6 bisfosfat kemudian dipecah menjadi dua triosa fosfat oleh enzim aldolase, yaitu gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Ada 3 macam aldolase yang sudah diketahui, masing-masing terdiri dari empat subunit polipeptida yang berbeda komposisi asam aminonya. Alodolase A yang terdapat dalam sebagian besar jaringan. Aldolase B terdapat dalam sel hepar dan ginjal, sedangkan Aldolase C terdapat dalam sel otak.

Kedua triosa tersebut di atas dapat mengalami interkonversi (saling berubah) dengan bantuan enzim fosfotriosa isomerase. Selanjutnya gliseraldehid 3-fosfat mengalami oksidasi menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Karena adanya enzim fosfotriosa isomerase, dihidroksi asetonfosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bisfosfogliserat melalui gliseraldehid 3-fosfat. Enzim yang bertanggungjawab adalah gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, merupakan enzim yang aktivitasnya tergantung NAD. Enzim ini terdiri dari empat polipeptida yang identik membentuk tetramer. Empat gugusan SH terdapat pada tiap polipeptida, mungkin berasal dari residu sistein. Satu gugusan –SH terdapat pada active site. Mula-mula substrat berikatan dengan cycteinyl moiet pada dehidrogenase membentuk suatu tiohemiasetal, yang kemudian dioksidasi menjadi ditiolester. Atom hidrogen dipindah pada NAD yang terikat pada enzim. membentuk NADH Fosfat inorganik (Pi) ditambahkan pada reaksi ini.

Energi yang terjadi pada oksidasi di atas terwujud dalam ikatan fosfat energi tinggi pada posisi satu dari 1,3-bisfosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP pada reaksi dengan ADP yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase membentuk 3-fosfogliserat.
Karena ada 2 molekul triosafosfat yang dioksidasi maka akan terbentuk 2 molekul ATP. Pada reaksi ini, NAD+ tereduksi menjadi NADH. Reaksi tersebut termasuk fosforilasi pada tingkat substrat. Arsenat maka zat ini dapat berkompetisi dengan Pi yang akan menghasilkan 1-arseno-3-fosfogliserat, yang akan terhidrolisis spontan menghasilkan 3-fosfogliserat dan panas tanpa menghasilkan ATP. Jadi arsenat dapat memutus rangkaian oksidasi dan fosforilasi.
3-fosfogliserat selanjutnya diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase. Reaksi selanjutnya dikatalisis oleh enzim enolase, yang merubah 2-fosfogliserat menjadi fosfoenolpiruvat. Enolase dihambat oleh fluorida (F), sehingga F dapat menghambat glikolisis . Enolase membutuhkan adanya Mg++ atau Mn++.

Selanjutnya fosfat bertenaga tinggi dari fosfoenolpiruvat dipindah ke ADP menjadi ATP oleh enzim piruvat kinase membentuk enol piruvat. Untuk tiap satu molekul glukosa akan terjadi dua molekul ATP. Enzim piruvat kinase hepar berbeda sifatnya dengan enzim piruvat kinase otot. Pada otot, konsentrasi ATP yang tinggi akan menghambat enzim ini. Pada hepar enzim ini dapat dihambat oleh ATP dan alanin. Tapi adanya fruktosa 1,6-bisfosfat dengan konsentrasi tinggi akan dapat menghilangkan hambatan ini. Dalam hepar enzim ini dihambat juga oleh asam lemak rantai panjang dan asetil-KoA.

Enolpiruvat yang terbentuk kemudian mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat (piruvat). Sampai dengan reaksi di atas hasil netto dari oksidasi satu molekul glukosa menjadi dua piruvat adalah dua ATP (4-2 molekul ATP). Pada keadaan anaerobik, reoksidasi NADH melalui rantai respirasi tidak bisa terjadi. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi asam laktat yang dikatalisis anzim laktat dehidrogenase.

Dengan demikian, reoksidasi NADH melalui asam laktat memungkinkan glikolisis berlangsung tanpa oksigen karena NAD+ terbentuk cukup untuk keperluan enzim gliseraldehide-3-fosfat dehidrogenase. Jadi, jaringan pada keadaan hipoksia ada tendensi untuk membentuk asam laktat. Terutama dalam otot bergaris. Asam laktat yang terbentuk akan masuk ke peredaran darah dan bisa didapatkan dalam urin.
Dalam kreadaan aerob, piruvat yang dihasilkan tidak akan dirubah menjadi laktat melainkan mangalami oksidasi piruvat, masuk kedalam mitokondria. Sedangkan NADH yang dihasilkan akan memasuki mitokondria dan dioksidasi lebih lanjut melalui rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif. NADH sendiri tidak dapat menembus membran mitokondria. NADH masuk ke dalam mitokondria melalui mekanisme pengangkutan gerakan ulang-alik gliserofosfat (gliserofosfat shuttle) dan gerakan ulang-alik malat (malat shuttle). Jika NADH masuk ke dalam mitokondria menggunakan gliserofosfat shuttle oksidasi NADH akan menghasilkan 2 ATP dan akan menghasilkan 3 ATP jika menggunakan malat shuttle. Hal inilah yang mengakibatkan perbedaan ATP yang dihasilkan pada glikolisis aerob, yaitu bisa 6 atau 8 ATP. Glikolisis dalam eritrosit sekalipun dalam keadaan aerobik akan menghasilkan asam laktat karena enzim-enzim yang dapat mengoksidasi piruvat secara aerobik tidak ada dalam sel darah. Tiga reaksi glikolisis secara fisiologis boleh dikatakan reaksi searah (irreversibel), yaitu rekasi yang dikatalisis oleh enzim heksokinase/glukokinase, fosfofruktokinase dan piruvat kinase. Ketiga reaksi tersebut merupakan tapak utama bagi pengaturan glikolisis