Glikolisis Jalur Embden-Meyerhof-Parnas

Cecep Suryani Sobur Biokimia Kedokteran, Ilmu Dasar Kedokteran, Kedokteran Leave a Comment

Glikolisis adalah proses atau jalur metabolisme yang memecah glukosa (C6H12O6) menjadi asam piruvat (CH3COCOOH). Proses glikolisis ini merupakan tahapan pertama metabolisme glukosa oleh sel. Pemecahan glukosa pada glikolisis akan menghasilkan energi bebas yang digunakan untuk membentuk molekul berenergi tinggi yaitu adenosine triphosphate (ATP) dan nicotinamide adenine dinucleotide tereduksi (NADH). Proses glikolisis dapat berjalan dalam kondisi terdapat oksigen atau aerob maupun tanpa oksigen atau anaerob. Apabila ada oksigen (kondisi aerob), maka asam piruvat hasil glikolisis akan diproses lebih lanjut masuk ke siklus Krebs sedangkan NADH akan diproses masuk ke reaksi transpor elektron. Sedangkan dalam kondisi anaerob, asam piruvat akan dioksidasi menjadi asam laktat dengan menggunakan NADH sebagai oksidator. Dalam artikel ini akan dijelaskan tahapan glikolisis dan beberapa aspek penting lain glikolisis dalam berbagai proses fisiologi di dalam tubuh manusia.

Selain paparan dalam bentuk artikel ini, penjelasan mengenai proses glikolisis juga dapat disimak di video di bawah. Jika ada pertanyaan atau sesuatu untuk didiskusikan juga dapat disampaikan di bagian komentar di bagian bawah dari artikel ini.

Daftar Isi

Berbagai Jenis Tipe Jalur Glikolisis pada Makhluk Hidup

Jalur Entner–Doudoroff
Glikolisis jalur Entner–Doudoroff. KDPG: 2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate. Gambar oleh Yikrazuul – Wikipedia

Glikolisis merupakan proses metabolisme glukosa yang terjadi tidak hanya di manusia namun di semua makhluk hidup termasuk makhluk hidup bersel satu. Pada dasarnya proses ini secara prinsip serupa namun terdapat beberapa variasi. Variasi ini berupa perbedaan molekul perantara pada tahapan glikolisis. Salah satu contoh variasi glikolisis dapat ditemukan pada bakteri, yang dinamakan glikolisis jalur Entner-Doudoroff (lihat bagan). Terdapat pula variasi jalur glikolisis lainnya khususnya pada makhluk hidup yang menjalani proses fermentasi (heterofermentatif). Adapun pada artikel ini dibahas metabolisme glikolisis pada manusia yakni glikolisis jalur Embden-Meyerhof-Parnas atau EMP.

Peran Penting Glikolisis dalam Metabolisme

Seperti disebutkan di atas, bahwa proses glikolisis menghasilkan energi bebas. Makhluk hidup sangat memerlukan energi untuk bertahan hidup. Salah satu sumber energi yang digunakan makhluk hidup adalah karbohidrat sederhana yakni glukosa. Bagi manusia sendiri glukosa adalah sumber energi yang sangat penting bagi tubuh disamping asam lemak dan protein. Beberapa organ seperti otak bahkan hanya tergantung pada glukosa sebagai sumber energi. Glikolisis merupakan proses metabolisme pertama dari glukosa dan berlangsung di sitoplasma dari sel.

Dalam kondisi aerob, asam piruvat hasil glikolisis akan masuk ke mitokondria untuk mengalami dekarboksilasi oksidatif, menghasilkan acetyl-CoA yang kemudian masuk ke siklus Krebs. Sedangkan pada kondisi anaerob, asam piruvat akan dioksidasi oleh enzim laktat dehidrogenase (LDH) menjadi asam laktat di sitoplasma. Asam laktat ini nantinya dapat diproses oleh tubuh untuk menghasilkan glukosa baru melalui proses glukoneogenesis.

Tempat terjadinya metabolisme glukosa
Tempat terjadinya metabolisme glukosa yaitu glikolisis di sitoplasma, oksidasi aerob di mitokondria dan metabolisme anaerob di sitoplasma menghasilkan asam laktat.

Pada gambar di atas, tampak bagaimana glukosa masuk ke dalam sel, kemudian mengalami glikolisis di dalam plasma menghasilkan asam piruvat.

Fungsi Glikolisis Sebagai Sumber Energi dalam Kondisi Anaerob atau Kekurangan Oksigen

Dikarenakan glikolisis dapat berjalan tanpa baik dalam kondisi aerob maupun anaerob, maka proses glikolisis sangat penting untuk menghasilkan energi di sel yang tidak memiliki organel mitokondria seperti sel darah merah (eritrosit). Selain itu, dalam kondisi hipoksia baik akibat gangguan peredaran darah atau adanya kebutuhan energi yang meningkat pada aktivitas fisik berat, proses glikolisis dapat menyediakan energi bagi sel agar sel dapat bertahan sambil menunggu pasokan oksigen kembali berjalan dengan lancar.

Kemampuan glikolisis berjalan pada kondisi anerob memungkinkan otot bekerja penuh walaupun dengan kadar oksigen yang menurun. Misalnya dalam lari sprint, pada beberapa detik awal saat pelari mempercepat laju larinya, otot mengandalkan jalur anaerob untuk memperoleh energi. Pada kondisi tersebut biasanya peredaran darah masih membutuhkan waktu untuk memenuhi kebutuhan oksigen otot yang bekerja keras digunakan dalam pergerakan.

Selain itu, glikolisis juga memungkinkan jaringan bertahan apabila terjadi kondisi episode anaerob. Misalnya saat dehidrasi, saat tubuh mengalami gangguan sirkulasi dan aliran darah diutamakan disalurkan ke organ-organ penting, jaringan yang mengalami pengurangan pasokan darah dapat bertahan dengan mengandalkan produksi energi dari glikolisis.

Glikolisis Sebagai Bagian dari Jalur Metabolisme Berbagai Jenis Karbohidat

Selain jalur metabolisme glukosa, glikolisis juga merupakan jalur metabolisme bagi karbohidrat sederhana lain seperti fruktosa dan galaktosa. Kita ketahui bahwa diet kita terdapat berbagai jenis gula dan semuanya masuk ke tubuh di metabolisme melalui glikolisis. Pada gambar di bawah ini, terdapat struktur beberapa jenis karbohidrat sederhana. Karbohidrat ini terbagai berdasarkan jumlah atom karbon seperti gliseraldehid yang memiliki tiga atom karbon, ribosa yang merupakan komponen DNA dan RNA berupa karbohidrat dengan 5 atom karbon, dan heksosa seperti glukosa, fruktosa, dan galaktosa yang memiliki enam atom karbon. Selain itu, karbohidrat sederhana ini juga terbagi berdasarkan adanya gugus aldosa seperti glukosa atau gugus ketosa seperti fruktosa.

Berbagai jenis gula sederhana
Berbagai jenis gula sederhana

Gambaran Besar Proses Glikolisis

Proses glikolisis terdiri dari beberpa tahapan. Apabila disederhanakan, glikolisis merupakan proses perubahan molekul glukosa (C6H12O6), dimana satu molekul glukosa terdiri dari 6 atom karbon diubah menjadi dua molekul piruvat (CH3COCOOH) yang memiliki tiga atom karbon. Di sini kita dapatkan hukum kekekalan jumlah atom dimana di awal ada enam atom karbon (satu glukosa) dan produk akhir juga tetap memiliki enam atom karbon (dua asam piruvat). Sebagaimana disebutkan sebelumnya, apabila dalam kondisi ada oksigen, maka piruvat kemudian akan dioksidasi menjadi acetyl-CoA dan kemudian masuk ke siklus Krebs. Sedangkan dalam kondisi tanpa oksigen atau anaerob, asam piruvat akan diubah menjadi asam laktat. Adapun persamaan sederhana dari reaksi glikolisis adalah sebagai berikut:

C6H12O6 + 2 ATP + 2 NAD+→ 2 Piruvat + 4 ATP + 2 NADH

Pada persamaan di atas, tampak bahwa atom karbon tetap enam baik sebelum maupun sesudah. Adapun pada sisi kiri proses glikolisis memerlukan energi sebanyak 2 ATP. Hasilnya di sisi kanan menghasilkan energi yang lebih banyak berupa 4 ATP sehingga secara netto glikolisis menghasilkan 2 ATP. Selain ATP juga dihasilkan NADH. NADH ini dalam kondisi aerob akan masuk ke proses rantai transpor elektron menghasilkan ATP sedangkan pada kondisi anaerob digunakan untuk mengoksidasi asam piruvat menjadi asam laktat.

Untuk lebih jelas, dapat dilihat dari skematik di bawah ini mengenai jumlah atom karbon (C) yang diolah di reaksi glikolisis.

Ringkasan reaksi glikolisis
Ringkasan reaksi glikolisis

Adapun secara lebih detil, skema glikolisis ini dapat dilihat di gambar di bawah ini:

Reaksi lengkap glikolisis
Reaksi lengkap glikolisis

Dari reaksi di atas, tampak bahwa terdapat percabangan reaksi saat fructose 1,6-bisphosphate dipecah menjadi glyceraldehyde 3-phosphate dan dihydroxyacetone phosphate. Molekul pertama, glyceraldehyde 3-phosphate dapat meneruskan ke proses lanjutan sedangkan molekul kedua, dihydroxyacetone phosphate mengalami reaksi isomerasi terlebih dahulu menjadi glyceraldehyde 3-phosphate. Nah, untuk penjelasan lebih detil lagi kita bahas proses glikolisis tahap demi tahap berikut ini.

Detil Tahapan Glikolisis Tahap Demi Tahap

Secara total terdapat sepuluh tahapan reaksi dalam glikolisis. Dipandang dari produksi energi, tiga tahapan pertama merupakan proses yang membutuhkan ATP, dua reaksi berikutnya berupa pembelahan molekul enam karbon menjadi dua molekul dengan tiga atom karbon, dan lima reaksi terakhir adalah proses yang menghasilkan energi.

Tahapan reaksi glikolisis
Sepuluh tahapan reaksi glikolisis

Gambar di atas tampak skema bagaimana tiga tahap pertama (tahap 1-3) merupakan proses yang membutuhkan ATP, yaitu total 2 ATP diperlukan. Kemudian tahap 4 dan tahap 5 merupakan proses pemecahan dan isomerasi menghasilkan produk glyceraldehyde 3-phosphate yang memiliki 3 atom karbon. Selanjutnya tahap 6 sampai tahap 10 merupakan proses yang menghasilkan ATP, yaitu sebanyak 4 ATP. Sehingga secara total, glikolisis menghasilkan netto 2 ATP. Selain netto 2 ATP, glikolisis juga menghasilkan 2 NADH.

Baiklah di bawah ini akan dibahas mengenai tahapan-tahapan glikolisis tadi:

Tahap 1: Fosforilasi Glukosa Menjadi Glukosa 6-Fosfat

Tahapan pertama adalah fosforilasi glukosa menghasilkan gula-fosfat. Artinya gugus fosfat dimasukan ke dalam glukpsa. Fosfat ini berasal dari ATP sehingga proses ini mengonsumsi energi berupa satu ATP. Penyematan gugus fosfat ke glukosa memiliki arti penting. Fosfat merupakan gugus molekul dengan muatan negatif tinggi (anion). Adanya muatan negatif gugus fosfat akan mencegah glukosa keluar dari sel dikarenakan tolak-menolak dengan membran plasma yang juga memiliki gugus negatif. Akibatnya, proses ini mungkinkan sel dapat menyimpan glukosa di sitoplasma. Adapun bagan di bawah ini memperlihatkan bagaimana tahap 1 glukolisis ini berlangsung.

Tahap pertama glikolisis
Tahap pertama glikolisis, reaksi fosforilasi dari glukosa

Tahap 2: Isomerasi Menghasilkan Fruktosa 6-Fosfat

Tahap kedua adalah proses isomerasi artinya perubahan dari satu bentuk molekul ke bentuk molekul kembaran isomer lainnya. Dalam proses ini glukosa diubah menjadi bentuk isomer lain yakni fruktosa. Glukosa dan fruktosa sama-sama memiliki enam atom karbon namun mempunyai struktur cincin gula yang berlainan (lihat gambar, glukosa segi enam, sedangkan fruktosa segi lima) serta glukosa merupakan gula aldosa sedangkan fruktosa merupakan gula ketosa.

Di dalam larutan, proses ini diawali dengan perubahan secara reversibel antara bentuk cincin tertutup glukosa dengan bentuk molekul terbuka. Bentuk molekul terbuka ini kemudian berubah secara reversibel dari glukosa 6-fosfat (gula aldosa) menjadi fruktosa 6-fosfat (gula ketosa). Proses isomerisasi ini terjadi karena pergerakan atom oksigen karbonil dari karbon urutan nomor 1 ke nomor 2. Isomerisasi glukosa menjadi fruktosa ini difasilitasi oleh enzim fosfoglukosa isomerase. Pada tahap kedua ini secara energi berlangsung secara netral (tidak memerlukan maupun menghasilkan energi).

Tahap kedua glikolisis
Tahap kedua glikolisis, isomerisasi glukosa menjadi fruktosa

Tahap 3: Fosforilasi Menghasilkan 1,6-Bisfosfat

Di tahap ketiga ini kembali dibutuhkan energi sebanyak 1 ATP. Proses ini juga sama dengan tahap 1 yaitu terjadi penambahan gugus fosfat atau fosforilasi. Gugus fosfat ditambahkan di gugus hidroksil pada karbon posisi 1. Proses penambahan gugus fosfat ini membuat molekul glukosa semakin negatif. Hasilnya adalah fruktosa 1,6-bisfosfat yang memiliki dua gugus fosfat. Adanya dua gugus fosfat ini juga menyebabkan munculnya gaya tolak menolak elektrostatis antara molekul fosfat di dalam molekul 1,6-bisfosfat (lihat gambar di bawah).

Tahap ketiga glikolisis
Tahap ketiga glikolisis, fosforilasi fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-bifosfat

Tahap 4: Pembelahan Fruktosa 1,6-Bisfosfat Menjadi Gliseraldehid 3-Fosfat dan Dihidroaseton Fosfat

Dengan dibantu oleh enzim ditambah adanya aksi tolak menolak di dalam fruktosa 1,6-bisfosfat memungkinkan molekul ini dipecah menjadi dua molekul yang lebih kecil. Proses pemecahan ini merupakan tahap keempat dari proses glikolisis. Pada tahap keempat ini, terjadi pembelahan fruktosa 1,6-bifosfat menghasilkan dua molekul gula dengan tiga atom karbon yang berbeda (tidak kembar) yaitu gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroaseton fosfat. Hanya gliseraldehid 3-fosfat saja yang dapat meneruskan proses glikolisis. Adapun dihidroaseton fosfat akan diubah terlebih dahulu menjadi gliseraldehid 3-fosfat (reaksi tahap 5).

Tahap keempat glikolisis
Tahap keempat glikolisis, pembelahan satu glua dengan 6 atom karbon menjadi dua molekul gula dengan 3 atom karbon.

Tahap 5: Isomerasi Dihidroaseton Fosfat Menjadi Gliseraldehid 3-Fosfat

Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa hanya gliseraldehid 3-fosfat saja yang dapat meneruskan proses glikolisis. Tahapan kelima ada proses isomerisasi dihidroaseton fosfat menjadi gliseraldehid 3-fosfat. Jadi tahap kelima ini tidak berlangsung simetris.

Tahapan kelima glikolisis
Tahapan kelima glikolisis

Tahap 6: Oksidasi Gliseraldehid 3-Fosfat Menjadi 1,3-Bisfosfogliserat

Pada tahap keenam, gliseraldehid 3-fosfat baik yang dihasilkan langsung dari tahap keempat maun dari proses isomerasi tahap kelima akan dioksidasi menghasilkan 1,3-bisfosfogliserat dan NADH. Proses oksidasi ini juga merupakan proses fosforilasi dimana hasil akhir berupa molekul 1,3-bisfosfogliserat memiliki 2 gugus fosfat. Hanya saja, proses fosforilasi ini tidak membutuhkan ATP melainkan NAD yang kemudian berubah menjadi NADH.

Tahap keenam glikolisis
Tahap keenam glikolisis, oksidasi dari gliseraldehid 3-fosfat

Tahap 7: ATP Dihasilkan dari 1,3-Bisfosfogliserat

Molekul yang terbentuk berupa 1,3-bisfosfogliserat merupakan molekul anhidrida yang memiliki fosfat berenergi tinggi. Fosfat berenergi tinggi inilah yang dipanen menghasilkan energi berupa ATP. Molekul ini akan mentransfer satu molekul fosfat energi tinggi ke ADP menghasilkan ATP. Dikarenakan reaksi ini berlangsung di dua sisi, makan pada tahap 7 ini total dihasilan dua ATP dari dua molekul 1,3-bisfosfogliserat. Adapun bagan reaksi dari tahap 7 ini dapat disimak di bagan di bawah ini:

Tahap ketujuh glikolisis
Tahap ketujuh glikolisis

Tahap 8: Perubahan 3-Fosfogliserat Menjadi 2-Fosfogliserat

Sisa molekul fosfat memiliki energi yang relatif lebih rendah. Pada tahap kedelapan ini, fosfat sisa ini kemudian dipindahkan dari posisi atom karbon nomor tiga ke nomor 2 sehingga terbentuk 2-fosfogliserat. Proses pemindahan ini ternyata meningkatkan tingkat energi yang ada di dalam gugus fosfat tersebut.

Tahap kedelapan glikolisis
Tahap kedelapan glikolisis

Tahap 9: Kondensasi 2-Fosfogliserat Menjadi Fosfoenolpiruvat

Pada tahap kesembilan ini kembali dihasilkan molekul berenergi tinggi. Prosesnya adalah dengan menghilangkan molekul air (reaksi kondensasi) sehingga menghasilkan ikatan enol-fosfat berenergi tinggi. Hal ini disebabkan ikatan ganda diantara molekul C=C yang bermuatan negatif memiliki efek menolak gugus ATP.

Tahap kesembilan glikolisis
Tahap kesembilan glikolisis, reaksi kondensasi menghasilkan molekul berenergi tinggi

Tahap 10: Produksi ATP dan Produk Akhir Piruvat

Tahap kesepuluh adalah reaksi final. Pada proses ini phosphoenolpyruvate yang memiliki gugus fosfat berenergi tinggi akan mentransferkan gugus fosfatnya ke ADP sehingga kembali menghasilkan ATP. Selain ATP, tahapan reaksi kesepuluh ini juga menghasilkan produk akhir glikolisis berupa asam piruvat.

Tahap kesepuluh reaksi glikolisis
Tahap kesepuluh glikolisis, kembali terbentuk molekul ATP

Hasil Total Reaksi Glikolisis

Dari uraian reaksi glikolisis di atas jelas bahwa untuk setiap satu molekul glukosa akan menghasilkan 2 molekul piruvat, 4 molekul ATP, dan 2 molekul NADH. Namun, dikarenakan pada awal membutuhkan 2 ATP sehingga secara total proses glikolisis menghasilkan 2 ATP, 2 NADH, dan 2 piruvat. Perhatikan gambar di bawah ini dimana digambarkan di awal masuk dua ATP kemudian menghasilkan dua NADH dan 4 ATP:

Hasil reaksi glikolisis

Variasi Jumlah ATP Hasil Glikolisis

Walaupun demikian, ternyata tidak semua proses glikolisis menghasilkan jumlah ATP yang sama. Terdapat beberapa variasi. Misalkan apabila glukosa diperoleh dari glikogen. Glikogen merupakan bentuk polimer dari glukosa yang merupakan cadangan makana dari sel. Pada proses ini tahapan awal heksokinase atau glukokinase tidak terjadi sehingga glikolisis hanya mengonsumsi 1 ATP saja. Oleh sebab itu, hasil netto menghasilkan 3 ATP.

Glikolisis dari glikogen
Glikolisis dari glikogen, menghasilkan tiga ATP.

Namun, apabila kita lihat secara keseluruhan sebenarnya proses glikolisis dari glikogen juga menghasilkan netto akhir 2 ATP. Hal ini disebabkan untuk proses polimerisasi glukosa menjadi glikogen juga membutuhkan satu ATP untuk setiap molekul glukosa.

ATP Hasil Respirasi Aerob 36 atau 38?

Kemudian, ada pertanyaan yang sering diajukan, yaitu berapakah total ATP yang dihasilkan dari satu molekul glukosa? Tentu sudah jelas bahwa dalam kondisi anaerob atau tanpa oksigen, jawabannya adalah dua ATP untuk setiap molekul glukosa. Asam piruvat tidak masuk ke siklus Krebs sedangkan 2 NADH yang dihasilkan juga tidak menghasilkan ATP karena digunakan untuk mengoksidasi asam piruvat menjadi asam laktat. Oleh sebab itu pada kondisi anaerob, metabolisme satu molekul glukosa murni hanya menghasilkan 2 ATP saja.

Lain halnya dengan dalam kondisi aerob. Hasil asam piruvat dari glikolisis dilanjutkan ke siklus Krebs dan NADH akan masuk ke transpor elektron. Setiap NADH akan menghasilkan sekitar 3 ATP dan untuk setiap FADH2 akan menghasilkan 2 ATP. Untuk ATP total yang dihasilkan rinciannya tampak di tabel di bawah ini yaitu 38 ATP.

JalurEnzim yang terlibatReaksi produksi ATPJumlah produksi ATP
GlikolisisGlyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenaseOksidasi rantai pernapasan 2 NADH6
Phosphoglycerate kinaseFosforilasi substrat2
Pyruvate kinaseFosforilasi substrat2
Hexokinase dan phosphofructokinaseReaksi konsumsi ATP-2
Jumlah ATP glikolisis8
Siklus KrebPyruvate dehydrogenaseOksidasi rantai pernapasan 2 NADH6
Isocitrate dehydrogenaseOksidasi rantai pernapasan 2 NADH6
α-Ketoglutarate dehydrogenaseOksidasi rantai pernapasan 2 NADH6
Succinate thiokinaseFosforilasi substrat2
Succinate dehydrogenaseOksidasi rantai pernapasan 2 FADH24
Malate dehydrogenaseOksidasi rantai pernapasan 2 NADH6
Jumlah ATP siklus Krebs30

Namun, 38 ATP juga tidak selalu jumlahnya demikian. Misalnya saja, kita tahu bahwa NADH dari glikolisis dihasilkan di sitoplasma sedangkan transpor elektron terjadi di dalam mitokondria. Untuk itu, maka NADH harus terlebih dahulu ditranspor dari sitoplasma ke mitokondria. Sistem transpor ini ada dua yang pertama adalah sistem malate shuttle. Perhatikan gambar di bawah ini:

Malate shuttle
Malate shuttle

Dalam proses ini, NADH tetap dikonversi menjadi NADH sehingga satu NADH akan menghasilkan 3 ATP. Tetapi, apabila menggunakan sistem transpor lain yaitu glycerol-3-phosphate shuttle maka NADH akan menjadi FADH2 sehingga NADH dari proses ini hanya menghasilkan 2 ATP. Akibatnya satu molekul glukosa apabila NADH dari glikolisis masuk melalui transpor glycerol-3-phosphate shuttle hanya akan menghasilkan 36 ATP. Selain itu, terdapat proses kehilangan energi lain pada proses metabolisme seperti untuk transpor H+ di dalam mitokondria. Akibatnya, perhitungan 38 ATP adalah dengan asumsi dengan menegasikan atau mengabaikan proses-proses lain yang membutuhkan ATP. Di bawah ini adalah bagan dari glycerol-3-phosphate shuttle.

Glycerol-3-phosphate shuttle
Glycerol-3-phosphate shuttle. Gambar oleh Yikrazuul – Wikipedia

Asam Laktat sebagai Produk Samping Glikolisis Secara Anaerob

Dalam kondisi anaerob, metabolisme glukosa hanya sampai proses glikolisis saja. Pada keadaan ini, piruvat akan diubah oleh NADH untuk menghasilkan asam laktat. Oleh karena itu, dalam kondisi anaerob satu molekul glukosa hanya menghasilkan 2 ATP.

Asam laktat ini dapat menyebabkan rasa nyeri otot atau pegal setelah olah raga berat. Pada olah raga berat, aliran darah tidak cukup menyuplai oksigen sehingga agar otot dapat tetap bekerja maksimal, tubuh melakukan metabolisme secara anaerob. Asam laktat yang menumpuk menyebabkan otot terasa pegal setelah olah raga.

Semakin jarang berolah raga, maka kapasitas jantung dalam menyuplai oksigen semakin berkurang. Oleh sebab itu, pada orang yang jarang berolah raga, produksi asam laktat lebih mudah terjadi sehingga orang yang jarang berolah raga cepat pegal setelah aktivitas fisik berat.

Pada orang tertentu juga terdapat kondisi dimana terdapat defisiensi enzim yang mengkonversi asam piruvat menjadi acetyl-CoA. Kondisi tersebut akan menyebabkan tubuh rentan terjadi penumpukan asam piruvat yang kemudian akan diubah menjadi asam laktat sehingga rentan mengalami asidosis laktat yang bersifat letal atau mematikan.

Selain untuk produksi energi, pada organisme lain proses glikolisis juga penting dalam pada proses fermentasi atau peragian. Proses peragian ini dapat dimanfaatkan dalam produksi pengolahan makanan. Fermentasi banyak digunakan dalam berbagai macam proses produksi makanan. Terdapat dua jenis fermentasi, fermentasi yang menghasilkan laktat dan fermentasi yang menghasilkan alkohol dan karbondioksida. Pada fermentasi yang menghasilkan asam laktat misalkan pada proses pembuatan roti dimana karbondioksida yang dihasilkan menyebabkan adonan tepung dapat mengembang dan menghasilkan roti berkualitas baik. Adapun fermentasi yang menghasilkan alkohol misalkan pada proses pembuatan tape atau minuman beralkohol seperti bir, minuman anggur, arak, dan sebagainya. Adapun reaksi kedua fermentasi tersebut dapat disimak di bagan di bawah ini:

Hasil glikolisis pada proses fermentasi
Hasil glikolisis pada proses fermentasi. (A) Proses fermentasi yang menghasilkan laktat. (B) Fermentasi yang menghasilkan etanol dan karbondioksida

Asam Laktat dapat Diubah Kembali Menjadi Glukosa Melalui Proses Glukoneogenesis

Asam laktat merupakan proses samping dari metabolisme anaerob. Dalam tubuh ternyata asam laktat ini dapat diubah kembali menjadi glukosa (glukoneogenesis) dan kembali masuk ke dalam metabolisme glukosa sehingga menghasilkan siklus yang disebut siklus Cori. Proses perubahan asam laktat menjadi glukosa ini terjadi di hati dan ginjal. Oleh sebab itu orang dengan gangguan hati dan ginjal rentan atau berisiko mengalami kondisi fatal asidosis laktat.

Siklus Cori
Siklus Cori dan siklus gluksoa-alanin

Tiga Tahap Proses Non-Equilibrium pada Glikolisis

Jika kita perhatikan, proses atau tahapan reaksi dalam glikolisis banyak yang bersifat bolak-balik atau reversibel. Namun ada tiga tahap yang merupakan proses non-equilibrium atau yang bersifat satu arah. Tiga tahap tersebut adalah sebagai berikut:

  1. Reaksi yang dikatalisasi oleh heksokinase (dan glukokinase)
  2. Reaksi yang dikatalisasi oleh fosfofruktokinase
  3. Reaksi yang dikatalisasi oleh piruvat kinase

Oleh sebab itu, pada proses glukoneogenesis, bukan merupakan proses kebalikan dari glikolisis, melainkan suatu proses yang memerlukan enzim-enzim yang berlainan dan reaksi kimiawi yang berbeda.

Glikolisis di Eritrosit

Pada eritrosit dan beberapa mamalia, reaksi yang dikatalisasi fosfogliserat kinase (tahap 7) dilewati dan diganti proses lain yang melepaskan energi berupa panas. Proses ini tidak menghasilkan ATP dan dikatalisasi oleh bifosfogliserat mutase yang merubah 1,3-bisfosfogliserat menjadi 2,3-bisfosfogliserat (2,3-BPG). Terdapat kepentingan dalam produksi 2,3-BPG di eritrosit yaitu zat ini dapat mempengaruhi daya ikat hemoglobin terhadap oksigen yang berperan dalam adaptasi tubuh manusia dalam kondisi hipoksia (misal pada orang yang tinggal di dataran tinggi).

Glikolisis pada eritrosit
Glikolisis pada eritrosit

Dekarboksilasi Oksidatif: Oksidasi Piruvat Menjadi Acetyl-CoA

Sebelum piruvat masuk ke siklus Krebs, maka terlebih dahulu dioksidasi menjadi acetyl-CoA. Proses ini merupakan proses satu arah yang ireversibel dan dikatalisasi oleh satu kompleks multienzim bernama piruvat dehidrogenase (PDH). Adapun reaksi dekarboksilasi oksidatif ini terjadi di mitokondria.

Kompleks enzim PDH ini memiliki tiga komponen yaitu piruvat dehidrogenase, dihidrolipoyl transasetilase, dan dihidrolipoyl dehidrogenase. Perhatikan bagan di bawah ini yang memperlihatkan kerja kompleks multienzim tersebut:

Kompleks piruvat dehidrogenase.
Proses oksidasi piruvat oleh kompleks enzim piruvat dehidrogenase

Yang perlu diperhatikan adalah bahwa komponen penting dari piruvat dehidrogenase adalah TDP atau thiamine diphosphate. Thiamine adalah vitamin B1 sehingga defisiensi atau kekurangan vitamin ini dapat mengganggu metabolisme glukosa yang menghambat dekarboksilasi oksidatif sehingga penderita rentan mengalami asidosis piruvat atau asidosis laktat yang mengancam nyawa.

Adapun kontrol atau umpan balik dari PDH dapat diberikan melalui berbagai komponen atau jenis molekul termasuk dari hasil metabolisme karbohidrat sendiri. Berikut gambaran mekanisme kontrol atau umpan balik tersebut:

Mekanisme kontrol atau umpan balik dari piruvat dehidrogenasae
Mekanisme kontrol atau umpan balik dari piruvat dehidrogenase (PDH). Panah yang bergelombang menunjukan efek alosterik. A. Regulasi inhibisi oleh produk akhir. B. Regulasi dari interkonversi bentuk aktif dan inaktif.

Secara detil proses dekarboksilasi oksidatif ini dapat dipelajari di artikel di tautan ini atau di video di bawah ini:

Peran Glikolisis pada Penyakit Kanker

Di penjelasan di atas, disebutkan beberapa kondisi klinis yang berkaitan dengan glikolisis. Pada bagian ini akan dijelaskan terutama peranannya dalam penyakit kanker.

Sumber Energi Utama Sel Kanker

Sel kanker bersifat tumbuh tidak terkontrol dan sering kali tidak disertai dengan pertumbuhan pembuluh darah yang mengimbangnya. Akibatnya, sering kali sel kanker berada dalam kondisi relatif miskin oksigen. Untuk memenuhi kebutuhan energinya, maka sel kanker banyak menggantungkan produksi energi dari glikolisis. Sebagian sel kanker yang dapat memaksimalkan proses glikolisis ini biasanya merupakan sel kanker yang telah berevolusi. Dengan membiasakan kondisi pada hipoksia, sel kanker dapat bertahan hidup lebih baik dan tahan terhadap terapi radioterapi maupun kemoterapi yang mengandalkan pembentukan radikal oksidan bebas yang terjadi pada kondisi oksigen yang cukup.

Namun, walaupun demikian terdapat potensi terapi kanker yang bisa dimanfaatkan dengan menghambat proses glikolisis yang terjadi pada sel kanker. Hal ini cukup menjanjikan walaupun masih dalam tahap penelitian dan belum berupa produk obat yang sudah jadi untuk saat ini.

Peran Lain Glikolisis pada Sel Kanker

Pada sel kanker glikolisis tidak hanya berperan dalam produksi energi saja. Enzim yang terlibat dalam pada glikolisis juga membantu proses lainnya seperti:

  • Isoform piruvat-M2 (PK-M2) berperan dalam sintesis makromolekul sel kanker dan fungsi inti sel
  • Laktat berperan dalam simbiosis metabolik dan resistensi kemoterapi
  • Laktat dehidrogenase berperan dalam regulasi transkripsi sel kanker
  • Transporter monokarboksilat berperan dalam pengaturan lingkungan sel kanker dan regulasi induksi matriks metaloprotease (MMP) dalam penyebaran lokal sel kanker
  • Heksokinase-II berperan dalam regulasi transkripsional dan mekanisme survival sel kanker terutama pada bentuk enzim yang berikatan dengan mitokondria
  • Fructose-2, 6-bisphosphatase berperan sebagai antiapoptosis
  • Isoform fosfofruktokinase PFKFB3 meningkatkan regulasi dari siklus sel
  • Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) berperan dalam balans redoks, fungsi inti sel, dan regulasi transkripsional

Potensi Penghambatan Glikolisis sebagai Terapi Kanker

Dikarenakan fungsinya yang cukup banyak dalam sel kanker, maka pengembangan obat yang berperan dalam menghambat glikolisis cukup masuk akal. Dalam beberpa percobaan tampak bahwa dengan menghambat glikolisis, maka sel kanker akan terdorong melakukan metabolisme aerob dengan mitokondria. Hal ini ternyata dapat memicu sel kanker untuk mengalami kematian atau apoptosis.

Beberapa agen kemoterapi yang ada bekerja dengan menghambat glikolisis. Imatinib misalnya menghambat Bcr-Abl tyrosine kinase yang berefek berkurangnya aktivitas heksokinase dan G6PD. Beberapa target yang potensial untuk dijadikan target kemoterapi dapat dilihat di gambar di bawah ini:

Beberapa molekul dalam glikolisis yang berpotensi dijadikan target dalam terapi penyakit kanker.
Beberapa molekul dalam glikolisis yang berpotensi dijadikan target dalam terapi penyakit kanker.

Pertanyaan Seputar Glikolisis (FAQs)

Berikut ini adalah beberapa pertanyaan yang sering muncul mengenai proses glikolisis:

  1. Apa itu reaksi glikolisis?

    Glikolisis adalah reaksi pemecahan glukosa menjadi dua molekul piruvat yang disertai produksi energi berupa ATP

  2. Dimana terjadinya reaksi glikolisis?

    Glikolisis terjadi di sitosol atau sitoplasma

  3. Apakah hasil dari glikolisis?

    Glikolisis menghasilkan 2 molekul piruvat, 4 ATP, dan 2 NADH. Namun, karena glikolisis memerlukan atau mengonsumsi 2 ATP, maka secara netto, glikolisis hanya menghasilkan 2 ATP

  4. Apakah reaksi glikolisis memerlukan oksigen?

    Tidak. Glikolisis dapat berjalan dengan atau tanpa adanya oksigen.

  5. Ada berapa tahapan reaksi glikolisis

    Glikolisis terdiri dari 10 tahapan reaksi.

Simpulan

Glikolisis merupakan proses penting metabolisme tubuh dalam menghasilkan energi. Proses ini memungkinkan tubuh beradapatasi dalam berbagai macam kondisi dan menyebabkan proses metabolisme energi yang efisien. Peranannya tidak hanya pada metabolisme energi saja tetapi juga dalam proses pembentukan makromolekul dan berbagai kondisi klinis atau penyakit lainnya termasuk kanker.

Referensi

  1. Akram M. Mini-review on glycolysis and cancer. J Cancer Educ. 2013;28(3):454–7.
  2. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. Molecular biology of the cell. 5th ed. New York: Garland Science; 2008. 263–328 p.
  3. Ganapathy-Kanniappan S, Geschwind JH. Tumor glycolysis as a target for cancer therapy: progress and prospects. Mol Cancer. 2013;12(1):152.
  4. Gill KS, Fernandes P, O’Donovan TR, McKenna SL, Doddakula KK, Power DG, et al. Glycolysis inhibition as a cancer treatment and its role in an anti-tumour immune response. Biochim Biophys Acta – Rev Cancer. 2016;1866(1):87–105.
  5. Mayes PA, Bender DA. Glycolysis and the oxidation of pyruvate. In: Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW, editors. Harper’s illustrated biochemistry. 26th ed. New York: Lange; 2003. p. 136–44.

Tinggalkan Balasan