Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme sel yang bertujuan untuk memanen energi dari glukosa menjadi ATP dan asam piruvat1. Glikolisis merupakan reaksi pertama dari metabolisme sel2. Tujuannya adalah untuk memecah glukosa menjadi ATP, NADH dan asam piruvat. ATP dapat langsung digunakan sebagai sumber energi siap pakai. NADH digunakan untuk sintesis biomolekul, produksi ATP di transpor elektron, dll. Asam piruvat dipecah lebih lanjut untuk memanen energi yang masih tersimpan dalam ikatan-ikatan kimia senyawa ini.
Pengertian Glikolisis
Glikolisis berasal dari kata glukosa dan lisis (pemecahan), adalah serangkaian reaksi biokimia di mana glukosa dioksidasi menjadi molekul asam piruvat3. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal yang kita kenal, dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme3. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organik berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH3.
Fungsi Glikolisis
Fungsi utama glikolisis adalah untuk memanen energi siap pakai (ATP) dan energi pereduksi (NADH), serta prekursor beberapa jalur metabolisme dan biosintesis molekul-molekul yang dibutuhkan oleh sel mikroorganisme2. Misalnya Glukosa-6-fosfat dapat digunakan sebagai substrat lintasan pentosa fosfat, fosfogliserat sebagai prekursor biosintesis asam amino, asam piruvat sebagai substrat siklus krebs dan prekursor asam amino, dll. Fungsi glikolisis sebagai penyedia prekursor reaksi metabolisme dan biosintesis molekul dalam sel dapat diketahui pada gambar berikut:
![Gambar 1: Beberapa prekursor yang dihasilkan dari glikolisis]
NADH yang diperoleh dari glikolisis akan diproses pada rantai transpor elektron untuk memproduksi ATP.
Tahapan Glikolisis
Reaksi glikolisis terletak di sitoplasma sel. Baik sel prokariotik maupun eukariotik. Lintasan yang sering dipelajari adalah Embden-Meyerhof-Parnas (EMP). Lintasan tersebut terdiri dari 10 tahapan reaksi. Reaksi tersebut melibatkan 10 enzim yang berbeda. Berikut tahapan-tahapan lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) dan enzim yang berperan2:
- Fase Penggunaan Energi
- Glukosa + ATP → Glukosa-6-fosfat + ADP (enzim: heksokinase)
- Glukosa-6-fosfat → Fruktosa-6-fosfat (enzim: fosfoglukoisomerase)
- Fruktosa-6-fosfat + ATP → Fruktosa-1,6-bisfosfat + ADP (enzim: fosfofruktokinase)
- Fruktosa-1,6-bisfosfat → Dihidroksiaseton fosfat + Gliseraldehid-3-fosfat (enzim: aldolase)
- Dihidroksiaseton fosfat → Gliseraldehid-3-fosfat (enzim: triosefosfatisomerase)
- Fase Pemanenan Energi
- Gliseraldehid-3-fosfat + NAD+ + Pi → 1,3-Bisfosfogliserat + NADH + H+ (enzim: gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase)
- 1,3-Bisfosfogliserat + ADP → 3-Fosfogliserat + ATP (enzim: fosfogliserat kinase)
- 3-Fosfogliserat → 2-Fosfogliserat (enzim: fosfogliserat mutase)
- 2-Fosfogliserat → Fosfoenolpiruvat + H2O (enzim: enolase)
- Fosfoenolpiruvat + ADP → Piruvat + ATP (enzim: piruvat kinase)
Secara garis besar, glikolisis Embden-Meyerhof-Parnas terdiri dari dua tahap: Tahap penggunaan energi dan tahap pemanenan energi. Pada tahap penggunaan energi, digunakan dua molekul ATP untuk menambahkan gugus fosfat pada glukosa. Penambahan gugus fosfat akan membuat ikatan-ikatan kimia dalam glukosa lebih reaktif. Molekul tersebut akibatnya akan lebih mudah dipecah menjadi molekul organik yang lebih sederhana yakni gliseraldehid-3-fosfat (G3P)2. Tahapan-tahapan reaksi pada glikolisis dapat dilihat pada gambar berikut:
![Gambar 2: Tahapan-tahapan reaksi pada glikolisis]
G3P mengalami oksidasi pada tahapan kedua glikolisis menghasilkan asam piruvat. Reaksi-reaksi pada tahapan ini melibatkan produksi ATP dan NADH (energi pereduksi). Maka, tahapan ini disebut sebagai tahapan pemanenan energi. Asam piruvat pada tahapan ini akan masuk ke siklus krebs atau siklus glioksilat (respirasi aerob) atau fermentasi (respirasi anaerob) untuk pemanenan energi lebih lanjut.
Regulasi Glikolisis
Glikolisis merupakan proses yang sangat penting bagi sel, karena itu perlu diatur dengan baik agar sesuai dengan kebutuhan energi dan kondisi lingkungan sel. Regulasi glikolisis terjadi pada tiga tahap yang melibatkan enzim yang bersifat alosterik, yaitu heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase. Enzim-enzim ini dapat diaktifkan atau dihambat oleh beberapa molekul yang berperan sebagai efektor alosterik.
Heksokinase adalah enzim yang mengkatalis reaksi pertama glikolisis, yaitu penambahan gugus fosfat pada glukosa. Enzim ini dihambat oleh produknya sendiri, yaitu glukosa-6-fosfat. Hal ini untuk mencegah terjadinya akumulasi glukosa-6-fosfat yang tidak dibutuhkan oleh sel.
Fosfofruktokinase adalah enzim yang mengkatalis reaksi ketiga glikolisis, yaitu penambahan gugus fosfat kedua pada fruktosa-6-fosfat. Enzim ini diaktifkan oleh AMP dan fruktosa-2,6-bisfosfat, yang merupakan indikator rendahnya tingkat energi dalam sel. Enzim ini dihambat oleh ATP dan sitrat, yang merupakan indikator tingginya tingkat energi dalam sel.
Piruvat kinase adalah enzim yang mengkatalis reaksi terakhir glikolisis, yaitu konversi fosfoenolpiruvat menjadi piruvat. Enzim ini diaktifkan oleh fruktosa-1,6-bisfosfat, yang merupakan produk dari reaksi fosfofruktokinase. Enzim ini dihambat oleh ATP, asetil-KoA, dan alanin, yang merupakan indikator tingginya tingkat energi dalam sel.
Regulasi glikolisis juga dipengaruhi oleh hormon-hormon tertentu, seperti insulin dan glukagon. Insulin adalah hormon yang dilepaskan oleh pankreas ketika kadar glukosa darah tinggi. Insulin merangsang masuknya glukosa ke dalam sel dan meningkatkan aktivitas enzim-enzim glikolisis. Glukagon adalah hormon yang dilepaskan oleh pankreas ketika kadar glukosa darah rendah. Glukagon merangsang pelepasan glukosa dari hati dan menurunkan aktivitas enzim-enzim glikolisis.
