Mengenal Proses Glikolisis dan Penyakit yang Menyertainya

Glikolisis adalah serangkaian reaksi yang memicu ekstraksi atau pengeluaran energi dari glukosa dengan cara membelah menjadi 2-3 molekul karbon yang disebut piruvat. Glikolisis merupakan tahap pertama dari proses respirasi sel. Meski disebut respirasi, namun proses ini sebenarnya tidak membutuhkan oksigen dan bisa dilakukan oleh organisme aerob maupun anaerob. 

Tahapan glikolisis

Glikolisis adalah proses yang terjadi pada semua makhluk hidup, tidak terkecuali manusia. Para ahli membagi proses glikolisis ke dalam tiga tahapan utama, yaitu:

1. Konversi glukosa menjadi fruktosa (C6H12O6)

Proses ini dilalui dengan tiga langkah, yakni fosforilasi, isomerasi, dan fosforilasi kedua. Prinsip kerja tahapan pertama ini adalah memerangkap glukosa pada sel dan mengubahnya menjadi atom karbon yang siap disederhanakan kembali menjadi atom tiga-karbon terfosforilasi atau molekul piruvat.

2. Pembelahan fruktosa

Dalam proses ini, fruktosa dibelah menjadi molekul piruvat yang masing-masing memiliki tiga atom karbon (C3H3O3). Ini merupakan hasil akhir dari proses glikolisis yang menghasilkan energi bagi metabolisme selular.

3. Panen ATP

Ketika proses glikolisis yang dilakukan tanpa oksigen (anaerob) juga mengalami proses oksidasi, maka akan terbentuk energi konversi dalam bentuk senyawa kimia lain yang dinamakan adenosine triphosphate (ATP). ATP ini merupakan pasokan energi untuk tubuh, misalnya saat melakukan kontraksi sel-sel otot.

Hasil akhir proses glikolisis ini akan menghasilkan molekul ATP dan nicotinamide adenine dinucleotide plus hydrogen alias NADH dengan satu NADH menghasilkan tiga ATP. Dalam satu kali proses glikolisis, sebanyak delapan ATP akan terbentuk dengan perincian empat molekul ATP ditambah dua NADH (enam ATP) dikurangi dua ATP (energi yang dibutuhkan dalam menjalankan proses glikolisis).

Glikolisis terjadi di sitosol sel yang berada di dalam sitoplasma, dan prosesnya dapat dibagi menjadi dua fase utama, yaitu fase membutuhkan energi dan fase pelepasan energi.

Fase membutuhkan energi

Pada fase ini, molekul glukosa awal disusun ulang, dan dua gugus fosfat akan melekat pada glukosa.

• Langkah 1

Tahapan glikolisis yang paling pertama adalah fosforilasi glukosa. Molekul glukosa difosforilasi oleh enzim heksokinase, sehingga memperoleh tambahan gugus fosfat untuk membentuk glukosa-6-fosfat (G6P). Muatan negatif menahan G6P tetap di dalam sel karena tidak dapat melewati membran. Proses ini akan mengonsumsi satu molekul ATP, sehingga tidak dapat diubah.

• Langkah 2

Dalam reaksi kedua,  glukosa isomerase mengubah G6P menjadi fruktosa-6-fosfat. Tahap ini membuka titik masuk bagi fruktosa untuk menuju proses glikolisis.

• Langkah 3

Fruktosa-6-fosfat kemudian difosforilasi oleh fosfofruktokinase sehingga menjadi fruktosa-1,6-bifosfat atau FBP. Ini akan menciptakan sebuah molekul tidak stabil yang akan membelah secara spontan untuk membentuk dua molekul 3-karbon. Proses ini akan mengonsumsi molekul ATP kedua.

• Langkah 4

Langkah berikutnya adalah enzim aldolase fruktosa-bifosfat mengubah fruktosa-1,6-bifosfat menjadi dua gula triosa. Kedua gula triosa ini adalah gliseraldehida-3-fosfat (GA3P) dan dihidroksiaseton fosfat (DHAP).

• Langkah 5

Pada tahap terakhir dalam fase yang membutuhkan energi ini, DHAP diubah menjadi molekul GA3P kedua, sehingga kini ada dua molekul glukosa. Kedua molekul GA3P kemudian memasuki tahap kedua glikolisis, yaitu fase pelepasan energi.

Fase pelepasan energi

Pada paruh kedua glikolisis, GA3P yang terbentuk pada paruh pertama proses akan melewati serangkaian transformasi tambahan, hingga akhirnya berubah menjadi piruvat. Proses glikolisis pada fase ini menghasilkan empat molekul ATP, bersama dengan dua molekul NADH.

• Langkah 6

Fase pelepasan energi dimulai dengan gliseraldehida fosfat dehidrogenase (GAPDH) mengubah GA3P menjadi 1,3-bifosfogliserat (1,3-BPG). Proses ini menghasilkan molekul NADH yang dibentuk oleh reduksi NAD+.

• Langkah 7

Pada langkah selanjutnya fosfogliserat kinase 1,3-BPG diubah menjadi dua molekul 3-fosfogliserat (3PG) dan juga menghasilkan dua molekul ATP.

• Langkah 8

Enzim fosfogliserat mutase mengubah 3PG menjadi 2PG dengan memindahkan P dari karbon ketiga ke karbon kedua.

• Langkah 9

Enzim enolase menghilangkan molekul air dari 2PG untuk diubah menjadi fosfoenolpiruvat (PEP).

• Langkah 10

Langkah glikolisis terakhir, piruvat kinase mengubah PEP menjadi piruvat, dan menghasilkan molekul ATP. Langkah ini terjadi untuk setiap molekul PEP dan menghasilkan dua molekul piruvat dan dua molekul ATP.

Baca Juga: Memahami Proses Glikogenesis, Glikogenolisis, dan Glukoneogenesis

Hasil glikolisis

Hasil glikolisis secara keseluruhan adalah dua molekul ATP, dua molekul NADH, dan dua molekul piruvat. Jika terdapat oksigen, maka piruvat dapat dipecah (dioksidasi) menjadi karbon dioksida dalam respirasi sel, sehingga dapat menghasilkan lebih banyak molekul ATP.

Ketika oksigen tersedia, maka NADH dapat memberikan elektronnya ke dalam rantai transpor elektron untuk meregenerasi NAD+ dan kemudian digunakan dalam glikolisis.

Namun saat oksigen tidak tersedia, maka sel menggunakan jalur lain yang lebih sederhana untuk meregenerasi NAD+. Pada jalur ini, NADH menyumbangkan elektronnya ke molekul akseptor dalam reaksi biokimia yang disebut fermentasi.

Fermentasi adalah cara metabolisme utama pada banyak bakteri. Beberapa sel dalam tubuh, seperti sel darah merah, juga bergantung pada fermentasi untuk membuat ATP.

Proses fermentasi sendiri tidak menghasilkan ATP, tetapi meregenerasi NAD+, sehingga dengan demikian proses glikolisis dapat berlanjut. 

Apa saja penyakit yang berhubungan dengan proses glikolisis?

Meski proses glikolisis bisa dibilang sangat sederhana, ia memegang peranan sangat penting bagi kesehatan manusia. Ketika proses ini terlalu aktif, glikolisis dapat memunculkan berbagai penyakit, seperti:

1. Diabetes

Proses glikolisis dapat terjadi di bagian sel manapun, salah satunya di hepatosit yang bertanggung jawab terhadap peran sentral organ hati di dalam metabolisme. Di hepatosit, glikolisis berperan mengatur produksi glukosa.

Jika produksi glukosa berlebih di dalam darah, maka tubuh akan mengalami hiperglikemia alias terlalu banyaknya kadar gula dalam darah. Hiperglikemia inilah yang meningkatkan risiko Anda terkena diabetes atau menyebabkan terjadinya komplikasi serius bernama ketoasidosis diabetik (DKA) pada orang yang sudah menderita diabetes.

Hiperglikemia juga bisa terjadi ketika proses glikolisis terlalu aktif terjadi di pankreas (sel beta) dan adiposit (liposit dan sel lemak). Di sini, glikolisis bisa menyebabkan munculnya resistensi insulin yang juga berperan pada meningkatnya risiko Anda terkena diabetes.

2. Kanker

Sel yang sehat biasanya membutuhkan oksigen untuk berkembang dengan normal. Namun pada sel kanker, penurunan pasokan oksigen (hipoksia) ke sel tumor justru membuat mereka bergantung pada proses metabolisme anaerob seperti glikolisis untuk mendapatkan energi dari ATP yang dihasilkannya.

3. Penyakit degeneratif

Penelitian menunjukkan bahwa peningkatan aktivitas dalam proses glikolisis akan membuat Anda lebih rentan terkena penyakit yang berhubungan dengan pertambahan usia. Meskipun demikian, menurunnya proses glikolisis yang terlalu ekstrem juga bisa menyebabkan munculnya penyakit degenerasi ini, salah satunya adalah penyakit Alzheimer.

4. Asidosis laktat

Penyakit lainnya terkait proses glikolisis adalah asidosis laktat. Proses glikolisis anaerobik yang berlebihan menghasilkan asam laktat dalam jumlah besar. Kondisi ini dapat menyebabkan asam laktat keluar dari sel dan masuk ke aliran darah.

Setelah mencapai jumlah tertentu, kadar asam laktat dapat menyebabkan asidosis laktat. Kondisi asidosis laktat membuat pH serum berkurang. Penyakit yang parah serta tidak diobati pada akhirnya dapat menyebabkan disfungsi organ.

Baca Juga: Memahami Perbedaan Proses Katabolisme dan Anabolisme

Proses glikolisis berperan penting pada tubuh, termasuk menjaga agar sel, jaringan, dan organ-organ lain bisa bekerja dengan baik. Namun, jika proses ini terganggu, maka risiko terjadinya penyakit juga akan meningkat. Jika kamu mengalami gejala penyakit yang berhubungan dengan gangguan glikolisis, segera hubungi dokter.