Glikolisis ialah proses metabolisme yang berfungsi sebagai dasar respirasi seluler aerobik dan anaerobik. Dalam glikolisis, glukosa diubah menjadi piruvat.
Glukosa ialah molekul 6 cincin yang ditemukan dalam darah dan biasanya merupakan hasil dari pemecahan karbohidrat menjadi gula. Glukosa memasuki sel-sel melalui protein transporter tertentu yang memindahkannya dari luar sel ke sitosol sel. Semua enzim glikolitik ditemukan di sitosol.
Reaksi keseluruhan glikolisis yang terjadi di sitoplasma diwakili hanya sebagai:
C 6 H 12 O 6 + 2 NAD + + 2 ADP + 2 P —–> 2 asam piruvat, (CH 3 (C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H +
Langkah 1: Heksokinase
Langkah pertama dalam glikolisis ialah konversi D-glukosa menjadi glukosa-6-fosfat. Enzim yang mengkatalisis (memproses) reaksi ini ialah heksokinase.
Detail:
Di sini, cincin glukosa difosforilasi. Fosforilasi ialah proses penambahan gugus fosfat ke molekul yang berasal dari ATP. Akibatnya, pada titik ini dalam glikolisis, 1 molekul ATP telah dikonsumsi.
Reaksi ini terjadi dengan pinjaman enzim heksokinase. Magnesium atom (Mg) juga terlibat untuk membantu melindungi muatan negatif dari gugus fosfat pada molekul ATP. Hasil dari fosforilasi ini ialah molekul yang disebut glukosa-6-fosfat (G6P), disebut demikian lantaran 6 ′ karbon glukosa memperoleh gugus fosfat.
Langkah 2: Phosphoglucose Isomerase
Reaksi kedua glikolisis ialah pengaturan ulang glukosa 6-fosfat (G6P) menjadi fruktosa 6-fosfat (F6P) oleh glukosa fosfat isomerase (Phosphoglucose Isomerase).
Detail:
Langkah kedua glikolisis melibatkan konversi glukosa-6-fosfat menjadi fruktosa-6-fosfat (F6P). Reaksi ini terjadi dengan pinjaman enzim isomer phosphoglucose (PI). Seperti yang ditunjukkan oleh nama enzim, reaksi ini melibatkan reaksi isomerisasi.
Reaksi melibatkan penataan ulang ikatan karbon-oksigen untuk mengubah cincin beranggota enam menjadi cincin beranggota lima. Penataan ulang ini terjadi ketika cincin beranggota enam terbuka dan kemudian menutup sedemikian rupa sehingga karbon pertama menjadi cincin eksternal.
Langkah 3: Fosfofruktokinase
Fosfofruktokinase, dengan magnesium sebagai kofaktor, mengubah fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-bifosfat.
Detail:
Pada langkah ketiga glikolisis, fruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-bifosfat (FBP). Mirip dengan reaksi yang terjadi pada langkah 1 glikolisis, molekul kedua ATP menyediakan gugus fosfat yang ditambahkan ke molekul F6P.
Enzim yang mengkatalisis reaksi ini ialah fosfofruktokinase (PFK). Seperti pada langkah 1, atom magnesium terlibat untuk membantu melindungi muatan negatif.
Langkah 4: Aldolase
Enzim Aldolase membagi fruktosa 1,6-bifosfat menjadi dua gula yang merupakan isomer satu sama lain. Kedua gula ini ialah dihidroksiaseton fosfat (DHAP) dan gliseraldehida 3-fosfat (GAP).
Detail:
Langkah ini memanfaatkan enzim aldolase, yang mengkatalisis pembelahan FBP untuk menghasilkan dua molekul 3-karbon. Salah satu molekul ini disebut glyceraldehyde-3-phosphate (GAP) dan yang lainnya disebut dihydroxyacetone phosphate (DHAP).
Langkah 5: Triphosphate isomerase
Enzim triofosfat isomerase dengan cepat mengonversi molekul dihidroksiaseton fosfat (DHAP) dan gliseraldehida 3-fosfat (GAP). Glyceraldehyde phosphate dihapus / dipakai pada langkah Glikolisis berikutnya.
Detail:
GAP ialah satu-satunya molekul yang masih berlanjut dalam siklus glikolisis. Akibatnya, semua molekul DHAP yang dihasilkan lebih lanjut ditindaklanjuti oleh enzim trifosfat isomerase (TIM), yang mereorganisasi DHAP menjadi GAP sehingga sanggup berlanjut dalam glikolisis. Pada titik ini, kita mempunyai dua molekul 3-karbon, tetapi belum sepenuhnya mengubah glukosa menjadi piruvat.
Langkah 6: Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) mendehidrogenasi dan menambahkan fosfat anorganik ke gliseraldehida 3-fosfat, menghasilkan 1,3-bifosfogliserat.
Detail:
Pada langkah ini, dua insiden utama terjadi: 1) gliseraldehida-3-fosfat dioksidasi oleh koenzim nicotinamide adenine dinucleotide (NAD); 2) molekul terfosforilasi dengan penambahan gugus fosfat bebas. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini ialah glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH).
Enzim GAPDH mengandung struktur yang sempurna dan menahan molekul dalam konformasi sedemikian rupa sehingga memungkinkan molekul NAD menarik hidrogen dari GAP, mengubah NAD menjadi NADH. Kelompok fosfat kemudian menyerang molekul GAP dan melepaskannya dari enzim untuk menghasilkan 1,3 bisphoglycerate, NADH, dan atom hidrogen.
Langkah 7: Phosphoglycerate Kinase
Phosphoglycerate kinase mentransfer gugus fosfat dari 1,3-bifosfogliserat ke ADP untuk membentuk ATP dan 3-fosfogliserat.
Detail:
Dalam langkah ini, 1,3 bisphoglycerate diubah menjadi 3-phosphoglycerate oleh enzim phosphoglycerate kinase (PGK). Reaksi ini melibatkan hilangnya gugus fosfat dari materi awal. Fosfat ditransfer ke molekul ADP yang menghasilkan molekul pertama ATP. Karena kita bahwasanya mempunyai dua molekul 1,3 bisphoglycerate (karena ada dua produk 3-karbon dari tahap 1 glikolisis), kita bahwasanya mensintesis dua molekul ATP pada langkah ini.
Dengan sintesis ATP ini, kita telah membatalkan dua molekul pertama ATP yang kita gunakan. Sekali lagi, kita melihat bahwa atom magnesium terlibat untuk melindungi muatan negatif pada gugus fosfat dari molekul ATP ini.
Langkah 8: Phosphoglycerate Mutase
Enzim phosphoglycero mutase memindahkan P dari 3- fosfogliserat dari karbon ke-3 ke karbon ke-2 untuk membentuk 2-fosfogliserat.
Detail:
Langkah ini melibatkan penataan ulang posisi sederhana dari gugus fosfat pada 3 molekul fosfogliserat, menjadikannya 2 fosfogliserat. Molekul yang bertanggung jawab untuk mengkatalisis reaksi ini disebut phosphoglycerate mutase (PGM). Mutase ialah enzim yang mengkatalisis transfer gugus fungsi dari satu posisi pada satu molekul ke yang lain.
Mekanisme reaksi ini berlangsung dengan terlebih dahulu menambahkan gugus fosfat komplemen ke posisi 2 dari 3 fosfogliserat. Enzim kemudian menghilangkan fosfat dari posisi 3 sehingga hanya meninggalkan 2 ′ fosfat, dan dengan demikian menghasilkan 2 phsophoglycerate.
Dengan cara ini, enzim juga dikembalikan ke keadaan semula, terfosforilasi.
Langkah 9: Enolase
Enolase enzim menghilangkan molekul air dari 2-fosfogliserat untuk membentuk asam phosphoenolpyruvate (PEP).
Detail:
Langkah ini melibatkan konversi 2 phosphoglycerate ke phosphoenolpyruvate (PEP). Reaksi dikatalisasi oleh enzim enolase. Enolase bekerja dengan menghilangkan gugus air, atau mendehidrasi 2 fosfogliserat. Spesifisitas kantong enzim memungkinkan reaksi terjadi melalui serangkaian langkah yang terlalu rumit untuk dibahas di sini.
Langkah 10: Piruvat Kinase
Enzim piruvat kinase mentransfer P dari phosphoenolpyruvate (PEP) ke ADP untuk membentuk asam piruvat dan hasil ATP pada langkah 10.
Detail:
Langkah terakhir glikolisis mengubah fosfoenolpiruvat menjadi piruvat dengan pinjaman enzim kinase piruvat. Seperti yang ditunjukkan oleh nama enzim, reaksi ini melibatkan transfer gugus fosfat. Kelompok fosfat yang menempel pada 2 ′ karbon dari PEP ditransfer ke molekul ADP, menghasilkan ATP. Sekali lagi, lantaran ada dua molekul PEP, di sini kita benar-benar menghasilkan 2 molekul ATP.
Langkah 1 dan 3 = - 2ATP
Langkah 7 dan 10 = + 4 ATP
Net "terlihat" ATP yang dihasilkan = 2.
Segera sehabis menuntaskan siklus glikolisis, sel harus melanjutkan respirasi baik dalam arah aerobik atau anaerobik; Pilihan ini dibentuk menurut keadaan sel tertentu. Sel yang sanggup melaksanakan respirasi aerobik dan yang menemukan dirinya di hadapan oksigen akan berlanjut ke siklus asam sitrat aerobik di mitokondria.
Sel bisa melaksanakan respirasi aerobik terjadi ketika situasi di mana tidak ada oksigen (seperti otot di bawah pengerahan ekstrim), sel akan pindah ke jenis respirasi anaerobik yang disebut fermentasi homolaktik. Beberapa sel menyerupai ragi tidak sanggup melaksanakan respirasi aerobik dan secara otomatis akan berpindah ke jenis respirasi anaerobik yang disebut fermentasi alkohol.
Langkah pertama dalam memahami glikolisis dimulai pada kurun kesembilan belas dengan industri anggur. Karena alasan ekonomi, industri anggur Prancis berusaha menyidik mengapa anggur kadang kala berubah tidak menyenangkan, bukannya berfermentasi menjadi alkohol.
Ilmuwan Prancis, Louis Pasteur, meneliti persoalan ini selama tahun 1850-an, dan hasil eksperimennya memulai jalan panjang untuk menjelaskan siklus glikolisis. Eksperimennya menawarkan bahwa fermentasi terjadi oleh agresi mikroorganisme hidup; dan bahwa konsumsi glukosa ragi menurun di bawah kondisi fermentasi aerobik, dibandingkan dengan kondisi anaerobik (efek Pasteur).
Sementara percobaan Pasteur ialah terobosan, wawasan wacana langkah-langkah komponen glikolisis disediakan oleh percobaan fermentasi non-seluler Eduard Buchner selama tahun 1890-an.
Buchner menawarkan bahwa konversi glukosa menjadi etanol dimungkinkan memakai ekstrak ragi yang tidak hidup (karena agresi enzim dalam ekstrak). Percobaan ini tidak hanya merevolusi biokimia, tetapi juga memungkinkan para ilmuwan untuk menganalisis siklus ini dalam laboratorium yang lebih terkendali.
Dalam serangkaian percobaan (1905-1911), ilmuwan Arthur Harden dan William Young menemukan lebih banyak potongan glikolisis. Mereka menemukan imbas regulasi ATP pada konsumsi glukosa selama fermentasi alkohol. Mereka juga menjelaskan tugas satu senyawa sebagai intermediet glikolisis: fruktosa 1,6-bifosfat.
Penjelasan fruktosa 1,6-difosfat dilakukan dengan mengukur kadar CO2 ketika jus ragi diinkubasi dengan glukosa. Produksi CO2 meningkat pesat kemudian melambat. Harden dan Young mencatat bahwa proses ini akan dimulai kembali bila fosfat anorganik (Pi) ditambahkan ke dalam campuran. Harden dan Young menyimpulkan bahwa proses ini menghasilkan ester fosfat organik, dan percobaan lebih lanjut memungkinkan mereka untuk mengekstrak fruktosa difosfat (F-1,6-DP).
Arthur Harden dan William Young bersama dengan Nick Sheppard menentukan, dalam eksperimen kedua, bahwa fraksi subselular berat molekul tinggi yang peka terhadap panas (enzim) dan fraksi sitoplasma rendah-molekul-berat yang tidak sensitif terhadap panas (ADP, ATP, dan NAD). + dan kofaktor lainnya) diharapkan bahu-membahu untuk melanjutkan fermentasi.
Percobaan ini dimulai dengan mengamati bahwa jus ragi yang dialisis (yang dimurnikan) tidak sanggup memfermentasi atau bahkan membuat gula fosfat. Campuran ini diselamatkan dengan penambahan ekstrak ragi undialyzed yang telah direbus. Merebus ekstrak ragi membuat semua protein menjadi tidak aktif.
Pada 1920-an Otto Meyerhof bisa menghubungkan beberapa potongan glikolisis individu yang ditemukan oleh Buchner, Harden, dan Young. Meyerhof dan timnya bisa mengekstrak enzim glikolitik yang berbeda dari jaringan otot, dan menggabungkannya secara artifisial untuk membuat jalur dari glikogen menjadi asam laktat.
Dalam satu makalah, Meyerhof dan ilmuwan Renate Junowicz-Kockolaty menyidik reaksi yang membagi fruktosa 1,6-difosfat ke dalam dua fosfat triose. Pekerjaan sebelumnya mengusulkan bahwa perpecahan terjadi melalui 1,3-diphosphoglyceraldehyde plus enzim oksidasi dan kozymase. Meyerhoff dan Junowicz menemukan bahwa konstanta kesetimbangan untuk reaksi isomerase dan aldosis tidak dipengaruhi oleh fosfat anorganik atau enzim kozimase atau oksidasi lainnya. Mereka selanjutnya menghilangkan difosfogliseraldehida sebagai kemungkinan menengah dalam glikolisis.
Dengan semua potongan ini tersedia pada tahun 1930-an, Gustav Embden mengusulkan detail, langkah demi langkah garis besar dari jalur yang kini kita kenal sebagai glikolisis.
Kesulitan terbesar dalam memilih seluk-beluk siklus ini ialah lantaran masa hidup yang sangat singkat dan konsentrasi steady state yang rendah dari intermediet reaksi glikolitik cepat. Pada 1940-an, Meyerhof, Embden, dan banyak hebat biokimia lainnya alhasil menuntaskan teka-teki glikolisis.
Pemahaman wacana siklus terisolasi telah diperluas dalam dekade berikutnya, untuk memasukkan rincian lebih lanjut dari peraturan dan integrasi dengan siklus metabolisme lainnya.
Serapan glukosa seluler terjadi sebagai respons terhadap sinyal insulin, dan glukosa selanjutnya dipecah melalui glikolisis, menurunkan kadar gula darah.
Namun, tingkat insulin yang rendah terlihat pada diabetes menjadikan hiperglikemia, di mana kadar glukosa dalam darah meningkat dan glukosa tidak diambil oleh sel dengan benar.
Hepatosit selanjutnya berkontribusi terhadap hiperglikemia ini melalui glukoneogenesis. Glikolisis pada hepatosit mengontrol produksi glukosa hati, dan ketika glukosa diproduksi berlebihan oleh hati tanpa mempunyai sarana untuk dipecah oleh tubuh, hasilnya ialah hiperglikemia.
Penyakit genetik
Mutasi glikolitik umumnya jarang terjadi lantaran pentingnya jalur metabolik, ini berarti bahwa sebagian besar mutasi yang terjadi menjadikan ketidakmampuan sel untuk bernafas, dan karenanya menimbulkan maut sel pada tahap awal. Namun, beberapa mutasi terlihat dengan satu pola yang populer ialah kekurangan piruvat kinase, yang menimbulkan anemia hemolitik kronik.
Kangker
Sel tumor ganas melaksanakan glikolisis pada tingkat yang sepuluh kali lebih cepat daripada rekan-rekan jaringan non-kanker mereka. Selama genesis mereka, dukungan kapiler terbatas sering menjadikan hipoksia (penurunan suplai O2) di dalam sel tumor.
Dengan demikian, sel-sel ini bergantung pada proses metabolisme anaerobik menyerupai glikolisis untuk ATP (adenosine triphosphate). Beberapa sel tumor overexpress enzim glikolitik spesifik menghasilkan tingkat glikolisis yang lebih tinggi. Seringkali enzim-enzim ini ialah Isoenzymes, enzim glikolisis tradisional, yang bervariasi dalam kerentanan mereka terhadap penghambatan umpan balik tradisional.
Peningkatan acara glikolitik pada alhasil melawan imbas hipoksia dengan menghasilkan ATP yang cukup dari siklus anaerobik ini. Fenomena ini pertama kali dijelaskan pada 1930 oleh Otto Warburgdan disebut sebagai imbas Warburg.
Warburg hipotesis mengklaim bahwa kanker terutama disebabkan oleh disfungsi dalam metabolisme mitokondria, bukan lantaran pertumbuhan sel yang tidak terkendali. Sejumlah teori telah dimajukan untuk menjelaskan imbas Warburg. Salah satu teori tersebut menawarkan bahwa peningkatan glikolisis merupakan proses proteksi normal dari badan dan perubahan ganas sanggup disebabkan oleh metabolisme energi.
Tingkat glikolisis yang tinggi ini mempunyai aplikasi medis yang penting, lantaran glikolisis aerobik yang tinggi oleh tumor ganas dipakai secara klinis untuk mendiagnosis dan memantau jawaban pengobatan dari kanker dengan pencitraan peresapan 2- 18 F-2-deoxyglucose (FDG) (radioaktif dimodifikasi heksokinase substrat) dengan positron emission tomography (PET).
Ada penelitian yang sedang berlangsung untuk mempengaruhi metabolisme mitokondria dan mengobati kanker dengan mengurangi glikolisis dan dengan demikian mencegah kelaparan sel kanker dengan aneka macam cara baru, termasuk diet ketogenik.
Glukosa ialah molekul 6 cincin yang ditemukan dalam darah dan biasanya merupakan hasil dari pemecahan karbohidrat menjadi gula. Glukosa memasuki sel-sel melalui protein transporter tertentu yang memindahkannya dari luar sel ke sitosol sel. Semua enzim glikolitik ditemukan di sitosol.
 |
| Siklus glikolisis |
C 6 H 12 O 6 + 2 NAD + + 2 ADP + 2 P —–> 2 asam piruvat, (CH 3 (C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H +
Proses Siklus Glikolisis
Berikut ialah 10 proses siklus glikolisis disertai penjelasannya;Langkah 1: Heksokinase
Langkah pertama dalam glikolisis ialah konversi D-glukosa menjadi glukosa-6-fosfat. Enzim yang mengkatalisis (memproses) reaksi ini ialah heksokinase.
Detail:
Di sini, cincin glukosa difosforilasi. Fosforilasi ialah proses penambahan gugus fosfat ke molekul yang berasal dari ATP. Akibatnya, pada titik ini dalam glikolisis, 1 molekul ATP telah dikonsumsi.
Reaksi ini terjadi dengan pinjaman enzim heksokinase. Magnesium atom (Mg) juga terlibat untuk membantu melindungi muatan negatif dari gugus fosfat pada molekul ATP. Hasil dari fosforilasi ini ialah molekul yang disebut glukosa-6-fosfat (G6P), disebut demikian lantaran 6 ′ karbon glukosa memperoleh gugus fosfat.
Langkah 2: Phosphoglucose Isomerase
Reaksi kedua glikolisis ialah pengaturan ulang glukosa 6-fosfat (G6P) menjadi fruktosa 6-fosfat (F6P) oleh glukosa fosfat isomerase (Phosphoglucose Isomerase).
Detail:
Langkah kedua glikolisis melibatkan konversi glukosa-6-fosfat menjadi fruktosa-6-fosfat (F6P). Reaksi ini terjadi dengan pinjaman enzim isomer phosphoglucose (PI). Seperti yang ditunjukkan oleh nama enzim, reaksi ini melibatkan reaksi isomerisasi.
Reaksi melibatkan penataan ulang ikatan karbon-oksigen untuk mengubah cincin beranggota enam menjadi cincin beranggota lima. Penataan ulang ini terjadi ketika cincin beranggota enam terbuka dan kemudian menutup sedemikian rupa sehingga karbon pertama menjadi cincin eksternal.
Langkah 3: Fosfofruktokinase
Fosfofruktokinase, dengan magnesium sebagai kofaktor, mengubah fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-bifosfat.
Detail:
Pada langkah ketiga glikolisis, fruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-bifosfat (FBP). Mirip dengan reaksi yang terjadi pada langkah 1 glikolisis, molekul kedua ATP menyediakan gugus fosfat yang ditambahkan ke molekul F6P.
Enzim yang mengkatalisis reaksi ini ialah fosfofruktokinase (PFK). Seperti pada langkah 1, atom magnesium terlibat untuk membantu melindungi muatan negatif.
Langkah 4: Aldolase
Enzim Aldolase membagi fruktosa 1,6-bifosfat menjadi dua gula yang merupakan isomer satu sama lain. Kedua gula ini ialah dihidroksiaseton fosfat (DHAP) dan gliseraldehida 3-fosfat (GAP).
Detail:
Langkah ini memanfaatkan enzim aldolase, yang mengkatalisis pembelahan FBP untuk menghasilkan dua molekul 3-karbon. Salah satu molekul ini disebut glyceraldehyde-3-phosphate (GAP) dan yang lainnya disebut dihydroxyacetone phosphate (DHAP).
Langkah 5: Triphosphate isomerase
Enzim triofosfat isomerase dengan cepat mengonversi molekul dihidroksiaseton fosfat (DHAP) dan gliseraldehida 3-fosfat (GAP). Glyceraldehyde phosphate dihapus / dipakai pada langkah Glikolisis berikutnya.
Detail:
GAP ialah satu-satunya molekul yang masih berlanjut dalam siklus glikolisis. Akibatnya, semua molekul DHAP yang dihasilkan lebih lanjut ditindaklanjuti oleh enzim trifosfat isomerase (TIM), yang mereorganisasi DHAP menjadi GAP sehingga sanggup berlanjut dalam glikolisis. Pada titik ini, kita mempunyai dua molekul 3-karbon, tetapi belum sepenuhnya mengubah glukosa menjadi piruvat.
Langkah 6: Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) mendehidrogenasi dan menambahkan fosfat anorganik ke gliseraldehida 3-fosfat, menghasilkan 1,3-bifosfogliserat.
Detail:
Pada langkah ini, dua insiden utama terjadi: 1) gliseraldehida-3-fosfat dioksidasi oleh koenzim nicotinamide adenine dinucleotide (NAD); 2) molekul terfosforilasi dengan penambahan gugus fosfat bebas. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini ialah glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH).
Enzim GAPDH mengandung struktur yang sempurna dan menahan molekul dalam konformasi sedemikian rupa sehingga memungkinkan molekul NAD menarik hidrogen dari GAP, mengubah NAD menjadi NADH. Kelompok fosfat kemudian menyerang molekul GAP dan melepaskannya dari enzim untuk menghasilkan 1,3 bisphoglycerate, NADH, dan atom hidrogen.
Langkah 7: Phosphoglycerate Kinase
Phosphoglycerate kinase mentransfer gugus fosfat dari 1,3-bifosfogliserat ke ADP untuk membentuk ATP dan 3-fosfogliserat.
Detail:
Dalam langkah ini, 1,3 bisphoglycerate diubah menjadi 3-phosphoglycerate oleh enzim phosphoglycerate kinase (PGK). Reaksi ini melibatkan hilangnya gugus fosfat dari materi awal. Fosfat ditransfer ke molekul ADP yang menghasilkan molekul pertama ATP. Karena kita bahwasanya mempunyai dua molekul 1,3 bisphoglycerate (karena ada dua produk 3-karbon dari tahap 1 glikolisis), kita bahwasanya mensintesis dua molekul ATP pada langkah ini.
Dengan sintesis ATP ini, kita telah membatalkan dua molekul pertama ATP yang kita gunakan. Sekali lagi, kita melihat bahwa atom magnesium terlibat untuk melindungi muatan negatif pada gugus fosfat dari molekul ATP ini.
Langkah 8: Phosphoglycerate Mutase
Enzim phosphoglycero mutase memindahkan P dari 3- fosfogliserat dari karbon ke-3 ke karbon ke-2 untuk membentuk 2-fosfogliserat.
Detail:
Langkah ini melibatkan penataan ulang posisi sederhana dari gugus fosfat pada 3 molekul fosfogliserat, menjadikannya 2 fosfogliserat. Molekul yang bertanggung jawab untuk mengkatalisis reaksi ini disebut phosphoglycerate mutase (PGM). Mutase ialah enzim yang mengkatalisis transfer gugus fungsi dari satu posisi pada satu molekul ke yang lain.
Mekanisme reaksi ini berlangsung dengan terlebih dahulu menambahkan gugus fosfat komplemen ke posisi 2 dari 3 fosfogliserat. Enzim kemudian menghilangkan fosfat dari posisi 3 sehingga hanya meninggalkan 2 ′ fosfat, dan dengan demikian menghasilkan 2 phsophoglycerate.
Dengan cara ini, enzim juga dikembalikan ke keadaan semula, terfosforilasi.
Langkah 9: Enolase
Enolase enzim menghilangkan molekul air dari 2-fosfogliserat untuk membentuk asam phosphoenolpyruvate (PEP).
Detail:
Langkah ini melibatkan konversi 2 phosphoglycerate ke phosphoenolpyruvate (PEP). Reaksi dikatalisasi oleh enzim enolase. Enolase bekerja dengan menghilangkan gugus air, atau mendehidrasi 2 fosfogliserat. Spesifisitas kantong enzim memungkinkan reaksi terjadi melalui serangkaian langkah yang terlalu rumit untuk dibahas di sini.
Langkah 10: Piruvat Kinase
Enzim piruvat kinase mentransfer P dari phosphoenolpyruvate (PEP) ke ADP untuk membentuk asam piruvat dan hasil ATP pada langkah 10.
Detail:
Langkah terakhir glikolisis mengubah fosfoenolpiruvat menjadi piruvat dengan pinjaman enzim kinase piruvat. Seperti yang ditunjukkan oleh nama enzim, reaksi ini melibatkan transfer gugus fosfat. Kelompok fosfat yang menempel pada 2 ′ karbon dari PEP ditransfer ke molekul ADP, menghasilkan ATP. Sekali lagi, lantaran ada dua molekul PEP, di sini kita benar-benar menghasilkan 2 molekul ATP.
Langkah 1 dan 3 = - 2ATP
Langkah 7 dan 10 = + 4 ATP
Net "terlihat" ATP yang dihasilkan = 2.
Segera sehabis menuntaskan siklus glikolisis, sel harus melanjutkan respirasi baik dalam arah aerobik atau anaerobik; Pilihan ini dibentuk menurut keadaan sel tertentu. Sel yang sanggup melaksanakan respirasi aerobik dan yang menemukan dirinya di hadapan oksigen akan berlanjut ke siklus asam sitrat aerobik di mitokondria.
Sel bisa melaksanakan respirasi aerobik terjadi ketika situasi di mana tidak ada oksigen (seperti otot di bawah pengerahan ekstrim), sel akan pindah ke jenis respirasi anaerobik yang disebut fermentasi homolaktik. Beberapa sel menyerupai ragi tidak sanggup melaksanakan respirasi aerobik dan secara otomatis akan berpindah ke jenis respirasi anaerobik yang disebut fermentasi alkohol.
Sejarah Siklus Glikolisis
Siklus glikolisis menyerupai yang dikenal dikala ini membutuhkan hampir 100 tahun untuk sepenuhnya ditemukan. Hasil gabungan dari banyak eksperimen yang lebih kecil diharapkan untuk memahami siklus ini secara keseluruhan.Langkah pertama dalam memahami glikolisis dimulai pada kurun kesembilan belas dengan industri anggur. Karena alasan ekonomi, industri anggur Prancis berusaha menyidik mengapa anggur kadang kala berubah tidak menyenangkan, bukannya berfermentasi menjadi alkohol.
Ilmuwan Prancis, Louis Pasteur, meneliti persoalan ini selama tahun 1850-an, dan hasil eksperimennya memulai jalan panjang untuk menjelaskan siklus glikolisis. Eksperimennya menawarkan bahwa fermentasi terjadi oleh agresi mikroorganisme hidup; dan bahwa konsumsi glukosa ragi menurun di bawah kondisi fermentasi aerobik, dibandingkan dengan kondisi anaerobik (efek Pasteur).
Sementara percobaan Pasteur ialah terobosan, wawasan wacana langkah-langkah komponen glikolisis disediakan oleh percobaan fermentasi non-seluler Eduard Buchner selama tahun 1890-an.
Buchner menawarkan bahwa konversi glukosa menjadi etanol dimungkinkan memakai ekstrak ragi yang tidak hidup (karena agresi enzim dalam ekstrak). Percobaan ini tidak hanya merevolusi biokimia, tetapi juga memungkinkan para ilmuwan untuk menganalisis siklus ini dalam laboratorium yang lebih terkendali.
Dalam serangkaian percobaan (1905-1911), ilmuwan Arthur Harden dan William Young menemukan lebih banyak potongan glikolisis. Mereka menemukan imbas regulasi ATP pada konsumsi glukosa selama fermentasi alkohol. Mereka juga menjelaskan tugas satu senyawa sebagai intermediet glikolisis: fruktosa 1,6-bifosfat.
Penjelasan fruktosa 1,6-difosfat dilakukan dengan mengukur kadar CO2 ketika jus ragi diinkubasi dengan glukosa. Produksi CO2 meningkat pesat kemudian melambat. Harden dan Young mencatat bahwa proses ini akan dimulai kembali bila fosfat anorganik (Pi) ditambahkan ke dalam campuran. Harden dan Young menyimpulkan bahwa proses ini menghasilkan ester fosfat organik, dan percobaan lebih lanjut memungkinkan mereka untuk mengekstrak fruktosa difosfat (F-1,6-DP).
Arthur Harden dan William Young bersama dengan Nick Sheppard menentukan, dalam eksperimen kedua, bahwa fraksi subselular berat molekul tinggi yang peka terhadap panas (enzim) dan fraksi sitoplasma rendah-molekul-berat yang tidak sensitif terhadap panas (ADP, ATP, dan NAD). + dan kofaktor lainnya) diharapkan bahu-membahu untuk melanjutkan fermentasi.
Percobaan ini dimulai dengan mengamati bahwa jus ragi yang dialisis (yang dimurnikan) tidak sanggup memfermentasi atau bahkan membuat gula fosfat. Campuran ini diselamatkan dengan penambahan ekstrak ragi undialyzed yang telah direbus. Merebus ekstrak ragi membuat semua protein menjadi tidak aktif.
Pada 1920-an Otto Meyerhof bisa menghubungkan beberapa potongan glikolisis individu yang ditemukan oleh Buchner, Harden, dan Young. Meyerhof dan timnya bisa mengekstrak enzim glikolitik yang berbeda dari jaringan otot, dan menggabungkannya secara artifisial untuk membuat jalur dari glikogen menjadi asam laktat.
Dalam satu makalah, Meyerhof dan ilmuwan Renate Junowicz-Kockolaty menyidik reaksi yang membagi fruktosa 1,6-difosfat ke dalam dua fosfat triose. Pekerjaan sebelumnya mengusulkan bahwa perpecahan terjadi melalui 1,3-diphosphoglyceraldehyde plus enzim oksidasi dan kozymase. Meyerhoff dan Junowicz menemukan bahwa konstanta kesetimbangan untuk reaksi isomerase dan aldosis tidak dipengaruhi oleh fosfat anorganik atau enzim kozimase atau oksidasi lainnya. Mereka selanjutnya menghilangkan difosfogliseraldehida sebagai kemungkinan menengah dalam glikolisis.
Dengan semua potongan ini tersedia pada tahun 1930-an, Gustav Embden mengusulkan detail, langkah demi langkah garis besar dari jalur yang kini kita kenal sebagai glikolisis.
Kesulitan terbesar dalam memilih seluk-beluk siklus ini ialah lantaran masa hidup yang sangat singkat dan konsentrasi steady state yang rendah dari intermediet reaksi glikolitik cepat. Pada 1940-an, Meyerhof, Embden, dan banyak hebat biokimia lainnya alhasil menuntaskan teka-teki glikolisis.
Pemahaman wacana siklus terisolasi telah diperluas dalam dekade berikutnya, untuk memasukkan rincian lebih lanjut dari peraturan dan integrasi dengan siklus metabolisme lainnya.
Glikolisis Pada Penyakit
DiabetesSerapan glukosa seluler terjadi sebagai respons terhadap sinyal insulin, dan glukosa selanjutnya dipecah melalui glikolisis, menurunkan kadar gula darah.
Namun, tingkat insulin yang rendah terlihat pada diabetes menjadikan hiperglikemia, di mana kadar glukosa dalam darah meningkat dan glukosa tidak diambil oleh sel dengan benar.
Hepatosit selanjutnya berkontribusi terhadap hiperglikemia ini melalui glukoneogenesis. Glikolisis pada hepatosit mengontrol produksi glukosa hati, dan ketika glukosa diproduksi berlebihan oleh hati tanpa mempunyai sarana untuk dipecah oleh tubuh, hasilnya ialah hiperglikemia.
Penyakit genetik
Mutasi glikolitik umumnya jarang terjadi lantaran pentingnya jalur metabolik, ini berarti bahwa sebagian besar mutasi yang terjadi menjadikan ketidakmampuan sel untuk bernafas, dan karenanya menimbulkan maut sel pada tahap awal. Namun, beberapa mutasi terlihat dengan satu pola yang populer ialah kekurangan piruvat kinase, yang menimbulkan anemia hemolitik kronik.
Kangker
Sel tumor ganas melaksanakan glikolisis pada tingkat yang sepuluh kali lebih cepat daripada rekan-rekan jaringan non-kanker mereka. Selama genesis mereka, dukungan kapiler terbatas sering menjadikan hipoksia (penurunan suplai O2) di dalam sel tumor.
Dengan demikian, sel-sel ini bergantung pada proses metabolisme anaerobik menyerupai glikolisis untuk ATP (adenosine triphosphate). Beberapa sel tumor overexpress enzim glikolitik spesifik menghasilkan tingkat glikolisis yang lebih tinggi. Seringkali enzim-enzim ini ialah Isoenzymes, enzim glikolisis tradisional, yang bervariasi dalam kerentanan mereka terhadap penghambatan umpan balik tradisional.
Peningkatan acara glikolitik pada alhasil melawan imbas hipoksia dengan menghasilkan ATP yang cukup dari siklus anaerobik ini. Fenomena ini pertama kali dijelaskan pada 1930 oleh Otto Warburgdan disebut sebagai imbas Warburg.
Warburg hipotesis mengklaim bahwa kanker terutama disebabkan oleh disfungsi dalam metabolisme mitokondria, bukan lantaran pertumbuhan sel yang tidak terkendali. Sejumlah teori telah dimajukan untuk menjelaskan imbas Warburg. Salah satu teori tersebut menawarkan bahwa peningkatan glikolisis merupakan proses proteksi normal dari badan dan perubahan ganas sanggup disebabkan oleh metabolisme energi.
Tingkat glikolisis yang tinggi ini mempunyai aplikasi medis yang penting, lantaran glikolisis aerobik yang tinggi oleh tumor ganas dipakai secara klinis untuk mendiagnosis dan memantau jawaban pengobatan dari kanker dengan pencitraan peresapan 2- 18 F-2-deoxyglucose (FDG) (radioaktif dimodifikasi heksokinase substrat) dengan positron emission tomography (PET).
Ada penelitian yang sedang berlangsung untuk mempengaruhi metabolisme mitokondria dan mengobati kanker dengan mengurangi glikolisis dan dengan demikian mencegah kelaparan sel kanker dengan aneka macam cara baru, termasuk diet ketogenik.
Share This :
comment 0 comments
more_vert