Apa yang Melakukan Glikolisis?

Glikolisis adalah proses universal di antara bentuk kehidupan di planet Bumi. Dari bakteri bersel satu yang paling sederhana hingga paus terbesar di laut, semua organisme – atau lebih khusus lagi, masing-masing selnya – menggunakan molekul gula enam karbon glukosa sebagai sumber energi.

Glikolisis adalah kumpulan dari 10 reaksi biokimia yang berfungsi sebagai langkah awal menuju pemecahan lengkap glukosa. Dalam banyak organisme, ini juga merupakan langkah terakhir, dan karena itu satu-satunya.

Glikolisis adalah yang pertama dari tiga tahap: respirasi seluler dalam domain taksonomi (yaitu, klasifikasi kehidupan) Eukariota (atau eukariota), yang meliputi hewan, tumbuhan, protista dan jamur.

Dalam domain Bakteri dan Archaea, yang bersama-sama membentuk sebagian besar organisme uniseluler yang disebut prokariota, glikolisis adalah satu-satunya pertunjukan metabolisme di kota, karena sel-sel mereka tidak memiliki mesin untuk melakukan respirasi seluler hingga selesai.

Reaksi lengkap yang dicakup oleh langkah-langkah individu glikolisis adalah:

C₆H₁₂HAI₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_saya → 2 CH₃(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2 H₂HAI

Dengan kata lain, ini berarti glukosa, pembawa elektron nikotinamida adenin dinukleotida, adenosin difosfat dan fosfat anorganik (P_saya) bergabung membentuk piruvat, adenosin trifosfat, bentuk tereduksi dari nikotinamida adenin dinukleotida dan ion hidrogen (yang dapat dianggap sebagai elektron).

Perhatikan bahwa oksigen tidak muncul dalam persamaan ini, karena glikolisis dapat berlangsung tanpa O₂. Ini bisa menjadi titik kebingungan, karena, karena glikolisis adalah prekursor yang diperlukan untuk segmen aerobik dari respirasi seluler pada eukariota ("aerobik" berarti "dengan oksigen"), sering keliru dilihat sebagai aerobik proses.

Glukosa adalah karbohidrat, artinya rumusnya mengasumsikan rasio dua atom hidrogen untuk setiap atom karbon dan oksigen: C_tidakH_2nHAI_tidak. Ini adalah gula, dan khususnya a monosakarida, artinya tidak dapat dipecah menjadi gula lain, seperti halnya disakarida sukrosa dan galaktosa. Ini termasuk bentuk cincin enam atom, lima atom di antaranya adalah karbon dan salah satunya adalah oksigen.

Glukosa dapat disimpan dalam tubuh sebagai polimer yang disebut glikogen, yang tidak lebih dari rantai panjang atau lembaran molekul glukosa individu bergabung dengan ikatan hidrogen. Glikogen disimpan terutama di hati dan otot.

Atlet yang lebih suka menggunakan otot-otot tertentu (misalnya, pelari maraton yang mengandalkan paha depan dan betis mereka otot) beradaptasi melalui pelatihan untuk menyimpan jumlah glukosa yang sangat tinggi, sering disebut "carbo-loading."

Adenosin trifosfat (ATP) adalah "mata uang energi" dari semua sel hidup. Ini berarti bahwa ketika makanan dimakan dan dipecah menjadi glukosa sebelum memasuki sel, tujuan akhir metabolisme glukosa adalah sintesis ATP, suatu proses yang didorong oleh energi yang dilepaskan ketika ikatan dalam glukosa dan molekul diubah menjadi dalam glikolisis dan pernapasan aerobik rusak terpisah.

ATP yang dihasilkan melalui reaksi ini digunakan untuk kebutuhan dasar sehari-hari tubuh, seperti pertumbuhan dan perbaikan jaringan serta latihan fisik. Saat intensitas olahraga meningkat, tubuh beralih dari pembakaran lemak, atau trigliserida (melalui oksidasi). asam lemak) untuk membakar glukosa karena proses terakhir menghasilkan lebih banyak ATP yang dibuat per molekul bahan bakar.

Hampir semua reaksi biokimia bergantung pada bantuan dari molekul protein khusus yang disebut enzim untuk melanjutkan.

Enzim adalah katalis, yang berarti bahwa mereka mempercepat reaksi – kadang-kadang dengan faktor satu juta atau lebih – tanpa mengubah diri mereka sendiri dalam reaksi. Mereka biasanya diberi nama untuk molekul di mana mereka bertindak dan memiliki "-ase" di akhir, seperti "fosfoglukosa isomerase," yang mengatur ulang atom dalam glukosa-6-fosfat menjadi fruktosa-6-fosfat.

(Isomer adalah senyawa dengan atom yang sama tetapi strukturnya berbeda, analog dengan anagram di dunia kata-kata.)

Paling enzim dalam reaksi manusia sesuai dengan aturan "satu lawan satu", yang berarti bahwa setiap enzim mengkatalisis reaksi tertentu, dan sebaliknya, bahwa setiap reaksi hanya dapat dikatalisis oleh satu enzim. Tingkat spesifisitas ini membantu sel secara ketat mengatur kecepatan reaksi dan, dengan perluasan, jumlah produk berbeda yang dihasilkan dalam sel setiap saat.

Ketika glukosa memasuki sel, hal pertama yang terjadi adalah terfosforilasi – yaitu, molekul fosfat melekat pada salah satu karbon dalam glukosa. Ini menganugerahkan muatan negatif pada molekul, secara efektif menjebaknya di dalam sel. Ini glukosa-6-fosfat kemudian diisomerisasi seperti dijelaskan di atas menjadi fruktosa-6-fosfat, yang kemudian mengalami langkah fosforilasi lain menjadi fruktosa-1,6-bifosfat.

Setiap langkah fosforilasi melibatkan penghilangan fosfat dari ATP, meninggalkan adenosin difosfat (ADP) dibelakang. Ini berarti bahwa meskipun tujuan glikolisis adalah untuk menghasilkan ATP untuk penggunaan sel, itu melibatkan "biaya awal" 2 ATP per molekul glukosa yang memasuki siklus.

Fruktosa-1,6-bifosfat kemudian dipecah menjadi dua molekul tiga karbon, masing-masing dengan fosfatnya sendiri yang melekat. Salah satu dari ini, dihidroksiaseton fosfat (DHAP), berumur pendek, karena dengan cepat berubah menjadi yang lain, gliseraldehida-3-fosfat. Jadi mulai saat ini, setiap reaksi yang terdaftar sebenarnya terjadi dua kali untuk setiap molekul glukosa yang memasuki glikolisis.

Gliseraldehida-3-fosfat diubah menjadi 1,3-difosfogliserat dengan penambahan fosfat ke molekul. Alih-alih diturunkan dari ATP, fosfat ini ada sebagai fosfat bebas, atau anorganik (yaitu, tidak memiliki ikatan dengan karbon). Pada saat yang sama, NAD⁺ diubah menjadi NADH.

Pada langkah selanjutnya, dua fosfat dilepaskan dari serangkaian molekul tiga karbon dan ditambahkan ke ADP untuk menghasilkan ATP. Karena ini terjadi dua kali per molekul glukosa asli, total 4 ATP dibuat dalam fase "hasil" ini. Karena fase "investasi" membutuhkan input 2 ATP, perolehan keseluruhan ATP per molekul glukosa adalah 2 ATP.

Sebagai referensi, setelah 1,3-difosfogliserat, molekul dalam reaksi adalah: 3-fosfogliserat, 3-fosfogliserat, fosfoenolpiruvat dan akhirnya piruvat.

Pada eukariota, piruvat kemudian dapat melanjutkan ke salah satu dari dua jalur pasca-glikolisis, tergantung pada apakah oksigen yang cukup hadir untuk memungkinkan respirasi aerobik untuk melanjutkan. Jika ya, yang biasanya terjadi ketika organisme induk sedang beristirahat atau berolahraga ringan, piruvat dikeluarkan dari sitoplasma di mana glikolisis terjadi menjadi organel ("organ kecil") dipanggil mitokondria.

Jika sel milik prokariota atau eukariota yang bekerja sangat keras - katakanlah, manusia yang berlari setengah mil atau mengangkat beban dengan intens - piruvat diubah menjadi laktat. Sementara di sebagian besar sel, laktat itu sendiri tidak dapat digunakan sebagai bahan bakar, reaksi ini menciptakan NAD⁺ dari NADH, sehingga memungkinkan glikolisis untuk melanjutkan "hulu" dengan memasok sumber penting NAD⁺.

Proses ini dikenal sebagai fermentasi asam laktat.

Fase aerobik respirasi seluler yang terjadi di mitokondria disebut Siklus Krebs dan rantai transpor elektron, dan ini terjadi dalam urutan itu. Itu Siklus Krebs (sering disebut siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat) terbentang di tengah mitokondria, sedangkan rantai transpor elektron terjadi pada membran mitokondria yang membentuk batasnya dengan sitoplasma.

Reaksi bersih respirasi seluler, termasuk glikolisis, adalah:

C₆H₁₂HAI₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP

Siklus Krebs menambahkan 2 ATP, dan rantai transpor elektron menghasilkan 34 ATP dengan total 38 ATP per molekul glukosa yang dikonsumsi sepenuhnya (2 + 2 + 34) dalam tiga proses metabolisme.