A.
Pengertian Katabolisme
Katabolisme
merupakan reaksi pemecahan atau penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi
sederhana (anorganik) yang menghasilkan energi.
Untuk dapat digunakan oleh sel, energi yang dihasilkan harus diubah menjadi ATP
(Adenosin TriPhospat). ATP merupakan gugus adenin yang berikatan
dengan tiga gugus fosfat. Pelepasan gugus fosfat menghasilkan energi yang
digunakan langsung oleh sel, yang digunakan untuk melangsungkan reaksi-reaksi
kimia, pertumbuhan, transportasi, gerak, reproduksi, dan lain-lain. Contoh
katabolisme adalah respirasi sel, yaitu proses penguraian bahan makanan
yang bertujuan menghasilkan energi. Sebagai bahan baku respirasi adalah
karbohidrat, asam lemak, dan asam amino dan sebagai hasilnya adalah CO2(karbon
dioksida, air dan energi). Respirasi dilakukan oleh semua sel hidup, sel
hewan maupun sel tumbuhan.
B.
Katabolisme Karbohidrat
1.
Struktur karbohidrat
Karbohidrat merupakan
sumber energi uatama dan sumber serat utama. Karbohidrat mempunyai tiga unsur,
yaitu karbon, hydrogen dan oksigen. Jenis-jenis karbohidrat sangat beragam.
Karbohidrat dibedakan satu dengan yang lain berdasarkan susunan atom-aromnya,
panjang pendeknya rantai serta jenis ikatan. Dari kompleksitas strukturnya
karbohidrat dibedakan menjadi karbohidarat sederhana (monosakarida dan
disakarida)dan karbohidrat dengan struktur yang kompleks (polisakarida). Selain
kelompok tersebut juga masih ada oligosakarida yang memiliki monosakarida lebih
pendek dari polisakarida, contohnya adalah satkiosa, rafinosa,
fruktooligosakarida, dan galaktooligosakarida
2. Fungsi dari
Karbohidrat
1.
Simpanan
energi, bahan bakar dan senyawa antara metabolism
2.
Bagian
dari kerangka structural dari pembentuk RNA dan DNA
3.
Merupakan
elemen structural dari dinding sel tanaman maupun bakteri.
4.
Identitas
sel, berikatan dengan protein atau lipid dan berfungsi dalam proses pengenalan
antar sel .
3.
Proses
Katabolisme Karbohidrat
Pada
Proses katabolisme karbohidrat, sering disebut dengan glikolosis yaitu
proses degradasi. Proses degradasi 1 molekul glukosa (C6) menjadi 2
molekul piruvat (C3) yang terjadi dalam serangkaian reaksi
enzimatis menghasilkan energi bebas dalam bentuk ATP dan NADH
Proses glikolisis terdiri dari 10 langkah reaksi yang
terbagi menjadi 2 Fase, yaitu:
- 5 langkah pertama yang
disebut fase preparatory
- 5 langkah terakhir yang
disebut fase payoff
Fase
I memerlukan 2 ATP dan Fase II menghasilkan 4 ATP dan 2 NADP, sehingga
total degradasi Glukosa menjadi 2 molekul piruvat menghasilkan 2
molekul ATP dan 2 molekul NADP.
Pada tahap pertama,
molekul D-Glukosa diaktifkan bagi reaksi berikutnya dengan fosforilasi pada
posisi 6, menghasilkan glukosa-6-fosfat dengan memanfaatkan
ATP Reaksi ini bersifat tidak dapat balik. Enzim heksokinase merupakan
katalis dalam reaksi tersebut dibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor.
Reaksi
berikutnya ialah isomerasi, yaitu pengubahan
glukosa-6-fosfat, yang merupakan suatu aldosa, menjadi fruktosa-6-fosfat,
yang merupakan suatu ketosa, dengan enzim fosfoglukoisomerase dan
dibantu oleh ion Mg2+.
Tahap
selanjutnya adalah fruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-difosfat
oleh enzim fosoffruktokinase dibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor. Dalam
reaksi ini,gugus fosfat dipindahkan dari ATP ke fruktosa-6-fosfat pada posisi
1.
Reaksi
tahap keempat dalam rangkaian reaksi glikolisis adalah penguraian molekul
fruktosa-1,6-difosfat membentuk dua molekul triosa fosfat,
yaitu dihidroksi aseton fosfat dan D-gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim
aldolase fruktosa difosfat atau enzim
aldolase. Hanya satu di antara dua triosa fosfat yang
dibentuk oleh aldolase, yaitu gliseraldehid-3-fosfat, yang dapat
langsung diuraikan pada tahap reaksi glikolisis berikutnya. Tetapi, dihidroksi
aseton fosfat dapat dengan cepat dan dalam reaksi dapat balik, berubah menjadi
gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim isomerase triosa fosfat.
Tahap
selanjutnya adalah reaksi oksidasi gliseraldehid-3fosfat menjadi asam
1,3 difosfogliserat. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD+, sedangkan
gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat. Enzim yang mengkatalisis dalam tahap
ini adalah dehidrogenase gliseraldehida fosfat. Pada tahap ini, enzim
kinase fosfogliserat mengubah asam 1,3-difosfogliserat menjadi
asam 3-fosfogliserat. Dalam reaksi ini terbentuk satu
molekul ATP dari ADP dan memerlukan ion Mg2+ sebagai kofaktor. Pada
tahap ini, terjadi pengubahan asam 3-fosfoliserat menjadi asam 2-fosfogliserat.
Reaksi ini melibatkan pergeseran dapat balik gugus fosfat dari posisi 3 ke
posisi 2. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim fosfogliseril mutase dengan ion
Mg2+ sebagai kofaktor.
Reaksi
berikutnya adalah reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat dari
asam 2-fosfogliserat dengan katalisis enzim enolase dan ion Mg2+ sebagai
kofaktor. Reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat ini ialah reaksi dehidrasi.
Tahap
terakhir pada glikolisis ialah reaksi pemindahan gugus fosfat berenergi tinggi
dari fosfoenolpiruvat ke ADP yang dikatalisis oleh enzim piruvat kinase
sehingga terbentuk molekul ATP dan molekul asam piruvat.
A.
Katabolisme
Lemak
1.
Struktur
Berdasarkan
struktur dan fungsi bermacam-macam lemak menjadi salah satu dasar
pengklasifiksian lemak.
v Asam-asam
lemak : Merupakan suatu rantai hidrokarbon yang mengandung satu gugus metal
pada salah satu ujungnya dan salah satu gugus asam atau karboksil. Secara umum
formula kimia suatu asam lemak adalah CH3(CH2)nCOOH,
dan biasanya kelipatan dua.
ü Rantai
pendek : rantai hidrokarbonnya terdiri dari jumlah atom karbon genap 4-6 atom.
ü Rantai
sedang : 8-12 atom
ü Rantai
panjang : 14-26 atom.
Dan asam lemak-asam lemak
ini merupakn asam lemak jenuh
Sedangkan untuk asam lemak tidak jenuh,
adalah yang mempunayi ikatan rangkap atau lebih misalnya palmitoleat,
linolenat, arakhidat, dan lain sebagainya. CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
(oleat).
Turunan-turunan asam lemak : merupakan suatu komponen yang terbentuk dari satu
atau lebih asam lemak yang mengandung alcohol dan disebut ester. Terdapat dua
golongan ester yaitu gliserol ester dan cholesterol ester.
1.
Gliserol
ester : terbentuk melalui metabolism karbohidrat yang mengandung tiga atom
karbon, yang salah satu ataom karon bersatu dengan salah satu gugus alcohol.
Reaksi kondensasi antara gugus karboksil dengan gugus alcohol dari gliserol
akan membentuk gliserida, tergantung dari jumlah asam lemak dari gugus alkohol
yang membentuk raeksi kondensasi. (monogliserida, digliserida, trigliserida)
2.
Kolesterol
ester : terbentuk melelui reaksi kondensasi, sterol, kolesterol, dan sam lemak
terikat dengan gugus alcohol.
3.
Glikolipid
: komponen ini mempunayi sifat serperti lipid, terdiri dari satu atu lebih
komponen gula, dan biasanya glukosa dan galaktosa.
4.
Sterol
: merupakan golongan lemak yang larut dalam alcohol, Mislanya kolesterol
sterol. Berbeda dengan struktur lainnya sterol mempunyai nucleus dengan empat
buah cincin yang saling berhubunga, tiga diantaranya mengandung 6 atom karbon,
sedang yang keempat mengandung 5 atom karbon.
2.
Fungsi
1.
Sebagai
penyusun struktur membran sel Dalam hal ini lipid
berperan sebagai barier untuk sel dan mengatur aliran material-material.
2.
Sebagai cadangan
energi Lipid disimpan sebagai jaringan adiposa
3.
Sebagai hormon dan vitamin,
hormon mengatur komunikasi antar sel, sedangkan vitamin membantu regulasi
proses-proses biologis
3.
Proses
Katabolisme Lemak
Lemak merupakan salah satu sumber
energy bagi tubuh, bahkan kandungan energinya paling tinggi diantara sumber
energy yang lain, yaitu sebesar 9kkal/gram. Energi hasil pemecahan lemak
dimulai saat lemak berada didalam kebutuhan energi. Pemecahan lemak
dimulai saat lemak berada didalam system pencernaan makanan. Lemak akan dipecah
menjadi asam lemak dan gliserol. Dari kedua senyawa tersebut, asam lemak
sebagian mengandung sebagian besar energi, yaitu sekitar 95%, sedangkan
gliserol hanya mengandung 5% dari besar energi lemak. Untuk dapat menghasilkan
energi , asam lemak akan mengalami oksidasi yang terjadi didalm mitokondria,
sedangkan gliserol dirombak secara glikolisis. Gliserol dalam glikolisis akan
diubah kembali menjadi dihidroksi aseton fosfat. Oksidasi asam lemak juga
melalui lintasan akhir yang dilalui karbohidrat, yaitu siklus krebs.
Setelah berada didalam mitokondria,
asam lemak akan mengalami oksidasi untuk menghasilkan energi. Oksidasi asam
lemak terjadi dalam dua tahap, yaitu oksidasi asam lemak yang menghasilkan
residu asetil KoA dan oksidasi asetil KoA menjadi karbon dioksida melalui
siklus krebs.
B. Katabolisme Protein
1.
Struktur
Dilihat
dari tingkat organisasi struktur, protein dapat diklasifikasikan ke dalam empat
kelas dengan urutan kerumitan yang berkurang. Kelas-kelas itu adalah :
1.
Struktur
primer: Ini adalah hanya urutan asam amino di dalam rantai protein.
Struktur primer protein dilakukan oleh ikatan-ikatan (peptida) yang kovalen.
2.
Struktur
sekunder: Hal ini merujuk ke banyaknya struktur helix-aa atau lembaran
berlipatan-B setempat yang berhubungan dengan struktur protein secara
keseluruhan. Struktur sekunder protein diselenggarakan oleh ikatan-ikatan
hidrogen antara oksigen karbonil dan nitrogen amida dari rantai polipeptida.
3.
Struktur
tersier: Hal ini menunjuk ke cara rantai protein ke dalam protein berbentuk
bulat dilekukkan dan dilipat untuk membentuk struktur tiga-dimensional secara
menyeluruh dari molekul protein. Struktur tersier diselenggarakan oleh
interaksi antara gugus-fufus R dalam asam amino.
4.
Struktur
kuartener. Banyak protein ada sebagai oligomer, atau molekul-molekul besar
terbentuk dari pengumpulan khas dari subsatuan yang identik atau berlainan yang
dikenal dengan protomer.
2.
Fungsi
1.
Membentuk
jaringan/ bagian tubuh lain
2.
Pertumbuhan
(bayi, anak, pubertas)
3.
Pemeliharaan
(dewasa)
4.
Membentuk
sel darah
5.
Membentuk
hormon, enzim, antibody,dll
6.
Memberi
tenaga (protein sparing efek)
7.
Pengaturan
(enzim, hormone)
3.
Proses
Katabolisme Protein
Asam-asam amino tidak
dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau terjadi
kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan
asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam
amino memerlukan pelepasan gugus amina. Gugus amin ini kemudian dibuang karena
bersifat toksik bagi tubuh.
Terdapat 2 tahap
pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:
1.
Transaminasi : Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α ketoglutarat
menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat
2. Deaminasi
oksidatif : Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion ammonium Gugus-gugus
amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4+) yang selanjutnya masuk ke dalam
siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang
melalui ginjal berupa urin.
Proses yang terjadi di
dalam siklus urea digambarkan terdiri atas beberapa tahap yaitu:
1.
Dengan
peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi dengan CO2
menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini diperlukan energi dari ATP
2.
Dengan
peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat bereaksi dengan
L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan.
3.
Dengan
peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi dengan L-aspartat
menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan energi dari ATP
4.
Dengan
peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat
dan L-arginin
5.
Dengan
peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap L-arginin akan menghasilkan
L-ornitin dan urea.
C. Hubungan Antara Katabolisme Antara
Karbohidrat, Lemak, & Protein
Anda sudah mengetahui bahwa di dalam sel reaksi
metabolisme tidak terpisah satu sama lain yaitu membentuk suatu jejaring yang
saling berkaitan. Di dalam tubuh manusia terjadi metabolisme karbohidrat,
protein, dan lemak. Bagaimana keterkaitan ketiganya? Pada bagan terlihat karbohidrat,
protein, dan lemak bertemu pada jalur siklus Krebs dengan masukan asetil
koenzim A. Tahukah Anda bahwa Asetil Ko-A sebagai bahan baku dalam siklus Krebs
untuk menghasilkan energi yang berasal dari katabolisme karbohidrat, protein,
maupun lemak. Titik temu dari berbagai jalur metabolisme ini berguna untuk
saling menggantikan “bahan bakar” di dalam sel, Hasil katabolisme karbohidrat,
protein, dan lemak juga bermanfaat untuk menghasilkan senyawa- senyawa lain
yaitu dapat membentuk ATP, hormon, komponen hemoglobin ataupun komponen sel
lainnya.
Lemak (asam heksanoat) lebih banyak mengandung hidrogen
terikat dan merupakan senyawa karbon yang paling banyak tereduksi, sedangkan
karbohidrat (glukosa) dan protein (asam glutamat) banyak mengandung oksigen dan
lebih sedikit hidrogen terikat adalah senyawa yang lebih teroksidasi.
Senyawa karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan
energi dan apabila ada pembakaran sempurna akan membebaskan energi lebih banyak
karena adanya pembebasan elektron yang lebih banyak. Jumlah elektron yang
dibebaskan menunjukkan jumlah energi yang dihasilkan. Perlu Anda ketahui pada
jalur katabolisme yang berbeda glukosa dan asam glutamat dapat menghasilkan
jumlah ATP yang sama yaitu 36 ATP. Sedangkan katabolisme asam heksanoat dengan
jumlah karbon yang sama dengan glukosa (6 karbon) menghasilkan 44 ATP, sehingga
jumlah energi yang dihasilkan pada lemak lebih besar dibandingkan dengan yang
dihasilkan pada karbohidrat dan protein. Sedangkan jumlah energi yang
dihasilkan protein setara dengan jumlah yang dihasilkan karbohidrat dalam berat
yang sama.
Dari penjelasan itu dapat disimpulkan jika kita makan
dengan mengkonsumsi makanan yang mengandung lemak akan lebih memberikan rasa
kenyang jika dibandingkan dengan protein dan karbohidrat. Karena rasa kenyang
tersebut disebabkan oleh kemampuan metabolisme lemak untuk menghasilkan energi
yang lebih besar.
**) Mahasiswa Prodi
Pendidikan Biologi Universitas Muhammadiyah
Surabaya (Semester 3)
DAFTRA PUSTAKA
Campbell, dkk.
2003. Biologi jilid 1.
Jakarta:Erlangga
Elisa. tanpa
tahun. Metabolisme Protein. http:// ugm.ac. id / files / chimera 73 /
.../ Metabolisme %20protein.doc. diakses pada tanggal 30 Mei 2012 pukul 16.04
Lehninger. 200. Dasar-dasar biokimia jilid 2. Jakarta: Erlangga
Tidak ada komentar:
Posting Komentar