BIO 3
materi78.co.nr
Katabolisme A.
PENDAHULUAN
glukosa
Metabolisme adalah reaksi biokimia dalam tubuh makhluk hidup yang melibatkan substrat dan enzim untuk menghasilkan produk. Metabolisme terbagi menjadi katabolisme dan anabolisme.
dua,
6C
ATP
heksokinase ADP glukosa 6-fosfat
yaitu
fosfoglukosa isomerase
Pengertian katabolisme dan anabolisme:
B.
Katabolisme
Anabolisme
mengubah senyawa organik menjadi senyawa anorganik
mengubah senyawa anorganik menjadi senyawa organik
mengurai molekul kompleks menjadi sederhana
menyusun (sintesis) molekul sederhana menjadi kompleks
menghasilkan ATP
menggunakan ATP
KATABOLISME
ATP fosfofruktokinase ADP fruktosa-1,6-difosfat aldolase dihidroksiaseton fosfat
Katabolisme terdiri dari: 1) Katabolisme karbohidrat (4,2 kkal/gram), berupa proses respirasi aerob dan respirasi anaerob. 2) Katabolisme lemak (9,1 kkal/gram). 3) Katabolisme protein (4,2 kkal/gram). ATP (adenosin trifosfat) adalah bentuk energi yang digunakan oleh makhluk hidup untuk melakukan aktivitas tingkat sel. +
Energi ATP berasal dari proton (H ) dan elektron yang berada di dalamnya. Energi ATP pada katabolisme dibawa oleh NAD+ (nikotinamid adenin dinukleotida) dan FAD (flavin adenin dinukleotida). ATP pada respirasi dibentuk dari fosforilasi dengan perangkaian gugus fosfat dan reaksi redoks oleh O2.
C.
fruktosa 6-fosfat
triosa fosfat isomerase gliseraldehida 3-fosfat (PGAL) NAD+ NADH
3C
P
gliseraldehida 3-fosfat (PGAL) 3C
P
gliseraldehida dehidrogenase
NAD+ NADH
1,3-difosfogliserat 1,3-difosfogliserat (DPG) (DPG) ADP
ADP fosfogliserokinase
ATP ATP 3-fosfogliserat (3PG)3-fosfogliserat (3PG) fosfogliseromutase 2-fosfogliserat (2PG)2-fosfogliserat (2PG)
RESPIRASI AEROB Respirasi aerob adalah katabolisme karbohidrat yang membutuhkan O2 sebagai oksidator (penerima elektron terakhir dari reaksi). Tahapan respirasi aerob adalah glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, siklus Kreb, dan transpor elektron. Glikolisis adalah proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat pada respirasi aerob. Reaksi ini terjadi dalam sitoplasma sel. Reaksi glikolisis glukosa: 2NADH glukosa d 2 a.piruvat + 2NAD+ + 2H+ + 4e + 2ATP
H2O
enolase
H2O
fosfoenolpiruvat (PEP)fosfoenolpiruvat (PEP) ADP ATP
ADP piruvatkinase
asam piruvat
ATP
asam piruvat
Dekarboksilasi oksidatif adalah proses pemutusan gugus karboksil dan oksigen pada asam piruvat. Reaksi ini terjadi dalam mitokondria sel.
METABOLISME
1
BIO 3
materi78.co.nr Reaksi dekarboksilasi oksidatif asam piruvat:
2 asetil-KoA 2C
2NADH
2KoA 2NAD+ 2 oksalo2 sitrat asetat 2NADH 6C 2H2O 4C 2H2O 2 malat 2H2O 2 isositrat 2H2O
2 a.piruvat d 2 asetil-KoA + 2NAD+ + 2H+ + 4e + 2CO2
2 asam piruvat 3C
2NAD+
1C
2NADH
2CO2
2CO2 2NADH 2FADH2 2 α-ketoglutarat 5C 2NAD+ 2 suksinat 2KoA 1C 2NADH 2CO2 2ADP + 2P 2H2O 2 suksinil-KoA 4C 2KoA 2 ATP
2 asetil
2FAD
2C
2koenzim A (KoA) 2 asetil-KoA Siklus Kreb (siklus asam sitrat) adalah siklus yang terjadi setelah dekarboksilasi oksidatif asam piruvat. Siklus ini terjadi dalam matriks mitokondria.
Transpor elektron (kemiosmosis) adalah proses pelepasan energi berupa proton (H+) dan elektron (e) dari molekul NADH dan FADH2 yang dibentuk selama katabolisme. Reaksi ini terjadi dalam matriks mitokondria.
Reaksi siklus Kreb: 6NADH 2 asetil-KoA d 6NAD+ + 6H+ + 12e
Reaksi transpor elektron:
+ 2FAD + 4H+ + 4e + 4CO2 + 2ATP
10 NADH + O2 d 10 NAD+ + H2O + 30 ATP
2FADH2
2 FADH2 + O2 d 2 FAD + H2O + 4 ATP
cyt b sitokrom b I NADH dehidrogenase II suksinat dehidrogenase cyt c sitokrom c cyt a sitokrom a Q ubikuinon H+
1C
2NAD+
2 fumarat
H
H+
+
H+
H+
H+
H+
H+
O2
ruang intermembran
Q I
e
cyt b
II
cyt c
cyt a
ATP sintase
matriks mitokondria
10 NADH
10 H+ + 20 e + NAD+ 2FADH2 FAD + 4 H+ + 2 e H+ dipompa keluar 3 kali melalui: kompleks I cyt b cyt a
H+ dipompa keluar 2 kali melalui: cyt b cyt a
membran dalam
e
24e + 6O2 + 24H+ 12H2O
H+
ADP + P ATP
6H2O 6H2O SIKLUS KREB
Tahapan transpor elektron: 1) NADH melepaskan proton dan elektron pada kompleks I dan FADH2 pada kompleks II. +
+
10 NADH d 10 NAD + 10H + 20e 2 FADH2 d 2 FAD + 4H+ + 4e 2) Elektron dibawa berjalan-jalan mengelilingi membran dalam mitokondria melalui mekanisme reaksi redoks oleh ion Cu dan Fe, sehingga matriks bermuatan negatif.
3) Proton dari NADH dipompa keluar matriks 3 kali melewati 3 protein pembawa. Berarti, total ATP yang dihasilkan 10 NADH adalah 10 x 3, yaitu 30 ATP. 4) Proton dari FADH2 lalu dipompa keluar matriks 2 kali melewati 2 protein pembawa. Berarti, total ATP yang dihasilkan 2 FADH2 adalah 2 x 2, yaitu 4 ATP.
METABOLISME
2
BIO 3
materi78.co.nr 5) Poin 2, 3, dan 4 menyebabkan perbedaan gradien muatan, sehingga proton dipompa kembali melalui ATP-sintase. 6) Proton (H+) yang bergerak melalui ATPsintase memacu pembentukan ATP (sesuai jumlah yang telah dihitung di atas).
Pembentukan etanol atau asam laktat dilakukan setelah glikolisis jika sel mengalami kekurangan O2. Jika tidak, maka akan dilanjutkan ke respirasi aerob. Pembentukan etanol dilakukan oleh jamur golongan ragi (contohnya Saccharomyces).
ADP + P d ATP 7) Agar ATP tetap terbentuk, proton dan elektron pada akhir sistem transpor akan berikatan dengan O2 membentuk air (O2 sebagai penerima elektron terakhir).
Reaksi pembentukan etanol: 2 asam piruvat d 2C2H5OH + 2CO2 2 asam piruvat 2H2O 3C
24H+ + 6O2 + 24e d 12H2O Respirasi aerob menghasilkan ATP sejumlah: Tahapan
+ATP
-ATP
4 ATP
2 ATP
-
-
Siklus Kreb
2 ATP
-
Transfer elektron
34 ATP
-
Glikolisis Dekarboksilasi oksidatif
Total
D.
piruvat 1C 2CO2 karboksilase 2 asetaldehida 2C
2NADH 2NAD+
38 ATP
RESPIRASI ANAEROB Respirasi anaerob (fermentasi) adalah katabolisme karbohidrat yang membutuhkan senyawa selain O2 sebagai oksidator (penerima elektron terakhir dari reaksi).
2 etanol Pembentukan asam laktat dilakukan oleh hewan dan manusia. Reaksi pembentukan asam laktat: 2 asam piruvat d 2 asam laktat 2 asam piruvat
Respirasi anaerob terjadi apabila setelah glikolisis berakhir, sel mengalami kekurangan O2.
3C
2NADH
Glikolisis yang terjadi pada respirasi aerob sama seperti respirasi anaerob. Reaksi ini terjadi di sitoplasma sel.
2NAD+
+
Respirasi anaerob menghasilkan ATP sejumlah:
+
glukosa d 2 a.piruvat + 2NAD + 2H + 4e + 2ATP
Tahapan Glikolisis
glukosa 6C
2ATP
Pembentukan asam laktat Total
2ADP gliseraldehida 3-fosfat (PGAL) NAD+ NADH
3C
P
gliseraldehida 3-fosfat (PGAL) 3C
P
2ADP 2ADP
NAD+ NADH
2ATP 2ATP asam piruvat
asam laktat dehidrogenase
2 asam laktat
Reaksi glikolisis glukosa: 2NADH
alkohol dehidrogenase
asam piruvat
+ATP
-ATP
4 ATP
2 ATP
-
2 ATP
Energi yang dihasilkan respirasi anaerob sedikit, karena etanol/asam laktat sebenarnya masih mengandung banyak energi yang belum dioksidasi. Kontraksi otot menggunakan respirasi anaerob, sedangkan relaksasi otot menggunakan respirasi aerob. Asam laktat menumpuk pada otot yang terlalu sering berkontraksi menyebabkan kelelahan. Agar asam laktat dapat dioksidasi, maka tubuh harus melakukan respirasi aerob dengan membuat nafas tersengal-sengal untuk mendapat lebih banyak O2.
METABOLISME
3
BIO 3
materi78.co.nr
E.
KATABOLISME LEMAK DAN PROTEIN
a.
Mengubah asam lemak menjadi asetilKoA.
b.
Mengubah gliserol menjadi PGAL.
Tahapan katabolisme lemak: Katabolisme asam lemak 1) Reaksi β-oksidasi Asam lemak bebas diaktifkan dulu menjadi asam lemak palmitat-KoA (asil-KoA), dengan menggunakan 2 ATP.
3) Katabolisme protein masuk ke dalam sistem katabolisme karbohidrat dengan transminasi atau deaminasi asam amino menjadi suatu rantai atom karbon.
Asil-KoA akan dibawa menuju mitokondria sel dan dioksidasi menjadi asetil-KoA. asil-KoA + 7O2 d 8 asetil-KoA + 42H2O + 35 ATP 2) Siklus Kreb Dalam siklus Kreb, asetil-KoA akan dioksidasi menjadi CO2. 8 asetil-KoA + 16O2 d 104H2O + 16CO2 + 96 ATP Katabolisme gliserol 1) Gliserol akan diubah menjadi gliseraldehida 3-fosfat (PGAL). 2) Gliseraldehida 3-fosfat selanjutnya masuk ke katabolisme karbohidrat. Katabolisme asam lemak menghasilkan ATP sejumlah: Tahapan
+ATP
-ATP
Reaksi β-oksidasi
35 ATP
2 ATP
Siklus Kreb
96 ATP
-
Total
129 ATP
Tahapan katabolisme protein dilakukan melalui transminasi (pemindahan gugus NH2) atau deaminasi (pembuangan gugus NH2). Transminasi dan deaminasi menghasilkan: 1) Rantai atom karbon berupa asam piruvat, asetil-KoA, oksaloasetat, dll. yang selanjutnya masuk ke katabolisme karbohidrat. 2) Amonia (NH3) yang selanjutnya diubah menjadi urea untuk dibuang melalui sistem ekskresi. Katabolisme protein menghasilkan ATP sejumlah katabolisme karbohidrat, yaitu 38 ATP.
F.
HUBUNGAN ANTAR KATABOLISME Hubungan katabolisme karbohidrat, lemak, dan protein: 1) Katabolisme utama yang dilakukan tubuh adalah katabolisme karbohidrat. Jika karbohidrat habis, maka katabolisme lemak akan dilakukan. Jika lemak habis, maka katabolisme protein akan dilakukan. 2) Katabolisme lemak masuk ke dalam sistem katabolisme karbohidrat dengan:
METABOLISME
4
