KATABOLISME
Katabolisme merupakan reaksi
pemecahan atau penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi senyawa
yang lebih sederhana (anorganik). Dalam reaksi penguraian tersebut dapat
dihasilkan energi yang berasal dari terlepasnya ikatan-ikatan senyawa kimia
yang mengalami penguraian. Tetapi energi yang dihasilkan itu tidak dapat
langsung digunakan oleh sel, melainkan harus diubah dalam bentuk senyawa
Adenosin Trifosfat (ATP) yang mengandung energi tinggi. Tujuan utama
reaksi katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di
dalam senyawa sumber, yaitu Adenosin Trifosfat (ATP). Reaksi penguraian
energi pada katabolisme, secara umum dikenal dengan proses respirasi.
RESPIRASI AEROB
Respirasi merupakan proses pembebasan energi kimia dalam tubuh
organisme melalui reaksi oksidasi (penambahan oksigen) pada molekul
organik. Dari peristiwa tersebut akan dihasilkan energi dalam bentuk
Adenosin Trifosfat (ATP) dan CO2
serta H2
O (sebagai hasil sisa). Reaksi kimia respirasi sebagai berikut:
1. Glikolisis
Glikolisis merupakan reaksi
tahap pertama secara aerob (cukup
oksigen), Glikolisis ini terjadi pada saat sel memecah molekul glukosa
yang mengandung 6 atom C (6C)
menjadi 2 molekul asam piruvat yang mengandung 3 atom C (3C)
yang melalui dua rangkaian reaksi
yaitu rangkaian I (pelepasan energi)
dan rangkaian II (membutuhkan
oksigen).
Penjelasan:
Rangkaian I (pelepasan energi)
berlangsung di dalam sitoplasma (dalam
kondisi anaerob) yaitu diawali dari reaksi penguraian molekul glukosa menjadi
glukosa-6-fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP dan melepas 1 P. Jika
glukosa-6-fosfat mendapat tambahan 1 P menjadi fruktosa-6-fosfat kemudian
menjadi fruktosa 1,6 fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP yang
melepas 1 P. Jadi untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa 1,6 fosfat, energi
yang dibutuhkan sebanyak (-2) ATP. Selanjutnya fruktosa 1,6 fosfat masuk ke
mitokondria dan mengalami lisis (pecah) menjadi dehidroksik aseton fosfat dan
fosfogliseraldehid.
Rangkaian II (membutuhkan oksigen)
berlangsung di dalam mitokondria
(dalam kondisi awal), molekul fosfogliseraldehid yang mengalami reaksi
fosforilasi (penambahan gugus fosfat) dan dalam waktu yang bersamaan,
juga terjadi reaksi dehidrogenasi (pelepasan atom H) yang ditangkap oleh
akseptor hidrogen, yaitu koenzim NAD. Dengan lepasnya 2 atom H,
fosfogliseraldehid berubah menjadi 2x 1,3-asam difosfogliseral kemudian
berubah menjadi 2u 3-asam fosfogliseral yang menghasilkan (+2) energi ATP.
Selanjutnya 2 u 3-asam fosfogliseral tersebut berubah menjadi 2 u asam
piruvat dengan menghasilkan (+2) energi ATP serta H2
O (sebagai hasil sisa).
Jadi, energi hasil akhir bersih untuk mengubah glukosa menjadi 2 x asam
piruvat, adalah:
Energi yang dibutuhkan Tahap I : (-2) ATP
Energi yang dihasilkan Tahap II : (+4) ATP
Energi hasil akhir bersih : 2 ATP
2. Dekarboksilasi Oksidatif
Pada perjalanan reaksi berikutnya, asam piruvat tergantung pada
ketersediaan oksigen dalam sel. Jika oksigen cukup tersedia. Penjelasan:
Asam piruvat
dalam mitokondria akan mengalami dekarboksilasi oksidatif yaitu mengalami
pelepasan CO2
dan reaksi oksidasi dengan pelepasan 2 atom H (reaksi
dehidrogenasi). Selama proses tersebut berlangsung, maka asam piruvat akan
bergabung dengan koenzim A (KoA–SH) yang membentuk asetil koenzim
A (asetyl KoA). Dalam suasana aerob yang berlangsung di membran krista
mitakondria terbentuk juga hasil yang lain, yaitu NADH2
dari NAD yang
menangkap lepasnya 2 atom H yang berasal dari reaksi dehidrogenasi.
Kemudian kumpulan NADH2
diikat oleh rantai respirasi di dalam mitokondria. Setelah asam piruvat bergabung dengan koenzim dan membentuk asetil
Co-A kemudian masuk dalam tahap siklus Krebs.
3. Siklus Crebs
Mengapa pada tahapan kedua ini
dinamakan siklus Krebs? Siklus Krebs berasal dari nama penemuannya yaitu
Sir Hans Krebs, seorang ahli biokimia Jerman yang mengemukakan bahwa glukosa secara perlahan dipecah di dalam mitokondria
sel dengan suatu siklus dinamakan siklus Krebs.
Penjelasan
Penjelasan
Asetil koenzim A masuk siklus Krebs melalui reaksi hidrolisis dengan
melepas koenzim A dan gugus asetil (mengadung 2 atom C), kemudian
bergabung dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6
atom C). Energi yang digunakan untuk pembentukan asam sitrat berasal
dari ikatan asetil koenzim A. Selanjutnya, asam sitrat (C6) secara bertahap
menjadi asam oksaloasetat (C4) lagi yang kemudian akan bergabung dengan
asetil Ko–A. Peristiwa pelepasan atom C diikuti dengan pelepasan energi
tinggi berupa ATP yang dapat langsung digunakan oleh sel. Selama
berlangsungnya reaksi oksigen yang diambil dari air untuk digunakan
mengoksidasi dua atom C menjadi CO2
, proses tersebut disebut dekarboksilasi
oksidatif. Dalam setiap oksidasi 1 molekul asetil koenzim A akan dibebaskan
1 molekul ATP, 8 atom H, dan 2 molekul CO2
. Atom H yang dilepaskan itu
kemudian ditangkap
oleh Nikotinamid Adenin
Dinukleotida (NAD) dan
Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) untuk dibawa
menuju sistem transpor
yang direaksikan dengan
oksigen menghasilkan
air.
asetil Ko–
A melepas 2 atom C-nya
yang ditangkap oleh oksaloasetat menjadi asam
sitrat. Karena adanya
penambahan dan pelepasan H2
O, selanjutnya
asam sitrat diubah menjadi asam isositrat. Asam
isositrat kemudian melepaskan gugus karboksil
Sumber: Ilustrasi Haryana
Gambar 2.8 Siklus Krebs
48 Biologi SMA/MA Kelas XII
(CO2
) terbentuk asam D -Ketoglutamat yang disertai dengan pelepasan
hidrogen dan elektron yang ditangkap NAD membentuk NADH. Selanjutnya asam D -Ketoglutamat juga melepaskan gugus karboksit (CO2
) disertai
dengan pelepasan hidrogen dan elektron yang ditangkap NAD membentuk
NADH. Asam D -Ketoglutamat lalu berikatan dengan molekul Ko-A membentuk suksinat Ko–A. KoA kemudian dilepas dan digantikan oleh fosfat
(P) berasal dari GTP, terikat pada ADP membentuk ATP, menyebabkan
suksinil Ko-A berubah menjadi asam suksinat. Asam suksinat melepaskan
2 hidrogen (2H) dan elektron yang ditangkap FAD membentuk FADH2,
asam suksinat berubah menjadi asam fumarat. Kemudian asam fumarat
dapat menggunakan air (H2
O) menjadi asam malat, selanjutnya asam malat
melepaskan hidrogen dan elektron ditangkap oleh NAD+ membentuk
NADH. Dan akhirnya asam malat berubah menjadi asam oksaloasetat. Asam
aksaloasetat yang mendapat transfer 2 atom karbon (2C) dari asetil Ko-A
akan menjadi siklus Krebs kembali.
Pada akhir siklus Krebs ini akan terbentuk kembali asam oksaloasetat
yang berikatan dengan molekul asetil koenzim A yang lain dan berlangsung
kembali siklus Krebs, karena selama reaksi oksidasi pada molekul glukosa
hanya dihasilkan 2 molekul asetil koenzim A, maka siklus Krebs harus berlangsung sebanyak dua kali. Jadi hasil bersih dari oksidasi 1 molekul glukosa
akan dihasilkan 2 ATP dan 4 CO2
serta 8 pasang atom H yang akan masuk
ke rantai transpor elektron.
4. Transfor Eletron
Tahapan terakhir dari respirasi adalah transfor eletron.
Penjelasan
Sebelum masuk rantai tanspor elektron yang berada dalam mitokondria,
8 pasang atom H yang dibebaskan selama berlangsungnya siklus Krebs akan
ditangkap oleh NAD dan FAD menjadi NADH dan FADH. Pada saat masuk
ke rantai transpor elektron, molekul tersebut mengalami rangkaian reaksi
oksidasi-reduksi (Redoks) yang terjadi secara berantai dengan melibatkan
beberapa zat perantara untuk menghasilkan ATP dan H2
O. Beberapa zat
perantara dalam reaksi redoks, antara lain flavoprotein, koenzim A dan Q
serta sitokrom yaitu sitokrom a, a3
, b, c, dan c1
. Semua zat perantara itu
berfungsi sebagai pembawa hidrogen/pembawa elektron (electron carriers).
Apakah yang dihasilkan dari reaksi rantai transpor elektron? Jika Anda
lihat dengan baik pada gambar reaksi rantai transpor elektron, bahwa untuk
1 molekul NADH2
yang masuk ke rantai transpor elektron dapat dihasilkan
3 molekul ATP sedangkan dari 1 molekul FADH2
dapat dihasilkan 2 molekul
ATP.
RESPIRASI ANAEROB
RESPIRASI ANAEROB
Respirasi anaerob merupakan reaksi pemecahan karbohidrat untuk
mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Perlu Anda ketahui sel
jamur dan bakteri dapat melakukan respirasi anorganik. Demikian juga apabila
kita melakukan konstraksi otot terlalu kuat misalnya berlari-lari, maka sel-sel
jaringan otot kita juga melakukan respirasi anaerob. Pada keadaan oksigen
yang tidak mencukupi untuk respirasi maka terjadi penimbunan asam laktat
di dalam sel dan akan menimbulkan kelelahan. Proses penguraian pada
respirasi anaerob disebut fermentasi.
1. Fermentasi Asam Laktat
Jika dilihat dari namanya maka hasil akhir dari fermentasi adalah asam
laktat atau asam susu. Kelelahan yang terjadi pada manusia karena bergerak
melebihi kemampuan, sehingga terbentuk asam laktat sebagai akhir dari
fermentasi pada tubuh.
2. Fermentasi Alkohol
Proses fermentasi ini dimulai dengan glikosis yang menghasilkan asam
piruvat. Reaksi ini tidak ada oksigen, sehingga asam piruvat diubah menjadi
asam laktat, yang mengakibatkan elektron tidak meneruskan perjalanannya
sehingga tidak lagi menerima eletron dari NADH dan FAD. Berarti NADH
yang diperlukan dalam siklus Krebs juga tidak terbentuk, akibatnya siklus
krebs terhenti. Tetapi NADH di luar mitokondria dapat dibentuk dari
NADH melalui proses pembentukan asam laktat dari asam piruvat. Perlu
Anda ketahui asam laktat adalah zat kimia yang merugikan karena bersifat
racun.
Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena
asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2
, selanjutnya asam asetat
diubah menjadi alkohol.
Pada fermentasi alkohol, 1 molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa
mampu menghasilkan 38 molekul ATP.
Pada peristiwa ini terjadi pengubahan NADH menjadi NAD + sehingga
proses glikolisis dapat terjadi, dengan demikian asam piruvat yang tersedia
untuk diubah menjadi energi.
3. Fermentasi Asam Cuka
Fermentasi asam cuka merupakan fermentasi yang berlangsung dalam
keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter
aceti) dengan substrat etanol.
Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan
oleh fermentasi alkohol secara anaerob.
Posting Komentar untuk "KATABOLISME "
Sudah baca ? Tinggalkan komentar...