Katabolisme

Katabolisme
Karbohidrat
1. Tahap-Tahap Proses Katabolisme
Katabolisme  Respirasi sel berlangsung di dalam mitokondria melalui
Proses :
• Glikolisis, mengubah senyawa C6 menjadi .C3
• Dekarboksilasi oksidatif, mengubah C3 menjadi C2
• Siklus Krebs, mengubah C2 menjadi C
• Transfer elektron
Pada tiap tingkat dilepaskan energi berupa ATP dan hidrogen. Hidrogen yang berenergi
bergabung dengan akseptor hidrogen untuk dibawa ke rantai transport elektron
agar energinya dilepaskan dan hidrogen dipertemukan dengan 02 menjadi H2O.
Respirasi sel, bahan bakarnya adalah gula heksosa. Pembakaran tersebut memerlukan
oksigen bebas :
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + 675 Kal
a. Glikolisis
• Merupakan rangkaian reaksi pengubahan molekul glukosa menjadi
2 molekul asam piruvat dengan menghasilkan NADH dan ATP.
• Pada proses glikolisis, setiap 1 molekul glukosa diubah menjadi 2
molekul asam piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP
• juga dihasilkan 2 molekul NADH2 dan 2 ATP jika tumbuhan dalam
keadaan normal (melalui jalur ATP fosfofruktokinase) atau 3 ATP jika
tumbuhan dalam keadaan stress atau sedang aktif tumbuh (melalui
jalur pirofosfat fosfofruktokinase).
• Molekul glukosa yang mengandung 6 atom C dipecah menjadi 2
molekul asam piruvat yang mengandung 3 atom C.
Sifat-sifat glikolisis ialah:
• dapat berlangsung secara aerob maupun
anaerob,
• Pada peristiwa glikolisis aerob dihasilkan piruvat,
sedangkan pada glikolisis anaerob dihasilkan
laktat melalui piruvat.
• melibatkan enzim ATP dan ADP, peranan ATP dan
ADP adalah memindahkan (mentransfer) fosfat
dari molekul yang satu ke molekul yang lain
• terjadi dalam sitoplasma,
• Proses glikolisis dapat dibagi menjadi dua
tahapan besar yaitu :
1) perubahan glukosa menjadi menjadi fruktosa
1,6-difosfat (gula yang mengandung 6C dan 2
fosfat).
2) pemecahan fruktosa 1,6-difosfat menjadi
gula dengan 3 atom C yaitu asam piruvat
• Dari kedua tahap reaksi tersebut 2 molekul
ATP digunakan untuk reaksi fosforilasi pada
tahap pertama (selama perubahan dari
glukosa menjadi fruktosa 1,6-difosfat), dan 4
ATP dihasilkan dari reaksi kedua. Jadi hasil
bersih ATP dari glikolisis adalah 2 ATP.
• Secara sederhana reaksi glikolisis dapat
dituliskan:
6C6H12O6 + 2 ADP + P + 2 NAD  2C3H4O3
Glukosa
(as. Piruvat)
+ 2 NADH2 + 2 ATP
Glukosa + 2 NAD+ + 2 ATP + 2 ADP + 2 P → 2 asam piruvat + 2 NADH + 4 ATP ….?
• Hasil akhir dari asam piruvat tergantung pada
tersedia tidaknya O2 dalam sel. Bila tersedia O2
/ asam piruvat akan masuk ke dalam
mitokondria dan akan dioksidasi menjadi CO2
dan air (respirasi aerob). Bila sebaliknya ,
maka asam piruvat akan diubah menjadi
etanol atau asam laktat (respirasi anaerob).
• Hasil akhir glikolisis sebagai berikut.
Glukoneogenesis
• adalah pembentukan glukosa dari piruvat (kebalikan
glikolisis).
• Sifat-sifat peristiwa glukoneogenesis antara lain:
a. merupakan reaksi yang kompleks;
b. melibatkan beberapa enzim dan organel sel, yaitu
mitokondrion;
c. terlebih dahulu mengubah piruvat menjadi malat;
d. metabolisme piruvat diangkut ke dalam mitokondrion
dengan cara pengangkutan aktif melalui membran.
Dalam peristiwa glukoneogenesis diperlukan energi
sebanding dengan 12 molekul ATP.
b. Dekarboksilasi oksidatif
(reaksi
transisi atau reaksi antara)
pelepasan CO, dan reaksi oksidasi dengan
melepaskan hidrogen (dehidrogenasi)
berlangsung di dalam matrik mitokondria
• Setiap asam piruvat hasil
glikolisis akan bereaksi
dengan Nikotinamide
Adenin Dinukleotida (NAD+ )
dan koenzim A (Ko-A)
membentuk Asetil Ko-A
dalam reaksi yang
berlangsung dalam
mitokondria ini akan terjadi
pengurangan satu atom C
dalam bentuk CO2.
• Piruvat hanya akan
berlanjut ke daur Kerbs jika
di dalam sel cukup oksigen.
• reaksi dekarboksilasi oksidatif dapat ditulis
sebagai berikut:
CH3COCOOH + CoAS-H + NAD  CH3CO-S-CoA + CO2 + NADH2
Asam piruvat koenzim A
asetil koenzim A
c. Daur asam sitrat (siklus Krebs)
• Dikenal dengan nama siklus TCA (trikarboksilat)
karena asam sitrat merupakan salah satu
senyawa intermediet (senyawa antara) yang
terdiri dari 3 gugus asam karboksilat.
• Terjadi di dalam matriks mitokondria.
• Menghasilkan senyawa antara yang berfungsi
sebagai penyedia kerangka karbon untuk sintesis
senyawa lain, juga menghasilkan 3 NADH2, 1
FADH2, dan 1 ATP untuk setiap satu asam piruvat.
• Senyawa NADH dan FADH2 selanjutnya akan
dioksidasi dalam sistem transpor elektron
untuk menghasilkan ATP. Oksidasi 1 NADH
menghasilkan 3 ATP, sedangkan oksidasi 1
FADH2 menghasilkan 2 ATP. Berbeda dengan
glikolisis, pembentukan ATP pada daur Krebs
terjadi melalui reaksi fosforilasi oksidatif.
Berikut ini tahapan-tahapan dari 1 kali siklus Krebs:
1) Asetil Ko-A (2 atom C) menambahkan atom C
pada oksaloasetat (4 atom C) sehingga
dihasilkan asam sitrat (6 atom C).
2) Sitrat menjadi isositrat (6 atom C) dengan
melepas H2O dan menerima H2O kembali.
3) Isositrat melepaskan CO2 sehingga terbentuk
- ketoglutarat (5atom C).
4) ketoglutarat melepaskan CO2. NAD+ sebagai akseptor
atau penerima elektron) untuk membentuk NADH
dan menghasilkan suksinil Ko-A (4 atom C).
5) Terjadi fosforilasi tingkat substrat pada pembentukan
GTP (guanosin trifosfat) dan terbentuk suksinat (4
atom C).
6) Pembentukan fumarat (4 atom C) melalui pelepasan
FADH2.
7) Fumarat terhidrolisis (mengikat 1 molekul H2O)
sehingga membentuk malat (4 atom C).
8) Pembentukan oksaloasetat (4 atom C) melalui
pelepasan NADH.
• hasil bersih dari oksidasi satu glukosa adalah 2
ATP, 4 CO2, dan 8 pasang atom H yang akan
masuk ke rantai transport elektron.
Hasil akhir daur Krebs :
d. Rantai transpor elektron
suatu rantai pembawa elektron yang terdiri atas NAD,
FAD, koenzim Q, dan sitokrom.
terjadi dalam membran mitokondria.
berfungsi untuk mengoksidasi senyawa NADH atau
NADPH2 dan FADH2 untuk menghasilkan ATP.
• Transportasi elektron menghasilkan 90% ATP dari
keseluruhan ATP hasil respirasi aerobik sel.
Pembentukan ATP pada tahap ini terjadi melalui
transfer elektron dengan penerima elektron terakhir
yaitu oksigen, sehingga disebut fosforilasi oksidatif.
Rantai transport elektron
• Pasangan pasangan atom H yang dibebaskan
selama siklus Krebs, ditangkap oleh koenzim NAD
atau FAD dan selanjutnya menjadi NADH2 atau
FADH2 yang selanjutnya akan masuk ke rantai
transport elektron.
• Molekul-molekul tersebut kemudian mengalami
rangkaian reaksi redoks yang terjadi secara
berantai dengan melibatkan beberapa zat
perantara untuk menghasilkan ATP dan air
Rantai transport elektron
• Zat-zat perantara yang terlibat meliputi
flavoprotein, koenzim Q & a serta sejumlah
sitokrom (sitokrom b, sitokrom c/ sitokrom a
dan a3).
• Dalam rangkaian reaksi tersebut/ semua zat
antara berfungsi sebagai pembawa
hidrogen/pembawa elektron dan disebut
elektron carriers.
• Dari bagan reaksi pada Gambar 2.8 dapat disimpulkan
bahwa dari 1 molekul NADH2 yang masuk pada
transfer elektron dihasilkan 3 molekul ATP dan dari 1
molekul FADH2 dihasilkan 2 molekul ATP.
• Selama oksidasi 1 molekul glukosa terjadi 10 NADH2
(2 dari glikolisis, 2 dari dekarboksilasi oksidatif dan 6
dari siklus Krebs) dan 2 FADH2 (dari siklus Krebs).
• Jadi, secara keseluruhan ATP yang dihasilkan dari RTE
adalah 10 x 3 = 30 dan 2 x 2 = 4 sehingga jumlahnya
adalah 34 ATP.
• Hasil bersih ATP selama respirasi aerob adalah 34 + 2
ATP (glikolisis) + 2 ATP (siklus Krebs) = 38 ATP
FMN
Fe.s
Q
Cyt.b
Cyt.c
Cyt.a
Cyt a
3
= Flavin mononukleotida
= Protein yang mengandung Fe dan s pada gugus prostetiknya
= Ubikuinon (koenzim-Q)
= Sitokrom b
= Sitokrom c
= Sitokrom a
= Sitokrom a
3
• Energi (ATP) dalam sistem transpor elektron
terbentuk melalui reaksi fosforilasi oksidatif.
Energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol
NADH atau NADPH2 dapat digunakan untuk
membentuk 3 mol ATP. Reaksinya sebagai
berikut.
• NADH + H+ + 1/2 O2 + 3ADP + 3H3PO4 →
NAD+ + 3ATP + 4H2O
• Sementara itu, energi yang dihasilkan oleh
oksidasi 1 mol FADH2 dapat menghasilkan 2
mol ATP.
• Berapakah jumlah total ATP yang dihasilkan
selama proses respirasi aerob pada organisme
eukariotik?
• Berdasarkan Gambar 2.13 tersebut tampak bahwa
pada organisme eukariotik setiap molekul glukosa akan
menghasilkan 36 ATP dalam respirasi. Hasil ini berbeda
dengan respirasi pada organisme prokariotik.
• Sementara itu, pada organisme prokariotik, karena
tidak memiliki sistem membran dalam maka tidak
diperlukan ATP lagi untuk memasukkan NADH ke dalam
mitokondria sehingga 2 NADH menghasilkan 6 ATP.
Akibatnya total hasil bersih ATP yang dihasilkan
respirasi aerob pada organisme prokariotik, yaitu 38
ATP.
Walaupun ATP total yang tertera pada Tabel 2.1 adalah 38 ATP,
jumlah total yang dihasilkan pada proses respirasi adalah 36 ATP. Hal
tersebut disebabkan 2 ATP digunakan oleh elektron untuk masuk ke
mitokondria.
• Oksidasi NADH atau NADPH2 dan FADH2
terjadi dalam membran mitokondria, namun
ada NADH yang dibentuk di sitoplasma (dalam
proses glikolisis).
2. Respirasi Aerob dan Respirasi
Anaerob
Respirasi aerob:
C6H12O6 + 6 CO2 --> 6 CO2 + 6 H2O + 675 kal + 38 ATP
Respirasi anaerob:
C6H12O6 --> 2 C2 H5OH + 2 CO2 + 28 kkal + 2 ATP
• Respirasi anaerob disebut pula fermentasi atau
respirasi intramolekul
Pada respirasi aerob maupun anaerob, asam piruvat hasil
proses glikolisis merupakan substrat.
• Pada kondisi aerob, sistem enzim mitokondria mampu
mengatalisis oksidasi asam piruvat menjadi CO2 dan
H2O serta membebaskan energi.
• Pada kondisi anaerob, sel dan jaringan tumbuhan
dapat mengubah asam piruvat menjadi CO2 dan etil
alkohol serta membebaskan energi.
• Dapat juga asam piruvat di dalam sel otot menjadi CO2
dan asam laktat serta membebaskan energi -->
fermentasi.
Pada respirasi anaerob, jalur yang ditempuh
meliputi:
a. Lintasan glikolisis.
b. Pembentukan alkohol (fermentasi alkohol) atau
pembentukan asam laktat (fermentasi asam
laktat).
c. Akseptor elektron terakhir bukan oksigen, tetapi
molekul alkohol dan atau asam laktat.
d. Energi dihasilkan hanya 2 molekul ATP untuk
setiap molekul glukosa.
a. Fermentasi alcohol
• Proses fermentasi alkohol merupakan suatu
pemborosan, karena sebagian besar dari
energi yang terkandung di dalam molekul
glukosa masih terdapat di dalam molekul,
inilah yang menyebabkan etanol dapat dipakai
sebagai bahan bakar alternatif.
b. Fermentasi asam laktat
• Terjadi karena sel-sel otot yang bekerja terlalu
berat, energi yang tersedia tidak seimbang
dengan kecepatan pemanfaatan energi karena
kadar oksigen yang ada tidak cukup untuk
respirasi aerob atau respirasi sel, sehingga
proses perombakan molekul glukosa untuk
menghasilkan ATP (energi) tidak dapat
berlangsung secara aerob.
• Proses fermentasi asam laktat merupakan
suatu pemborosan karena sebagian besar
energi bebas masih berada dalam 2 molekul
asam laktat (± 639 kkal dari 686 kkal yang
terkandung di dalam 1 molekul glukosa).