Katabolisme

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