Metabolisme adalah reaksi biokima yang terdapat pada mahluk hidup. Reaksi yang terjadi pada metabolisme terdapat dua macam yakni katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah reaksi penguraian sedangkan anabolisme reaksi penyusunan. Dalam artikel ini akan dibahas reaksi katabolsime pada karbohidrat. Katabolisme karbohidrat adalah reaksi penguraian atau pemecahan molekul glukosa (C6H12O6) menjadi unit molekul yang lebih sederhana serta menghasilkan energi. Tahapan reaksi tersebut adalah sebagai berikut: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + ATP Katabolisme karbohidrat terdiri dari 4 tahap, yakni: (1) glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, (3) siklus kreb, dan (4) transpor elektron. (2) 1. Glikolisis Glikolisis adalah reaksi pemecahan molekul karbohidrat yang memiliki 6 karbon menjadi dua bagian. Tahapan reaksi kimia glikolisis ada 9 langkah. Cara mudah untuk memahami langkah tersebut yakni: (1) perhatikan jumlah molekul karbon, (2) jumlah molekul tambahan seperti fosfat, dan (3) posisi fosfat pada urutan molekul karbon, (4) pelepasan fosfat akan menghasilkan ATP. Selain itu perhatikan juga posisi zat yang dibutuhkan maupun dihasilkan dalam tiap tahapannya. Silahkan perhatikan siklus glikolisis dan penjelasannya berikut: Proses glikolisis secara singkat dapat dipahami dengan mudah dengan menggunakan gambar di atas. Dari gambar tersebut, kunci untuk menghafalkannya yakni 10 senyawa yang berperan dalam reaksi tersebut akan dikelompokkan menjadi 3 bagian: Tahapan memerlukan energi (langkah 1-3). Urutannya yakni glukosa glukosa-6 fosfat fruktosa-6 fosfat fruktosa 1,6 fosfat. Pada tahapan ini terdapat dua kali penambahan fosfat (P) yang berasar dari ATP. Perhatikan letak fosfat di gugus karbon untuk mempermudah menghafalkannya. Tahapan pemecahan atom karbon / lisis (Langkah 4). Urutannya adalah fruktosa 1,6 fosfat fosfogliseraldehid (PGA). Pada langkah ini atom karbon yang semula berjumlah 6 dipecah menjadi dua sehingga masing-masing menjadi senyawa dengan 3 karbon. Tahapan pelepasan energi (Langkah 5-9). Pada tahapan ini terjadi pelepasan energi berupa ATP. Kunci penting disini dimulai dari Fosfogliseraldehid terjadi penambahan fosfat anorganik dan menghasilkan NADH. Fosfogliresaldehid diubah menjadi 1,3 fosfogliserat yang memiliki dua fosfat. Ketika kedua fosfat tersebut dilepaskan, maka akan membentuk energi ATP. Baca juga : Biokimia Dasar: Asam-Basa, pH, dan Buffer Perhatikan pola dasar senyawa tersebut untuk mempermudah menghafal urutan reaksi glikolisis: 2 Glukosa (merah); 2 Fruktosa (kuning); 4 gliserat (hijau); dan 2 piruvat (ungu). Sementara untuk fosfat diberi garis bawah. 1. Glukosa (G) 2. Glukosa-6 Fosfat (G6F) 3. Fruktosa-6 Fosfat (F6P) 4. Fruktosa-1,6 Bifosfat (F1,6BP) 5. Fosfogliseraldehid (PGA) 6. 1,3 Bifosfogliserat (1,3BPG) 7. 3 Fosfogliserat (3PG) 8. 2 Fosfogliserat (2PG) 9. Fosfoenol Piruvat (PEP) 10. Asam Piruvat (AP) Shorcut Resume Glikolisis: ____ Note: Tempat terjadinya glikolisis yakni di sitoplasma. Hasil glikolisis berupa 2 ATP (aslinya 4 namun dikurangi 2 untuk tahapan memerlukan energi) dan 2 senyawa NADH. 2. Dekarboksilasi Oksidatif Dekarboksilasi Oksidatif adalah reaksi perantara antara glikolisis dengan siklus krebs. Proses dekarboksilasi oksidatif terbaru yakni dimulai dari sitoplasma menuju mitokondria. Langkah reaksi dekarboksilasi cukup mudah karena hanya mengubah asam piruvat yang memiliki 3 atom karbon menjadi asam sitrat yang memiliki 2 atom karbon. Tempat terjadinya dekarboksilasi oksidatif di matriks mitokondra Hasil dekarboksilasi oksidatif yakni 2 NADH dan 2 CO2. Berikut adalah skema dekarboksilasi oksidatif respirasi aerob: ____ Note: Tempat terjadinya dekarboksilasi oksidatif yakni di matriks mitokondria. Hasil dekarboksilasi oksidatif berupa 2 senyawa NADH, 2 CO2 dan asetil ko-A 3. Siklus Krebs Siklus krebs adalah tahapan ketiga yang paling banyak menghasilkan CO2. Diberi nama sesuai dengan penemunya yakni Hans Krebs. Siklus krebs juga disebut siklus asam sitrat. Ciri siklus krebs yakni berlangsung secara aerob. Fungsi siklus krebs adalah menghasilkan elektron dalam jumlah besar. Dalam suatu siklus, produksi hasil dari siklus krebs adalah 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2, dan 1 ATP. Berikut adalah persamaan reaksi siklus krebs: Untuk mempermudah menghafalkan siklus krebs, maka gunakan “jembatan keledai” untuk memahaminya: Si – Iso -Ke – Su – Nat – Fu – Ma – Ok Keterangan: Si (Sitrat) – Iso (Isositrat) – Ke (Ketoglutarat) Nat (Suksinat) – Fu (Fumarat) – Ma (Malat) Shortcut Resume Siklus Krebs – Su (Suksinil) – – Ok (Oksaloasetat) ____ Note: Tempat terjadinya siklus krebs yakni di matriks mitokondria. Hasil dari siklus krebs yakni dihitung dua siklus karena ada dua asetil ko-A dari reaksi sebelumnya, sehingga hasil dua siklus krebs yakni 6 NADH, 2 FADH, 2 ATP, dan 4 CO2. 4. Transpor Elektron Transpor elektron adalah proses panen energi ATP yang berasal dari NADH dan FADH2 yang berasal dari reaksi sebelumnya. Tahapan ini merupakan tingkat respirasi yang paling banyak menghasilkan ATP. Senyawa NADH dan FADH2 mengandung elektron H+ yang akan ditransfer atau ditranspor keluar dari membran dalam mitokondria. Selama proses transpor tersebut, elektron akan melewati serangkaian reaksi untuk membentuk ATP melalui mekanisme fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif adalah proses menghasilkan ATP secara aerob di dalam krista mitokondria dengan menggunakan sistem transpor elektron. Pada tahapan akhir dari perjalanan elektron (H+), maka elektron akan bereaksi dengan O2 membentuk air. Konsep Penting: 1 NADH = 3 ATP; 1 FADH2 = 2 ATP Note: Tempat terjadinya transfer elektron yakni di krista mitokondria. Jumlah total NADH dari reaksi pertama hingga ketiga ada 10 buah sedangkan FADH2 ada dua buah. Hasil dari transfer elektron yakni 34 ATP dan 6 H2O Resume katabolisme ini akan menjelaskan mengenai tahapan secara umum dengan menggunakan gambar alur untuk mempermudah pemahaman anda. Gambar alur menjelaskan jumlah energi ATP yang dihasilkan oleh semua proses reaksi. Selama proses respirasi, alur utama untuk menghasilkan energi yakni glukosa NADH/FADH2 transpor elektron ATP. Dalam respirasi aerob ATP dihasilkan pada proses transpor elektron. Selama proses transpor elektron, 1 molekul NADH menghasilkan 3 ATP sedangkan 1 molekul FADH2 menghasilkan 2 ATP. Gambar alur di bawah menggambarkan rincian perhitungan per molekul glukosa saat proses katabolisme. Hasil netto yakni 36 hingga 38 ATP. Angka 38 adalah hasil maksimum, sedangkan hasil 36 ATP dikarenakan 2 NADH hasil dari glikolisis di sitoplasma ketika masuk ke mitokondria dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor. Ketika 2 molekul NADH dari sitoplasma tidak menuju ke mitokondria, maka tidak dihitung menjadi ATP. Singkatan: ATP = Adenosin Triphosphat NADH = Nicotinamide Adenin Dinucleotide FADH2 = Flavin Adenin Referensi: Campbell et al. 2017. Biology 11th edition. J. Djoko Budiono. 2007. Biologi Sel. Dinucleotide H2 Yoni Suryani. 2004. Biologi Sel dan Molekuler.
