1.1.Pengertian Metabolisme
Metabolisme
adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk
hidup, mulai makhluk hidup bersel satu hingga yang memiliki susunan
tubuh kompleks seperti manusia. Dalam hal ini, makhluk hidup mendapat,
mengubah dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya untuk mempertahankan
hidupnya.
Metabolisme
meliputi proses sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme)
senyawa atau komponen dalam sel hidup. Semua reaksi metabolisme
dikatalis oleh enzim. Hal lain yang penting dalam metabolisme adalah
peranannya dalam penawar racun atau detoksifikasi.
1.2.Pengertian Karbohidrat
Karbohidrat
yaitu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon (C), hidrogen (H),
dan oksigen (O). Terdiri atas unsur C, H, O dengan perbandingan 1 atom
C, 2 atom H, 1 atom O. karbohidrat banyak terdapat pada tumbuhan dan
binatang yang berperan struktural & metabolik. Sedangkan pada
tumbuhan, untuk sintesis CO2 dan H2O akan
menghasilkan amilum / selulosa melalui proses fotosintesis, sedangkan
binatang tidak dapat menghasilkan karbohidrat sehingga tergantung
tumbuhan. Karbohidrat merupakan sumber energi dan cadangan energi yang
diproses melalui proses metabolisme.
Banyak
sekali makanan yang kita makan sehari-hari adalah sumber karbohidrat
seperti nasi, singkong, umbi-umbian, gandum, sagu, jagung, kentang, dan
beberapa buah-buahan lainnya.
Rumus umum karbohidrat yaitu (CH2O)n, sedangkan yang paling banyak kita kenal yaitu glukosa dengan rumus C6H12O6, sukrosa dengan rumus C12H22O11, selulosa dengan rumus (C6H10O5)n.
Fungsi Karbohidrat
Ada
banyak fungsi dari karbohidrat dalam penerapannya di industri pangan,
farmasi maupun dalam kehidupan manusia sehari-hari. Di antara fungsi dan
kegunaan itu ialah sebagai berikut :
a. Sebagai sumber kalori atau energi
b. Sebagai bahan pemanis dan pengawet
c. Sebagai bahan pengisi dan pembentuk
d. Sebagai bahan penstabil
e. Sebagai sumber flavor (karamel)
f. Sebagai sumber serat
Klasifikasi Karbohidrat
Karbohidrat
dapat dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai
karbon, lokasi gugus karbonil (-C=O), serta stereokimia. Berdasarkan
jumlah unit gula dalam rantai, karbohidrat digolongkan menjadi 4
golongan utama yaitu:
1. Monosakarida
: terdiri atas 3-6 atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis
oleh larutan asam dalam air menjadi karbohidrat yang lebih sederhana.
Monosakarida yang paling sederhana ialah gliseraldehida dan
dihidroksiaseton. Sedangkan monosakarida yang penting bagi tubuh adalah
glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
2. Disakarida
: senyawanya terbentuk dari 2 molekul monosakarida yg sejenis ataupun
berbeda. Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air
sehingga terurai menjadi 2 molekul monosakarida. Contoh dari disakarida
adalah maltosa (glukosa+glukosa), laktosa (glukosa+galaktosa), dan
sukrosa (glukosa+fruktosa).
3. Oligosakarida : senyawa yang terdiri dari gabungan 3 – 10 monosakarida. Misalnya trisakarida dan tetrasakarida.
4. Polisakarida
: senyawa yang terdiri dari gabungan lebih dari 10 molekul- molekul
monosakarida, senyawa ini bisa dihidrolisis menjadi banyak molekul
monosakarida. Polisakarida merupakan jenis karbohidrat yang mempunyai
struktur rantai lurus maupun bercabang. Misanya amilum, glikogen,
dekstrin, dan selulosa.
1.3.Metabolisme Karbohidrat
Metabolisme
mengakar pada kata “metabole” dari bahasa Yunani yang berarti berubah.
Dalam dunia ilmu pengetahuan, secara sederhana metabolisme diartikan
sebagai proses kimiawi yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup
yang bertujuan untuk menghasilkan energi. Proses metabolisme karbohidrat
secara garis besar terdiri dari dua cakupan yakni reaksi pemecahan atau
katabolisme dan reaksi pembentukan atau anabolisme. Pada proses
pembentukan, salah satu unsur yang harus terpenuhi adalah energi. Energi
ini dihasilkan dari proses katabolisme.
Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:
1. Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)
Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk
struktur dan mesin tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah
sintesis protein.
2. Lintasan katabolik (pemecahan)
Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi
bebas, biasanya dalam bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen
pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.
3. Lintasan amfibolik (persimpangan)
Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada
persimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara
lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh dari lintasan ini
adalah siklus asam sitrat.
Metabolisme karbohidrat pada manusia terutama :
• Glikolisis, yaitu oksidasi glukosa atau glikogen menjadi piruvat dan asam laktat melalui Embden-Meyerhof Pathway (EMP).
• Glikogenesis, yaitu sintesis glikogen dari glukosa.
•
Glikogenolisis, yaitu pemecahan glikogen, pada hepar hasil akhir adalah
glukosa, sedangkan di otot diubah menjadi piruvat dan asam laktat.
•
Siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitrat
adalah suatu jalan bersama dari oksidasi karbohidrat, lemak dan protein
melalui asetil-Ko-A dan akan dioksidasikan secara sempurna menjadi CO2 & H2O.
•
Heksosa Monofosfat Shunt atau siklus pentosa fosfat adalah suatu jalan
lain dari oksidasi glukosa selain EMP dan siklus Krebs.
• Glukoneogenesis, yaitu pembentukan glukosa atau glikogen dari zat-zat bukan karbohidrat.
•
Oksidasi asam piruvat menjadi asetil Ko-A, yaitu lanjutan dari
glikolisis serta menjadi penghubung antara glikolisis dan siklus Krebs.
2. Macam-macam Proses Metabolisme Karbohidrat
1. Glikolisis
Tahap
ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan masuk
ke dalam sel melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa diberi
energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini mengakibatkan glukosa dalam
keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim
heksokinase. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah
molekul gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan bantuan satu ATP dan enzim
fosfoheksokinase. Proses selanjutnya merupakan proses eksergonik.
Hasilnya adalah 4 molekul ATP dan hasil akhir berupa 2 molekul asam
piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yang terjadi sebagai
berikut
§ Glikolisis
merupakan proses pengubahan molekul sumber energi, yaitu glukosa yang
mempunyai 6 atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam
piruvat yang mempunyai 3 atom C.
§ Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma).
§ Reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tertentu,
§ Dari
sembilan tahapan reaksi tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua fase,
yaitu fase investasi energi, yaitu dari tahap 1 sampai tahap 4, dan fase
pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5 sampai tahap 9.
§ Pertama-tama,
glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat dari satu molekul ATP, yang
kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat.
§ Setelah
itu, glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu
fruktosa 6-fosfat. Satu molekul ATP yang lain memberikan satu gugus
fosfatnya kepada fruktosa 6-fosfat, yang membuat ATP tersebut menjadi
ADP dan fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat. Kemudian,
fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling isomer
satu sama lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL
(fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat).
§ Tahapan-tahapan reaksi diatas itulah yang disebut dengan fase investasi energi.
§ Selanjutnya,
dihidroksi aseton fosfat dan PGAL masing-masing mengalami oksidasi dan
mereduksi NAD+, sehingga terbentuk NADH, dan mengalami penambahan
molekul fosfat anorganik (Pi) sehingga terbentuk 1,3-difosfogliserat.
§ Kemudian
masing-masing 1,3-difosfogliserat melepaskan satu gugus fosfatnya dan
berubah menjadi 3-fosfogliserat, dimana gugus fosfat yang dilepas oleh
masing-masing 1,3-difosfogliserat dipindahkan ke dua molekul ADP dan
membentuk dua molekul ATP.
§ Setelah
itu, 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat.
Setelah menjadi 2-fosfogliserat, sebuah molekul air dari masing-masing
2-fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan fosfoenolpiruvat.
§ Terakhir,
masing-masing fosfoenolpiruvat melepaskan gugus fosfat terakhirnya,
yang kemudian diterima oleh dua molekul ADP untuk membentuk ATP, dan
berubah menjadi asam piruvat.
§ Setiap
pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan
produk kotor berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul
ATP, dan 2 molekul air.
§ Akan
tetapi, pada awal reaksi ini telah digunakan 2 molekul ATP, sehingga
hasil bersih reaksi ini adalah 2 molekul asam piruvat (C3H4O3), 2
molekul NADH, 2 molekul ATP, dan 2 molekul air.
Walaupun
empat molekul ATP dibentuk pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi
keseluruhan adalah dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yang harus
diberikan pada fase awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan
oksigen.
2. Dekarboksilasi Oksidatif
Setiap
asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA
(koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga
gugus karboksil akan hilang sebagai CO2 dan akan berdifusi keluar sel.
Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan mengalami oksidasi sehingga
gugus hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron NAD+.
Gugus
yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi
asetil-KoA. Hasil akhir dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan
menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2 molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA
memerlukan kehadiran vitamin B1. Berdasarkan hal tersebut, dapat
diketahui betapa pentingnya vitamin B dalam tubuh hewan maupun tumbuhan.
3. Siklus Krebs
Proses
selanjutnya adalah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga
dihasilkan banyak akseptor elektron. Selain disebut sebagai daur asam
sitrat, proses ini disebut juga daur Krebs. Hans A. Krebs adalah orang
yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini pada tahun
1930. Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang
khusus. Berikut adalah tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat.
· Asetil-KoA
akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk
asam sitrat. Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan
molekul air.
· Perubahan formasi asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.
· Asam
isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan bantuan enzim asam
isositrat dehidrogenase, membentuk asam α-ketoglutarat. NAD+ akan
mendapatkan donor elektron dari hidrogen untuk membentuk NADH.
Asam α-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil KoA.
· Asam
suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan
donor fosfat menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam
suksinat.
· Asam
suksinat dengan bantuan suksinat dehidrogenase akan berubah menjadi
asam fumarat disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini,
elektron akan ditangkap oleh akseptor FAD menjadi FADH2.
· Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan bantuan enzim fumarase.
· Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan bantuan enzim asam malat dehidrogenase. NAD+ akan menerima sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk NADH.
· Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi dengan sumbangan dua gugus karbon dari asetil KoA.
4. Transfer Elektron
Selama
tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang
bermuatan akibat penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian
akan masuk ke transfer elektron untuk membentuk suatu molekul berenergi
tinggi, yakni ATP. Reaksi ini berlangsung di dalam membran mitokondria.
Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh
enzim pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yang
melibatkan NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine
Dinucleotide), dan molekul-molekul lainnya. Dalam pembentukan ATP ini,
ada akseptor elektron yang akan memfasilitasi pertukaran elektron dari
satu sistem ke sistem lainnya.
· Enzim
dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah oleh enzim
(substrat). Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut : 2H → 2H+ + 2e (Elektron).
· NADH
dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen kepada
flavoprotein (FP), flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang bertindak
sebagai pembawa ion hidrogen. Dari flavoprotein atau FAD, setiap proton
atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma untuk membentuk
molekul H2O.
· Elektron
akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung besi dan
sulfur (FeSa dan FeSb) → sitokrom b → koenzim quinon → sitokrom b2
sitokrom o → sitokrom c → sitokrom a → sitokrom a3, dan terakhir
diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk H2O. Perhatikan gambar.
Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H2O) dihasilkan melalui NADH dan 1 molekul H2O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H2O yang melalui NADH setara dengan 3 ATP dan 1 molekul air yang melalui FAD setara dengan 2 ATP.
Walaupun
ATP total yang tertera pada Tabel 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.
|
No
|
Proses
|
Akseptor
|
ATP
|
|
|
1.
|
Glikolisis → 2 asam piruvat
|
2 NADH
|
2 ATP
|
|
|
2.
|
Siklus Krebs
|
|
|
|
|
|
2 asam piruvat → 2 asetil KoA + 2CO2
|
2 NADH
|
2ATP
|
|
|
|
2 asetil KoA → 4CO2
|
6 NADH
|
|
|
|
3.
|
Rantai transfer elektron
10NADH + 502 → 10NAD+ + 10H2O
2 FADH2 + O2 → 2 FAD + 2H2O
|
|
30 ATP
4 ATP
|
34 ATP
|
5. Glikogenesis
Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen untuk disimpan di dalam hati.
Lintasan
diaktivasi di dalam hati, oleh hormon insulin sebagai respon terhadap
rasio gula darah yang meningkat, misalnya karena kandungan karbohidrat
setelah makan; atau teraktivasi pada akhir siklus Cori. Penyimpangan
atau kelainan metabolisme pada lintasan ini disebut glikogenosis.
Proses glikogenesis adalah sebagai berikut :
· Glukosa
mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim
terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir
oleh heksokinase sedangkan di hati oleh glukokinase.
· Glukosa
6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan
katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami
fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi
reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.
Enz-P + Glukosa 1-fosfat↔Enz + Glukosa 1,6-bifosfat↔Enz-P + Glukosa 6- fosfat
· Selanjutnya
glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk
uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim
UDPGlc pirofosforilase.
UDPGlc + PPi↔UTP + Glukosa 1-fosfat
· Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kearah kanan persamaan reaksi.
· Atom
C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik
dengan atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga
membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen
sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen
primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya
dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.
artikel ini disalin lengkap dari: http://ellylovegod.heck.in/metabolisme-dalam-sel.xhtml
halaman utama website: http://ellylovegod.heck.in/
jika mencari artikel yang lebih menarik lagi, kunjungi halaman utama website tersebut. Terimakasih!
No comments:
Post a Comment