BIOLOGI DASAR

BAB 3. METABOLISME (KATABOLISME)

DODY PRIOSAMBODO

LABORATORIUM ILMU LINGKUNGAN DAN KELAUTAN JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR

METABOLISME

Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup.

Kata Metabolisme berasal dari bahasa Yunani: Metabole yang artinya berubah.

Di dalam proses ini makhluk hidup, mengambil, mengubah dan menggunakan senyawa kimia untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya.

Metabolisme Sel

Pada metabolisme seluler, bahan dan energi diperoleh dari lingkungan sekitar yang berbentuk cair. Lingkungan berbentuk cair diluar sel ini disebut cairan ekstra seluler (CES).

Cairan ekstra seluler (CES) terdiri dari ion dan gas :

- Bentuk gas yaitu: O2 dan CO2

- Bentuk ion anorganik yaitu: Na2+, Cl2-, dll.

- Bentuk senyawa organik, yaitu: (karbohidrat, lemak,

protein) dan vitamin.

- Hormon

Metabolisme Sel

Metabolisme Sel

Bahan yang terdapat dalam CES dapat digunakan sebagai bahan baku untuk mensintesis: glukosa, asam lemak, gliserol dan asam amino yang kemudian disusun menjadi makromolekul seperti polisakarida, lipid, protein dan asam lemak.

Metabolisme hanya dapat berlangsung jika dibantu oleh suatu biokatalisator yang disebut enzim.

Enzim adalah biokatalisator suatu makromolekul (protein dll) yang berperan mempercepat reaksi kimia tanpa bercampur dalam reaksi tersebut.

Bahan

Beras

Air

Kompleks = Beras + Air + Rice Cooker

Proses perubahan beras oleh

katalisator Rice Cooker

Kompleks = Nasi + Rice Cooker

Nasi

Uap Air Produk

Akhir

Enzim = Rice Cooker

Enzim

Hingga saat ini dikenal dua macam cara kerja enzim:

- Model Lock and Key (Kunci Gembok)

- Induced Fit (Induksi Pas)

Model Lock and Key

Model Induced Fit

Metabolisme

Berdasarkan prosesnya, metabolisme dibagi menjadi 2: - Katabolisme: Proses penguraian (pembongkaran) molekul besar menjadi molekul yang lebih kecil. Termasuk Reaksi Oksidasi. Melepaskan energi. Misalnya: Proses Respirasi. - Anabolisme: Proses penyusunan (sintesis) molekul kimia yang berukuran kecil menjadi molekul yang lebih besar. Termasuk Reaksi Reduksi. Membutuhkan energi. Misalnya: Fotosintesis, Biosintesis asam lemak dan sintesis protein dari asam amino.

Respirasi (Katabolisme)

Respirasi: Mobilisasi dan oksidasi senyawa organik secara bertahap dan terkendali untuk membebaskan energi.

Energi yang dihasilkan digunakan untuk menjalankan proses kehidupan.

Respirasi berlangsung di dalam mitokondria dan sitosol.

Senyawa biologis yang dioksidasi berupa karbohidrat, lemak dan protein.

Oksidasi Glukosa (Karbohidrat)

Reaksi keseluruhan proses oksidasi dari glukosa adalah sebagai berikut :

C6H12O6+6O2 6CO2 + 6H2O + Energi

Oksidasi Glukosa berlangsung dalam 4 tahapan :

- Glikolisis

- Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

- Daur Asam Sitrat

- Oksidasi terminal rantai respiratoris

Glikolisis

Glikolisis adalah serangkaian reaksi yang menguraikan satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat serta NADH dan ATP.

Jalur reaksi ini disebut juga jalur Embden-Mayerhoff-Parnas (EMP). Jalur ini merupakan dasar dari respirasi anaerob atau fermentasi.

Sifat-sifat Glikolisis:

- Dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob

- Terdapat reaksi enzimatis, ATP dan ADP

- ADP dan ATP berperan dalam pemindahan fosfat dari

molekul yang satu ke molekul yang lain.

Glikolisis Glikolisis terjadi di luar mitokondria di dalam sitosol.

Siklus Krebs dan rantai transpor elektron terjadi di dalam mitokondria.

Selama glikolisis setiap molekul gula dipecah menjadi 2 molekul piruvat.

Piruvat masuk ke dalam matriks mitokondria kemudian masuk siklus Krebs dan diubah menjadi Karbondioksida.

NADH diproduksi dari Krista. Rantai transpor elektron kemudian mengubahnya menjadi ATP melalui fosforilasi

4 Tahapan Glikolisis

Persamaan Reaksi Keseluruhan Glikolisis

C6H12O6+ 2 NAD+ 2 ADP +Pi 2 C3H4O3+2 NADH2 + 2 ATP

Proses Glikolisis terjadi dalam sepuluh tahapan reaksi, berlangsung dalam sitoplasma dan tidak memerlukan oksigen

5 Tahap Pertama mengubah glukosa menjadi dua senyawa berkarbon 3 yaitu gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dan dihidroksi aseton fosfat (DHAP).

5 Tahap Kedua (fase oksidasi) mengoksidasi PGAL dan DHAP menjadi Asam Piruvat

5 Tahap Pertama (Fase Persiapan) dalam Glikolisis

5 Tahap Kedua (Fase Oksidasi) dalam Glikolisis

Jumlah ATP selama Glikolisis

Tahap pertama Glikolisis menghabiskan 2 ATP

Tahap kedua glikolisis menghasilkan 4 ATP dan 2 NADH yang setara dengan 3 ATP (2 x 3 = 6 ATP). Jadi keseluruhan ATP yang dihasilkan tahap kedua glikolisis = 4 + 6 ATP = 10 ATP.

Keseluruhan jumlah ATP yang dihasilkan selama proses glikolisis : 10 ATP 2 ATP = 8 ATP

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

Jika tersedia cukup Oksigen maka terjadi Dekarboksilasi Oksidatif pada 2 molekul Asam Piruvat membentuk 2 molekul asetil Ko-enzim A serta CO2 dan 2 molekul NADH2.

Reaksi Dekarboksilasi Asam Piruvat adalah sebagai berikut :

2 (C3H4O3) (Asam Piruvat) + 2 NAD + 2 TPP-Asam Lipoat 2 (C3H3O-KoA) (Asetil KoA) + 2 NADH2 + CO2

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

Reaksi terkait asam Piruvat ini sangat kompleks dan memerlukan beberapa ko-faktor seperti: Tiamin Pirofosfat (TPP), NAD, Ko-enzim A (KoA-SKoA) dan asam lipoat.

Asetil KoA yang terbentuk kemudian masuk ke dalam Siklus Krebs.

ATP yang terbentuk berasal dari reduksi 2 molekul NADH dari dua molekul asam piruvat yang setara dengan 6 ATP.

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

Protein membran dalam mitokondria mentranslokasikan piruvat dari sitosol ke dalam matriks mitokondria

Gugus Karboksil piruvat dioksidasi melepaskan CO2.

NAD direduksi menjadi NADH

Senyawa Asetil bergabung dengan koenzim A membentuk senyawa Asetil Koenzim A.

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

Dekarboksilasi Oksidatif Asam

Piruvat

Gugus Karboksil asam Piruvat ( -- COO-) yang telah mengalami oksidasi dan memiliki energi kimia yang lemah dilepaskan ke luar sel secara difusi dalam bentuk CO2.

Dua karbon yang tersisa kemudian mengalami oksidasi membentuk ion asam Asetat (CH3COO

-). Elektron yang ada kemudian diberikan ke NAD+ membentuk NADH

Akhirnya ko-enzim A suatu senyawa yang mengandung belerang dan berasal dari vitamin B berlekatan dengan asam asetat membentuk Asetil CoA yang memiliki energi potensial tinggi

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

Siklus Asam Sitrat (Siklus Krebs)

Siklus Krebs berlangsung di dalam Matriks Mitokondria. Asetil KoA diubah menjadi KoA.

Asetil KoA bergabung dengan asam Oksaloasetat membentuk Asam Sitrat.

KoA dilepaskan sehingga memungkinkan untuk mengambil dua fragmen karbon lain dari asam piruvat.

Pada siklus Krebs pemecahan rantai karbon dalam glukosa telah selesai dengan hasil 24 molekul ATP.

Fosforilasi Oksidatif dan Transport Elektron

Pada sistem transpor elektron berlangsung pengepakan energi dari glukosa menjadi ATP.

Hidrogen dari siklus Krebs yang tergabung dalam FADH2 dan NADH diubah menjadi elektron dan proton

Pada sistem transpor elektron ini oksigen adalah akseptor elektron (Hidrogen) yang terakhir.

Setelah menerima elektron, O2 akan bereaksi membentuk H2O.

Fosforilasi Oksidatif dan Transport Elektron

Senyawa yang akan dioksidasi (substrat) mula-mula bereaksi dengan Piridin Nukleotida. Biasanya NAD tetapi kadang-kadang NADP dapat berlaku sebagai substrat, yaitu: 3-fofogliseraldehid, asam piruvat, asam alpha ketoglutarat, asam suksinat dan asam malat.

Reduksi NAD pada transport elektron akan menghasilkan 3 ATP. Reduksi FAD akan menghasilkan 2 ATP dan GDP akan menghasilkan 1 ATP untuk setiap molekulnya.

Total ATP yang dihasilkan dalam Respirasi Seluler =

Tahapan Proses

ATP

Glikolisis Oksidasi senyawa tereduksi 2 NADH2 6

Penghasilan Langsung 2

Dekarboksilasi Oksidatif Piruvat

Oksidasi senyawa tereduksi 3 NADH2 6

Siklus Krebs Oksidasi senyawa tereduksi 6 NADH2 18

Oksidasi senyawa tereduksi 2 FADH2 4

Oksidasi senyawa tereduksi 2 GDP 2

TOTAL 38

FERMENTASI

Respirasi Anaerob disebut juga Fermentasi atau respirasi intra molekul

Proses ini terjadi pada Ragi Saccharomyces cerevisiae

Tujuannya untuk mendapatkan energi

Energi yang dihasilkan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan respirasi aerob seperti terlihat di bawah ini :

C6H12O6 6 CO2 + 6 H2O + 675 Kalori + 38 ATP (AEROB)

C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2 + 21 Kalori + 2 ATP (ANAEROB)

Oksidasi Beta Asam Lemak

Sebelum memasuki sel, lemak dihidrolisis oleh enzim Lipase menjadi gliserol dan asam-asam lemak

Hidrolisis berlangsung di dalam sistem pencernaan.

Gliserol dan asam lemak kemudian berdifusi ke dalam sistem peredaran darah

Darah mengangkut gliserol dan asam lemak ke dalam sel

Molekul Gliserol kemudian diubah menjadi Fosfogliseraldehid (PGAL) dan masuk ke jalure glikolisis.

Sedangkan asam lemak kemudian diubah menjadi enzim Beta Oksidase menjadi Asetil KoA.

Asetil KoA kemudian dioksidasi lebih lanjut dalam siklus Krebs menghasilkan O2 dan CO2 serta melepaskan molekul ATP.

Hidrolisis Protein

Sebelum memasuki sel, protein dihidrolisis oleh enzim protease dalam saluran pencernaan menjadi asam amino.

Asam amino di transfer oleh darah menuju sel.

Di dalam sel asam amino dioksidasi untuk pembentukan ATP

TERIMA KASIH