Katabolisme merupakan
reaksi pemecahan atau penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi
sederhana (anorganik) yang menghasilkan energi. Untuk dapat digunakan
oleh sel, energi yang dihasilkan harus diubah menjadi ATP (Adenosin Tri Phospat). ATP
merupakan gugus adenin yang berikatan dengan tiga gugus fosfat.
Pelepasan gugus fosfat menghasilkan energi yang digunakan langsung oleh
sel, yang digunakan untuk melangsungkan reaksi-reaksi kimia,
pertumbuhan, transportasi, gerak, reproduksi, dan lain-lain. Contoh katabolisme adalah respirasi sel, yaitu proses penguraian bahan makanan yang bertujuan menghasilkan energi. Sebagai bahan baku respirasi adalah karbohidrat, asam lemak, dan asam amino dan sebagai hasilnya adalah CO2 (karbon dioksida, air dan energi). Respirasi dilakukan oleh semua sel hidup, sel hewan maupun sel tumbuhan.
Katabolisme Karbohidrat
Struktur karbohidrat
Karbohidrat
merupakan sumber energi uatama dan sumber serat utama. Karbohidrat
mempunyai tiga unsur, yaitu karbon, hydrogen dan oksigen. Jenis-jenis
karbohidrat sangat beragam. Karbohidrat dibedakan satu dengan yang lain
berdasarkan susunan atom-aromnya, panjang pendeknya rantai serta jenis
ikatan. Dari kompleksitas strukturnya karbohidrat dibedakan menjadi
karbohidarat sederhana (monosakarida dan disakarida)dan karbohidrat
dengan struktur yang kompleks (polisakarida). Selain kelompok tersebut
juga masih ada oligosakarida yang memiliki monosakarida lebih pendek
dari polisakarida, contohnya adalah satkiosa, rafinosa,
fruktooligosakarida, dan galaktooligosakarida
Fungsi dari Karbohidrat
1. Simpanan energi, bahan bakar dan senyawa antara metabolism
2. Bagian dari kerangka structural dari pembentuk RNA dan DNA
3. Merupakan elemen structural dari dinding sel tanaman maupun bakteri.
4. Identitas sel, berikatan dengan protein atau lipid dan berfungsi dalam proses pengenalan antar sel .
Proses Katabolisme Karbohidrat
Pada
Proses katabolisme karbohidrat, sering disebut dengan glikolosis yaitu
proses degradasi. Proses degradasi 1 molekul glukosa (C6) menjadi 2
molekul piruvat (C3) yang terjadi dalam serangkaian reaksi enzimatis
menghasilkan energi bebas dalam bentuk ATP dan NADH Proses glikolisis
terdiri dari 10 langkah reaksi yang terbagi menjadi 2 Fase, yaitu:
- 5 langkah pertama yang disebut fase preparatory
- 5 langkah terakhir yang disebut fase payoff
Fase
I memerlukan 2 ATP dan Fase II menghasilkan 4 ATP dan 2 NADP, sehingga
total degradasi Glukosa menjadi 2 molekul piruvat menghasilkan 2
molekul ATP dan 2 molekul NADP.
Pada tahap pertama, molekul D-Glukosa diaktifkan bagi reaksi berikutnya dengan fosforilasi pada posisi 6, menghasilkan glukosa-6-fosfat dengan memanfaatkan ATP Reaksi ini bersifat tidak dapat balik. Enzim heksokinase merupakan katalis dalam reaksi tersebut dibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor.
Reaksi berikutnya ialah isomerasi, yaitu pengubahan glukosa-6-fosfat, yang merupakan suatu aldosa, menjadi fruktosa-6-fosfat, yang merupakan suatu ketosa, dengan enzim fosfoglukoisomerase dan dibantu oleh ion Mg2+.
Tahap selanjutnya adalah fruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-difosfat oleh enzim fosoffruktokinase dibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor. Dalam reaksi ini,gugus fosfat dipindahkan dari ATP ke fruktosa-6-fosfat pada posisi 1.
Reaksi tahap keempat dalam rangkaian reaksi glikolisis adalah penguraian molekul fruktosa-1,6-difosfat membentuk dua molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan D-gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim aldolase fruktosa difosfat atau enzim aldolase. Hanya satu di antara dua triosa fosfat yang dibentuk oleh aldolase, yaitu gliseraldehid-3-fosfat,
yang dapat langsung diuraikan pada tahap reaksi glikolisis berikutnya.
Tetapi, dihidroksi aseton fosfat dapat dengan cepat dan dalam reaksi
dapat balik, berubah menjadi gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim isomerase
triosa fosfat.
Tahap selanjutnya adalah reaksi oksidasi gliseraldehid-3fosfat menjadi asam 1,3 difosfogliserat. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD+, sedangkan
gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat. Enzim yang mengkatalisis dalam
tahap ini adalah dehidrogenase gliseraldehida fosfat. Pada tahap ini, enzim kinase fosfogliserat mengubah asam 1,3-difosfogliserat menjadi asam 3-fosfogliserat. Dalam reaksi ini terbentuk satu molekul ATP dari ADP dan memerlukan ion Mg2+ sebagai kofaktor. Pada tahap ini, terjadi pengubahan asam 3-fosfoliserat menjadi asam 2-fosfogliserat.
Reaksi ini melibatkan pergeseran dapat balik gugus fosfat dari posisi 3
ke posisi 2. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim fosfogliseril mutase
dengan ion Mg2+ sebagai kofaktor.
Reaksi berikutnya adalah reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat dari
asam 2-fosfogliserat dengan katalisis enzim enolase dan ion Mg2+
sebagai kofaktor. Reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat ini ialah
reaksi dehidrasi.
Tahap
terakhir pada glikolisis ialah reaksi pemindahan gugus fosfat berenergi
tinggi dari fosfoenolpiruvat ke ADP yang dikatalisis oleh enzim piruvat
kinase sehingga terbentuk molekul ATP dan molekul asam piruvat.
Katabolisme Lemak
Struktur Lemak
Berdasarkan struktur dan fungsi bermacam-macam lemak menjadi salah satu dasar pengklasifiksian lemak.
v Asam-asam
lemak : Merupakan suatu rantai hidrokarbon yang mengandung satu gugus
metal pada salah satu ujungnya dan salah satu gugus asam atau karboksil.
Secara umum formula kimia suatu asam lemak adalah CH3(CH2)nCOOH, dan biasanya kelipatan dua.
ü Rantai pendek : rantai hidrokarbonnya terdiri dari jumlah atom karbon genap 4-6 atom.
ü Rantai sedang : 8-12 atom
ü Rantai panjang : 14-26 atom.
Dan asam lemak-asam lemak ini merupakn asam lemak jenuh
Sedangkan
untuk asam lemak tidak jenuh, adalah yang mempunayi ikatan rangkap atau
lebih misalnya palmitoleat, linolenat, arakhidat, dan lain sebagainya.
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH (oleat).
Turunan-turunan asam lemak : merupakan suatu komponen yang terbentuk
dari satu atau lebih asam lemak yang mengandung alcohol dan disebut
ester. Terdapat dua golongan ester yaitu gliserol ester dan cholesterol
ester.
1. Gliserol
ester : terbentuk melalui metabolism karbohidrat yang mengandung tiga
atom karbon, yang salah satu ataom karon bersatu dengan salah satu gugus
alcohol. Reaksi kondensasi antara gugus karboksil dengan gugus alcohol
dari gliserol akan membentuk gliserida, tergantung dari jumlah asam
lemak dari gugus alkohol yang membentuk raeksi kondensasi.
(monogliserida, digliserida, trigliserida)
2. Kolesterol ester : terbentuk melelui reaksi kondensasi, sterol, kolesterol, dan sam lemak terikat dengan gugus alcohol.
3. Glikolipid
: komponen ini mempunayi sifat serperti lipid, terdiri dari satu atu
lebih komponen gula, dan biasanya glukosa dan galaktosa.
4. Sterol
: merupakan golongan lemak yang larut dalam alcohol, Mislanya
kolesterol sterol. Berbeda dengan struktur lainnya sterol mempunyai
nucleus dengan empat buah cincin yang saling berhubunga, tiga
diantaranya mengandung 6 atom karbon, sedang yang keempat mengandung 5
atom karbon.
Fungsi Lemak
1. Sebagai penyusun struktur membran sel Dalam hal ini lipid berperan sebagai barier untuk sel dan mengatur aliran material-material.
2. Sebagai cadangan energi Lipid disimpan sebagai jaringan adiposa
3. Sebagai hormon dan vitamin, hormon mengatur komunikasi antar sel, sedangkan vitamin membantu regulasi proses-proses biologis
Proses Katabolisme Lemak
Lemak
merupakan salah satu sumber energy bagi tubuh, bahkan kandungan
energinya paling tinggi diantara sumber energy yang lain, yaitu sebesar
9kkal/gram. Energi hasil pemecahan lemak dimulai saat lemak berada
didalam kebutuhan energi. Pemecahan lemak dimulai saat lemak berada
didalam system pencernaan makanan. Lemak akan dipecah menjadi asam lemak
dan gliserol. Dari kedua senyawa tersebut, asam lemak sebagian
mengandung sebagian besar energi, yaitu sekitar 95%, sedangkan gliserol
hanya mengandung 5% dari besar energi lemak. Untuk dapat menghasilkan
energi , asam lemak akan mengalami oksidasi yang terjadi didalm
mitokondria, sedangkan gliserol dirombak secara glikolisis. Gliserol
dalam glikolisis akan diubah kembali menjadi dihidroksi aseton fosfat.
Oksidasi asam lemak juga melalui lintasan akhir yang dilalui
karbohidrat, yaitu siklus krebs.
Setelah
berada didalam mitokondria, asam lemak akan mengalami oksidasi untuk
menghasilkan energi. Oksidasi asam lemak terjadi dalam dua tahap, yaitu
oksidasi asam lemak yang menghasilkan residu asetil KoA dan oksidasi
asetil KoA menjadi karbon dioksida melalui siklus krebs.
Katabolisme Protein
Struktur Protein
Dilihat
dari tingkat organisasi struktur, protein dapat diklasifikasikan ke
dalam empat kelas dengan urutan kerumitan yang berkurang. Kelas-kelas
itu adalah :
1. Struktur
primer: Ini adalah hanya urutan asam amino di dalam rantai protein.
Struktur primer protein dilakukan oleh ikatan-ikatan (peptida) yang
kovalen.
2. Struktur
sekunder: Hal ini merujuk ke banyaknya struktur helix-aa atau lembaran
berlipatan-B setempat yang berhubungan dengan struktur protein secara
keseluruhan. Struktur sekunder protein diselenggarakan oleh
ikatan-ikatan hidrogen antara oksigen karbonil dan nitrogen amida dari
rantai polipeptida.
3. Struktur
tersier: Hal ini menunjuk ke cara rantai protein ke dalam protein
berbentuk bulat dilekukkan dan dilipat untuk membentuk struktur
tiga-dimensional secara menyeluruh dari molekul protein. Struktur
tersier diselenggarakan oleh interaksi antara gugus-fufus R dalam asam
amino.
4. Struktur
kuartener. Banyak protein ada sebagai oligomer, atau molekul-molekul
besar terbentuk dari pengumpulan khas dari subsatuan yang identik atau
berlainan yang dikenal dengan protomer.
Fungsi Protein
1. Membentuk jaringan/ bagian tubuh lain
2. Pertumbuhan (bayi, anak, pubertas)
3. Pemeliharaan (dewasa)
4. Membentuk sel darah
5. Membentuk hormon, enzim, antibody,dll
6. Memberi tenaga (protein sparing efek)
7. Pengaturan (enzim, hormone)
Proses Katabolisme Protein
Asam-asam
amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino
berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan
protein), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak
seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus
amina. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi
tubuh.
Terdapat 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:
1.
Transaminasi : Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α
ketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan
aspartat
2.
Deaminasi oksidatif : Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion
ammonium Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4+) yang
selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini
dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urin.
Proses yang terjadi di dalam siklus urea digambarkan terdiri atas beberapa tahap yaitu:
1. Dengan
peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi dengan CO2
menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini diperlukan energi dari
ATP
2. Dengan
peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat bereaksi dengan
L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan.
3. Dengan
peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi dengan
L-aspartat menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan
energi dari ATP
4. Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat dan L-arginin
5. Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea.
Hubungan Antara Katabolisme Antara Karbohidrat, Lemak, & Protein
Anda
sudah mengetahui bahwa di dalam sel reaksi metabolisme tidak terpisah
satu sama lain yaitu membentuk suatu jejaring yang saling berkaitan. Di
dalam tubuh manusia terjadi metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak.
Bagaimana keterkaitan ketiganya? Pada bagan terlihat karbohidrat,
protein, dan lemak bertemu pada jalur siklus Krebs dengan masukan asetil
koenzim A. Tahukah Anda bahwa Asetil Ko-A sebagai bahan baku dalam
siklus Krebs untuk menghasilkan energi yang berasal dari katabolisme
karbohidrat, protein, maupun lemak. Titik temu dari berbagai jalur
metabolisme ini berguna untuk saling menggantikan “bahan bakar” di dalam
sel, Hasil katabolisme karbohidrat, protein, dan lemak juga bermanfaat
untuk menghasilkan senyawa- senyawa lain yaitu dapat membentuk ATP,
hormon, komponen hemoglobin ataupun komponen sel lainnya.
Lemak
(asam heksanoat) lebih banyak mengandung hidrogen terikat dan merupakan
senyawa karbon yang paling banyak tereduksi, sedangkan karbohidrat
(glukosa) dan protein (asam glutamat) banyak mengandung oksigen dan
lebih sedikit hidrogen terikat adalah senyawa yang lebih teroksidasi.
Senyawa
karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan energi dan apabila ada
pembakaran sempurna akan membebaskan energi lebih banyak karena adanya
pembebasan elektron yang lebih banyak. Jumlah elektron yang dibebaskan
menunjukkan jumlah energi yang dihasilkan. Perlu Anda ketahui pada jalur
katabolisme yang berbeda glukosa dan asam glutamat dapat menghasilkan
jumlah ATP yang sama yaitu 36 ATP. Sedangkan katabolisme asam heksanoat
dengan jumlah karbon yang sama dengan glukosa (6 karbon) menghasilkan 44
ATP, sehingga jumlah energi yang dihasilkan pada lemak lebih besar
dibandingkan dengan yang dihasilkan pada karbohidrat dan protein.
Sedangkan jumlah energi yang dihasilkan protein setara dengan jumlah
yang dihasilkan karbohidrat dalam berat yang sama.
Dari
penjelasan itu dapat disimpulkan jika kita makan dengan mengkonsumsi
makanan yang mengandung lemak akan lebih memberikan rasa kenyang jika
dibandingkan dengan protein dan karbohidrat. Karena rasa kenyang
tersebut disebabkan oleh kemampuan metabolisme lemak untuk menghasilkan
energi yang lebih besar.
Kata kunci untuk menuju artikel
KATABOLISME KARBOHIDRAT, PROTEIN, LEMAK DAN HUBUNGANNYA ini:
karbohidrat.
katabolisme karbohidrat,
struktur karbohidrat,
proses katabolisme karbohidrat,
katabolisme,
proses metabolisme protein,
lemak adalah,
proses katabolisme,
katabolisme protein
Campbell, dkk. 2003. Biologi jilid 1. Jakarta:Erlangga
Elisa. tanpa tahun. Metabolisme Protein. http:// ugm.ac. id / files / chimera 73 / .../ Metabolisme %20protein.doc. diakses pada tanggal 30 Mei 2012 pukul 16.04
Lehninger. 200. Dasar-dasar biokimia jilid 2. Jakarta: Erlangga