Makalah KATABOLISME

KATABOLISME

    Pendahuluan

Proses pembentukan, perubahan, dan penguraian energi pada makhluk hidup disebut metabolisme. Seluruh organisme mulai dari alga bersel tunggal hingga mamalia, bergantung pada ratusan reaksi metabolisme selama hidupnya. Tiap reaksi metabolisme dikendalikan dan dipengaruhi oleh enzim yang spesifik. Secara umum, metabolisme dibedakan menjadi dua, yaitu anabolisme (proses penyusunan) dan katabolisme (proses pembongkaran).

Pada kesempatan kali ini, saya akan membahas mengenai proses katabolisme. 

Katabolisme merupakan reaksi perombakan senyawa yang kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Contoh katabolisme yaitu respirasi (pernapasan sel). Respirasi adalah proses perombakan bahan makanan yang akan menghasilkan energi. Respirasi dapat terjadi dengan menggunakan oksigen bebas (respirasi aerob) atau tanpa oksigen bebas (respirasi anaerob).

Semua sel aktif melakukan respirasi, yaitu menyerap O₂ dan melepaskan CO₂. Pembahasan kali ini akan menjelaskan mengenai respirasi aerob yang terjadi di mitokondria. Proses keseluruhan respirasi adalah reaksi reduksi-oksidasi, yaitu senyawa dioksidasi menjadi CO₂ sedangkan O₂ yang diserap direduksi membentuk H₂O. Respirasi juga menghasilkan energy yang tersimpan dalam bentuk ATP.

Respirasi aerob tersebut terjadi dalam empat tahap, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif (reaksi antara), siklus krebs, dan transpor electron. Selanjutnya kami hanya akan menekankan pembahasan mengenai transpor elektron, penjelasan selengkapnya adalah sebagai berikut.

    Proses Katabolisme

Proses katabolisme berlangsung di organel Mitokondria (mito = benang, dan chondrion = granula). Organel ini sering disebut sebagai the power house of cell karena Berperan sebagai organel penghasil ATP. Mitokondria mengandung enzim-enzim yang berguna dalam respirasi seluler. Organel penghasil ATP ini memiliki membran ganda (membran luar dan membran dalam). Zat warna yang terkandung pada mitokondria adalah janus green B, yang dikemukakan oleh Michaelis

Selanjutnya untuk paham mengenai proses katabolisme ini, terlebih dahulu kita harus memahami proses Reduksi dan Oksidasi atau lebih kita kenal sebagai reaksi REDOKS. Reaksi ini sedikit sukar, namun inti dari reaksi redoks yang akan digunakan pada tahap katabolisme ialah mengenai konsep :

§  Reduksi  : penerimaan elektron (alias berkurangnya proton)

§  Oksidasi : pelepasan elektron (alias bertambahnya proton)

contoh sederhana :

Na_(s) +  Cl _(g)  ——>  Na⁺_(l) +  Cl^-_(l)

Na menjadi Na⁺        : reaksi oksidasi

Cl menjadi Cl^-          : reaksi reduksi

Kita tentunya sudah tahu bahwa tujuan utama pada proses katabolisme ialah menghasilkan ATP, oleh karenanya kita haruslah mengetahui apa sebenarnya ATP sebelum memasuki proses katabolisme.

ATP (Adenosin Tri Posfat) merupakan nukleotida yang terdiri dari adenine, gugus ribose, dan satu satuan triposfat. ATP dapat terbentuk melalui dua cara yakni, pertama dengan Fosforilasi Oksidatif dan Fosforilasi Tingkat Substrat.

1.   Fosforilasi Oksidatif : molekul-molekul organik yang teroksidasi dan energinya dikeluarkan dari electron dengan cara melewatkannya melalui system transpor electron. Energy bebas tersebut digunakan untuk memfosforilasi ADP menjadi ATP. Molekul-molekul organik yang digunakan  adalah NADH dan FADH₂.

2.   Fosforilasi Tingkat Substrat : terdapat enzim-enzim yang menjadi perantara terjadinya transfer gugus pospat dari satu molekul organik yang terfosforilasi ke ADP dan terbentuklah ATP.

Gambar umum proses katabolisme

Pada proses awal katabolisme, terjadi proses glikolisis yakni proses pemecahan glukosa (C₆H₁₂O₆) menjadi 2 asam piruvat (C₃) yang terjadi terjadi di sitosol. Glikolisis terjadi dalam 10 langkah yang terbagi dalam 2 tahap.

Tahap 1 yaitu tahap investasi yang terjadi dalam 5 langkah :

·       Pada langkah 1 dan ke-3 terjadi proses peminjaman 1 ATP pada masing-masing langkah tadi.

·       Pada langkah ke-4 terjadi proses pemecahan Fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan gliseraldehid 3 fosfat (PGAL).

·       Dihidroksi aseton fosfat nantinya akan di ubah menjadi PGAL oleh enzim Aldolase, karena enzim selanjutnya dalam glikolis (enzim triosapospat dehidrogenase) hanya akan dapat berikatan dengan PGAL. Maka akan terbentuk 2 PGAL.

Selanjutnya tahap 2 yaitu tahap pembayaran energi yang terjadi dalam 5 langkah :

·       Pada langkah ke-6 terjadi oksidasi dan fosforilasi NAD⁺ menjadi NADH⁺

·       Pada langkah ke-7 dan ke-10 akan dihasilkan 2 ATP pada masing-masing langkah tadi.

Kemudian pada proses selanjutnya terjadi proses antara glikolisis dan siklus Krebs yaitu Dekarboksilasi Oksidatif (DO) yang akan mengubah 2 asam piruvat (C₃) menjadi asetil koenzim-A (asetil ko-A) yang memiliki atom berkarbon 2 atau C₂. Berlangsung di dalam mitokondria. Terjadi 3 tahap dalam DO yaitu :

·       Pada tahap ke-1, asam piruvat (C₃) melepaskan elektron (oksidasi) sehingga 1 atom karbonnya akan lepas membentuk CO₂.

·       Pada tahap ke-2, terbentuk senyawa yang dinamakan sitrat kemudian NAD⁺ direduksi (menerima elektron) menjadi NADH.

·       Pada tahap ke-3, molekul berkarbon 2 (C₂) yang terbentuk pada tahap 1 akan dioksidasi dan mengikat Ko-A (koenzim A) sehingga terbentuk asetil Ko-A.

        Kemudian proses selanjutnya adalah siklus Krebs yang terjadi di matriks mitokondria. Berlangsung dalam 8 langkah. Siklus Krebs menggunakan asetil Ko-A yang telah dihasilkan pada tahap DO.

·       Pada langkah ke-3, ke-4 dan ke-8 terbentuk 1 NADH⁺ pada masing-masing langkah tadi.

·       Pada langkah ke-5 terbentuk 1 ATP

·       Pada langkah ke-6 terbentuk 1 FADH₂

Selanjutnya akan di jelaskan mengenai proses akhir dalam katabolisme yaitu Transfer elektron. Pada system transfer electron, berlangsung pengepakan energi dari glukosa menjadi ATP. Reaksi ini merupakan tahap terakhir dari respirasi aerob yang terjadi di dalam membran dalam mitokondria.[1]

Hipotesis mengenai system transport electron ini dikemukakan oleh Peter Mitchell (1968) yang dikenal dengan hipotesis osmotic kimia. Senyawa yang berperan dalam system ini adalah nicotinamide adenine dinucleotide tereduksi (NADH) dan flavin adenine dinucleotide (FAD). Elektron-elektron berenergi tinggi hasil glikolisis dan siklus krebs akan masuk ke system transport electron melalui bantuan NADH dan FADH₂.[2]

Selain itu, molekul lain yang juga berperan dalam transport electron adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.[3]

Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH dan FADH₂, sehingga di dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi selain CO2.

Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan pada hewan tingkat tinggi melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan.[4]

 

Rantai transpor electron dimulai ketika NAD dioksidasi dengan menambahkan dua electron dan dua ion H⁺ sehingga NAD direduksi menjadi NADH₂. Selanjutnya, NADH₂ memindahkan dua electron dan dua ion H⁺ ke suatu enzim flavin, yaitu flavin mononukleotida (FMN) atau flafin adenine nukleotida (FAD) sehingga senyawa tersebut tereduksi menjadi FMN₂ atau FADH₂.

Energi yang diperlukan untuk mereduksi FAD lebih kecil jika dibandingkan dengan energi yang dibebaskan melalui oksidasi NAD. Sehingga energi yang tersisa digunakan untuk mensintesis satu molekul ATP dari ADP dan ion posfat (Pi). Selanjutnya FADH₂ mereduksi inti besi pada suatu protein kompleks, kemudian mereduksi besi pada sitokrom b. Sitokrom b mereduksi senyawa fenolik menjadi kinon, yaitu unikuinon (Q). Unikuinon merupakan anggota rantai transpor electron yang bukan protein. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan dua ion H⁺. Elektron dari Q kemudian mereduksi sitokrom c, dan membebaskan energi yang cukup untuk menyatukan ADP dan ion posfat (Pi) menjadi ATP kedua.

Sitokrom c kemudian mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a₃ merupakan anggota system angkutan transpor electron yang dapat bereaksi dengan molekul oksigen. Selanjutnya pada tahap terakhir rantai transpor electron ini, dua ion H⁺ akan bergabung dengan  O₂ membentuk air (H₂O). Oksidasi yang terakhir ini mampu menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat melakukan sintesis ATP ketiga. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang dapat menyatukan ADP dan Pi menjadi ATP.[5]

Rantai transpor electron tidak secara langsung membuat ATP. Fungsi rantai transpor ialah untuk mempermudah jatuhya electron dari makanan ke oksigen, memecah penurunan energy bebas yang besar menjadi sederetan langkah yang lebih kecil yang melepaskan energy dalam jumlah yang bisa diatur.

Proses yang sebenarnya bertugas membuat ATP adalah kemiosmosis yang menggunakan enzim yang disebut ATP sintase. ATP sintase menggunakan energy dari gradien ion yang ada untuk menggerakan sintesis ATP. Gradien ion yang menggerakan fosforilasi oksidatif ialah gradient proton (ion hidrogen) ; dengan kata lain, sumber daya untuk ATP sintase ialah perbedaan konsentrasi H⁺ pada sisi yang berlawanan dari membrane dalam mitokondria. Mekanisme aliran H⁺ dari matriks ke ruang  antar membrane untuk mendorong terbentuknya ATP dari ADP dan Pi disebut kemiosmosis.[6]

   

Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan 10 molekul NADH dan 2 molekul FADH₂. Setiap oksidasi 1 molekul NADH kan menghasilkan 3 molekul ATP dan dua ATP untuk setiap 1 molekul FADH₂. Ketentuan mengenai hasil oksidasi satu molekul NADH menghasilkan 3 molekul ATP sedangkan oksidasi satu molekul FADH₂  adalah 2 molekul ATP sebelumnya telah melewati hasil riset seorang ilmuan yang bernama Stayer (1981 : 307). Berikut ini adalah penjelasan dari hasil percobaan strayer :

§  Pengangkutan NADH + H+ dari sitosol ke mitokondria melibatkan mekanisme khusus yang disebut shuttle (pengemban).

§  Ada 2 pengemban NADH + H+ yaitu : malat aspartat (digunakan oleh sel-sel hati dan jantung) dan Gliserol fosfat (di gunakan oleh sel-sel lainnya)

§  1 NADH = 3 ATP (jika dibawa oleh pengemban malate aspartat karena NADH yang berada di sitosol akan tetap menjadi NADH saat sampai di membran dalam mitokondria).

§  1 NADH = 2 ATP (jika dibawa oleh pengemban glyserol fosfat karena NADH yang berada di sitosol akan berubah menjadi FADH2 saat sampai di membran dalam mitokondria).

§  Maka untuk mempermudah hasil penyetaraan maka ditetapkanlah 1 molekul NADH = 3 ATP

Maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa.[7] Diketahui bahwa 1 mol ATP mengandung energi sebesar 7,3 kkal sehingga dalam 38 ATP mengandung energi 38x7,3 kkal = 277,4 kkal.[8]

Perhitungan energy (ATP) pada tahap Transfer Elektron.[9]

Syarat : 1 NADH₂ = 3 ATP sedangkan 1 FADH₂ = 2 ATP

Proses	Energi
	Fosforilasi Oksidatif	Fosforilasi Tingkat Substrat
Glikolisis	1 NADH2 =  1x2x3 ATP = 6 ATP	2 ATP = 2x2x1 ATP = 4 ATP Dipakai 2 ATP saat fase Investasi maka 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP
DO	1 NADH2 =  1x2x3 ATP =  6 ATP
Siklus Krebs	3 NADH2 = 3x2x3 ATP = 18 ATP 1 FADH2 = 1x2x2 ATP = 4 ATP	1 ATP = 1x2x1 ATP = 2 ATP
Total	34 ATP	4 ATP

---

[1] Pratiwi, Dkk. 2007. BIOLOGI SMA Jilid 3 Untuk Kelas XII. Jakarta : Erlangga. Hlm 32.

[2] Akhyar, M.Salman. 2004. Biologi untuk SMA Kelas III semester 1. Bandung : Grafindo. Hlm 41-42.

[3]http://biologigonz.blogspot.com/2009/12/sistem-transport-elektron.html diunduh Sabtu, 13 April 2013 pukul 08.30 WIB.

[4]http://konsepbiologi.wordpress.com/2011/07/20/sistem-transport-elektron-ste/diunduh Sabtu, 13 April 2013 pukul 09.35 WIB.

[5] Op.cit.. Mahariesti. Hlm 39-40.

[6] Op.cit., Campbell (edisi 5). Hlm 171.

[7] http://sukabio.wordpress.com/2009/07/30/transpor-elektron/ diunduh Minggu, 14 April 2013 pukul 13.00 WIB.

[8] Op.cit., Akhyar. Hlm 43.

[9] Novel, Sinta Sasika. 2010. Rangkuman Biologi SMA. Jakarta : GagasMedia. Hlm 149.

Judul: Makalah KATABOLISME
Rating: 10 out of 10 based on 24 ratings. 5 user reviews.
Ditulis Oleh Aghry

Postingan ini dilindungi Hak Cipta, Sertakan sumber jika ingin mengambil rujukan pada tulisan ini. Terima Kasih Atas Kunjungan Anda...