Logika BiologiKata Kunc
B. Katabolisme Karbohidrat
M et abol i sme dal am makhl uk hi dup dapat di bedakan menj adi katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah proses penguraian atau pemecahan senyawa organik kompleks menjadi senyawa sederhana. D al am proses kat abol i sme, t erj adi pel epasan energi sebagai hasi l pemecahan senyawa- senyawa organi k kompl eks t ersebut . A dapun anabolisme adalah proses pembentukan atau penyusunan senyawa organik sederhana menjadi senyawa kompleks. Kebalikan dari katabolisme, proses anabolisme ini memerlukan energi. Kali ini akan dibahas mengenai proses katabolisme.
Cont oh dari proses kat abolisme adalah respirasi selular. Berbeda dengan pengert ian respirasi pada umumnya (proses pengikat an O2) , respirasi selular diartikan sebagai reaksi oksidasi molekul berenergi tinggi unt uk melepaskan energinya. Respirasi selular t erjadi pada semua sel tubuh hewan maupun tumbuhan terutama di mitokondria. Pada respirasi selular, molekul glukosa (karbohidrat) dan bahan makanan lain diuraikan at au dipecah menjadi karbon dioksida (CO2), air (H2O), dan energi dalam bentuk ATP. Berdasarkan keterlibatan oksigen dalam prosesnya, respirasi selular terbagi menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob. A pakah A nda tahu perbedaannya?
1. Respirasi Aerob
Respirasi aerob adalah proses respirasi yang menggunakan oksigen. Secara sederhana, proses respirasi aerob pada glukosa dituliskan sebagai berikut .
C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2 + energi
A pakah respirasi aerob terjadi sesederhana reaksi ini? Proses respirasi aerob melewati tiga tahap, yaitu:
a. Glikolisis,
b. Siklus Krebs, dan c. Rantai transfer elektron. a. Glikolisis
Glikolisis merupakan serangkaian reaksi yang terjadi di sitosol pada hampir semua sel hidup. Pada tahap ini, terjadi pengubahan senyawa glukosa dengan 6 atom C, menjadi dua senyawa asam piruvat dengan 3 atom C, serta N A DH dan AT P. Tahap glikolisis belum membutuhkan oksigen.
Glikolisis yang terdiri atas sepuluh reaksi, dapat disimpulkan dalam dua tahap:
1) Reaksi penambahan gugus fosfat . Pada t ahap ini digunakan dua molekul AT P.
2) Gliseraldehid-3-fosfat diubah menjadi asam piruvat . Selain it u, dihasilkan 4 molekul ATP dan 2 molekul NA DH .
Pada tahap glikolisis dihasilkan energi dalam bentuk ATP sebanyak 4 ATP. Namun karena 2 ATP digunakan pada awal glikolisis maka hasil akhir energi yang didapat adalah 2 ATP.
Sekilas
Biologi
Glukosa adalah monosakarida yang mengandung enam atom karbon. Glukosa merupakan sumber energi penting bagi makhluk hidup. Hew an mendapat glukosa dengan m em ecah m akanan m elalui proses pencernaan. Adapun tum buhan m em bent uk glukosa m elalui fot osint esis.
Sumber: Concise Encyclopedia
Nature, 1994
Karbohidrat , lem ak, dan
prot ein Molekul sederhana Met abolism e K a ta b o li sm e A n a b o lis m e
Pem bentukan Pemecahan
Menghasilkan energi Dibutuhkan
energi
Sumber: Concise Encyclopedia
Nature, 1994
Gambar 2.8
Ilust rasi reaksi kat abolism e dan anab olism e
Kata Kunci
• Aero b • Glikolisis • Kat ab olism e • Resp irasib. Siklus Krebs
Dua molekul asam piruvat hasil dari glikolisis ditransportasikan dari sitoplasma ke dalam mitokondria, tempat terjadinya siklus Krebs. A kan t et api, asam piruvat sendiri t idak akan memasuki reaksi siklus Krebs tersebut. A sam piruvat tersebut akan diubah menjadi asetil koenzim A (asetil koA ). Tahap pengubahan asam piruvat menjadi asetil koenzim A ini terkadang disebut tahap transisi atau reaksi dekarboksilasi oksidatif. Berikut ini gambar proses pengubahan satu asam piruvat menjadi asetil koenzim A .
Gambar 2.9
Bagan proses glikolisis. Pada proses ini dihasilkan 4 m olekul ATP dan digunakan 2 m olekul ATP. Glukosa ATP ADP Heksokinase Glukosa-6-fosfat ATP ADP Frukt osa-6-fosfat Fosfoglukoisom erase Fruktosa 1,6-difosfat Fosfofrukt okinase Ald ose
Dihidroksiaset on fosfat Gliseraldehid-3-fosfat
Isom erase NAD+
NADH H++ H+ NADH + NAD+ ADP ATP Gliseraldehid-3-fosfat 1,3-difosfogliserat 1,3-difosfogliserat ATP ADP 3-fosfogliserat 3-fosfogliserat 2-fosfogliserat 2 fosfogliserat Fosfoenolp iruvat Fosfoenolp iruvat ATP ADP H2O H2O ATP ADP Piruvat Piruvat Triose fosfat d ehid rogenase
Kata Kunci
• Asam piruvat • Dekarboksilasi oksidat if • Koenzim A • Kreb sKompleks senyawa asetil koenzim A inilah yang akan memasuki siklus Krebs atau yang dikenal juga sebagai siklus asam sitrat. Koenzim A pada pembentukan asetil KoA merupakan turunan dari vitamin B.
Siklus Krebs dijelaskan pertama kali oleh H ans Krebs pada sekitar 1930-an. Dalam siklus Krebs, satu molekul asetil KoA akan menghasilkan 4 NA DH, 1 GTP, dan 1 FA DH. GTP (guanin trifosfat) merupakan salah satu bentuk molekul berenergi tinggi. Energi yang dihasilkan satu molekul GT P setara dengan energi yang dihasilkan satu molekul AT P. M olekul CO2 juga dihasilkan dari siklus Krebs ini. Karena satu molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul aset il KoA dan masuk ke siklus Krebs, berapa banyak molekul berenergi yang dihasilkannya?
NADH
NAD+
Asam
p iruvat Aset il KoA
CO2 Koenzim A
Gambar 2.10
Bagan dekarboksilasi oksidat if asam p iru vat
Gambar 2.11
Bagan siklus Krebs
Asetil KoA Asam sit rat Isosit rat CO 2 NAD+ NADH
Asamα-ket oglut arat
Siklus Krebs NAD+
NADH CO 2 Suksinil KoA GDP GTP ATP ADP Asam suksinat 2H Asam fumarat FADH2 FAD H2O Asam m alat NAD+ NADH Asam oksaloasetat
Sekilas
Biologi
Hans Krebs (1900–1981)Hans Krebs m elakukan penelit ian t ent ang bagaim ana sel m elepaskan energi saat respirasi aerob. Ia menemukan bahw a glukosa dipecah dalam sebuah rantai reaksi yang kini dikenal dengan siklus asam sitrat atau siklus Krebs.
Sumber: Concise Encyclopedia
Selain dihasilkan energi pada siklus Krebs, juga dihasilkan hidrogen yang direaksikan dengan oksigen membent uk air. M olekul-molekul sumber elektron seperti NA DH dan FA DH2 dari glikolisis dan siklus Krebs, selanjut nya memasuki t ahap t ranspor elekt ron unt uk menghasilkan molekul berenergi siap pakai.
c. Sistem Transfer Elektron
Tahap t erakhir dari respirasi seluler aerob adalah sist em t ransfer elektron. Tahap ini terjadi pada ruang intermembran dari mitokondria. Pada tahap inilah ATP paling banyak dihasilkan.
Seperti A nda ketahui, sejauh ini hanya dihasilkan 4 molekul AT P dari satu molekul glukosa, yaitu 2 molekul dari glikolisis dan 2 molekul dari sikluk Krebs. A kan tetapi, dari glikolisis dan siklus Krebs dihasilkan 10 NA DH (2 dari glikolisis, 2 dari tahap transisi siklus Krebs, dan 6 dari siklus Krebs) dan 2 FA DH2. M olekul-molekul inilah yang akan berperan dalam menghasilkan ATP.
Jika A nda perhatikan, meskipun glikolisis dan siklus Krebs termasuk tahap respirasi aerob, namun sejauh ini belum ada molekul oksigen yang terlibat langsung dalam reaksi. Pada tahap transfer elektron inilah oksigen terlibat secara langsung dalam reaksi.
Pada reaksi pertama, NA DH mentransfer sepasang elekron kepada molekul flavoprot ein (FP). Transfer elekt ron mereduksi flavoprot ein, sedangkan N A D H t eroksidasi kembali menjadi ion N A D+. Elekt ron
bergerak dari flavoprotein menuju sedikitnya enam akseptor elektron yang berbeda. A khirnya, elektron mencapai akseptor protein terakhir berupa sitokroma dan a3. Perhatikan gambar berikut.
Gambar 2.12
Ilust rasi t ransfer elekt ron. Sist em reaksi ini m em b erikan elekt ron d ari glikolisis dan siklus Krebs pada oksigen seb agai aksep t or elekt ron t erakh ir.
Sumber:Biologi: Evolusi, Kepelbagaian, dan Persekitaran, 1991
2H NAD NADH2 FADH 2 2H FAD 2 sitokrom b++ 2 sitokrom b+++ 2 sitokrom c+ + 2 sitokrom c+++ 2 e 2 e 2 e 2 e 2 e 2 sitokrom a++ 2 sitokrom a+++ 2 oksidasi sitokrom ++ 2 oksidasi sitokrom +++ 2 H+ 2 H+ Ruang m em b ran m it okond ia Mat riks m it okond ria O2
Sem ua hew an m enghasilkan panas m elalui respirasi sel. Pada Mam m alia dan Aves, panas ini dipert ahankan oleh selapis bulu at au lem ak. Dengan m enyesuaikan kadar panas yang hilang, hew an endot erm at au ''berdarah panas'' m em elihara suhu badan yang st ab il (Hom oiot erm ).
Sumber: Concise Encyclopedia Nature, 1994
Fakta
Biologi
H2O