METABOLISME

1. Pengertian Metabolisme ?

A.Pengertian Metabolisme

     Metabolisme adalah suatu proses kimiawi yang terjadi dalam tubuh makhluk hidup. Proses  metabolisme adalah pertukaran zat atau organisme dengan lingkungannya. Istilah Metabolisme berasal dari bahasa Yunani, yaitu dari kata metabole yang berarti perubahan. Sehingga dapat dikatakan bahwa metabolisme adalah makhluk hidup mendapat, mengolah dan mengubah suatu zat melalui proses kimiawi untuk mempertahankan hidupnya. Metabolisme terbagi atas beberapa jenis berdasarkan dua arah lintasan metabolic antara lain sebagai berikut :

     1. Anabolisme

          Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis. Selain itu juga. anabolisme adalah proses sintesis molekul kompleks dari senyawa-senyawa kimia yang sederhana secara bertahap. Proses ini membutuhkan energi dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk.

          Selain dua macam energi diatas, reaksi anabolisme juga menggunakan energi dari hasil reaksi katabolisme, yang berupa ATP. Agar asam amino dapat disusun menjadi protein, asam amino tersebut harus diaktifkan terlebih dahulu. Energi untuk aktivasi asam amino tersebut berasal dari ATP. Agar molekul glukosa dapat disusun dalam pati atau selulosa, maka molekul itu juga harus diaktifkan terlebih dahulu, dan energi yang diperlukan juga didapat dari ATP. Proses sintesis lemak juga memerlukan ATP.

          Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida. Kedua, pengaktivasian senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.

          Senyawa kompleks yang disintesis organisme tersebut adalah senyawa organik atau senyawa hidrokarbon. Autotrof, seperti tumbuhan, dapat membentuk molekul organik kompleks di sel seperti polisakarida dan protein dari molekul sederhana seperti karbon dioksida dan air. Di lain pihak, heterotrof, seperti manusia dan hewan, tidak dapat menyusun senyawa organik sendiri. Jika organisme yang menyintesis senyawa organik menggunakan energi cahaya disebut fotoautotrof, sementara itu organisme yang menyintesis senyawa organik menggunakan energi kimia disebut kemoautotrof.

          Reaksi anabolisme menghasilkan senyawa-senyawa yang sangat dibutuhkan oleh banyak organisme, baik organisme produsen (tumbuhan) maupun organisme konsumen (hewan, manusia). Beberapa contoh hasil anabolisme adalah glikogen, lemak, dan protein berguna sebagai bahan bakar cadangan untuk katabolisme, serta molekul protein, protein-karbohidrat, dan protein lipid yang merupakan komponen struktural yang esensial dari organisme, baik ekstrasel maupun intrasel.

Beberapa macam proses anabolisme yang terjadi pada hewan diantaranya:

            a. Kemosintesis

                 Kemosintesis adalah proses asimilasi karbon yang energinya berasal dari reaksi-reaksi kimia, dan tidak diperlukan klorofil. Umumnya dilakukan oleh mikroorganisme, misalnya bakteri. Organisme disebut kemoautotrof. Bakteri kemoautotrof ini akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan energi yang timbul digunakan untuk asimilasi karbon.

                 Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.
Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri). Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:

Contoh, bakteri nitrit : Nitrosomonas, Nitrosococcus

2NH₃ + 3O₂ 2 HNO₂ + 2H₂ O  +Energi

contoh, Bakteri nitrat : Nitrobacter

2 HNO₂ +  O₂ 2HNO₃ + Energi

contoh, Bakteri belerang : Thiobacillus, Bagiatoa

2S + 2H₂ O + 3O₂ 2H2 SO₄ +  284, 4 kal.

Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ———-> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi
Nitrosococcus

            b. Sintesis Lemak

                 Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.

·         Sintesis Lemak dari Karbohidrat:

              Glukosa diurai menjadi piruvat  —>   gliserol

              Glukosa diubah  —> gula fosfat  —> asetilKo-A —>   asam lemak.

              Gliserol+ asam lemak .—> lemak.

·         Sintesis Lemak dari Protein:

  Protein——–>  Asam Amino protease

              Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dabulu, setelah itu memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piravat —> Asetil Ko-A. Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam pirovat, selanjutnya asam piruvat –> gliserol –> fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifkasi membentuk lemak. Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih tinggi daripada karbohidrat. 1 gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori saja.

            c. Sintesis Protein

                 Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida. Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai “pengatur sintesis protein”. Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

       2. Katabolisme

            Katabolisme adalah serangkaian reaksi yang merupakan proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi, yang dapat digunakan organisme untuk melakukan aktivitasnya. Termasuk didalamnya reaksi pemecahan dan oksidasi molekul makanan seperti reaksi yang menangkap energi dari cahaya matahari. Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme.

            Sifat dasar yang pasti dari reaksi katabolisme berbeda pada setiap organisme, dimana molekul organik digunakan sebagai sumber energi pada organotrof, sementara litotrof menggunakan substrat anorganik dan fototrof menangkap cahaya matahari sebagai energi kimia. Tetapi, bentuk reaksi katabolisme yang berbeda-beda ini tergantung dari reaksi redoks yang meliputi transfer elektron dari donor tereduksi seperti molekul organik, air, amonia, hidrogen sulfida, atau ion besi ke molekul akseptor seperti oksigen, nitrat, atau sulfat. Pada hewan reaksi katabolisme meliputi molekul organik kompleks yang dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana, seperti karbon dioksida dan air. Pada organisme fotosintetik seperti tumbuhan dan sianobakteria, reaksi transfer elektron ini tidak menghasilkan energi, tetapi digunakan sebagai tempat menyimpan energi yang diserap dari cahaya matahari.

            Urutan yang paling umum dari reaksi katabolik pada hewan dapat dibedakan menjadi tiga tahapan utama. Pertama, molekul organik besar seperti protein, polisakarida, atau lemak dicerna menjadi molekul yang lebih kecil di luar sel. Kemudian, molekul-molekul yang lebih kecil ini diambil oleh sel-sel dan masih diubah menjadi molekul yang lebih kecil, biasanya asetil koenzim A (Asetil KoA), yang melepaskan energi. Akhirnya, kelompok asetil pada KoA dioksidasi menjadi air dan karbon dioksida pada siklus asam sitrat dan rantai transpor elektron, dan melepaskan energi yang disimpan dengan cara mereduksi koenzim Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD⁺) menjadi NADH.

            Pada setiap organisme, untuk menghasilkan energi tersebut dapat dibagi dalam dua cara, yaitu sebagai berikut :

a.  Respirasi seluler atau respirasi aerob, yaitu reaksi yang menggunakan oksigen sebagai    bahan bakar organik. Secara umum keseluruhan proses pada respirasi seluler          berlangsung sebagai berikut :

>> Senyawa organik + Oksigen -> Karbon dioksida + Air + Energi
Termasuk ke dalam reaksi seluler adalah reaksi glikolisis, siklus Krebs, dan transpor elektron, dimana diantara glikolisis dan siklus Krebs terdapat sebuah reaksi antara yang disebut dekarboksilasi oksidatif.

b. Fermentasi, atau respirasi anaerob, yaitu proses pemecahan molekul yang berlangsung    tanpa bantuan oksigen. Termasuk ke dalam fermentasi adalah fermentasi asam laktat,          fermentasi alkohol, dan fermentasi asam cuka.

            Pada hakikatnya, respirasi adalah pemanfaatan energi bebas dalam makanan menjadi energi bebas yang ditimbun dalam bentuk ATP. Dalam sel, ATP digunakan sebagai sumber energi bagi seluruh aktivitas hidup yang memerlukan energi. Aktivitas hidup yang memerlukan energi, antara lain sebagai berikut.

1). Kerja mekanis:

            Salah satu bentuk kerja mekanis adalah lokomosi. Kerja mekanis selalu terjadi jika sel otot berkontraksi.

2). Transpor Aktif:

            Dalam transpor aktif, sel-sel harus mengeluarkan energi untuk mengangkut molekul zat atau ion yang melawan gradien konsentrasi zat.

3). Produksi Panas

            Energi panas penting bagi tubuh burung dan hewan menyusui. Energi panas ini, umumnya timbul sebagai hasil sampingan transformasi energi dalam sel. Misalnya, pada proses kontraksi otot, terjadi pemecahan ATP. Disamping timbul energi mekanik, timbul juga energi panas.

Contoh katabolisme adalah proses pernapasan sel atau respirasi.

            Respirasi merupakan oksidasi senyawa organik secara terkendali untuk membebaskan energi bagi pemeliharaan dan perkembangan makhluk hidup.

Berdasarkan kebutuhan terhadap tersedianya oksigen bebas, dibedakan atas :

a). Respirasi Aerob, yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen bebas, jadi oksigen          merupakan senyawa penerima hidrogen terakhir. Respirasi sel secara Aerob berlangsung         melalui empat tahap, yaitu :

       1. Glikolisis

o    Berlangsung di sitoplasma

o    Berlangsung secara anaerob

o    Mengubah satu molekul glukosa (senyawa berkarbon 6) menjadi dua molekul asam piruvat (senyawa berkarbon 3)

o    Dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk tiap molekul glukosa.

       2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat.

o    Berlangsung pada matriks mitokondria.

o    Mengubah Asam Piruvat (senyawa berkarbon 3) menjadi Asetil-KoA (senyawa berkarbon 2).

o    Dihasilkan 1 NADH dan CO₂, untuk tiap molekul Asam Piruvat menjadi Asetil-KoA.

3. Daur Krebs

o    Berlangsung pada matriks mitokondria

o    Mengubah Asetil-KoA (senyawa berkarbon 2) menjadi CO₂ (senyawa berkarbon 1).

o    Untuk tiap molekul senyawa Asetil-KoA dihasilkan IATP, 1 FADH dan3 NADH.

4. Rantai Pengangkutan Elektron

o    NADH dan FADH merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen. Satu molekul NADH akan melepaskan / menghasilkan 3 ATP, sedangkan satu molekul FADH akan melepaskan / menghasilkan 2 ATP.

2. Fungsi Metabolisme ?

B. Fungsi Metabolisme

     Adapun fungsi metabolisme yaitu :

1.      Untuk memperoleh energi kimia dari degradasi sari makanan yang kaya energi dari lingkungan atau dari energi solar

2.      Untuk mengubah molekul nutrien menjadi prekursor unit pembangun bagi makromolekul sel,

3.      Untuk menggabungkan unit-unit pembangun ini menjadi protein, asam nukleat, lipida, polisakarida, dan komponen sel lain

4.      Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan di dalam fungsi khusus sel

5.      Pengubah Racun

Racun merupakan zat yang jelas tidak dibutuhkan oleh tubuh. Masuknya zat ini ke dalam tubuh tidak selamanya dilakukan dengan sengaja, sebagian besar malah justru tidak sengaja, alias keracunan. Dan tahukah Anda bahwa proses metabolisme ini bisa mengubah zat beracun menjadi senyawa yang sama sekali tidak beracun tidak hanya mengubahnya menjadi tidak beracun, metabolisme juga dapat mengeluarkan racun dari tubuh.

6.      Menjaga Kesehatan Tubuh

Metabolisme merupakan sebuah proses yang membantu tubuh untuk mengolah aneka zat yang masuk ke dalam tubuh. Hasil akhir dari pengolahan tersebut nantinya berperan dalam membentuk identitas kesehatan tubuh. Jika proses metabolime berjalan lancar, tubuh akan jauh lebih merasa sehat dan bugar

7.      Penghasil Senyawa ATP

ATP merupakan senyawa kimia berenergi tinggi, tetapi mempunyai ikatan yang bersifat labil.  Senyawa tersebut nantinya akan menyumbang energi pada proses-proses dalam metabolisme seperti fotosintesis, respirasi, sintesis protein, kemosintesis, dan lemak.

3. Proses Metabolisme didalam tubuh hewan ?

C. Proses Metabolisme

          Adapun proses metabolisme didalam sel tubuh hewan sebagai berikut :

Metabolisme

Katabolisme : proses degradasi nutrient menjadi fragmen-fragmen yang lebih kecil. Proses katabolisme menghasilkan ATP, proton motive force, menurunkan tenaga dan pengambilan nutrisi serta pembentukan rangka karbon dalam jalur metabolisme inti  Jalur degradasi ini bisa pendek (misalnya pembentukan asetat) atau bisa pula panjang (misalnya pembentukan asam benzoat)

Amphibolisme : proses pembentukan intermediate (senyawa antara) Terjadi pembentukan building blocks (senyawa pembangun), misalnya asam amino, purin, pirimidin, gula-gula fosfat,asam organik, dan metabolit lain

Anabolisme : biosintesis polimer dari monomer (asam amino, nukleotida dan lipid) dari rangka karbon utama melalui pemanfaatan ATP dan NADPH,Pertumbuhan sel dengan menggabungkan struktur makromolekul melalui proses polimerisasi monomer-monomer yang dihasilkan dari proses biosintesis, melibatkan berbagai nukleotida fosfat, Polimer sel a.l. protein, asam nukleat, dinding sel, makanan cadangan, dll

Reaksi dalam proses metabolisme

1.      Reaksi redoks (reduksi-oksidasi) yang melibatkan donor elektron

dan akseptor elektron

2.      Keseluruhan reaksi redoks menunjang aktivitas sel yang menghasilkan salah satu dari 3 macam energi kimia berpotensial :

a.       Nukleotida piridin (NADH dan NADPH)

b.      Nukleotida adenin (ATP,ADP dan AMP)

c.      Proton motive force (pemindahan ion H dari bagian interior ke bagian eksterior membran

Pada setiap organisme untuk menghasilkan energi terdapat dua cara, yaitu :

a.         Respirasi Aerob

yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen bebas, jadi oksigen merupakan senyawa penerima hidrogen terakhir.

Respirasi sel secara Aerob berlangsung melalui empat tahap, yaitu :

1.        glikolisis

Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses pemecahan glukosa menjadi:

1.   asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)

2.   asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)

Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.

Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:

Glukosa + 2ADP +2P_i à 2_L(+)-Laktat +2ATP +2H₂O

Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut (pada setiap tahap, lihat dan hubungkan dengan Gambar Lintasan detail metabolisme karbohidrat):

1.  Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. Proses ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat. ATP bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Terminal fosfat berenergi tinggi pada ATP digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P)

Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar berupa kalor, sehingga dalam kondisi fisiologis dianggap irrevesibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk reaksi glukosa 6-fosfat.

Mg²⁺ Glukosa + ATP   à  glukosa 6-fosfat + ADP

2.  Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase dalam suatu reaksi isomerasi aldosa-ketosa. Enzim ini hanya bekerja pada anomer µ-glukosa 6-fosfat.

µ-D-glukosa 6-fosfat « µ-D-fruktosa 6-fosfat

3.  Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase merupakan enzim yang bersifat alosterik sekaligus bisa diinduksi, sehingga berperan penting dalam laju glikolisis. Dalam kondisi fisiologis tahap ini bisa dianggap irreversible. Reaksi ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P)

µ-D-fruktosa 6-fosfat + ATP « D-fruktosa 1,6-bifosfat

4.  Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase (fruktosa 1,6-bifosfat aldolase).

D-fruktosa 1,6-bifosfat« D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat

5.  Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi interkonversi). Reaksi bolak-balik ini mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase.

D-gliseraldehid 3-fosfat « dihidroksiaseton fosfat

6.   Glikolisis berlangsung melalui oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3-bifosfogliserat, dan karena aktivitas enzim fosfotriosa isomerase, senyawa dihidroksi aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3-fosfat.

D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD⁺ + P_i« 1,3-bifosfogliserat + NADH + H⁺

Enzim yang bertanggung jawab terhadap oksidasi di atas adalah gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung kepada NAD.

Atom-atom hydrogen yang dikeluarkan dari proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD⁺ yang terikat pada enzim. Pada rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi. (+3P)

Catatan:

Karena fruktosa 1,6-bifosfat yang memiliki 6 atom C dipecah menjadi Gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat yang masing-masing memiliki 3 atom C, dengan demikian terbentuk 2 molekul gula yang masing-masing beratom C tiga (triosa). Jika molekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1 molekul glukosa pada bagian awal, sampai dengan tahap ini akan menghasilkan 2 x 3P = 6P. (+6P)

7. Energi yang dihasilkan dalam proses oksidasi disimpan melalui pembentukan ikatan sulfur berenergi tinggi, setelah fosforolisis, sebuah gugus fosfat berenergi tinggi dalam posisi 1 senyawa 1,3 bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP dalam reaksi lebih lanjut  dengan ADP, yang dikatalisir oleh enzim fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat.

1,3-bifosfogliserat + ADP « 3-fosfogliserat + ATP

Catatan:

Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)

8. 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim fosfogliserat mutase. Senyawa 2,3-bifosfogliserat (difosfogliserat, DPG) merupakan intermediate dalam reaksi ini.

3-fosfogliserat « 2-fosfogliserat

9. 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. Reaksi ini melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energi di dalam molekul, menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi.

Enolase dihambat oleh fluoride, suatu unsure yang dapat digunakan jika glikolisis di dalam darah perlu dicegah sebelum kadar glukosa darah diperiksa. Enzim ini bergantung pada keberadaan Mg²⁺ atau Mn²⁺.

2-fosfogliserat « fosfoenol piruvat + H₂O

10. Fosfat berenergi tinggi PEP dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga menghasilkan ATP. Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat. Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar sebagai panas dan secara fisiologis adalah irreversible.

Fosfoenol piruvat + ADP à piruvat + ATP

Catatan:

Karena ada 2 molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)

11. Jika keadaan bersifat anaerob (tak tersedia oksigen), reoksidasi NADH melalui pemindahan sejumlah unsure ekuivalen pereduksi akan dicegah. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim laktat dehidrogenase.

Piruvat + NADH + H⁺ à L(+)-Laktat + NAD⁺

Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO₂ melalui siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH + H⁺ yang terbentuk dalam glikolisis akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui salah satu dari reaksi ulang alik (shuttle).

8.       

9.       

10.   

11.   

12.   

13.   

14.   

15.   

·         Berlangsung di sitoplasma

·         Berlangsung secara anaerob

·         Mengubah satu molekul glukosa (senyawa berkarbon 6) menjadi dua molekul asam  piruvat(senyawa berkarbon 3)

·         Dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk tiap molekul glukosa.

2.        Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat.

            Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadi di dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda yang bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan dengan membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks µ-keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat.  Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa non karbohidrat menjadi karbohidrat. Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:

1.   Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi derivate hidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO₂.

2.   Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid, selanjutnya TDP lepas.

3.  Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.

4.   Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD⁺, yang akhirnya memindahkan ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.

_·          Piruvat + NAD⁺ + KoA à Asetil KoA + NADH + H⁺ + CO₂

·         Berlangsung pada matriks mitokondria.

·         Mengubah Asam Piruvat (senyawa berkarbon 3) menjadi Asetil-KoA (senyawa berkarbon 2).

·         Dihasilkan 1 NADH dan CO₂, untuk tiap molekul Asam Piruvat menjadi Asetil-KoA.

3.         Daur Krebs

Siklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH₃-CO~KoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.

Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut.

·         Berlangsung pada metriks motokondria

·         Mengubah Asetil-KoA (senyawa berkarbon 2) menjadi CO₂ (senyawa berkarbon 1).

·         Untuk tiap molekul senyawa Asetil-KoA dihasilkan IATP, 1 FADH dan3 NADH.

4.         Rantai Pengangkutan Elektron

Proses ini juga dikenal sebagai proses fosforilasi oksidatif. Di dalam proses ini, NADH dan FADH2 yang mengandung elektron akan melepaskan elektron tersebut ke dalam akseptor utama yaitu oksigen. Pada akhir dari proses ini, akan terhasil 3 molekul ATP dari 1 molekul NADH dan 2 molekul ATP dihasilkan dari 1 molekul FADH2

b.    Respirasi Anaerob

pada respirasi Anaerob jalur yang ditempuh meliputi :

Fermentasi Alkohol :

Aseptornya : Aseltadehid, hasilnya etanol, terjadi pada sel tumbuhan

Reaksi : C₆ H ₁₂O₆ 2 C₂ H₅ OH + 2 CO₂ + 2 ATP

Glukosa                Etanol

Fermentasi Laktat

Aseptornya : Asam Piruvat, hasilnya Asam Laktat, terjadi pada sel hewan.

Reaksi : C₆ H ₁₂O₆ C₃ H₆ O₃ + 2 ATP

Glukosa          As, Laktat

Fungsi energi dalam metabolisme

 Nukleotida piridin (NADH dan NADPH) :

memindahkan hidrogen antara berbagai bagian sel yang berbeda-beda

 Nukleotida adenin (ATP,ADP dan AMP) :

memperpanjang reaksi sel misalnya pada polimerisasi nukleotida dan asam amino

 Proton motive force (pemindahan ion H

dari bagian interior ke bagian eksterior membran) : berperan dalam pengambila substrat, atau untuk pergerakan

Fungsi enzim dalam metabolisme

 Reaksi metabolisme dikatalisis oleh enzim

 Semua protein pada sel tunggal (unisel)

    berada dalam bentuk protein   enzim

 Pada bakteri, kebanyakan tidak memiliki protein struktur

 Setiap enzim secara spesifik bertanggung

                                        jawab pada konversi suatu senyawa menjadi senyawa lain

 Kerja enzim dapat bersifat substratspesifik, atau kerja-spesifik

Pembentukan energi dalam reaksi biokimia yang terjadi di dalam sel

                                    Reaksi biokimia dalam metabolisme melibatkan pembentukan ATP

Ada tiga cara ATP dibentuk :

 Substrate-level phosphorylation

 Oxidative/respiratory-chain phosphorylation

 Photosynthetic phosphorylation

·         Fosforilasi pada tingkat substrat

(Substrate-level Phosphorylation)

 Reaksi biokimia yang terjadi di dalam sitoplasma pada pembentukan ATP

 Pada reaksi Gliserat 1,3 bifosfat → 3 fosfogliserat : terbentuk 1 ATP

 Fosfoenol piruvat → piruvat (1 ATP)

 Asetil fosfat → asetat (1 ATP) Pada reaksi ini hanya terjadi pada bakteri  

    yang  memproduksi asetat, butirat, butanol, aseton, isopropanol

·         Fosforilasi pada rantai respirasi

(Respiratory-Chain Phosphorylation)

 Ditandai dengan kapasitas memproduksi energy melalui proses respirasi

 Disebut juga fosforilasi transport elektron

 Sel bakteri dan mitokondria pada eukariot bertindak sebagai vesikel yang 

                dikelilingi oleh membran sitoplasma.

 Ion Hidrogen dipindahkan dari atau ke membrane sedemikian rupa sehingga     

    terjadi  gradient elektrokimia antara bagian luar dan dalam membran

 Bagian luar membran bermuatan positif, bagian dalam bermuatan negatif

 Transport elektron terjadi pada membran dan rantai respirasi tersebut 

     bertindak sebagai pompa proton. Pada sintesis ATP, proton mengalir dari 

      luar sel ke dalam  sel

·         Fosforilasi fotosintesis

(Photosynthetic phosphorylation)

Proses ini terjadi pada membran sel

 Terlibat suatu rangkaian reaksi yang membawa elektron (oleh donor

    elektron)dan yang menerima electron (oleh akseptor elektron)

 Oksigen bukan satu-satunya spesi akseptor elektron, tapi juga senyawa lain

    misalnya senyawa inorganik nitrat, CO2, senyawa organik fumarat, dll)

 Pada Fotosintesis terjadi pula transport elektron, dan cahaya merupakan 

    pemicu pompa proton