Karbohidrat adalah komponen dalam makanan yang merupakan sumber energi yang

utama bagi organisme hidup. Dalam makanan kita, karbohidrat terdapat sebagai polisakarida

yang dibuat dalam tumbuhan dengan cara fotosintesis. Tumbuhan merupakan gudang yang

menyimpan karbohidrat dalam bentk amilum dan selulosa. Amilum digunakan oleh hewan dan

manusia apabila ada kebutuhan untuk memproduksi energi. Di samping dalam tumbuhan, dalam

tubuh hewan dan manusia juga terdapat karbohidrat yang merupakan sumber energi, yaitu

glikogen.

Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis, baik dalam

mulut, lambung maupun usus. Hasil akhir proses pencernaan karbohidrat ini ialah glukosa,

fruktosa, galaktosa, dan manosa serta monosakarida lainnya. Senyawa-senyawa ini kemudian

diabsorbsi melalui dinding usus dan dibawa ke hati oleh darah.

Dalam sel-sel tubuh, karbohidrat mengalami berbagai proses kimia. Proses inilah yang

mempunyai peranan penting dalam tubuh kita. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sel ini

tidak berdiri sendiri, tetapi saling berhubungan dan saling mempengaruhi. Sebagai contoh

apabila banyak glukosa yang teroksidasi untuk memproduksi energi, maka glikogen dal;am hati

akan mengalami proses hidrolisis untuk membentuk glukosa. Sebaliknya apabila suatu reaksi

tertentu menghasilkan produk yang berlebihan, maka ada reaksi lain yang dapat menghambat

produksi tersebut. Dalam hubungan antar reaksi ini enzi-enzim mempunyai peranan sebagai

pengatur dan pengendali. Proses kimia yang terjadi dalam sel ini disebut metabolisme. Oleh

karena itu, dalam makalah ini akan dijelaskan satu persatu tentang proses metabolisme

karbohidrat, sehingga pembaca akan lebih mengerti.

B.     Rumusan Masalah

1.      Apa yang dimaksud dengan metabolisme, karbohidrat, dan metabolisme karbohidrat?

2.      Berapa macam proses metabolisme karbohidrat pada tubuh manusia?

BAB II

PEMBAHASAN

1.      Pengertian Metabolisme, Karbohidrat, dan Metabolisme Karbohidrat

1.1.Pengertian Metabolisme

Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup,

mulai makhluk hidup bersel satu hingga yang memiliki susunan tubuh kompleks seperti manusia.

Dalam hal ini, makhluk hidup mendapat, mengubah dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya

untuk mempertahankan hidupnya.

Metabolisme meliputi proses sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) senyawa

atau komponen dalam sel hidup. Semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Hal lain yang

penting dalam metabolisme adalah peranannya dalam penawar racun atau detoksifikasi.

1.2.Pengertian Karbohidrat

Karbohidrat yaitu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon (C), hidrogen (H), dan

oksigen (O). Terdiri atas unsur C, H, O dengan perbandingan 1 atom C, 2 atom H, 1 atom O.

karbohidrat banyak terdapat pada tumbuhan dan binatang yang berperan struktural & metabolik.

Sedangkan pada tumbuhan, untuk sintesis CO2 dan H2O akan menghasilkan amilum / selulosa

melalui proses fotosintesis, sedangkan binatang tidak dapat menghasilkan karbohidrat sehingga

tergantung tumbuhan. Karbohidrat merupakan sumber energi dan cadangan energi yang diproses

melalui proses metabolisme.

Banyak sekali makanan yang kita makan sehari-hari adalah sumber karbohidrat seperti nasi,

singkong, umbi-umbian, gandum, sagu, jagung, kentang, dan beberapa buah-buahan lainnya.

Rumus umum karbohidrat yaitu (CH2O)n, sedangkan yang paling banyak kita kenal yaitu

glukosa dengan rumus C6H12O6, sukrosa dengan rumus C12H22O11, selulosa dengan  rumus

(C6H10O5)n.

                Fungsi Karbohidrat

Ada banyak fungsi dari karbohidrat dalam penerapannya di industri pangan, farmasi

maupun dalam kehidupan manusia sehari-hari. Di antara fungsi dan kegunaan itu ialah sebagai

berikut :

a. Sebagai sumber kalori atau energi

b. Sebagai bahan pemanis dan pengawet

c. Sebagai bahan pengisi dan pembentuk

d. Sebagai bahan penstabil

e. Sebagai sumber flavor (karamel)

f. Sebagai sumber serat

            Klasifikasi Karbohidrat

Karbohidrat dapat dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon,

lokasi gugus karbonil (-C=O), serta stereokimia. Berdasarkan jumlah unit gula dalam rantai,

karbohidrat digolongkan menjadi 4 golongan utama yaitu:

1.       Monosakarida : terdiri atas 3-6 atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis oleh larutan asam

dalam air menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Monosakarida yang paling sederhana ialah

gliseraldehida dan dihidroksiaseton. Sedangkan monosakarida yang penting bagi tubuh adalah

glukosa, fruktosa, dan galaktosa.

2.      Disakarida : senyawanya terbentuk dari 2 molekul monosakarida yg sejenis ataupun berbeda.

Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air sehingga terurai menjadi 2 molekul

monosakarida. Contoh dari disakarida adalah maltosa (glukosa+glukosa), laktosa

(glukosa+galaktosa), dan sukrosa (glukosa+fruktosa).

3.      Oligosakarida : senyawa yang terdiri dari gabungan 3 – 10 monosakarida. Misalnya trisakarida

dan tetrasakarida.

4.      Polisakarida : senyawa yang terdiri dari gabungan lebih dari 10 molekul- molekul 

monosakarida, senyawa ini bisa dihidrolisis menjadi banyak molekul monosakarida. Polisakarida

merupakan jenis karbohidrat yang mempunyai struktur  rantai lurus maupun bercabang. Misanya

amilum, glikogen, dekstrin, dan selulosa.

1.3.Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme mengakar pada kata “metabole” dari bahasa Yunani yang berarti berubah.

Dalam dunia ilmu pengetahuan, secara sederhana metabolisme diartikan sebagai proses kimiawi

yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup yang bertujuan untuk menghasilkan energi.

Proses metabolisme karbohidrat secara garis besar terdiri dari dua cakupan yakni reaksi

pemecahan atau katabolisme dan reaksi pembentukan atau anabolisme. Pada proses

pembentukan, salah satu unsur yang harus terpenuhi adalah energi. Energi ini dihasilkan dari

proses katabolisme.

Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:

1. Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)

      Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk struktur dan mesin

tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.

2. Lintasan katabolik (pemecahan)

      Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam

bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi

oksidatif.

3. Lintasan amfibolik (persimpangan)

      Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme

sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh

dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.

Metabolisme karbohidrat pada manusia terutama :

•     Glikolisis, yaitu oksidasi glukosa atau glikogen menjadi piruvat dan asam laktat melalui

Embden-Meyerhof  Pathway (EMP).

•     Glikogenesis, yaitu sintesis glikogen dari glukosa.

•     Glikogenolisis, yaitu pemecahan glikogen, pada hepar hasil akhir adalah glukosa, sedangkan

di otot diubah menjadi piruvat dan asam laktat.

•     Siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitrat adalah suatu jalan

bersama dari oksidasi karbohidrat, lemak dan protein melalui asetil-Ko-A dan akan

dioksidasikan secara sempurna menjadi CO2 & H2O.

•     Heksosa Monofosfat Shunt atau siklus pentosa fosfat adalah suatu jalan lain dari oksidasi

glukosa selain EMP dan siklus Krebs.

•     Glukoneogenesis, yaitu pembentukan glukosa atau glikogen dari zat-zat bukan karbohidrat.

•     Oksidasi asam piruvat menjadi asetil Ko-A, yaitu lanjutan dari glikolisis serta menjadi

penghubung antara glikolisis dan siklus Krebs.

2.      Macam-macam Proses Metabolisme Karbohidrat

1.      Glikolisis

Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel

melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal

ini mengakibatkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu

oleh enzim heksokinase. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah molekul

gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan bantuan satu ATP dan enzim fosfoheksokinase. Proses

selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya adalah 4 molekul ATP dan hasil akhir

berupa 2 molekul asam piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yang terjadi sebagai

berikut

Glikolisis merupakan proses pengubahan molekul sumber energi, yaitu glukosa yang mempunyai 6

atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat yang mempunyai 3 atom C.

  Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma).

  Reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tertentu,

  Dari sembilan tahapan reaksi tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua fase, yaitu fase investasi

energi, yaitu dari tahap 1 sampai tahap 4, dan fase pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5

sampai tahap 9.

  Pertama-tama, glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat dari satu molekul ATP, yang

kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat.

  Setelah itu, glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu fruktosa 6-fosfat. Satu

molekul ATP yang lain memberikan satu gugus fosfatnya kepada fruktosa 6-fosfat, yang

membuat ATP tersebut menjadi ADP dan fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat.

Kemudian, fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling isomer satu sama

lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL (fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat).

  Tahapan-tahapan reaksi diatas itulah yang disebut dengan fase investasi energi.

  Selanjutnya, dihidroksi aseton fosfat dan PGAL masing-masing mengalami oksidasi dan

mereduksi NAD+, sehingga terbentuk NADH, dan mengalami penambahan molekul fosfat

anorganik (Pi) sehingga terbentuk 1,3-difosfogliserat.

  Kemudian masing-masing 1,3-difosfogliserat melepaskan satu gugus fosfatnya dan berubah

menjadi 3-fosfogliserat, dimana gugus fosfat yang dilepas oleh masing-masing 1,3-

difosfogliserat dipindahkan ke dua molekul ADP dan membentuk dua molekul ATP.

  Setelah itu, 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat. Setelah menjadi 2-

fosfogliserat, sebuah molekul air dari masing-masing 2-fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan

fosfoenolpiruvat.

  Terakhir, masing-masing fosfoenolpiruvat melepaskan gugus fosfat terakhirnya, yang kemudian

diterima oleh dua molekul ADP untuk membentuk ATP, dan berubah menjadi asam piruvat.

  Setiap pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan produk kotor

berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul ATP, dan 2 molekul air.

  Akan tetapi, pada awal reaksi ini telah digunakan 2 molekul ATP, sehingga hasil bersih reaksi ini

adalah 2 molekul asam piruvat (C3H4O3), 2 molekul NADH, 2 molekul ATP, dan 2 molekul air.

Walaupun empat molekul ATP dibentuk pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi

keseluruhan adalah dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yang harus diberikan pada fase

awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen.

2.      Dekarboksilasi Oksidatif

Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA

(koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan

hilang sebagai CO2 dan akan berdifusi keluar sel. Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan

mengalami oksidasi sehingga gugus hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron

NAD+.

Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA.

Hasil akhir dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2

molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1. Berdasarkan hal

tersebut, dapat diketahui betapa pentingnya vitamin B dalam tubuh hewan maupun tumbuhan.

3.      Siklus Krebs

Proses selanjutnya adalah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga dihasilkan

banyak akseptor elektron. Selain disebut sebagai daur asam sitrat, proses ini disebut juga daur

Krebs. Hans A. Krebs adalah orang yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini

pada tahun 1930. Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus.

Berikut adalah tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat.

Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat.

Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan molekul air.

         Perubahan formasi asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.

         Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan bantuan enzim asam isositrat

dehidrogenase, membentuk asam α-ketoglutarat. NAD+ akan mendapatkan donor elektron dari

hidrogen untuk membentuk NADH. Asam α-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil

KoA.

         Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan donor fosfat

menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.

         Asam suksinat dengan bantuan suksinat dehidrogenase akan berubah menjadi asam fumarat

disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini, elektron akan ditangkap oleh akseptor

FAD menjadi FADH2.

         Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan bantuan enzim fumarase.

         Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan bantuan enzim asam malat

dehidrogenase. NAD+ akan menerima sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk

NADH.

         Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi dengan sumbangan dua

gugus karbon dari asetil KoA.

4.      Transfer Elektron

Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akibat

penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron

untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yakni ATP. Reaksi ini berlangsung di dalam

membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu

oleh enzim pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yang melibatkan NADH

(Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), dan molekul-

molekul lainnya. Dalam pembentukan ATP ini, ada akseptor elektron yang akan memfasilitasi

pertukaran elektron dari satu sistem ke sistem lainnya.

         Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah oleh enzim (substrat).

Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut : 2H → 2H+ + 2e (Elektron).

         NADH dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen kepada flavoprotein (FP),

flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang bertindak sebagai pembawa ion hidrogen. Dari

flavoprotein atau FAD, setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma

untuk membentuk molekul H2O.

         Elektron akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung besi dan sulfur (FeSa dan

FeSb) → sitokrom b → koenzim quinon → sitokrom b2 sitokrom o → sitokrom c → sitokrom

a → sitokrom a3, dan terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk

H2O. Perhatikan gambar.

Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H2O) dihasilkan melalui NADH dan 1

molekul H2O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H2O yang melalui NADH setara dengan 3 ATP

dan 1 molekul air yang melalui FAD setara dengan 2 ATP.

Walaupun ATP total yang tertera pada Tabel 1 adalah 38 ATP, jumlah total yang

dihasilkan pada proses respirasi adalah 36 ATP. Hal tersebut disebabkan 2 ATP digunakan oleh

elektron untuk masuk ke mitokondria.

No Proses Akseptor ATP

1. Glikolisis → 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP

2. Siklus Krebs

2 asam piruvat → 2 asetil KoA + 2CO2 2 NADH 2ATP

2 asetil KoA → 4CO2 6 NADH

3. Rantai transfer elektron

10NADH + 502 → 10NAD+ + 10H2O

2 FADH2 + O2 → 2 FAD + 2H2O

30 ATP 

4 ATP

34 ATP

5.      Glikogenesis

Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen

untuk disimpan di dalam hati.

Lintasan diaktivasi di dalam hati, oleh hormon insulin sebagai respon terhadap rasio gula

darah yang meningkat, misalnya karena kandungan karbohidrat setelah makan; atau teraktivasi

pada akhir siklus Cori. Penyimpangan atau kelainan metabolisme pada lintasan ini disebut

glikogenosis.

Proses glikogenesis adalah sebagai berikut :

         Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga pada

lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati oleh

glukokinase.

         Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator

enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo akan

mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.

Enz-P + Glukosa 1-fosfat↔Enz + Glukosa 1,6-bifosfat↔Enz-P + Glukosa 6- fosfat

         Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin

difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase.

UDPGlc + PPi↔UTP + Glukosa 1-fosfat

         Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik

reaksi kearah kanan persamaan reaksi.

         Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom

C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini

dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut

glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat

terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.

6.      Glikogenolisis

Glikogenolisis adalah lintasan metabolisme yang digunakan oleh tubuh, selain

glukoneogenosis, untuk menjaga keseimbangan kadar glukosa di dalam plasma darah untuk

menghindari simtoma hipoglisemia. Pada glikogenolisis, glikogen digradasi berturut-turut

dengan 3 enzim, glikogen fosforilase, glukosidase, fosfoglukomutase, menjadi glukosa. Hormon

yang berperan pada lintasan ini adalah glukagon dan adrenalin.

Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1-fosfat. Berbeda

dengan reaksi pembentukan glikogen, reaksi ini tidak melibatkan UDP-glukosa, dan enzimnya

adalah glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh

enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase.

Tahap reaksi berikutnya adalah pembentukan glukosa dari glukosa 6-fosfat. Berbeda

dengan reaksi kebalikannya dengan glukokinase, dalam reaksi ini enzim lain, glukosa 6-

fosfatase, melepaskan gugus fosfat sehigga terbentuk glukosa. Reaksi ini tidak menghasilkan

ATP dari ADP dan fosfat.

Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi sehingga

menghasilkan energi, yang energi itu terekam / tersimpan dalam bentuk ATP.

7.      Glukoneogenesis

Glukoneogenesis adalah lintasan metabolisme yang digunakan oleh tubuh, selain

glikogenolisis, untuk menjaga keseimbangan kadar glukosa di dalam plasma darah untuk

menghindari simtoma hipoglisemia. Pada lintasan glukoneogenesis, sintesis glukosa terjadi

dengan substrat yang merupakan produk dari lintasan glikolisis, seperti asam piruvat, asam

suksinat, asam laktat, asam oksaloasetat, terkecuali:

Fosfopiruvat + Piruvat kinase + ADP → Piruvat + ATP

Fruktosa-6P + Fosfofrukto kinase + ATP → Fruktosa-1,6-BPt + ADP

Glukosa + Heksokinase + ATP → Glukosa-6P + ADP

Enzim glikolitik yang terdiri dari glukokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase

mengkatalisis reaksi yang ireversibel sehingga tidak dapat digunakan untuk sintesis glukosa.

Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversibel tersebut, maka proses glukoneogenesis

berlangsung melalui tahap reaksi lain. Reaksi tahap pertama glukoneogenesis merupakan suatu

reaksi kompleks yang melibatkan beberapa enzim dan organel sel (mitokondrion), yang

diperlukan untuk mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuk fosfoenolpiruvat.

Proses Glukoneogenesis

Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Disini

asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yang

disebut glukoneogenesis (pembentukan gula baru).

Pada dasarnya glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa dari senyawa-senyawa bukan

karbohidrat, misalnya asam laktat danbeberapa asam amino. Proses glukoneogenesis

berlangsung terutama dalam hati.

Walaupun proses glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa, namun bukan

kebalikandari proses glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak

reversible, artinya diperlukan enzim lain untuk kebalikannya.

•      Glukosa + ATP → heksokinase Glukosa-6-Posfat + ADP

•      Fruktosa-6-posfat + ATP fosforuktokinase → fruktosa 1,6 diposfat + ADP

•       Fosfoenol piruvat  + ADP piruvatkinase → asam piruvat + ATP

Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversible tersebut, maka proses glukoneogenesis

berlangsung melalui tahap reaksi lain, yaitu :

         Fosfoenolpiruvat dibentuk dari asam piruvat melalui pembentukan asam oksaloasetat.

(a) asam piruvat + CO2+ ATP + H2O asam oksalo asetat +ADP + Fosfat + 2H+

(b) oksalo asetat + guanosin trifosfat fosfoenol piruvat +guanosin difosfat + CO2

         Reaksi (a) menggunakan katalis piruvatkarboksilase dan reaksi (b)menggunakan

fosfoenolpiruvat karboksilase.

         Jumlah reaksi (a) dan (b) ialah : asam piruvat + ATP + GTP + H2O + fosfoenol piruvat + ADP

+GDP + fosfat+ 2H+

         Fruktosa-6-fosfat dibentuk dari fruktosa-1,6-difosfat dengan cara hidrolisis oleh enzim fruktosa-

1,6-difosfatase.

         Glukosa dibentuk dengan cara hidrolisis glikosa-6-fosfat dengan katalisglukosa-6-

fosfatase.glukosa-6-fosfat + H2O ↔ glukosa + fosfat.

1     METABOLISME

            Seperti yang telah dijelaskan dalam pendahuluan, setiap mahluk pasti melakukan proses

penguraian zat makanan dalam tubuhnya untuk melakukan aktivitas kehidupan. Proses – proses

tersebut berlangsung di dalam sel mahluk hidup.proses inilah yang sering disebut proses

metabolisme mahluk hidup.

            Metabolisme merupakan suatu proses pembentukan atau pengurain zat di dalam sel yang

di sertai dengan adanya perubahan energi. Proses – proses ini terjadi di dalam sel mahluk hidup.

Proses yang ter jadi dapat berupa pembentukan zat atau dapat pula berupa penguraian zat

menjadi zat – zat yang lebih sederhana. Proses pembentukan zat terjadi pada proses fotosintesis ,

kemosintesis, sintesis lemak, dan sintesis protein. Proses penguraian zat dapat berupa respirasi

sel dan fermentasi sel.

            Metabolisme adalah segala proses resksi kimia yang terjadi di dalam mahluk hidup 

mulai mulai dari mahluk bersel satu yang sangat sederhana seperti bakteri, protozoa, jamur,

tumbuhan, hewan, sampai kepada manusia, mahluk yang susunan tubuhnya sangat kompleks. Di

dalam proses ini mahluk hidup mendapat, mengubah, dan memakai senyawa kimia dari

sekitarnya untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya.( Wirahadikusumah M. 1985 ).

            Hampir setiap reaksi yang berlangsung in vivo, di katalis oleh enzim. Bila kami

membayangkan suatu organism hidup sebagai suatu laboratorium kimia yang sangat istimewa,

maka enzim merupakan operator – operator yang terlatih, yang mampu membuat reaksi – reaksi

canggih dengan kecepatan terkendali dan hasil yang tinggi.( Manitto, Paulo. 1992 ).

           

Dalam proses metabolisme, enzim sangat diperlukan sebagai katalisator ( senyawa yang

dapat mempercepat proses terjadinya reaksi tanpa habis reaksi ). Enzim bekerja dengan cara

menempel pada permukaan molekul zat – zat yang bereaksi, dan dengan demikian dapat

mempercepat proses reaksi.

Seperti yang telah dijelaskan di atas, bahwa dalam proses metabolisme ada dua proses

yaitu proses pembentukan dan penguraian.Proses pembentukan dalam metabolisme di sebut juga

proses anabolisme. Sedangkan proses penguraian disebut juga dengan proses katabolisme.

Kedua proses ini disebut juga sebagai arah lintasan dari proses metabolisme. 

`           Kedua arah lintasan metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan

hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon,

dan dipercepatkan oleh senyawa organik yang disebut sebagai enzim. Pada senyawa organik,

penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu percepatan reaksi kimia disebut katalis.

Pada setiap arah metabolisme, reaksi kimiawi melibatkan sejumlah substrat yang

berinteraksi dengan enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan senyawa intermediat

yang lazim disebut dengan metabolit, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya.

Keseluruhan pereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi disebut metabolom. Semua

ini dipelajari pada suatu cabang ilmu biologi yang disebut metabolomika.

            Proses anabolisme biasanya lebih banyak membutuhkan energi sehingga reaksinya dapat

berlangsung cepat dan efisien serta memerlukan energi dalam bentuk energi panas.proses ini

memerlukan energi yang lebih besar karena, dalam proses anabolisme proses yang terjadi lebih

banyak dan prosesnya yang cepat dan efisien  panas sehingga nergy yang di perlukan lebih besar.

Reaksi seperti ini disebut juga reaksi endergonik atau reaksi endoterm.

            Sedangkan dalam proses katabolisme  energi yang di butuhkan lebih sedikit. Karena,

pada reaksi katabolisme hanya menguraikan zat dan melepaskan energi, jadi nergy yang

diperlukan lebih sedikit.  Suatu proses di mana terjadi pelepasan energi disebut juga reaksi

eskergonik atau reaksi eksoterm.

2 . 2     ANABOLISME

            Anabolisme adalah lintasan metabolisme yang menyusun beberapa senyawa organik

sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks.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.

Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino,

monosakarida, dan nukleotida. Kedua, adalah aktivasi senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk

reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi

molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat.

Hasil-hasil anabolisme berguna dalam fungsi yang esensial. Hasil-hasil tersebut misalnya

glikogen dan protein sebagai bahan bakar dalam tubuh, asam nukleat untuk pengkopian

informasi genetik. Protein, lipid, dan karbohidrat menyusun struktur tubuh makhluk hidup, baik

intraselular maupun ekstraselular. Bila sintesis bahan-bahan ini lebih cepat dari perombakannya,

maka organisme akan tumbuh.

Reaksi yang termasuk dalam reaksi anabolisme yaitu fotosintesis dan kemosintesis.

Fotosintesis ialah reaksi anabolisme yang menggunakan energi cahaya.  sedangkan kemosintesis

ialah reaksi anabolisme  yang menggunakan energi kimia. Berikut akan di jelaskan lebih lanjut

mengenai salah satu reaksi anabolisme yaitu fotosintesis.

            Fotosintesis merupakan suatu proses dimana terjadi proses pengolahan energi yang

diperoleh dari sinar matahari dan juga karbon dioksida ( CO2 ) menjadi senyawa kimia organik.

Proses fotosintesis dilakukan oleh tumbuhan tingkat tinggi, tumbuhan pakis, lumut, ganggang

( ganggang hijau, biru, merah dan cokelat ).

Energi matahari yang di tangkap oleh proses fotosintesis merupakan lebih dari 90%

sumber energi yang di pakai oleh manusia untuk pemanasan, cahaya, dan tenaga.Batu bara, gas

bumi, dan minyak bumi adalah sumber energi yang berasal dari hasil perombakan bahan alam

hayati oleh adanya jasad berfotosintesis dalam waktu jutaan tahun yang silam. ( Wirahadi

kusumah, M. 1985  ).

Hingga sekarang fotosintesis masih terus dipelajari karena masih ada sejumlah tahap

yang belum bisa dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak yang diketahui tentang proses vital

ini. Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam

utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri.

Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun

secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi ini. Di

organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil

fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.

Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama:

reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi

memerlukan karbon dioksida).

Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di

dalam stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan

menghasilkan oksigen (O2). Sedangkan dalam reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik yang

membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP dan NADPH). Energi yang digunakan

dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang. Pada proses reaksi gelap tidak dibutuhkan

cahaya matahari. Reaksi gelap bertujuan untuk mengubah senyawa yang mengandung atom

karbon menjadi molekul gula. Dari semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang

gelombang tertentu yang dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitu panjang

gelombang yang berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi atas

cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500 nm) dan violet (<

400 nm).

 Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis. Hal ini terkait

pada sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada

membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Pigmen yang

berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Kloroplas mengandung

beberapa pigmen. Sebagai contoh, klorofil a terutama menyerap cahaya biru-violet dan merah.

Klorofil b menyerap cahaya biru dan oranye dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a

berperan langsung dalam reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan

dalam reaksi terang. Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi

tinggi dari klorofil a yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron.

Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi fotosintesis.

Berikut rumus umum atau persamaan umum dari proses fotosintesis :

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen

yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari

fotosintesis. Selain itu, cahaya matahari juga punya peran penting dalam proses fotosintesis.

 Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen

inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut

kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh

bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar

energi dihasilkan di daun.

 Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta

kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan

yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis.

Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah

terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.

Proses fotosintesis berlangsung pada organel tumbuhan yaitu kloroplas.Kloroplas

terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk batang dan buah yang

belum matang. Di dalam kloroplas terdapat pigmen klorofil yang berperan dalam proses

fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma.

Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Membran stroma ini disebut tilakoid, yang

didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli.

 Di dalam stroma juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana

(kumpulan granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat

terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid.

Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa komponen seperti protein, klorofil a,

klorofil b, karetonoid, dan lipid. Secara keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA,

gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe),

maupun perak (Cu). Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid. Sedangkan,

pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk

akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma. Klorofil sendiri sebenarnya hanya

merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.

2 . 3     KATABOLISME

            Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang

mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah.

Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam

senyawa sumber.Proses pembongkaran ini dibedakan menjadi dua macam.yaitu sebagai berikut :

1.      Apabila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan memerlukan cukup oksigen (aerob) disebut

proses respirasi.

2.      Apabila pembongkaran suatu zat dalam dalam lingkungan tanpa memerlukan oksigen (anaerob)

disebut proses  fermentasi.

Berikut contoh persamaan dua reaksi di atas :

Contoh Respirasi : C6H12O6 + O2 ——————> 6CO2 + 6H2O + 688KKal.

(glukosa)

Contoh Fermentasi :C6H12O6 ——————> 2C2H5OH + 2CO2 + Energi.

(glukosa) (etanol)

Seperti yang telah dijelaskan si atas proses katabolisme terbagi menjadi dua salah satunya

ialah respirasi. Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber

energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi

kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak,dan pertumbuhan.

.Contoh respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya :

C6H,2O6 + 6 O2 ———————————> 6 H2O + 6 CO2 + Energi

(glukosa)

Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H2O + CO2 + Energi, melalui tiga tahap :

         Glikoliisis

Pembakaran glukosa memerlukan oksigaen. Tetapi beberapa sel harus hidup dimana tidak ada

atau tidak selalu ada oksigen. Sebagai contoh sel – sel ragi di dalam botol anggur yang tertutup

rapat dan tidak ada oksigen. Maka ada alasan untuk percaya bahwa sel – sel pertama di bumi kita

ini hidup dalam suatu atmosfir yang tidak mengandung oksigen. Sekarang semua sel mempunyai

peralatan enzimatik untuk mengkatabolis glokosa tanpa bantuan oksigen. Perombakan anaerobik

( tanpa udara, dank arena itu tanpa oksigen ) glukosa ini disebut glikolisis. ( Kimball, W, John.

1983 ).

Glikolisis berlangsung di organel yang bernama sitoplasma. Proses glikolisis menghsilkan 2 ATP

menghasilkan 2 molekul asam piruvat, dan menghasilkan molekul NADH yang berfungsi

sebagai sumber elektron berenergi

tinggi.

         Daur Krebs

Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piruvat

secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Dalam daur krebs terjadi pembentukan

asam sitrat ( C6 ) dari asam asetat ( C2 ) dan asam oksaloasetat ( C4 ). Dalam daur krebs

menghasilkan 2 ATP, 6NADH, 2FADH, dan 6CO2. Proses daur krebs berlangsung di dalam

organel yang bernama matriks mitokondria.

         Transpor elektron

Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2 (NADH + H+ +

1 elektron) 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 melalui paru-paru pada peristiwa

pernafasan hewan tingkat tinggi.

Selain proses respirasi, dalam katabolisme ada juga proses fermentasi yaitu proses

pembongkaran yang tidak memerlukan oksigen. Pada kebanyakan tumbuhan den hewan respirasi

yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob

terhambat dikarenakan oleh sesuatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut

melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama

lainnya adalah respirasi anaerob. Proses fermentasi terjadi karena tidak adanya oksigen atau

kandungan oksigen yang kurang memadai untuk melakukan proses katabolisme.

                                                                                   

Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat /asam susu dan

fermentasi alkohol.Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam

laktat. Peristiwa fermentasi asam laktat ini dapat terjadi di otot dan dalam kondisi anaerob.

Reaksinya: C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Energi

enzim

Prosesnya :

1. Glukosa ————> asam piruvat (proses Glikolisis).

    enzim

    C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Energi

2. Dehidrogenasi asam piravat akan terbentuk asam laktat.

    2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD

    piruvat dehidrogenasa

   Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :

   8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

Selain asam laktat, dalam proses juga terjadi pada alcohol. Pada beberapa mikroba

peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2

selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol.Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa

hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul

glukosa dalam fermentasi alkohol mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Reaksinya :

1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)

2. Dekarbeksilasi asam piruvat.

Asampiruvat ————————————————————> asetaldehid + CO2.

piruvat dekarboksilase (CH3CHO)

3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol

(etanol).

2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————> 2 C2HSOH + 2 NAD.

alkohol dehidrogenase

enzim

Ringkasan reaksi :

C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

2 . 4     PERANAN ENZIM DALAM PROSES METABOLISME

                Enzim adalah zat ( protein )yang untuk sementara terikat pada suatu atau lebih zat – zat

yang bereaksi. Enzim bertugas sebagai katalisator yaitu mempercepat proses terjadinya reaksi

tanpa berhenti bereaksi. Enzim merupakan biomolekul yang mengkatalis reaksi kimia, di mana

hampir semua enzim adalah protein. Pada reaksi-reaksi enzimatik, molekul yang mengawali

reaksi disebut substrat, sedangkan hasilnya disebut produk. Adanya enzim yang merupakan

katalisator biologis menyebabkan reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses metabolisme berjalan

lancar dalam suhu fisiologis tubuh manusia, sebab enzim berperan dalam menurunkan energi

aktivasi menjadi lebih rendah dari yang semestinya dicapai dengan pemberian panas dari luar.

Kerja enzim dengan cara menurunkan energi aktivasi sama sekali tidak mengubah ΔG reaksi

(selisih antara energi bebas produk dan reaktan), sehingga dengan demikian kerja enzim tidak

berlawanan dengan Hukum Hess 1 mengenai kekekalan energi. Selain itu, enzim menimbulkan

pengaruh yang besar pada kecepatan reaksi kimia yang berlangsung dalam organisme. Reaksi-

reaksi yang berlangsung selama beberapa minggu atau bulan di bawah kondisi laboratorium

normal dapat terjadi hanya dalam beberapa detik di bawah pengaruh enzim di dalam tubuh.

Suatu sel tumbuhan mengandung lebih kurang 5 – 50 x 108 molekul enzim.