BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Metabolisme adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan interkonversi

senyawa kimia didalam tubuh, jalur yang diambil oleh tiap molekul, hubungan

antarmolekul, dan mekanisme yang mengatur aliran metabolit melalui jalur –

jalur metabolisme. Jalur metabolik digolongkan menjadi tiga kategori; (1) Jalur

anabolic, yaitu jalur-jalur yang berperan dalam sintesis senyawa yang lebih besar

dan kompleks dari precursor yang lebih kecil, misalnya sintesis protein dari

asam amino dan sintesis cadangan triasigliserol dan glikogen. Jalur anabolic

bersifat endotermik. (2) Jalur katabolic, yang berperan dalam penguraian

molekul besar, sering melibatkan reaksi oksidatif; jalur ini bersifat eksotermik,

yang menghasilkan ekuivalen produksi dan ATP terutama melalui rantai

respiratorik. (3) Jalur amfibolik, yang berlangsung di “persimpangan”

metabolisme, bekerja sebagai penghubung antarajalur katabolic dan anabolic,

misalnya siklus asam sitrat.

Jika asupan bahan bakar metabolic selalu lebih besar daripada pengeluaran

energy, kelebihan bahan bakar ini disimpan, umumnya sebagai triasigliserol

dijaringan adipose sehingga timbul obesitas dan berbagai masalah kesehatan

yang menyertainya. Sebaliknya, jika asupan bahan bakar metabolic terus

menerus sedikit dari pengeluaran energi, cadangan lemak dan karbohidrat nihil,

asam amino yang berasal dari pergantian (turnover) protein digunakan untuk

metabolisme yang menghasilkan energy, bukan untuk sintesi protein sehingga

terjadi emaciation (kurus kering), pengecilan otot (wasting) dan akhirnya

kematian.

Pada keadaan kenyang, setelah makan , pasokan karbohidrat melimpah, dan

bahan bakar metabolic untuk kebanyakan jaringan adalah glukosa. Pada keadaan

puasa, glukosa harus dihemat untuk digunakan oleh system saraf pusat (yang

sangat bergantung sepenuhnya pada glukosa) dan sel darah merah (yang

bergantung pada glukosa). Jadi, jaringan yang menggunakan bahan bakar selain

glukosa dapat menggunakan bahan bakar alternative; otot dan hati mengoksidasi

asam lemak dan hati membentuk badan keton dari asam lemak untuk diekspor ke

1

otot dan jaringan lain. Sewaktu cadangan glikogen menyusut, asam-asam amino

yang berasal dari pergantian protein digunakan untuk glukoneogenesis.

Secara kimia, oksidasi didefinisikan sebagai pengeluaran elektron dan

reduksi sebagai penambahan elektron. Kerana itu, oksidasi selalu disertai oleh

reduksi akseptor elektron. Prinsip oksidasi-reduksi ini berlaku bagi system

biokimia dan merupakan konsep penting yang mendasari pemahaman tentang

sifat oksidasi biologis berlangsung tanpa partisipasi oksigen molekuler misalnya

dehidrogenasi. Kehidupan hewan tingkat tinggi bergantung mutlak pada pasokan

oksigen untuk respirasi, proses sel memperoleh energy dalam bentuk ATP dari

reaksi terkendali hydrogen dengan oksigen untuk membentuk air. Selain itu,

oksigen molekuler dapat bergabung dengan berbagai zat atas bantuan enzim

yang disebut oksigenase; banyak obat, polutan, dan karsinogen kimia

( xenobiotik ) dimetabolisme oleh enzim kelas ini yang dikenal sebagai system

sitokrom P450.

2

B. RUMUSAN MASALAH

1. Apa itu metabolisme oksidatif ?

2. Bagaimana peran adenosin trifosfat ( ATP ) dalam metabolisme ?

3. Bagaimana metabolisme aerob ?

4. Bagaimana jalur yang memproses produk utama pencernaan ?

C. TUJUAN

1. Mahasiswa mampu memahami definisis metabolisme oksidatif

2. Mahasiswa mampu memahami peran adenosine trifosfat ( ATP ) dalam

metabolisme

3. Mahasiswa mampu memahami metabolisme aerob

4. Mahasiswa mampu memahami jalur yang memproses produk utama

pencernaan

3

BAB II

PEMBAHASAN

A. DEFINISI METABOLISME OKSIDATIF

Metabolisme oksidatif adalah bagian pertama dari metabolisme katabolik di

mana sel memecah molekul menjadi energi, atau adenosin trifosfat (ATP). Bagian

kedua dari metabolisme melibatkan penggunaan energi seluler untuk membangun

molekul seperti jaringan dan organ, dan disebut sebagai anabolisme. Respirasi sel

aerobik, sebuah proses yang membutuhkan penggunaan oksigen, adalah bentuk yang

paling efisien produksi ATP.

Metabolisme oksidatif dimulai dengan pemecahan nutrisi organik seperti

karbohidrat, gula, protein, vitamin dan lemak. Glukosa, gula sederhana, adalah

nutrisi yang paling umum yang akan dipecah dalam proses yang dikenal sebagai

glikolisis, atau metabolisme glukosa. Metabolisme glukosa menghasilkan dua

molekul piruvat yang masuk mitokondria dari sel dan diinisiasi ke dalam siklus

Krebs. Mitokondria adalah organel yang memasok energi sel ke seluruh sel.

Pada siklus Krebs, disebut sebagai siklus asam sitrat serta siklus asam

trikarboksilat (TCA), menggambarkan bagian oksidatif metabolisme oksidatif.

Oksidasi adalah pengurangan elektron dan pelepasan energi. Siklus ini dimulai

dengan satu molekul piruvat yang, setelah serangkaian reaksi kimia, adalah masukan

ke dalam siklus sebagai asam oksaloasetat. Siklus dimulai dan diakhiri dengan asam

oksaloasetat, yang mengalami serangkaian reaksi kimia enzim yang diprakarsai

selama siklus untuk menghasilkan energi.

4

Dalam siklus asam sitrat, oksidasi dari atom karbon hasilnya dalam produksi

karbon dioksida dan energi. Ada dua molekul piruvat masukan ke dalam mitokondria

dari satu reaksi metabolisme glukosa, sehingga siklus TCA melibatkan dua putaran

siklus untuk penyelesaian. Setiap gilirannya menghasilkan satu ATP, dan seterusnya

saat selesai, dua ATP diproduksi. Metabolisme oksidatif adalah proses yang efisien

dalam menghasilkan berbagai produk sampingan, yang dikenal sebagai reaksi

intermediet, yang segera digunakan untuk anabolisme setelah katabolisme selesai.

B. PERAN ADENOSIN TRIFOSFAT (ATP) DALAM METABOLISME

Adenosin trifosfat ( ATP ) adalah suatu rantai penghubung yang esensial antara

fungsi penggunaan energi di tubuh. Oleh karena sebab itu, ATP disebut energy

currency of body , dan ATP dapat di diperoleh dan digunakan berulang-ulang.

Energi yang berasal dari oksidasi karbohidrat, protein dan lemak digunakan

untuk mengubah adenosine difosfat (ADP) menjadi ATP yang selanjutnya digunakan

oleh berbagai reaksi tubuh yang digunakan untuk (1) transfor aktif molekul melalui

membrane sel; (2) kontraksi otot dan kerja mekanik; (3) berbagai reaksi sintetik yang

menghasilkan hormone, membrane sel, dan banyak molekul esensial lainnya dalam

tubuh; (4) konduksi impuls saraf; ( 5) pertumbuhan dan pembelahan sel dan ; (6)

banyak fungsi fisiologis lainnhya yangdiperlukan untuk memepertahankan dan

meneruskan kehidupan

ATP adalah suatu senyawa kimia yang labil terdapat dalam semua sel. ATP

adalah kombinasi adenine, ribose, dan tiga radikal fosfat. Dua radikal fosfat yang

5

terakhir dihubungkan dengan sisa molekul oleh ikatan berenergi tinggi yang

dinyatakan dengan symbol ~

Jumlah energy bebas dalam masing-masing ikatan berenergi tinggi per mol

ATP adalah sekitar 73.000 kalori pada keadaan standart dan kira-kira 12.000 kalori

pada keadaan temperature dan konsentrasi reaktan yang biasa didalam tubuh . oleh

karena itu, didalam tubuh, pemindahan, masing-masing dua radikal fosfat yang

terkahir akan membebaskan energy sekitar 12.000 kalori. Setelah kehilangan satu

radikal fosfat dari ATP, senyawa tersebut mejadi ADP, dan setelah radikal fosfat

yang kedua hilang, emnjadi adenosine monofosfat ( AMP ) Interkonversi diantara

ATP, ADP, dan AMP adalah sebagai berikut :

ATP terdapat dimana-mana dalam sitoplasma dan nukleoplasma semua sel, dan

pada dasarnya semua mekanisme fisiologis yang membutuhkan energy untuk

bekerja, memperoleh energinya langsung dari ATP ( atau senyawa berenergi tinggi

lain yang sejenis- guanosin trifosfat [GTP] ). Selanjutnya mekanan dalam sel

dioksidasi secara bertahap, dan energy dibebaskan di pakai untuk membentuk ATP

yang baru, sehingga suplai zat ini selalu dipertahankan, semua pemindahan energy

ini terjadi melalui reaksi yang berpasangan.

Glikogenesis – proses pembentukan glikogen

Glikogenesis adalah proses anabolik pembentukan glikogen untuk simpanan

glukosa. Glikogenesis terjadi terutama dalam sel-sel hati dan sel-sel otot, tetapi tidak

terjadi dalam sel-sel otak yang sangat bergantung pada persediaan kadar gula darah

untuk energi.(2)

6

Pada reaksi kimia untuk glikogenesis , glukosa-6-fosfat dapat diubah menjadi

glukosa-1-fosfat; yang kemudian diubah menjadi uridin difosfat glukosa, yang

akhirnya diubah menjadi glikogen. Beberapa enzim khusus dibutuhkan untuk

menyebabkan perubahan-perubahan ini, dan setiap monosakarida yang dapat diubah

menjadi glukosa dapat masuk kedalam reaksi tersebut. Senyawa tertentu yang lebih

kecil meliputi asam laktat, gliserol, asam piruvat, dan beberapa asam amino

deaminasi, dapat juga diubah menjadi glukosa atau senyawa yang hampir serupa dan

kemudian diubah menjadi glikogen.

Pemindahan glikogen yang disimpan – glikogenolisis

Glikogenilisis adalah penguraian glikogen menjadi glukosa untuk dilepas ke

aliran darah oleh hati saat tubuh membutuhkan energy. Penguaraian ini dipercepat

oleh glukosa dan efinefrin. (2)

Glikogenolisis berarti pemecahan glikogen yang disimpan sel untuk

membentuk kembali glukosa didalam sel. Glukosa kemudian dapat digunakan untuk

menyediakan energi. Glikogenolisis tidak dapat terjadi melalui pembalikan reaksi

kimia yang sama yang dipakai untuk membentuk glikogen; sebagai gantinya, setiap

molekul glukosa yang berurutan pada masing-masing cabang polimer glikogen

dilepaskan melalui proses fosforilasi, yang dikatalisis oleh enzim fosforilase.

Pada keadaan istirahat, fosforilase terdapat dalam bentuk tidak aktif, sehingga

glikogen tetap dapat disimpan. Bila pembentukan glukosa dari glikogen diperlukan

7

kembali, fosforilase harus diaktifkan terlebih dahulu. Hal ini dapat dicapai dalam

beberapa cara, meliputi dua cara sebagai berikut.

Aktivasi fosforilase oleh epinefrin atau oleh glukagon

Dua hormon, epinefrin dan glukagon, dapat mengaktifkan fosforilase

dan dengan demikian menimbulkan glikogenolisis secara cepat. Pengaruh

pertama masing-masing hormon ini adalah meningkatkan pembentukan siklik

AMP di dalam sel, yang kemudian memicu suatu rangkaian reaksi kimia yang

mengaktifkan fosforilase.

Epinefrin dilepaskan oleh medulla adrenal ketika sistem saraf

simpatis dirangsang. Oleh karena itu, salah satu fungsi sitem saraf simpatis

adalah meningkatkan penyediaan glukosa untuk metabolisme energi yang

cepat. Fungsi epinefrin ini terjadi secara nyata baik di dalam sel hati maupun

otot, sehingga turut berperan bersama pengaruh lain dari rangsangan simpatis,

guna menyiapkan tubuh untuk bekerja.

Glukagon adalah hormon yang disekresikan oleh sel alfa (α) pankreas apabila kadar

gula darah turun sangat rendah. Glukagon merangsang pembentukan siklik AMP

terutama di sel hati, dan hal ini selanjutnya meningkatkan pengubahan glikogen hati

menjadi glukosa dan melepaskannya ke dalam darah, sehingga meningkatkan kadar

gula darah.

C. METABOLISME AEROB

Respirasi sel juga disebut sebagai ‘metabolsime oksidatif’ adalah salah satu

kunci sel berguna mendapatkan energy. Ini adalah himpunan reaksi metabolic dan

proses-proses yang terjadi dalam organisme ‘biokimia sel untuk mengubah ebergi

dari nutrisi menjadi adenosine trifosfat ( ATP, dan kemudian melepas produk-produk

limbah. Reakasi respirasi yang terlibat dalam reakasi katabolic yang melibatkan

oksidasi satu molekul dan pengurangan lain.

Karena oksidasi lengkap dari 1 gram molekul glukosa melepaskan energi

sebesar 686.000 kalori dan hanya 12.000 kalori yang dibutuhkan untuk membentuk 1

gram molekul ATP, banyak energi yang akan terbuang percuma apabila glukosa

hendak di dekomposisi sekaligus menjadi air dan karbondioksida sewaktu

membentuk hanya satu molekul ATP. Untungnya, semua sel tubuh mempunyai

enzim protein khusus, yang menyebabkan molekul glukosa dipecahkan sedikit demi

8

sedikit dalam banyak langkah yang berurutan, yaitu energinya dilepaskan dalam

paket-paket kecil untuk membentuk suatu molekul ATP pada suatu waktu, yang

membentuk total 38 mol ATP untuk setiap molekul glukosa yang dimetabolisme oleh

sel. Paragraf berikut akan menjelaskan prinsip dasar proses penguraian molekul

glukosa secar progresif dan energy yang dilepaskan untuk membentuk ATP.

1) Glikolisis dan Pembentukan Asam Piruvat

Sejauh ini cara terpenting untuk melepaskan energy dari molekul glukosa dimulai

dengan proses glikolisis. Produk akhir glikolisis selanjutnya dioksidasi untuk

menhasilkan energi.

Glikolisis bearti memecahkan molekul glukosa untuk membentuk dua

molekul asam piruvat. Glikolisis terjadi melalui 10 reaksi kimia yang berurutan.

Masing-masing langkah dikatalis paling sedikit oleh salah satu enzim protein yang

spesifik. Perhatikan bahwa glukosa mula-mula diubah menjadi fruktosa 1,6-difosfat

dan kemudian dipecah menjadi dua molekul dengan tiga atom karbon, gliseral-dehid-

3-fosfat yang masing-masing kemudian diubah menjadi asam piruvat melalui lima

langkah tambahan.

9

Pembentukan ATP Selama Glikolisis. Walaupun terdapat banayak reaksi kimi

dalam rangkaian proses glikolisis, hanya sebagaian kecil energy bebas dalam

molekul glukosa yang dibebaskan disebagian besar langsunkah. Akan tetaoi, diantara

tahap 1,3-asam difosfogliserat dan 3-asam fosfoglise rat dan sekali diantara

tahap asam fosfoenolpiruvat dan asam piruvat, jumlah energy yang dibebaskan lebih

dari 12.000 kalori per mol, yaitu jumlah yang dibutuhkan untuk membentuk ATP,

dan reaksi digandakan sedemikian rupa hingga terbentuk ATP. Jadi, terdapat total 4

molekul ATP yang sudah dibentuk dari setiap molekul fruktosa 1,6 difosfat yang

diuraikan menjadi asam piruvat.

Namun 2 molekul ATP dibutuhkan untuk fosforilasi glukosa asal untuk

membentuk 1,6-difosfat sebelum glikolisis dapat dimulai. Oleh karena itu, diperoleh

akhir molekul ATP dari keseluruhan proses glikolisis hanya 2 molekul untuk setiap

molekul glukosa yang dipakai. Jumlah energy yang mencapai 24.000 kalori ini

dihantarkan ke ATP, tetapi selama glikolisis, total energy sebanyak 56.000 kalori

dilepaskan dari glukosa asal yang memberikan keseluruhan efisiensi untuk

pembentukan ATP hanya sebesar 43 persen. Sisa energy sebesar 57 persen hilang

dalam bentuk panas.

2) Konversi Asam Piruvat menjadi Asetil Koenzim A

Tahap berikut dalam degradasi glukosa adalah konversi dua tahap dari dua molekul

asam piruvat yang dihasilkan ( Gamabar 67-5) menjadi dua molekul asetil koenzim

A, sesuia reaksi berikut.

Dari reaksi ini, daoat dilihat bahwa 2 molekul karbon dioksida dan 4 ataom

hydrogen dilepaskan, sedangkan nagiam lain dari 2 molekul asam piruvat bergabung

dengan koenzim A,suatu aderivat vitamin asam panto-tenat, untuk memebentuk 2

molekul asetil-KoA.

10

3) Siklus Asam Sitrat ( Siklus Krebs )

Tahao berukutnya dakam degradasi molekul glukosa di sebut siklus asam sitrta

( siklus asam trikarboksilat atau siklus Krebs ). Siklus ini merupakan lanjutan reaksi

kimia asal saat gugus asetil dari asetil Ko-A dipecah menjadi karbon diaoksida dan

atom hydrogen. Semua reaksi ini terjadi didalam matriks mitokondria. Atom

hydrogen yang dileoaskan kemuadian akan menambah jumlah atom hydrogen yang

dioksidasi kemudian, yang akan melepasakan sejumlah besar energy untuk

membentuk ATP

Gambar 67-6 memperlihatkan berrbagai tahap reaksi kimi dalam siklus asam

sitrat. Zat-zat disebalah kiri ditambahkan selama reaaksi kimia, dan hasil reaksi kimia

diperlihatkan disebalah kanan. Perhatikan ada puncak kolom bahwa siklus dimulai

dengan asam oksaloasetat dan dibagian bawah rntao reaksi, asam oksaloasetat

dibentuk kembali. Dengan demikian, siklus dapat berlangsung berulang kali.

Pada tahap siklus asam sitrat, asetil-KoA bergabung dengan asam

oksalaoasetat untuk membentuk asam sitrat. Gugus KoA dari asetil-KoA dilepskan

dan dipakai berulang kali untuk pembentukan lebih banyak lagi asetil-KoA dari asam

piruvat. Akan tetapi gugus asetil menjadi suatu bagian utuh dari molekul asam sitrat.

Selama tahapan siklus asam sitrat yang berurutan berlangsung, beberapamolekul air

ditambahkan seperti yang tampak pada gambar sebelah kiri dan karbondioksida serta

atom hydrogen dilepaskan pada tahap lain dari siklus.

Hasil akhir keseluruhan siklus asam sitrat menunjukan bahwa untuk setiap

molekul glukosa asal yang dimetabolisme, 2 molekul asetil-KoA masuk kedalam

siklus asam sitrat bersama dengan 6 molekul air. Molekul-molekul tersebut kemudian

diuraikan menjadi 4 molekul karbondioksida dan 16 atom hydrogendan 2 molekul

koenzim A. Dua molekul ATP dibentuk melalui cara berikut ini.

Pembentukan ATP dalam Siklus Asam Sitrat. Sejumlah besar energy tidak

dilepaskan selama siklus asam sitrat itu sendiri, hanya satu dari reaksi kimia-selama

pengubahan asam α-ketoglutarat menjadi asam suksinat-yang membentuk satu

molekul ATP. Jadi, untuk setiap molekul glukosa yang dimetabolisme,dua molekul

asetil-KoA akan melaui siklus asam sitrat yang masing-masing membentuk satu

molekul ATP, atau total 2 molekul ATP yang terbentuk.

11

12

Fungsi Dehidrogenase dan Dinukleotida Adenin Nikotinamid yang

Menyebabkan Pelepasan Atom Hidrogen dalam Siklus Asam Sitrat.

Seperti yang telah ditekankan pada bebrapa hal dalm diskusi ini, atom hydrogen

dilepasakan selama reaksi kimia yang bebrbeda dalam siklus sama sitrat- 4 atom

hydrogen selama glikolisis, 4 atom selama pembentukan asetil Ko-A dari asam

piruvat dan 16 atom dalam siklus asam sitrat, keseluruhan proses tersebut

menghasilkan total 24 atom hydrogen yang dilepasklan untuk setiap molekul glukosa

asal. Akan tetapi, atom hydrogen tidak terbuang percuma didalam cairan intrasel.

Sebagai gantinya, atom hydrogen dilepaskan dalam suatu paket berisis dua ato, dan

setiap proses pelepasannya dikatalis oleh enzim protein khusus yang disebut

dehidrogenase. Duapuluh dari 24 atom hydrogen segera bergabung dengan

dinukleotida adenine nikotinamid (NAD+), suatu derivate vitamin niasin dengan

rekasi sebagai berikut :

Reaksi ini tidak terjadi tanapa perantara dehidrogenase yang spesifik atau

tanpa tersedian NAD+ yang bekerja sebagai pembawa hydrogen. Baik ion hodrogen

bebas maupun hydrogen yang berikatan dengan NAD+ berturut-turut masuk kedalam

reaksi kimia oksidatif yang membentuk sejumlah besar ATP.

Sisa empat atom hydrogen dilepaskan selama pemecahan glukosa-keempat

atom yang dilepaskan selama siklus asam sitrat diantara tahap asam suksinat dan

asam fumarat- bergabung dengan suatu dehidrogenase yang spesifik tetapi tidak

langsung dibebaskan ke NAD +. Sebagai gantinnya atom hydrogen lamgsung leawat

dari dehidrogenase masuk ke dalam prose oksidatif.

Fungsi Dekarboksilase dalam Menyebabkan Pelepasan Karbon Dioksida.

Dengan merujuk kembali pada reaksi kimia siklus asam sitrat seperti halnya pada

pembentukan asetil-KoA dari asam piruvat kita menemukan bahwa ada tiga tahap

pembebasan karbondioksida. Untuk menyebabkan pelepasan karbon dioksida, enzim

protein khusus lainnya, yang disebut dekarboksilase, akan memisahkan

13

karbondioksida dari substrat. Karbondioksiada selanjutnya larut dalam cairan tubuh

dan diangkut ke paru-paru tempat karbondioksida dioksidasi diekspirasi dari tubuh.

4) Pembentukan Sejumlah Besar ATP melalui proses Oksidasi Hidrogen

( Proses Fosforilasi Oksidatif )

Dengan semua hal yang rumit dari (1) glikolisis, (2) siklus asam sitrat, (3)

dehidrogenase, dan (4) sekarboksilasi hanya sejumlah kecil ATP yang dibentuk

selama seluruh proses ini-hanya dua molekul ATP dalam proses glikolis dan 2

molekul lainnya dalm siklus asam sitrat untuk setiap molekul glukosa yang

dimetabolime. Sebagai gantinya, hamper 90% dari total ATP yang terbentuk melalui

metabolisme glukosa dihasilkan selam proses oksidasi lanjutan dari ataom hydrogen

yang dilepasakan selam tahap awal degradasi glukosa. Tentu saj, fungsi utama dari

seluruh tahap awal ini adalah menyediakan hydrogen dari molekul dari molekul

glukosa dalam bentuk yang dapat dikosidasi.

Oksidasi hydrogen dicaoai melalui suatu rangkaian rekasi katalis enzimatik

didalam mitokondria, ( gamabar 67-7). Reaksi ini (1) memecahkan setiap atom

hydrogen menjadi satu ion hydrogen dan asatu electron dan (2) akhirnya

menggunakan elektrion untuk menggabingkan oksigen terlarurt dalam caoran dengan

molekul air hidrogrn dan ion hidroksil begabung satu sam lain membentuk air. Selam

tahapan reaksi oksidasif berlangsung, sejumlah besar energy dibebasakan untuk

membentuk ATP. Pembentukan ATP dengan cara ini disebut fosforilasi oksidatif.

Proses ini eluruhnya terjadi didalam mitokondria melaui proses yang sangat khusus

yang disebut mekanisme kemiosmotik.

Mekanisme Kemiosmotik Mitokondria untuk Membentuk ATP

Ionisasi Hidrogen, Rantai Transfor Elektron dan Pembentukan Air. Langkah

pertama fosforilasi oksidatif dalam mitokondria dalah mengionkan atom hydrogen

yang dikeluarkan dari zat makanan. Atom hydrogen ini dikeluarkan berpasanagan

yang satu segera bergabung dengan NAD+ untuk membentuk NADH. Bagian atas

( Gamabar 67-7 ) memoerlighatkan urutan nasib dari NADH dan H+. Tahap awal

adalah pembebasan atom hydrogen lain ari NADH untuk memebentuk ion hydrogen,

H+ yang lain, proses ini juga membentuk kembali NAD+ yang akan dipakai berulang-

ulang.

14

Elektron yang dikeluarkan dari atom hydrogen untuk menimbulkan ionisasi

hydrogensegera memasuki suatu transfor electron dari akseptor electron yang

merupakan bagian integral dari membrane dalam ( membrane rak/shelf membrane )

mitokondria. Akseptor electron secara reversible daoat dikurangi atau dioksidasi

dengan menerima atau memberikan electron. Unsure oenting dari trnasfor electron

ini meliputi flavoprotein, sejumlah protein sulfide besi, ubiquinon, dan sitokrom B,

C1, C, A, dan A3. Tiap elekrtron dilepaskan dari salah satu akseptor ini akseptor

yang kain sampai akhirnya electron mencapai sitokrom A3, yang disebut sitokrom

oksidase karena mampu meberikan dua electron sehingga mengurangi oksigen

elementasi untuk membentuk oksigen berion yang kemudian bergabung dengan ion

hydrogen untuk membentuk air.

Jadi, Gambar 67-7 menunjukan transfor electron melalui rantai electron dan

kemudian pemakaian akhir electron oleh sitokrom oksidase untuk membentuk

molekul air. Selama transfor electron electron ini melalui rantai trnasfor electron,

dibebasakan energy yang kemudian dipakai untuk menimbulkan sintesis ATP.

Pemompaan Ion Hidrogen kedalam Bilik Luar Mitokondria, disebabkan oleh

rantai Transfor Elektron. Sewaktu electron melewati rantai transfor elektron

transfor electron, sejumlah besar energy dibebaskan. Energy ini dipakai untuk

memompa ion hydrogen dari bagian dalam matriks mitokindria ke dalam bilik luar

diantara membrna mitokondria dalam dan luar. Kemudian ini menghasilkan ion

hydrogen bermuatan positif berkonsentrasi tinggi dalam bilik ini dan juga

menghasilkan potensial listrik negative yang kuat dibagian dalm matriks.

15

Pembentukan ATP. Langkah selanjutnya dalam fosforilasi oksidatif adalah

mengubah ADP menjadi ATP. Ini terjadi berkaitan dengan molekul protein besar

yang menonjol sepenuhnya dari membrane mitokondria bagiam dalam dan muncul

dengan kepala seperti timbol ( knob-like head ) kedalam matriks mitokondria bagian

dalam. Molekul ini adalah ATPase, yang sifat fisiknya ( 67-7 ). Ini disebut ATP

sintase.

Konsentrasi ion hydrogen bermuatan positif yang tinggi di bilik luar dan

perbedaan potensial listrik yang besar melalui membrane bagian dalam menyebabkan

ion hydrogen mengali ke dalam matriks mitokondria melalui zat molekul ATPase.

Sewaktu melakukan hal tersebut energy yang dihasilkan dari aliran ion hydrogen ini

digunkana oleh ATPase untuk mengubah ADP dengan suatu radikal fosfat ionic

bebas (Pi), sehingga menambah jumlah ikatan fosfat berenergi tinggi lain yang

berikatan dengan molekul.

Langkah akhir dalam proses ini adalah pemindahan ATP dari bagian dalam

mitokondria kembali ke sitoplasma sel. Proses ini tejadi melalui difusi pasif keluar

dari membrane bagian dalam dan kemudian dengan difusi sederhana melewati

membrna luar mitokondria yang permeable. Selanjutnya, ADP secara kontinu

ditransfer dakam arah yang berlawanan untuk konversi menjadi ATP secara

berkesinambungan. Untuk tiap dua electron yang berjalan melalui rantai transfor

electron ( mewakili ionisasi 2 atom hydrogen ) dapat sintesis sampai 3 molekul ATP.

Ringkasan Pembentukan ATP Selama Pemecahan Glukosa

Kita sekarang dapat menentukan jumlah total molekul ATP yang, dalam kondisi

optimal, dapat dibentuk oleh energy dari satu molekul glukosa

1. Selama glikolisis, dibentuk empat molekul ATP, dan dua molekul

dikeluarkan untuk menimbulkan fosforilasi awal glukosa untuk memulai

proses. Keadaan ini memberikan hasil akhir dua molekul ATP

2. Selama putaran siklus asam sitrat, dibentuk satu molekul ATP. Akan tetapi,

karena setiap molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul asam piruvat,

terdapat dua putaran siklus untuk masing-masing molekul glukosa yang

dimetabolisme, memberikan hasil akhir dua molekul ATP lagi.

3. Selama keseluruhan proses pemecahan glukosa, total 24 atom hydrogen

dilepaskan selama glikolisis dan selama siklus asam sitrat. Dua puluh dari

atom ini dioksidasi dalam hubungannya dengan mekanisme kemiosmotik

16

( Gambar 67-7 ) tang melepaskan tiga molekul ATP per atom hydrogen yang

dimetabolisme. Keadaan ini menghasilkan tambahan 30 molekul ATP

4. Sisa empat atom hydrogen dilepaskan oleh dehidrogenase atom hydrogen ke

dalam proses oksidatif kemiosmotik didalam mitokondria diluar hidup tahap

oertama. Dua molekul ATP biasanya dilepasakan untuk setiap dua atom

hydrogen yang dioksidasi, sehingga memberikan total empat molekul ATP

atau lebih

Sekarang dengan menjumlah semua molekul ATP yang dibentuk, kita

mendapatkan maksimum 38 molekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang diubah

menjadi karbon dioksida dan air. Dengan demikian, 456.000 kalori energy dapat

disimpan dalam bentuk ATP, sedangkan 686.000 kalori dibebaskan selama oksidasi

lengkap dari tiap gram-molekul glukosa. Hal ini, menunjukan keseluruhan efisiensi

maksimum pemindahan energi sebesar 66 persen. Sisa energy 34 persen menjadi

panas dan oleh karena itu, tidak dapat dipakai oleh sel untuk melakukan fungsi yang

spesifik.

D. JALUR YANG MEMPROSES BERBAGAI PRODUK UTAMA

PENCERNAAN

Sifat alamiah makan menentukan pola dasar metabolisme. Terdapat

kebutuhan untuk mengolah produk pencernaan dari karbohidrat, lipid dan protein

makanan. Produk-produk ini masing-masing terutama adalah glukosa, asam lemak

dan gliserol serta asam amino. Semua produk pencernaan dimetabolisme menjadi

suatu produk umum, asetil-KoA yang kemudian dioksidasi oleh siklus asam sitrat.

17

1) Metabolisme Karbohidrat berpusat pada penyediaan dan Nasib Glukosa

Glukosa merupakan bahan bakar utama bagi kebanyakan jaringan. Glukosa

dimetabolisme menjadi piruvat melalui jalur glikolisis. Jaringan aeorob

memetabolisme piruvat menjadi asetil-KoA yang dapat memasuksi siklus asam sitrat

untuk dioksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2O yang berkaitan dengan

pembentukan ATP dalam proses fosforilasi oksidatif. Glikolisis dapat berlangsung

secar anaerob dengan produk akhir berupa laktat.

Glukosa dan metabolitnya juga ikut serta dalam proses lain, misalnya (1)

Sintesis polimer simpanan glikogen diotot rangka dan hati. (2) Jalur pentose fosfat,

suatu alternative sebagian jalur glikolisis. Jalur ini adalah sumber ekuivalen

pereduksi ( NADPH ) untuk sintesis asam lemak dan sumber ribose untuk

membentuk nukleotida dan asam nukleat. (3) Triosa fosfat membentuk gugus gliserol

triasigliserol. (4) Piruvat dan zat-zat antara siklus asamsitrat menyediakan kerangka

karbon untuk dsintesi asam amino dan asetil-KoA adalah precursor asam lemak dan

kolestrol ( dan karenanya, semua steroid yang dibentuk oleh tubuh ).

Glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari precursor nonkarbohidrat,

misalnya laktat, asam amino dan gliserol.

18

2) Metabolisme Lipid Terutama Berpusat pada Asam Lemak dan

Kolesterol

Sumber asam lemak rantai panjang adalah lipid makanan atau melalui sintesi de novo

dari asetil-KoA yang berasal dari karbohidart atau asam amino. Asam lemak dapat

dioksidasi menjadi asetil-KoA ( oksidasi-β ) atau disterifikasi dengan gliserol, yang

membentuk triasigliserol (lemak) sebagi cadangan bahan bakar utama tubuh.

Aseti-KoA yuang dibentuk oleh oksidasi-β dapat mengalami beberapa proses.

(1) Seperti asetil-KoA yang bersal dari glikolisis dan senyawa ion dioksidasi

menjadi CO2 + H2O melalui siklus asam sitrat.

(2) Menjadi precursor untuk membentuk kolesterol danm steroid lain.

(3) Di hati, senyawa ini digunakan untuk membentuk badan keton ( asetoasetat

dan 3-hidroksibutirat) yang merupakan bahn bakar penting pada keadaan

puasa lama.

19

3) Banyak Metabolisme Asam Amino Melibatkan Transaminasi

Asam-asam amino diperlukan untuk membentuk protein. Sebagian harus dipasok

dari makanan ( asam amino esensial ) karena tidak dapat dibentuk di tubuh. Sisanya

adalah asam amino nonesensial yang bersal dari makanan, tetapi juga dapat juga

dibentuk dari zat-zat antara metabolic melalui transaminasi dengan menggunakan

nitrogen amino dari asam amino lain. Setelah deaminasi, nitrogen amino disekresikan

sebagai urea, dan kerangka karbon yang tersisa setalah transaminasi dapat (1)

dioksidasi menjadi CO2 melaui siklus asam sitrat, (2) digunakan untuk membentuk

glukosa ( glukoneogenesis ), atau ( 3) untuk membentuk badan keton.

Beberapa asam amino juga menjadi precursor senyawa lain, misalnya purin,

primidin, hormone, seperti epinefrin dan tiroksin dan neurotransmiter.

20

JALUR METABOLIK DAPAT DIPELAJARI DIBERBAGAI TINGKAT

SUSUNAN

Selain penelitian pada organism keseluruhn, penelitian diberbagai tingkat susunan

dapat mengungkapkan lokasi dan integrasi jalur-jalur metabolic. (1) Di tingkat

jaringan dan organ, sifat substrat yang masukan metabolit yang keluar dari jaringan

dan organ dapat diketahui. (2) Di tingkat subseluler, setiap organel sel ( misalnya

mitokondria) atau kompertemen ( misalnya sitosol ) memiliki peran tertentu yang

membentuk sebagian pola jalur metabolic subseluler.

Di tingkat Jaringan dan Organ, Sirkulasi Daeah Mengintegrasi Metabolisme

Asam amino yang berasal dari pencernaan protein makanan dan glukosa yang berasal

dari pencernaan korbohidrat diserap melalui vena porta hati. Hati memilik peran

mengatur konsentrasi berbagai metabolit larut air dalam darah. Pada kasus glukosa,

hal ini dicapai dengan menyerap glukosa yang melebihi kebutuhan saat ini dan

mengubahnya menjadi glikogen ( glikogenesis ) atau asam lemak ( lipogenesis ). Di

antara waktu makan, hati bekerja mempertahankan kadar glukosa darah dari glikogen

( glikogenolisis ), dan bersama dengan ginjal, dengan mengubah metabolit

nonkarbohidrat, seperti laktat, gliserol, dan asam amino menjadi glikosa

( glikonegenesis ). Pemeliharaan kadar glukosa darah yang memadai sangat penting

bagi jaringan yang memakai glukosa sebagai bahan bakar utama (otak) atau bahan

bakar satu-satunya ( eritrosit). Hal ini membentuk berbagai protein plasma utama

21

( misalnya albumin ) dan mendeaminasi asam amino yang melebihi kebutuhan dan

membetuk urea yang diangkut ke ginjal untuk dieksresikan.

Otot rangka menggunakan glukosa sebagai bahan bakar, baik secara aorob

maupun anaerob. Otot ranga menyimpan glikogen sebagi bahan bakar untuk

digunakan dalam kontraksi otot dan membentuk protein otot dari asam amino

plasma. Otot membetuk sekitar 50% masa tubuh dan karenanya merupakan simpanan

protein yang cukup besar dan digunakn untuk menyuplai asam amnio untuk

glikoneogenesis pada keadaan kelapara.

Lipid dalam makanan terutama berupa triasigliserol dan mengalami hidrolisis

menjadi monoasigliserol dan asam lemak di usus, yang kemudian mengalami re-

esterifikasi di mukosa usus. Disini, lipid ini dikemas bersama protein dan

dieksresikan kedalam system linfe lalu kealiran darah sebagai kilomikron, yaitu

lipoprotein plasma terbesar. Kilomikron juga mengandung nutrient larut lipid

lainnya. Tidak seperti glukosa dan asam amino, triasigliserol kilomikron tidak

diserap langsung oleh hati. Senyawa mula-mula dimetabolisme oleh jaringan yang

mengandung lipoprotein lipase yang menghidrolisis triasigliserol dan membebaskan

asam lemak yang kemudian masuk kedalam lipid jaringan atau dioksidasi sebagai

bahan bakar. Sisa kilomikron dibersihkan oleh hati. Sumber utama lain asam lemak

rantai-panjang adalah sintesis ( lipogenesis ) dari karbohidrat, dijaringan adipose dan

hati.

22

Triasigliserol jaringan adipose adalah cadangan bahan bakar utama tubuh.

Senyawa ini dihidrolisis ( lipolisis) untuk melepaskan gliserol dan asam lemak bebas

ke dalam sirkulasi. Gliserol adalah suatu substrat untuk glukoneogenesis. Asam

lemak diangkut dalam keadaan terikat pada albumin serum; asam-asam ini diserap

oleh sebagian besar jaringan ( kecuali otak dan eritrosit ) dan diesterifikasi menjadi

asigliserol atau dioksidasi sebagai bahan bakar. Di hati, triasigliserol yang berasal

dari lipogenesis, asam lemak babas, dan sisa kilomikron disekrsikan kesirkulasi

dalam bentuk lipoprotein berdensitas sangat rendah ( very low density lipoprotein,

VLDL). Triasigliserol ini mengalmi nasib serupa dengan yang dialami oleh

kilomikron. Oksidasi parsial asam lemak dihati menyebabkan terbentuknya badan

keton ( ketogenesis ). Badan keton diangkut ke jaringan ekstrahepatik, tempat badan-

badan keton ini bekerja sebagai bahan bakar dalam keadaan puasa lama dan

kelaparan.

Di Tingkat Subseluler, Glikolisis Berlangsung di Sitosol dan Asam Sitrat di

Mitokondria

Pemisahan jalur-jalur metabolime di kompertemen subseluler atau organel yang

berbeda memungkinkan terjadinya proses integrasi dan pengaturan metabolisme.

Tidak semua jalur sama pentingnya bagi semua sel.

23

Peran sentral mitokondria terlihat jelas karena organel ini bekerja sebagi

focus metabolisme karbohidrat, lipid dan asam amino. Mitokondria mengandung

enzim-enzim siklus asam sitrat, oksidasi-β asam lemak dan ketogenesis serta rantai

respiratorik dan ATP sintase.

Glikolisis, jalur pentose fosfat dan pembentukan asam lemak terjadi di

sitosol. Pada glukonegenesis substrat seperti asam laktat dan piruvat yang terbentuk

di sitosol memasuki mitokondria untuk menghasilkan oksaloasetat sebagi precursor

untuk sintesis glukosa.

Membran reticulum endoplasma mengandung system enzim untuk sintesis

triasigliserol dan ribosom bertyanggung jawab untuk sintesis protein.

24

BAB III

KESIMPULAN

Metabolisme oksidatif adalah bagian pertama dari metabolisme

katabolik di mana sel memecah molekul menjadi energi, atau adenosin

trifosfat (ATP). Bagian kedua dari metabolisme melibatkan penggunaan

energi seluler untuk membangun molekul seperti jaringan dan organ, dan

disebut sebagai anabolisme. Respirasi sel aerobik, sebuah proses yang

membutuhkan penggunaan oksigen, adalah bentuk yang paling efisien

produksi ATP.

Respirasi sel juga disebut sebagai ‘metabolsime oksidatif’ adalah

salah satu kunci sel berguna mendapatkan energy. Ini adalah himpunan reaksi

metabolic dan proses-proses yang terjadi dalam organisme ‘biokimia sel

untuk mengubah ebergi dari nutrisi menjadi adenosine trifosfat ( ATP, dan

kemudian melepas produk-produk limbah. Reakasi respirasi yang terlibat

dalam reakasi katabolic yang melibatkan oksidasi satu molekul dan

pengurangan lain.

25

DAFTAR PUSTAKA

1. Guyton and Hall. 2007.Buku Ajar Fisiologi Kedokteran-edisi 11. Jakarta : EGC

2. Sloane, Ethel. 2003. Anatomi dan Fisiologi untuk Pemula. Jakarta : EGC

3. Murray , Robert K. 2009. Biokimia Harper-edisi 27. Jakarta : EGC

26