PENGERTIAN KATABOLISME

Katabolisme adalah reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih

sederhana dengan bantuan enzim. Penguraian senyawa ini menghasilkan atau melepaskan energi

berupa ATP yang biasa digunak4an organisme untuk beraktivitas. Katabolisme mempunyai dua

fungsi, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain, dan menyediakan energi

kimia yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas sel. Reaksi yang umum terjadi adalah reaksi

oksidasi. Energi yang dilepaskan oleh reaksi katabolisme disimpan dalam bentuk fosfat, terutama

dalam bentuk ATP (Adenosin trifosfat) dan berenergi elektron tinggi NADH2 (Nikotilamid

adenin dinukleotida H2) serta FADH2 (Flavin adenin dinukleotida H2). 

Tabel macam-macam reaksi katabolisme :

Tahapan Tempat Substrat hasil

Glikolisis Sitoplasma C6H12O6 2ATP, 2Asam

piruvat,

2NADH

Dekarboksilasi

oksidatif

mitokondria Asam piruvat Asetil CO-A

Siklus asam sitrat Matriks mitokondria Asetil CO-A NADH2 +

ATP

Transpor elektron Membran dalam

mitokondria

NADH2 dan FADH2 30ATP +

4ATP + H2O+

CO2

Siklus krebs Matriks mitokondria Glukosa

Respirasi sel

Respirasi sel, jalur metabolisme yang menghasilkan energi (dalam bentuk ATP dan

NADPH) dari molekul-molekul bahan bakar (karbohidrat, lemak, dan protein). Jalur-jalur

metabolisme respirasi sel juga terlibat dalam pencernaan makanan.

            Respirasi dalam biologi adalah proses mobilisasi energi yang dilakukan jasad hidup

melalui pemecahan senyawa berenergi tinggi (SET) untuk digunakan dalam menjalankan fungsi

hidup. Dalam pengertian kegiatan kehidupan sehari-hari, respirasi dapat disamakan dengan

pernapasan. Namun demikian, istilah respirasi mencakup proses-proses yang juga tidak tercakup

pada istilah pernapasan. Respirasi terjadi pada semua tingkatan organisme hidup, mulai dari

individu hingga satuan terkecil, sel. Apabila pernapasan biasanya diasosiasikan dengan

penggunaan oksigen sebagai senyawa pemecah, respirasi tidak melulu melibatkan oksigen.

Pada dasarnya, respirasi adalah proses oksidasi yang dialami SET sebagai unit penyimpan energi

kimia pada organisme hidup. SET, seperti molekul gula atau asam-asam lemak, dapat dipecah

dengan bantuan enzim dan beberapa molekul sederhana. Karena proses ini adalah reaksi

eksoterm (melepaskan energi), energi yang dilepas ditangkap oleh ADP atau NADP membentuk

ATP atau NADPH. Pada gilirannya, berbagai reaksi biokimia endotermik (memerlukan energi)

dipasok kebutuhan energinya dari kedua kelompok senyawa terakhir ini.

            Kebanyakan respirasi yang dapat disaksikan manusia memerlukan oksigen sebagai

oksidatornya. Reaksi yang demikian ini disebut sebagai respirasi aerob. Namun demikian,

banyak proses respirasi yang tidak melibatkan oksigen, yang disebut respirasi anaerob. Yang

paling biasa dikenal orang adalah dalam proses pembuatan alkohol oleh khamir Saccharomyces

cerevisiae. Berbagai bakteri anaerob menggunakan belerang (atau senyawanya) atau beberapa

logam sebagai oksidator. Respirasi dilakukan pada satuan sel. Proses respirasi pada organisme

eukariotik terjadi di dalam mitokondria.

Glikolisis

Glikogenolisis, pengubahan glikogen menjadi glukosa. 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.

Glikolisis, pengubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa membutuhkan . oksigen.

Glikolisis adalah serangkaian reaksi biokimia di mana glukosa dioksidasi menjadi molekul asam

piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal yang kita kenal,

dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme.

Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organik berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH.

 

Lintasan glikolisis yang paling umum adalah lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (bahasa Inggris:

EMP pathway), yang pertama kali ditemukan oleh Gustav Embden, Otto Meyerhof dan Jakub

Karol Parnas. Selain itu juga terdapat lintasan Entner–Doudoroff yang ditemukan oleh Michael

Doudoroff dan Nathan Entner terjadi hanya pada selprokariota, dan berbagai lintasan

heterofermentatif dan homofermentatif.

Ringkasan reaksi glikolisis pada lintasan EMP adalah sebagai berikut:

Sedangkan ringkasan reaksi dari glikolisis, siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif adalah:

            Jalur pentosa fosfat, pembentukan NADPH dari glukosa. Jalur pentose fosfat adalah

adalah jalur alternative metabolism glukosa. Jalur ini berlangsung di sitosol. Enzim yang terlibat

antara lain G6P, transketolase, dan transaldolase.

Siklus Krebs

Siklus krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob. Nama siklus ini berasal dari nama

orang yang menemukan reaksi tahap kedua respirasi aerob ini, yaitu Hans Krebs. Siklus ini

disebut juga siklus asam sitrat. Siklus krebs diawali dengan adanya 2 molekul asam piruvat yang

dibentuk pada glikolisis yang meninggalkan sitoplasma masuk ke mitokondria. Sehingga, siklus

krebs terjadi di dalam mitokondria.

Tahapan siklus krebs adalah sebagai berikut:

a)         Asam piruvat dari proses glikolisis, selanjutnya masuk ke siklus krebs setelah bereaksi dengan

NAD+ (Nikotinamida adenine dinukleotida) dan ko-enzim A atau Ko-A, membentuk asetil Ko-

A. Dalam peristiwa ini, CO2 dan NADH dibebaskan. Perubahan kandungan C dari 3C (asam

piruvat) menjadi 2C (asetil ko-A).

b)        Reaksi antara asetil Ko-A (2C) dengan asam oksalo asetat (4C) dan terbentuk asam sitrat (6C).

Dalam peristiwa ini, Ko-A dibebaskan kembali.

c)        Asam sitrat (6C) dengan NAD+ membentuk asam alfa ketoglutarat (5C) dengan membebaskan

CO2.

d)       Peristiwa berikut agak kompleks, yaitu pembentukan asam suksinat (4C) setelah bereaksi dengan

NAD+ dengan membebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP setelah bereaksi dengan ADP

dan asam fosfat anorganik.

e)        Asam suksinat yang terbentuk, kemudian bereaksi dengan FAD (Flarine Adenine Dinucleotida)

dan membentuk asam malat (4C) dengan membebaskan FADH2.

f)         Asam malat (4C) kemudian bereaksi dengan NAD+ dan membentuk asam oksaloasetat (4C)

dengan membebaskan NADH, karena asam oksalo asetat akan kembali dengan asetil ko-A

seperti langkah ke 2 di atas.

Dapat disimpulkan bahwa siklus krebs merupakan tahap kedua dalam respirasi aerob

yang mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH2, ATP serta membentuk

kembali oksaloasetat. Oksaloasetat ini berfungsi untuk siklus krebs selanjutnya. Dalam siklus

krebs, dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.

Transpor electron

Transpor elektron terjadi di membran dalam mitokondria, dan berakhir setelah elektron

dan H+ bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir, membentuk H2O.

ATP yang dihasilkan pada tahap ini adalah 32 ATP. Reaksinya kompleks, tetapi yang berperan

penting adalah NADH, FAD, dan molekul-molekul khusus, seperti Flavo protein, ko-enzim Q,

serta beberapa sitokrom. Dikenal ada beberapa sitokrom, yaitu sitokrom C1, C, A, B, dan A3.

Elektron berenergi pertama-tama berasal dari NADH, kemudian ditransfer ke FMN (Flavine

Mono Nukleotida), selanjutnya ke Q, sitokrom C1, C, A, B, dan A3, lalu berikatan dengan H

yang diambil dari lingkungan sekitarnya. Sampai terjadi reaksi terakhir yang membentuk H2O.

Jadi hasil akhir proses ini terbentuknya 32 ATP dan H2O sebagai hasil sampingan respirasi.

Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh, pada tumbuhan

melalui stomata dan melalui paru-paru pada pernapasan hewan tingkat tinggi. Ketiga proses

respirasi dapat diringkas sebagai berikut.

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif adalah suatu lintasan metabolisme yang menggunakan energi yang

dilepaskan oleh oksidasi nutrien untuk menghasilkan ATP, dan mereduksi gas oksigen menjadi

air.

            Walaupun banyak bentuk kehidupan di bumi menggunakan berbagai jenis nutrien,

hampir semuanya menjalankan fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP. Lintasan ini

sangat umum digunakan karena sangat efisien untuk mendapatkan energi, dibandingkan dengan

proses fermentasi alternatif lainnya seperti glikolisis anaerobik. Dalam proses fosforilasi

oksidatif, elektron yang dihasilkan oleh siklus asam sitrat akan ditransfer ke senyawa NAD+ yang

berada di dalam matriks mitokondria. Setelah menerima elektron, NAD+ akan bereaksi menjadi

NADH dan ion H+, kemudian mendonorkan elektronnya ke rantai transpor elektron kompleks I

dan FAD yang berada di dalam rantai transpor elektron kompleks II. FAD akan menerima dua

elektron, kemudian bereaksi menjadi FADH2 melalui reaksi redoks.

            Reaksi redoks ini melepaskan energi yang digunakan untuk membentuk ATP. Pada

eukariota, reaksi redoks ini dijalankan oleh serangkaian kompleks protein di dalam mitokondria,

manakala pada prokariota, protein-protein ini berada di membran dalam sel. Enzim yang saling

berhubungan ini disebut sebagai rantai transpor elektron. Pada eukariota, lima kompleks protein

utama terlibat dalam proses ini, manakala pada prokariota, terdapat banyak enzim-enzim berbeda

yang terlibat.

            Elektron yang melekat pada molekul rantai transpor elektron di sisi dalam membran

mitokondria akan menarik ion H+ menuju membran mitokondria sisi luar, disebut kopling

kemiosmotik,[4] yang menyebabkan kemiosmosis, yaitu difusi ion H+ melalui ATP sintase ke

dalam mitokondria yang berlawanan dengan arah gradien pH, dari area dengan energi potensial

elektrokimiawi lebih rendah menuju matriks dengan energi potensial lebih tinggi. Proses kopling

kemiosmotik menghasilkan kombinasi gradien pH dan potensial listrik di sepanjang membran ini

yang disebut gaya gerak proton. Energi gaya gerak proton digunakan untuk menghasilkan ATP

melalui reaksi fosforilasi ADP.

            Walaupun fosforilasi oksidatif adalah bagian vital metabolisme, ia menghasilkan spesi

oksigen reaktif seperti superoksida dan hidrogen peroksida pada kompleks I. Hal ini dapat

mengakibatkan pembentukan radikal bebas, merusak sel tubuh, dan kemungkinan juga

menyebabkan penuaan. Enzim-enzim yang terlibat dalam lintasan metabolisme ini juga

merupakan target dari banyak obat dan racun yang dapat menghambat aktivitas enzim.

Dekarboksilasi Oksidatif

            Dekarboksilasi Oksidatif atau disingkat dengan DO adalah proses Perubahan Piruvat

menjadi Asetilkoezim – A. Proses ini berlangsung karboksilasi Oksidatif ini di membran luar

mitocondria sebagai fase antara sebelum Siklus Krebs ( Pra Siklus Krebs ) sehingga DO sering

dimasukkan langsung dalam Siklus krebs. Reaksi oksidasi piruvat hasil glikolisis menjadi asetil

koenzim-A, merupakan tahap reaksi penghubung yang penting antara glikolisis dengan jalur

metabolisme lingkar asam trikarboksilat (daur Krebs). Reaksi yang diaktalisis oleh kompleks

piruvat dehidrogenase dalam matriks mitokondria melibatkan tiga macam enzim (piruvat

dehidrogenase, dihidrolipoil transasetilase, dan dihidrolipoil dehidrogenase), lima macam

koenzim (tiaminpirofosfat, asam lipoat, koenzim-A, flavin adenin dinukleotida, dan nikotinamid

adenine dinukleotida) dan berlangsung dalam lima tahap reaksi. 

             Keseluruhan reaksi dekarboksilasi ini irreversibel, dengan ∆ G 0 = - 80 kkal per mol.

Reaksi ini merupakan jalan masuk utama karbohidrat kedalam daur Krebs. Tahap reaksi pertama

dikatalis oleh piruvat dehidrogenase yang menggunakan tiamin pirofosfat sebagai koenzimnya.

Dekarboksilasi piruvat menghasilkan senyawa α-hidroksietil yang terkait pada gugus cincin

tiazol dari tiamin pirofosfat. 

            Pada tahap reaksi kedua α-hidroksietil didehidrogenase menjadi asetil yang kemudian

dipindahkan dari tiamin pirofosfat ke atom S dari koenzim yang berikutnya, yaitu asam lipoat,

yang terikat pada enzim dihidrolipoil transasetilase. 

            Dalam hal ini gugus disulfida dari asam lipoat diubah menjadi bentuk reduksinya, gugus

sulfhidril. Pada tahap reaksi ketiga, gugus asetil dipindahkan dengan perantara enzim dari gugus

lipoil pada asam dihidrolipoat, kegugus tiol (sulfhidril pada koenzim-A).

            Kemudian asetil ko-A dibebaskan dari sistem enzim kompleks piruvat

dehidrogenase. Pada tahap reaksi keempat gugus tiol pada gugus lipoil yang terikat pada

dihidrolipoil transasetilase dioksidasi kembali menjadi bentuk disulfidanya dengan enzim

dihidrolipoil dehidrogenase yang berikatan dengan FAD (flavin adenin dinukleotida).

 

Akhirnya (tahap reaksi kelima) FADH + (bentuk reduksi dari FAD) yang tetap terikat pada

enzim, dioksidasi kembali oleh NAD + (nikotinamid adenin dinukleotida) manjadi FAD,

sedangkan NAD + berubah menjadi NADH (bentuk reduksi dari NAD +).

Fermentasi

Fermentasi adalah proses pembebasan energy tanpa oksigen. Ciri-ciri dari fermentasi

adalah:

1. Terjadi pada organisme yang tidak membutuhkan oksigen bebas

2. terjadi proses glikolisis

3. tidak terjadi penyaluran elektron ke Siklus Krebs dan Transpor Elektron

4. energi (ATP) yang terbentuk lebih sedikit jika dibandingkan dengan Respirasi aerob

5. Fermentasi terdiri atas 3 macam, yaitu:

a. Fermentasi Asam Laktat

b. Fermentasi Alkohol

c. Fermentasi Asam Cuka

Fermentasi Asam Laktat 

            Fermentasi Asam Laktat merupakan proses fermentasi yang menghasilkan Asam Laktat

(asam susu = asam lelah). Ciri-ciri dari fermentasi asam laktat adalah:

1. Terjadi pada hewan tingkat tinggi dan manusia

2. menghasilkan Asam Laktat sebagai produk sampingan yang mengakibatkan:

a. napas tersengal-sengal

b. pegal-pegal di sekujur tubuh

3. dihasilkan energi sebesar 2 ATP

4. reaksi sederhananya:

2CH3CCOCOOH → 2CH3CHOHCOOH + 47 kkal

Fermentasi Alkohol 

           Fermentasi Alkohol merupakan proses fermentasi yang menghasilkan alkohol sebagai produk sampingan.Ciri-ciri fermentasi alkohol:1. terjadi pada sel Ragi (Saccharomyces cerreviceae).2. menghasilkan alkohol sebagai produk sampingan. Alkohol mengakibatkan racun bagi organisme tersebut.3. dihasilkan energi sebesar 2 ATP + 2 NADH2

4. reaksi sederhananya:2CH3COCOOH → 2CH3CH2OH + 2CO2 + 28 kkal

Fermentasi Asam Cuka

            Fermentasi asam cuka merupakan proses fermentasi yang berlangsung dalam keadaan

aerob dan menghasilkan asam cuka.

Ciri-ciri fermentasi asam cuka:

1. terjadi pada bakteri asam cuka

2. substratnya adalah Etanol (Alkohol)

3. dihasilkan energi 5 kali lebih besar dari fermentasi alkohol, yaitu 10 ATP

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Katabolisme dan Anabolisme

a.         Cahaya

b.        Suhu

c.         CO2

d.         O2

e.         H2O

f.         Unsur/senyawa kimia

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, dkk,Biology Edisi Kelima-Jilid I. Jakarta: Erlangga,2003

Rachmadiarti, Fida, dkk. 2007. Biologi Umum. Surabaya : Unesa Unipress