METABOLISME
METABOLISME
Katabolisme
Katabolisme disebut juga respirasi, merupakan proses pemecahan bahan organik menjadi bahan anorganik dan melepaskan sejumlah energi (reaksi eksergonik). Energi yang lepas tersebut digunakan untuk membentuk adenosin trifosfat (ATP), yang merupakan sumber energi untuk seluruh aktivitas kehidupan.
Pada prinsipnya katabolisme merupakan reaksi reduksi-oksidasi (redoks), karena itu dalam reaksi tersebut diperlukan akseptor elektron untuk menerima elektron dari reaksi oksidasi bahan organik.
Akseptor elektron tersebut diantaranya adalah: NAD (nikotinamida adenin dinukleotida), FAD (flavin adenin dinukleotida), Ubikuinon, Sitokrom, Oksigen
Ada empat langkah dalam proses respirasi, yaitu:
1. Glikolisis
2. Dekarboksilasi oksidatif
3. Siklus Krebs
4. Rantai transpor elektron.
1. G L I K O L I S I S
Glikolisis berlangsung di sitosol, merupakan proses pemecahan molekul glukosa yang memiliki 6
atom C menjadi dua molekul asam piruvat yang memiliki 3 atom C. Reaksi yang berlangsung di
sitosol ini menghasilkan 2 NADH dan 2 ATP.
Perhatikan perubahan yang terjadi pada tiap langkah Bro.....
2. DEKARBOKSILASI OKSIDATIF
Dekarboksilasi oksidatif berlangsung di matriks mitokondria, sebenarnya merupakan langkah awal untuk memulai langkah ketiga, yaitu daur Krebs. Pada langkah ini 2 molekul asam piruvat yang terbentuk pada glikolisis masing-masing diubah menjadi Asetil-KoA (asetil koenzim A) dan menghasilkan 2 NADH dengan melepas CO2
3. Daur Krebs
Daur Krebs yang berlangsung di matriks mitokondria disebut juga daur asam sitrat atau daur asam trikarboksilat dan berlangsung pada matriks mitokondria. Asetil-KoA yang terbentuk pada dekarboksilasi oksidatif, memasuki daur ini. Setelah mengalami peristiwa oksidasi dan fosforilasi pada akhir siklus dihasilkan 6 NADH, 2 FADH, dan 2 ATP.
(lihat skema di bawah)
Setiap putaran siklus, dua karbon dari asetil coA masuk dalam bentuk relatif tereduksi dan terikat pada oklsaloasetat (senyawa berkarbon empat). Ikatan tak stabil asetil CoA dipecah begitu oksaloasetat memindahkan koenzim tersebut dan terikat ke gugus asetil. Hasilnya adalah sitrat berkarbon enam.
• CO2 dihasilkan pada fase 3 (isositrat –> α-ketoglutarat) dan fase 4 (α-ketoglutarat –> suksinil coA).
• Pembentukan NADH terjadi pada fase 3, 4, dan 8 ( malat –> oksaloasetat).
• Pembentukan FADH2 terjadi pada fase 6 (suksinat –> fumarat).
• Fosforilasi tingkat substrat terjadi pada fase 5 (suksinil coA- suksinat) dimana coA ditransfer oleh gugus fosfat yang kemudian dipindahkan ke GDP untuk membentuk GTP (serupa dengan ATP). ATP akan terbentuk apabila mendapatkan satu gugus fosfat dari GTP.
Hasil: satu molekul glukosa menghasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2.
4. Rantai Transpor Elektron
Tempat: membran dalam mitokondria
• Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob.
• Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal.
• Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria.
• Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs.
• Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.
• Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q.
• Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP.
• Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+.
• Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c.
• Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP.
• Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron.
• Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron.
• Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O).
• Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP.
• Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.
• Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH sebanyak 10 dan FADH2 2 molekul.
• Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.
• Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP
• Dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2.
• Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP.
• Ditambah dari hasil Glikolisis (2ATP) dan siklus Krebs (2 ATP), maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP
• Jadi dari satu molekul glukosa menghasilkan total 38 ATP.
• Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP. (lihat gambar dekraboksilasi oksidatif)
RESPIRASI ANAEROB
Setiap satu molekul NADH yang teroksidasi menjadi NAD akan melepaskan energi yang digunakan untuk Respirasi Anaerob
Oksigen diperlukan dalam respirasi aerob sebagai penerima H yang terakhir dan membentuk H2O. Bila berlangsung aktivitas respirasi yang sangat intensif seperti pada kontraksi otot yang berat akan terjadi kekurangan oksigen yang menyebabkan berlangsungnya respirasi anaerob. Contoh respirasi anaerob adalah fermentasi asam laktat pada otot, dan fermentasi alkohol yang dilakukan oleh jamur Sacharromyces (ragi).
1. Fermentasi asam laktat
Asam piruvat yang terbentuk pada glikolisis tidak memasuki daur Krebs dan rantai transpor elektron karena tak ada oksigen sebagai penerima H yang terakhir. Akibatnya asam piruvat direduksi karena menerima H dari NADH yang terbentuk saat glikolisis, dan terbentuklah asam laktat yang menyebabkan rasa lelah pada otot. Peristiwa ini hanya menghasilkan 2 ATP untuk setiap mol glukosa yang direspirasi.
CH3.CO.COOH + NADH —–> CH3.CHOH.COOH + NAD + E
(asam piruvat) (asam laktat)
2. Fermentasi alkohol
Pada fermentasi alkohol asam piruvat diubah menjadi asetaldehid yang kemudian menerima H dari NADH sehingga terbentuk etanol. Reaksi ini juga menghasilkan 2 ATP.
CH3.CO.COOH —–> CH3.CHO + NADH —–> C2H50H + NAD + E (2 ATP)
(asam piruvat) (asetaldehid) (etanol)
Komentar
Posting Komentar