MAKALAH BIOKIMIA KATABOLISME KARBOHIDRAT Jilid 1

MAKALAH BIOKIMIA

KATABOLISME KARBOHIDRAT

Jilid 1

Disusun oleh

1. Lisna Tri Hastuti         14308141010
2. Desi Dwi Ariyanti       14308141019
3. Debby Agustin            14308141026
4. Nadia Agnes Rashesa 14308141034
5. Yohana Puji Lestari    14308141035

Kelas Biologi B

JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

2015

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam selmakhluk hidup, mulai dari makhluk bersel satu yang sangat sederhana  (bakteri, protozoa) sampai makhluk bersel banyak seperti manusia. Metabolisme di dalam tubuh terdiri dari dua proses yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme (proses penyusunan/sintesis) merupakan proses penyusunan senyawa anorganik (senyawa sederhana) menjadi senyawa organik (komplek) yang membutuhkan energi biasanya berupa energi ATP, misalnya proses fotosintesis dan kemosintesis.

Katabolisme (penguraian/pembongkaran) merupakan proses penguraian senyawa organik (komplek) menjadi senyawa anorganik (sederhana) yang menghasilkan energi berupa ATP, misalnya pada proses respirasi dan fermentasi.

Dalam makalah akan dibahas proses katabolisme karbohidrat secara lebih rinci. Katabolisme karbohidrat meliputi respirasi yang terjadi di dalam sel. Respirasi dibagi menjadi 2 yaitu respirasi aerob dan anaerob. Respirasi aerob merupakan proses penguraian karbohidrat yang membutuhkan O₂dan menghasilkan energi berupa ATP dalam jumlah yang besar. Sedangkan respirasi anaerob merupakan proses penguraian karbohidrat yang tidak membutukan O₂ dan menghasilkan ATP yang lebih sedikit daripada aerob.

Proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat dapat di bagi menjadi 3 jalur yaitu :

a.       Entne-Duodorff-Pathway (ED)

Jalur ini hanya terjadi pada organisme prokariotik (bakteri). Hasil akhir perolehan dari jalur ini adalah 2 piruvat, 2 NADPH, dan 1 ATP. Kelebihan dari jalur ini adalah memberi jalan pintas untuk masuk ke siklus asam sitrat yang langsung menghasilkan piruvat dari pemecahan senyawa keto yaitu 2-keto3-deoksi-6fosfoglukonat (KDPG).

b.      Heksosa Monophosphate Pathway (HMP)

Jalur ini terjadi pada hewan dan tumbuhan namun dominannya pada tumbuhan. Hasil akhir dari jalur ini adalah 1 ATP, 1 NADP, dan 1 NADPH. Kelebihan dari jalur ini adalah dihasilkannya senyawa ribulosa 5-fosfat yang digunakan untuk sintesis gula asam nukleat berupa ribosa dan deoksiribosa.

c.       Embden Meyerhof Parnas Pathway (EMP)

Jalur ini hanya terjadi pada mikroba, tumbuhan dan hewan. Hasil akhir dari jalur ini adalah 2 ATP, 2 NADH, 2 piruvat.

B.     Tujuan

1.    Mengetahui pengertian katabolisme

2.    Mengetahui tahap-tahap yang terjadi dalam katabolisme karbohidrat

3.    Mengetahui tahap-tahap yang terjadi dalamproses glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, siklus asam sitrat, dan transpot elektron

4.    Mengetahui ATP yang dihasilkan dalam proses katabolisme karbohidrat

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Pada katabolisme karbohidrat terdapat beberapa tipe jalur penambatan glukosa antar lain glukolisis atau Embden Meyerhof Parnas Pathway (EMP), Entne-Duodorff-Pathway (ED), Heksosa Monophosphate Pathway (HMP). Oksidasi selanjutnya senyawa antara umum yang dihasilkan dari jalur tersebut memasuki daur/siklus krebs dan rantai respirasi untuk menghasilkan ATP yang lebih banyak. Proses metabolisme yang berlangsung pada tiap organisme bergantung pada aktivitas sistem enzim yang dimiliki oleh organisme tersebut. Jalur-jalur EMP, ED, HMP berlangsung dalam keadaan anaerob. Sedangkan proses selanjutnya yaitu siklus krebs dan rantai respirasi terjadi dalam keadaan anaerob (Purwo, 1993: 166).

Glikoslis merupakan suatu proses yang menyebabkan terjadinya konversi satu molekul glukosa menjadi dua molekul piruvat. Glikolisis merupakan jalur metabolisme primitif karena bekerja pada sel yang paling sederhana sekalipun dan tidak memerlukan oksigen (Yohanis, 2009: 53)

Pada keadaan aerob, langkah berikutnya pada pembentukan energi dari glukosa adalah dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil koenzim A (asetil KoA). Unit asetil aktif ini kemudian mengalami oksidasi sempurna menjadi CO2 melalui daur asam sitrat (daur asam trikarboksilat/siklus krebs). Daur asam piruvat merupakan jalur metabolisme bersama untuk oksidasi molekul bahan bakar seperti asam amino, asam lemak, dan karbohidrat. Sebagian besar molekul masuk daur asam sitrat sebagai asetil KoA. Daur ini menyediakan senyawa antara untuk proses biosintesis (Strayer, 2000: 509)

BAB III

PEMBAHASAN

Katabolisme (penguraian/pembongkaran) merupakan proses penguraian senyawa organik (komplek) menjadi senyawa anorganik (sederhana) yang menghasilkan energi berupa ATP, misalnya pada proses respirasi dan fermentasi.

Respirasi dibagi menjadi 2 yaitu:

a.       Respirasi aerob merupakan proses penguraian karbohidrat yang membutuhkan O₂dan menghasilkan energi berupa ATP dalam jumlah yang besar.

b.      Respirasi anaerob merupakan proses penguraian karbohidrat yang tidak membutukan O₂ dan menghasilkan ATP yang lebih sedikit daripada aerob.

Glukosa merupakan bahan bakar universal bagi sel manusia. Setiap jenis sel dari tubuh manusia dapat menghasilkan ATP. Glukosa akan di ubah menjadi ATP berdasarkan reaksi : C₆H₁₂O₆ + 6H₂O             6CO₂ + 6H₂O + 36/38 ATP.

Pengubahan glukosa menjadi CO₂dan H₂O sehingga dihasilkan ATP terjadi melalui empat tahapan antara lain glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat (D.O asam piruvat), siklus asam sitrat, dan jalur transpot elektron.

1.         GLIKOLISIS

Merupakan jalur dimana glukosa mengalami oksidasi dan pemecahan menjadi piruvat. Glikolisis yang berlangsung di sitosol secara langsung menghasilkan ATP melalui pemindahan fosfat berenergi tinggi dari zat antara pada jalur tersebut ke ADP (fosforilasi tingkat substrat).

Glikolisis disebut jugareaksi Emden Meyerhof / Emden Meyerhof Parnas. Yang merupakan rangkaian reaksi perubahan satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat menghasilkan 2 NADH dan 2 ATP yang terjadi didalam sitoplasma.

Dalam tahapan glikolisis dikatalis oleh 10 enzim, namun diantara 10 enzim tersebut terdapat 2 enzim sebagai kunci dari proses glikolisis tersebut yaitu heksokinase dan fosfofruktokinase. Heksokinase dijadikan sebagai enzim kunci karena merupakan enzim alosterik yang mana aktivitasnya dapat dihambat oleh produknya sendiri berupa glukosa 6-fosfat yang berlebih. Fosfofruktokinase dijadikan sebagai enzim kunci karena merupakan enzim alosterik yang mana aktivitasnya dihambat oleh kelebihan ATP.

·           Pada glikolisis terjadi mekanisme reaksi 10 tahap, sebagai berikut :

a.      Fosforilasi glukosa menjadi glukosa 6-fosfat

Reaksi ini memerlukan energi 1 ATP dari suplai tubuh dan dikatalis oleh enzim heksokinase yang memerlukan ion Mg²⁺sebagai kofaktor. Pemindahan satu molekul fosfatdari ATP sehingga terhidrolisis menjadi ADP. Penggunaan ATP tersebut mengubah glukosa menjadi glukosa 6-fosfat.

b.      Pengubahan glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat

Memerlukan reaksi isomerisasiglukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat. Yang dikatalis oleh enzim fosfoglukosaisomerase yang mengkatalis reaksi kebalikannya karena reaksi isomerisasi merupakan reaksi yang mengkonversi aldosa menjadi ketosa dan sebaliknya. Reaksi ini tidak menguraikan ataupun membentuk ATP.

c.       Fosforilasi fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6 bifosfat

Dalam reaksi inigugus fosfat dari ATP dimasukkan pada fruktosa 6-fosfat di atom karbon nomor 1sehingga menjadi fruktosa 1,6 bifosfat dan ADP + H⁺yang dikatalis oleh enzim fosfofruktokinase dengan ion Mg²⁺ sebagai kofaktoryang berfungsi untuk membentuk kompleks dengan ATP. Reaksi ini bersifat irreversible dan dikatalis oleh enzim yang sama.

d.      Pemecahan fruktosa 1,6 bifosfat menjadi triosafosfat

Merupakan pemecahan senyawa karbohidrat beratom 6 yaitu 1,6 bifosfat menjadi dua senyawa beratom 3 yaitu gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiasetonfosfat. Reaksi ini dikatalis oleh enzim aldolase.

e.       Interkonvensi dari triosa fosfat

Terjadi reaksi isomerisasi bolak-balik antarakedua senyawa beratom 3 yang dikatalis oleh enzim triosafosfat isomerase karena dihidroksiasetonfosfat tidak terdapat pada jalur glikolisis sehingga dengan cepat dikonversi menjadi gliseraldehid 3-fosfatsehingga pemecahan 1 molekul fruktosa 1,6 bifosfat menghasilkan 2 molekul gliseraldehida 3-fosfat.

f.       Oksidasi gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3 bifosfogliserat

Merupakan perubahan gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3 bifosfogliserat. Pada reaksi ini gugus aldehid pada atom C nomor 1 dikonversi menjadi asil fosfat (anhidrida campuran asam fosfat dan asam karboksilat) sehingga atom H terdehidrogenasi oleh enzimgliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase dan dirangkai dengan reaksi reduksi pembentukan NADH dari NAD⁺ dengan satu gugus fosfat dari fosfat anorganik (Pi).Dihasilkan 1 molekul NADH dan 1 molekul 1,3 bifosfogliserat yang masing-masing mempersatukan ikatan fosfat berenergi tinggi.

g.      Transfer fosfat dari 1,3 bifosfogliserat ke ADP

Reaksi ini dikatalis oleh enzim fosfogliseratkinase dengan ion Mg²⁺sebagai kofaktornya yang membantu mengubah 1,3 bifosfogliserat menjadi asam 3-fosfogliserat dengan transfer gugus fosforil dari asil fosfat ke ADP untuk membentuk ATP. Dihasilkan 1 molekul ATP dan 1 molekul 3-fosfogliserat.

h.      Pengubahan 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat

Terjadi mutasi 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat yang dikatalis oleh enzim fosfogliserat mutase. Enzim mutase merupakan enzim yang mengkatalis pergeseran intramolekul gugus kimia.

i.        Dehidrasi 2-fosfogliserat menjadi fosfoenolpiruvat

Pada reaksi ini terjadi pembentukan enol dari dehidrasi (pelepasan molekul air) 2-fosfogliserat yang dikatalis oleh enzim enolase menghasilkan fosfoenolpiruvat yang memiliki ikatan fosfat berenergi tinggi.

j.        Transfer gugus fosfat dari fosfoenolpiruvat ke ADP

Merupakan reaksi pembentukan asam piruvat dari fosfoenolpiruvat melalui senyawa antara enolpiruvat. Reaksi ini dikatalis oleh enzim piruvatkinase dengan ion Mg²⁺sebagai kofaktornya, gugus fosfatdari fosfoenolpiruvat dipindah ke ADP untuk mensintesis ATP. Fosfoenolpiruvat adalah senyawa terfosforilasi dengan energi tinggi dalam metabolisme. Hasil reaksinya adalah 1 molekul ATP dan 1 molekul asam piruvat.

2.         NASIB PIRUVAT DI DALAM SEL

Piruvat hasil dari reaksi glikolisis akan mengalami 2 proses dalam keadaan aerob dan anaerob. Pada keadaan aerob piruvat akan diubah menjadi asetil KoA. Sedangkan pada keadaan anaerob, piruvat akan mengalami proses fermentasi. Fermentasi di dalam sel terbagi menjadi dua yaitu :

a.       Fermentasi asam laktat

Piruvat direduksi secara langsung oleh NADH membentuk laktat tanpa pelepasan CO₂. Reaksi ini dikatalis oleh enzim laktat dehidrogenase.

b.      Fermentasi alkohol

Piruvat diubah menjadi etanol dalam dua tahapan. Pertama, dekarboksilasi piruvat yaitu pelepasan gugus karboksil pada piruvatbersama H⁺yang dikeluarkan dalam bentuk CO₂ sehingga menjadi senyawa asetaldehid. Kedua, reduksi asetaldehid yaitu asetaldehid direduksi menjadi etanol oleh NADH. Reaksi ini dikatalis oleh enzim alkohol dehidrogenase.

NADH hasil oksidasi gliseraldehid 3-fosfat dipakai untuk reduksi piruvat sehingga terurai menjadi NAD⁺. Jika NAD⁺ tidak dibentuk kembali maka glikolisis tidak akan melewati gliseraldehid 3-fosfat yang otomatis ATP tidak akan terbentuk.

3.         DEKARBOKSILASI OKSIDATIF ASAM PIRUVAT (D.O ASAM PIRUVAT)

Merupakan peristiwa pelepasan gugus karboksil dari asam piruvat dan penambahan molekul KoA sehingga menghasilkan asetil KoA dalam suaasana aaerob yang berlangsung di membrankrista mitokondria.

Langkah ini merupakan persambungan antara glikolisis dan siklus krebs oleh suatu kompleks multi enzim yang mengkatalis tiga reaksi.

a.       Gugus karboksil (-COO^-) piruvat, yangtelah dioksidasi sepenuhnya sehingga hanya memiliki sedikit energi kimia selanjutnya dilepaskan menjadi CO_2.

b.      Fragmen berkarbon duasisa oksidasitersebut membentuk senyawa yaitu asetat (asam asetat yang terionisasi) kemudian suatu enzim memberikan elektron ke NAD⁺ dan menyimpan energi dalam bentuk NADH.

c.       Koenzim A (KoA), suatu senyawa yang mengandung sulfur menempel pada asetat yang mempunyai ikatan tidak stabil sehingga membuat gugus asetil (asetat yang melekat) sangat reaktif dan memiliki energi potensial yang tinggi.   Senyawa tersebutdisebut asetil KoA.

Ketiga reaksi tersebut dikatalis oleh suatu enzim yang disebut kompleks piruvat dehidrogenase.Hasil D.O asam piruvat adalah 2 Asetil Ko-A,2CO₂,2NADH.

4.         SIKLUS KREBS

Siklus asam sitrat adalah suatu reaksi dimana dua atom karbon dari asetil-KoA dioksidasi menjadi CO₂. Siklus kreb terjadi di matriks mitokondria dan terjadi secara aerob.

Dalam satu putaran siklus krebs terjadi melalui beberapa tahap yaitu:

a.    Oksaloasetat + asetil Ko-A         Sitrat

Asetil Ko-A yang terbentuk masuk ke dalam daur krebs dan bereaksi dengan oksaloasetat membentuk asam sitrat. Reaksi ini dikatalis oleh enzim sitrat sintase. Oksaloasetat awalnya berkondensasi dengan asetil KoA membentuk sitril KoA, yang kemudian mengalami hidrolisis menjadi sitrat dan KoA.

b.        Asam sitrat         Isositrat

Sitrat mengalami isomerisasi menjadi isositrat. Isomerisasi ini berlangsung melalui tahap dehidrasi dengan diikuti hidrasi. Hasilnya adalah pertukaran antara H dan OH. Reaksi ini dikatalis oleh enzim akonitase karena cis-akonitat merupakan senyawa antara.

c.       Isositrat         α ketoglutarat

Reaksi ini merupakan reaksi pertama dari empat reaksi oksidasi reduksi yang terjadi dalam daur asam sitrat yang dikatalis oleh enzim isositrat dehidrogenase. Pada reaksi ini terdapat senyawa antara yaitu oksalosuksinat, suatu asam β-keto yang tidak stabil. Saat terikat pada enzim, ia melepaskan CO2 yang membentuk α-ketoglutarat.

d.      α ketoglutarat           Suksinil Ko-A

α ketoglutarat dioksidasi menjadi suksinil Ko-A, CO2 dan NADH oleh kompleks α-ketoglutarat dehidrogenase. Kompleks enzim ini memerlukanNAD⁺dan koenzim A sebagai kofaktor.

e.       Suksinil Ko-A         Suksinat

Suksinil Ko-A diubah menjadi suksinat (4C) oleh suksinil Ko-A sintetase. Reaksi ini menggunakan energi yang dilepaskan oleh pemotongan ikatan suksinil Ko-A untuk mensintesis GTP / ATP dari Pi dan GDP / ADP.

f.       Suksinat          Fumarat

Suksinat dioksidasi menjadi fumarat (4C) oleh suksinat dehidrogenase.  FAD direduksi menghasilkan FADH₂. Koenzim flavin ini terikat kuat melalui ikatan kovalen dengan enzim suksinat dehidrogenase. Digunakannya FAD sebagai akseptor hidrogen karena perubahan energi bebas tidak tercukupi untuk mereduksi NAD+ dan FAD hampir selalu menjadi akseptor electron dalam reaksi oksidasi yang memindahkan 2 atom hidrogen dari suatu substrat.

g.      Fumarat           Malat

Fumarat diubah menjadi malat (4C) oleh fumarase. Merupakan reaksi hidrasi yang hanya menambahkan gugus OH pada ikatan rangkap fumarat. 

h.      Malat        Oksaloasetat

Malat dioksidasi menjadi oksaloasetat (4C) oleh malat dehidrogenase. NAD⁺ diperlukan oleh enzim sebagai kofaktor untuk menerima pasangan elektron bebas dan menghasilkan NADH.

Hasil dari siklus krebs adalah 2 CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂, 1 ATP.

DAFTAR PUSTAKA

Arbianto, Purwo.1993.Biokimia Konsep-Konsep Dasar.Bandung:ITB

Marks, Dawn B.dkk.2000.Biokimia Kedokteran Dasar.Jakarta:EGC

Murray, Robert K.dkk.2003.Biokimia Harper.Jakarta:EGC

Ngili, Yohanis.2009.Biokimia Metabolisme dan Bioenergitika.Yogyakarta: Graha ilmu

Stryer, Lubert.2000.Biokimia.Jakarta:EGC