MAKALAH BIOKIMIA KATABOLISME KARBOHIDRAT Jilid 2

MAKALAH BIOKIMIA

KATABOLISME KARBOHIDRAT

Jilid 2

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

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 pembahasan sebelumnya telah dibahas mengenai macam-macam fosforilasi. Yang pertama adalah fotofosforilasi pada pembahasan mengenai fotosintesis di dalam anabolisme karbohidrat. Fotofosforilasi yaitu pembentukan ikatan fosfat berenergi tinggi yang digunakan untuk sintesis ATP dengan bantuan cahaya matahari. Yang kedua adalah fosforilasi tingkat substrat yang mana merupakan pembentukan ikatan fosfat berenergi tinggi dari molekul substrat organik untuk mensintesis ATP. Yang ketiga adalah fosforilasi oksidatif yang mana merupakan pembentukan ikatan fosfat berenergi tinggi dengan cara mentransfer fosfat anorganik (Pi) ke ADP untuk mensintesis ATP dengan bantuan enzim.

Namun dalam makalah ini akan dibahas lebih rinci mengenai fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif hanya akan berlangsung dalam mensintesis ATP jika terdapat rantai transpor elektron karena melalui rantai transpor elektron ini akan terjadi pengubahan energi simpanan berupa NADH dan FADH₂  menjadi ATP yang mana proses pengubahan ini disebut fosforilasi oksidatif.

Pada proses glikolisis yang terjadi di sitosol dihasilkan energi sampingan berupa 2 NADH dan 2 ATP. Energi yang dihasilkan pada glikolisis (NADH saja) nantinya akan dibawa menuju mtokondria untuk dikonversi menjadi ATP. Pengangkutan energi dari sitosol menuju mitokondria ini memerlukan sistem shuttle karena membran dalam mitokondria bersifat tidak permeabel sehingga NADH tidak bisa menembus membran mitokondria.

Setelah seluruh energi masuk kedalam mitokondria dan telah dikonversi menjadi ATP, maka seluruh energi yang dihasilkan selama respirasi seluler mulai dari glikolisis sampai siklus krebs akan dihitung jumlah ATP dari pemecahan satu molekul  glukosa yang diperoleh hasil akhir sebanyak 36 ATP pada sel eukariotik dan 38 ATP pada sel prokariotik.

B.     Tujuan

1.      Mengetahui macam-macam fosforilasi

2.      Mempelajari proses fosforilasi oksidatif  melalui sistem transpor elektron

3.      Mempelajari mekanisme shuttle energi di dalam sel

4.      Menghitung perolehan ATP selama proses respirasi seluler

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Sumber utama energi dalam sel aerob terdapat pada proses respirasi. Pengangkutan elektron yang dirangkai dengan fosforilasi bersifat oksidasi, yaitu oksidasi glukosa menghasilkan CO₂ + H₂O dan ATP yang disebut rantai/sistem transpor elektron. Sistem transpor elektron adalah suatu sistem yang mengangkut elektron dari komponen kompleks I, II, III, IV secara berurutan yang berakhir pada O₂. (Wirahadikusumah, 1985: 80)

Sistem transpor elektron ini akan menentukan terjadinya proses sintesis ATP melalui fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif adalah pembentukan ikatan fosfat berenergi tinggi dengan cara mentransfer fosfat anorganik (Pi) ke ADP untuk mensintesis ATP. ATP yang diperoleh dalam fosforilasi oksidatif ini berasal dari perubahan energi simpanan berupa NADH dan FADH₂. (Campbell, 2008: 180)

Membran dalam mitokondria bersifat tidak permeable terhadap NADH  dan NAD⁺. Sehingga NADH yang terbentuk pada proses glikolisis harus dioksidasi kembali menjadi NAD⁺ oleh O_2. Sistem shuttle dibagi menjadi 2 yaitu malat-aspartat dan gliserol 3-fosfat. Dalam sistem ulang alik malat-aspartat, NADH di dalam sitosol akan diangkut oleh malat ke dalam mitokondria, dan di dalam mitokondria tetap berupa NADH. Sedangkan pada sistem ulang alik gliserol 3-fosfat NADH akan diangkut melalui sistem ini menggunakan gliserol 3-fosfat kedalam mitokondria dengan mengubahnya menjadi FADH₂. ( Lehninger, 1982 : 181)

Selama respirasi sebagian besar energi simpanan yang dihasilkan akan diubah menjadi energi ATP melalui proses fosforilasi oksidatif yang berlangsung dalam rantai transpor elektron. Setelah melalui rantai transpor elektron maka secara keseluruhan dari pemecahan satu molekul glukosa akan menghasilkan energi ATP sebesar 36 ATP pada sel eukariotik dan 38 ATP pada prokariotik. (L. Stryer, 2000 : 551)

BAB III 

PEMBAHASAN

Pemecahan senyawa karbohidrat berupa glukosa yang melalui tahap glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan daur krebs yang dihasilkan energi berupa NADH dan FADH₂ mempunyai sepasang elektron yang berenergi tinggi akan dikonversi menjadi ATP dengan fosforilasi oksidatif melalui sistem transport elektron.

A.       TRANSPOR ELEKTRON DAN FOSFORILASI OKSIDATIF

Rantai transport elektron adalah sekumpulan molekul yang terdapat di membran dalam mitokondria sel eukariotik (pada prokariota, molekul-molekul tersebut terdapat didalam membran plasma). Sebagian besar komponen rantai tersebut adalah kompleks protein yang dinomori I, II, III, dan IV.  Komplek protein nomor I ialah NADH dehidrogenase,  kompleks protein nomor II ialah suksinat dehidrogenase_, komponen protein nomor III ialah sitokrom b-c1 dan komponen protein nomor IV ialah sitokrom oksidase. Dalam serangkaian komples tersebut akan berlangsung proses transfer elektron dari NADH dan FADH₂  ke O₂ sebagai penerima elektron terakhirnya_.

Tahap-tahap dalam transpor elektron yang akan menyebabkan terjadinya fosforilasi oksidatif adalah sebagai berikut:

1.      Elektron dari NADH masuk rantai transpor elektron pada NADH dehidrogenase (kompleks I). Dua elektron NADH ditransfer ke Flavin Mononukleotida (FMN) yang mana merupakan gugus prostetik yang menempel pada kompleks ini sehingga menjadi FMNH₂. Elektron kemudian ditransfer ke rumpun besi-belerang (Fe-S).

2.      Elektron dalam Fe-S kemudian diangkut ke koenzim Q (ubikinon). Sehingga FMNH₂ tereduksi menjadi ubikuinol atau QH₂. Aliran dua elektron dari NADH menyebabkan terpompanya 4 H+ dari matriks ke ruang antar membran. 

3.      Pada suksinat dehidrogenase (Kompleks II) FADH yang terbentuk pada daur krebs  mentransfer elektron ke kompleks ini yaitu ke Fe-S,  kemudian ke ubikinon. Berbeda dengan kompleks I, kompleks II ini dalam mentransfer elektron dari FADH₂ ke Q tidak memompa proton karena perubahan energi bebas dari reaksi yang dikatalisnya terlalu kecil akibatnya lebih sedikit ATP yang terbentuk pada oksidasi FADH₂ daripada NADH.

4.      Pada kompleks sitokrom b-c₁ (Kompleks III), yang merupakan protein pemindah elektron yang mengandung hem sebagai gugus prostetik. Ubikinol (QH₂) mentransfer satu elektron ke sitokrom b, kemudian ke Fe-S dan dibawa ke sitokrom c₁. Kompleks ini berfungsi mengkatalis transfer elektron dari QH₂ ke sitokrom c (suatu protein yang larut dalam air dan secara bersamaan mompa proton melewati membran dalam mitokondria). Aliran sepasang elektron melalui kompleks ini menyebabkan pemompaan proton hanya 2H⁺ ke ruang antar membran karena daya gerak proton lebih kecil.

5.      Pada kompleks sitokrom oksidase (kompleks IV) merupakan kompleks terakhir yang memompa proton dalam rantai transport elektron. Kompleks ini mengkatalis transfer elektron dari sitokrom c ke molekul O₂ sebagai penerima elektron terkahir.

6.      Sintesis ATP dilakukan oleh ATP sintase dengan prinsip kemiosmotik. Terpompanya proton dari matriks ke ruang antar membran menyebabkan H⁺ melalui kompleks I, III, IV menyebabkan konsentrasi proton (kadar H+) di ruang antar membran tinggi sehingga proton harus di pompakan kembali ke matriks mitokondria melalui ATP sintase. Proton yang terpompa ini menghasilkan energi yang dapat digunakan ADP untuk mengikat Pi sehingga terbentuk ATP.

B.       MEKANISME SHUTTLE

Energi simpanan berupa NADH yang dihasilkan di dalam sitosol pada proses glikolisis harus diangkut ke membran dalam mitokondria untuk diubah menjadi ATP. Namun membran dalam mitokondria tidak permeabel terhadap NADH dan NAD^+. Oleh karena itu harus memerlukan sistem untuk mengangkutnya yang disebut sistem shuttle (sistem bolak balik). Sistem shuttle dapat dibedakan menjadi 2 yaitu :

1.             Shuttle Gliserol 3-fosfat

Elektron dari NADH hasil glikolisis di sitosol akan dipindah ke dihidroksiaseton fosfat (DHAP) untuk membentuk gliserol 3-fosfat (gliserol 3-fosfat merupakan pembawa yang dapat menyebrangi membran mitokondria). Reaksi ini dikatalis oleh gliserol 3-fosfat dehidrogenase yang berada di sitosol. Gliserol 3-fosfat ini di pindah ke membran dalam mitokokdria untuk memberikan elektron ke gliserol 3-fosfat dehidrogenase yang mengandung FAD kemudian diberikan ke koenzim Q dan akan kembali memasuki rantai tranpor elektron secara normal. Dihidroksiaseton fosfat akan terbentuk kembali ke sitosol.

2.             Shuttle Malat-Aspartat

Elektron dari NADH ditransfer ke oksaloasetat membentuk malat sehingga dapat melintasi membran dalam mitokondria. Di membran dalam mitokondria, malat dioksidasi menjadi oksaloasetat kembali dan terbentuk NADH. Oksaloasetat tidak dapat menembus  membran dalam mitokondria sehingga mengalami reaksi transaminasi (pelepasan gugus amin) menjadi aspartat dalam mitokondria. Dalam reaksi transaminasi glutamat juga diubah menjadi α-ketoglutarat. Aspartat di pindahkan keluar dari mitokondria dan mengalami transaminasi kembali menjadi oksaloasetat di dalam sitosol. Dalam dalam reaksi ini juga terbentuk glutamat dari α-ketoglutarat.

C.       KALKULASI ATP

Selama proses respirasi energi simpanan yang dihasilkan berupa NADH dan FADH₂ dari glikolisis, dekarboksilase oksidatif, dan siklus krebs melalui transpor elektron telah diubah menjadi ATP.

Dalam glikolisis satu molekul glukosa pada keadaan aerob menghasilkan 2 molekul piruvat, 2 NADH dan 2 ATP. Dua NADH yang berada di sitosol akan diangkut ke mitokondria melalui sistem bolak balik malat aspartat kemudian akan memasuki rantai traspor elektron dan menghasilkan energi sebesar 3 ATP per NADH, jadi 2 NADH sama dengan 6 ATP. Sehingga total ATP yang diperoleh dari glikolisis adalah 8 ATP  (jika melalui sistem bolak ballik gliserol 3-fosfat 2 NADH  hanya menghasilkan 4 ATP karena 2 ATP dipakai untuk melintasi membran).

Dalam dekarboksilasi oksidatif 2 molekul piruvat dipecah menjadi 2 asetil KoA dan terbentuk 2 NADH. Dua NADH akan diubah menjadi ATP melalui fosforilasi oksidatif di dalam rantai transpor elektron. Sama halnya dengan di glikolisis bahwa 2 NADH akan menghasilkan total ATP sebesar 6 ATP.

Dalam siklus krebs, 2 molekul asetil KoA yang memasuki siklus ini akan menghasilkan energi simpanan sebanyak 6 NADH dan 2 FADH_2. Enam NADH akan diubah menjadi ATP melalui fosforilasi oksidatif di dalam rantai transpor energi dan menghasilkan sebesar 18 ATP. Berbeda dengan NADH, satu FADH₂ dalam fosforilasi oksidatif hanya akan menghasilkan energi sebesar 2 ATP sehingga untuk 2 FADH₂ yang dihasilkan dalam siklus krebs hanya menghasilkan energi sebesar 4 ATP.

Dengan demikian dapat dihitung seluruh ATP  yang dihasilkan dari pemecahan satu molekul glukosa pada proses respirasi yaitu 36ATP / 38 ATP.

BAB IV

PENUTUP

A.       Kesimpulan

Berdasarkan studi referensi yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa :

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

2.  Pengubahan glukosa menjadi CO₂ dan H₂O sehingga dihasilkan ATP terjadi melalui empat tahapan antara lain glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat (D.O asam piruvat), siklus asam sitrat, dan jalur transpor elektron.

3.     Tahap-tahap proses glikolisis yaitu dari fosforilasi > glukosa >glukosa 6-fosfat > Fruktosa 6-fosfat > fruktosa 1,6 bifosfat > triosa fosfat(gliseraldehid 3-fosfat) > 1,3bifosfogliserat > 3-fosfogliserat > 2-fosfogliserat > Fosfoenolpirufat  > pirufat.

4.    Tahap-tahap proses dekarboksilasi oksidatif asam pirufat yaitu pelepasan gugus karboksil dalam bentuk CO2,terbentuk asetat,Ko-A menempel pada asetat membentuk asetil Ko-A.

5.     Tahap-tahap proses siklus krebs yaitu Oksaloasetat + Asetil > Sitrat > Isositrat > α ketoglutarat > Suksinil KoA Suksinat >  Fumarat >  Malat  > Oksaloasetat

6.  Terdapat 3 macam fosforilasi yaitu fotofosforilasi, fosforilasi oksidatif dan fosforilasi tingkat substrat.

7.    Fosforilasi oksidatif adalah pembentukan ikatan fosfat berenergi tinggi dengan cara mentransfer fosfat anorganik (Pi) ke ADP untuk mensintesis ATP padarangkaian sistem transpor elektron.

8.      Mekanisme shuttle di dalam sel digunakan untuk membawa NADH dari sitosol ke mitokondria.

9.      Secara keseluruhan proses respirasi menghasilkan 36 / 38 ATP.

B.       Saran 

Untuk penyusunan makalah selanjutnya sebaiknya :

1.   Pendalaman materi sebagai bahan  makalah perlu ditingkatkan untuk mengurangi kerancuan dalam materi yang disajikan.

2.   Pengetahuan tentang berbagai buku dan jurnal perlu ditambah untuk meningkatkan  kesesuaian materi.

3.  Diharapkan makalah ini dapat membantu pembaca dalam memahami materi katabolisme karbohidrat serta menjadi bahan referensi dalam pembelajaran biokimia.

DAFTAR PUSTAKA

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

Campbell, Neil A dan Jane B. Reece. 2008. Biologi. Jakarta : Erlangga

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