METABOLISME GULA

METABOLISME GULA

A.                           A.  Pengertian Metabolisme

Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam organisme hidup untuk mempertahankan hidup. Proses ini memungkinkan organisme untuk tumbuh dan berkembang biak, menjaga struktur mereka, dan merespon lingkungan mereka. Metabolisme biasanya dibagi menjadi dua kategori. Katabolisme memecah bahan organik, misalnya untuk energi panen dalam respirasi selular. Anabolisme, menggunakan energi untuk membangun komponen sel seperti protein dan asam nukleat.

Reaksi kimia metabolisme tersebut akan disusun dalam jalur metabolik, di mana satu kimia diubah melalui serangkaian langkah-langkah ke kimia lain, dengan urutan enzim. Enzim sangat penting untuk metabolisme karena mereka memungkinkan organisme untuk menggerakkan reaksi diinginkan yang memerlukan energi dan tidak akan terjadi dengan sendirinya, dengan kopling mereka untuk reaksi-reaksi spontan yang melepaskan energi. Sebagai enzim bertindak sebagai katalis reaksi-reaksi mereka memungkinkan untuk melanjutkan dengan cepat dan efisien. Enzim juga memungkinkan regulasi jalur metabolik dalam menanggapi perubahan di lingkungan sel atau sinyal dari sel lain.

Metabolisme dari suatu organisme menentukan zat itu akan menemukan bergizi dan yang akan menemukan beracun. Sebagai contoh, beberapa prokariota menggunakan hidrogen sulfida sebagai nutrisi, namun gas ini beracun bagi hewan. Kecepatan metabolisme, tingkat metabolisme, juga mempengaruhi berapa banyak makanan organisme akan membutuhkan.

B.     Enzim-Enzim Yang Berperan Dalam Metabolisme

Dalam setiap metabolisme pasti memerlukan bantuan enzim. Enzim terdiri dua komponen yaitu apoenzim yang terbuat dari protein dan bukan protein. Bagian non proten dapat berupa koenzim atau vitamin misalnya riboflavin, tiamin, niasin, dan biotin, atau gugus prostetik yang berupa ion-ion logam. Untuk dapat bekerja apoenzim dan bagian non protein harus bergabung membentuk holoenzim yang aktif.

            Sifat-sifat enzim :

1.      Sebagai biokatalisator

2.      Tidak tahan panas

3.      Enzim bekerja secara spesifik

4.      Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit

5.      Enzim bekerja secara bolak-balik

6.      Kerja enzim sangat dipengaruhi oleh suhu dari pH lingkungan

7.      Kerja enzim dapat dipengaruhi oleh inhibitor enzim

Enzim dan koenzim yang berperan dalam reaksi katabolisme gula dapat dibedakan menjadi 2 kelompok, yaitu :

·         Enzim yang berperan dalam reaksi oksidasi reduksi

·         Enzim yang berperan dalam pengubahan substrat yang tidak terkait dengan reaksi oksidasi reduksi

C.    Proses enzimatis pada katabolisme gula

Makhluk hidup memerlukan energi untuk melaksanakan berbagai maktifitas hidup, seperti pertumbuhan, aktifitas gerak, reproduksi dan irritabilitas. Energi ini dapat dipengaruhi dari proses perombakan senyawa-senyawa yang kompleks menjadi senyawa yang sederhana yang dikenal dengan istilah katabolisme. Katabolisme dapat dibedakan menjadi dua, yaitu respirasi dan fermentasi. Untuk lebih memahami proses katabolisme marilah kita memahami proses perombakan gula.

1.      Respirasi aerob

         Katabolisme gula secara sempurna dikenal dengan respirasi aerob yang dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu glikolisis, daur krebs dan reaksi transfer elektron respiratori. Dalam rentetan reaksi respirasi tersebut terjadi pengubahan-pengubahan senyawa kimia sehingga akhirnya akan dihasilkan senyawa yang sederhana yang sederhana dan energi dalam bentuk ATP.

a.      Glikolisis

Glikolisis merupakan reaksi tahap pertama secara aerob (cukup oksigen). Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan hasil akhirnya berupa senyawa asam piruvat. Glikolisis memiliki sifat-sifat, antara lain: glikolisis dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob, glikolisis melibatkan enzim ATP dan ADP, serta peranan ATP dan ADP pada glikolisis adalah memindahkan (mentransfer) fosfat dari molekul yang satu ke molekul yang lain. Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di sitoplasma (sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan energi dan 5 tahapan pelepasan energi.

Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini mengakibatkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim heksokinase. Glikolisis ini terjadi pada saat sel memecah molekul glukosa yang mengandung 6 atom C (6C) menjadi 2 molekul asam piruvat yang mengandung 3 atom C (3C) yang melalui dua rangkaian reaksi yaitu rangkaian I (pelepasan energi) dan rangkaian II (membutuhkan oksigen) dengan uraian sebagai berikut.

Bagan  Glikolisis

                                     video glikolisis

Rangkaian I

Rangkaian I Reaksi Glikolisis (pelepasan energi) berlangsung di dalam sitoplasma (dalam kondisi anaerob) yaitu diawali dari reaksi penguraian molekul glukosa menjadi Glukosa fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP dan melepas 1 P. Jika glukosa-6 fosfatmendapat tambahan 1 P menjadi fruktosa-6-fosfat kemudian menjadi fruktosa 1,6 fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP yang melepas 1 P. Jadi untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa 1,6 fosfat, energi yang dibutuhkan sebanyak (-2) ATP. Selanjutnya fruktosa 1,6 fosfat masuk ke mitokondria dan mengalami lisis (pecah) menjadi dehidroksik aseton fosfat dan fosfogliseraldehid.

Rangkaian II

Rangkaian II Reaksi Glikolisis (membutuhkan oksigen) berlangsung di dalam mitokondria (dalam kondisi awal), molekul fosfogliseraldehid yang mengalami reaksi fosforilasi (penambahan gugus fosfat) dan dalam waktu yang bersamaan, juga terjadi reaksi dehidrogenasi (pelepasan atom H) yang ditangkap oleh akseptor hidrogen, yaitu koenzim NAD. Dengan lepasnya 2 atom H, fosfogliseraldehid berubah menjadi 2×1,3-asam difosfogliseral kemudian berubah menjadi 2×3-asam fosfogliseral yang menghasilkan (+2) energi ATP. Selanjutnya 2×3-asam fosfogliseral tersebut berubah menjadi 2x asam piruvat dengan menghasilkan (+2) energi ATP serta H₂O (sebagai hasil sisa). Jadi, energi hasil akhir bersih untuk mengubah glukosa menjadi 2x asam piruvat, adalah:

Energi yang dibutuhkan Tahap I  : (-2) ATP

Energi yang dihasilkan  Tahap II : (+4) ATP

Energi hasil akhir bersih             :     2 ATP

b.      Daur  atau siklus krebs

Siklus Krebs berasal dari nama penemuannya yaitu Sir Hans Krebs (1980-1981), seorang ahli biokimia Jerman yang mengemukakan bahwa glukosa secara perlahan dipecah di dalam mitokondria sel dengan suatu siklus dinamakan siklus Krebs. Asetil koenzim A masuk siklus Krebs melalui reaksi hidrolisis dengan melepas koenzim A dan gugus asetil (mengadung 2 atom C), kemudian bergabung dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6 atom C). Energi yang digunakan untuk pembentukan asam sitrat berasal dari ikatan asetil koenzim A. Selanjutnya, asam sitrat (C6) secara bertahap menjadi asam oksaloasetat (C4) lagi yang kemudian akan bergabung dengan asetil Ko–A. Peristiwa pelepasan atom C diikuti dengan pelepasan energi tinggi berupa ATP yang dapat langsung digunakan oleh sel. Selama berlangsungnya reaksi oksigen yang diambil dari air untuk digunakan mengoksidasi dua atom C menjadi CO₂, proses tersebut disebut dekarboksilasi oksidatif. Dalam setiap oksidasi 1 molekul asetil koenzim A akan dibebaskan 1 molekul ATP, 8 atom H, dan 2 molekul CO₂. Atom H yang dilepaskan itu kemudian ditangkap oleh Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD) dan Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) untuk dibawa menuju sistem transpor yang direaksikan dengan oksigen menghasilkan air.

Bagan Daur atau Siklus Krebs

 

 

video siklus krebs

c.       Rantai transport elektron

Jika Anda lihat dengan baik pada gambar reaksi rantai transpor elektron, bahwa untuk 1 molekul NADH2 yang masuk ke rantai transpor elektron dapat dihasilkan 3 molekul ATP sedangkan dari 1 molekul FADH2 dapat dihasilkan 2 molekul ATP. Jadi, selama reaksi oksidasi dari 1 molekul glukosa dapat dihasilkan 38 ATP, terdiri atas 2 ATP dari glikolisis, 2 ATP dari dekarboksilasi oksidatif dan 6 ATP dari siklus Krebs (berasal dari 10 NADH2) serta 4 ATP dari siklus Krebs (berasal dari FADH2), jika dijumlahkan akan diperoleh hasil seperti berikut.

1) Energi ATP berasal dari 10 NADH2 selama 3 kali = 3 x (2+2+6) = 34
2)  Energi ATP berasal dari 2 NADH2 selama 2 kali = 2 x 2 = 4

      Bagan reaksi transport elektron

                          video transpor elektron

2.      Fermentasi (peragian)

Fermentasi merupakan peristiwa perombakan bahan makanan di dalam sel yang menghasilkan energi relatif kecil dan menghasilkan zat sisa yang bersifat meracuni sel. Reaksi fermentasi akan dilaksanakan oleh sel apabila cara lain untuk mendapatkan energi tidak dapat ditempuh.

Apabila sel kekurangan oksigen maka asam piruvat hasil peristiwa glikolisis akan segera diubah menjadi senyawa lain dalam untuk mendapatkan energi.

Apabila diperbandingkan hasil respirasi aerob dengan respirasi anaerob ternyata akan tampak bahwa respirasi aerob jauh lebih menguntungkan jika dibandingkan dengan respirasi anaerob. Pada respirasi aerob terjadi pemecahan bahan baku secara sempurna sehingga menghasilkan senyawa yang aman bagi sel dan dan jumlah energi yang besar, sedangkan respirasi anaerob akan menghasilkan senyawa yang dapat meracuni sel dan jumlah energi yang dihasilkan sangat kecil.

referensi :
- Campbell and Reece. 2002. Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta : Erlangga.