METABOLISME Part 1

Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme karbohidrat Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks. Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolisme. Metabolisme total merupakan semua proses biokimia di dalam organisme. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolisme, makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup. Karbohidrat merupakan hidrat dari unsur karbon (C). Peristiwa ini banyak dijumpai pada tubuh makhluk hidup, baik tumbuhan, hewan, atau manusia.

Katabolisme adalah reaksi metabolisme sel mengalami untuk mengekstrak energi. Ada dua jalur metabolik utama katabolisme monosakarida: glikolisis dan siklus asam sitrat
Dalam glikolisis, oligo / polisakarida yang dibelah pertama yang lebih kecil monosakarida oleh enzim yang disebut hidrolisis Glycoside. Unit-unit monosakarida kemudian dapat masuk ke dalam katabolisme monosakarida.

Dalam beberapa kasus, seperti dengan manusia, tidak semua jenis karbohidrat ini dapat digunakan sebagai pencernaan dan enzim metabolisme yang diperlukan yang tidak hadir. Misalnya, baik kuda maupun manusia maupun kucing dapat mencerna dan menggunakan selulosa, tetapi ruminansia dan rayap bisa.

Metabolisme (bahasa Yunani: metabolismos, perubahan) adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik.

• katabolisme, yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi
• anabolisme, yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Kedua arah lintasan metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada senyawa organik, penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu percepatan reaksi kimia disebut katalis.

Pada setiap arah metabolisme, reaksi kimiawi melibatkan sejumlah substrat yang bereaksi dengan dikatalisis enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan senyawa intermediat, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya. Keseluruhan pereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi disebut metabolomika. Semua ini dipelajari pada suatu cabang ilmu biologi yang disebut metabolomika.

Jalur-jalur metabolisme penting mencakup:

Jalur umum :

• Metabolisme karbohidrat
• Metabolisme lemak
• Metabolisme protein
• Metabolisme asam nukleat
• Metabolisme asam assetat

Katabolisme

Jalur katabolisme yang menguraikan molekul kompleks menjadi senyawa sederhana mencakup:

• 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.
• Katabolisme karbohidrat
• Glikogenolisis, pengubahan glikogen menjadi glukosa.
• Glikolisis, pengubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa membutuhkan oksigen.
• Jalur pentosa fosfat, pembentukan NADPH dari glukosa.
• Katabolisme protein, hidrolisis protein menjadi asam amino.
• Respirasi aerobik
• Transpor elektron
• Fosforilasi oksidatif
• Respirasi anaerobik,
• Daur Cori
• Fermentasi asam laktat
• Fermentasi
• Fermentasi etanol

Anabolisme

Jalur anabolisme yang membentuk senyawa-senyawa dari prekursor sederhana mencakup:

• Glikogenesis, pembentukan glikogen dari glukosa.
• Glukoneogenesis, pembentukan glukosa dari senyawa organik lain.
• Jalur sintesis porfirin
• Jalur HMG-CoA reduktase, mengawali pembentukan kolesterol dan isoprenoid.
• Metabolisme sekunder, jalur-jalur metabolisme yang tidak esensial bagi pertumbuhan, perkembangan, maupun reproduksi, namun biasanya berfungsi secara ekologis, misalnya pembentukan alkaloid dan terpenoid.
• Fotosintesis
• Siklus Calvin dan fiksasi karbon 
• Pencernakan: proses pemecahan makanan dari bentuk komplek menjadi bentuk sederhana
• Karbohidrat: dari polisakarida dirubah menjadi monosakarida (galaktose, fruktose, glukose)
• Glukose merupakan monosakarida terbanyak dalam sirkulasi (70 – 110 mg/ml) 
• Galaktose dan fruktose dikonversi oleh hati dengan enzim yang sesuai menjadi glukose, kemudian masuk sirkulasi

METABOLISME KARBOHIDRAT
Terdiri 3 fase:

1. Glikolisis
2. Siklus Kreb
3. Fosforilasi Oksidatif

GLIKOLISIS

• Proses perubahan glukose menjadi asam piruvat atau asetil coenzim-A
• Glikolisis terjadi di sitoplasma

• Glukose tidak dapat langsung diffusi ke sel
• Glukose harus berikatan dulu dengan carrier: G + C → GC → GC dapat berdiffusi kedalam sel
• Didalam sel GC → G + C
• C keluar sel lagi untuk mengikat G yang lain → sampai semua G masuk sel
• Proses ini dipercepat oleh H. Insulin, jika H. Insulin kurang → proses masuknya G kedalam sel lambat → G menumpuk didalam darah → DM
• G di sitoplasma mengalami fosforilasi → glukose 6-PO4 (enzim glukokinase)
• Fruktokinase → fruktose → fruktose 6-PO4
• Galaktokinase → galaktose → galaktose 6-PO4

• Glikolisis: proses perubahan glukose menjadi asam piruvat atau asam laktat
• Glikolisis terdiri 2 lintasan:
• Katabolisme glukosa (glikolisis) melalui triose (dihidroksi aseton fosfat atau gliseraldehid 3-PO4) disebut lintasan Embden Meyerhof
• Katabolisme glukosa (glikolisis) melalui 6-fosfoglukonat disebut lintasan oksidatif langsung (pintas heksosmonofosfat).

SIKLUS KREBS

• Proses perubahan asetil co-A → H
• Proses ini terjadi didalam mitokondria
• Pengambilan asetil co-A di sitoplasma dilakukan oleh: oxalo asetat → proses pengambilan ini terus berlangsung sampai asetil co-A di sitoplasma habis
• Jika dalam asupan nutrisi kekurangan KH → akan kekurangan oxaloasetat

• Kekurangan oxaloasetat → pengambilan asetil co-A di sitoplasma terhambat → asetil co-A menumpuk di sitoplasma
• Penumpukan asetil co-A → berikatan sesama asetil co-A → asam aseto asetat
• Asam aseto asetat → senyawa tidak setabil → mudah mengurai: aseton + asam β hidroksi butirat

• Ketiga senyawa: asam aseto asetat, aseton dan asam β hidroksi butirat → disebut Badan Keton
• Meningkatnya badan keton didalam darah → ketosis
• Badan keton bersifat racun bagi otak → koma, karena biasanya terdapat pada penderita DM → koma diabeticum

FOSFORILASI OKSIDATIF

• Dalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi → energi tersebut ditangkap oleh senyawa yang disebut ATP.
• Fosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi tinggi dalam proses rantai respirasi.

• Fosforilasi oksidatif: proses perubahan ADP → ATP dengan cara mengambil energi yang dihasilkan Rantai Respirasi (reaksi H + O2 → H2O).

RINGKASAN METABOLISME KARBOHIDRAT

• Glikolisis: perubahan glukose → asam piruvat
• R/ Glukose + 2 ADP + 2 PO4 → 2 asam piruvat + 2 ATP + 4 H
• Hasil utama glikolisis: asam piruvat
• Energi dihasilkan: 2 ATP
• Tempat reaksi glikolisis: sitoplasma
• Terdiri 2 lintasan: Embden Meyerhof dan Heksosmonofosfat

• Siklus Kreb: perubahan asetil co-A → H
• R/ 2 Asetil Ko-A + 6 H2O + 2 ADP → 4 CO2 + 16 H + 2 Ko-A + 2 ATP
• Hasil utama: H
• Energi dihasilkan: 2 ATP
• Tempat berlangsung: mitokondria
• Sisa metabolisme CO2 berasal dari hasil samping Siklus Krebs/ Siklus Asam Sitrat/ Siklus Asam Trikarboksilat

• Fosforilasi oksidatif: proses perubahan ADP → ATP dengan cara mengambil energi yang dihasilkan Rantai Respirasi (reaksi H + O2 → H2O)
• R/ 2 H + ½ O2 + 2e + ADP → H2O + ATP
• Energi yang dihasilkan: 34 ATP
• Total hasil energi metabolisme karbohidrat: 38 ATP

Metabolisme Protein

TRANSPORT PROTEIN

• Protein diabsorpsi di usus halus dalam bentuk asam amino → masuk darah
• Dalam darah asam amino disebar keseluruh sel untuk disimpan
• Didalam sel asam amino disimpan dalam bentuk protein (dengan menggunakan enzim)
• Hati merupakan jaringan utama untuk menyimpan dan mengolah protein

PEMECAHAN PROTEIN

1. Transaminasi:

• alanin + alfa-ketoglutarat → piruvat + glutamat

1. Diaminasi:

• asam amino + NAD+ → asam keto + NH3

• NH3 → merupakan racun bagi tubuh, tetapi tidak dapat dibuang oleh ginjal → harus diubah dahulu jadi urea (di hati) → agar dapat dibuang oleh ginjal

PEMECAHAN PROTEIN

• Deaminasi maupun transaminasi merupakan proses perubahan protein → zat yang dapat masuk kedalam siklus Krebs
• Zat hasil deaminasi/transaminasi yang dapat masuk siklus Krebs adalah: alfa ketoglutarat, suksinil ko-A, fumarat, oksaloasetat, sitrat.

SIKLUS KREBS

• Proses perubahan asetil ko-A → H + CO2
• Proses ini terjadi didalam mitokondria
• Pengambilan asetil co-A di sitoplasma dilakukan oleh: oxalo asetat → proses pengambilan ini terus berlangsung sampai asetil co-A di sitoplasma habis
• Oksaloasetat berasal dari asam piruvat
• Jika asupan nutrisi kekurangan KH → kurang as. Piruvat → kurang oxaloasetat

RANTAI RESPIRASI

H → hasil utama dari siklus Krebs ditangkap oleh carrier NAD menjadi NADH
H dari NADH ditransfer ke → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b → sitokrom c → sitokrom aa3 → terus direaksikan dengan O2 → H2O + E

Rangkaian transfer H dari satu carrier ke carrier lainya disebut Rantai respirasi
Rantai Respirasi terjadi didalam mitokondria → transfer atom H antar carrier memakai enzim Dehidrogenase → sedangkan reaksi H + O2 memakai enzim Oksidase.
Urutan carrier dalam rantai respirasi adalah: NAD → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b → sitokrom c → sitokrom aa3 → direaksikan dengan O2 → H2O + E

FOSFORILASI OKSIDATIF

Dalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi → energi tsb ditangkap oleh ADP untuk menambah satu gugus fosfat menjadi ATP
Fosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi tinggi dalam proses rantai respirasi
Fosforilasi oksidatif → proses merubah ADP → ATP