Minggu, 17 November 2013


Down Ribbon: KATABOLISME DAN ANABOLISME KARBOHIDRATStandar Kompetensi   : 2. Memahami pentingnya proses metabolisme pada organisme
Kompetensi Dasar :2.2Mendeskripsikan proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat.
Indikator               :    
1.      Menjelaskan reaksi-reaksi yang terjadi pada respirasi (glikolisis, reaksi antara, siklus Krebs, transpor elektron).
2.      Menjelaskan reaksi yang terjadi pada respirasi anaerob (fermentasi  alkohol dan fermentasi asam laktat).
3.      Menentukan zat yang dihasilkan pada proses fermentasi dengan melakukan percobaan.
4.       Menjelaskan reaksi-reaksi yang terjadi pada proses fotosintesis dan kemosintesis.
5.      Menjelaskan keterkaitan antara proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat

Metabolisme merupakan seluruh rangkaian reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel makhluk hidup.Dalam suatu reaksi kimia, terjadi perubahan yang menyangkut struktur molekul dari satu atau lebih zat; perubahan dari suatu zat dengan sifat khusus menjadi zat yang lain yang mempunyai sifat baru yang disertai dengan pelepasan dan penyerapan energi. Secara keseluruhan metabolisme berkaitan dengan pengelolaan sumber-sumber materi dan energy di dalam sel .Metabolisme terdiri atas dua proses, yaitu anabolisme dan katabolisme.
A.   Katabolisme Karbohidrat
Katabolisme disebut juga dissimilasi, karena dalam proses ini energi yang tersimpan ditimbulkan kembali atau dibongkar untuk menyelenggarakan proses-proses kehidupan. Proses katabolisme yang akan dibahas adalah katabolisme karbohidrat di dalam sel hidup, yaitu respirasi sel. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber.
1.  Tahapan Respirasi Sel
Di dalam proses respirasi sel, yang menjadi bahan bakar adalah gula heksosa. Pembakaran tersebut memerlukan oksigen bebas, sehingga reaksi keseluruhan dapat ditulis sebagai berikut :
C6H12O6 + 6 O2             6 CO2 + 6 H2O + 675 kkal
Pengubahan glukosa menjadi CO2dan H2O dapat dibagi menjadi empat  tahap, yaitu glikolisis, reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif/ oksidasi piruvat), siklus Krebs, dan transpor elektron.
a.      Glikolisis

http://4.bp.blogspot.com/-QTpl6IVQoJY/UJCfPp5OGCI/AAAAAAAAAPE/lIeHS-fWJlo/s1600/glycolysis.gif
Glikolisis yaitu proses degradasi 1 molekul glukosa (C6) menjadi 2 molekulpiruvat (C3) yang terjadi dalam serangkaian reaksi enzimatisyang menghasilkan energi bebas dalam bentuk ATP dan NADH.
Sifat-sifat glikolisis ialah:
1.      Dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob
2.      Dalam glikolisis terdapat kegiatan enzimatis, ATP (Adenosin Trifosfat), dan ADP (Adenosin Difosfat)
3.      ADP dan ATP berperan dalam pemindahan fosfat dari molekul satu ke molekul yang lain.
 Proses glikolisis terdiri dari 10 langkah reaksi yang terbagimenjadi 2 Fase, yaitu:
·   5 langkah pertama yang disebut fase preparatory.
·   5 langkah terakhir yang disebut fase payoff.
Fase I memerlukan 2 ATP dan  Fase II menghasilkan 4 ATP dan 2 NADP, sehingga total degradasi Glukosa menjadi 2 molekul piruvat   menghasil 2 molekul ATP dan 2 molekul NADP.
Prosesnya adalah seperti berikut ini.
1)      Molekul D-Glukosa diaktifkan bagi reaksi berikutnya dengan fosforilasi pada posisi 6, menghasilkan glukosa-6-fosfat dengan memanfaatkan ATP Reaksi ini bersifat tidak dapat balik. Enzim heksokinasemerupakan katalis dalam reaksi tersebut dibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor.
2)      Reaksi berikutnya ialah  isomerasi, yaitu pengubahan glukosa-6-fosfat, yang merupakan suatu aldosa, menjadi fruktosa-6-fosfat, yang merupakan suatu ketosa, dengan enzim fosfoglukoisomerase dan dibantu oleh ion Mg2+.
3)      Tahap selanjutnya adalah fruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-difosfat oleh enzim fosoffruktokinasedibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor. Dalam reaksi ini,gugus fosfat dipindahkan dari ATP ke fruktosa-6-fosfat pda posisi 1.
4)      Reaksi tahap keempat dalam rangkaian reaksi glikolisis adalah penguraian molekul fruktosa-1,6-difosfat membentuk dua molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan D-gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim aldolase fruktosadifosfatatau enzim aldolase.  Hanya satu di antara dua triosa fosfat yang dibentuk oleh aldolase, yaitu gliseraldehid-3-fosfat, yang dapat langsung diuraikan pada tahap reaksi glikolisis berikutnya. Tetapi, dihidroksi aseton fosfat dapat dengan cepat dan dalam reaksi dapat balik, berubah menjadi gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim isomerase triosa fosfat.
5)      Tahap selanjutnya adalah reaksi oksidasi gliseraldehid-3fosfat menjadi asam 1,3 difosfogliserat. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD+, sedangkan gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat. Enzim yang mengkatalisis dalam tahap ini adalah dehidrogenase gliseraldehida fosfat.
6)      Pada tahap ini, enzim kinase fosfogliserat mengubah asam 1,3-difosfogliserat menjadi asam 3-fosfogliserat. Dalam reaksi ini terbentuk satu molekul ATP dari ADP dan memerlukan ion Mg2+ sebagai kofaktor.
7)       Pada tahap ini, terjadi pengubahan asam 3-fosfoliserat menjadi asam 2-fosfogliserat. Reaksi ini melibatkan pergeseran dapat balik gugus fosfat dari posisi 3 ke posisi 2. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim fosfogliseril mutase dengan ion Mg2+ sebagai kofaktor.
8)       Reaksi berikutnya adalah reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat dari asam 2-fosfogliserat dengan katalisis enzim enolase dan ion Mg2+ sebagai kofaktor. Reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat ini ialah reaksi dehidrasi.
9)      Tahap terakhir pada glikolisis ialah reaksi pemindahan gugus fosfat berenergi tinggi dari fosfoenolpiruvat ke ADP yang dikatalisis oleh enzim piruvat kinase sehingga terbentuk molekul ATP dan molekul asam piruvat.

b.      Reaksi  Antara (Dekarboksilasi Oksidatif/ Oksidasi Piruvat)
Glikolisis menghasilkan asam piruvat. Asam piruvat ini akan dioksidasi dan menghilangkan 1 dari 3 karbon pada asam piruvat (karbon hilang dalam bentuk CO2). Reaksi ini menghasilkan fragmen berkarbon 2 yang disebut kelompok asetil dan mengubah NAD+ menjadi NADH. Reaksinya kompleks, melibatka 3 tahap reaksi antara. Diakhir reaksi, kelompok asetil (fragmen berkarbon 2) bergabung dengan koaktor koenzim A (KoA) sehingga membentuk senyawa asetil KoA.

c.       Siklus Krebs
Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler.Siklus Krebs berlangsung di matriks mitokondria.Siklus Krebsadalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentukasam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karenamenggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-Adengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.
Siklus Krebs terdiri dari 9 rangkaian reaksi sebagai berikut:
Reaksi 1 : Kondensasi
Asetil ko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentukasam sitrat.
Reaksi 2 dan 3 : Isomerasi
Setelah "mengantar" asetil masuk ke dalam siklus Krebs, Ko-A memisahkan diridari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan danpenambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat.
Reaksi 4 : Oksidasi pertama
Lalu, asam isositratmengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadiNADH, dan melepaskan satu molekul (CO2) dan membentuk asam a-ketoglutarat(baca: asam alpha ketoglutarat).
Reaksi 5 : Oksidasi kedua
Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskansatu molekul (CO2), dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembalimereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkantambahan satu Ko-A dan membentuk suksinil Ko-A.
Reaksi 6 : Fosforilasi
Setelah terbentuk suksinil Ko-Adan molekul Ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat.Pelepasan Ko-A dan perubahan suksinil Ko-A menjadi asam suksinat menghasilkancukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganikmenjadi satu molekulATP.
Reaksi 7 : Oksidasi ketiga
Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi danmelepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2,dan terbentuklah asam fumarat.
Reaksi 8 dan 9 : Pembentukan kembali oksaloasetat
Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asamfumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat,karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malatmengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima olehNAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asamoksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil Ko-A dan kembali menjalanisiklus Krebs.
Produk siklus krebs
Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP,6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron.