Standar 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
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.