Katabolisme

Katabolisme, udah familiar atau baru denger? Padahal dalam kehidupan kita sehari-hari, kita selalu melakukan proses ini loh! Proses apakah itu? Ya, Bernapas! Salah satu contoh katabolisme adalah proses respirasi atau bernapas.

Makhluk hidup membutuhkan energi untuk beraktivitas, darimana makhluk hidup mendapatkan energi untuk aktivitasnya sehari-hari? Energi makhluk hidup diperoleh melalui proses yang disebut metabolisme. Lalu apakah metabolisme itu? Yuk simak pembahasan mengenai metabolisme berikut ini!

Pengertian Metabolisme

Metabolisme berasal dari bahasa Yunani yaitu Metabole yang artinya berubah. Metabolisme merupakan serangkaian proses biokimia yang melibatkan pemecahan zat-zat makanan menjadi komponen yang lebih sederhana, sintesis molekul yang lebih kompleks, dan transformasi energi.

Proses metabolisme melibatkan dua proses, yaitu Katabolisme dan Anabolisme. Artikel ini hanya akan membahas tentang katabolisme ya Sobat RBD, untuk materi anabolisme akan dibahas pada artikel ini!

Katabolisme adalah proses penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Reaksi penguraian pada katabolisme dikenal dengan proses respirasi. Respirasi adalah proses pembebasan energi kimia melalui reaksi oksidasi pada molekul organik.

Respirasi pada sel berlangsung di dalam mitokondria dengan bahan dasar berupa glukosa sehingga sering disebut sebagai oksidasi hidrat arang. Dari proses respirasi tersebut, akan dihasilkan energi dalam bentuk Adenosin Trifosfat (ATP), CO₂, dan H₂O. Berdasarkan penggunaan oksigen dalam prosesnya, respirasi dibedakan menjadi dua.

A. Respirasi Aerob (Katabolisme dengan Oksigen)

Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen bebas dari udara sebagai penerima elektron terakhir. Oksigen bebas ini digunakan untuk pembakaran glukosa.

Respirasi aerob berlangsung melalui empat tahap, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs, dan transpor elektron.

1. Glikolisis

a) Berlangsung di sitoplasma.

b) Dari satu molekul glukosa (senyawa berkarbon 6) menghasilkan:

2 molekul asam piruvat (senyawa berkarbon 3)
2 ATP
2 NADH (sumber elektron berenergi tinggi)

2. Dekarboksilasi Oksidatif

a) Terjadi di matriks mitokondria.

b) Asam piruvat menghasilkan:

2 NADH
2 CO₂
2 asetil ko-A (senyawa berkarbon 2)

Bagan proses dekarboksilasi oksidatif — Sumber: /i0.wp.com/tambahpinter.com

3. Siklus Krebs

a) Berlangsung pada mitokondria.

b) Mengubah Asetil Ko-A (senyawa berkarbon 2) menjadi CO₂(senyawa berkarbon 1).

c) Untuk 2 senyawa Asetil Ko-A dihasilkan:

2 ATP
2 FADH
6 NADH
4 CO₂

Tahapan utama pada reaksi siklus Krebs ada 5, yaitu:

1). Pengikatan 2 asetil KoA oleh 2 oksaloasetat dengan penambahan 2 H₂O untuk membentuk 2 asam sitrat. Pembentukan asam sitrat dikatalisis oleh enzim sitrat sintase.

2). Pelepasan satu ikatan karbon pada masing-masing asam sitrat setelah ada penambahan 2 H₂O untuk membentuk 2 α ketoglutarat dengan melepaskan 2 CO₂, dan 2 NADH. Pembentukan 2 CO₂, dikatalisis oleh enzim dekarboksilase dan pembentukan 2 NADH₂ dikatalisis enzim dehydrogenase.

3). Pelepasan satu ikatan karbon pada masing-masing 2 α ketoglutarat untuk membentuk 2 suksinat dengan melepaskan 2 CO₂ dan 2 ATP serta 2 NADH dan pembentukan 2 NADH dikatalisis enzim dehidrogenase.

4). Perubahan 2 suksinat menjadi 2 malat setelah mengalami penambahan 2 H₂O dengan menghasilkan FADH₂. Pembentukan FADH₂ dikatalisis enzim dehidrogenase. FADH₂ merupakan koenzim (FAD⁺ atau flavo adenine dinucleotide) yang mengikat elektron berenergi tinggi (H²⁺) dan satu proton (e^–) dari hasil reaksi pembongkaran ikatan kimia antara karbon dengan hidrogen pada 2 suksinat.

5). Perubahan 2 malat menjadi 2 oksaloasetat melalui reaksi isomerase dengan menghasilkan 2 NADH dan pembentukan 2 NADH dikatalisis enzim dehidrogenase.

4. Transpor Elektron

Sistem transpor elektron bersangkutan dengan hal-hal berikut

Transpor Elektron atau Fosforilasi Oksidatif adalah tahap dimana terjadi pengubahan NADH dan FADH₂menjadi energi yang berbentuk ATP agar bisa digunakan oleh tubuh yang berlangsung di membran dalam (krista) mitokondria;
NADH dan FADH adalah senyawa pereduksi yang menghasilkan hidrogen;
Melalui rantai respirasi, hidrogen dari NADH dan FADH yang dihasilkan pada proses glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs dilepaskan ke oksigen (O₂) untuk membentuk H₂O dengan melepaskan energi secara bertahap.

Lalu berapa jumlah total ATP yang dihasilkan dari 1 kali proses respirasi aerob? Yuu kita hitung bersama-sama:

Jumlah NADH yang dihasilkan dari tahap-tahap sebelumnya

Proses	Jumlah NADH
Glikolisis	2 NADH
Dekarboksilasi Oksidatif	2 NADH
Siklus Krebs	6 NADH
Total NADH	10 NADH

Karena 1 molekul NADH menghasilkan 3 ATP, maka total ATP yang didapat adalah: 10 NADH x 3 ATP = 30 ATP.

Jumlah FADH₂ yang kita dapatkan dari proses siklus krebs adalah 2 buah FADH₂, setiap 1 molekul FADH₂akan menghasilkan 2 ATP, maka total ATP yang kita dapatkan dari FADH₂ adalah 4 ATP.
Siklus Krebs dan glikolisis menghasilkan 4 ATP

Maka total ATP yang dihasilkan dalam proses respirasi Aerob adalah

Proses	Jumlah ATP
Glikolisis	2 ATP
Siklus Krebs	2 ATP
Konversi 10 NADH	30 ATP
Konversi 2 FADH₂	4 ATP
Total	38 ATP

Tetapi, pada proses glikolisis, terjadi proses perpindahan dari sitoplasma menuju transpor elektron yang terjadi di mitokondria yang membutuhkan energi 2 ATP. Jadi ATP bersih yang dihasilkan adalah 36 ATP.

Dari 4 proses yang dilewati dalam respirasi Aerob, kita akan mendapatkan hasil berupa:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energi (38 ATP)

Transpor elektron — Sumber: 4.bp.blogspot.com

B. Respirasi Anaerob (Katabolisme tanpa Oksigen)

Respirasi anaerob adalah proses pemecahan karbohidrat untuk mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Apabila sel kekurangan oksigen, maka asam piruvat hasil peristiwa glikolisis akan segera diubah menjadi senyawa lain untuk mendapatkan energi.

1. Fermentasi asam laktat

Pada sel-sel otot yang bekerja keras, energi yang tersedia tidaklah seimbang dengan kecepatan pemanfaatan energi karena kadar O₂ yang tersedia tidak mencukupi untuk kegiatan respirasi aerob.

Proses fermentasi asam laktat dimulai dari lintasan glikolisis yang menghasilkan asam piruvat. Karena tidak tersedianya oksigen maka asam piruvat akan mengalami degradasi molekul secara anaerob dan dikatalisis oleh enzim asam laktat dehidrogenase dan direduksi oleh NADH untuk menghasilkan energi dan asam laktat.

Reaksi fermentasi asam laktat dapat ditulis sebagai berikut.

CH₃COCOOH + NADH⁺ → CH₃CHOHCOOH + NAD⁺+ Energi

Asam piruvat Asam laktat

2. Fermentasi Alkohol

Beberapa organisme seperti khamir (Saccharomyces cereviceace) melakukan fermentasi alkohol dimana tahapan glikolisis sama dengan yang terjadi pada respirasi aerob. Organisme ini mengubah glukosa melalui fermentasi menjadi alkohol (etanol).

Setelah terbentuk asam piruvat (hasil akhir glikolisis), asam piruvat mengalami dekarboksilasi (sebuah molekul CO₂ dikeluarkan) dan dikatalisis oleh enzim alkohol dehidrogenase menjadi etanol dan terjadi degradasi molekul NADH menjadi NAD⁺ serta membebaskan energi/kalor.

Proses ini dikatakan sebagai “pemborosan” karena sebagian besar energi yang terkandung dalam molekul glukosa masih tersimpan di dalam alkohol.

Reaksi fermentasi alkohol dapat ditulis:

CH₃COCOOH + NADH⁺→ CH₃CH₂+ CO₂+ NAD⁺+ Energi

Asam piruvat Alkohol

Fiyuhhhh akhirnya selesai pembahasan kita tentang katabolisme, yuk cari tau hal lainya tentang biologi di artikel lainnya! Kalau kamu mau belajar langsung sama Guru Hebat RBD, yuk kepoin program kecenya di sini!

Referensi:

Kistinnah, Idun dan Endang Sri Lestari. (2010). BIOLOGI. Bandung: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.

Safitri, Ririn. (2016). BIOLOGI. Surakarta: Mediatama.