avin metabolisme
DESCRIPTION
tugasTRANSCRIPT
Karbohidrat adalah komponen dalam makanan yang merupakan sumber energi yang
utama bagi organisme hidup. Dalam makanan kita, karbohidrat terdapat sebagai polisakarida
yang dibuat dalam tumbuhan dengan cara fotosintesis. Tumbuhan merupakan gudang yang
menyimpan karbohidrat dalam bentk amilum dan selulosa. Amilum digunakan oleh hewan dan
manusia apabila ada kebutuhan untuk memproduksi energi. Di samping dalam tumbuhan, dalam
tubuh hewan dan manusia juga terdapat karbohidrat yang merupakan sumber energi, yaitu
glikogen.
Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis, baik dalam
mulut, lambung maupun usus. Hasil akhir proses pencernaan karbohidrat ini ialah glukosa,
fruktosa, galaktosa, dan manosa serta monosakarida lainnya. Senyawa-senyawa ini kemudian
diabsorbsi melalui dinding usus dan dibawa ke hati oleh darah.
Dalam sel-sel tubuh, karbohidrat mengalami berbagai proses kimia. Proses inilah yang
mempunyai peranan penting dalam tubuh kita. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sel ini
tidak berdiri sendiri, tetapi saling berhubungan dan saling mempengaruhi. Sebagai contoh
apabila banyak glukosa yang teroksidasi untuk memproduksi energi, maka glikogen dal;am hati
akan mengalami proses hidrolisis untuk membentuk glukosa. Sebaliknya apabila suatu reaksi
tertentu menghasilkan produk yang berlebihan, maka ada reaksi lain yang dapat menghambat
produksi tersebut. Dalam hubungan antar reaksi ini enzi-enzim mempunyai peranan sebagai
pengatur dan pengendali. Proses kimia yang terjadi dalam sel ini disebut metabolisme. Oleh
karena itu, dalam makalah ini akan dijelaskan satu persatu tentang proses metabolisme
karbohidrat, sehingga pembaca akan lebih mengerti.
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan metabolisme, karbohidrat, dan metabolisme karbohidrat?
2. Berapa macam proses metabolisme karbohidrat pada tubuh manusia?
BAB II
PEMBAHASAN
1. Pengertian Metabolisme, Karbohidrat, dan Metabolisme Karbohidrat
1.1.Pengertian Metabolisme
Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup,
mulai makhluk hidup bersel satu hingga yang memiliki susunan tubuh kompleks seperti manusia.
Dalam hal ini, makhluk hidup mendapat, mengubah dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya
untuk mempertahankan hidupnya.
Metabolisme meliputi proses sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) senyawa
atau komponen dalam sel hidup. Semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Hal lain yang
penting dalam metabolisme adalah peranannya dalam penawar racun atau detoksifikasi.
1.2.Pengertian Karbohidrat
Karbohidrat yaitu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon (C), hidrogen (H), dan
oksigen (O). Terdiri atas unsur C, H, O dengan perbandingan 1 atom C, 2 atom H, 1 atom O.
karbohidrat banyak terdapat pada tumbuhan dan binatang yang berperan struktural & metabolik.
Sedangkan pada tumbuhan, untuk sintesis CO2 dan H2O akan menghasilkan amilum / selulosa
melalui proses fotosintesis, sedangkan binatang tidak dapat menghasilkan karbohidrat sehingga
tergantung tumbuhan. Karbohidrat merupakan sumber energi dan cadangan energi yang diproses
melalui proses metabolisme.
Banyak sekali makanan yang kita makan sehari-hari adalah sumber karbohidrat seperti nasi,
singkong, umbi-umbian, gandum, sagu, jagung, kentang, dan beberapa buah-buahan lainnya.
Rumus umum karbohidrat yaitu (CH2O)n, sedangkan yang paling banyak kita kenal yaitu
glukosa dengan rumus C6H12O6, sukrosa dengan rumus C12H22O11, selulosa dengan rumus
(C6H10O5)n.
Fungsi Karbohidrat
Ada banyak fungsi dari karbohidrat dalam penerapannya di industri pangan, farmasi
maupun dalam kehidupan manusia sehari-hari. Di antara fungsi dan kegunaan itu ialah sebagai
berikut :
a. Sebagai sumber kalori atau energi
b. Sebagai bahan pemanis dan pengawet
c. Sebagai bahan pengisi dan pembentuk
d. Sebagai bahan penstabil
e. Sebagai sumber flavor (karamel)
f. Sebagai sumber serat
Klasifikasi Karbohidrat
Karbohidrat dapat dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon,
lokasi gugus karbonil (-C=O), serta stereokimia. Berdasarkan jumlah unit gula dalam rantai,
karbohidrat digolongkan menjadi 4 golongan utama yaitu:
1. Monosakarida : terdiri atas 3-6 atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis oleh larutan asam
dalam air menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Monosakarida yang paling sederhana ialah
gliseraldehida dan dihidroksiaseton. Sedangkan monosakarida yang penting bagi tubuh adalah
glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
2. Disakarida : senyawanya terbentuk dari 2 molekul monosakarida yg sejenis ataupun berbeda.
Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air sehingga terurai menjadi 2 molekul
monosakarida. Contoh dari disakarida adalah maltosa (glukosa+glukosa), laktosa
(glukosa+galaktosa), dan sukrosa (glukosa+fruktosa).
3. Oligosakarida : senyawa yang terdiri dari gabungan 3 – 10 monosakarida. Misalnya trisakarida
dan tetrasakarida.
4. Polisakarida : senyawa yang terdiri dari gabungan lebih dari 10 molekul- molekul
monosakarida, senyawa ini bisa dihidrolisis menjadi banyak molekul monosakarida. Polisakarida
merupakan jenis karbohidrat yang mempunyai struktur rantai lurus maupun bercabang. Misanya
amilum, glikogen, dekstrin, dan selulosa.
1.3.Metabolisme Karbohidrat
Metabolisme mengakar pada kata “metabole” dari bahasa Yunani yang berarti berubah.
Dalam dunia ilmu pengetahuan, secara sederhana metabolisme diartikan sebagai proses kimiawi
yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup yang bertujuan untuk menghasilkan energi.
Proses metabolisme karbohidrat secara garis besar terdiri dari dua cakupan yakni reaksi
pemecahan atau katabolisme dan reaksi pembentukan atau anabolisme. Pada proses
pembentukan, salah satu unsur yang harus terpenuhi adalah energi. Energi ini dihasilkan dari
proses katabolisme.
Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:
1. Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)
Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk struktur dan mesin
tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.
2. Lintasan katabolik (pemecahan)
Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam
bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi
oksidatif.
3. Lintasan amfibolik (persimpangan)
Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme
sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh
dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.
Metabolisme karbohidrat pada manusia terutama :
• Glikolisis, yaitu oksidasi glukosa atau glikogen menjadi piruvat dan asam laktat melalui
Embden-Meyerhof Pathway (EMP).
• Glikogenesis, yaitu sintesis glikogen dari glukosa.
• Glikogenolisis, yaitu pemecahan glikogen, pada hepar hasil akhir adalah glukosa, sedangkan
di otot diubah menjadi piruvat dan asam laktat.
• Siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitrat adalah suatu jalan
bersama dari oksidasi karbohidrat, lemak dan protein melalui asetil-Ko-A dan akan
dioksidasikan secara sempurna menjadi CO2 & H2O.
• Heksosa Monofosfat Shunt atau siklus pentosa fosfat adalah suatu jalan lain dari oksidasi
glukosa selain EMP dan siklus Krebs.
• Glukoneogenesis, yaitu pembentukan glukosa atau glikogen dari zat-zat bukan karbohidrat.
• Oksidasi asam piruvat menjadi asetil Ko-A, yaitu lanjutan dari glikolisis serta menjadi
penghubung antara glikolisis dan siklus Krebs.
2. Macam-macam Proses Metabolisme Karbohidrat
1. Glikolisis
Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. 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. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah molekul
gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan bantuan satu ATP dan enzim fosfoheksokinase. Proses
selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya adalah 4 molekul ATP dan hasil akhir
berupa 2 molekul asam piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yang terjadi sebagai
berikut
Glikolisis merupakan proses pengubahan molekul sumber energi, yaitu glukosa yang mempunyai 6
atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat yang mempunyai 3 atom C.
Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma).
Reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tertentu,
Dari sembilan tahapan reaksi tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua fase, yaitu fase investasi
energi, yaitu dari tahap 1 sampai tahap 4, dan fase pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5
sampai tahap 9.
Pertama-tama, glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat dari satu molekul ATP, yang
kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat.
Setelah itu, glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu fruktosa 6-fosfat. Satu
molekul ATP yang lain memberikan satu gugus fosfatnya kepada fruktosa 6-fosfat, yang
membuat ATP tersebut menjadi ADP dan fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat.
Kemudian, fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling isomer satu sama
lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL (fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat).
Tahapan-tahapan reaksi diatas itulah yang disebut dengan fase investasi energi.
Selanjutnya, dihidroksi aseton fosfat dan PGAL masing-masing mengalami oksidasi dan
mereduksi NAD+, sehingga terbentuk NADH, dan mengalami penambahan molekul fosfat
anorganik (Pi) sehingga terbentuk 1,3-difosfogliserat.
Kemudian masing-masing 1,3-difosfogliserat melepaskan satu gugus fosfatnya dan berubah
menjadi 3-fosfogliserat, dimana gugus fosfat yang dilepas oleh masing-masing 1,3-
difosfogliserat dipindahkan ke dua molekul ADP dan membentuk dua molekul ATP.
Setelah itu, 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat. Setelah menjadi 2-
fosfogliserat, sebuah molekul air dari masing-masing 2-fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan
fosfoenolpiruvat.
Terakhir, masing-masing fosfoenolpiruvat melepaskan gugus fosfat terakhirnya, yang kemudian
diterima oleh dua molekul ADP untuk membentuk ATP, dan berubah menjadi asam piruvat.
Setiap pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan produk kotor
berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul ATP, dan 2 molekul air.
Akan tetapi, pada awal reaksi ini telah digunakan 2 molekul ATP, sehingga hasil bersih reaksi ini
adalah 2 molekul asam piruvat (C3H4O3), 2 molekul NADH, 2 molekul ATP, dan 2 molekul air.
Walaupun empat molekul ATP dibentuk pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi
keseluruhan adalah dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yang harus diberikan pada fase
awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen.
2. Dekarboksilasi Oksidatif
Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA
(koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan
hilang sebagai CO2 dan akan berdifusi keluar sel. Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan
mengalami oksidasi sehingga gugus hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron
NAD+.
Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA.
Hasil akhir dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2
molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1. Berdasarkan hal
tersebut, dapat diketahui betapa pentingnya vitamin B dalam tubuh hewan maupun tumbuhan.
3. Siklus Krebs
Proses selanjutnya adalah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga dihasilkan
banyak akseptor elektron. Selain disebut sebagai daur asam sitrat, proses ini disebut juga daur
Krebs. Hans A. Krebs adalah orang yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini
pada tahun 1930. Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus.
Berikut adalah tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat.
Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat.
Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan molekul air.
Perubahan formasi asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.
Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan bantuan enzim asam isositrat
dehidrogenase, membentuk asam α-ketoglutarat. NAD+ akan mendapatkan donor elektron dari
hidrogen untuk membentuk NADH. Asam α-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil
KoA.
Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan donor fosfat
menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.
Asam suksinat dengan bantuan suksinat dehidrogenase akan berubah menjadi asam fumarat
disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini, elektron akan ditangkap oleh akseptor
FAD menjadi FADH2.
Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan bantuan enzim fumarase.
Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan bantuan enzim asam malat
dehidrogenase. NAD+ akan menerima sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk
NADH.
Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi dengan sumbangan dua
gugus karbon dari asetil KoA.
4. Transfer Elektron
Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akibat
penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron
untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yakni ATP. Reaksi ini berlangsung di dalam
membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu
oleh enzim pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yang melibatkan NADH
(Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), dan molekul-
molekul lainnya. Dalam pembentukan ATP ini, ada akseptor elektron yang akan memfasilitasi
pertukaran elektron dari satu sistem ke sistem lainnya.
Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah oleh enzim (substrat).
Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut : 2H → 2H+ + 2e (Elektron).
NADH dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen kepada flavoprotein (FP),
flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang bertindak sebagai pembawa ion hidrogen. Dari
flavoprotein atau FAD, setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma
untuk membentuk molekul H2O.
Elektron akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung besi dan sulfur (FeSa dan
FeSb) → sitokrom b → koenzim quinon → sitokrom b2 sitokrom o → sitokrom c → sitokrom
a → sitokrom a3, dan terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk
H2O. Perhatikan gambar.
Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H2O) dihasilkan melalui NADH dan 1
molekul H2O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H2O yang melalui NADH setara dengan 3 ATP
dan 1 molekul air yang melalui FAD setara dengan 2 ATP.
Walaupun ATP total yang tertera pada Tabel 1 adalah 38 ATP, jumlah total yang
dihasilkan pada proses respirasi adalah 36 ATP. Hal tersebut disebabkan 2 ATP digunakan oleh
elektron untuk masuk ke mitokondria.
No Proses Akseptor ATP
1. Glikolisis → 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP
2. Siklus Krebs
2 asam piruvat → 2 asetil KoA + 2CO2 2 NADH 2ATP
2 asetil KoA → 4CO2 6 NADH
3. Rantai transfer elektron
10NADH + 502 → 10NAD+ + 10H2O
2 FADH2 + O2 → 2 FAD + 2H2O
30 ATP
4 ATP
34 ATP
5. Glikogenesis
Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen
untuk disimpan di dalam hati.
Lintasan diaktivasi di dalam hati, oleh hormon insulin sebagai respon terhadap rasio gula
darah yang meningkat, misalnya karena kandungan karbohidrat setelah makan; atau teraktivasi
pada akhir siklus Cori. Penyimpangan atau kelainan metabolisme pada lintasan ini disebut
glikogenosis.
Proses glikogenesis adalah sebagai berikut :
Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga pada
lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati oleh
glukokinase.
Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator
enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo akan
mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.
Enz-P + Glukosa 1-fosfat↔Enz + Glukosa 1,6-bifosfat↔Enz-P + Glukosa 6- fosfat
Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin
difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase.
UDPGlc + PPi↔UTP + Glukosa 1-fosfat
Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik
reaksi kearah kanan persamaan reaksi.
Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom
C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini
dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut
glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat
terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.
6. Glikogenolisis
Glikogenolisis adalah lintasan metabolisme yang digunakan oleh tubuh, selain
glukoneogenosis, untuk menjaga keseimbangan kadar glukosa di dalam plasma darah untuk
menghindari simtoma hipoglisemia. Pada glikogenolisis, glikogen digradasi berturut-turut
dengan 3 enzim, glikogen fosforilase, glukosidase, fosfoglukomutase, menjadi glukosa. Hormon
yang berperan pada lintasan ini adalah glukagon dan adrenalin.
Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1-fosfat. Berbeda
dengan reaksi pembentukan glikogen, reaksi ini tidak melibatkan UDP-glukosa, dan enzimnya
adalah glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh
enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase.
Tahap reaksi berikutnya adalah pembentukan glukosa dari glukosa 6-fosfat. Berbeda
dengan reaksi kebalikannya dengan glukokinase, dalam reaksi ini enzim lain, glukosa 6-
fosfatase, melepaskan gugus fosfat sehigga terbentuk glukosa. Reaksi ini tidak menghasilkan
ATP dari ADP dan fosfat.
Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi sehingga
menghasilkan energi, yang energi itu terekam / tersimpan dalam bentuk ATP.
7. Glukoneogenesis
Glukoneogenesis adalah lintasan metabolisme yang digunakan oleh tubuh, selain
glikogenolisis, untuk menjaga keseimbangan kadar glukosa di dalam plasma darah untuk
menghindari simtoma hipoglisemia. Pada lintasan glukoneogenesis, sintesis glukosa terjadi
dengan substrat yang merupakan produk dari lintasan glikolisis, seperti asam piruvat, asam
suksinat, asam laktat, asam oksaloasetat, terkecuali:
Fosfopiruvat + Piruvat kinase + ADP → Piruvat + ATP
Fruktosa-6P + Fosfofrukto kinase + ATP → Fruktosa-1,6-BPt + ADP
Glukosa + Heksokinase + ATP → Glukosa-6P + ADP
Enzim glikolitik yang terdiri dari glukokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase
mengkatalisis reaksi yang ireversibel sehingga tidak dapat digunakan untuk sintesis glukosa.
Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversibel tersebut, maka proses glukoneogenesis
berlangsung melalui tahap reaksi lain. Reaksi tahap pertama glukoneogenesis merupakan suatu
reaksi kompleks yang melibatkan beberapa enzim dan organel sel (mitokondrion), yang
diperlukan untuk mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuk fosfoenolpiruvat.
Proses Glukoneogenesis
Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Disini
asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yang
disebut glukoneogenesis (pembentukan gula baru).
Pada dasarnya glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa dari senyawa-senyawa bukan
karbohidrat, misalnya asam laktat danbeberapa asam amino. Proses glukoneogenesis
berlangsung terutama dalam hati.
Walaupun proses glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa, namun bukan
kebalikandari proses glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak
reversible, artinya diperlukan enzim lain untuk kebalikannya.
• Glukosa + ATP → heksokinase Glukosa-6-Posfat + ADP
• Fruktosa-6-posfat + ATP fosforuktokinase → fruktosa 1,6 diposfat + ADP
• Fosfoenol piruvat + ADP piruvatkinase → asam piruvat + ATP
Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversible tersebut, maka proses glukoneogenesis
berlangsung melalui tahap reaksi lain, yaitu :
Fosfoenolpiruvat dibentuk dari asam piruvat melalui pembentukan asam oksaloasetat.
(a) asam piruvat + CO2+ ATP + H2O asam oksalo asetat +ADP + Fosfat + 2H+
(b) oksalo asetat + guanosin trifosfat fosfoenol piruvat +guanosin difosfat + CO2
Reaksi (a) menggunakan katalis piruvatkarboksilase dan reaksi (b)menggunakan
fosfoenolpiruvat karboksilase.
Jumlah reaksi (a) dan (b) ialah : asam piruvat + ATP + GTP + H2O + fosfoenol piruvat + ADP
+GDP + fosfat+ 2H+
Fruktosa-6-fosfat dibentuk dari fruktosa-1,6-difosfat dengan cara hidrolisis oleh enzim fruktosa-
1,6-difosfatase.
Glukosa dibentuk dengan cara hidrolisis glikosa-6-fosfat dengan katalisglukosa-6-
fosfatase.glukosa-6-fosfat + H2O ↔ glukosa + fosfat.
1 METABOLISME
Seperti yang telah dijelaskan dalam pendahuluan, setiap mahluk pasti melakukan proses
penguraian zat makanan dalam tubuhnya untuk melakukan aktivitas kehidupan. Proses – proses
tersebut berlangsung di dalam sel mahluk hidup.proses inilah yang sering disebut proses
metabolisme mahluk hidup.
Metabolisme merupakan suatu proses pembentukan atau pengurain zat di dalam sel yang
di sertai dengan adanya perubahan energi. Proses – proses ini terjadi di dalam sel mahluk hidup.
Proses yang ter jadi dapat berupa pembentukan zat atau dapat pula berupa penguraian zat
menjadi zat – zat yang lebih sederhana. Proses pembentukan zat terjadi pada proses fotosintesis ,
kemosintesis, sintesis lemak, dan sintesis protein. Proses penguraian zat dapat berupa respirasi
sel dan fermentasi sel.
Metabolisme adalah segala proses resksi kimia yang terjadi di dalam mahluk hidup
mulai mulai dari mahluk bersel satu yang sangat sederhana seperti bakteri, protozoa, jamur,
tumbuhan, hewan, sampai kepada manusia, mahluk yang susunan tubuhnya sangat kompleks. Di
dalam proses ini mahluk hidup mendapat, mengubah, dan memakai senyawa kimia dari
sekitarnya untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya.( Wirahadikusumah M. 1985 ).
Hampir setiap reaksi yang berlangsung in vivo, di katalis oleh enzim. Bila kami
membayangkan suatu organism hidup sebagai suatu laboratorium kimia yang sangat istimewa,
maka enzim merupakan operator – operator yang terlatih, yang mampu membuat reaksi – reaksi
canggih dengan kecepatan terkendali dan hasil yang tinggi.( Manitto, Paulo. 1992 ).
Dalam proses metabolisme, enzim sangat diperlukan sebagai katalisator ( senyawa yang
dapat mempercepat proses terjadinya reaksi tanpa habis reaksi ). Enzim bekerja dengan cara
menempel pada permukaan molekul zat – zat yang bereaksi, dan dengan demikian dapat
mempercepat proses reaksi.
Seperti yang telah dijelaskan di atas, bahwa dalam proses metabolisme ada dua proses
yaitu proses pembentukan dan penguraian.Proses pembentukan dalam metabolisme di sebut juga
proses anabolisme. Sedangkan proses penguraian disebut juga dengan proses katabolisme.
Kedua proses ini disebut juga sebagai arah lintasan dari proses metabolisme.
` Kedua arah lintasan metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan
hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon,
dan dipercepatkan oleh senyawa organik yang disebut sebagai 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
berinteraksi dengan enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan senyawa intermediat
yang lazim disebut dengan metabolit, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya.
Keseluruhan pereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi disebut metabolom. Semua
ini dipelajari pada suatu cabang ilmu biologi yang disebut metabolomika.
Proses anabolisme biasanya lebih banyak membutuhkan energi sehingga reaksinya dapat
berlangsung cepat dan efisien serta memerlukan energi dalam bentuk energi panas.proses ini
memerlukan energi yang lebih besar karena, dalam proses anabolisme proses yang terjadi lebih
banyak dan prosesnya yang cepat dan efisien panas sehingga nergy yang di perlukan lebih besar.
Reaksi seperti ini disebut juga reaksi endergonik atau reaksi endoterm.
Sedangkan dalam proses katabolisme energi yang di butuhkan lebih sedikit. Karena,
pada reaksi katabolisme hanya menguraikan zat dan melepaskan energi, jadi nergy yang
diperlukan lebih sedikit. Suatu proses di mana terjadi pelepasan energi disebut juga reaksi
eskergonik atau reaksi eksoterm.
2 . 2 ANABOLISME
Anabolisme adalah lintasan metabolisme yang menyusun beberapa senyawa organik
sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks.Proses ini membutuhkan energi dari
luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia.
Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut
menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut
tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang
terbentuk.
Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino,
monosakarida, dan nukleotida. Kedua, adalah aktivasi senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk
reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi
molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat.
Hasil-hasil anabolisme berguna dalam fungsi yang esensial. Hasil-hasil tersebut misalnya
glikogen dan protein sebagai bahan bakar dalam tubuh, asam nukleat untuk pengkopian
informasi genetik. Protein, lipid, dan karbohidrat menyusun struktur tubuh makhluk hidup, baik
intraselular maupun ekstraselular. Bila sintesis bahan-bahan ini lebih cepat dari perombakannya,
maka organisme akan tumbuh.
Reaksi yang termasuk dalam reaksi anabolisme yaitu fotosintesis dan kemosintesis.
Fotosintesis ialah reaksi anabolisme yang menggunakan energi cahaya. sedangkan kemosintesis
ialah reaksi anabolisme yang menggunakan energi kimia. Berikut akan di jelaskan lebih lanjut
mengenai salah satu reaksi anabolisme yaitu fotosintesis.
Fotosintesis merupakan suatu proses dimana terjadi proses pengolahan energi yang
diperoleh dari sinar matahari dan juga karbon dioksida ( CO2 ) menjadi senyawa kimia organik.
Proses fotosintesis dilakukan oleh tumbuhan tingkat tinggi, tumbuhan pakis, lumut, ganggang
( ganggang hijau, biru, merah dan cokelat ).
Energi matahari yang di tangkap oleh proses fotosintesis merupakan lebih dari 90%
sumber energi yang di pakai oleh manusia untuk pemanasan, cahaya, dan tenaga.Batu bara, gas
bumi, dan minyak bumi adalah sumber energi yang berasal dari hasil perombakan bahan alam
hayati oleh adanya jasad berfotosintesis dalam waktu jutaan tahun yang silam. ( Wirahadi
kusumah, M. 1985 ).
Hingga sekarang fotosintesis masih terus dipelajari karena masih ada sejumlah tahap
yang belum bisa dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak yang diketahui tentang proses vital
ini. Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam
utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri.
Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun
secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi ini. Di
organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil
fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama:
reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi
memerlukan karbon dioksida).
Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di
dalam stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan
menghasilkan oksigen (O2). Sedangkan dalam reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik yang
membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP dan NADPH). Energi yang digunakan
dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang. Pada proses reaksi gelap tidak dibutuhkan
cahaya matahari. Reaksi gelap bertujuan untuk mengubah senyawa yang mengandung atom
karbon menjadi molekul gula. Dari semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang
gelombang tertentu yang dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitu panjang
gelombang yang berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi atas
cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500 nm) dan violet (<
400 nm).
Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis. Hal ini terkait
pada sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada
membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Pigmen yang
berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Kloroplas mengandung
beberapa pigmen. Sebagai contoh, klorofil a terutama menyerap cahaya biru-violet dan merah.
Klorofil b menyerap cahaya biru dan oranye dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a
berperan langsung dalam reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan
dalam reaksi terang. Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi
tinggi dari klorofil a yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron.
Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi fotosintesis.
Berikut rumus umum atau persamaan umum dari proses fotosintesis :
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen
yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari
fotosintesis. Selain itu, cahaya matahari juga punya peran penting dalam proses fotosintesis.
Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen
inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut
kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh
bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar
energi dihasilkan di daun.
Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta
kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan
yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis.
Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah
terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.
Proses fotosintesis berlangsung pada organel tumbuhan yaitu kloroplas.Kloroplas
terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk batang dan buah yang
belum matang. Di dalam kloroplas terdapat pigmen klorofil yang berperan dalam proses
fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma.
Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Membran stroma ini disebut tilakoid, yang
didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli.
Di dalam stroma juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana
(kumpulan granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat
terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid.
Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa komponen seperti protein, klorofil a,
klorofil b, karetonoid, dan lipid. Secara keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA,
gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe),
maupun perak (Cu). Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid. Sedangkan,
pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk
akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma. Klorofil sendiri sebenarnya hanya
merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.
2 . 3 KATABOLISME
Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang
mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah.
Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam
senyawa sumber.Proses pembongkaran ini dibedakan menjadi dua macam.yaitu sebagai berikut :
1. Apabila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan memerlukan cukup oksigen (aerob) disebut
proses respirasi.
2. Apabila pembongkaran suatu zat dalam dalam lingkungan tanpa memerlukan oksigen (anaerob)
disebut proses fermentasi.
Berikut contoh persamaan dua reaksi di atas :
Contoh Respirasi : C6H12O6 + O2 ——————> 6CO2 + 6H2O + 688KKal.
(glukosa)
Contoh Fermentasi :C6H12O6 ——————> 2C2H5OH + 2CO2 + Energi.
(glukosa) (etanol)
Seperti yang telah dijelaskan si atas proses katabolisme terbagi menjadi dua salah satunya
ialah respirasi. Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber
energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi
kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak,dan pertumbuhan.
.Contoh respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya :
C6H,2O6 + 6 O2 ———————————> 6 H2O + 6 CO2 + Energi
(glukosa)
Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H2O + CO2 + Energi, melalui tiga tahap :
Glikoliisis
Pembakaran glukosa memerlukan oksigaen. Tetapi beberapa sel harus hidup dimana tidak ada
atau tidak selalu ada oksigen. Sebagai contoh sel – sel ragi di dalam botol anggur yang tertutup
rapat dan tidak ada oksigen. Maka ada alasan untuk percaya bahwa sel – sel pertama di bumi kita
ini hidup dalam suatu atmosfir yang tidak mengandung oksigen. Sekarang semua sel mempunyai
peralatan enzimatik untuk mengkatabolis glokosa tanpa bantuan oksigen. Perombakan anaerobik
( tanpa udara, dank arena itu tanpa oksigen ) glukosa ini disebut glikolisis. ( Kimball, W, John.
1983 ).
Glikolisis berlangsung di organel yang bernama sitoplasma. Proses glikolisis menghsilkan 2 ATP
menghasilkan 2 molekul asam piruvat, dan menghasilkan molekul NADH yang berfungsi
sebagai sumber elektron berenergi
tinggi.
Daur Krebs
Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piruvat
secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Dalam daur krebs terjadi pembentukan
asam sitrat ( C6 ) dari asam asetat ( C2 ) dan asam oksaloasetat ( C4 ). Dalam daur krebs
menghasilkan 2 ATP, 6NADH, 2FADH, dan 6CO2. Proses daur krebs berlangsung di dalam
organel yang bernama matriks mitokondria.
Transpor elektron
Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2 (NADH + H+ +
1 elektron) dan FADH2, sehingga di dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang
dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai
hasil sampingan respirasi selain CO2. Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya
dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa
pernafasan hewan tingkat tinggi.
Selain proses respirasi, dalam katabolisme ada juga proses fermentasi yaitu proses
pembongkaran yang tidak memerlukan oksigen. Pada kebanyakan tumbuhan den hewan respirasi
yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob
terhambat dikarenakan oleh sesuatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut
melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama
lainnya adalah respirasi anaerob. Proses fermentasi terjadi karena tidak adanya oksigen atau
kandungan oksigen yang kurang memadai untuk melakukan proses katabolisme.
Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat /asam susu dan
fermentasi alkohol.Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam
laktat. Peristiwa fermentasi asam laktat ini dapat terjadi di otot dan dalam kondisi anaerob.
Reaksinya: C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Energi
enzim
Prosesnya :
1. Glukosa ————> asam piruvat (proses Glikolisis).
enzim
C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Energi
2. Dehidrogenasi asam piravat akan terbentuk asam laktat.
2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD
piruvat dehidrogenasa
Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :
8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.
Selain asam laktat, dalam proses juga terjadi pada alcohol. Pada beberapa mikroba
peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2
selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol.Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa
hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul
glukosa dalam fermentasi alkohol mampu menghasilkan 38 molekul ATP.
Reaksinya :
1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)
2. Dekarbeksilasi asam piruvat.
Asampiruvat ————————————————————> asetaldehid + CO2.
piruvat dekarboksilase (CH3CHO)
3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol
(etanol).
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————> 2 C2HSOH + 2 NAD.
alkohol dehidrogenase
enzim
Ringkasan reaksi :
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi
2 . 4 PERANAN ENZIM DALAM PROSES METABOLISME
Enzim adalah zat ( protein )yang untuk sementara terikat pada suatu atau lebih zat – zat
yang bereaksi. Enzim bertugas sebagai katalisator yaitu mempercepat proses terjadinya reaksi
tanpa berhenti bereaksi. Enzim merupakan biomolekul yang mengkatalis reaksi kimia, di mana
hampir semua enzim adalah protein. Pada reaksi-reaksi enzimatik, molekul yang mengawali
reaksi disebut substrat, sedangkan hasilnya disebut produk. Adanya enzim yang merupakan
katalisator biologis menyebabkan reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses metabolisme berjalan
lancar dalam suhu fisiologis tubuh manusia, sebab enzim berperan dalam menurunkan energi
aktivasi menjadi lebih rendah dari yang semestinya dicapai dengan pemberian panas dari luar.
Kerja enzim dengan cara menurunkan energi aktivasi sama sekali tidak mengubah ΔG reaksi
(selisih antara energi bebas produk dan reaktan), sehingga dengan demikian kerja enzim tidak
berlawanan dengan Hukum Hess 1 mengenai kekekalan energi. Selain itu, enzim menimbulkan
pengaruh yang besar pada kecepatan reaksi kimia yang berlangsung dalam organisme. Reaksi-
reaksi yang berlangsung selama beberapa minggu atau bulan di bawah kondisi laboratorium
normal dapat terjadi hanya dalam beberapa detik di bawah pengaruh enzim di dalam tubuh.
Suatu sel tumbuhan mengandung lebih kurang 5 – 50 x 108 molekul enzim.