METABOLISME

A. Respirasi Aerob

Berdasarkan jalur reaksinya, respirasi aerob dibedakanmenjadi dua yaitu respirasi aerob melalui jalur daur Krebs danjalur oksidasi langsung atau jalur pentosa fosfat (HexoseMonophosphat Shunt = HMS). Apa perbedaan kedua jalur itu?

1. Respirasi Aerob Melalui JalurSiklus Krebs

Respirasi aerob melalui daur Krebs memiliki empattahap yaitu glikolisis, pembentukan asetil Co-A, daurKrebs, dan sistem transpor elektron.

a. Glikolisis

Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan hasilakhirnya berupa senyawa asam piruvat. Selainmenghasilkan 2 molekul asam piruvat, dalam glikolisisjuga dihasilkan 2 molekulNADH2dan 2 ATP jikatumbuhan dalam keadaan normal (melalui jalur ATPfosfofruktokinase) atau 3 ATP jika tumbuhan dalamkeadaan stress atau sedang aktif tumbuh (melaluijalur pirofosfat fosfofruktokinase). ATP yang dihasilkandalam reaksi glikolisis dibentuk melalui reaksifosforilasi tingkat substrat.

Piruvat merupakan hasil akhir jalur glikolisis. Jikaberlangsung respirasi aerobik, piruvat memasukimitokondria dan segera mengalami proses lebihlanjut.

b. Pembentukan Asetil Co-A atau Reaksi Transisi

Reaksi pembentukan asetil Co-A sering disebutreaksi transisi karena menghubungkan glikolisisdengan daur Krebs. Pembentukan asetil Co-A padaorganisme eukariotik berlangsung dalam matriksmitokondria, sedangkan pada organisme prokariotikberlangsung dalam sitosol.Pada reaksi ini, asam piruvat dikonversi menjadigugus asetil (2C) yang bergabung dengan CoenzimA membentuk asetil Co-A dan melepaskanCO2 Reaksi ini terjadi 2 kali untuk setiap 1 molekulglukosa. Perhatikan reaksi pembentukan asetilCo-A berikut.

c. Siklus Krebs

Siklus Krebs terjadi di dalam matriks mitokondria.Daur Krebs menghasilkan senyawa antara yangberfungsi sebagai penyedia kerangka karbon untuksintesis senyawa lain. Selain sebagai penyediakerangka karbon, daur Krebs juga menghasilkan 3NADH2, 1FADH2 dan 1 ATP untuk setiap satu asampiruvat. Senyawa NADH danFADH2selanjutnyaakan dioksidasi dalam sistem transpor elektronuntuk menghasilkan ATP. Oksidasi 1 NADHmenghasilkan 3 ATP, sedangkan oksidasi 1FADH2menghasilkan 2 ATP. Berbeda dengan glikolisis,pembentukan ATP pada daur Krebs terjadi melaluireaksi fosforilasi oksidatif

Adapun hasil akhir siklus Krebs ditampilkan sebagaiberikut.

InputOutput

2 Asetil4 CO2

2 ADP + 2 P2 ATP

6 NAD+6 NADH

2 FAD2 FADH2

d. Sistem transpor elektron

Sistem transpor elektron merupakan suatu rantaipembawa elektron yang terdiri atas NAD, FAD, koenzimQ, dan sitokrom. Sistem transpor elektron terjadi dalammembran mitokondria. Sistem transpor elektron iniberfungsi untuk mengoksidasi senyawa NADH atauNADH2danFADH2untuk menghasilkan ATP. Perhatikanskema sistem transpor elektron pada Gambar3 berikut.

Mengingat oksidasi NADH atauNADPH2danFADH2terjadi di dalam membran mitokondria,sedangkan ada NADH yang dibentuk di sitoplasma(dalam proses glikolisis), maka untuk memasukkansetiap 1 NADH dari sitoplasma ke dalam mitokondriadiperlukan 1 ATP. Keadaan ini akan mempengaruhitotal hasil bersih respirasi aerob pada organismeeukariotik. Organisme prokariotik tidak memilikisistem membran dalam sehingga tidak diperlukanATP lagi untuk memasukkan NADH ke dalammitokondria. Akibatnya total hasil bersih ATP yangdihasilkan respirasi aerob pada organismeprokariotiklebih tinggi daripada eukariotik.Energi (ATP) dalam sistem transpor elektronterbentuk melalui reaksi fosforilasi oksidatif. Energiyang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol NADH atauNADPH2dapat digunakan untuk membentuk 3 molATP. Reaksinya sebagai berikut.

NADH + H++1/2O2+ 3ADP + 3H3PO4 NAD+ + 3ATP + 4H2O

Sementara itu, energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol FADH2 dapat menghasilkan 2 mol ATP. Berapakah jumlah total ATP yang dihasilkan selama proses respirasi aerob pada organisme eukariotik?

Berdasarkan Gambar 4 tersebut tampak bahwa pada organisme eukariotik setiap molekul glukosa akan menghasilkan 36 ATP dalam respirasi. Hasil ini berbeda dengan respirasi pada organisme prokariotik. Telah diketahui bahwa oksidasi NADH atau NADPH2 dan FADH2 terjadi dalam membran mitokondria, namun ada NADH yang dibentuk di sitoplasma (dalam proses glikolisis). Pada organisme eukariotik, untuk memasukkan setiap 1 NADH dari sitoplasma ke dalam mitokondria diperlukan 1 ATP. Dengan demikian, 2 NADH dari glikolisis menghasilkan hasil bersih 4 ATP setelah dikurangi 2 ATP. Sementara itu, pada organisme prokariotik, karena tidak memiliki sistem membran dalam maka tidak diperlukan ATP lagi untuk memasukkan NADH ke dalam mitokondria sehingga 2 NADH menghasilkan 6 ATP. Akibatnya total hasil bersih ATP yang dihasilkan respirasi aerob pada organisme prokariotik, yaitu 38 ATP.

Bagaimanakah efisiensi respirasi ? Pembakaran glukosa secara sempurna menghasilkan CO2 dan H2O di luar tubuh makhluk hidup dan dihasilkan pula energi sebesar 680 kkal. Dari uraian di depan telah diketahui bahwa melalui respirasi 1 molekul glukosa menghasilkan 36 ATP. Sebuah ATP setara dengan 10 kkal energi sehingga perombakan glukosa dalam tubuh makhluk hidup melalui respirasi menghasilkan = 10 kkal x 36 = 360 kkal. Jika jumlah energi itu dibandingkan, akan diperoleh hasil efisiensi respirasi sebesar:

360 kkal----------- x 100 % =53%680 kkal

Di Mana Tempat TerjadinyaReaksi Fosforilasi ?

Reaksi fosforilasi dalam glikolisisdan daur Krebs terjadi padapengubahan senyawa berikut. 3 fosfogliseraldehid 1,3-difosfogliserat Piruvat asetil Co-A Isositrat -ketoglutarat -ketoglutarat suksinil Co-A Suksinat fumarat Malat oksaloasetat

2. Respirasi Aerob Melalui Oksidasi Langsung atau Jalur

Pentosa Fosfat (Hexose Monophosphat Shunt = HMS)Daur ini diawali dengan proses fosforilasi glukosadengan fosfor yang berasal dari ATP sehingga terbentukglukosa 6-fosfat. Selanjutnya, glukosa 6-fosfat dioksidasidengan NADP terbentuk 6-fosfoglukonat. Tahapselanjutnya, 6-fosfoglukonat didekarboksilasi dandioksidasi dengan NADP sehingga terbentuk ribulosa5-fosfat. Ribulosa 5-fosfat melanjutkan siklus sehinggaterbentuk kembali glukosa 6-fosfat

Pada daur HMS, setiap keluar 1 CO2 akan dihasilkan2 NADPH2. Selanjutnya, NADPH2 dioksidasi dalamsistem transpor elektron. Pada daur ini, dihasilkansenyawa antara berupa gula, sedangkan pada siklusKrebs berupa asam organik. Pada daur HMS dihasilkangula ribulosa 6-fosfat (gula beratom C=5) yangmerupakan gula penting untuk membentuk nukleotida.Nukleotida merupakan senyawa yang sangat pentingkarena berperan antara lain sebagai penyusun ATP danDNA

B. Proses Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob terjadi bila tidak ada oksigen. Perludiingat, bahwa dalam respirasi aerob oksigen berperansebagai penerima elektron terakhir. Bila peran oksigen digantikanoleh zat lain, terjadilah respirasi anaerob. Organela-organeladan reaksi-reaksi yang terlibat dalam prosesrespirasi aerob sama dengan respirasi anaerob. Adapun zatlain yang dapat menggantikan peran oksigen antara lain NO3dan SO4. Sejauh ini baru diketahui bahwa yang dapatmenggunakan zat pengganti oksigen merupakan golonganmikroorganisme. Dengan demikian, organisme tingkat tinggitidak dapat melakukan respirasi anaerob. Bagaimanaorganisme tingkat tinggi mengubah energi potensial kimiamenjadi energi kinetik jika tidak ada oksigen? Apabila tidaktersedia oksigen, organisme tingkat tinggi mengubah energipotensial kimia menjadi energi kinetik melalui prosesfermentasi.

Beberapa proses reaksi yang berlangsung secara aerob (Respirasi Anaerob) :

1. Fermentasi alkohol: Proses ini terjadi pada beberapa mikroorganisme seperti jamur (ragi), dimana tahapan glikolisis sama dengan yang terjadi pada respirasi aerob. Setelah terbentuk asam piruvat (hasil akhir glikolisis), asam piruvat mengalami dekarboksilasi (sebuah molekul CO2 dikeluarkan) dan dikatalisis oleh enzimalkohol dehidrogenasemenjadietanolataualkoholdan 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. Itulah sebabnya, alkohol/etanol dapat digunakan sebagai bahan bakar. Fermentasi alkohol pada mikroorganisme merupakan proses yang berbahaya bila konsentrasi etanolnya tinggi. Secara sederhana, reaksi fermentasi alkohol ditulis :2CH3COCOOH ----------> 2CH3CH2OH + 2CO2 + 28 kkalasam piruvat etanol/alcohol

2. Fermentasi asam laktat: Pada sel hewan (juga manusia) terutama 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 (reaksi yang membutuhkan oksigen). 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 enzimasam laktat dehidrogenasedan direduksi oleh NADH untuk menghasilkan energi danasam laktat. Secara sederhana reaksi fermentasi asam laktat ditulis sebagai berikut.2CH3COCOOH ----------> 2CH3CHOHCOOH + 47 kkaasam piruvat asam laktat

A. 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. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirad, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.

Contoh Respirasi : C6H12O6 + O2 > 6CO2 + 6H2O + 688KKal. (glukosa)

Contoh Fermentasi : C6H1206 > 2C2H5OH + 2CO2 + Energi. (glukosa) (etanol)

1. 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, pertumbuhan.

Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H20 + CO2 + Energi, melalui tiga tahap :

a. Glikolisis.

Peristiwa perubahan : Glukosa => Glulosa - 6 - fosfat => Fruktosa 1,6 difosfat =>3 fosfogliseral dehid (PGAL) / Triosa fosfat Asam piravat.Jadi hasil dari glikolisis : 2 molekul asam piravat. 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergitinggi. 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.

b. Daur Krebs.

Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piravat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia

c. Transpor elektron respirasi

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.

Proses Akseptor ATP

Glikolisis : Glukosa > 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP Siklus Krebs : 2 asetil piruvat > 2 asetil KoA + 2 C02 2 NADH 2 ATP2 asetil KoA > 4 CO2 6 NADH 2 PADH2 Rantai trsnspor elektron respirator : 10 NADH + 502 > 10 NAD+ + 10 H20 30 ATP2 FADH2 + O2 > 2 PAD + 2 H20 4 ATP

Total 38 ATP

Kesimpulan :Pembongkaran 1 mol glukosa (C6H1206) + O2 > 6 H20 + 6 CO2 menghasilkan energi sebanyak 38 ATP.

2. FermentasiPada kebanyakan tumbuhan den hewan respirasi yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada sesuatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama lainnya adalah respirasi anaerob.Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/asam susu dan fermentasi alkohol.a. Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat. Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.

Reaksinya: C6H12O6 > 2 C2H5OCOOH + Energienzim

Prosesnya : Glukosa > asam piruvat (proses Glikolisis).enzimC6H12O6 > 2 C2H3OCOOH + Energi Dehidrogenasi asam piravat akan terbentuk asam laktat.2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 > 2 C2H5OCOOH + 2 NADpiruvatdehidrogenasa

Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :8 ATP 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

b. Fermentasi Alkohol

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 mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Reaksinya : Gula (C6H12O6) > asam piruvat (glikolisis) Dekarbeksilasi asam piruvat.Asampiruvat > asetaldehid + CO2.piruvat dekarboksilase (CH3CHO) Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol(etanol).2 CH3CHO + 2 NADH2 > 2 C2HsOH + 2 NAD.alkohol dehidrogenaseenzimRingkasan reaksi :C6H12O6 > 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

c. Fermentasi Asam Cuka

Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol.Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.

Reaksi:aerobC6H12O6 > 2 C2H5OH > 2 CH3COOH + H2O + 116 kal(glukosa) bakteri asam cuka asam cuka.

B. Anabolisme

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.

1. Sintesis Lemak

Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.

2. Sintesis Lemak dari Karbohidrat

Glukosa diurai menjadi piruvat > gliserol.Glukosa diubah > gula fosfat > asetilKo-A > asam lemak.Gliserol + asam lemak > lemak.4.2. Sintesis Lemak dari Protein:Protein > Asam Aminoprotease

Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dabulu, setelah itu memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piravat > Asetil Ko-A.Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam pirovat, selanjutnya asam piruvat > gliserol > fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifkasi membentuk lemak.Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih tinggi daripada karbohidrat. 1 gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori saja.

3. Sintesis Protein

Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida.Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI METABOLISME

A. Ukuran tubuh dan komposisiJika Anda memiliki bobot berlebih atau memiliki lebih banyak massa otot, Anda akan membakar lebih banyak kalori, bahkan pada saat istirahat. Mereka dengan kelebihan berat badan lebih cenderung memiliki tingkat metabolisme yang lebih cepat.

B. Jenis kelaminJika Anda seorang pria, Anda mungkin memiliki lemak tubuh lebih sedikit dan massa otot lebih besar ketimbang seorang perempuan pada usia yang sama. Sehingga, pria umumnya akan membakar lebih banyak kalori.

C. UsiaKetika beranjak tua, masa otot Anda akan berkurang, sehingga memperlambat tingkat pembakaran kalori.

PEMBENTUKAN ENERGI

Fase Metabolisme Karbohidrat1. Glikolisis proses merubah glukose asetil Co-A2. Siklus Kreb proses merubah asetil Co-A H3. Fosforilasi Oksidatif proses mereaksikan H + O H2O + ATP

Glikolisis1. Glikolisis: glukose asam piruvat/ asetil co-A2. R/ Glukose + 2 ADP + 2 PO4 2 Asam Piruvat + 2 ATP + 4 H

Hasil akhir glikolisis:1. Asam piruvat / Acetil co-A2. 2 ATP

Siklus Asam Sitrat1. Siklus Kreb: asetil co-A H2. R/ 2 Asetil Ko-A + 6 H2O + 2 ADP 4 CO2 + 16 H + 2 Ko-A + 2 ATP3. Hasil utama: H (hidrogen) dan 2ATP

Fosforilasi Oksidatif1. Rantai Respirasi transfer H dari satu karier ke karier lainya dengan enzim dehidrogenase2. H + O2 H2O + ATP3. R/ 2 H + O2 + 2e + ADP H2O + ATP4. ATP hasil fosforilasi oksidatif = 34 ATP

Metabolisme LemakAda 3 fase:1. oksidasi proses merubah asam lemak asetil Co-A2. Siklus Kreb proses merubah asetil Co-A H3. Fosforilasi Oksidatif proses mereaksikan H + O H2O + ATP

Metabolisme ProteinAda 3 tahap1. Deaminasi proses merubah asam amino asetil Co-A2. Siklus Kreb proses merubah asetil Co-A H3. Fosforilasi Oksidatif proses mereaksikan H + O H2O + ATP

BMR DAN PENGUKURANNYA

Basal Metabolisme Rate ( BMR ) : adalah keadaan metabolisme tubuh dalam keadaan istirahat fisik maupun mentalJadi dalam keadaan BMR, diperlukan jumlah tenaga minimal untuk kelangsungan hidup yang terpenting : gerak nafas, suhu tubuh, sirkulasi darah.

BMR rata rata: 2.000 kalori / hari, Kebutuhan energi manusia > 2.000 kalori / hari yang dipergunakan untuk: BMR, kegiatan fisik dan SDA SDA( Specifik Dinamic Action ) yaitu energi yang dibutuhkan untuk metabolisme makanan Laju metabolik jumlah tenaga yang dibebaskan per satuan waktu

Cara Pengukuran BMR1. Tidak makan minimal 12 jam2. Tidur nyenyak semalam3. Tanpa gerak badan setelah tidur4. Menghilangkan faktor psikis dan fisik yang merangsang metabolism5. Suhu harus nyaman ( 25 300 C )

Faktor BMR1. Gerak badan2. Makan / minum3. Suhu lingkungan4. Tinggi badan, Berat badan5. Jenis kelamin6. Suhu tubuh7. Kehamilan, menstruasi8. Hormon tiroid9. Hormon epineprin dan nonepineprin

Cara Menghitung Kebutuhan EnergiUntuk menghitung kebutuhan energi seseorang, maka harus diketahui BMR nya dan kegiatan fisiknya, dan untuk memperkirakan jumlah energi yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut

Rumus BMR

Energi Aktivitas Fisik