Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein

Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein – Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang anabolisme dan katabolisme. Anabolisme dan katabolisme merupakan bagian dari metabolisme, yaitu seluruh reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh organisme, termasuk yang terjadi pada tingkat sel. Nah, bagaimana jika metabolisme terjadi pada karbohidrat? Pada topik ini, kalian akan mempelajarinya. Yuk simak dengan saksama.

Kalian tentu sering makan nasi atau roti bukan? Nasi atau roti merupakan sumber makanan yang banyak mengandung karbohidrat. Karbohidrat merupakan sumber energi terbesar bagi tubuh.

Apakah kalian juga bertanya-tanya seperti Beta? Bagaimana karbohidrat dapat diubah menjadi energi? Untuk tahu jawabannya, simak uraian di bawah ini ya.

Pada awalnya, karbohidrat yang masuk ke dalam tubuh akan diubah menjadi glukosa. Glukosa diserap oleh usus halus dan diedarkan oleh darah hingga ke sel-sel tubuh. Glukosa yang masuk ke dalam sel inilah yang akan mengalami metabolisme dan menghasilkan energi. Metabolisme glukosa menjadi energi ini dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transfer elektron.

Glikolisis

Glikolisis berasal dari kata gliko yang artinya glukosa dan lisis yang artinya pecah atau terurai. Glikolisis merupakan suatu proses penguraian molekul glukosa (6 atom karbon (C)) secara enzimatik menjadi dua molekul asam piruvat (3 atom karbon (C)) seperti pada gambar berikut.

Proses di atas terlihat sederhana. Namun, sebenarnya masih banyak proses lagi di dalamnya. Hal ini dikarenakan banyaknya enzim yang terlibat dalam proses tersebut. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut.

Dari gambar di atas, dapat diketahui bahwa reaksi glikolisis terdiri atas dua tahapan utama, yaitu reaksi tahap I dan reaksi tahap II.

Reaksi Tahap I (Reaksi 1- 4)

Reaksi tahap I terdiri atas empat reaksi spesifik yang membutuhkan energi sebanyak 2 ATP. Reaksi ini diawali dengan fosforilasi glukosa menjadi glukosa-6-fosfat dengan bantuan 1 ATP dan enzim heksokinase. Selanjutnya, glukosa-6-fosfat dipecah hingga membentuk dua molekul gliseraldehid-3-fosfat dengan bantuan 1 ATP dan enzim fosfoglukoisomerase, fosfofruktokinase, serta aldolase.

Reaksi Tahap II (reaksi 5 – 9)

Dua molekul gliseraldehid-3-fosfat hasil reaksi tahap I masing-masing diubah menjadi asam piruvat melalui beberapa tahapan seperti pada gambar. Masing-masing tahapan-tahapan tersebut dibantu oleh enzim triose fosfat dehidrogenase, fosfogliserokinase, enolase, dan piruvat kinase

Hasil akhir reaksi glikolisis ini sebenarnya adalah 4 molekul ATP. Oleh karena pada reaksi tahap I membutuhkan 2 ATP, maka hasil bersih ATP dari glikolisis adalah 2 molekul ATP. Selain itu, glikolisis juga menghasilkan 2 NADH (Nicotinamid Adenin Dinucleotid Hidrogen) yang berasal dari awal reaksi tahap II.

Dekarboksilasi Oksidatif

Reaksi lanjutan dari glikolisis adalah siklus Krebs. Akan tetapi, sebelum memasuki siklus Krebs terjadi reaksi dekarboksilasi oksidatif terlebih dahulu. Setiap asam piruvat yang dihasilkan dari glikolisis akan diubah menjadi asetil koenzim A (asetil KoA) seperti pada gambar berikut.

Hasil akhir proses dekarboksilasi oksidatif ini berupa 2 asetil KoA dan 2 molekul NADH.

Siklus Krebs

Siklus Krebs pertama kali ditemukan oleh Hans Krebs, seorang ahli biokimia yang banyak berjasa dalam penelitian tentang metabolisme karbohidrat. Siklus Krebs yang disebut juga siklus asam sitrat digambarkan sebagai berikut.

Dari gambar di atas, dapat diketahui bahwa sklus Krebs dibagi menjadi beberapa tahapan berikut ini.

Asetil KoA (2C) masuk ke dalam siklus Krebs di dalam mitokondria dan bereaksi dengan asam oksaloasetat (4C) membentuk asam sitrat (6C). Dalam proses ini, KoA dibebaskan kembali.
Asam sitrat (6C) dengan NAD+ membentuk asam alfa-ketoglutarat (5C) dengan membebaskan CO₂ dan menghasilkan NADH.
Asam alfa-ketoglutarat diubah menjadi asam suksinat (4C) dengan bantuan NAD⁺ dan ADP. Pada reaksi ini, CO₂ dibebaskan dan menghasilkan NADH dan ATP.
Asam suksinat yang terbentuk, kemudian bereaksi dengan FAD (Flarine Adenine Dinucleotida) membentuk asam malat (4C) dan menghasilkan FADH₂.
Asam malat (4C) kemudian bereaksi dengan NAD⁺ membentuk asam oksaloasetat (4C) dan menghasilkan NADH. Asam oksaloasetat inilah yang akan kembali bereaksi dengan asetil koA sehingga membentuk siklus.

Dari tahapan-tahapan di atas, dapat diketahui bahwa siklus krebs mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH₂, ATP, serta membentuk kembali asam oksaloasetat. Secara keseluruhan, dalam siklus krebs dihasilkan 6 NADH, 2 FADH₂, dan 2 ATP.

Transfer Elektron

Reaksi lanjutan dari siklus Krebs adalah transfer elektron. Reaksi ini merupakan tahap akhir dari keseluruhan proses dalam metabolisme karbohidrat yang menghasilkan 34 ATP. Transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Transfer elektron berakhir setelah elektron dan H+ bereaksi dengan oksigen membentuk H₂O (air). Proses transfer elektron dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Catatan

Nah, kalian telah selesai belajar tentang metabolisme karbohidrat. Agar pemahaman kalian bertambah lagi, yuk kerjakan latihan soal-soal berikut ini.

Metabolisme Lemak

Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang metabolisme karbohidrat, protein, dan reaksi terang dan gelap. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang metabolisme lemak.

Bagaimana metabolisme lemak berlangsung? Zat apa yang dihasilkan dari metabolisme tersebut? Agar kalian mengetahui jawabannya, ayo cermati uraian pada topik ini.

Fungsi Lemak

Manusia dan hewan memiliki cadangan makanan berupa lemak yang disimpan di dalam tubuh. Lemak yang disimpan dalam tubuh dibedakan menjadi dua jenis, yaitu lemak subkutan dan lemak visceral. Lemak subkutan adalah lemak yang terdapat tepat di bawah jaringan kulit, sedangkan lemak visceral adalah lemak yang terdapat di dekat organ tubuh bagian dalam. Lemak visceral berfungsi untuk melindungi organ-organ tubuh bagian dalam. Lemak juga memiliki banyak fungsi diantaranya sebagai berikut.

Sebagai penyusun struktur membran sel.
Sebagai cadangan energi yang disimpan dalam jaringan adiposa.
Sebagai hormon yang mengatur komunikasi antarsel.
Sebagai vitamin yang membantu regulasi proses-proses biologis.
Media pelarut vitamin yang larut dalam lemak (vitamin A, D,E, dan K).
Memperlambat pengosongan pada lambung, sehingga rasa kenyang dapat bertahan lebih lama.
Pembentukan sel.
Sumber asam lemak esensial.
Memelihara suhu tubuh.

Proses Metabolisme Lemak

Kalian telah mengetahui bahwa lemak dicerna oleh sistem pencernaan menjadi asam lemak dan gliserol. Jika tubuh masih memiliki cukup kalori, maka asam lemak akan mengalami esterifikasi, yaitu reaksi antara ester dan gliserol membentuk trigliserida sebagai cadangan energi. Jika kebutuhan energi dari karbohidrat tidak mencukupi, maka akan terjadi oksidasi lemak untuk memenuhi kebutuhan energi tubuh. Bagaimana proses asam lemak dan gliserol menghasilkan ATP? Ayo perhatikan gambar berikut.

Berdasarkan pemecahan lemak di atas, kalian dapat melihat bahwa ada dua cara lemak menghasilkan energi, yaitu dengan katabolisme gliserol dan oksidasi asam lemak.

Katabolisme gliserol

Gliserol merupakan hasil hidrolisis lemak (trigliserida) yang dapat menjadi sumber energi. Gliserol ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat, yaitu glikolisis. Gliserol mendapat 1 gugus fosfat dari ATP untuk membentuk gliserol 3-fosfat. Kemudian, gliserol 3-fosfat diubah menjadi asam piruvat. Selanjutnya, asam piruvat masuk ke dalam siklus Krebs untuk menghasilkan ATP.

Oksidasi Asam Lemak

Asam lemak yang dihasilkan dari hidrolisis trigliserida akan diproses dalam oksidasi beta untuk menghasilkan energi. Asam lemak ini akan diubah menjadi asetil KoA yang masuk ke dalam siklus Krebs. Sebelum dipecah dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan terlebih dahulu menjadi asetil-KoA—contohnya asam palmitat —agar menjadi palmitoyl-KoA (C16). Selanjutnya, palmitoyl-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan sebagai berikut.

Palmitoyl-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini akan dihasilkan energi 2P (+2P).
Selanjutnya delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA.
L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini akan dihasilkan energi 3P (+3P).
Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan miristoyl-KoA (C14) yang telah kehilangan 2 atom C.
Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini, selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat atau Krebs.

Oksidasi asam lemak, biasa disebut oksidasi beta, menghasilkan asetil KoA. Asetil KoA akan memasuki siklus Krebs dan menghasilkan energi seperti karbohidrat. Asam lemak berfungsi sebagai penghasil energi menggantikan glukosa dalam siklus Krebs. Tahukah kalian berapa jumlah ATP yang dihasilkan dari oksidasi asam lemak?

Oksidasi asam lemak menghasilkan 44 ATP. Semakin panjang rantai karbon yang menyusun asam lemak, semakin besar energi yang dihasilkan. Asam palmitat yang mempunyai 16 atom C dapat menghasilkan 129 ATP. Bukan hanya itu, senyawa lain hasil hidrolisis lemak, yaitu gliserol juga menghasilkan cukup banyak energi, sekitar (36 ATP).

Metabolisme Protein

Pada topik sebelumnya, kamu telah mempelajari metabolisme karbohidrat dan metabolisme lipid. Sekarang, kamu akan mempelajari tentang Metabolisme Protein. Protein tersusun dari molekul-molekul yang disebut asam amino. Bagaimana proses metabolisme protein menjadi energi? Ayo cermati uraiannya pada topik ini.

Fungsi Protein

Protein adalah suatu senyawa organik yang mempunyai ikatan peptida dan berasal dari monomer asam amino. Protein sangat diperlukan oleh tubuh. Fungsi protein tersebut sebagai berikut.

Sebagai zat pembangun untuk pertumbuhan.
Untuk pemeliharaan jaringan.
Untuk menggantikan sel-sel yang telah mati atau rusak.
Sebagai mekanisme pertahanan tubuh.
Sebagai zat pengatur dalam proses-proses metabolisme dalam bentuk enzim dan hormon.
Menyimpan dan meneruskan sifat-sifat keturunan dalam bentuk gen.
Menghasilkan energi. Energi yang dihasilkan dari protein setara dengan glukosa yaitu 36 ATP, tetapi lebih rendah dari lemak yang menghasilkan 44 ATP.

Protein dicerna di dalam tubuh menjadi asam amino. Asam amino ini dihasilkan dari proses hidrolisis protein. Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh, tetapi disimpan dalam bentuk lemak. Jika jumlah asam amino dalam tubuh berlebih, akan digunakan sebagai sumber energi.

Asam amino terdiri atas asam amino esensial dan nonesensial. Asam amino esensial yaitu asam amino yang tidak dibuat oleh tubuh sehingga kebutuhannya dipasok dari makanan. Terdapat sembilan jenis asam amino esensial, yaitu isoleusin, histidin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, dan valin. Asam amino nonesensial yaitu asam amino yang dapat diproduksi tubuh. Jenis asam amino nonesensial adalah alanin, asparagin, asam aspartat, dan asam glutamat.

Proses Metabolisme Protein

Bagaimana proses metabolisme protein di dalam sel tubuh? Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amino. Gugus amino ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh.

Dasar Metabolisme Protein

Deaminasi Oksidatif
Deaminasi oksidatif adalah suatu reaksi kimia pada metabolisme yang melepaskan gugus amino dari molekul senyawa asam amino. Gugus amino yang terlepas menjadi amonia. Gugus-gugus amino dilepaskan menjadi ion amonium (NH₄+) yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urine.

Transaminasi
Transaminasi adalah proses katabolisme asam amino yang melibatkan pemindahan gugus amino dari asam amino yang satu ke asam amino yang lainnya. Pada proses transaminasi tidak ada gugus amino yang hilang. Hal ini dikarenakan setiap gugus amino yang lepas diikat oleh senyawa keton.

Deaminasi oksidatif dan transaminasi merupakan proses perubahan protein menjadi zat yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs. Zat hasil deaminasi atau transaminasi yang dapat masuk siklus Krebs adalah alfa ketoglutarat, suksinil ko-A, fumarat, oksaloasetat, dan sitrat.

Setelah gugus amino dari asam amino dilepas, beberapa asam amino diubah menjadi asam piruvat, asam glutamat, dan fumarat. Asam amino yang diubah ke dalam asam piruvat yang selanjutnya menjadi asetil KoA adalah serin, alanin, sistenin, triptofan, dan tirosin. Asam amino yang diubah menjadi glutamat yang selanjutnya menjadi alfa ketoglutarat dalam siklus Krebs adalah arginin, glutamine, histidin, dan prolin. Asam amino yang diubah menjadi aspartat yang selanjutnya menjadi asam fumarat dalam siklus krebs adalah asparaginin.

Metabolisme protein berhubungan erat dengan ekskresi NH₃ (urea). Urea dihasilkan di dalam hati dan dikeluarkan melalui ginjal. Jika hati rusak atau ginjal tidak mampu menyaring darah dengan sempurna, maka urea akan menumpuk di dalam darah dan dapat menyebabkan uremia.