19. Berbagai reaksi katabolisme yang terjadi di dalam sel

• KATALOG PRODUKTESTIMONIVIDIO EDUKASI  KONSEP KARNUS

www.konsep karnus.id

Katabolisme adalah reaksi pemecahan suatu senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana. Katabolisme berfungsi untuk memecah senyawa menjadi energi, air & CO2. Tujuan dari berbagai reaksi tersebut adalah menghasilkan senyawa ATP. ATP adalah suatu senyawa pembawa energi atau pembawa elektron. Sudah kita ketahui bahwa energi merupakan suatu aliran elektron. Beberapa jenis reaksi katabolisme dalam tubuh diantaranya yaitu: Glikolisis, Dekarboksilasi oksidatif, TCA (siklus krebs), fosforilasi oksidatif, fruktolisis, beta oksidasi dan ketolisis.

Glikolisis

Gula (karbohidrat) yang masuk ke dalam tubuh tidak langsung berubah menjadi tenaga yang dibutuhkan manusia untuk beraktivitas. Gula tersebut harus dipecah terlebih dahulu menjadi bentuk yang lebih sederhana melakui berbagai tahapan, salah satunya adalah proses glikolisis. Glikolisis adalah proses pertama dari pemecahan glukosa menjadi energi yang dibutuhkan dalam metabolisme seluler. Proses glikolisis terdiri atas fase yang membutuhkan energi, kemudian diikuti dengan fase yang melepas energi itu sendiri. Proses ini terjadi di dalam sitoplasma sel dengan hasil akhir yaitu 2 asam piruvat, 2 ATP, 2 H2O dan 2 NADH.

Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi yang mengubah asam piruvat yaitu senyawa beratom karbon tiga menjadi senyawa asetil koenzim A atau sering dikenal dengan asetil koA.

Asam piruvat merupakan produk yang telah dihasilkan dari tahapan pertama dari metabolisme sel, yaitu glikolisis. kemudian asam piruvat tersebut akan masuk ke dalam mitokondria dan akan di rubah menjadi molekul asetil koA melalui proses reaksi kimia yang bernama Dekarboksilasi oksidatif.

Reaksi dekarboksilasi oksidatif sering juga disebut sebagai reaksi antara, yaitu reaksi yang menghubungkan antara glikolisis dengan siklus krebs. Bahkan beberapa literatur ada juga yang mengatakan bahwa reaksi dekarboksilasi oksidatif termasuk bagian dari siklus krebs. Reaksi ini akan menghasilkan 2 asetil CoA, 2 molekul CO2 dan 2 NADH.

TCA di Mitokondria

Tricarboxylic acid (TCA) cycle juga dikenal dengan siklus krebs. Proses ini terjadi di mitokondria dan bahan bakarnya adalah asetil CoA. Enzim, air dan hormon berperan sebagai katalis dalam reaksi ini. Asetil CoA bisa diperoleh dari glukosa, asam lemak atau asam amino.

Dalam satu kali siklus krebs menghasilkan 3 NADH, 1 FADH2, 2 CO2 dan 1 ATP. Pada reaksi dekarboksilasi oksidatif menghasilkan 2 asetil CoA, artinya pada siklus krebs menghasilkan 6 NADH, 2 FADH2, 4 CO2 dan 2 ATP. NADH, FADH2 dan H+ akan menjadi ATP melalui fosforilasi oksidatif.

Fosforilasi Oksidatif

Fosforilasi oksidatif atau transport elektron adalah tahap lanjutan dari siklus krebs. Pada tahap ini terjadi pengubahan NADH dan FADH2 menjadi energi yang berbentuk ATP agar bisa digunakan oleh tubuh. Tempat berlangsungnya tahapan transport elektron berada di bagian mitokondria, tepatnya di membran dalam (kristae) mitokondria. Bentuk bahan bakar pada reaksi ini adalah NADH, FADH dan O2. Reaksi ini akan dikatalis oleh enzim dan dikendalikan oleh hormon.

Secara singkat, transport elektron akan memfasilitasi pergerakan proton (ion H+) dari matriks mitokondria menuju intermembran mitokondria. Proton tersebut akan menumpuk di intermembran dan menyebabkan perbedaan gradien konsentrasi di intermembran dan matriks mitokondria. Saat hal ini berlangsung maka akan terjadi proses kemiosmosis untuk menghasilkan ATP, yaitu ketika proton masuk ke matriks mitokondria melalui ATP sintase. Selain menghasilkan ATP, proses ini juga akan mengubah ion H+ menjadi air yang merupakan salah satu hasil dari respirasi aerob.

Transport elektron melibatkan beberapa komponen diantaranya yaitu:

• Kompleks multiprotein

Sebagian besar komponen transport elektron adalah protein yang disebut sebagai kompleks multiprotein bernomor I sampai IV. Kompleks I (NADH dehidrogenase), kompleks III (koenzim Q-Cyt C reductase) dan kompleks IV (sitokrom oksidase) akan bertindak sebagai protein integral yang menembus lipid bilayer (struktur intermembran yang memisahkannya dengan matriks mitokondria), sedangkan kompleks II (suksinat dehidrogenase) merupakan kompleks protein perifer yang tertanam pada salah satu sisi membran mitokondria.

• Transporter elektron

Terdapat 2 molekul atau protein karier yang berperan dalam proses transport elektron, yaitu Q10 dan Cyt C. Q10 (ubiquinon) bertugas membawa elektron dari kompleks protein I atau II menuju kompleks protein III, sedangkan Cyt C bertugas membawa elektron dari kompleks protein III menuju kompleks protein IV.

• ATP sintase

Merupakan enzim berupa kumpulan protein yang berfungsi dalam kemiosmosis dengan rantai transpor elektron terdekat.

Fruktolisis

Fruktolisis adalah reaksi pemecahan 1 molekul fruktosa menjadi 2 asetil CoA. Reaksi ini terjadi di sitoplasma sel liver, karena pada dasarnya fruktosa yang masuk ke dalam tubuh sebagian besar diterima oleh liver. Di dalam liver ini, fruktosa akan dibentuk menjadi lemak. Apabila tubuh terlalu banyak mengonsumsi fruktosa tentunya akan mengakibatkan beban liver semakin berat. Hasil akhir dari reaksi fruktolisis sama dengan hasil akhir pada reaksi glikolisis, yaitu 2 ATP, 2 NADH, 2 H2O dan 2 asam piruvat.

Beta Oksidasi

Beta oksidasi adalah pemecahan rantai karbon asam lemak menjadi asetil CoA. Reaksi beta oksidasi terjadi di semua sitoplasma sel, kecuali sel otak. Setiap siklus pemecahan asam lemak membutuhkan energi 1 ATP. Asam lemak sendiri umumnya mempunyai rantai karbon yang panjang, contohnya asam lemak palmitat dengan 16 atom karbon. Dalam reaksi beta oksidasi, asam lemak palmitat akan mengalami pemecahan menjadi asetil CoA dengan 2 atom karbon. Maka 1 asam lemak palmitat akan menghasilkan 8 asetil CoA.

Tubuh manusia memiliki jaringan adiposa yang berfungsi untuk menyimpan cadangan lemak (trigliserida). Trigliserida tersusun atas gliserol dan 3 asam lemak. Asam lemak inilah yang kemudian akan masuk ke dalam sel dan dimetabolisme menjadi asetil CoA.

Secara keseluruhan mekanisme terjadinya beta oksidasi terbagi menjadi 3 tahap, yaitu:

• Tahap transport lemak (trigliserida) dari jaringan adiposa menuju sel target.

Jaringan adipose menyimpan trigliserida yang tersusun atas 3 asam lemak dan 1 gliserol. Trigliserida akan masuk ke saluran pembuluh darah kemudian dipecah dengan bantuan enzim lipase menjadi asam lemak dan gliserol. Asam lemak kemudian akan masuk menuju sel target yang bisa memetabolisme asam lemak.

• Tahap aktivasi dan transport asam lemak di dalam mitokondria

Asam lemak yang masuk ke dalam sitoplasma sel harus diaktivasi menjadi asil CoA terlebih dahulu sebagai satu satunya yang dapat dimetabolisme di dalam mitokondria. Reaksi ini dikatalis oleh enzim asil CoA sintase. Reaksi ini membutuhkan ATP sehingga terjadi perubahan ATP menjadi AMP dan melepaskan pirofosfat. Namun asil CoA tidak dapat begitu saja menembus membran mitokondria. Molekul tersebut harus dibawa oleh pembawa (karier) yang disebut karnitin. Asil CoA akan berikatan dengan karnitin membentuk asil karnitin dan menembus membran mitokondria.

Di dalam mitokondria, asil karnitin akan bereaksi dengan koenzim A sehingga terbentuk asil KoA dan karnitin kembali. Karnitin kemudian akan keluar mitokondria untuk membawa asil CoA yang lainnya.

• Tahap beta oksidasi di dalam matriks mitokondria.

Asam lemak terdiri atas gugus karboksil (COOH) dan rantai panjang dari atom karbon dan hidrogen. Atom karbon pertama yang terikat langsung dengan gugus karboksil disebut alfa-karbon dan atom karbon kedua disebut beta-karbon. Disebut reaksi beta oksidasi karena tujuannya adalah memutus rantai antara alfa-karbon dan beta-karbon.

Asil CoA yang telah masuk mitokondria kemudian akan mengalami beta oksidasi dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Asil CoA akan diubah menjadi enoil CoA oleh enzim asil CoA dehidrogenase. Pada reaksi ini FAD akan menarik 2 molekul H menjadi FADH2.
2. Enoil CoA kemudian diubah menjadi hidroksiasil CoA oleh enzim enoil CoA hidratase. Terdapat penambahan molekul H2O pada reaksi ini
3. Hidroksiasil-CoA diubah menjadi ketoasil CoA oleh enzim hidroksiasil CoA dehidrogenase. Molekul H akan dilepaskan dan ditangkap oleh NAD menjadi NADH + H+
4. Ketoasil CoA kemudiaan akan dipotong menjadi asetil CoA dan sisa asam lemak dengan bantuan enzim tiolase.
5. Asetil CoA akan lepas dan masuk siklus krebs untuk menghasilkan energi, sedangkan sisa asam lemak akan mengulangi reaksi dari awal agar dapat menghasilkan asetil CoA lainnya.

Ketolisis

Ketolisis adalah pemecahan badan keton yang diproduksi oleh liver menjadi ATP. Proses ini terjadi pada seluruh sel kecuali liver. Badan keton adalah bahan bakar buatan tubuh manusia yang digunakan pada saat sel tubuh kekurangan glukosa dan asam lemak. Ketolisis bisa disebut sebagai fitur pertahanan kehidupan, karena tubuh berusaha menghasilkan energi meskipun kekurangan glukosa dan asam lemak. Reaksi ini akan mengubah asetoasetat dan β-hidroksibutirat di jaringan perifer (otot, otak, dll) menjadi 2 molekul asetil CoA.

Mula-mula asetoasetat dan β-hidroksibutirat akan dibawa ke jaringan perifer. β-hidroksibutirat akan dioksidasi menjadi asetoasetat dengan enzim β-hidroksibutirat dehidrogenase yang juga memproduksi NADH. Asetoasetat kemudian memperoleh koenzim A dari suksinil CoA yang berasal dari siklus krebs. Asetoasetat kemudian berubah menjadi asetoasetil CoA dengan bantuan enzim suksinil CoA: 3-ketoacid coenzyme A transferase (SCOT). Enzim SCOT tidak tersedia di liver, itulah sebabnya ketolisis tidak terjadi di liver. Asetoasetil CoA kemudian dikonversi menjadi 2 molekul asetil CoA.

Oksidasi Asam Amino

Jika terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan lemak), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti glukosa, asam lemak dan keton, reaksi pembakaran asam amino lebih sulit karena memerlukan pelepasan gugus amin (NH2) dan membutuhkan senyawa lain Gugus amin ini dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh. Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:

1. Transaminasi

Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat.

2. Deaminasi oksidatif

Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion amonium. Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam. Gugus-gugus amin 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 urin.

Asam amino digunakan bahan pembangun sel, hormon dan enzim. Apabila sel terpaksa membakar asam amino maka residu amonia harus segera dirubah menjadi nitrat dan proses tersebut membutuhkan SGPT dan SGOT.

Konsultasi :Admin Konsep karnus