Upload
opimadridista
View
249
Download
17
Embed Size (px)
DESCRIPTION
METABOLISME OKSIDATIF
Citation preview
BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Metabolisme adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan interkonversi
senyawa kimia didalam tubuh, jalur yang diambil oleh tiap molekul, hubungan
antarmolekul, dan mekanisme yang mengatur aliran metabolit melalui jalur –
jalur metabolisme. Jalur metabolik digolongkan menjadi tiga kategori; (1) Jalur
anabolic, yaitu jalur-jalur yang berperan dalam sintesis senyawa yang lebih besar
dan kompleks dari precursor yang lebih kecil, misalnya sintesis protein dari
asam amino dan sintesis cadangan triasigliserol dan glikogen. Jalur anabolic
bersifat endotermik. (2) Jalur katabolic, yang berperan dalam penguraian
molekul besar, sering melibatkan reaksi oksidatif; jalur ini bersifat eksotermik,
yang menghasilkan ekuivalen produksi dan ATP terutama melalui rantai
respiratorik. (3) Jalur amfibolik, yang berlangsung di “persimpangan”
metabolisme, bekerja sebagai penghubung antarajalur katabolic dan anabolic,
misalnya siklus asam sitrat.
Jika asupan bahan bakar metabolic selalu lebih besar daripada pengeluaran
energy, kelebihan bahan bakar ini disimpan, umumnya sebagai triasigliserol
dijaringan adipose sehingga timbul obesitas dan berbagai masalah kesehatan
yang menyertainya. Sebaliknya, jika asupan bahan bakar metabolic terus
menerus sedikit dari pengeluaran energi, cadangan lemak dan karbohidrat nihil,
asam amino yang berasal dari pergantian (turnover) protein digunakan untuk
metabolisme yang menghasilkan energy, bukan untuk sintesi protein sehingga
terjadi emaciation (kurus kering), pengecilan otot (wasting) dan akhirnya
kematian.
Pada keadaan kenyang, setelah makan , pasokan karbohidrat melimpah, dan
bahan bakar metabolic untuk kebanyakan jaringan adalah glukosa. Pada keadaan
puasa, glukosa harus dihemat untuk digunakan oleh system saraf pusat (yang
sangat bergantung sepenuhnya pada glukosa) dan sel darah merah (yang
bergantung pada glukosa). Jadi, jaringan yang menggunakan bahan bakar selain
glukosa dapat menggunakan bahan bakar alternative; otot dan hati mengoksidasi
asam lemak dan hati membentuk badan keton dari asam lemak untuk diekspor ke
1
otot dan jaringan lain. Sewaktu cadangan glikogen menyusut, asam-asam amino
yang berasal dari pergantian protein digunakan untuk glukoneogenesis.
Secara kimia, oksidasi didefinisikan sebagai pengeluaran elektron dan
reduksi sebagai penambahan elektron. Kerana itu, oksidasi selalu disertai oleh
reduksi akseptor elektron. Prinsip oksidasi-reduksi ini berlaku bagi system
biokimia dan merupakan konsep penting yang mendasari pemahaman tentang
sifat oksidasi biologis berlangsung tanpa partisipasi oksigen molekuler misalnya
dehidrogenasi. Kehidupan hewan tingkat tinggi bergantung mutlak pada pasokan
oksigen untuk respirasi, proses sel memperoleh energy dalam bentuk ATP dari
reaksi terkendali hydrogen dengan oksigen untuk membentuk air. Selain itu,
oksigen molekuler dapat bergabung dengan berbagai zat atas bantuan enzim
yang disebut oksigenase; banyak obat, polutan, dan karsinogen kimia
( xenobiotik ) dimetabolisme oleh enzim kelas ini yang dikenal sebagai system
sitokrom P450.
2
B. RUMUSAN MASALAH
1. Apa itu metabolisme oksidatif ?
2. Bagaimana peran adenosin trifosfat ( ATP ) dalam metabolisme ?
3. Bagaimana metabolisme aerob ?
4. Bagaimana jalur yang memproses produk utama pencernaan ?
C. TUJUAN
1. Mahasiswa mampu memahami definisis metabolisme oksidatif
2. Mahasiswa mampu memahami peran adenosine trifosfat ( ATP ) dalam
metabolisme
3. Mahasiswa mampu memahami metabolisme aerob
4. Mahasiswa mampu memahami jalur yang memproses produk utama
pencernaan
3
BAB II
PEMBAHASAN
A. DEFINISI METABOLISME OKSIDATIF
Metabolisme oksidatif adalah bagian pertama dari metabolisme katabolik di
mana sel memecah molekul menjadi energi, atau adenosin trifosfat (ATP). Bagian
kedua dari metabolisme melibatkan penggunaan energi seluler untuk membangun
molekul seperti jaringan dan organ, dan disebut sebagai anabolisme. Respirasi sel
aerobik, sebuah proses yang membutuhkan penggunaan oksigen, adalah bentuk yang
paling efisien produksi ATP.
Metabolisme oksidatif dimulai dengan pemecahan nutrisi organik seperti
karbohidrat, gula, protein, vitamin dan lemak. Glukosa, gula sederhana, adalah
nutrisi yang paling umum yang akan dipecah dalam proses yang dikenal sebagai
glikolisis, atau metabolisme glukosa. Metabolisme glukosa menghasilkan dua
molekul piruvat yang masuk mitokondria dari sel dan diinisiasi ke dalam siklus
Krebs. Mitokondria adalah organel yang memasok energi sel ke seluruh sel.
Pada siklus Krebs, disebut sebagai siklus asam sitrat serta siklus asam
trikarboksilat (TCA), menggambarkan bagian oksidatif metabolisme oksidatif.
Oksidasi adalah pengurangan elektron dan pelepasan energi. Siklus ini dimulai
dengan satu molekul piruvat yang, setelah serangkaian reaksi kimia, adalah masukan
ke dalam siklus sebagai asam oksaloasetat. Siklus dimulai dan diakhiri dengan asam
oksaloasetat, yang mengalami serangkaian reaksi kimia enzim yang diprakarsai
selama siklus untuk menghasilkan energi.
4
Dalam siklus asam sitrat, oksidasi dari atom karbon hasilnya dalam produksi
karbon dioksida dan energi. Ada dua molekul piruvat masukan ke dalam mitokondria
dari satu reaksi metabolisme glukosa, sehingga siklus TCA melibatkan dua putaran
siklus untuk penyelesaian. Setiap gilirannya menghasilkan satu ATP, dan seterusnya
saat selesai, dua ATP diproduksi. Metabolisme oksidatif adalah proses yang efisien
dalam menghasilkan berbagai produk sampingan, yang dikenal sebagai reaksi
intermediet, yang segera digunakan untuk anabolisme setelah katabolisme selesai.
B. PERAN ADENOSIN TRIFOSFAT (ATP) DALAM METABOLISME
Adenosin trifosfat ( ATP ) adalah suatu rantai penghubung yang esensial antara
fungsi penggunaan energi di tubuh. Oleh karena sebab itu, ATP disebut energy
currency of body , dan ATP dapat di diperoleh dan digunakan berulang-ulang.
Energi yang berasal dari oksidasi karbohidrat, protein dan lemak digunakan
untuk mengubah adenosine difosfat (ADP) menjadi ATP yang selanjutnya digunakan
oleh berbagai reaksi tubuh yang digunakan untuk (1) transfor aktif molekul melalui
membrane sel; (2) kontraksi otot dan kerja mekanik; (3) berbagai reaksi sintetik yang
menghasilkan hormone, membrane sel, dan banyak molekul esensial lainnya dalam
tubuh; (4) konduksi impuls saraf; ( 5) pertumbuhan dan pembelahan sel dan ; (6)
banyak fungsi fisiologis lainnhya yangdiperlukan untuk memepertahankan dan
meneruskan kehidupan
ATP adalah suatu senyawa kimia yang labil terdapat dalam semua sel. ATP
adalah kombinasi adenine, ribose, dan tiga radikal fosfat. Dua radikal fosfat yang
5
terakhir dihubungkan dengan sisa molekul oleh ikatan berenergi tinggi yang
dinyatakan dengan symbol ~
Jumlah energy bebas dalam masing-masing ikatan berenergi tinggi per mol
ATP adalah sekitar 73.000 kalori pada keadaan standart dan kira-kira 12.000 kalori
pada keadaan temperature dan konsentrasi reaktan yang biasa didalam tubuh . oleh
karena itu, didalam tubuh, pemindahan, masing-masing dua radikal fosfat yang
terkahir akan membebaskan energy sekitar 12.000 kalori. Setelah kehilangan satu
radikal fosfat dari ATP, senyawa tersebut mejadi ADP, dan setelah radikal fosfat
yang kedua hilang, emnjadi adenosine monofosfat ( AMP ) Interkonversi diantara
ATP, ADP, dan AMP adalah sebagai berikut :
ATP terdapat dimana-mana dalam sitoplasma dan nukleoplasma semua sel, dan
pada dasarnya semua mekanisme fisiologis yang membutuhkan energy untuk
bekerja, memperoleh energinya langsung dari ATP ( atau senyawa berenergi tinggi
lain yang sejenis- guanosin trifosfat [GTP] ). Selanjutnya mekanan dalam sel
dioksidasi secara bertahap, dan energy dibebaskan di pakai untuk membentuk ATP
yang baru, sehingga suplai zat ini selalu dipertahankan, semua pemindahan energy
ini terjadi melalui reaksi yang berpasangan.
Glikogenesis – proses pembentukan glikogen
Glikogenesis adalah proses anabolik pembentukan glikogen untuk simpanan
glukosa. Glikogenesis terjadi terutama dalam sel-sel hati dan sel-sel otot, tetapi tidak
terjadi dalam sel-sel otak yang sangat bergantung pada persediaan kadar gula darah
untuk energi.(2)
6
Pada reaksi kimia untuk glikogenesis , glukosa-6-fosfat dapat diubah menjadi
glukosa-1-fosfat; yang kemudian diubah menjadi uridin difosfat glukosa, yang
akhirnya diubah menjadi glikogen. Beberapa enzim khusus dibutuhkan untuk
menyebabkan perubahan-perubahan ini, dan setiap monosakarida yang dapat diubah
menjadi glukosa dapat masuk kedalam reaksi tersebut. Senyawa tertentu yang lebih
kecil meliputi asam laktat, gliserol, asam piruvat, dan beberapa asam amino
deaminasi, dapat juga diubah menjadi glukosa atau senyawa yang hampir serupa dan
kemudian diubah menjadi glikogen.
Pemindahan glikogen yang disimpan – glikogenolisis
Glikogenilisis adalah penguraian glikogen menjadi glukosa untuk dilepas ke
aliran darah oleh hati saat tubuh membutuhkan energy. Penguaraian ini dipercepat
oleh glukosa dan efinefrin. (2)
Glikogenolisis berarti pemecahan glikogen yang disimpan sel untuk
membentuk kembali glukosa didalam sel. Glukosa kemudian dapat digunakan untuk
menyediakan energi. Glikogenolisis tidak dapat terjadi melalui pembalikan reaksi
kimia yang sama yang dipakai untuk membentuk glikogen; sebagai gantinya, setiap
molekul glukosa yang berurutan pada masing-masing cabang polimer glikogen
dilepaskan melalui proses fosforilasi, yang dikatalisis oleh enzim fosforilase.
Pada keadaan istirahat, fosforilase terdapat dalam bentuk tidak aktif, sehingga
glikogen tetap dapat disimpan. Bila pembentukan glukosa dari glikogen diperlukan
7
kembali, fosforilase harus diaktifkan terlebih dahulu. Hal ini dapat dicapai dalam
beberapa cara, meliputi dua cara sebagai berikut.
Aktivasi fosforilase oleh epinefrin atau oleh glukagon
Dua hormon, epinefrin dan glukagon, dapat mengaktifkan fosforilase
dan dengan demikian menimbulkan glikogenolisis secara cepat. Pengaruh
pertama masing-masing hormon ini adalah meningkatkan pembentukan siklik
AMP di dalam sel, yang kemudian memicu suatu rangkaian reaksi kimia yang
mengaktifkan fosforilase.
Epinefrin dilepaskan oleh medulla adrenal ketika sistem saraf
simpatis dirangsang. Oleh karena itu, salah satu fungsi sitem saraf simpatis
adalah meningkatkan penyediaan glukosa untuk metabolisme energi yang
cepat. Fungsi epinefrin ini terjadi secara nyata baik di dalam sel hati maupun
otot, sehingga turut berperan bersama pengaruh lain dari rangsangan simpatis,
guna menyiapkan tubuh untuk bekerja.
Glukagon adalah hormon yang disekresikan oleh sel alfa (α) pankreas apabila kadar
gula darah turun sangat rendah. Glukagon merangsang pembentukan siklik AMP
terutama di sel hati, dan hal ini selanjutnya meningkatkan pengubahan glikogen hati
menjadi glukosa dan melepaskannya ke dalam darah, sehingga meningkatkan kadar
gula darah.
C. METABOLISME AEROB
Respirasi sel juga disebut sebagai ‘metabolsime oksidatif’ adalah salah satu
kunci sel berguna mendapatkan energy. Ini adalah himpunan reaksi metabolic dan
proses-proses yang terjadi dalam organisme ‘biokimia sel untuk mengubah ebergi
dari nutrisi menjadi adenosine trifosfat ( ATP, dan kemudian melepas produk-produk
limbah. Reakasi respirasi yang terlibat dalam reakasi katabolic yang melibatkan
oksidasi satu molekul dan pengurangan lain.
Karena oksidasi lengkap dari 1 gram molekul glukosa melepaskan energi
sebesar 686.000 kalori dan hanya 12.000 kalori yang dibutuhkan untuk membentuk 1
gram molekul ATP, banyak energi yang akan terbuang percuma apabila glukosa
hendak di dekomposisi sekaligus menjadi air dan karbondioksida sewaktu
membentuk hanya satu molekul ATP. Untungnya, semua sel tubuh mempunyai
enzim protein khusus, yang menyebabkan molekul glukosa dipecahkan sedikit demi
8
sedikit dalam banyak langkah yang berurutan, yaitu energinya dilepaskan dalam
paket-paket kecil untuk membentuk suatu molekul ATP pada suatu waktu, yang
membentuk total 38 mol ATP untuk setiap molekul glukosa yang dimetabolisme oleh
sel. Paragraf berikut akan menjelaskan prinsip dasar proses penguraian molekul
glukosa secar progresif dan energy yang dilepaskan untuk membentuk ATP.
1) Glikolisis dan Pembentukan Asam Piruvat
Sejauh ini cara terpenting untuk melepaskan energy dari molekul glukosa dimulai
dengan proses glikolisis. Produk akhir glikolisis selanjutnya dioksidasi untuk
menhasilkan energi.
Glikolisis bearti memecahkan molekul glukosa untuk membentuk dua
molekul asam piruvat. Glikolisis terjadi melalui 10 reaksi kimia yang berurutan.
Masing-masing langkah dikatalis paling sedikit oleh salah satu enzim protein yang
spesifik. Perhatikan bahwa glukosa mula-mula diubah menjadi fruktosa 1,6-difosfat
dan kemudian dipecah menjadi dua molekul dengan tiga atom karbon, gliseral-dehid-
3-fosfat yang masing-masing kemudian diubah menjadi asam piruvat melalui lima
langkah tambahan.
9
Pembentukan ATP Selama Glikolisis. Walaupun terdapat banayak reaksi kimi
dalam rangkaian proses glikolisis, hanya sebagaian kecil energy bebas dalam
molekul glukosa yang dibebaskan disebagian besar langsunkah. Akan tetaoi, diantara
tahap 1,3-asam difosfogliserat dan 3-asam fosfoglise rat dan sekali diantara
tahap asam fosfoenolpiruvat dan asam piruvat, jumlah energy yang dibebaskan lebih
dari 12.000 kalori per mol, yaitu jumlah yang dibutuhkan untuk membentuk ATP,
dan reaksi digandakan sedemikian rupa hingga terbentuk ATP. Jadi, terdapat total 4
molekul ATP yang sudah dibentuk dari setiap molekul fruktosa 1,6 difosfat yang
diuraikan menjadi asam piruvat.
Namun 2 molekul ATP dibutuhkan untuk fosforilasi glukosa asal untuk
membentuk 1,6-difosfat sebelum glikolisis dapat dimulai. Oleh karena itu, diperoleh
akhir molekul ATP dari keseluruhan proses glikolisis hanya 2 molekul untuk setiap
molekul glukosa yang dipakai. Jumlah energy yang mencapai 24.000 kalori ini
dihantarkan ke ATP, tetapi selama glikolisis, total energy sebanyak 56.000 kalori
dilepaskan dari glukosa asal yang memberikan keseluruhan efisiensi untuk
pembentukan ATP hanya sebesar 43 persen. Sisa energy sebesar 57 persen hilang
dalam bentuk panas.
2) Konversi Asam Piruvat menjadi Asetil Koenzim A
Tahap berikut dalam degradasi glukosa adalah konversi dua tahap dari dua molekul
asam piruvat yang dihasilkan ( Gamabar 67-5) menjadi dua molekul asetil koenzim
A, sesuia reaksi berikut.
Dari reaksi ini, daoat dilihat bahwa 2 molekul karbon dioksida dan 4 ataom
hydrogen dilepaskan, sedangkan nagiam lain dari 2 molekul asam piruvat bergabung
dengan koenzim A,suatu aderivat vitamin asam panto-tenat, untuk memebentuk 2
molekul asetil-KoA.
10
3) Siklus Asam Sitrat ( Siklus Krebs )
Tahao berukutnya dakam degradasi molekul glukosa di sebut siklus asam sitrta
( siklus asam trikarboksilat atau siklus Krebs ). Siklus ini merupakan lanjutan reaksi
kimia asal saat gugus asetil dari asetil Ko-A dipecah menjadi karbon diaoksida dan
atom hydrogen. Semua reaksi ini terjadi didalam matriks mitokondria. Atom
hydrogen yang dileoaskan kemuadian akan menambah jumlah atom hydrogen yang
dioksidasi kemudian, yang akan melepasakan sejumlah besar energy untuk
membentuk ATP
Gambar 67-6 memperlihatkan berrbagai tahap reaksi kimi dalam siklus asam
sitrat. Zat-zat disebalah kiri ditambahkan selama reaaksi kimia, dan hasil reaksi kimia
diperlihatkan disebalah kanan. Perhatikan ada puncak kolom bahwa siklus dimulai
dengan asam oksaloasetat dan dibagian bawah rntao reaksi, asam oksaloasetat
dibentuk kembali. Dengan demikian, siklus dapat berlangsung berulang kali.
Pada tahap siklus asam sitrat, asetil-KoA bergabung dengan asam
oksalaoasetat untuk membentuk asam sitrat. Gugus KoA dari asetil-KoA dilepskan
dan dipakai berulang kali untuk pembentukan lebih banyak lagi asetil-KoA dari asam
piruvat. Akan tetapi gugus asetil menjadi suatu bagian utuh dari molekul asam sitrat.
Selama tahapan siklus asam sitrat yang berurutan berlangsung, beberapamolekul air
ditambahkan seperti yang tampak pada gambar sebelah kiri dan karbondioksida serta
atom hydrogen dilepaskan pada tahap lain dari siklus.
Hasil akhir keseluruhan siklus asam sitrat menunjukan bahwa untuk setiap
molekul glukosa asal yang dimetabolisme, 2 molekul asetil-KoA masuk kedalam
siklus asam sitrat bersama dengan 6 molekul air. Molekul-molekul tersebut kemudian
diuraikan menjadi 4 molekul karbondioksida dan 16 atom hydrogendan 2 molekul
koenzim A. Dua molekul ATP dibentuk melalui cara berikut ini.
Pembentukan ATP dalam Siklus Asam Sitrat. Sejumlah besar energy tidak
dilepaskan selama siklus asam sitrat itu sendiri, hanya satu dari reaksi kimia-selama
pengubahan asam α-ketoglutarat menjadi asam suksinat-yang membentuk satu
molekul ATP. Jadi, untuk setiap molekul glukosa yang dimetabolisme,dua molekul
asetil-KoA akan melaui siklus asam sitrat yang masing-masing membentuk satu
molekul ATP, atau total 2 molekul ATP yang terbentuk.
11
12
Fungsi Dehidrogenase dan Dinukleotida Adenin Nikotinamid yang
Menyebabkan Pelepasan Atom Hidrogen dalam Siklus Asam Sitrat.
Seperti yang telah ditekankan pada bebrapa hal dalm diskusi ini, atom hydrogen
dilepasakan selama reaksi kimia yang bebrbeda dalam siklus sama sitrat- 4 atom
hydrogen selama glikolisis, 4 atom selama pembentukan asetil Ko-A dari asam
piruvat dan 16 atom dalam siklus asam sitrat, keseluruhan proses tersebut
menghasilkan total 24 atom hydrogen yang dilepasklan untuk setiap molekul glukosa
asal. Akan tetapi, atom hydrogen tidak terbuang percuma didalam cairan intrasel.
Sebagai gantinya, atom hydrogen dilepaskan dalam suatu paket berisis dua ato, dan
setiap proses pelepasannya dikatalis oleh enzim protein khusus yang disebut
dehidrogenase. Duapuluh dari 24 atom hydrogen segera bergabung dengan
dinukleotida adenine nikotinamid (NAD+), suatu derivate vitamin niasin dengan
rekasi sebagai berikut :
Reaksi ini tidak terjadi tanapa perantara dehidrogenase yang spesifik atau
tanpa tersedian NAD+ yang bekerja sebagai pembawa hydrogen. Baik ion hodrogen
bebas maupun hydrogen yang berikatan dengan NAD+ berturut-turut masuk kedalam
reaksi kimia oksidatif yang membentuk sejumlah besar ATP.
Sisa empat atom hydrogen dilepaskan selama pemecahan glukosa-keempat
atom yang dilepaskan selama siklus asam sitrat diantara tahap asam suksinat dan
asam fumarat- bergabung dengan suatu dehidrogenase yang spesifik tetapi tidak
langsung dibebaskan ke NAD +. Sebagai gantinnya atom hydrogen lamgsung leawat
dari dehidrogenase masuk ke dalam prose oksidatif.
Fungsi Dekarboksilase dalam Menyebabkan Pelepasan Karbon Dioksida.
Dengan merujuk kembali pada reaksi kimia siklus asam sitrat seperti halnya pada
pembentukan asetil-KoA dari asam piruvat kita menemukan bahwa ada tiga tahap
pembebasan karbondioksida. Untuk menyebabkan pelepasan karbon dioksida, enzim
protein khusus lainnya, yang disebut dekarboksilase, akan memisahkan
13
karbondioksida dari substrat. Karbondioksiada selanjutnya larut dalam cairan tubuh
dan diangkut ke paru-paru tempat karbondioksida dioksidasi diekspirasi dari tubuh.
4) Pembentukan Sejumlah Besar ATP melalui proses Oksidasi Hidrogen
( Proses Fosforilasi Oksidatif )
Dengan semua hal yang rumit dari (1) glikolisis, (2) siklus asam sitrat, (3)
dehidrogenase, dan (4) sekarboksilasi hanya sejumlah kecil ATP yang dibentuk
selama seluruh proses ini-hanya dua molekul ATP dalam proses glikolis dan 2
molekul lainnya dalm siklus asam sitrat untuk setiap molekul glukosa yang
dimetabolime. Sebagai gantinya, hamper 90% dari total ATP yang terbentuk melalui
metabolisme glukosa dihasilkan selam proses oksidasi lanjutan dari ataom hydrogen
yang dilepasakan selam tahap awal degradasi glukosa. Tentu saj, fungsi utama dari
seluruh tahap awal ini adalah menyediakan hydrogen dari molekul dari molekul
glukosa dalam bentuk yang dapat dikosidasi.
Oksidasi hydrogen dicaoai melalui suatu rangkaian rekasi katalis enzimatik
didalam mitokondria, ( gamabar 67-7). Reaksi ini (1) memecahkan setiap atom
hydrogen menjadi satu ion hydrogen dan asatu electron dan (2) akhirnya
menggunakan elektrion untuk menggabingkan oksigen terlarurt dalam caoran dengan
molekul air hidrogrn dan ion hidroksil begabung satu sam lain membentuk air. Selam
tahapan reaksi oksidasif berlangsung, sejumlah besar energy dibebasakan untuk
membentuk ATP. Pembentukan ATP dengan cara ini disebut fosforilasi oksidatif.
Proses ini eluruhnya terjadi didalam mitokondria melaui proses yang sangat khusus
yang disebut mekanisme kemiosmotik.
Mekanisme Kemiosmotik Mitokondria untuk Membentuk ATP
Ionisasi Hidrogen, Rantai Transfor Elektron dan Pembentukan Air. Langkah
pertama fosforilasi oksidatif dalam mitokondria dalah mengionkan atom hydrogen
yang dikeluarkan dari zat makanan. Atom hydrogen ini dikeluarkan berpasanagan
yang satu segera bergabung dengan NAD+ untuk membentuk NADH. Bagian atas
( Gamabar 67-7 ) memoerlighatkan urutan nasib dari NADH dan H+. Tahap awal
adalah pembebasan atom hydrogen lain ari NADH untuk memebentuk ion hydrogen,
H+ yang lain, proses ini juga membentuk kembali NAD+ yang akan dipakai berulang-
ulang.
14
Elektron yang dikeluarkan dari atom hydrogen untuk menimbulkan ionisasi
hydrogensegera memasuki suatu transfor electron dari akseptor electron yang
merupakan bagian integral dari membrane dalam ( membrane rak/shelf membrane )
mitokondria. Akseptor electron secara reversible daoat dikurangi atau dioksidasi
dengan menerima atau memberikan electron. Unsure oenting dari trnasfor electron
ini meliputi flavoprotein, sejumlah protein sulfide besi, ubiquinon, dan sitokrom B,
C1, C, A, dan A3. Tiap elekrtron dilepaskan dari salah satu akseptor ini akseptor
yang kain sampai akhirnya electron mencapai sitokrom A3, yang disebut sitokrom
oksidase karena mampu meberikan dua electron sehingga mengurangi oksigen
elementasi untuk membentuk oksigen berion yang kemudian bergabung dengan ion
hydrogen untuk membentuk air.
Jadi, Gambar 67-7 menunjukan transfor electron melalui rantai electron dan
kemudian pemakaian akhir electron oleh sitokrom oksidase untuk membentuk
molekul air. Selama transfor electron electron ini melalui rantai trnasfor electron,
dibebasakan energy yang kemudian dipakai untuk menimbulkan sintesis ATP.
Pemompaan Ion Hidrogen kedalam Bilik Luar Mitokondria, disebabkan oleh
rantai Transfor Elektron. Sewaktu electron melewati rantai transfor elektron
transfor electron, sejumlah besar energy dibebaskan. Energy ini dipakai untuk
memompa ion hydrogen dari bagian dalam matriks mitokindria ke dalam bilik luar
diantara membrna mitokondria dalam dan luar. Kemudian ini menghasilkan ion
hydrogen bermuatan positif berkonsentrasi tinggi dalam bilik ini dan juga
menghasilkan potensial listrik negative yang kuat dibagian dalm matriks.
15
Pembentukan ATP. Langkah selanjutnya dalam fosforilasi oksidatif adalah
mengubah ADP menjadi ATP. Ini terjadi berkaitan dengan molekul protein besar
yang menonjol sepenuhnya dari membrane mitokondria bagiam dalam dan muncul
dengan kepala seperti timbol ( knob-like head ) kedalam matriks mitokondria bagian
dalam. Molekul ini adalah ATPase, yang sifat fisiknya ( 67-7 ). Ini disebut ATP
sintase.
Konsentrasi ion hydrogen bermuatan positif yang tinggi di bilik luar dan
perbedaan potensial listrik yang besar melalui membrane bagian dalam menyebabkan
ion hydrogen mengali ke dalam matriks mitokondria melalui zat molekul ATPase.
Sewaktu melakukan hal tersebut energy yang dihasilkan dari aliran ion hydrogen ini
digunkana oleh ATPase untuk mengubah ADP dengan suatu radikal fosfat ionic
bebas (Pi), sehingga menambah jumlah ikatan fosfat berenergi tinggi lain yang
berikatan dengan molekul.
Langkah akhir dalam proses ini adalah pemindahan ATP dari bagian dalam
mitokondria kembali ke sitoplasma sel. Proses ini tejadi melalui difusi pasif keluar
dari membrane bagian dalam dan kemudian dengan difusi sederhana melewati
membrna luar mitokondria yang permeable. Selanjutnya, ADP secara kontinu
ditransfer dakam arah yang berlawanan untuk konversi menjadi ATP secara
berkesinambungan. Untuk tiap dua electron yang berjalan melalui rantai transfor
electron ( mewakili ionisasi 2 atom hydrogen ) dapat sintesis sampai 3 molekul ATP.
Ringkasan Pembentukan ATP Selama Pemecahan Glukosa
Kita sekarang dapat menentukan jumlah total molekul ATP yang, dalam kondisi
optimal, dapat dibentuk oleh energy dari satu molekul glukosa
1. Selama glikolisis, dibentuk empat molekul ATP, dan dua molekul
dikeluarkan untuk menimbulkan fosforilasi awal glukosa untuk memulai
proses. Keadaan ini memberikan hasil akhir dua molekul ATP
2. Selama putaran siklus asam sitrat, dibentuk satu molekul ATP. Akan tetapi,
karena setiap molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul asam piruvat,
terdapat dua putaran siklus untuk masing-masing molekul glukosa yang
dimetabolisme, memberikan hasil akhir dua molekul ATP lagi.
3. Selama keseluruhan proses pemecahan glukosa, total 24 atom hydrogen
dilepaskan selama glikolisis dan selama siklus asam sitrat. Dua puluh dari
atom ini dioksidasi dalam hubungannya dengan mekanisme kemiosmotik
16
( Gambar 67-7 ) tang melepaskan tiga molekul ATP per atom hydrogen yang
dimetabolisme. Keadaan ini menghasilkan tambahan 30 molekul ATP
4. Sisa empat atom hydrogen dilepaskan oleh dehidrogenase atom hydrogen ke
dalam proses oksidatif kemiosmotik didalam mitokondria diluar hidup tahap
oertama. Dua molekul ATP biasanya dilepasakan untuk setiap dua atom
hydrogen yang dioksidasi, sehingga memberikan total empat molekul ATP
atau lebih
Sekarang dengan menjumlah semua molekul ATP yang dibentuk, kita
mendapatkan maksimum 38 molekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang diubah
menjadi karbon dioksida dan air. Dengan demikian, 456.000 kalori energy dapat
disimpan dalam bentuk ATP, sedangkan 686.000 kalori dibebaskan selama oksidasi
lengkap dari tiap gram-molekul glukosa. Hal ini, menunjukan keseluruhan efisiensi
maksimum pemindahan energi sebesar 66 persen. Sisa energy 34 persen menjadi
panas dan oleh karena itu, tidak dapat dipakai oleh sel untuk melakukan fungsi yang
spesifik.
D. JALUR YANG MEMPROSES BERBAGAI PRODUK UTAMA
PENCERNAAN
Sifat alamiah makan menentukan pola dasar metabolisme. Terdapat
kebutuhan untuk mengolah produk pencernaan dari karbohidrat, lipid dan protein
makanan. Produk-produk ini masing-masing terutama adalah glukosa, asam lemak
dan gliserol serta asam amino. Semua produk pencernaan dimetabolisme menjadi
suatu produk umum, asetil-KoA yang kemudian dioksidasi oleh siklus asam sitrat.
17
1) Metabolisme Karbohidrat berpusat pada penyediaan dan Nasib Glukosa
Glukosa merupakan bahan bakar utama bagi kebanyakan jaringan. Glukosa
dimetabolisme menjadi piruvat melalui jalur glikolisis. Jaringan aeorob
memetabolisme piruvat menjadi asetil-KoA yang dapat memasuksi siklus asam sitrat
untuk dioksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2O yang berkaitan dengan
pembentukan ATP dalam proses fosforilasi oksidatif. Glikolisis dapat berlangsung
secar anaerob dengan produk akhir berupa laktat.
Glukosa dan metabolitnya juga ikut serta dalam proses lain, misalnya (1)
Sintesis polimer simpanan glikogen diotot rangka dan hati. (2) Jalur pentose fosfat,
suatu alternative sebagian jalur glikolisis. Jalur ini adalah sumber ekuivalen
pereduksi ( NADPH ) untuk sintesis asam lemak dan sumber ribose untuk
membentuk nukleotida dan asam nukleat. (3) Triosa fosfat membentuk gugus gliserol
triasigliserol. (4) Piruvat dan zat-zat antara siklus asamsitrat menyediakan kerangka
karbon untuk dsintesi asam amino dan asetil-KoA adalah precursor asam lemak dan
kolestrol ( dan karenanya, semua steroid yang dibentuk oleh tubuh ).
Glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari precursor nonkarbohidrat,
misalnya laktat, asam amino dan gliserol.
18
2) Metabolisme Lipid Terutama Berpusat pada Asam Lemak dan
Kolesterol
Sumber asam lemak rantai panjang adalah lipid makanan atau melalui sintesi de novo
dari asetil-KoA yang berasal dari karbohidart atau asam amino. Asam lemak dapat
dioksidasi menjadi asetil-KoA ( oksidasi-β ) atau disterifikasi dengan gliserol, yang
membentuk triasigliserol (lemak) sebagi cadangan bahan bakar utama tubuh.
Aseti-KoA yuang dibentuk oleh oksidasi-β dapat mengalami beberapa proses.
(1) Seperti asetil-KoA yang bersal dari glikolisis dan senyawa ion dioksidasi
menjadi CO2 + H2O melalui siklus asam sitrat.
(2) Menjadi precursor untuk membentuk kolesterol danm steroid lain.
(3) Di hati, senyawa ini digunakan untuk membentuk badan keton ( asetoasetat
dan 3-hidroksibutirat) yang merupakan bahn bakar penting pada keadaan
puasa lama.
19
3) Banyak Metabolisme Asam Amino Melibatkan Transaminasi
Asam-asam amino diperlukan untuk membentuk protein. Sebagian harus dipasok
dari makanan ( asam amino esensial ) karena tidak dapat dibentuk di tubuh. Sisanya
adalah asam amino nonesensial yang bersal dari makanan, tetapi juga dapat juga
dibentuk dari zat-zat antara metabolic melalui transaminasi dengan menggunakan
nitrogen amino dari asam amino lain. Setelah deaminasi, nitrogen amino disekresikan
sebagai urea, dan kerangka karbon yang tersisa setalah transaminasi dapat (1)
dioksidasi menjadi CO2 melaui siklus asam sitrat, (2) digunakan untuk membentuk
glukosa ( glukoneogenesis ), atau ( 3) untuk membentuk badan keton.
Beberapa asam amino juga menjadi precursor senyawa lain, misalnya purin,
primidin, hormone, seperti epinefrin dan tiroksin dan neurotransmiter.
20
JALUR METABOLIK DAPAT DIPELAJARI DIBERBAGAI TINGKAT
SUSUNAN
Selain penelitian pada organism keseluruhn, penelitian diberbagai tingkat susunan
dapat mengungkapkan lokasi dan integrasi jalur-jalur metabolic. (1) Di tingkat
jaringan dan organ, sifat substrat yang masukan metabolit yang keluar dari jaringan
dan organ dapat diketahui. (2) Di tingkat subseluler, setiap organel sel ( misalnya
mitokondria) atau kompertemen ( misalnya sitosol ) memiliki peran tertentu yang
membentuk sebagian pola jalur metabolic subseluler.
Di tingkat Jaringan dan Organ, Sirkulasi Daeah Mengintegrasi Metabolisme
Asam amino yang berasal dari pencernaan protein makanan dan glukosa yang berasal
dari pencernaan korbohidrat diserap melalui vena porta hati. Hati memilik peran
mengatur konsentrasi berbagai metabolit larut air dalam darah. Pada kasus glukosa,
hal ini dicapai dengan menyerap glukosa yang melebihi kebutuhan saat ini dan
mengubahnya menjadi glikogen ( glikogenesis ) atau asam lemak ( lipogenesis ). Di
antara waktu makan, hati bekerja mempertahankan kadar glukosa darah dari glikogen
( glikogenolisis ), dan bersama dengan ginjal, dengan mengubah metabolit
nonkarbohidrat, seperti laktat, gliserol, dan asam amino menjadi glikosa
( glikonegenesis ). Pemeliharaan kadar glukosa darah yang memadai sangat penting
bagi jaringan yang memakai glukosa sebagai bahan bakar utama (otak) atau bahan
bakar satu-satunya ( eritrosit). Hal ini membentuk berbagai protein plasma utama
21
( misalnya albumin ) dan mendeaminasi asam amino yang melebihi kebutuhan dan
membetuk urea yang diangkut ke ginjal untuk dieksresikan.
Otot rangka menggunakan glukosa sebagai bahan bakar, baik secara aorob
maupun anaerob. Otot ranga menyimpan glikogen sebagi bahan bakar untuk
digunakan dalam kontraksi otot dan membentuk protein otot dari asam amino
plasma. Otot membetuk sekitar 50% masa tubuh dan karenanya merupakan simpanan
protein yang cukup besar dan digunakn untuk menyuplai asam amnio untuk
glikoneogenesis pada keadaan kelapara.
Lipid dalam makanan terutama berupa triasigliserol dan mengalami hidrolisis
menjadi monoasigliserol dan asam lemak di usus, yang kemudian mengalami re-
esterifikasi di mukosa usus. Disini, lipid ini dikemas bersama protein dan
dieksresikan kedalam system linfe lalu kealiran darah sebagai kilomikron, yaitu
lipoprotein plasma terbesar. Kilomikron juga mengandung nutrient larut lipid
lainnya. Tidak seperti glukosa dan asam amino, triasigliserol kilomikron tidak
diserap langsung oleh hati. Senyawa mula-mula dimetabolisme oleh jaringan yang
mengandung lipoprotein lipase yang menghidrolisis triasigliserol dan membebaskan
asam lemak yang kemudian masuk kedalam lipid jaringan atau dioksidasi sebagai
bahan bakar. Sisa kilomikron dibersihkan oleh hati. Sumber utama lain asam lemak
rantai-panjang adalah sintesis ( lipogenesis ) dari karbohidrat, dijaringan adipose dan
hati.
22
Triasigliserol jaringan adipose adalah cadangan bahan bakar utama tubuh.
Senyawa ini dihidrolisis ( lipolisis) untuk melepaskan gliserol dan asam lemak bebas
ke dalam sirkulasi. Gliserol adalah suatu substrat untuk glukoneogenesis. Asam
lemak diangkut dalam keadaan terikat pada albumin serum; asam-asam ini diserap
oleh sebagian besar jaringan ( kecuali otak dan eritrosit ) dan diesterifikasi menjadi
asigliserol atau dioksidasi sebagai bahan bakar. Di hati, triasigliserol yang berasal
dari lipogenesis, asam lemak babas, dan sisa kilomikron disekrsikan kesirkulasi
dalam bentuk lipoprotein berdensitas sangat rendah ( very low density lipoprotein,
VLDL). Triasigliserol ini mengalmi nasib serupa dengan yang dialami oleh
kilomikron. Oksidasi parsial asam lemak dihati menyebabkan terbentuknya badan
keton ( ketogenesis ). Badan keton diangkut ke jaringan ekstrahepatik, tempat badan-
badan keton ini bekerja sebagai bahan bakar dalam keadaan puasa lama dan
kelaparan.
Di Tingkat Subseluler, Glikolisis Berlangsung di Sitosol dan Asam Sitrat di
Mitokondria
Pemisahan jalur-jalur metabolime di kompertemen subseluler atau organel yang
berbeda memungkinkan terjadinya proses integrasi dan pengaturan metabolisme.
Tidak semua jalur sama pentingnya bagi semua sel.
23
Peran sentral mitokondria terlihat jelas karena organel ini bekerja sebagi
focus metabolisme karbohidrat, lipid dan asam amino. Mitokondria mengandung
enzim-enzim siklus asam sitrat, oksidasi-β asam lemak dan ketogenesis serta rantai
respiratorik dan ATP sintase.
Glikolisis, jalur pentose fosfat dan pembentukan asam lemak terjadi di
sitosol. Pada glukonegenesis substrat seperti asam laktat dan piruvat yang terbentuk
di sitosol memasuki mitokondria untuk menghasilkan oksaloasetat sebagi precursor
untuk sintesis glukosa.
Membran reticulum endoplasma mengandung system enzim untuk sintesis
triasigliserol dan ribosom bertyanggung jawab untuk sintesis protein.
24
BAB III
KESIMPULAN
Metabolisme oksidatif adalah bagian pertama dari metabolisme
katabolik di mana sel memecah molekul menjadi energi, atau adenosin
trifosfat (ATP). Bagian kedua dari metabolisme melibatkan penggunaan
energi seluler untuk membangun molekul seperti jaringan dan organ, dan
disebut sebagai anabolisme. Respirasi sel aerobik, sebuah proses yang
membutuhkan penggunaan oksigen, adalah bentuk yang paling efisien
produksi ATP.
Respirasi sel juga disebut sebagai ‘metabolsime oksidatif’ adalah
salah satu kunci sel berguna mendapatkan energy. Ini adalah himpunan reaksi
metabolic dan proses-proses yang terjadi dalam organisme ‘biokimia sel
untuk mengubah ebergi dari nutrisi menjadi adenosine trifosfat ( ATP, dan
kemudian melepas produk-produk limbah. Reakasi respirasi yang terlibat
dalam reakasi katabolic yang melibatkan oksidasi satu molekul dan
pengurangan lain.
25
DAFTAR PUSTAKA
1. Guyton and Hall. 2007.Buku Ajar Fisiologi Kedokteran-edisi 11. Jakarta : EGC
2. Sloane, Ethel. 2003. Anatomi dan Fisiologi untuk Pemula. Jakarta : EGC
3. Murray , Robert K. 2009. Biokimia Harper-edisi 27. Jakarta : EGC
26