Penjelasan Tentang Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme Karbohidrat – Secara umum pada proses metabolisme yang tejadi di dalam tubuh makhluk hidup memerlukan energi. Oleh sebab itu sebelum tejadinya metabolisme secara keseluruhan dalam tahap awalnya terjadi pembentukan energi. Berikut penjelasan metabolisme karbohidrat lebih lengkap!

1.    Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme merupakan reaksi penguraian atau pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana untuk menghasilkan energi. Proses katabolisme yang terjadi pada makhluk hidup dibedakan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob.

a. Respirasi Aerob

Respirasi bertujuan menghasilkan energi dari sumber nutrisi yang dimiliki. Semua makhluk hidup melakukan respirasi dan tidak hanya berupa pengambilan udara secara langsung. Respirasi dalam kaitannya dengan pembentukan energi dilakukan di dalam sel. Oleh karena itu, prosesnya dinamakan respirasi sel. Organel sel yang berfungsi dalam menjalankan tugas pembentukan energi ini adalah mitokondria.

Respirasi termasuk ke dalam kelompok katabolisme karena di dalamnya terjadi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, diikuti dengan pelepasan energi. Energi yang kita gunakan dapat berasal dari hasil metabolisme tumbuhan. Oleh karena itu, tumbuhan merupakan organisme autotrof, yang berarti dapat memproduksi makanan sendiri. Adapun konsumen, seperti hewan dan manusia, yang tidak dapat menyediakan makanan sendiri disebut organisme heterotrof. Proses respirasi erat kaitannya dengan pembakaran bahan bakar berupa makanan menjadi energi. Kondisi optimal akan tercapai dalam kondisi aerob (ada oksigen).

Pembentukan energi siap pakai akan melalui beberapa tahap reaksi dalam sistem respirasi sel pada mitokondria. Menurut Campbell, et al, (2006: 93) reaksi-reaksi tersebut, yaitu:

1) glikolisis, yakni proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat

2) dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, yakni perombakan asam piruvat menjadi asetil Co-A

3) daur asam sitrat, yakni siklus perombakan asetil Ko-A menjadi akseptor elektron dan terjadi pelepasan sumber energi

4) transfer elektron, yakni mekanisme pembentukan energi terbesar dalam proses respirasi sel yang menghasilkan produk sampingan berupa air

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 (Gambar 2.10).

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.

3)      Daur Asam Sitrat

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 beberapa tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat.

a) Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat. Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan molekul air.

b) Perubahan formasi asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.

c) Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan bantuan enzim asam isositrat dehidrogenase, membentuk asam B-ketoglutarat. NAD+ akan mendapatkan donor elektron dari hidrogen untuk membentuk NADH. Asam B-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil KoA.

d) Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan donor fosfat menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.

e) 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.

f) Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan bantuan enzim fumarase.

g) Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan bantuan enzim asam malat dehidrogenase. NAD+ akan menerima sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk NADH.

h) Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi dengan sumbangan dua gugus karbon dari asetil KoA.

4)      Transfer Elektron

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.

b. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob dikenal juga dengan istilah fermentasi. Fermentasi adalah perubahan glukosa secara anaerob yang meliputi glikolisis dan pembentukan NAD. Fermentasi menghasilkan energi yang relatif kecil dari glukosa. Glikolisis berlangsung dengan baik pada kondisi tanpa oksigen. Fermentasi dibedakan menjadi dua tipe reaksi, yakni fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.

Fermentasi alkohol maupun fermentasi asam laktat diawali dengan proses glikolisis. Pada glikolisis, diperoleh 2 NADH + H⁺ + 2 ATP + asam piruvat. Pada reaksi aerob, hidrogen dari NADH akan bereaksi dengan O₂ pada transfer elektron. Pada reaksi anaerob, ada akseptor hidrogen permanen berupa asetildehida atau asam piruvat.

1)      Fermentasi Alkohol

Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol melalui dua langkah reaksi. Langkah pertama adalah pembebasan CO₂ dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida. Langkah kedua adalah reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan digunakan untuk glikolisis.

Sel ragi dan bakteri melakukan respirasi secara anaerob. Hasil fermentasi berupa CO2 dalam industri roti dimanfaatkan untuk mengembangkan adonan roti sehingga pada roti terdapat pori-pori.

2)      Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat adalah fermentasi glukosa yang menghasilkan asam laktat. Fermentasi asam laktat dimulai dengan glikolisis yang menghasilkan asam piruvat, kemudian berlanjut dengan perubahan asam piruvat menjadi asam laktat. Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat bereaksi secara langsung dengan NADH membentuk asam laktat. Fermentasi asam laktat dapat berlangsung ketika pembentukan keju dan yoghurt.

Pada sel otot manusia yang bersifat fakultatif anaerob, terbentuk ATP dari fermentasi asam laktat jika kondisi kandungan oksigen sangat sedikit. Pada pembentukan ATP yang berlangsung secara aerob, oksigennya berasal dari darah. Sel mengadakan perubahan dari respirasi aerob menjadi fermentasi. Hasil fermentasi berupa asam laktat akan terakumulasi dalam otot sehingga otot menjadi kejang. Asam laktat dari darah akan diangkut ke dalam hati yang kemudian diubah kembali menjadi asam piruvat secara aerob. Fermentasi pada sel otot terjadi jika kandungan O₂ rendah dan kondisi dapat pulih kembali setelah berhenti melakukan olahraga.