Katabolisme Karbohidrat

Di dalam semua sel hidup hampir selalu terjadi reaksi biokimia yang dikenal sebagai proses metabolisme. Salah satu metabolisme yang terjadi di dalam sel hidup adalah katabolisme, yaitu reaksi penguraian / pembongkaran senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dan menghasilkan energi  dalam bentuk ATP ( Adenosin Tri Phosphat ). Katabolisme juga disebut desimilasi, sebab

dalam proses ini energi yang tersimpan ditimbulkan kembali untuk menjalankan aktivitas-aktivitas kehidupan. Dalam pelajaran biologi di Sekolah Menengah Atas , proses katabolisme yang selalu menjadi topik pembahasan adalah respirasi sel. Respirasi sel sendiri mencakup reaksi-reaksi enzimatis ( reaksi yang membutuhkan adanya enzim ) di mana molekul karboidrat, juga lemak dan protein diuraikan menjadi senyawa yang lebih sederhana seperti CO2 dan H2O dengan konversi energi biologis yang sangat berguna seperti ATP.

Bahan bakar utama yang diproses dalam respirasi sel terutama adalah gula heksosa ( karbohidrat dengan 6 atom karbon ). Proses tersebut memerlukan oksigen bebas sebagai oksidator yang akan menghasilkan karbondioksida, air dan sejumlah energi.

Secara sederhana dapat ditulis reaksi kimia nya sebagai berikut :

C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O + 675 kkal

Meskipun sebenarnya reaksi kimia respirasi tersebut tidaklah sesederhana yang digambarkan. Karena pada kenyataannya reaksi respirasi berlangsung melalui tahapan-tahapan "panjang" dimulai dari tahapan glikolisis yang berlangsung dalam sitoplasma dan mengubah glukosa menjadi asam piruvat , dilanjutkan dengan reaksi antara / oksidasi piruvat , kemudian dilanjutkan dengan siklus asam sitrat / daur krebs dan diakhiri dengan reaksi transpor elektron  

PERNAPASAN pada HEWAN dan MANUSIA

Pada saat manusia bernapas, udara dari lingkungan luar akan masuk ke dalam sistem pernapasan melalui organ-argan yang menyusunnya. Hidung merupakan organ pertama yang dilaluinya. Di dalam rongga hidung terdapat rambut-rambut dan selaput lendir yang berguna untuk menyaring udara, menghangatkan udara dan mengatur kelembaban udara yang akan masuk ke paru-paru. Setelah melewati hidung, udara akan melewati faring yang merupakan persimpangan antara rongga mulut ke esofagus dan rongga hidung ke batang tenggorokan. Dr faring udara akan melewati laring ( pangkal tenggorok ) yang memiliki katup pangkal tenggorokan ( epiglotis ). Pada laring juga terdapat selaput suara . Dari laring udara akan masuk ke batang tenggorokan ( trakhea ) yang tersusun atas cincin-cincin tulang rawan, Pada bagian dalam trakhea terdapat selaput lendir yg sel-selnya memiliki rambut getar ( cilia ) yg berfungsi menolak masuknya benda asing bersama-sama udara. Pada bagian akhir, ujung trakhea bercabang dua yang disebut bronkhus.Yang kanan akan masuk ke dalam paru-paru kanan, sedang yang kiri akan masuk paru-paru kiri. Di dalam paru-paru bronkhus bercabang-cabang menjadi bronkhiolus. Cabang-cabang terhalus dari bronkhiolus akan masuk ke dalam gelembung paru-paru ( alveolus ). Dinding alveolus terdiri atas satu lapis sel epitelium, dan banyak mengandung pembuluh kapiler. Di sinilah oksigen akan berdifusi ke dalam darah dan karbon dioksida serta air dilepaskan ke lingkungan.

Proses pernapasan itu sendiri pada prinsipnya meliputi proses-proses sebagai berikut :

1. Proses menghirup udara dari lingkungan ( Inspirasi ) dan ,
2. Proses menghembuskan udara ke lingkungan atau ekspirasi.
3. Proses pertukaran oksigen ( O2 ) dengan karbondioksida ( CO2 ) , meliputi :
• pertukaran oksigen ( O2 ) dari lingkungan dengan karbondioksida ( CO2 ) dari darah yang terjadi di alveolus ( disebut pernapasan luar / respirasi eksternal ).
• pertukaran oksigen ( O2 ) dari darah dengan karbon dioksida ( CO2 ) dari sel / jaringan tubuh ( disebut pernapasan dalam / respirasi internal ).
4. Proses oksidasi ( pembakaran ) zat makanan -terutama karbohidrat, lemak dan protein- untuk menghasilkan energi ( ATP ) terutama respirasi aerobik. Berlangsung di dalam sel terutama organel bernama mitokondria.

Berdasarkan tempatnya, pernapasan pada manusia dibedakan menjadi : pernapasan dada ( pernapasan tulang rusuk )

dan pernapasan perut ( pernapasan diafragma ).

• Pernapasan dada terjadi bila otot antar tulang rusuk ( otot intercostalis )  bagian luar berkontraksi sehingga tulang rusuk terangkat ke atas, rongga dada membesar,paru-paru mengembang dan tekanan udara paru-paru rendah sehingga udara luar masuk ke dalam paru-paru.Ketika otot antar tulang rusuk bagian luar relaksasi maka tulang rusuk akan kembali ke posisi semula, rongga dada mengecil, paru-paru tertekan ,tekanan udara dalam paru-paru membesar shg udara terdorong keluar dari paru-paru ( ekspirasi )
• Pernapasan perut terjadi bila otot diafragma berkontraksi , maka rongga dada membesar sehingga paru-paru mengem-bang dan tekanan udara dalam paru-paru mengecil akibatnya udara luar masuk ke dalam paru-paru ( inspirasi ).Ketika otot diafragma relaksasi, maka rongga dada mengecil, paru-paru tertekan, tekanan udara dalam paru-paru membesar, sehingga udara dalam paru-paru terdorong keluar ( ekspirasi ).

RESPIRASI AN-AEROB

Respirasi anaerob merupakan salah satu proses katabolisme yang tidak menggunakan oksigen bebas sebagai penerima atom hidrogen ( H ) terakhir, tetapi menggunakan senyawa tertentu ( seperti : etanol, asam laktat ) .
Asam piruvat yang dihasilkan pada tahapan glikolisis dapat dimetabolisasi menjadi senyawa yang berbeda ( ada/tersedianya oksigen atau tidak ) .
Pada kondisi aerobik ( tersedia oksigen ) sistem enzim mitokondria mampu mengkatalisis oksidasi asam piruvat menjadi H2O dan CO2 serta menghasilkan energi dalam bentuk ATP ( Adenosin Tri Phosphat ).
Pada kondisi anaerobik ( tidak tersedia oksigen ), suatu sel akan dapat mengubah asam piruvat menjadi CO2 dan etil alkohol serta membebaskan energi ( ATP ). Atau oksidasi asam piruvat dalam sel otot menjadi CO2 dan asam laktat serta membebaskan energi ( ATP ).
Bentuk proses reaksi yang terakhir disebut, lazim dinamakan fermentasi. Proses ini juga melibatkan enzim-enzim yang terdapat di dalam sitoplasma sel.

Pada respirasi anaerob, tahapan yang ditempuh meliputi :

1. Tahapan glikolisis, dimana 1 molekul glukosa ( C6 ) akan diuraikan menjadi asam piruvat, NADH dan 2 ATP
2. Pembentukan alkohol ( fermentasi alkohol ), atau pembentukan asam laktat ( fermentasi asam laktat )
3. Akseptor elektron terakhir bukan oksigen, tetapi senyawa lain seperti : alkohol, asam laktat
4. Energi ( ATP ) yang dihasilkan sekitar 2 ATP

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

• 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 enzim alkohol dehidrogenase menjadi etanol atau alkohol  dan 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 kkal
          asam piruvat                           etanol/alkohol

• 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 enzim asam laktat dehidrogenase dan direduksi oleh NADH untuk menghasilkan energi dan asam laktat. Secara sederhana reaksi fermentasi asam laktat ditulis sebagai berikut.

         2CH3COCOOH ----------> 2CH3CHOHCOOH   + 47  kkal          asam piruvat                           asam laktat


         Pada manusia, kejadian ini sering temukan ketika seseorang bekerja atau berolahraga berat/keras. Akibat kekurangan oksigen menyebabkan asam piruvat yang terbentuk dari tahapan glikolisis akan diuraikan menjadi asam laktat.yang menyebabkan timbulnya rasa pegal-pegal setelah seseorang bekerja/berolahraga berat/keras.

KATABOLISME

Katabolisme disebut juga desimilasi, karena energi yang telah tersimpan akan ditimbulkan kembali untuk melangsungkan aktifitas hidup. Salah satu bentuk katabolisme adalah respirasi sel. Dalam respirasi sel energi diperoleh dari pemecahan glukosa menjadi CO₂ dan H₂O. Respirasi sel berlangsung melalui  4 tahap, yaitu : glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs dan Sistem Transport Elektron. Perhatikan tabel tahapan respirasi aerob, berikut !

Tabel 22.1 . Tahap-tahap respirasi aerob dan jumlah energi yang dihasilkan.

TAHAP	TEMPAT BERLANGSUNG	PROSES YANG TERJADI	AKSEPTOR	JML ATP
Glikolisis	Sitoplasma	Glukosa → 2 asam piruvat ( 6 C )              ( 3 C )	2 NADH	2 ATP
Dekarbok- Silasi oksi- Datif	Sitoplasma	2 as. Piruvat → 2 asetil ko A + 2CO2	2 NADH2
Siklus krebs	Mitokondria	Asetil ko A → ko A  + CO2 ( 2 C )        ( 1 C )	6 NADH + 2FADH2	2 ATP
System Transport elektron	Mitokondria	10NADH + 5O2 →10NAD + 10H2O 2FADH2 + O2 → 2FAD + 10H2O		30 ATP 4 ATP

Tahap-tahap respirasi merupakan suatu tahapan yang melibatkan beberapa enzim sebagai katalis. 

Skema tahapan Glikolisis :

Daur Krebs :

Macam Respirasi

Berdasarkan kebutuhan oksigen , respirasi dibedakan menjadi dua macam, yaitu :

Pertama , respirasi aerob. Respirasi ini membutuhkan oksigen sebagai penerima atom H. Pada umumnya respirasi jenis ini dilakukan oleh mahkluk hidup aerob seperti manusia, kebanyakan hewan dan tumbuhan. Secara ringkas reaksi kimia respirasi aerob  ini dapat ditulis sebagai berikut :

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 675 kal + 38 ATP

Kedua, respirasi anaerob. Respirasi ini kebanyakan dilakukan oleh mikroorganisme aerobic atau sel-sel tertentu tanpa menggunakan oksigen sebagai penerima atom hidrogen. Reaksi kimianya ditulis :

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ +  21 kal + 2 ATP

Respirasi anaerob juga disebut respirasi intramolekul atau fermentasi.Contoh : fermentasi alcohol, fermentasi asam laktat