Metabolisme intermedier : Katabolisme Dewi Cakrawati, S.TP.,M.Si Agroindustri-UPI

Katabolisme perombakan zat/senyawa dengan kandungan energi tinggi menjadi senyawa dengan kandunga energi rendah. Proses ini akan menghasilkan energi kimia. Senyawa hasil perombakan akan dikeluarkan dari tubuh karena struktur kimianya tidak dapat lagi diuraikan oleh tubuh.

Katabolisme karbohidrat Disebut juga glikolosis Proses  degradasi 1 molekul glukosa (C6) menjadi 2 molekul   piruvat (C3) yang terjadi dalam serangkaian reaksi enzimatis   yang menghasilkan energi bebas dalam bentuk ATP dan NADH   terdiri dari 10 langkah reaksi yang terbagi menjadi 2 Fase, yaitu: 5 langkah pertama yang disebut fase preparatory 5 langkah terakhir yang disebut fase payoff

Reaksi Umum Glikolisis Glukosa glukosa 6 fosfat Fruktosa-6-Phosphat Fruktosa-1,6 diPhosphat 1,3 diPhosphat gliserat 3-Phosphat Gliserat x2 Phosphoenol piruvat (PEP) asam piruvat x2 : 1 ATP/mol C6 + 2 ATP /mol C6 + 2 ATP/mol C6 Jumlah energi yang dihasilkan 2 ATP /mol C6

Kondisi Anaerob Fermentasi asam laktat Ketika oksigen tidak mencukupi Penimbunan asam laktat pada manusia menyebabkan kelelahan, hal ini biasa terjadi setelah melakukan aktivitas otot misalnya berolahraga dan akan menghilang setelah beberapa hari ketika asam laktat dikonversi menjadi atp melalui jalur respirasi normal.

Fermentasi alkohol Pembentukan alkohol dari gula. Pada kondisi anaerob, ragi (saccharomyces sereviceae) mengkonversi gula menjadi asam piruvat melalui jalur glikolisis kemudian mengkonversi piruvat menjadi etanol (C2).

Siklus krebs = siklus asam sitrat = siklus TCA (Tri carboxilic acid) Degradasi aerob dari asam piruvat berlangsung melalui 2 jalan : Siklus krebs Rantai pernafasan asam piruvat diubah menjadi asetil koenzym A (asetil-CoA) sebelum masuk ke dalam siklus krebs berlangsung dalam mitokondria mikroorganisme yang tidak memiliki mitokondria (prokaryot) terjadi pada sitoplasma.

Reaksi Pembentukan Asetil Coa :

Asetil CoA adalah suatu senyawa yang sangat penting dalam metabolisme intermedier karena : Dalam siklus krebs, merupakan zat perantara dalam pembentukan CO2 dan H2O dari senyawa Karbohidrat Zat penting dalam sintesa/degradasi lemak dan steroid Zat perantara dalam metabolisme asam amino.

Tujuan dari siklus krebs adalah oksidasi sempurna asetil CoA untuk memperoleh Energi Prekursor/biosintesa senyawa lain, misalnya : α-keto glutarat : prekursor dari Glu, Glu, Pro, suksinil CoA : prekursor dari senyawa porfirin, seperti hemoglobin, myoglobin, sitokrom dan klorofil.

Siklus asam sitrat Merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme Asetil Koa, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan bakar jaringan, dalam bentuk atp. Residu Asetil ini berada dalam bentuk asetil-koa (CH3-CO KoA, asetat aktif), suatu ester koenzim a. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.

Siklus asam sitrat mempunyai 8 langkah 1. Pembentukan sitrat Reaksi pertama dari siklus asam sitrat adalah reaksi kondensasi asetil-koA dengan oksaloasetat, dikatalisis oleh sitrat sintase

2. Pembentukan isositrat melalui cis-aconitate Transformasi sitrat menjadi isositrat dikatalisis oleh aconitat hidratase.

3. Oksidasi isositrat menjadi ketoglutarat dan CO2 Isositrat dehidrogenasi mengkatalisis dekarboksilasi oksidatif dari isositrat menjadi ketoglutarat Mn2- yang gugus aktifnya berinteraksi dengan gugus karbonil dari oksalosuksinat. Ada 2 jenis isositrat dehidrogenase pada sel, Membutuhan NAD sebagai akseptor elektron Membutuhkan NADP.

4 . Oksidasi ketoglutarat menjadi suksinil CoA dan CO2 Ketoglutarat dikonversi menjadi suksinil CoA dan CO2 dengan katalis ketoglutarate dehydrogenase complex, NAD berperan sebagai akseptor elektron.

5.Konversi Dari Suksinil Coa Menjadi Suksinat

6. Oksidasi suksinat menjadi fumarat

7. Oksidasi fumarat menjadi malat

8. Oksidasi malat menjadi oksaloasetat

Transpor elektron / sistem rantai respirasi / sistem oksidasi terminal Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a. 

Tahapan Proses Transfer Elektron NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. sitokrom c mereduksi sitokrom a

Sitokrom a dioksidasi oleh sebuah atom oksigen Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Sitokrom a dioksidasi oleh sebuah atom oksigen secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP

Oksidasi NADH dan FADH2 Oksidasi sitokrom b oleh sitokrom a Oksidasi sitokrom a oleh atom oksigen

Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan FADH2 sebanyak 10 dan 2 molekul. Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.

Katabolisme lemak : Metabolisme gliserol Gliserol ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap awal, gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat. senyawa ini masuk ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk antara dalam jalur glikolisis.

Oksidasi asam lemak tidak jenuh

Oksidasi asam lemak jenuh

Katabolisme protein

Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh. Terdapat  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 ammonium 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.

Reaksi transaminasi

siklus urea Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi dengan CO2 menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini diperlukan energi dari ATP Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat bereaksi dengan L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan. Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi dengan L-aspartat menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan energi dari ATP Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat dan L-arginin Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea