Energi dari Karbohidat hingga Diserap oleh Tubuh

BAB I
Pendahuluan

Metabolisme adalah istilah yang mencakup semua proses kimia yang terjadi di dalam sel atau tubuh makhluk hidup. Makhluk hidup mendapatkan energi yang berguna secara biologis dari makanan merupakan fungsi utama semua jenis hewan. Fungsi tersebut dicapai dengan aktivitas sejumlah besar katalis biologis yang disebut enzim, yang mengerjakan urutan reaksi kimia dimana dihasilkan adeno triposphat, ATP dan senyawa-senyawa kaya energi lainnya. 

Metabolisme dalam tubuh makhuk hidup dibedakan menjadi 2, yaitu :

-        Anabolisme  adalah reaksi penyusunan molekul sederhana menjadi molekul yang lebih komplek dengan memerlukan energi. Anabolisme merupakan reaksi penyimpanan energi dalam bentuk energi kimia sebagai energi cadangan bagi tubuh. Contoh reaksi anabolisme meliputi : fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, glukoneogenesis, glikogenesis dll.

-        Katabolisme adalah reaksi yang sifatnya memecah ikatan kimia yang komplek menjadi ikatan yang lebih sederhana dengan melepaskan energi. Katabolisme merupakan reaksi yang membebaskan energi ATP dan panas. Reaksi ini berlangsung enzimatis. Contoh reaksi katabolisme meliputi : respirasi aerob, respirsi anaerob (fermentasi), glikolisis, lipolisis, proteolisis, glikogenolisis .

Reaksi anabolisme dan katabolisme sangat berkaitan dengan energi. Pada reaksi anabolisme terjadi penyimpanan energi, sedangkan pada reaksi katabolisme terjadi pembebasan energi. Pada peristiwa ini dikenal istilah khusus, yaitu eksergonik dan endergonik. Reaksi eksergonik adalah reaksi yang menghasilkan atau membebaskan energi. Reaksi endergonik adalah reaksi yang memerlukan energi dalam bentuk panas. Reaksi semacam ini disebut teaksi endoterm. Energi untuk  gerak berupa molekul berenergi tinggi, yang disebut molekul ATP. Molekul tersebut berasal dari penggabungan glukosa melalui reaksi kimia yang panjag dan kompleks. Glukosa sendiri dikenal sebagai sumber energi yang mengandung energi ikatan kimia dan berasal dari proses transformasi energi matahari.

Transformasi energi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu  :

Pertama, energi matahari yang ditangkap oleh klorofil pada tumbuhan hijau diubah menjadi energi kimiawi melalui proses fotosintesis. Energi kimiawi digunakan untuk sintesis karbohidrat dan molekul kompleks lainnya dari CO₂ dan H₂O. Energi radiasi matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi bentuk energi potensial. Energi kimiawi disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan lainnya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atom-atom bakunya.

Kedua, energi kimiawi dari karbohidrat dan molekul-molekul lain diubah menjadi energi dari ikatan fosfat yang kaya energi melalui respirasi sel. Transformasi energi berlangsung dalam mitokondria.

Ketiga, energi terlepas bila energi kimiawi dari ikatan fosfat digunakan oleh sel untuk melakukan kegiatan, seperti kerja mekanik kontraksi otot, kerja listrik meneruskan impuls saraf, dan kerja kimiawi serta mensintesis molekul-molekul untuk pertumbuhan. Jika transformasi ini berlangsung, akhirnya energi mengalir ke sekelilingnya dan hilang sebagai panas.

Reaksi kimiawi dalam sel-sel tubuh tidak terhitung banyaknya. Dapat dikatakan bahwa apa pun wujud kegiatan biologik yang kita saksikan, baik yang dikenal sebagai pertumbuhan, perkembangan, perkembangbiakan, sekresi, ekskresi, dan sebagainya, sernuanya dengan proses kimia yang ribuan banyaknya. Istilah metabolisme berkaitan dengan totalitas proses kimia dalam tubuh organisme. Peta metabolisme adalah suatu bentuk ilustrasi organisasi metabolisme, yang menyangkut unsur-unsur proses metabolisme, kedudukannya satu dengan yang lain, juga unsur-unsur yang berproses serta perannya, dan faktor luar yang berpengaruh.

BAB II
Pembahasan

A. Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.

Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida. Kedua, pengaktivasian senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.

Pengertian Karbohidrat

Karbohidrat ('hidrat dari karbon', hidrat arang) atau sakarida (dari bahasa Yunani σάκχαρον, sákcharon, berarti "gula") adalah segolongan besar senyawa organik yang paling melimpah di bumi.Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh makhluk hidup, terutama sebagai bahan bakar(misalnya glukosa), cadangan makanan (misalnya pati pada tumbuhan dan glikogen pada hewan), dan materi pembangun (misalnya selulosa pada tumbuhan, kitin pada hewan dan jamur).Pada proses fotosintesis, tetumbuhan hijau mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat.

Secara biokimia, karbohidrat adalah polihidroksil-aldehida atau polihidroksil-keton, atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis. Karbohidrat mengandung gugus fungsi karbonil (sebagai aldehida atau keton) dan banyak gugus hidroksil. Pada awalnya, istilah karbohidrat digunakan untuk golongan senyawa yang mempunyai rumus (CH₂O)n, yaitu senyawa-senyawa yang n atom karbonnya tampak terhidrasi oleh n molekul air. Namun demikian, terdapat pula karbohidrat yang tidak memiliki rumus demikian dan ada pula yang mengandung nitrogen, fosforus, atau sulfur.

Bentuk molekul karbohidrat paling sederhana terdiri dari satu molekul gula sederhana yang disebut monosakarida, misalnya glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Banyak karbohidrat merupakan polimer yang tersusun dari molekul gula yang terangkai menjadi rantai yang panjang serta dapat pula bercabang-cabang, disebut polisakarida, misalnya pati, kitin, dan selulosa. Selain monosakarida dan polisakarida, terdapat pula disakarida (rangkaian dua monosakarida) dan oligosakarida (rangkaian beberapa monosakarida). 

Karbohidrat adalah kelompok besar senyawa yang umumnya disebut gula, pati, dan selulosa (yang semuanya adalah gula atau polimer gula). Umumnya gula merupakan sumber penyimpanan energi. Dengan memecah gula turun menjadi karbon dioksida dan air, organisme hidup dapat melepaskan energi yang terkunci di dalamnya digunakan untuk kebutuhan energi.

Satu diantara tiga makanan pokok kita adalah karbohidrat. Karbohidrat dihasilkan oleh tumbuhan berklorofil dengan bantuan sinar matahari. Manusia dan hewan memperoleh karbohidrat dari bagian-bagian tertentu tumbuhan. Kita memperoleh karbohidrat dari nasi, roti, tapioka, dan sebagainya.

B. Pembentukan Karbohidrat Melalui Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses pembentukan karbohidrat dari karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O) dengan bantuan sinar matahari. Robert Meyer (1845) mengemukakan bahwa fotosintesis merupakan proses biokimia yang sangat penting karena selama proses tersebut energi radiasi dikonversi menjadi energi kimia yang bermanfaat bagi proses kehidupan.

Proses fotosintesis = proses anabolisme karbohidrat

Tumbuhan mampu melakukan fotosintesis karena mempunyai sel-sel yang mengandung klorofil (zat hijau daun). Dalam fotosintesis, energi cahaya matahari diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia yang disimpan dalam bentuk karbohidrat atau senyawa organik lainnya. Di dalam tumbuhan karbohidrat diubah menjadi protein, lemak, vitamin, atau senyawa yang lain. Senyawa-senyawa organik ini selain dimanfaatkan oleh tumbuhan itu sendiri, juga dimanfaatkan oleh manusia dan hewan herbivora sebagai bahan makanan. Fotosintesis melibatkan banyak reaksi kimia yang kompleks. 

Gambar 2. 1 Proses Fotosintesis Tumbuhan

Secara sederhana, reaksi kimia yang terjadi pada proses fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut.

Gambar 2. 2 Proses Fotosisinesis

Dari reaksi di atas, dapat diketahui syarat-syarat agar berlangsung proses fotosintesis, yaitu sebagai berikut.

1.      Karbon dioksida (CO₂), diambil oleh tumbuhan dari udara bebas melalui stomata (mulut daun).

2.      Air, diambil dari dalam tanah oleh akar dan diangkut ke daun melalui pembuluh kayu (xilem).

3.      Cahaya matahari.

4.      Klorofil (zat hijau daun), sebagai penerima energi dari cahaya matahari untuk melangsungkan proses fotosintesis.

Glukosa diedarkan ke seluruh tubuh tumbuhan melalui floem.Hasil fotosintesis ini digunakan tumbuhan untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Apabila kebutuhan glukosa sudah cukup, maka kelebihan glukosa yang ada akan diubah menjadi karbohidrat dan disimpan sebagai cadangan makanan di dalam akar, batang, buah, atau biji. Dalam akar misalnya kentang, dalam batang misalnya tebu, dalam buah seperti durian, rambutan, dan pepaya, dalam biji misalnya kacang hijau.

Tempat Terjadinya Fotosintesis :

Gambar 2. 3 Tempat Terjadinya Fotosintesis

Proses fotosintesis terjadi di daun yang berwarna hijau karena mengandung klorofil yang dapat menyerap sinar matahari. Daun memiliki permukaan atas dan bawah yang dilindungi lapisan epidermis yang mempunyai lapisan lilin.

Fungsi lapisan lilin mencegah penguapan air (transpirasi) yang berlebihan. Lapisan epidermis tersusun atas sel-sel epidermis, di antara sel-selnya terdapat stomata. Fungsi stomata adalah untuk pertukaran CO₂ dan O₂ dalam proses fotosintesis dan respirasi.

Di antara epidermis bawah dan atas terdapat jaringan palisade. Sel-selnya mengandung kloroplas yang berfungsi menyerap cahaya matahari untuk digunakan sebagai tenaga dalam proses fotosintesis. Di dalam kloroplas inilah proses fotosintesis terjadi. Dalam kloroplas terdapat pigmen warna hijau, yaitu klorofil.

Gambar 2. 4 Letak Kloroplas

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis :

Fotosintesis dipengaruhi oleh faktor internal maupun faktor eksternal. Faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis adalah sebagai berikut :

Faktor internal

1.      Klorofil, semakin banyak jumlah klorofil dalam daun maka proses fotosintesis berlangsung semakin cepat. Pembentukan klorofil memerlukan cahaya matahari. Kecambah yang ditumbuhkan di tempat gelap tidak dapat membuat klorofil dengan sempurna.

2.      Enzim, berfungsi sebagai biokatalisator.

Faktor eksternal

1.      Konsentrasi karbon dioksida (CO₂) di udara, semakin tinggi konsentrasi CO₂ di udara, maka laju fotosintesis semakin meningkat.

2.      Cahaya, intensitas cahaya yang cukup diperlukan agar fotosintesis berlangsung dengan efisien.

3.      Air, ketersediaan air mempengaruhi laju fotosintesis karena air merupakan bahan baku dalam proses ini.

4.      Suhu, umumnya semakin tinggi suhunya, laju fotosintesis akan meningkat, demikian juga sebaliknya. Namun bila suhu terlalu tinggi, fotosintesis akan berhenti karena enzimenzim yang berperan dalam fotosintesis rusak. Oleh karena itu tumbuhan menghendaki suhu optimum (tidak terlalu rendah atau terlalu tinggi) agar fotosintesis berjalan secara efisien.

Reaksi Terang - Gelap Fotosintesis

Gambar 2. 5 Kloroplas

F. F. Blackman, mengadakan percobaan dengan melakukan penyinaran secara terus-menerus pada tumbuhan Elodea Sejenis tanaman hias hidrofit

-     Ternyata, ada saat dimana laju fotosintesis tidak meningkat sejalan dengan meningkat nya penyinaran. 

-     Akhirnya, Blackman menarik kesimpulan bahwa paling tidak ada dua proses berlainan yang terlibat dalam fotosintesis

-     Ada reaksi yang memerlukan cahaya dan ada reaksi yang tidak memerlukan cahaya.

-     Baru kemudian hari muncul Reaksi terang dan Reaksi gelap fotosintesis 

-     Yang terakhir meskipun dinamai reaksi gelap, namun dapat berlangsung terus saat keadaan terang.

-     Teori ini diperkuat dengan mengulangi percobaan pada temperatur yang agak lebih tinggi. Seperti diketahui, kebanyakan reaksi kimia berjalan lebih cepat pada suhu lebih tinggi (sampai suhu tertentu). Pada suhu 35°C, laju fotosintesis tidak menurun sampai ada intensitas cahaya yang lebih tinggi. 

-     Hal ini menunjukkan bahwa reaksi gelap kini berjalan lebih cepat. 

-     Faktor bahwa pada intensitas cahaya yang rendah laju fotosintesis itu tidak lebih besar pada 35°C dibandingkan pada 20°C juga menunjang gagasan bahwa yang menjadi pembatas pada proses ini adalah reaksi terang. 

-     Reaksi terang ini tidak tergantung pada suhu, tetapi hanya tergantung pada intensitas penyinaran. 

-     Laju fotosintesis yang meningkat dengan naiknya suhu tidak terjadi jika suplai CO2 terbatas. 

Jadi, konsentrasi CO2 harus ditambahkan sebagai faktor ketiga yang mengatur laju fotosintesis itu berlangsung.

Jadi, secara umum fotosintesis terbagi menjadi dua tahap reaksi:

1.Reaksi Terang, yang membutuhkan cahaya

2.Reaksi Gelap, yang tidak membutuhkan cahaya

a. Reaksi Terang

-        Reaksi yang merupakan tahapan  awal dari system fotosintesis 

-        Reaksi ini memerlukan bahan utama molekul air (H2O)

-        Reaksi sangat bergantung kepada ketersediaan energi dari foton / sinar matahari.

-        Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen fotosintetik chlorofil sebagai antena / akseptor cahaya.

-        Sinar matahari yang berupa foton yang terbaik adalah sinar merah dan ungu

-        Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna ungu (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600  nanometer).

-        Untuk cahaya hijau (550 nm) akan dipantulkan oleh daun dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa daun berwarna hijau.

-        Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. 

-        Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak energi.

-        Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpul kan pada pusat-pusat reaksi

-        Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid berupa pigmen yang terdiri dari sistem cahaya yang disebut fotosistem

Fotosistem ( Photosystem)

-        Ada dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi 

-        Pusat reaksi yang sekaligus sebagai akseptor foton itu disebut fotosistem 

-        Fotosistem yang ada kemudian dikenal dengan fotosistem II dan fotosistem I.

-        Fotosistem I dan II ini mempunyai katakter bisa sebagai sistem pembawa elektron terdapat perangkat komplek protein pembentuk ATP berupa enzim ATP sintase.dan sistem reseptor cahaya (antena) penangkap cahaya / foton 

-        Fotosistem I antenanya mampu menangkap cahaya dengan panjang gelombang 700 nano meter dan PS. II  antenanya mampu menangkap cahaya dengan panjang gelombang 680 nano meter ( baik foton dengan panjang gelombang 700 maupun 680 nm' keduanya merupakan sinar merah)

Fotosistem 1

-        Fotosistem  I mampu menangkap dengan baik foton dengan panjang gelombang 700 nanometer yang kemudian disebut P = 700 ( P= Photosistem), tidak terlibat pada proses pelepasan O2.

-        Fotosistem-I merupakan suatu partikel yang disusun sekitar 200 molekul Klorofil-a, 50 molekul Klorofil-b, 50-200 karotenoid, dan 1 molekul penerima energi matahari yang disebut dengan P700.

-        Energi matahari (foton) yang ditangkap oleh pigmen, dipindahkan melalui beberapa molekul pigmen, yang akhirnya diterima oleh P700

-        Fotosistem I ini menghasilkan ATP saja 

Fotosistem II

-        Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, yang kemudian dikenal dengan P 680

-        Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat pencahayaan

-        Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II(P.680)

-        Fotosistem II melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron.

-        Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP , satuan pertukaran energi dalam sel.

-        Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti.

-        Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil.

-        Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen.

-        Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida

-        Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH

Jadi Kesimpulan yang didapat dari data 

-        Photosistem I (P 700) menhasilkan ATP , Photosistem 1 ini bersifat siklik 

-        Phoyosistem II (P 680) menghasilkan Oksigen dan NADPH2 , non sikllik

-        Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan ATP dari ADP dan NADP+ menjadi energi pembawa ion H + menjadi NADPH₂. maka dua sumber energi ini kemudian di transfer ke reaksi lainnya yaitu proses kelanjutan reaksi gelap atau Cyclus Calvin Benson

-        Jadi ATP dan NADPH2 inilah yang nanti akan digunakan sebagai energi dalam reaksi gelap di stroma kloroplast 

-        Perlu diketahui pusat Reaksi terang pada kloroplast ini terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas.

-        Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana (lihat gambar chloroplast)

Gambar 2. 6 Stroma

Fotofosforilasi Siklik

-        Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. yang bisa menangkap foton 700 nm (P 700)

-        Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I , namun ada elektron yang terlontar mendukung Potosistem 2 

-        Fotofosforilasi siklik ini menghasilkan ATP 

-        Pertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari  menyentuh daun , foton ini membuat klorofil pada perangkat fotosistem I teraktivasi sehingga terbentuk elektron-elektron di P700 , elektron terus terbentuk dan menjadi terakumulasi . karena rangsangan dari luar

-        elektron yang terbentuk itu kemudian keluar atau tereksitasi menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron.

-        Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya.

-        Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron pada fotosistem P 700 itu

-        Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H+ melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP. OK

-        Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya lagi

-        Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.

Fotofosforilasi Nonsiklik

-        Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. 

-        Dalam fotofosforilasi nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.

-        Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e-.

-        Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II,

-        Sedang ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain

-        dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas.

-        Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer.

-        Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi.

-        Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700.

-        Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan "skema Z".

-        Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.

-        Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari.

-        Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP+ dan H+, yang berasal dari penguraian air.

-        Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP+, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:

NADP+ + H+ + 2e- —> NADPH

-        NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap.

Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikut

Gambar 2. 7 Perbedaan Fotofosforilasi siklik dan Non siklik

b. Reaksi Gelap

-        Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis.

-        Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma.

-        Energi reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan bahan reaksi gelap adalah CO2 yang diikat oleh RuBP yang ada di daun  melalui stoma , CO2 ini  berasal dari udara bebas.

-        Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme.

-        Untuk membentuk molekul Glucosa (dengan 6 C) diperlukan 6 molekull CO2 , 12 ATP dan 12 atom H yang diikat oleh koenzim NADP menjadi 12 NADPH 

-        Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.

-        Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat.

-        Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP/ RuBP). Ribulosa difosfat / biphospat  ini yang nantinya akan mengikat CO2 dalam reaksi gelap.

-        Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi. dan tentu sintesa untuk membentuk Glukosa

Gambar 2. 8 Reaksi Gelap

-        Pada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO2 dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil

-        6 molekul beratom C6 yang tidak stabil itu kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA).

-        Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat (PGA 1.3 biphosphat).

-        Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H+ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP+, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C.

-        Selanjutnya terjadi sintesa , 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C6H12O6).

-        10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat.(RDP/RuBP)

-        Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP),

-        RDP/RuBP kemudian kembali akan mengikat CO2 lagi , begitu setrusnya.

-        Dalam fotosynthesis kebutuhan karbon dioksida (CO2) pada reaksi gelap , akan dipenuhi dari udara yang masuk melalui stomata tanaman

-        Pada kebanyakan tanaman, fotosintesis berfluktuasi sepanjang hari sebagai stomata membuka dan menutup.

-        Biasanya, stomata terbuka di pagi hari, menutup pada tengah hari, membuka kembali di sore hari, dan ditutup untuk baik di malam hari.

-        Karbon dioksida yang berlimpah di udara, sehingga tidak menjadi faktor pembatas dalam pertumbuhan tanaman.

-        Pada sistem penanaman tanaman dengan Greenhouse tertutup rapat mungkin tidak cukup memungkinkan udara luar untuk masuk dan dengan demikian mungkin kurangnya karbon dioksida yang cukup untuk pertumbuhan tanaman.

-        Karbon dioksida generator digunakan untuk menghasilkan CO2 di rumah kaca untuk tanaman komersial seperti mawar, anyelir, dan tomat.

-        Dalam rumah kaca rumah yang lebih kecil, es kering adalah sumber yang efektif dari CO2.

Dengan terbentuknya Glukosa sebagai hasil akhir Fotosintesis, akan dirubah menjadi Amylum dan kemudian dimanfaatkan menjadi berbagai bentuk karbohidrat . Supaya tidak setengah setengah memahaminya Karbohidrat ini di kelompokkan menjadi berbagai bentuk yaitu berdasarkan gugus gulanya. dan tentu secara pasti apapun bentuknya karbohidrat itu mutlak berasal dari Hasil fotosintesis Tumbuhan. Berdasar panjang rantai karbon, karbohidrat dibagi 3, yaitu:

1)      Monosakarida

Merupakan karbohidrat yang tidak bisa dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana dibagi menjadi triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, heptosa. Heksosa dalam tubuh antara lain glukosa, galaktosa, fruktosa dan manosa.

2)      Oligosakarida

Menghasilkan 2 - 6 monosakarida melalui hidrolisis. Oligosakarida yang penting dalam tubuh adalah disakarida yang menghasilkan 2 monosakarida jika dihidrolisis, contoh disakarida antara lain: sukrosa (gula pasir), laktosa (gula susu), dan maltosa (gula gandum). Hidrolisis sukrosa menghasilkan glukosa dan fruktosa. Hidrolisis laktosa menghasilkan galaktosa dan glukosa. Hidrolisis maltosa menghasilkan dua molekul glukosa.

3)      Polisakarida

Menghasilkan lebih dari 6 monosakarida melalui hidrolisis. Contoh: pati, glikogen, selulosa, dekstrin.

C. Proses Pencernaan Karbohidrat

Gambar 2. 9 Proses Pencernaan Karbohidrat

Karbohidrat yang diperoleh dari makanan yang dikonsumsi, tentunya tidak begitu saja secara langsung diserap oleh tubuh melalui dinding usus untuk selanjutnya masuk ke peredaran darah, melainkan harus dipecah dahulu menjadi persenyawaaan yang lebih sederhana, dan hal tersebut melalui suatau proses yang disebut daaengan proses pencernaan karbohidrat.

Dalam proses pemecahan karbohidrat kompleks tersebut menjadi senyawa yang lebih sederhana akan terlibat beberapa enzim, misalnya enzim pengubah pati amilase,atau ptyalin, dan enzim enzim pengubah disakharida-disakharidase. Monosakharida merupakan karbohidrat yang biasanya dapat melewati usus halus. Didalam mulut , makanan yang dikonsumsi akan dikunyah sampai lumat. Karbohidrat yang diperoleh mempunyai kandungan zat pati dan zat gula(malthosa-sukrosa-laktosa). Dengan adanya amylase (ptialin) yang bercampur dengan makanan didalam mulut,pati dengan bantuan air ludah / saliva akan diubah menjadi dekstrin. Dengan terdapatnya asam klorida (HCl) yang diproduksi lambung, sebelum makanan bereaksi asam, pati sebesar mungkin akan diubah menjadi disakharida.

Selanjutnya makanan yang telah dikunyah masuk ke usus dandinding usus yang mempunyai kelenjar yang mengeluarkan enzim amylase atau enzim pengubah pati akan berlangsung pemecahan pati menjadi disakharida. Didalam usus berlangsung pemecahan :

1.    sukrosa———-fruktosa + glukosa, oleh enzim intestinsukrase

2.    maltose———-glukosa + glukosa, oleh enzim intestinal maltase

3.    laktosa ———galaktosaa+glukosa, oleh enzim intestinal laktosa

Kemampuan pencernaan karbohidrat didalam tubuh tergantung pada tidak terganggunya alat-alat pencernaan dan sumbernya, apakah berserat,berbiji dan sejenisnya, biasanya bervariasi antara 90%-98%, namun kalau sumbernya berserat maka daya cerna akan menurun sampai 80%-85%.

Tujuan akhir pencernaan dan absorpsi karbohidrat adalah mengubah karbohidrat menjadi ikatan-ikatan lebih kecil, terutama berupa glukosa dan fruktosa, sehingga dapat diserap oleh pembulu darah melalui dinding usus halus.Pencernaan karbohidrat kompleks dimulai di mulut dan berakhir di usus halus.

Pencernaan karbohidrat :

1.      Mulut

Pencernaan karbohidrat dimulai di mulut. Bola makanan yang diperoleh setelah makanan dikunyah bercampurn dengan ludah yang mengandung enzim amilase (sebelumnya dikenal sebagai ptialin). Amilase  menghidrolisis pati atau amilum menjadi bentuk karbohidrat lebih sederhana, yaitu dekstrin. Bila berada di mulut cukup lama, sebagian diubah menjadi disakarida maltosa.Enzim amilase ludah bekerja paling baik pada pH ludah yang bersifat netral.Bolus yang ditelan masuk ke dalam lambung.

2.         Usus Halus

Pencernaan karbohidrat dilakukan oleh enzim-enzim disakarida yang dikeluarkan olej sel-sel mukosa usus halus bnerupa maltase, sukrase, dan laktase. Hidrolisis disakarida oleh enzim-enzim ini terjadi di dalam mikrovili dan monosakarida yang dihasilkan adalah sebagai berikut :

Maltase

Maltosa                                 2 mol glukosa

Sukrase

Sakarosa                                1 mol glukosa + 1 mol fruktosa

Laktase

Laktosa                                 1 mol glukosa + 1 mol galaktosa

Monosakarida glukosa, fruktosa, dan galaktosa kemudian diabsorpsi melalui sel epitel usus halus dan diangkut oleh sistem sirkulasi darah melalui vena porta.Bila konsentrasi monosakarida di dalam usus halus atau pada mukosa sel cukup tinggi, absorpsi dilakukan secara pasif atau fasilitatif.Tapi, bila konsentrasi turun, absorpsi dilakukan secara aktif melawan gradien konsentrasi dengan menggunakan energi dari ATP dan ion natrium.

3.         Usus Besar

Dalam waktu 1-4 jam setelah selesai makan, pati nonkarbohidrat atau serat makanan dan sebagian kecil pati yang tidak dicernakan masuk ke dalam usus besar.Sisa-sisa pencernaan ini merupakan substrat potensial untuk difermentasi oleh mikroorganisma di dalam usus besar. Substrat potensial lain yang difermentasi adalah fruktosa, sorbitol, dan monomer lain yang susah dicernakan, laktosa pada mereka yang kekurangan laktase, serta rafinosa, stakiosa, verbaskosa, dan fruktan.

Produk utama fermentasi karbohidrat di dalam usus besar adalah karbondioksida, hidrogen, metan dan asam-asam lemak rantai pendek yang mudah menguap, seperti asam asetat, asam propionat dan asam butirat.

Penyerapan Karbohidrat :

Setelah melewati fase digestif, karbohidrat yang berada dalam bentuk monosakarida (glukosa,galaktosa, dan fruktosa) selanjutnya akan diserap. Monosakarida ini akan disalurkan melalui selabsorptif usus, atau bisa juga disebut membran brush border. Proses penyerapan ini dapat dibagi menjadi 2 fase, yaitu fase dari lumen ke sel epitel dinding usus pada sisi lumen/mukosa, dan fase dari sel epitel ke darah kapiler (sisi kontralumen/serosa).

Molekul monosakarida bersifat polar sehingga tidak dapat berdifusi menembus lapisan bifosfolipid pada membran sel. Sehingga monosakarida masuk ke dalam sel absorptif melalui pengikatan dengan protein transpor (protein yang menembus membran).

Pada fase pertama terdapat 2 jenis protein transpor. Transpor aktif untuk glukosa dan galaktosa dilakukan oleh transporter glukosa dependen-Na⁺. Pada transporter ini, glukosa dari lumen usus (pada kondisi berlawanan dengan gradien konsentrasi) masuk ke dalam sel bersama-sama dengan masuknya Na⁺. Peningkatan konsentrasi Na⁺ dalam sel yang terjadi membutuhkan mekanisme pengeluaran Na⁺ dengan pompa Na^-K yang membutuhkan ATP yang terdapat pada sisi serosal (darah), maka disebut transpor aktif sekunder. Transpor pasif dilakukan oleh transporter glukosa fasilitatif, dengan GLUT 5 yang sangat aktif untuk fruktosa.Transpor pasif juga terjadi pada glukosa dan galaktosa apabila konsentrasi glukosa dan galaktosa lebih tinggi pada lumen usus dibandingkan pada sel absorptif. Pada fase kedua transpor yang terjadi adalah transpor pasif dengan GLUT 1 untuk glukosa, galaktosa, maupun fruktosa, selanjutnya monosakarida akan ditranspor ke hati kemudian memasuki sirkulasi umum hingga mencapai jaringan perifer.

D. Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam organisme dan sel. Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks. Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolisme. Metabolisme total merupakan semua proses biokimia di dalam organisme. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolisme, makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup.

Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis (penguraian dengan menggunakan molekul air). Proses pencernaan karbohidrat terjadi dengan menguraikan polisakarida menjadi monosakarida.

Ketika makanan dikunyah,makanan akan bercampur dengan air liur yang mengandung enzim ptialin (suatu α amilase yang disekresikan oleh kelenjar parotis di dalam mulut). Enzim ini menghidrolisis pati (salah satu polisakarida) menjadi maltosa dan gugus glukosa kecil yang terdiri dari tiga sampai sembilan molekul glukosa.makanan berada di mulut hanya dalam waktu yang singkat dan mungkin tidak lebih dari 3-5% dari pati yang telah dihidrolisis pada saat makanan ditelan.

Sekalipun makanan tidak berada cukup lama dalam mulut untuk dipecah oleh ptialin menjadi maltosa, tetapi kerja ptialin dapat berlangsung terus menerus selama satu jam setalah makanan memasuki lambung, yaitu sampai isi lambung bercampur dengan zat yang disekresikan oleh lambung.Selanjutnya aktivitas ptialin dari air liur dihambat oelh zat asam yang disekresikan oleh lambung. Hal ini dikarenakan ptialin merupakan enzim amilase yang tidak aktif saat PH medium turun di bawah 4,0.

Setelah makan dikosongkan dari lambung dan masuk ke duodenum (usus dua belas jari),makanan kemudian bercampur dengan getah pankreas. Pati yang belum di pecah akan dicerna oleh amilase yang diperoleh dari sekresi pankreas. Sekresi pankreas ini mengandung α amilase yang fungsinya sama dengan α-amilase pada air liur, yaitu memcah pati menjadi maltosa dan polimer glukosa kecil lainnya. Namun,pati pada umumnya hampir sepenuhnya di ubah menjadi maltosa dan polimer glukosa kecil lainnya sebelum melewati lambung.

Hasil akhir dari proses pencernaan adalah glukosa, fruktosa, glaktosa, manosa dan monosakarida lainnya. Senyawa-senyawa tersebut kemudian diabsorpsi melalui dinding usus dan dibawa ke hati oleh darah.

Karbohidrat setelah dicerna di usus, akan diserap oleh dinding usus halus dalam bentuk monosakarida. Monosakarida dibawa oleh aliran darah sebagian besar menuju hati, dan sebagian lainnya dibawa ke sel jaringan tertentu, dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut. Di dalam hati, monosakarida mengalami proses sintesis menghasilkan glikogen, dioksidasi menjadi CO₂ dan H₂O, atau dilepaskan untuk dibawa oleh aliran darah ke bagian tubuh yang memerlukan. Hati dapat mengatur kadar glukosa dalam darah atas bantuan hormon insulin yang dikeluarkan oleh kelenjar pankreas. Kenaikan proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat menyebabkan glukosa dalam darah meningkat, sehingga sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik. Sebaliknya, jika banyak kegiatan maka banyak energi untuk kontraksi otot sehingga kadar glukosa dalam darah menurun. Dalam hal ini, glikogen akan diuraikan menjadi glukosa yang selanjutnya mengalami katabolisme menghasilkan energi (dalam bentuk energi kimia, ATP). Faktor yang penting dalam kelancaran kerja tubuh adalah kadar glukosa dalam darah. Kadar glukosa di bawah 70 mg/100 ml disebut hipoglisemia.Adapun di atas 90 mg/100 ml disebut hiperglisemia.Hipoglisemia yang serius dapat berakibat kekurangan glukosa dalam otak sehingga menyebabkan hilangnya kesadaran (pingsan).

Hiperglisemia merangsang terjadinya gejala glukosuria, yaitu ketidakmampuan ginjal untuk menyerap kembali glukosa yang telah mengalami filtrasi melalui sel tubuh. Hormon yang mengatur kadar gula dalam darah, yaitu:

1.      Hormon insulin, dihasilkan oleh pankreas, berfungsi menurunkan kadar glukosa dalam darah;

2.      Hormon adrenalin, dihasilkan oleh korteks adrenal, berfungsi menaikkan kadar glukosa dalam darah.

Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk monosakarida. Energi yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP).

Glukosa merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat spesifik, misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, dalam senyawa lipid kompleks tertentu dan dalam bentuk gabungan dengan protein, yaitu glikoprotein serta proteoglikan.

Peristiwa yang dialami unsur-unsur makanan setelah dicerna dan diserap adalah Metabolisme Intermediat .Jadi metabolisme intermediat mencakup suatu bidang luas yang berupaya memahami bukan saja lintasan metabolik yang dialami oleh masing-masing molekul, tetapi juga interelasi dan mekanisme yang mengatur arus metabolit melewati lintasan tersebut.

Metabolisme karbohidrat pada manusia terutama:

1.      Glikolisis, yaitu oksidasi glukosa atau glikogen menjadi piruvat dan asam laktat melalui Embden-Meyerhof Pathway (EMP).

2.      Glikogenesis, yaitu sintesis glikogen dari glukosa.

3.      Glikogenolisis, yaitu pemecahan glikogen, pada hepar hasil akhir adalah glukosa, sedangkan di otot menjadi piruvat dan asam laktat

4.      Siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitrat adalah suatu jalan bersama dari oksidasi karbohidrat, lemak dan protein melalui asetil-Ko-A dan akan dioksidasikan secara sempurna menjadi CO2 & H2O.

5.      Heksosa Monofosfat Shunt atau siklus pentosa fosfat adalah suatu jalan lain dari oksidasi glukosa selain EMP dan siklus Krebs.

6.      Glukoneogenesis, yaitu pembentukan glukosa atau glikogen dari zat-zat bukan karbohidrat.

7.      Oksidasi asam piruvat menjadi asetil Ko-A, yaitu lanjutan dari glikolisis serta menjadi penghubung antara glikolisis dan siklus Krebs

Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:

1.         Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)

Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk struktur dan mesin tubuh.Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.

2.         Lintasan katabolik (pemecahan)

Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.

3.         Lintasan amfibolik (persimpangan)

Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik.Contoh dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.

Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolisme maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis serta glukoneogenesis.

Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut:

a.         Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

b.        Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

c.         Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

d.        Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen). Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.

e.         Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.

f.         Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh energi.

E. Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme karbohidrat meliputi proses pemecahan polisakarida menjadi monosakarida dan pemakaian glukosa (monosakarida) dalam proses respirasi untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Pemecahan polisakarida menjadi disakarida seperti glukosa, galaktosa, dan fruktosa terjadi di sepanjang saluran pencernaan dengan melibatkan berbagai enzim pencernaan. Di dalam mulut, enzim ptialin yang terdapat dalam air ludah akan menghidrolisis pati menjadi maltosa yang merupakan disakarida glukosa. Di dalam usus dua belas jari, getah pankreas yang mengandung enzim amilase juga akan menghidrolisis pati seperti enzim ptialin. Kemudian, disakarida (laktosa, sukrosa, dan maltosa) dan polimer glukosa akan dipecah menjadi monosakarida oleh empat enzim yaitu laktase, sukrase, maltase, dan destrinase. Laktosa dipecah menjadi molekul glukosa dan galaktosa. Sukrosa dipecah menjadi molekul glukosa dan fruktosa. Maltosa akan dipecah menjadi molekul-molekul glukosa.

1. Proses Glikolisis

Glikogen adalah molekul polisakarida yang tersimpan dalam sel-sel hewan bersama dengan air dan digunakan sebagai sumber energi. Ketika pecah di dalam tubuh, glikogen diubah menjadi glukosa, sumber energi yang penting bagi hewan. Banyak penelitian telah dilakukan pada glikogen dan perannya dalam tubuh ,sejak itu glikogen diakui sebagai bagian penting dari sistem penyimpanan energi tubuh.

Glikolisis adalah.sebuah.rangkaian reaksi biokimia dimana glukosadioksidasi menjadi molekul asam piruvat.Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal yang kita kenal, dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organik berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH.

1.         Terjadi dalam semua sel tubuh manusia

2.         Degradasi an-aerob glukosa menjadi laktat

Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses pemecahan glukosa menjadi:

1.         asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)

2.         asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)

Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s).Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.

Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:

Glukosa + 2ADP +2P_i  2_L(+)-Laktat +2ATP +2H₂O

Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut:

Gambar 2. 10 Proses Glikolisis dan Glukoneogenesis

2. Oksidasi piruvat

Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadi di dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda yang bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan dengan membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks µ-keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat.

Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa non karbohidrat menjadi karbohidrat.

Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:

1.    Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi derivate hidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO₂.

2.    Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid, selanjutnya TDP lepas.

3.    Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.

4.    Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD⁺, yang akhirnya memindahkan ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.

Piruvat + NAD⁺ + KoA → Asetil KoA + NADH + H⁺ + CO₂

3. Glukogenesis dan Glikogenolisis

Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat.Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA.Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi.

Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis.

Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan.Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati, maka besarnya simpanan glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak. Seperti amilum, glikogen merupakan polimer µ-D-Glukosa yang bercabang.

Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.

Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut:

1.         Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinasesedangkan di hati oleh glukokinase.

2.         Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.

Enz-P + Glukosa 6-fosfat  Enz + Glukosa 1,6-bifosfat « Enz-P + Glukosa 1-fosfat

3.         Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzimUDPGlc pirofosforilase.

UTP + Glukosa 1-fosfat ↔ UDPGlc + PP_i

v  Glikogenolisis

Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis. Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 1à4 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 1à6.

(C₆)_n + P_i → (C₆)_n-1 + Glukosa 1-fosfat

Glikogen

Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 1→6 terpajan.Hidrolisis ikatan 1→6 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik.Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung.

v  Glukoneogenesis

Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi.Maka tubuh adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi.Jika lemak juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh.

Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.

Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai berikut:

a.    Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dan gliserol. Asam lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk dalam siklus Kreb’s. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur glikolisis.

b.    Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Kreb’s.

4. Siklus Asam Sitrat

Siklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan berlangsung di dalam mitokondria.Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.

Siklus asam sitrat 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 baker 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.

Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut.

Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.

Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria.

Gambar 2. 11 Siklus Krebs

Respirasi

Pemakaiana glukosa (monosakarida) dalam respirasi merupakan cara sel untuk memperoleh energi dalam bentuk ATP. Respirasi dibagi menjadi dua yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob.

a. Respirasi Aerob

Respirasi aerob merupakan peristiwa pembakaran zat yang melibatkan oksigen dari pernapasan. Oksigen akan digunakan sebagai penerima elektron terakhir dalam pembentukan ATP. Respirasi pada tingkat organisme berupa pertukaran oksigen dengan karbon dioksida di dalam alveolus paru-paru. Sedangkan resprasi pada tingkat sel terjadi di dalam mitokondria. Berikut ini adalah reaksi singkat yang terjadi selama respirasi aerob.

675 kalori = 36 ATP

Respirasi aerob terbagi menjadi tiga tahap yaitu glikolisis, siklus krebs, dan sistem transpor elektron.

Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma. Di tahap ini terdapat dua langkah reaksi yaitu langkah memerlukan energi dan melepaskan energi. Awalnya dibutuhkn 2 ATP untuk mentransfer gugus fosfat ke glukosa, sehingga glukosa memiliki simpanan energi yang lebih tinggi untuk reaksi pelepasan energi nantinya. Jadi, glikolisis adalah reaksi pelepasan energi yang memecah 1 molekul glukosa atau monosakarida yang llain menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP.

Siklus krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob. Tahapnya adalah 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis meninggalkan sitoplasma dan memasuki mitokondria. Siklus ini terjadi di dalam mitokondria. Reaksi ini akan melepaskan 2 molekul karbon dioksida, 3 NADH, 1 FADH₂, dan1 ATP. 

Reaksi ini terjadi dua kali karena pada glikolisis, glukosa dipecah menjadi 2 asam piruvat. Jadi, reaksi siklus krebs pada tahap kedua akan menghasilkan 6 NADH, 2 FADH₂, dan 2 ATP.

Sistem transpor elektron terjadi di bagian membran dalam mitokondria. NADH dan FADH₂ yang dihasilkan dari siklus krebs dan glikolisis memberikan elektron H⁺ ke sistem transpor elektron. H⁺ akan dipompa ke luar dari membran dalam mitokondria. Konsentrasi H⁺ di luar membran dalam mitokondria menimbulkan gradien elektron antara bagian luar dan bagian dalam membran dalam mitokondria. Akibatnya, ion H⁺ kembali menuju bagian dalam membran dalam mitokondria melalui ATP sintase. ATP sintase merupakan protein yang menempel di membran dalam mitokondria. Aliran H⁺ melaluui protein transpor ini memacu pembentukan ATP dari ADP dan fosfat. Oksigen bebas menjaga pembentukan ATP terus berjalan, yaitu dengan menerima elektron yang dilepaskan pada akhir sistem transpor elektron. Oksigen akan bergabung dengan H⁺ menjadi H₂O. ATP yang dihasilkan sebanyak 32 ATP.

b. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob merpakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima elektron akhir pada saat pembentukan ATP. Substrat yang digunakan di sini adalah glukosa. Respirasi aerob siebut juga dengan reaksi fermentasi.

Fermentasi merupakan suatu reaksi yang menghasilkan 2 ATP, 2 NADH, dan 2 molekul asam piruvat dari pemecahan glukosa. Pada reaksi fermentasi, pemecahan glukosa menjadi karbon dioksida dan air tidak terjadi sempurna sehingga ATP yang dihasilkan lebih sedikit dibanding ATP hasil dari glikolisis. Pada umumnya fermentasi disebabkan oleh berbagai macam mikroorganisme atau bisa juga terjadi secara alami seperti yang terjadi pada otot manusia.

Bottom of Form

BAB III
Penutup

Kesimpulan

Metabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam organisme dan sel. Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks. Makhluk hidup mendapatkan energi yang berguna secara biologis dari makanan merupakan fungsi utama semua jenis hewan. Fungsi tersebut dicapai dengan aktivitas sejumlah besar katalis biologis yang disebut enzim, yang mengerjakan urutan reaksi kimia dimana dihasilkan adeno triposphat, ATP dan senyawa-senyawa kaya energi lainnya. 

Metabolisme dalam tubuh makhuk hidup dibedakan menjadi 2, yaitu :

-        Anabolisme  adalah reaksi penyusunan molekul sederhana menjadi molekul yang lebih komplek dengan memerlukan energi. Contoh reaksi anabolisme meliputi : fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, glukoneogenesis, glikogenesis dll.

-        Katabolisme adalah reaksi yang sifatnya memecah ikatan kimia yang komplek menjadi ikatan yang lebih sederhana dengan melepaskan energi. Contoh reaksi katabolisme meliputi : respirasi aerob, respirsi anaerob (fermentasi), glikolisis, lipolisis, proteolisis, glikogenolisis .

-        Reaksi anabolisme dan katabolisme sangat berkaitan dengan energi. Pada reaksi anabolisme terjadi penyimpanan energi, sedangkan pada reaksi katabolisme terjadi pembebasan energi. Pada peristiwa ini dikenal istilah khusus, yaitu eksergonik dan endergonik. Reaksi eksergonik adalah reaksi yang menghasilkan atau membebaskan energi. Reaksi endergonik adalah reaksi yang memerlukan energi dalam bentuk panas. Reaksi semacam ini disebut teaksi endoterm. Energi untuk  gerak berupa molekul berenergi tinggi, yang disebut molekul ATP. Molekul tersebut berasal dari penggabungan glukosa melalui reaksi kimia yang panjag dan kompleks. Glukosa sendiri dikenal sebagai sumber energi yang mengandung energi ikatan kimia dan berasal dari proses transformasi energi matahari.

Transformasi energi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu  :

Pertama, energi matahari yang ditangkap oleh klorofil pada tumbuhan hijau diubah menjadi energi kimiawi melalui proses fotosintesis. Energi kimiawi digunakan untuk sintesis karbohidrat dan molekul kompleks lainnya dari CO₂ dan H₂O. Energi radiasi matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi bentuk energi potensial. Energi kimiawi disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan lainnya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atom-atom bakunya.

Kedua, energi kimiawi dari karbohidrat dan molekul-molekul lain diubah menjadi energi dari ikatan fosfat yang kaya energi melalui respirasi sel. Transformasi energi berlangsung dalam mitokondria.

Ketiga, energi terlepas bila energi kimiawi dari ikatan fosfat digunakan oleh sel untuk melakukan kegiatan, seperti kerja mekanik kontraksi otot, kerja listrik meneruskan impuls saraf, dan kerja kimiawi serta mensintesis molekul-molekul untuk pertumbuhan. Jika transformasi ini berlangsung, akhirnya energi mengalir ke sekelilingnya dan hilang sebagai panas.

Reaksi kimiawi dalam sel-sel tubuh tidak terhitung banyaknya. Dapat dikatakan bahwa apa pun wujud kegiatan biologik yang kita saksikan, baik yang dikenal sebagai pertumbuhan, perkembangan, perkembangbiakan, sekresi, ekskresi, dan sebagainya, sernuanya dengan proses kimia yang ribuan banyaknya. Istilah metabolisme berkaitan dengan totalitas proses kimia dalam tubuh organisme. Peta metabolisme adalah suatu bentuk ilustrasi organisasi metabolisme, yang menyangkut unsur-unsur proses metabolisme, kedudukannya satu dengan yang lain, juga unsur-unsur yang berproses serta perannya, dan faktor luar yang berpengaruh.

Pembentukan Karbohidrat Melalui Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses pembentukan karbohidrat dari karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O) dengan bantuan sinar matahari. Robert Meyer (1845) mengemukakan bahwa fotosintesis merupakan proses biokimia yang sangat penting karena selama proses tersebut energi radiasi dikonversi menjadi energi kimia yang bermanfaat bagi proses kehidupan. Proses fotosintesis = proses anabolisme karbohidrat

Daftar Pustaka

KATABOLISME KARBOHIDRAT, PROTEIN, LEMAK DAN HUBUNGANNYA . (2012, Juni 12). Dipetik April 24, 2015, dari Biologi Sel dan Molekurel: www.biologiseldanmolekurel.com

Suwarno. (2007). Panduan Pembelajaran Biologi. Jakarta: Departemen Pendidikan.