education.med.nyu.edu
Ringkasan metabolisme karbohidrat.
KOMPAS.com - Dalam pembahasan tentang metabolisme karbohidrat mungkin banyak suatu istilah seperti NADH dan FADH yang membuatmu kebingungan. Juga terdapat siklus-siklus rumit yang sukar untuk kamu pahami.
Berikut telah diringkas beberapa pertanyaan penting tentang katabolisme karbohidrat yang telah dibahas secara singkat dan padat!
Soal dan Pembahasan
1. Respirasi aerob sempurna 2 molekul glukosa akan menghasilkan ATP sebanyak…
Jawaban: 72 ATP
Untuk mengetahui jumlah ATP yang dihasilkan, kita harus mengetahui jumlah ATP yang dihasilkan dan digunakan dalam tahapan respirasi aerob yaitu glikolisis, siklus krebs, dan transport elektron.
Dilansir dari Biology LibreTexts, glikolisis menghasilkan 2 ATP dan 2 NADH, dalam 1 NADHnya terdapat 3 ATP, berarti glikolisis menghasilkan energi sebanyak 8 ATP.
Dalam dekarboksilasi oksidatif atau perubahan asam pirvuat menjadi asetil ko-A menghasilkan 2 NADH yang masing-masing berisi 3 ATP, berarti dekarboksilasi oksidatif menghasilkan 6 ATP.
Baca juga: Mengenal Adenosin Tripospat [ATP] dan Proses yang Membentuknya
Siklus krebs menghasilkan 6 NADH yang masing-masing berisi 3 ATP dan 2 FADH yang masingmasing berisi 2ATP, sehingga siklus kreb menghasilkan energi sebanyak 24 ATP.
Rangkaian proses respirasi aerob menghasilkan 38 ATP namun, 2 ATP telah digunakan dalam proses glikolisis, sehingga hanya 36 ATP yang dihasilkan oleh 1 molekul gula. Jika yang dihidrolisis adala 2 molekul gula, maka akan menghasilkan 72 ATP.
2. Apakah perbedaan dari NADH dan FADH?
Jawaban:
Dilansir dari PEDIAA, NADH adalah bentuk reduksi dari nicotinamide adenine dinucleotide [NAD], sedangkan FADH2 adalah bentuk reduksi flavin adenine dinucleotide [FAD].
NADH adalah koenzim yang berasal dari vitamin B3 [niasin] dan FADH2 adalah koenzim yang berasal dari vitamin B2 [riboflavin].
Baca juga: Fungsi, Sumber, dan Metabolisme Karbohidrat
BioNinja
Sebuah skema proses siklus krebs dalam respirasi sel, Dalam dua siklus akan dihasilkan NADH yang lebih banyak dari FADH2.
Pada respirasi aerob, NADH diproduksi dalam glikolisis, sedangkan FADH diproduksi dalam siklus krebs. NADH dan FADH2 sama-sama membawa energi dalam bentuk ATP, yang berbeda hanyalah jumlah energinya.
NADH membawa energi sebanyak 3 ATP, sementara FADH2 membawa energi sebanyak 2 ATP.
3. Mengapa jumlah ATP yang dihasilkan respirasi aerob lebih banyak dibandingkan dengan jumlah ATP yang dihasilkan respirasi anaerob?
Jawaban:
Respirasi anerob adalah respirasi yang terjadi tanpa adanya oksigen. Dilansir dari TeachMePhysiology, tanpa adanya oksigen, rantai transport elektron tidak dapat berjalan sehingga hanya sedikit jumlah energi yang dapat dibuat.
Respirasi anerob hanya menghasilkan 2 ATP yang digunakan untuk mendorong kerja otot saat berolah raga berat. Berbeda dengan respirasi aerob yang menghasilkan 36 ATP yang digunakan untuk segala macam keperluan tibuh dari mulai bergerak hingga berpikir.
Baca juga: Katabolisme Karbohidrat: Perbedaan Respirasi Aerob dan Anaerob
Dapatkan update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari Kompas.com. Mari bergabung di Grup Telegram "Kompas.com News Update", caranya klik link //t.me/kompascomupdate, kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.
Seperti makhluk hidup lainnya, sel perlu melakukan metabolisme untuk menghasilkan energi, salah satunya adalah lewat respirasi. Respirasi sel dapat bersifat aerob, artinya melibatkan pemecahan sempurna dari substrat dengan adanya oksigen. Respirasi aerob berlangsung di mitokondria sel dan menghasilkan lebih banyak energi. Salah satu tahapan dalam respirasi aerob adalah siklus krebs. Siklus krebs ditemukan oleh dokter dan ahli biokimia asal Jerman, yaitu Hans Adolf Krebs.
Siklus krebs adalah serangkaian reaksi kimia yang terjadi pada sel hidup untuk menghasilkan energi dari asetil ko-A, yaitu perubahan dari asam piruvat hasil glikolisis. Tahapan respirasi aerob sendiri dimulai dari glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transfer elektron.
Di artikel kali ini, kita akan membahas proses yang berlangsung dalam siklus krebs.
Sebagian besar energi yang diperlukan oleh makhluk hidup berasal dari proses katabolisme atau pemecahan glukosa yang terjadi dalam sel. Pada mulanya, glukosa akan mengalami proses glikolisis yang akan mengubahnya menjadi asam piruvat. Jika tidak terdapat oksigen, asam piruvat akan diproses lewat respirasi anaerob menjadi asam laktat atau alkohol. Tapi jika terdapat oksigen, asam piruvat akan diproses lewat respirasi aerob untuk diolah menjadi energi, air, dan karbondioksida.
[Baca juga: Faktor-Faktor yang Memengaruhi Evolusi]
Dalam siklus krebs, terdapat dua tahapan penting, yaitu dekarboksilasi oksidatif dan siklus krebs. Dekarboksilasi oksidatif merujuk pada tahap perubahan asam piruvat menjadi asetil ko-A. Selanjutnya, asetil ko-A akan dibawa ke matriks mitokondria untuk menjalani siklus krebs.
Dekarboksilasi Oksidatif
Di tahap dekarboksilasi oksidatif, asam piruvat dari glikolisis akan diubah menjadi asetil ko-A. Tahap ini dilakukan lewat beberapa reaksi yang dikatalisis oleh kompleks enzim yang dinamakan piruvat dehidrogenase. Enzim ini ditemukan pada mitokondria sel eukariotik dan sitoplasma sel prokariotik.
Dekarboksilasi oksidatif dimulai dari lepasnya gugus karboksilat [-COO] dari asam piruvat menjadi CO2. Kemudian, sisa dua atom dari asam piruvat dalam bentuk CH3COO– akan mentransfer kelebihan elektronnya menjadi molekul NAD+ membentuk NADH. Molekul dua atom karbon tersebut akan berubah menjadi asetat. Terakhir, koenzim-A atau ko-A akan diikatkan pada asetat membentuk asetil koenzim-A atau asetil ko-A.
Siklus Krebs
Molekul asetil ko-A kemudian memasuki siklus krebs untuk menghasilkan ATP, NADH, FADH2, dan CO2. Tahapan-tahapan dalam proses ini ini akan membentuk lingkaran sehingga disebut dengan siklus.
Siklus ini dimulai dengan asetil ko-A berikatan dengan oksaloasetat membentuk sitrat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim sitrat sintase. Kemudian, sitrat akan diubah menjadi isositrat oleh enzim akonitase. Isositrat tersebut diproses menjadi alfa-ketoglutarat oleh enzim isositrat dehidrogenase. Reaksi ini melepaskan CO2 dan menghasilkan NADH.
Selanjutnya, alfa-ketoglutarat atau a-ketoglutarat diubah menjadi suksinil ko-A oleh enzim alfa ketoglutarat dehidrogenase. Reaksi ini juga melepaskan CO2 dan menghasilkan NADH. Suksinil ko-A tersebut kemudian diproses menjadi suksinat oleh enzim suksinil ko-A sintetase. Proses ini menghasilkan GTP yang kemudian dapat diubah menjadi ATP.
Setelah itu, suksinat dari proses sebelumnya diubah menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase dan menghasilkan FADH2. Fumarat tersebut akan diubah menjadi malat oleh enzim fumarase. Malat kemudian diproses menjadi oksaloasetat oleh enzim malat dehidrogenase. Proses ini menghasilkan NADH.
Satu molekul asetil ko-A yang diproses dalam siklus krebs dapat menghasilkan 1 ATP, 3 NADH, 1 FADH2, dan 2 CO2. Karena satu molekul glukosa dapat dipecah menjadi dua asetil ko-A, maka satu molekul glukosa dapat menghasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2 lewat siklus krebs. Molekul NADH dan FADH2 tersebut nantinya akan memasuki proses transfer elektron untuk menghasilkan ATP.
Proses pernapasan atau biasa juga disebut dengan respirasi sangat penting bagi makhluk hidup, terlebih lagi untuk bisa mempertahankan keberlangsungan hidupnya, salah satunya adalah untuk bisa mendapatkan energi. Dalam proses menghasilkan energi, respirasi dibagi menjadi 2 bentuk: respirasi Aerob dan respirasi Anaerob. Yang menjadi perbedaan utama dari keduanya adalah ketergantungannya terhadap oksigen. Respirasi Aerob adalah proses respirasi yang membutuhkan oksigen, sedangkan Respirasi Anaerob tidak membutuhkan oksigen. Energi yang dihasilkan dari proses ini akan membantu kita dalam beraktivitas sehari-hari.
Pada kesempatan kali ini kita akan membahas mengenai respirasi Aerob secara lebih lanjut, mulai dari pengertian, hingga tahapan-tahapannya.
Respirasi Aerob
Sedikit mengenai respirasi, respirasi adalah sebuah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi, bisa menggunakan oksigen maupun tidak, yang akan merubah senyawa organik kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, dan juga disertai dengan proses pelepasan sejumlah energi ke dalam bentuk ATP [Adenosin Tri Phosphat]. Bentuk dari energi yang dihasilkan dari proses ini berasal dari energi potensial kimia yang berupa ikatan kimia.
Sedangkan, respirasi Aerob bisa kita artikan sebagai sebuah reaksi pemecahan senyawa glukosa yang memerlukan bantuan oksigen. Oksigen disini memiliki peran dalam menangkap elektron yang kemudian akan bereaksi dengan ion hidrogen dan menghasilkan air [H2O]. Kejadian ini akan berlangsung dalam tubuh kita, di dua tempat yaitu sitoplasma [berlangsungnya glikolisis]
Sumber Gambar: genome.gov
dan mitokondria [berlangsungnya dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transpor elektron].
Sumber Gambar: tribunnewswiki.com
Tahapan Respirasi Aerob
Setelah mengenal apa itu respirasi Aerob, kini saatnya kita mengetahui bagaimana proses respirasi ini berjalan, dan hasil seperti apa yang akan kita dapatkan. Untuk memulainya, mari kita lihat contoh reaksi pada respirasi aerob yang berbentuk seperti ini:
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + Energi [38 ATP]
Untuk lebih lengkapnya, kita bisa melihat tabel berikut ini:
| Tahapan | Input | Produk |
| Glikolisis [sitoplasma] | Glukosa | 2 Asam Piruvat, 2 NADH, 2 ATP |
| Dekarboksilasi Oksidatif [Matriks Mitokondria] | 2 Asam Piruvat | 2 Asetil Co-A, 2 CO2, 2 NADH |
| Siklus Krebs [Matriks Mitokondria] | 2 Asetil Co-A | 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP |
| Transport Elektron [Membran dalam mitokondria] | 10 NADH, 2 FADH2 | 34 ATP, 6 H2O |
Glikolisis
Pada proses ini terjadi pemecahan glukosa [6 atom karbon] menjadi asam piruvat [3 atom karbon]. Proses ini berlangsung di sitoplasma dalam dua jenis reaksi, Endergonik [membutuhkan ATP] dan Eksergonik [menghasilkan ATP]. Pada tahap ini akan dihasilkan 2 ATP, 2 Asam Piruvat dan 2 NADH, Asam piruvat yang dihasilkan akan digunakan sebagai bahan pada proses selanjutnya, yaitu dekarboksilasi oksidatif.
Dekarboksilasi Oksidatif
Dekarboksilasi Oksidatif bisa juga disebut sebagai reaksi antara karena Dekarboksilasi Oksidatif merupakan reaksi sebelum masuk ke tahap selanjutnya, yaitu Siklus Krebs. Proses Dekarboksilasi Oksidatif berada pada mitokondria, tepatnya pada matriks mitokondria. Pada proses Dekarboksilasi Oksidatif terjadi perubahan 1 Asam Piruvat menjadi 1 Asetil Co-A.
Di tahapan glikolisis, jumlah satu senyawa glukosa akan menghasilkan 2 Asam Piruvat, akibatnya akan terbentuk pula 2 Asetil Co-A, proses ini juga membutuhkan koenzim-A yang akan menghasilkan 2 NADH dari NAD+.
2 molekul Asetil Co-A akan menuju tahapan berikutnya, yaitu Siklus Krebs.
Siklus Krebs
Siklus ini juga sering disebut sebagai daur asam sitrat, dikarenakan pada tahapan ini dihasilkan senyawa awal berupa asam sitrat. Tempat berlangsungnya tahapan Siklus Krebs adalah di dalam matriks mitokondria.
Hasil dari siklus Krebs adalah senyawa yang berfungsi sebagai penyedia kerangka karbon untuk sintesis senyawa lain, 3 NADH, 1 FADH2, dan 1 ATP untuk setiap satu Asam Piruvat.
Karena input substrat sebelumnya adalah 2 Asetil Co-A untuk setiap satu molekul senyawa glukosa, maka hasil yang didapatkan dari dari siklus krebs pada proses respirasi ini adalah 2 ATP, 6 NADH, dan 2 FADH2.
Satu senyawa lagi yang terbentuk dalam proses ini adalah CO2, satu berasal dari proses pembentukan NADH dari NAD+ yang menghasilkan 2 buah CO2, karena ada 2 Asetil Co-A yang digunakan, maka akan terbentuk 4 buah CO2.
Bisa kita simpulkan, hasil dari proses Siklus Krebs ini adalah 2 ATP, 4 CO2, 6 NADH dan 2 FADH2. Proses selanjutnya adalah Transpor Elektron yang akan mengubah senyawa NADH dan FADH2yang dihasilkan pada tahapan sebelumnya menjadi ATP agar dapat digunakan oleh tubuh.
Transpor Elektron
Transpor Elektron atau Fosforilasi Oksidatif adalah tahap dimana terjadi pengubahan NADH dan FADH2menjadi energi yang berbentuk ATP agar bisa digunakan oleh tubuh. Tempat berlangsungnya tahapan transpor elektron berada di bagian mitokondria, tepatnya di membran dalam [krista] mitokondria.
Untuk setiap 1 molekul NADH menghasilkan 3 ATP, dan setiap 1 molekul FADH2 akan menghasilkan 2 ATP. Lalu berapa jumlah total ATP yang dihasilkan? Untuk bisa menjawab pertanyaan ini, mari kita hitung bersama-sama:
Jumlah NADH yang dihasilkan dari tahap-tahap sebelumnya adalah:
| Proses | Jumlah NADH |
| Glikolisis | 2 NADH |
| Dekarboksilasi Oksidatif | 2 NADH |
| Siklus Krebs | 6 NADH |
Dari proses sebelumnya kita mendapatkan 10 NADH, karena 1 molekul NADH menghasilkan 3 ATP, maka total ATP yang didapat adalah:
10 NADH x 3 ATP = 30 ATP
Sedangkan, jumlah FADH2 yang kita dapatkan dari proses siklus krebs adalah 2 buah molekul FADH2. Jika 1 molekul FADH2 akan menghasilkan 2 ATP, maka total ATP yang kita dapatkan dari FADH2 adalah 4 ATP.
Jika kita menambahkan 4 ATP yang kita dapatkan dari proses Glikolisi dan Siklus krebs, maka total ATP yang dihasilkan dalam proses respirasi Aerob adalah:
2 ATP + 2 ATP + 30 ATP + 4 ATP = 38 ATP
Tetapi, pada proses glikolisis, terjadi proses perpindahan dari sitoplasma menuju proses selanjutnya yaitu transpor elektron yang terjadi di mitokondria. Proses perpindahan ini akan membutuhkan energi 2 ATP. Jadi ATP bersih yang dihasilkan adalah 36 ATP.
Kesimpulan
Dari 4 proses yang dilewati dalam respirasi Aerob, kita akan mendapatkan hasil atau rumus berupa:
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + Energi [38 ATP]
Namun 2 ATP akan terpakai untuk proses perpindahan dari sitoplasma menuju mitokondria sehingga hasil ATP akhirnya adalah 36 ATP, yang bisa digunakan oleh tubuh kita sebagai sumber energi untuk beraktivitas sehari-hari. Seluruh proses respirasi Aerob ini terjadi di dalam tubuh kita, lebih tepatnya di sel tubuh kita, yaitu di sitoplasma [berlangsungnya glikolisis] dan mitokondria [berlangsungnya dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transpor elektron]. Yang merubah glukosa sebagai sumber energi tubuh manusia.
Itu dia segala hal mengenai respirasi Aerob yang harus kamu ketahui. Apakah kamu memiliki pertanyaan mengenai hal ini? Silahkan tuliskan pertanyaan kamu di kolom komentar ya, dan jangan lupa untuk share pengetahuan ini ya!