MAKALAH BIOKIMIA HUBUNGAN METABOLISME KARBOHIDRAT, METABOLISME PROTEIN, DAN METABOLISME LIPIDA PADA HEWAN
KELOMPOK 4 Anggota : Sulthon Nurur Rizki
125130100111034 125130100111034
Marina Corselia Savitri
125130100111035 125130100111035
Amalia Citra Dewanti
125130100111036 125130100111036
Bona Ari Swasti
125130100111037 125130100111037
R Rr. Diah Nibras I. M. P
125130100111038 1251301001110 38
PROGRAM KEDOKTERAN HEWAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2012
KATA PENGANTAR
Terima kasih penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmatNya makalah biokimia tentang “Hubungan Metabolisme Karbohidrat, Metabolisme Protein, dan Metabolisme Lipida pada Hewan” ini dapat terselesaikan tepat waktu. Tidak lupa juga terima kasih penulis ucapkan pada dosen pembimbing biokimia Dra. Anna Rosdiana, M. AppSc yang telah membimbing dalam proses penyelesaian makalah ini. Dengan adanya makalah ini, penulis berharap dapat membantu memberikan informasi tentang hubungan berbagai metabolisme yang terjadi pada hewan.
Malang, 3 Desember 2012
Penulis.
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Metabolisme sel adalah proses-proses pengubahan biokamis yang terjadi di dalam sel dan dapat di bedakan menjadi anabolisme atau penyusunan dan katabolisme atau penguraian. Penyusunan pada sel-sel hewan tidak seperti yang dalam sel tumbuhan, akan tetapi katabolismenya mempunyai kesamaan dengan sel tumbuhan meliputi peristiwa respirasi, yaitu pembokaran zat-zat makanan menjadi energi. Tanaman dan binatang mengambil makanan yang terdiri atas protoplasma yang dibuat dari bahan protein, karbohidrat, dan lemak bersama-sama vitaminvitamin, garam-garam dan air. Air dan garam anorganik diserap dari saluran pncernaan tanpa perubahan tetapi material protoplasmatis harus diubah sebelum dipergunakan. Sistim pencernaan ini merupakan suatu laboratorium. Dalam makalah ini kami akan membahas tentang hubungan antara metabolisme karbohidrat, metabolisme protein dan metabolisme lipida pada hewan. 1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana jalannya metabolism karbohidrat pada hewan? 2. Bagaimana jalannya metabolism protein pada hewan? 3. Bagaimana jalannya metabolism lipida pada hewan? 1.3 Tujuan
Makalah ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana jalannya metabolisme karbohidrat, metabolisme protein, dan metabolisme lipida pada hewan. 1.4 Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh dari penulisan makalah ini yaitu diharapkan dapat menambah pengetahuan pembaca tentang metabolisme karbohidrat, protein, dan lipida yang terjadi pada hewan.
PEMBAHASAN 2.1 Metabolisme
Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim. Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu : a.
Anabolisme
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. Selain itu juga. anabolisme adalah proses sintesis molekul kompleks dari senyawa-senyawa kimia yang sederhana secara bertahap. Proses ini membutuhkan energi dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk. Beberapa macam proses anabolisme yang terjadi pada hewan diantaran ya: 1.
Kemosintesis
Kemosintesis adalah proses asimilasi karbon yang energinya berasal dari reaksi-reaksi kimia, dan tidak diperlukan klorofil. Umumnya dilakukan oleh mikroorganisme, misalnya bakteri. Organisme disebut kemoautotrof . Bakteri kemoautotrof ini akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan energi yang timbul digunakan untuk asimilasi karbon. 2.
Sintesis Lemak
Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya. 3.
Sintesis Protein
Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida. Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai “pengatur sintesis protein”. Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA. b.
Katabolisme
Katabolisme adalah serangkaian reaksi yang merupakan proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi, yang dapat digunakan organisme untuk melakukan aktivitasnya. Termasuk didalamnya reaksi pemecahan dan oksidasi molekul makanan seperti reaksi yang menangkap energi dari cahaya matahari. Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme. 2.2 Metabolisme Karbohidrat
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 Intermediate. 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. Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut: 1.
Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP. 2. Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.
3. 4.
5.
6.
Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu si klus asam sitrat. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP. 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. 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. 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.
Metabolisme karbohidrat terdiri dari 3 fase: 1. Glikolisis 2. Siklus Kreb 3. Fosforilasi Oksidatif
GLIKOLISIS
Proses perubahan glukose menjadi asam piruvat atau asetil coenzim-A Glikolisis terjadi di sitoplasma
Glukose tidak dapat langsung diffusi ke sel Glukose harus berikatan dulu dengan carrier: G + C → GC → GC dapat berdiffusi kedalam sel Didalam sel GC → G + C C keluar sel lagi untuk mengikat G yang lain → sampai semua G masuk sel Proses ini dipercepat oleh H. Insulin, jika H. Insulin kurang → proses masuknya G kedalam sel lambat → G menumpuk didalam darah → DM G di sitoplasma mengalami fosforilasi → glukose 6-PO4 (enzim glukokinase) Fruktokinase → fruktose → fruktose 6-PO4 Galaktokinase → galaktose → galaktose 6-PO4
Glikolisis: proses perubahan glukose menjadi asam piruvat atau asam laktat Glikolisis terdiri 2 lintasan: Katabolisme glukosa (glikolisis) melalui triose (dihidroksi aseton fosfat atau gliseraldehid 3-PO4) disebut lintasan Embden Meyerhof Katabolisme glukosa (glikolisis) melalui 6-fosfoglukonat disebut lintasan oksidatif langsung (pintas heksosmonofosfat)
SIKLUS KREBS
Proses perubahan asetil co-A → H Proses ini terjadi didalam mitokondria Pengambilan asetil co-A di sitoplasma dilakukan oleh: oxalo asetat → proses pengambilan ini terus berlangsung sampai asetil co-A di sitoplasma habis Jika dalam asupan nutrisi kekurangan KH → akan kekurangan oxaloasetat
Kekurangan oxaloasetat → pengambilan asetil co-A di sitoplasma terhambat → asetil co-A menumpuk di sitoplasma Penumpukan asetil co-A → berikatan sesama asetil co-A → asam aseto asetat Asam aseto asetat → senyawa tidak setabil → mudah mengurai: aseton + asam β hidroksi butirat
Ketiga senyawa: asam aseto asetat, aseton dan asam β hidroksi butirat → disebut Badan Keton Meningkatnya badan keton didalam darah → ketosis Badan keton bersifat racun bagi otak → koma, karena biasanya terdapat pada penderita DM → koma diabeticum
FOSFORILASI OKSIDATIF
Dalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi → energi tsb ditangkap oleh senyawa yang disebut ATP Fosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi tinggi dalam proses rantai respirasi
Fosforilasi oksidatif: proses perubahan ADP → ATP dengan cara mengambil energi yang dihasilkan Rantai Respirasi (reaksi H + O2 → H2O)
RINGKASAN METABOLISME KARBOHIDRAT
Glikolisis: perubahan glukose → asam piruvat
R/ Glukose + 2 ADP + 2 PO4 → 2 asam piruvat + 2 ATP + 4 H Hasil utama glikolisis: asam piruvat Energi dihasilkan: 2 ATP Tempat reaksi glikolisis: sitoplasma Terdiri 2 lintasan: Embden Meyerhof dan Heksosmonofosfat Siklus Kreb: perubahan asetil co-A → H
R/ 2 Asetil Ko-A + 6 H2O + 2 ADP → 4 CO2 + 16 H + 2 Ko -A + 2 ATP Hasil utama: H Energi dihasilkan: 2 ATP Tempat berlangsung: mitokondria Sisa metabolisme CO2 berasal dari hasil samping Siklus Krebs/ Siklus Asam Sitrat/ Siklus Asam Trikarboksilat Fosforilasi oksidatif: proses perubahan ADP → ATP dengan cara mengambil energi yang dihasilkan Rantai Respirasi (reaksi H + O2 → H2O)
R/ 2 H + ½ O2 + 2e + ADP → H2O + ATP Energi yang dihasilkan: 34 ATP
Total hasil energi metabolisme karbohidrat: 38 ATP 1.3 Metabolisme Protein
Kira-kira 75% asam amino digunakan untuk sintesis protein. Asam-asam amino dapat diperoleh dari protein yang kita makan atau dari hasil degradasi protein di dalam tubuh kita. Degradasi ini merupakan proses kontinu. Karena protein di dalam tubuh secara terus menerus diganti ( protein turnover ). Contoh dari protein turnover , tercantum pada tabel berikut. Protein
Enzim Di dalam hati Di dalam plasma Hemoglobin Otot Kolagen
Turnover rate (waktu paruh) 7-10 menit 10 hari 10 hari 120 hari 180 hari 1000 hari
Jalur metabolik utama dari asam amino
Jalur metabolik utama dari asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan ketiga adalah katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.
J alur-jalur metabolik utama asam amino Katabolisme asam amino
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. Ada 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 amonium
Ringkasan skematik mengenai reaksi transaminasi dan deaminasi oksidatif Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.
Tempat-tempat masuknya asam amino ke dalam sikulus asam sitrat untuk produksi energi Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH 4+) yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urin. Proses yang terjadi di dalam siklus urea digambarkan terdiri atas beberapa tahap yaitu: 1. Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi dengan CO2 menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini diperlukan energi dari ATP 2. Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat bereaksi dengan L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan. 3. Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi dengan L-aspartat menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan energi dari ATP 4. Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat dan L-arginin
5. Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea. 2.4 Metabolisme Lipida Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil KoA dari jalur inipun akan masuk ke dalam siklus asam sitrat sehingga dihasilkan energi. Di sisi lain, jika kebutuhan energi sudah mencukupi, asetil KoA dapat mengalami lipogenesis menjadi asam lemak dan selanjutnya dapat disimpan sebagai trigliserida. Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami kolesterogenesis menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis membentuk steroid. Asetil KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi menghasilkan badan-badan keton (aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat menyebabkan gangguan keseimbangan asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik. Keadaan ini dapat menyebabkan kematian.
Metabolisme gliserol
Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. 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. Selanjutnya senyawa ini masuk ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk antara dalam jalur glikolisis.
Oksidasi asam lemak (oksidasi beta)
Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan oksidasi beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak diaktifkan dengan dikatalisir oleh enzim asil-KoA sintetase (Tiokinase). Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang. Asam lemak rantai panjang ini akan dapat masuk ke dalam mitokondria dengan bantuan senyawa karnitin, dengan rumus (CH 3)3 N+-CH2-CH(OH)-CH2-COO-. Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan
o
sebagai berikut: Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim tiokinase.
o
o
o
o
Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin. Setelah menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna mitokondria. Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar. Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan. Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses oksidasi beta.
Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. o Setelah berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahaptahap perubahan sebagai berikut: o 1. Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi dengan menghasilkan energi 2P (+2P) o 2. delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA o 3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P) o 4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA yang telah kehilangan 2 atom C.
Penghitungan energi hasil metabolisme lipid Dari uraian di atas kita bisa menghitung energi yang dihasilkan oleh oksidasi beta suatu asam lemak. Misalnya tersedia sebuah asam lemak dengan 10 atom C, maka kita memerlukan energi 2 ATP untuk aktivasi, dan energi yang di hasilkan oleh oksidasi beta adalah 10 dibagi 2 dikurangi 1, yaitu 4 kali oksidasi beta, berarti hasilnya adalah 4 x 5 = 20 ATP. Karena asam lemak memiliki 10 atom C, maka asetil-KoA yang terbentuk adalah 5 buah. Setiap asetil-KoA akan masuk ke dalam siklus Kreb’s yang masing masing akan menghasilkan 12 ATP, sehingga totalnya adalah 5 X 12 ATP = 60 ATP. Dengan demikian sebuah asam lemak dengan 10 atom C, akan dimetabolisir dengan hasil -2 ATP (untuk aktivasi) + 20 ATP (hasil oksidasi beta) + 60 ATP (hasil siklus Kreb’s) = 78 ATP. Sebagian dari asetil-KoA akan berubah menjadi asetoasetat, selanjutnya asetoasetat berubah menjadi hidroksi butirat dan aseton. Aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton dikenal sebagai badan-badan keton. Proses perubahan asetilKoA menjadi benda-benda keton dinamakan ketogenesis.
KESIMPULAN 3.1 Kesimpulan
Metabolisme pada hewan terbagi atas metabolisme karbohidrat, metabolisme protein, dan metabolisme lipida. Metabolisme karbohidrat terdiri atas 3 fase, yaitu Glikolisis, siklus Kreb dan fosforilasi oksidatif yang menghasilkan total 38 ATP. Jalur metabolik utama dari asam-asam amino terdiri atas produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati, pengambilan nitrogen dari asam amino, katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam, siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino serta sintesis protein dari asam-asam amino. Metabolisme lipid terdiri atas metabolism gliserol dan oksidasi asam lemak (oksidas beta). 3.2 Saran
Makalah ini seharusnya lebih detail dalam menjelaskan tentang metabolisme karbohidrat, metabolism protein, dan metabolisme lipid beserta reaksi-reaksinya sehingga pembaca bisa lebih memahamai tentang berbagai metabolisme yang terjadi pada hewan.
DAFTAR PUSTAKA
Harper, Rodwell, Mayes. 1977. Review of Physiological Chemistry Colby. 1992. Ringkasan Biokimia Harper . Alih Bahasa: Adji Dharma. Jakarta: EGC Wirahadikusumah. 1985. Metabolisme Energi, Karbohidrat dan Lipid . Bandung: ITB Harjasasmita. 1996. Ikhtisar Biokimia dasar B. Jakarta: FKUI Toha. 2001. Biokimia: Metabolisme Biomolekul . Bandung: Alfabeta Poedjiadi, Supriyanti. 2007. Dasar-dasar Biokimia. Bandung: UI Press
