Dokumen tersebut membahas tentang metabolisme, terutama katabolisme. Katabolisme meliputi proses degradasi karbohidrat, lemak, dan protein untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP melalui berbagai jalur seperti glikolisis, siklus Krebs, dan respirasi aerobik atau anaerobik. Katabolisme karbohidrat, lemak, dan protein saling terkait dan berhubungan satu sama lain.

1. BIO 3
1METABOLISME
Katabolisme
A. PENDAHULUAN
Metabolisme adalah reaksi biokimia dalam
tubuh makhluk hidup yang melibatkan substrat
dan enzim untuk menghasilkan produk.
Metabolisme terbagi menjadi dua, yaitu
katabolisme dan anabolisme.
Pengertian katabolisme dan anabolisme:
Katabolisme Anabolisme
mengubah senyawa
organik menjadi
senyawa anorganik
mengubah senyawa
anorganik menjadi
senyawa organik
mengurai molekul
kompleks menjadi
sederhana
menyusun (sintesis)
molekul sederhana
menjadi kompleks
menghasilkan ATP menggunakan ATP
B. KATABOLISME
Katabolisme terdiri dari:
1) Katabolisme karbohidrat (4,2 kkal/gram),
berupa proses respirasi aerob dan respirasi
anaerob.
2) Katabolisme lemak (9,1 kkal/gram).
3) Katabolisme protein (4,2 kkal/gram).
ATP (adenosin trifosfat) adalah bentuk energi
yang digunakan oleh makhluk hidup untuk
melakukan aktivitas tingkat sel.
Energi ATP berasal dari proton (H+
) dan elektron
yang berada di dalamnya.
Energi ATP pada katabolisme dibawa oleh NAD+
(nikotinamid adenin dinukleotida) dan FAD
(flavin adenin dinukleotida).
ATP pada respirasi dibentuk dari fosforilasi
dengan perangkaian gugus fosfat dan reaksi
redoks oleh O2.
C. RESPIRASI AEROB
Respirasi aerob adalah katabolisme karbohidrat
yang membutuhkan O2 sebagai oksidator
(penerima elektron terakhir dari reaksi).
Tahapan respirasi aerob adalah glikolisis,
dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, siklus Kreb,
dan transpor elektron.
Glikolisis adalah proses pemecahan glukosa
menjadi asam piruvat pada respirasi aerob.
Reaksi ini terjadi dalam sitoplasma sel.
Reaksi glikolisis glukosa:
glukosa d 2 a.piruvat + 2NAD+
+ 2H+
+ 4e + 2ATP
Dekarboksilasi oksidatif adalah proses
pemutusan gugus karboksil dan oksigen pada
asam piruvat. Reaksi ini terjadi dalam
mitokondria sel.
2NADH
glukosa
ATP
ADP
heksokinase
glukosa 6-fosfat
fruktosa 6-fosfat
ATP
ADP
fosfofruktokinase
fosfoglukosa isomerase
6C
fruktosa-1,6-difosfat
gliseraldehida
3-fosfat (PGAL)
aldolase
3C 3C
NAD+
NADH
gliseraldehida
dehidrogenase
gliseraldehida
3-fosfat (PGAL)
P NAD+
NADH
P
1,3-difosfogliserat
(DPG)
1,3-difosfogliserat
(DPG)
triosa fosfat
isomerase
dihidroksiaseton fosfat
ADP
ATP
fosfogliserokinase
ADP
ATP
3-fosfogliserat (3PG)3-fosfogliserat (3PG)
fosfogliseromutase
2-fosfogliserat (2PG)2-fosfogliserat (2PG)
enolaseH2O H2O
fosfoenolpiruvat (PEP)
ADP
ATP
piruvatkinase
ADP
ATP
asam piruvat asam piruvat
fosfoenolpiruvat (PEP)

2. BIO 3
2METABOLISME
Reaksi dekarboksilasi oksidatif asam piruvat:
2 a.piruvatd 2asetil-KoA +2NAD+
+2H+
+4e+ 2CO2
Siklus Kreb (siklus asam sitrat) adalah siklus yang
terjadi setelah dekarboksilasi oksidatif asam
piruvat. Siklus ini terjadi dalam matriks mitokondria.
Reaksi siklus Kreb:
2 asetil-KoA d 6NAD+
+ 6H+
+ 12e
+ 2FAD + 4H+
+ 4e + 4CO2 + 2ATP
Transpor elektron (kemiosmosis) adalah proses
pelepasan energi berupa proton (H+
) dan
elektron (e) dari molekul NADH dan FADH2 yang
dibentuk selama katabolisme. Reaksi ini terjadi
dalam matriks mitokondria.
Reaksi transpor elektron:
10 NADH + O2 d 10 NAD+
+ H2O + 30 ATP
2 FADH2 + O2 d 2 FAD + H2O + 4 ATP
Tahapan transpor elektron:
1) NADH melepaskan proton dan elektron pada
kompleks I dan FADH2 pada kompleks II.
10 NADH d 10 NAD+
+ 10H+
+ 20e
2 FADH2 d 2 FAD + 4H+
+ 4e
2) Elektron dibawa berjalan-jalan mengelilingi
membran dalam mitokondria melalui
mekanisme reaksi redoks oleh ion Cu dan Fe,
sehingga matriks bermuatan negatif.
3) Proton dari NADH dipompa keluar matriks
3 kali melewati 3 protein pembawa.
Berarti, total ATP yang dihasilkan 10 NADH
adalah 10 x 3, yaitu 30 ATP.
4) Proton dari FADH2 lalu dipompa keluar
matriks 2 kali melewati 2 protein pembawa.
Berarti, total ATP yang dihasilkan 2 FADH2
adalah 2 x 2, yaitu 4 ATP.
2NADH
2 asam piruvat
3C
2NAD+
2NADH 2CO2
1C
2 asetil
2C
2koenzim A
(KoA)
2 asetil-KoA
6NADH
2FADH2
2 fumarat
2 asetil-KoA
2KoA
2 sitrat
2H2O
2H2O
2 isositrat
2NAD+
2C
6C
1C
2NADH
2CO2
2 α-ketoglutarat
2NAD+
2NADH
5C
1C
2CO2
2KoA
2 suksinil-KoA
4C
2KoA
2ADP + 2P
2 ATP
2 suksinat
2FAD
2FADH2
2 oksalo-
asetat
2H2O
2 malat
4C
2NAD+
2NADH
2H2O
2H2O
10 NADH
10 + 20 + NAD+ 2FADH2 FAD + 4 + 2H+
e
24e + 6O2 + 24H+
6H2O
H+
H+ H+
H+
ADP + P
ATP
I
II cyt b cyt a
ATP sintase
I NADH dehidrogenase
II suksinat dehidrogenase
Q ubikuinon
cyt b sitokrom b
cyt c sitokrom c
cyt a sitokrom a
cyt c
Q
matriks
mitokondria
membran
dalam
ruang
intermembran
H+
H+
H+H+
e
e
e
H+
H+
O2
H+
dipompa keluar 3
kali melalui:
 kompleks I
 cyt b
 cyt a
H+
dipompa keluar 2
kali melalui:
 cyt b
 cyt a
12H2O
6H2O
SIKLUS KREB

3. BIO 3
3METABOLISME
5) Poin 2, 3, dan 4 menyebabkan perbedaan
gradien muatan, sehingga proton dipompa
kembali melalui ATP-sintase.
6) Proton (H+
) yang bergerak melalui ATP-
sintase memacu pembentukan ATP (sesuai
jumlah yang telah dihitung di atas).
ADP + P d ATP
7) Agar ATP tetap terbentuk, proton dan
elektron pada akhir sistem transpor akan
berikatan dengan O2 membentuk air (O2
sebagai penerima elektron terakhir).
24H+
+ 6O2 + 24e d 12H2O
Respirasi aerob menghasilkan ATP sejumlah:
Tahapan +ATP -ATP
Glikolisis 4 ATP 2 ATP
Dekarboksilasi oksidatif - -
Siklus Kreb 2 ATP -
Transfer elektron 34 ATP -
Total 38 ATP
D. RESPIRASI ANAEROB
Respirasi anaerob (fermentasi) adalah
katabolisme karbohidrat yang membutuhkan
senyawa selain O2 sebagai oksidator (penerima
elektron terakhir dari reaksi).
Respirasi anaerob terjadi apabila setelah
glikolisis berakhir, sel mengalami kekurangan O2.
Glikolisis yang terjadi pada respirasi aerob sama
seperti respirasi anaerob. Reaksi ini terjadi di
sitoplasma sel.
Reaksi glikolisis glukosa:
glukosa d 2 a.piruvat + 2NAD+
+ 2H+
+ 4e + 2ATP
Pembentukan etanol atau asam laktat
dilakukan setelah glikolisis jika sel mengalami
kekurangan O2. Jika tidak, maka akan dilanjutkan
ke respirasi aerob.
Pembentukan etanol dilakukan oleh jamur
golongan ragi (contohnya Saccharomyces).
Reaksi pembentukan etanol:
2 asam piruvat d 2C2H5OH + 2CO2
Pembentukan asam laktat dilakukan oleh
hewan dan manusia.
Reaksi pembentukan asam laktat:
2 asam piruvat d 2 asam laktat
Respirasi anaerob menghasilkan ATP sejumlah:
Tahapan +ATP -ATP
Glikolisis 4 ATP 2 ATP
Pembentukan asam laktat - -
Total 2 ATP
Energi yang dihasilkan respirasi anaerob sedikit,
karena etanol/asam laktat sebenarnya masih
mengandung banyak energi yang belum
dioksidasi.
Kontraksi otot menggunakan respirasi anaerob,
sedangkan relaksasi otot menggunakan
respirasi aerob.
Asam laktat menumpuk pada otot yang terlalu
sering berkontraksi menyebabkan kelelahan.
Agar asam laktat dapat dioksidasi, maka tubuh
harus melakukan respirasi aerob dengan
membuat nafas tersengal-sengal untuk
mendapat lebih banyak O2.
2NADH
glukosa
2ATP
2ADP
6C
gliseraldehida
3-fosfat (PGAL)
3C 3C
NAD+
NADH
gliseraldehida
3-fosfat (PGAL)
P NAD+
NADH
P
2ADP
2ATP
asam piruvat asam piruvat
2ADP
2ATP
2 asam piruvat
3C
2NADH
2NAD+
2CO2
1C
2 asetaldehida
2C
2H2O
2 etanol
alkohol
dehidrogenase
piruvat
karboksilase
2 asam piruvat
3C
2NADH
2NAD+
2 asam laktat
asam laktat
dehidrogenase

4. BIO 3
4METABOLISME
E. KATABOLISME LEMAK DAN PROTEIN
Tahapan katabolisme lemak:
Katabolisme asam lemak
1) Reaksi β-oksidasi
Asam lemak bebas diaktifkan dulu menjadi
asam lemak palmitat-KoA (asil-KoA), dengan
menggunakan 2 ATP.
Asil-KoA akan dibawa menuju mitokondria
sel dan dioksidasi menjadi asetil-KoA.
asil-KoA + 7O2
d 8 asetil-KoA + 42H2O + 35 ATP
2) Siklus Kreb
Dalam siklus Kreb, asetil-KoA akan dioksidasi
menjadi CO2.
8 asetil-KoA + 16O2
d 104H2O + 16CO2 + 96 ATP
Katabolisme gliserol
1) Gliserol akan diubah menjadi gliseraldehida
3-fosfat (PGAL).
2) Gliseraldehida 3-fosfat selanjutnya masuk ke
katabolisme karbohidrat.
Katabolisme asam lemak menghasilkan ATP
sejumlah:
Tahapan +ATP -ATP
Reaksi β-oksidasi 35 ATP 2 ATP
Siklus Kreb 96 ATP -
Total 129 ATP
Tahapan katabolisme protein dilakukan
melalui transminasi (pemindahan gugus NH2)
atau deaminasi (pembuangan gugus NH2).
Transminasi dan deaminasi menghasilkan:
1) Rantai atom karbon berupa asam piruvat,
asetil-KoA, oksaloasetat, dll. yang selanjutnya
masuk ke katabolisme karbohidrat.
2) Amonia (NH3) yang selanjutnya diubah
menjadi urea untuk dibuang melalui sistem
ekskresi.
Katabolisme protein menghasilkan ATP
sejumlah katabolisme karbohidrat, yaitu 38 ATP.
F. HUBUNGAN ANTAR KATABOLISME
Hubungan katabolisme karbohidrat, lemak, dan
protein:
1) Katabolisme utama yang dilakukan tubuh
adalah katabolisme karbohidrat.
Jika karbohidrat habis, maka katabolisme
lemak akan dilakukan. Jika lemak habis, maka
katabolisme protein akan dilakukan.
2) Katabolisme lemak masuk ke dalam sistem
katabolisme karbohidrat dengan:
a. Mengubah asam lemak menjadi asetil-
KoA.
b. Mengubah gliserol menjadi PGAL.
3) Katabolisme protein masuk ke dalam
sistem katabolisme karbohidrat dengan
transminasi atau deaminasi asam amino
menjadi suatu rantai atom karbon.