KEGIATAN PEMBELAJARAN 2
KATABOLISME
A. Tujuan Pembelajaran
Setelah kegiatan pembelajaran 2 ini diharapkan anda dapat:
Menjelaskan proses katabolisme yang terdiri dari respirasi aerob dan respirasi anaerob/fermentasi menyangkut bahan, proses, tempat berlangsung dan hasilnya.
B. Uraian Materi
KATABOLISME
Katabolisme atau disebut juga desimilasi merupakan rangkaian reaksi kimia yang berkaitan dengan proses pembongkaran, penguraian atau pemecahan molekul/senyawa kompleks menjadi molekul/ senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Penguraian senyawa ini menghasilkan atau melepaskan energi berupa ATP yang tersimpan pada molekul dan biasa digunakan organisme untuk beraktivitas.
Katabolisme mempunyai dua fungsi, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain, dan menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas sel. Reaksi yang umum terjadi adalah reaksi oksidasi. Reaksi kimianya membebaskan energi sehingga disebut sebagai reaksi eksergonik. Energi yang dilepaskan oleh reaksi katabolisme disimpan dalam bentuk fosfat, terutama dalam bentuk ATP (Adenosin trifosfat) dan berenergi elektron tinggi NADH2 (Nikotilamid adenine dinukleotida) serta FADH2 (Flavin adenin dinukleotida).
Contoh katabolisme adalah respirasi.
Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, katabolisme dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Respirasi aerob: adalah respirasi yang membutuhkan oksigen bebas dari udara untuk menghasilkan energi.
2. Respirasi anaerob: adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi.
1. Respirasi Aerob
Respirasi aerob adalah respirasi yang membutuhkan oksigen bebas dari udara untuk menghasilkan energi.
Contoh respirasi aerob adalah Respirasi Sel.
Respirasi bertujuan menghasilkan energi dari sumber nutrisi yang dimiliki. Semua makhluk hidup melakukan respirasi dan tidak hanya berupa pengambilan udara secara langsung. Respirasi dalam kaitannya dengan pembentukan energi dilakukan di dalam sel. Oleh karena itu, prosesnya dinamakan respirasi sel. Organel sel yang berfungsi dalam menjalankan tugas pembentukan energy ini adalah mitokondria.
Respirasi termasuk ke dalam kelompok katabolisme karena didalamnya terjadi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, diikuti dengan pelepasan energi. Energi yang kita gunakan dapat berasal dari hasil metabolisme tumbuhan.
Respirasi aerob dapat dibedakan menjadi empat tahap, yaitu:
1. glikolisis,
2. dekarboksilasi oksidatif
3. siklus krebs
4. transport elektron.
Untuk memahami tahapan-tahapan tersebut, cermati uraian berikut ini.
1. Glikolisis
Glikolisis adalah peristiwa pengubahan molekul glukosa (6 atom C) menjadi 2 molekul yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat (3 atom C).
Glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel. Prosesnya terdiri atas beberapa langkah, seperti pada gambar berikut:
Gambar 4. Tahap Glikolisis
Sumber: caiherang.com
Peristiwa glikolisis menunjukkan perubahan dari glukosa, kemudian makin berkurang kekomplekan molekulnya dan berakhir sebagai molekul asam piruvat.
Produk penting glikolisis dari 1 molekul glukosa adalah:
- 2 molekul asam piruvat
- 2 molekul NADH sebagai sumber elektron berenergi tinggi
- 2 molekul ATP
2. Dekarboksilasi oksidatif
Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat berlangsung dalam matriks mitokondria dan merupakan reaksi kimia yang mengawali siklus krebs. Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA (koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan hilang sebagai CO2 dan akan berdifusi keluar sel. Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan mengalami oksidasi sehingga gugus hydrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron NAD+.
Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA. Hasil akhir dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2 molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1.
Perhatikan gambar berikut!
Gambar 5. Tahap Dekarboksilasi Oksdifatif
Sumber: biologiedukasi.com
3. Siklus Krebs
Siklus krebs merupakan tahap ketiga respirasi aerob. Nama siklus ini berasal dari nama orang yang menemukan reaksi respirasi aerob ini, yaitu Hans Krebs. Siklus ini disebut juga siklus asam sitrat. Siklus krebs berlangsung didalam mitokondria pada kelompok eukariota sedangkan pada kelompok prokariota berlangsung didalam sitoplasma.
Gambar. 6 Tahap Siklus Krebs
Sumber: indonesiabelajar.ord
Dapat disimpulkan bahwa siklus krebs merupakan tahap ketiga dalam respirasi aerob yang mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH2, ATP serta membentuk kembali oksaloasetat. Oksaloasetat ini berfungsi untuk siklus Krebs selanjutnya.
Dalam siklus krebs, dari setiap 1 molekul glukosa akan dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.
4. Transpor Elektron
Transpor elektron merupakan serangkaian peristiwa pemindahan electron dan ion hidrogen (H+). Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akibat penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yaitu ATP. Reaksi ini berlangsung di dalam membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi.
Reaksinya kompleks, tetapi yang berperan penting adalah NADH, FAD, dan molekul-molekul khusus, seperti Flavo protein, ko-enzim Q, serta beberapa sitokrom. Dikenal ada beberapa sitokrom, yaitu sitokrom C1, C, A, B, dan A3. Elektron berenergi pertama-tama berasal dari NADH, kemudian ditransfer ke FMN (Flavine Mono Nukleotida), selanjutnya ke Q, sitokrom C1, C, A, B, dan A3, lalu berikatan dengan H yang diambil dari lingkungan sekitarnya. Sampai terjadi reaksi terakhir yang membentuk H2O.
Perhatikan gambar berikut!
Gambar 7. Tahap Transpor Elektron
Sumber: sainstecno.net
Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa selama proses respirasi aerob dihasikan sekitar 38 ATP dengan rincian sebagai berikut:
2. Respirasi anaerob
Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi. Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai
penerima akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat. Respirasi anaerob sering disebut juga fermentasi.
Organisme yang melakukan fermentasi di antaranya adalah bakteri dan protista yang hidup di rawa, lumpur, makanan yang diawetkan, atau tempat-tempat lain yang tidak mengandung oksigen. Beberapa organisme dapat berespirasi menggunakan oksigen, tetapi dapat juga melakukan fermentasi. Organisme seperti ini melakukan fermentasi jika lingkungannya miskin oksigen. Sebagai contoh, sel-sel otot dapat melakukan respirasi anaerob jika kekurangan oksigen.
Pada fermentasi, glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan terbentuk 2 ATP. Tetapi, fermentasi tidak bereaksi secara sempurna memecah glukosa menjadi karbondioksida dan air, serta ATP yang dihasilkan pun tidak sebesar ATP yang dihasilkan dari glikolisis.
Dari produk yang dihasilkan fermentasi dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Fermentasi asam laktat
Fermentasi asam laktat adalah fermentasi glukosa yang menghasilkan asam laktat. Fermentasi asam laktat dimulai dengan glikolisis yang menghasilkan asam piruvat, kemudian berlanjut dengan perubahan asam piruvat menjadi asam laktat.
Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat bereaksi secara langsung dengan NADH membentuk asam laktat.
Perhatikan gambar berikut!
Gambar 8. Tahap Fermentasi Asam Laktat
Sumber: mildafauziah.blogspot.com
2. Fermentasi alkohol.
Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol melalui dua langkah reaksi, yaitu 1) pembebasan CO2 dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida, 2) reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan digunakan untuk glikolisis.
Perhatikan gambar berikut!
Gambar 9. Tahap Fermentasi Alkohol
Sumber: gurupendidikan.co.id
Pada respirasi anaerob energi yang diperoleh lebih sedikit di bandingkan dengan respirasi aerob. Energi yang dihasilkan yaitu 2 ATP setiap molekul glukosa.
C. Rangkuman
1. Katabolisme atau disebut juga disimilasi merupakan rangkaian reaksi kimia yang berkaitan dengan proses pembongkaran, penguraian atau pemecahan molekul/senyawa kompleks menjadi molekul/ senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim.
2. Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, katabolisme dibagi menjadi dua, yaitu:
▪ Respirasi aerob
▪ Respirasi anaerob
3. Respirasi aerob adalah respirasi yang membutuhkan oksigen bebas dari udara untuk menghasilkan energi.
4. Respirasi aerob dapat dibedakan menjadi empat tahap, yaitu:
▪ glikolisis,
▪ dekarboksilasi oksidatif
▪ siklus krebs
▪ transport elektron.
5. Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi
6. Dari produk yang dihasilkan fermentasi dibedakan menjadi 2 yaitu:
▪ Fermentasi asam laktat
▪ Fermentasi alkohol
7. Reaksi aerob menghasilkan energI sebanyak 38 ATP dan reaksi anaerob menghasilkan energi sebanyak 2 ATP.
D. Penugasan Mandiri
Berikanlah contoh peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang terkait dengan proses reaksi katabolisme anaerob misalnya fermentasi!
E. Latihan Soal
Untuk memperdalam pemahaman anda mengenai materi di atas kerjakanlah latihan berikut!
1. Perhatikan skema respirasi aerob di bawah ini!
a. Berdasarakan skema di atas, tuliskan nama tahap/reaksi pada nomor 2!
b. Sebutkan bahan dan hasil dari tahap/reaksi pada nomor 2!
2. Perhatikan skema respirasi anaerob berikut ini!
a. Berdasarkan skema di atas, tuliskan nama reaksi tersebut!
b. Sebutkan nama zat yang terdapat pada bagian A, B, dan C!
3. Mengapa pada beberapa orang yang bekerja (termasuk olahragawan) kadang-kadang mengalami gejala kram (kejang otot)? Bagaimana cara mengatasi hal tersebut?
Rubrik jawaban dan penskoran
Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban yang terdapat di bagian akhir soal ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1.
Nilai = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑘𝑜𝑟 𝑃𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ𝑎𝑛 x 100 %
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑘𝑜𝑟 𝑀𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚
Konversi tingkat penguasaan:
90 - 100% = baik sekali
80 - 89% = baik
70 - 79% = cukup
< 70% = kurang
Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar 3. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 2, terutama bagian yang belum dikuasai
F. Penilaian Diri
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jujur dan bertanggung jawab!
Bila ada jawaban "Tidak", maka segera lakukan review pembelajaran, terutama pada bagian yang masih "Tidak".
Bila semua jawaban "Ya", maka Anda dapat melanjutkan ke pembelajaran berikutnya.