Pengertian Metabolisme Karbohidrat dan Macam Macamnya. Karbohidrat adalah senyawa yang terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen. Jumlah atom karbon dapat bervariasi. Sebagian besar organisme memperoleh sebagian besar energi mereka untuk mendukung kehidupan mereka dari karbohidrat. Secara umum, karbohidrat atau sakarida (berasal dari bahasa Yunani, yang berarti 'gula') dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:
- karbohidrat sederhana
- Karbohidrat kompleks
Yang membedakan satu karbohidrat dari karbohidrat lain adalah jumlah unit gula yang terkandung dalam molekul dan bagaimana mereka dihubungkan bersama.
- Karbohidrat sederhana
Karbohidrat sederhana adalah karbohidrat yang terdiri dari satu unit gula (monosakarida) atau unit gula ganda (disakarida). Karbohidrat dengan satu unit gula disebut gula sederhana atau monosakarida (mono = satu; sakarida = gula). Contoh monosakarida ini adalah fruktosa (gula buah) dan glukosa (gula darah), gula yang dihasilkan ketika tubuh mencerna karbohidrat, dan galaktosa, gula yang diperoleh dari mencerna laktosa (gula susu). Karbohidrat dengan dua unit gula disebut disakarida (= dua). Contoh disakarida ini adalah sukrosa (gula dapur) yang terbuat dari satu unit fruktosa dan satu unit glukosa.
- Karbohidrat kompleks
Karbohidrat kompleks adalah karbohidrat yang terdiri dari 3 unit gula atau lebih dan dihubungkan dalam suatu rantai. Karbohidrat yang terdiri dari 3 hingga 10 unit gula disebut oligosakarida (oligo = beberapa), sedangkan karbohidrat yang terdiri dari banyak unit gula disebut polisakarida (poli = banyak). Pada bakteri, karbohidrat kompleks dicerna oleh enzim untuk menghasilkan gula sederhana. Contohnya adalah pati dan selulosa, yang merupakan satuan polimer (rantai atom panjang) glukosa yang dipecah menjadi glukosa sederhana.
Karbohidrat adalah bahan bakar jangka pendek yang baik untuk organisme bersel tunggal, karena karbohidrat lebih mudah dimetabolisme oleh tubuh daripada lemak atau asam amino (komponen protein). Karbohidrat biasanya disimpan dalam molekul glukosa polimer panjang atau sebagai penyimpanan energi.
Secara umum, semua karbohidrat memiliki rumus umum CnH2nOn, misalnya, rumus untuk molekul glukosa, C6H12O6. Monosakarida - monosakarida (gula sederhana) dapat diikat bersama untuk membentuk disakarida seperti sukrosa dan polisakarida seperti pati dan selulosa.
Macam-Macam Metabolisme Karbohidrat
Sel hidup, termasuk organel sel, adalah 'mesin organik' yang aktif tanpa henti. Misalnya, organel sel bekerja bersama dan berkoordinasi dengan baik satu sama lain untuk menjaga agar organisme tetap berfungsi. Untuk mempertahankan 'kehidupan', setiap sel sangat bergantung pada reaksi biokimia yang terjadi dan karbohidrat merupakan sumber energi penting yang menggerakkan reaksi-reaksi ini.
Metabolisme adalah reaksi kimia terorganisir dan terkoordinasi dengan baik yang terjadi dalam sel. Proses metabolisme ini memiliki jalur (jalur metabolisme) yang terdiri dari jalur katabolik (perombakan molekul), jalur anabolik (menyusun molekul), dan jalur amfibi (yang melibatkan katabolisme dan anabolisme). Berikut ini adalah berbagai jenis metabolisme karbohidrat yang terjadi di dalam tubuh organisme. (Baca: Jenis-jenis Enzim)
1. Glikolisis
Glikolisis terjadi di hampir setiap bagian sel hidup. Reaksi ini diyakini sebagai jalur biokimia tertua yang terjadi pada organisme. Glikolisis ini juga dapat terjadi secara anaerob, yang berarti bahwa proses ini telah terjadi pada bakteri prokariotik ketika Bumi masih memiliki atmosfer yang miskin oksigen (pra-eukariotik). (Baca: Definisi Organisme Prokariotik)
Glikolisis didefinisikan sebagai reaksi berantai yang mengubah glukosa atau glikogen menjadi piruvat atau laktat, dengan produksi energi ATP (Adenosine Triphospate, bentuk energi yang paling umum digunakan oleh sel). (Baca: Sistem Pernafasan)
Glukosa + 2 NAD plus + 2 ADP + 2 P -> 2 piruvat + 2 NADH + 2 ATP + 2H2O + 2H plus
Glikolisis terjadi dalam sel sitosol, dan dapat dibagi menjadi 2 fase: fase membutuhkan energi dan fase melepaskan energi.
Fase membutuhkan energi
Pada fase ini, molekul glukosa disusun ulang, dan 2 gugus fosfat terikat dengan glukosa ini. Kelompok fosfat ini kemudian membuat gula 'modifikasi' yang tidak stabil (fruktosa-1,6-bifosfat), yang memungkinkan gula 'termodifikasi' untuk dipecah menjadi dua dan membentuk gula gliseraldehida-3-fosfat. Karena fosfat yang digunakan dalam langkah ini berasal dari ATP (adenosin trifosfat), maka 2 molekul ATP digunakan. Fase ini sering disebut sebagai fase 'investasi' energi, karena menggunakan energi (ATP) untuk menjalankan prosesnya.
Fase melepaskan energi
Pada fase ini, setiap gula gliseraldehida-3-fosfat diubah menjadi piruvat, melalui beberapa reaksi. Reaksi ini menghasilkan 2 molekul ATP dan 1 molekul NADH. Karena fase ini terjadi dua kali, proses ini menghasilkan 3 ATP dan 2 NADH secara keseluruhan.
Katalis yang memicu aksi glikolisis dilakukan oleh enzimnya sendiri, salah satunya adalah enzim phosphofurctokinase, yang mengkatalisis pembentukan molekul gula 2 fosfat (fruktosa-1,6-bisfospat). Fosfofruktokinase ini mempercepat atau memperlambat proses glikolisis sebagai respons terhadap kebutuhan energi sel.
Intinya, glikolisis mengubah molekul glukosa (6 karbon) menjadi molekul piruvat (3 karbon). Produk bersih dari proses ini adalah 2 molekul ATP (4 ATP diproduksi menggunakan 2 ATP) dan 2 molekul NADH.
2. Siklus Asam Sitrat
Siklus asam sitrat, atau siklus asam trikarboksilat, atau siklus Krebs adalah pusat pengendali dalam respirasi seluler. Siklus ini terjadi setelah Glikolisis dan menggunakan asetil koenzim A (CoA), yang terbuat dari oksidasi piruvat, sebagai bahan awal.
Tahap awal dari siklus ini adalah bahwa asetil KoA bergabung dengan molekul penerima oksaloasetat (4 karbon) untuk membentuk molekul sitrat (6 karbon). Kemudian, molekul sitrat ini melepaskan 2 karbon dalam bentuk karbon dioksida dan menghasilkan molekul NADH. Enzim yang mengkatalisasi reaksi ini adalah kunci dalam mengatur siklus asam sitrat, mempercepat atau memperlambat reaksi berdasarkan kebutuhan energi sel.
Selanjutnya, 4 molekul karbon yang tersisa mengalami reaksi tambahan, pertama membuat molekul ATP, kemudian mengurangi pembawa elektron FAD (Flavin adenine dinucleotide) menjadi FADH2, dan akhirnya menghasilkan NADH lagi. Himpunan reaksi mereproduksi molekul awal, oksaloasetat, sehingga siklus ini dapat terulang.
Secara keseluruhan, satu putaran siklus asam sitrat melepaskan 2 molekul karbon dioksida dan menghasilkan 3 NADH, 1 FADH2, dan 1 ATP. Karena dalam Glikolisis, ada 2 piruvat yang diproduksi, maka siklus asam sitrat terjadi dua kali untuk setiap molekul glukosa.
3. Jalur Pentosa Fosfat
Jalur pentosa fosfat adalah jalur metabolisme yang berjalan paralel dengan glikolisis. Jika produk Glikolisis diproses ulang melalui respirasi seluler untuk menghasilkan energi, ada juga cabang alternatif Glikolisis untuk menghasilkan gula yang menyusun DNA dan RNA. Jalur ini, yang disebut Jalur Pentosa Fosfat, adalah unik karena tidak ada energi dalam bentuk ATP yang diproduksi dan digunakan dalam jalur ini.
Sama seperti proses lain dalam respirasi seluler, sebagian besar molekul melalui jalur pentosa fosfat terbuat dari karbon. Cara mudah untuk memahami jalur ini adalah dengan mengikuti karbon.
Pemecahan glukosa dalam Glikolisis menghasilkan 6 molekul karbon yang dibutuhkan dalam proses jalur pentosa fosfat. Pada langkah pertama glikolisis, glukosa dikonversi oleh kelompok fosfat untuk menghasilkan glukosa-6-fosfat. Jalur pentosa fosfat ini dapat menggunakan molekul glukosa 6-fosfat yang dihasilkan oleh Glikolisis atau metode lain.
Jalur Pentose Fosfat dibagi menjadi 2 fase, yaitu fase oksidatif dan fase non-oksidatif. Kata 'oksidatif' berasal dari kata 'oksidasi', oksidasi adalah penguraian molekul ketika mereka kehilangan setidaknya satu elektron.
- Fase oksidatif
Dalam fase ini, 2 molekul NADP + direduksi menjadi NADH, memanfaatkan energi dari konversi glukosa-fosfat menjadi ribulosa-5-fosfat. Reaksi keseluruhan untuk proses ini adalah:
Glukosa-6-fosfat + 2 NADP + + H2O -> Ribulosa 5-fosfat + 2 NADPH + 2 H + + CO2.
- Fase non-oksidatif
Fase non-oksidatif ini bersifat reversibel. Hal ini memungkinkan molekul yang berbeda untuk memasuki jalur pentosa fosfat di area yang berbeda dalam fase non-oksidatif dan dapat diubah menjadi molekul pertama dari fase non-oksidatif (ribulosa-5-fosfat). Ribulosa-5-fosfat ini merupakan prekursor gula yang menyusun DNA dan RNA, dan juga produk-produk dari fase oksidatif.
