Ananbolisme dan katabolisme lemak, karbohidrat, dan protein

Tujuan Pembelajaran               : 1. Bagaimana Struktur, Fungsi, Anabolisme, dan Katabolisme
dari Karbohidrat ?
2. Bagaimana Struktur, Fungsi, Anabolisme, dan Katabolisme
dari Lemak ?
3. Bagaimana Struktur, Fungsi, Anabolisme, dan Katabolisme
dari Protein ?

1. I. Struktur, Fungsi, Anabolisme, dan Katabolisme dari Karbohidrat
   1. A. Struktur

Karbohidart merupakan sumber energoi uatam dan sumber serat utama. Karbohidrat mempunyai tiga unsure, yaitu karbon, hydrogen dan oksigen. Jenis-jenis karbohidrat sangat beragam. Karbohidrat dibedakan satu dengan yang lain berdasarkan susunan atom-aromnya, panjang pendeknya rantai serta jenis ikatan. Dari kompleksitas stri=ukturnya karbohidar dibedakan menjadi karbohidarat sederhana (monosakarida  dan disakarida)dan karbohidrat dengn struktur yang kompleks (polisakarida). Selain kelompok tersebut juga masih ada oligosakarida yang memiliki monosakarida lebih pendek dari polisakarida, contohnya adalah satkiosa, rafinosa, fruktooligosakarida, dan galaktooligosakarida (Anonim, 2009).

1. 1. Monosakarida
   1. Glukosa : Glukosa merupakan produk utama yang dibentuk dari hidrolisis karbohidrat kompleks dalam proses pencernaan. Glukosa ,merupakan bentuk gula yang biasnya terdapat pada aliran darah dan dalam sel. Glukosa dioksidasi untuk menghasilkan energy dan disimpan dalam hati untuk sebagi glikogen.
   2. Fruktosa : Fruktosa dinamakan juga gula tebu.
   3. Galaktosa : Produk ini diproduksi dari laktosa (gula dalam susu) dengan car hidroisis dalam proses pencernaan dan terdapat dalam bentuk bebas.
   4. Mannosa : Mannosa tidak terdapat dalam bentuk bebas dalam makanam, merupakn turunan dari mannosan yan terdapat dari beberpa leguminosa.

1. 2. Oligosakarida

Didalam oligosakarida terdapat pula disakarida, Trisakarida dan tetrasakarida, Oligasakarida ini merupakan  ikatan dari monosakarida yang tidak melebihi dari ikatan polisakarida. Adapaun contohnya sebagai berikut
-          Disakarida non-pereduksi

1. Sukrosa :sukrosa ini terdiri dari glukosa dan fruktosa.
2. Trehalosa : kupulan mosoakarida ini banyak terdapat pada hemolimfe dari insekta

-          Disakarida pereduki

1. Maltosa : terdiri dari dua molekul glukosa.
2. Laktosa : Pada hidrolisi lakstosa akan menghasilakn galaktosa dan glukosa.
3. Selubiosa : Merupakan disakaroda [enyusun selulosa terdiri dari dua molekul glukosa dengn ikatan glikosidik

-          Trisakarida

1. Rafinosa : rafinosa terdiri dari galaktosa, glukosa dan fruktosa. Senyawa ini dikenal dengan nama galaktosil sukrosa.
2. Gelatinosa : terdiri atas glukosa, glukosa dan fruktosa.
3. Polisakarida

Polisakida yang terdapat pada ayam berfungsi structural dan berperan sebagai cadangan energy. Semua polisakarida dapat dihidrolisis oleh asam atau enzim akan menghasilkan monosakarida dan derivate monosakarida.
-          Homopolisakarida : merupakn polisakarida yang menghasilkan satu tipe monosakarida pada proses hidrolisis.

1. Selulosa : berbemtuk linear, tidak larut dalam air dan merupakn rangakain molekul beta-D-glukosa 10.000-5.000 unit
2. Glikogen : serupa dengn amilopektin, Percabangan yang dijumapai pada glikogen terjadi pada setiap 8-12 unti glukosa, sehingga tamapk terlihat lebih kompak.
3. Amilum : Amilum terdiri dari dua macam polimer glukosa yaitu amilosa (ranytai panjang dan tidak bercabang) dan amilo pectin.
4. Khitin.

-          Heteropolisakarida : merupakan polisakarida yang menghasilkan campuaran antara monosakarida dan derivatnya.

1. Glikosaminoglikan
2. Peptidoglikan (Prastowo, 2008).
3. B. Fungsi
   1. Simpanan Energi, bahan bakar dan senyawa antara metabolism
   2. Bagian dari kerangka structural dari pembentuk RNA dan DNA
   3. Merupakn eleme structural dari dinding sel tanamn mauoun bakteri.
   4. Identitas sel, berikatan dengan protein atau lipid dan berfungsi dalam proses pengenalan antar sel (Nuringtyas. 2009).
   5. Katabolisme

Pada Proses katabolisme  karbohidrat,, seing disebut dengn glikolosis yaitu proses  Proses degradasi 1 molekul glukosa (C6) menjadi 2 molekul   piruvat (C3) yang terjadi dalam serangkaian reaksi enzimatis   yg menghasilkan energi bebas dalam bentuk ATP dan NADH  Proses glikolisis terdiri dari 10 langkah reaksi yang terbagi    menjadi 2 Fase, yaitu:
- 5 langkah pertama yang disebut fase preparatory
- 5 langkah terakhir yang disebut fase payoff
Fase I memerlukan 2 ATP dan  Fase II menghasilkan 4 ATP dan 2 NADP, sehingga total degradasi Glukosa menjadi 2 molekul piruvat   menghasil 2 molekul ATP dan 2 molekul NADP.
Pada tahap pertama, molekul D-Glukosa diaktifkan bagi reaksi berikutnya dengan fosforilasi pada posisi 6, menghasilkan glukosa-6-fosfat dengan memanfaatkan ATP Reaksi ini bersifat tidak dapat balik. Enzim heksokinase merupakan katalis dalam reaksi tersebut dibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor.
Reaksi berikutnya ialah  isomerasi, yaitu pengubahan glukosa-6-fosfat, yang merupakan suatu aldosa, menjadi fruktosa-6-fosfat, yang merupakan suatu ketosa, dengan enzim fosfoglukoisomerase dan dibantu oleh ion Mg2+.
Tahap selanjutnya adalah fruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-difosfat oleh enzim fosoffruktokinase dibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor. Dalam reaksi ini,gugus fosfat dipindahkan dari ATP ke fruktosa-6-fosfat pda posisi 1.
Reaksi tahap keempat dalam rangkaian reaksi glikolisis adalah penguraian molekul fruktosa-1,6-difosfat membentuk dua molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan D-gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim aldolase fruktosa difosfat atau enzim aldolase.  Hanya satu di antara dua triosa fosfat yang dibentuk oleh aldolase, yaitu gliseraldehid-3-fosfat, yang dapat langsung diuraikan pada tahap reaksi glikolisis berikutnya. Tetapi, dihidroksi aseton fosfat dapat dengan cepat dan dalam reaksi dapat balik, berubah menjadi gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim isomerase triosa fosfat.
Tahap selanjutnya adalah reaksi oksidasi gliseraldehid-3fosfat menjadi asam 1,3 difosfogliserat. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD+, sedangkan gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat. Enzim yang mengkatalisis dalam tahap ini adalah dehidrogenase gliseraldehida fosfat. Pada tahap ini, enzim kinase fosfogliserat mengubah asam 1,3-difosfogliserat menjadi asam 3-fosfogliserat. Dalam reaksi ini terbentuk satu molekul ATP dari ADP dan memerlukan ion Mg2+ sebagai kofaktor. Pada tahap ini, terjadi pengubahan asam 3-fosfoliserat menjadi asam 2-fosfogliserat. Reaksi ini melibatkan pergeseran dapat balik gugus fosfat dari posisi 3 ke posisi 2. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim fosfogliseril mutase dengan ion Mg2+ sebagai kofaktor.
Reaksi berikutnya adalah reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat dari asam 2-fosfogliserat dengan katalisis enzim enolase dan ion Mg2+ sebagai kofaktor. Reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat ini ialah reaksi dehidrasi.
Tahap terakhir pada glikolisis ialah reaksi pemindahan gugus fosfat berenergi tinggi dari fosfoenolpiruvat ke ADP yang dikatalisis oleh enzim piruvat kinase sehingga terbentuk molekul ATP dan molekul asam piruvat.
(Camphell,2003)

1. D. Anabolisme

(Haryanto, 2009).

1. II. Struktur, Fungsi, Anabolisme dan katabolisme dari Lemak
   1. A. Struktur

Berdasarkan struktur dan fungsi bermacam-macam lemak menjadi salah satu dasar pengklasifiksian lemak.

1. Asam-asam lemak : Merupakan suatu rantai hidrokarbon yang mengandung satu gugus metal pada salah satu ujungnya dan salah satu gugus asam atau karboksil. Secara umum formula kimia suatu asam lemak adalah CH₃(CH₂)_nCOOH, dan n biasanya kelipatan dua.
   1. Rantai pendek : rantai hidrokarbonnya terdiri dari jumlah atom karbon genap 4-6 atom.
   2. Rantai sedang : 8-12 atom
   3. Rantai panjang : 14-26 atom.

Dan asam lemak-asam lemak ini merupakn asam lemak jenuh
Sedangkan untuk asam lemak tidak jenuh, adalh yang mempunayi ikatan rangkap astu lebih misalnya palmitoleat, linolenat, arakhidat, dan lain sebagainya. CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH (oleat).

1. Turunan-turunan asam lemak : merupakan suatu komponen yang terbentuk dari satu atau lebih asam lemak yang mengandung alcohol dan disebut ester. Terdapat dua golongan ester yaitu gliserol ester dan cholesterol ester.
   1. Gliserol ester : terbentuk melalui metabolism karbohidrat yang mengandung tiga atom karbon, yang salah satu ataom karon bersatu dengan salah satu gugus alcohol. Reaksi kondensasi antara gugus karboksil dengan gugus alcohol dari gliserol akan membentuk gliserida, tergantung dari jumlah asam lemak dari gugus alkohol yang membentuk raeksi kondensasi. (monogliserida, digliserida, trigliserida)
   2. Kolesterol ester : terbentuk melelui reaksi kondensasi, sterol, kolesterol, dan sam lemak terikat dengan gugus alcohol.
   3. Glikolipid : komponen ini mempunayi sifat serperti lipid, terdiri dari satu atu lebih komponen gula, dan biasanya glukosa dan galaktosa.
   4. Sterol : merupakan golongan lemak yang larut dalam alcohol, Mislanya kolesterol sterol. Berbeda dengan struktur lainnya sterol mempunyai nucleus dengan empat buah cincin yang saling berhubunga, tiga diantaranya mengandung 6 atom karbon, sedang yang keempat mengandung 5 atom karbon (Piliang. 2006).
   5. B. Fungsi
      1. Sebagai penyusun struktur  membran sel Dalam hal ini lipid berperan sebagai barier untuk sel dan mengatur aliran material-material.
      2. Sebagai cadangan energi Lipid disimpan sebagai jaringan adiposa
      3. Sebagai hormon dan vitamin, hormon mengatur komunikasi antar sel, sedangkan vitamin membantu regulasi proses-proses biologis (Nugroho, 2009).
   6. 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.

1. 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 (CH₃)₃N⁺-CH₂-CH(OH)-CH₂-COO^- (Murray, et al, 2003).

1. Sintesis asam lemak

Makanan bukan satu-satunya sumber lemak kita. Semua organisme dapat men-sintesis asam lemak sebagai cadangan energi jangka panjang dan sebagai penyusun struktur membran. Pada manusia, kelebihan asetil KoA dikonversi menjadi ester asam lemak. Sintesis asam lemak sesuai dengan degradasinya (oksidasi beta). Sintesis asam lemak terjadi di dalam sitoplasma. ACP (acyl carrier protein) digunakan selama sintesis sebagai titik pengikatan. Semua sintesis terjadi di dalam kompleks multi enzim-fatty acid synthase. NADPH digunakan untuk sintesis (Murray, et al, 2003).
(Piliang, 2006)

1. III. Struktur, Fungsi, Anabolisme dan Katabolisme dari Protein
   1. A. Struktur

Diliht dari tingkat organisasi struktur, protein dapat diklasifikasikan ke dalam empat kelas dengan urutan kerumitan yang berkurang. Kelas-kelas itu adalah :

1. Struktur primer. Ini adalah hanya urutan asam amino di dalam rantai protein. Dtruktur primer protein diselenggarakan oleh ikatan-ikatan (peptida) yang kovalen.
2. Struktur sekunder. Hal ini merujuk ke banyaknya struktur helix-aa atau lembaran berlipatan-B setempat yang berhubungan dengan struktur protein secara keseluruhan. Struktur sekunder protein diselenggarakan oleh ikatan-ikkatan hidrogen antara oksigen karbonil dan nitrogen amida dari rantai polipeptida.
3. Struktur tersier. Hal ini menunjuk ke cara rantai protein ke dalam protein berbentuk bulat dilekukkan dan dilipat untuk membentuk struktur tiga-dimensional secara menyeluruh dari molekul protein. Struktur tersier diselenggarakan oleh onteraksi antara gugus-fufus R dalam asam amino.
4. Struktur kuartener. Banyak protein ada sebagai oligomer, atau molekul-molekul besar terbentuk dari pengumpulan khas dari subsatuan yang identik atau berlainan yang dikenal dengan protomer (Poedjiadi, 2005).
5. B. Fungsi
   1. Membentuk jaringan/ bagian tubuh lain
   2. Pertumbuhan (bayi, anak, pubertas)
   3. Pemeliharaan (dewasa)
   4. Membentuk sel darah
   5. Membentuk hormon, enzym, antibody,dll
   6. Memberi tenaga (protein sparing efek)
   7. Pengaturan (enzim, hormone) (Anonim, 2009 (b))
   8. C. Anabolisme

Proses anabolisme atau sintesis protein secara garis besar dibagi dalam tiga tahap yaitu, tahap pemrakarsaan (initiation), tahan pemanjangan (elongation), dan tahap penghentian (termination).

1. 1. Tahap Initiation

Tahap ini merupakan tahap interaksi antara ribosom subunit besar dan subunit kecil. Inisiator aminosil tRNA hanya dapat berikatan dengan kodon AUG yang disebut juga kodon pemrakarsa, karena AUG adalah kode untuk asam amino metionin. Metionin ini akan digandeng oleh inisiator aminoasil tRNA, shingga tRNA ini sering disebut dengan Met-tRNA. Tahap inisiasi diawai dengan pemisahan ribosom sub unit besar dengan ribosom sub unit kecil.
b.Langkah kedua adalah Met-tRNA berinteraksi dengan GTP.
c. Langkah ketiga kombinasi Met-tRNA dan GTP akan bergabung dengan ribosom su-unit kecil. Dan ini akan mengakibatkan langkah selanjutnya.
d. Pada langkah keempat ribosom subunit kecil akan siap bergabung dengan mRNA dalam satu reaksi kompleks yang melibatkan hidrolisis ATP.
e. Pada langkah ke lima terjadi penyatuan ribosom sub unit kecil dan ribosom subunit besar yang disertai dengan hidrolisis GTP menjadi GDP.  Tahap ini diakhiri dengan gabungnya antara ribosom dengn mRNA dan Met-tRNA.
2. Tahap Pemanjangan (Elongasi)
Setelah terbentuk pemrakarsaan (initiating complex), maka ribosom subunit besar akan menempel pada ribosom sub unit kecil.dengan diahului oleh hidrolisis terhadap molekul GTP, sehingga dihasilkan dua tempat yang terpisah pada ribosom sub unti besar yaitu sisi P (Pepetidil) dan sisi A (aminoasil). Pada proses elongasi ribosom akan bergerak sepanjang mRNA untuk menerjemahkan pesan yang dibawa oleh mRNA dengan arah gerakan dari 5’ ke 3’.
Langkah pertama dari proses elongasi adalah reaksi pengikatan aminoasil tRNA (AA2) dengan GTP. Pada langkah sealnjutnya yaitu terjadi ikatan pada kompleks tersebut pada ribosom sisi A.
Pada langkah ketiga GTP dihidrolisis, Met RNA terdapat pada sisi P dan aminoasil-tRNA (AA2) pada sisi A siap untuk membentuk rantai peptide pertama.
Pada langkah keempat metionin yang digandeng oleh tRNA inisiator pada sisi P mulai terikat asam amino yang dibawa oleh tRNA pada sisi A dengan ikatan peptide yang membentuk dipeptida. Sehingga sisi P ribosom menjadi kosong, reaksi ini dikatalis oleh peptidil transferse yang dihasilkan oleh ribosom sub unit besar.
Pada langkah terakhir ribososm bergerak sepanjang mRNA menuju ke 3’ sehingga dipeptida yang sudah terbentuk dari sisi A aka berganti menempati sisi P, sehingga sisi A menjadi kosong. Dan pada sisi A akan terbuka kodon dan akan dimasuki tRNA. Setelah kedua tempat di ribosom terisi oleh tRNA yang menggandeng asm amino masing-masing, asam amio akan sangat berdekatan, dan akibatnya akan terjadi ikatan peptide diantara keduanya.
3. Tahap Penghentian (terminasi)
Pada tahap ini dikenal dengan tahap penghentian, Jadi tahap ini penejemahan kan berhenti apabila kodon penghenti (UAA, UAG, atau UGA) masuk ke sisi A. Hal ini akan terjadi jika tidak ada staupun tRNA yang memiliki anti kodon yang dapat berpasangan dengn kodon-kodon penghenti. Setelah itu sebgai pengganti tRNA, masuklah factor pembebas atau RF (Release Faktor) ke sisi A. Faktor ini bersama-sama dengan molekul GTP, melepaskan rantai polipepetida yang telai usai dibentuk oleh tRNA. Setelah itu RIbosom kembali terpisah menjadi unti besar dan unit kecil serta kembali ke sitosol untuk kemudian akan berfungsi lagi sebagia penerjemah (Marianti, 2007).

1. D. Katabolisme

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.
Terdapat  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 ammonium Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4+) 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
   1. Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat dan L-arginin
   2. Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea (Lehninger, 2005).

DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2009.  Karbohidrat.
http://id.shvoong.com/medicine-and-health/1799308-karbohidrat/
(diakses pada tanggal 15 Oktober 2009)
Anonim. 2009 (b).  Fungsi Protein.
http://rgilfan.wordpress.com/2008/05/27/fungsi-protein/
(diakses pada tanggal 15 Oktober 2009).
Campbell, dkk. 2003. Biology Jilid I. Jakarta: Erlangga.
Haryanto, Aris. 2009. Organa Digestoria
(kuliah pengantar Blok 3 tahun 2008)
Lehninger. 2005. Dasar-dasar Biokimia Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
Marianti, S. 2007. Biologi Sel. Yogyakarta : Graha Ilmu.

Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 2003. Biokimia Harper Edisi XXV. Penerjemah Hartono Andry. Jakarta: EGC
Nugroho, H. 2009. Metabolisme Lipid.
static.schoolrack.com/34773/5-metabolisme_lipid.doc
(diakses pada tanggal 15 Oktober 2009).

Nuringtyas 2009. Karbohidrat.
elisa.ugm.ac.id/files/chimera73/ulnVfTez/KARBOHIDRAT1.pdf
(diakses pada tanggal 14 Oktober 2009)

Piliang. W. 2006. Fisiologi Nutrisi. Bogor : IPB Press.