KATABOLISME: FUNGSI DAN PROSES KATABOLIK - BIOLOGI - 2025

The katabolisme meliputi semua reaksi degradasi zat dalam tubuh. Selain "memecah" komponen biomolekul menjadi unit terkecilnya, reaksi katabolik menghasilkan energi, terutama dalam bentuk ATP.

Jalur katabolik bertanggung jawab untuk menurunkan molekul yang berasal dari makanan: karbohidrat, protein dan lipid. Selama proses tersebut, energi kimia yang terkandung dalam ikatan dilepaskan untuk digunakan dalam aktivitas seluler yang membutuhkannya.

Sumber: Oleh EsquemaCatabolismo.svg: myself; koreksi kesalahan kecil: Basquetteurderivative work: Gustavocarra (EsquemaCatabolismo.svg), melalui Wikimedia Commons

Beberapa contoh jalur katabolik yang terkenal adalah: siklus Krebs, oksidasi beta asam lemak, glikolisis, dan fosforilasi oksidatif.

Molekul sederhana yang dihasilkan oleh katabolisme digunakan oleh sel untuk membangun elemen yang diperlukan, juga menggunakan energi yang disediakan oleh proses yang sama. Jalur sintesis ini adalah antagonis katabolisme dan disebut anabolisme.

Metabolisme suatu organisme mencakup reaksi sintesis dan degradasi, yang terjadi secara bersamaan dan terkendali di dalam sel.

fitur

Tujuan utama katabolisme adalah mengoksidasi nutrisi yang digunakan tubuh sebagai "bahan bakar", yang disebut karbohidrat, protein, dan lemak. Degradasi biomolekul ini menghasilkan energi dan produk limbah, terutama karbon dioksida dan air.

Serangkaian enzim berpartisipasi dalam katabolisme, yaitu protein yang bertanggung jawab untuk mempercepat kecepatan reaksi kimia yang terjadi di dalam sel.

Zat bahan bakar adalah makanan yang kita konsumsi sehari-hari. Makanan kita terdiri dari protein, karbohidrat, dan lemak yang dipecah oleh jalur katabolik. Tubuh secara istimewa menggunakan lemak dan karbohidrat, meskipun dalam situasi kelangkaan dapat menggunakan pemecahan protein.

Energi yang diekstraksi oleh katabolisme terkandung dalam ikatan kimia dari biomolekul yang disebutkan.

Saat kami mengonsumsi makanan apa pun, kami mengunyahnya agar lebih mudah dicerna. Proses ini dianalogikan dengan katabolisme, di mana tubuh bertugas "mencerna" partikel-partikel pada tingkat mikroskopis sehingga digunakan melalui jalur sintetik atau anabolik.

Proses katabolik

Jalur katabolik atau jalur mencakup semua proses degradasi zat. Kita dapat membedakan tiga tahap dalam proses tersebut:

- Biomolekul berbeda yang ditemukan di dalam sel (karbohidrat, lemak, dan protein) terdegradasi dalam unit dasar yang menyusunnya (masing-masing gula, asam lemak, dan asam amino).

- Produk dari tahap I diteruskan ke konstituen yang lebih sederhana, yang berkumpul dalam perantara umum yang disebut asetil-KoA.

- Akhirnya, senyawa ini memasuki siklus Krebs, di mana ia melanjutkan oksidasi hingga menghasilkan molekul karbon dioksida dan air - molekul terakhir yang diperoleh dalam reaksi katabolik apa pun.

Di antara yang paling menonjol adalah siklus urea, siklus Krebs, glikolisis, fosforilasi oksidatif, dan oksidasi beta asam lemak. Di bawah ini kami akan menjelaskan masing-masing rute yang disebutkan:

Siklus urea

Siklus urea adalah jalur katabolik yang terjadi di mitokondria dan di sitosol sel hati. Ini bertanggung jawab untuk pemrosesan turunan protein dan produk akhirnya adalah urea.

Siklus dimulai dengan masuknya gugus amino pertama dari matriks mitokondria, meskipun dapat juga masuk ke hati melalui usus.

Langkah reaksi pertama melibatkan ATP, ion bikarbonat (HCO ₃ ^- ) dan amonium (NH ₄ ⁺ ) karbomoil fosfat, ADP dan P _i . Langkah kedua terdiri dari penyatuan karbomoil fosfat dan ornitin untuk menghasilkan molekul sitrulin dan P _i . Reaksi ini terjadi dalam matriks mitokondria.

Siklus berlanjut di sitosol, di mana citrulline dan aspartate mengembun bersama dengan ATP untuk menghasilkan argininosuccinate, AMP dan PP _i . Argininosuccinate masuk ke dalam arginine dan fumarate. Arginin asam amino bergabung dengan air menghasilkan ornithine dan akhirnya urea.

Siklus ini saling berhubungan dengan siklus Krebs karena metabolit fumarat berpartisipasi dalam kedua jalur metabolisme tersebut. Namun, setiap siklus bertindak sendiri-sendiri.

Patologi klinis yang terkait dengan jalur ini mencegah pasien makan makanan yang kaya protein.

Siklus Krebs atau siklus asam sitrat

Siklus Krebs adalah jalur yang berpartisipasi dalam respirasi seluler semua organisme. Secara spasial, itu terjadi di mitokondria organisme eukariotik.

Prekursor siklus adalah molekul yang disebut asetil koenzim A, yang mengembun dengan molekul oksaloasetat. Penyatuan ini menghasilkan senyawa enam karbon. Dalam setiap revolusi, siklus tersebut menghasilkan dua molekul karbon dioksida dan satu molekul oksaloasetat.

Siklus dimulai dengan reaksi isomerisasi yang dikatalisis oleh aconitase, dimana sitrat masuk ke dalam cis-aconitate dan air. Serupa dengan itu, aconitase mengkatalisis jalannya cis-aconitate menjadi isocitrate.

Isocitrate dioksidasi menjadi oxalosuccinate oleh isocitrate dehydrogenase. Molekul ini didekarboksilasi menjadi alfa-ketoglutarat oleh enzim yang sama, isocitrate dehydrogenase. Alfa-ketoglutarat diubah menjadi suksinil-KoA oleh aksi dehidrogenase alfa-ketoglutarat.

Suksinil-KoA menjadi suksinat, yang dioksidasi menjadi fumarat oleh suksinat dehidrogenase. Secara berturut-turut fumarat menjadi l-malat dan akhirnya l-malat menjadi oksaloasetat.

Siklus tersebut dapat diringkas dalam persamaan berikut: Asetil-KoA + 3 NAD ⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 H ₂ O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH ₂ + GTP + 2 CO ₂ .

Glikolisis

Glikolisis, juga disebut glikolisis, adalah jalur penting yang ada di hampir semua organisme hidup, dari bakteri mikroskopis hingga mamalia besar. Rute tersebut terdiri dari 10 reaksi enzimatik yang memecah glukosa menjadi asam piruvat.

Prosesnya dimulai dengan fosforilasi molekul glukosa oleh enzim heksokinase. Ide dari langkah ini adalah untuk "mengaktifkan" glukosa dan menjebaknya di dalam sel, karena glukosa-6-fosfat tidak memiliki transporter yang dapat digunakan untuk melarikan diri.

Isomerase glukosa-6-fosfat mengambil glukosa-6-fosfat dan menyusunnya kembali menjadi isomer fruktosa-6-fosfatnya. Langkah ketiga dikatalisis oleh fosfofruktokinase dan produknya adalah fruktosa-1,6-bifosfat.

Kemudian, aldolase membelah senyawa di atas menjadi dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat. Ada kesetimbangan antara kedua senyawa ini yang dikatalisis oleh triosa fosfat isomerase.

Enzim gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase menghasilkan 1,3-bifosfogliserat yang diubah menjadi 3-fosfogliserat pada langkah berikutnya oleh fosfogliserat kinase. Mutase fosfogliserat mengubah posisi karbon dan menghasilkan 2-fosfogliserat.

Eolase mengambil metabolit terakhir dan mengubahnya menjadi fosfoenolpiruvat. Langkah terakhir di jalur dikatalisis oleh piruvat kinase dan produk akhirnya adalah piruvat.

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif adalah proses pembentukan ATP berkat transfer elektron dari NADH atau FADH ₂ ke oksigen dan merupakan langkah terakhir dalam proses respirasi sel. Itu terjadi di mitokondria dan merupakan sumber utama molekul ATP dalam organisme respirasi aerobik.

Pentingnya tidak dapat disangkal, karena 26 dari 30 molekul ATP yang dihasilkan sebagai produk oksidasi lengkap glukosa menjadi air dan karbon dioksida terjadi melalui fosforilasi oksidatif.

Secara konseptual, fosforilasi oksidatif memasangkan oksidasi dan sintesis ATP dengan aliran proton melalui sistem membran.

Jadi, NADH atau FADH _{2 yang} dihasilkan dalam rute yang berbeda, sebut saja glikolisis atau oksidasi asam lemak, digunakan untuk mereduksi oksigen dan energi bebas yang dihasilkan dalam proses tersebut digunakan untuk sintesis ATP.

β-oksidasi asam lemak

-Oksidasi adalah sekumpulan reaksi yang memungkinkan oksidasi asam lemak menghasilkan energi dalam jumlah besar.

Proses ini melibatkan pelepasan daerah asam lemak dua karbon secara berkala melalui reaksi sampai asam lemak benar-benar terdegradasi. Produk akhirnya adalah molekul asetil-KoA yang dapat memasuki siklus Krebs untuk teroksidasi sepenuhnya.

Sebelum oksidasi, asam lemak harus diaktifkan, di mana ia mengikat koenzim A. Transporter karnitin bertanggung jawab untuk mentranslokasi molekul ke matriks mitokondria.

Setelah langkah-langkah sebelumnya, oksidasi β sendiri dimulai dengan proses oksidasi, hidrasi, oksidasi oleh NAD ⁺ dan tiolisis.

Peraturan katabolisme

Harus ada serangkaian proses yang mengatur reaksi enzimatik yang berbeda, karena ini tidak dapat bekerja sepanjang waktu pada kecepatan maksimumnya. Dengan demikian, jalur metabolisme diatur oleh sejumlah faktor termasuk hormon, kontrol saraf, ketersediaan substrat, dan modifikasi enzimatik.

Dalam setiap rute harus ada setidaknya satu reaksi yang tidak dapat diubah (yaitu, terjadi hanya dalam satu arah) dan yang mengarahkan kecepatan seluruh rute. Hal ini memungkinkan reaksi bekerja pada kecepatan yang dibutuhkan oleh sel dan mencegah jalur sintesis dan degradasi bekerja pada waktu yang sama.

Hormon adalah zat yang sangat penting yang bertindak sebagai pembawa pesan kimiawi. Ini disintesis di berbagai kelenjar endokrin dan dilepaskan ke aliran darah untuk bertindak. Beberapa contohnya adalah:

Kortisol

Kortisol bekerja dengan memperlambat proses sintesis dan meningkatkan jalur katabolik di otot. Efek ini terjadi dengan pelepasan asam amino ke dalam aliran darah.

Insulin

Sebaliknya, ada hormon yang memiliki efek sebaliknya dan menurunkan katabolisme. Insulin bertanggung jawab untuk meningkatkan sintesis protein dan pada saat yang sama menurunkan katabolisme mereka. Dalam hal ini, proteolisis meningkat, yang memfasilitasi keluaran asam amino ke otot.

Beda dengan anabolisme

Anabolisme dan katabolisme adalah proses antagonis yang terdiri dari totalitas reaksi metabolisme yang terjadi pada suatu organisme.

Kedua proses tersebut membutuhkan banyak reaksi kimia yang dikatalisasi oleh enzim dan berada di bawah kendali hormonal yang ketat yang mampu memicu atau memperlambat reaksi tertentu. Namun, mereka berbeda dalam aspek fundamental berikut:

Sintesis dan degradasi molekul

Anabolisme terdiri dari reaksi sintesis sedangkan katabolisme bertanggung jawab atas degradasi molekul. Meskipun proses-proses ini terbalik, mereka terhubung dalam keseimbangan metabolisme yang rumit.

Anabolisme dikatakan sebagai proses divergen, mengambil senyawa sederhana dan mengubahnya menjadi senyawa yang lebih besar. Berlawanan dengan katabolisme, yang diklasifikasikan sebagai proses konvergen, karena diperolehnya molekul kecil seperti karbon dioksida, amonia, dan air, dari molekul besar.

Jalur katabolik yang berbeda mengambil makromolekul yang menyusun makanan dan menguranginya menjadi konstituen terkecilnya. Jalur anabolik, sementara itu, mampu mengambil unit ini dan membangun molekul yang lebih rumit lagi.

Dengan kata lain, tubuh harus "mengubah konfigurasi" unsur-unsur penyusun makanan agar dapat digunakan dalam proses yang dibutuhkan.

Prosesnya analog dengan permainan Lego yang populer, dimana penyusun utamanya dapat membentuk struktur yang berbeda dengan berbagai macam tatanan ruang.

Penggunaan energi

Katabolisme bertanggung jawab untuk mengekstraksi energi yang terkandung dalam ikatan kimia makanan, oleh karena itu tujuan utamanya adalah pembangkitan energi. Degradasi ini terjadi, dalam banyak kasus, oleh reaksi oksidatif.

Namun, tidak mengherankan bahwa jalur katabolik membutuhkan penambahan energi pada langkah awalnya, seperti yang kita lihat pada jalur glikolitik, yang membutuhkan inversi molekul ATP.

Di sisi lain, anabolisme bertanggung jawab untuk menambahkan energi bebas yang dihasilkan dalam katabolisme untuk mencapai perakitan senyawa yang diinginkan. Baik anabolisme dan katabolisme terjadi secara konstan dan bersamaan di dalam sel.

Umumnya, ATP adalah molekul yang digunakan untuk mentransfer energi. Ini dapat berdifusi ke area di mana ia dibutuhkan dan saat menghidrolisis energi kimia yang terkandung dalam molekul dilepaskan. Demikian pula, energi dapat diangkut sebagai atom atau elektron hidrogen.

Molekul-molekul ini disebut koenzim dan termasuk NADP, NADPH, dan FMNH ₂ . Mereka bertindak melalui reaksi reduksi. Selanjutnya, mereka dapat mentransfer kapasitas pereduksi menjadi ATP.

Referensi

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Dasar Farmakologis Perawatan Akut. Penerbitan Internasional Springer.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Undangan ke biologi. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Ensiklopedia nutrisi dan kesehatan yang baik. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Dasar-dasar Biokimia: Kehidupan di tingkat molekuler. Panamerican Medical Ed.