Dulu merupakan cabang atau bagian dari Ilmu Kimia Organik atau Ilmu Fisiologi Kesehatan. Pada tahun 1940 berkembang dengan pesat sehingga dapat menerangkan

fenomena biologis secara kimiawi, sehingga disepakati sebagai ilmu yang berdiri sendiri.

Tiga alasan yang mendasari:1 Pengakuan atas sistem multi enzim pada jalur

metabolisme2 Pada proses metabolisme terjadi perpindahan energi3 Sifat hereditas (pewarisan sifat) dapat dijelaskan

secara kimiawi

Suatu pertanyaan mendasar yang harus dijawab oleh Biokimia adalah “Mengapa kumpulan unsur-unsur kimia (senyawa ) tak hidup tersebut yang terdapat di dalam mahluk hidup setelah berinteraksi justru dapat menampakkan ciri-ciri kehidupan ?”

I. Mahluk hidup sangat kompleks, sangat ter-organisasi dan dapat mengorganisasikan diri. Organ atau kesatuan aktivitas terkecil mem-punyai fungsi khusus dan secara bersamaan melakukan fungsinya.

II. Mahluk hidup mempunyai kemampuan untuk mengekstraksi energi dari lingkungannya dan mengubah energi tersebut dalam bentuk lain.

III. Dapat menurunkan sifat atau mereplikasi dirinya dengan tepat dan terencana (Reproduksi)

CH3 H2O H2 N2 PO34

Senyawa dasar (Protobion)

Mono Gula Asam AsamSenyawa

Nukleotidasederhana amino lemak penyusun

Asam Poli MAKRONukleat sakarida Protein Lipida MOLEKUL

Organel

Sel

Organ

MAHLUK HIDUP

Hewan adalah mahluk hidup yang kaya protein, sedangkan tumbuhan kaya akan karbohidrat.

Lebih dari 50% mahluk hidup terdiri dari air

Senyawa yang menyusun mahluk hidup sebagian besar adalah senyawa yang mengandung unsur C, H , O dan N

Semua perubahan kimia dan energi yang terjadi di dalam sel disebut METABOLISME

Metabolisme meliputi kegiatan:1. Ekstraksi energi serta perubahannya ke bentuk

energi lainnya2. Mengubah senyawa yang terdapat dalam makanan

menjadi senyawa lain yang dibutuhkan3. Mengurai dan membentuk senyawa kimia yang

diperlukan

Metabolisme mencakup 2 fase yang berbeda:1. Katabolisme, proses penyederhanaan senyawa

kompleks. Dalam fase ini dibebaskan energi2. Anabolisme, penyusunan senyawa dasar menjadi

yang lebih besar dan lebih kompleks. Proses ini membutuhkan energi

Reaksi yang terjadi di dalam sel disebut reaksi biokimia yang pada umumnya merupakan reaksi Reduksi-Oksidasi

(Redoks). Reduksi adalah proses penangkapan elektron sedangkan Oksidasi adalah pelepasan elektron.

A A+ + e- OksidasiB + e- B- Reduksi

Dalam reaksi Reduksi-Oksidasi jika satu senyawa teroksidasi maka harus ada senyawa lain yang tereduksi .

A + B A+ + B-

A teroksidasi menjadi A+

dan B tereduksi menjadi B-

(C6H12O6) n + 6 O2 6CO2 + 6H2O

Karbohidrat teroksidasi menjadi CO2 sedangkan O2

(Oksigen) tereduksi menjadi H2O

Reaksi Redoks baru dapat berlangsung jika ada yang dapat menangkap (Akseptor) dan melepaskan (Donor) elektron. Dalam reaksi biokimia yang bertindak sebagai Akseptor atau Donor elektron adalah suatu senyawa yang disebut Koenzim

DPN DPNH + H+

CH3 CH3

CHOH CO

COOH COOHDPN DPNH + H+

Asam Laktat Asam PiruvatElektron dalam bentuk ion H+ yang dilepaskan

ditangkap oleh DPN atau sebaliknya, elektron yang

dibutuhkan berasal dari DPNH2.

Reaksi kimia dapat berlangsung melalui proses kimia biasa atau dapat pula berlangsung dengan bantuan enzim. Reaksi kimia melalui bantuan enzim disebut REAKSI BIOKMIA

Reaksi dengan bantuan enzim dapat berlangsung 1020 kali lebih cepat dari kecepatan reaksi kimia biasa

REAKSI BIOKIMIA1. Terjadi degradasi

substrat sebelum mencapai hasil akhir

2. Energi yang dihasilkan dapat ditangkap dan disimpan

3. Enzim menurunkan energi aktivasi yang diperlukan serendah mungkin

REAKSI KIMIA BIASA1. Substrat awal dirom-

bak secara langsung untuk menghasilkan produk

2. Energi yang dihasilkan umumnya tidak di gunakan lagi (entropi)

3. Membutuhkan energi aktivasi yang lebih tinggi

Sebagai perbandingan:Reaksi pemecahan 1 mol H2O2

Tanpa enzim dibutuhkan energi 18.000 Kal.Dengan koloid Pt dibutuhkan 11.700 Kal.Dengan enzim Katalase hanya 5.500 Kal.

Reaksi inversi 1 mol SukrosaDengan H+ dibutuhkan energi26.000 Kal.Dengan ragi invertase hanya 11.500 Kal.

Hidrolisa 1 mol Etil ButiratDengan H+ dibutuhkan energi13.600 Kal.Dengan enzim Lipase hanya 4.200 Kal.

Salah satu ciri hidup adalah kemampuan untuk mengekstraksi energi dari lingkungannya.

Sel Autotrofik mensintesis energi dari sinar matahari dan senyawa anorganik (Fotosintesis).

Sel heterotrofik mengekstraksi energi dari senyawa organik yang terkandung dalam makanannya (Respirasi)

Energi yang diperoleh dari lingkungannya tersebut diubah dan disimpan dalam bentuk Adenosin Tri Phosphat (ATP)

Termasuk senyawa mononukleotida yakni salah satu dari monomer Asam Nukleat

Terbentuk dari pemecahan Glukosa melalui respirasi aerob dan fermentasi Glukosa menjadi Asam Laktat dan Alkohol.

ATP dapat dihasilkan dari fosforilasi oksidatif ADP dan AMP (Adenosin Di/Mono fosfat).

ATP dapat dihidrolisis menjadi ADP dan AMPATP + H2O ADP + P

AMP + 2 P

Bahan makanan yang disintesa oleh tumbuhan dari CO2 dan H2O melalui proses fotosintesis diekstraksi di dalam sel melalui proses respirasi dan disimpan dalam bentuk ATP

ATP yang terbentuk masuk ke pusat kegiatan metabolisme (sel)

Energi yang terkandung dalam ATP dipakai untuk:1. Biosintesa senyawa organik2. Kerja mekanik sel dan jaringan3. Kerja transfer (transpor materi)

Akibatnya ATP terhidrolisis menjadi ADP + P ADP kembali menjalani fosforilasi oksidatif

melalui proses respirasi menjadi ATP kembali

ATP

H2O CO2

RESPIRASI

O2 Nutrisi KERJA MEKANIK

BIOSINTESAKERJA TRANSFER

ADP + P

Senyawa yang sangat penting bagi tibuh dan me-

rupakan konponen utama sitoplasm. Air sangat berperan dalam metabolisme sel.

Fungsi air Pengangkut dan Pelarut senyawa nutrisi Menjaga tekanan osmotik sel Pelarut senyawa buangan (Ekskresi) Media berbagai macam reaksi biokimia Menjaga keseimbangan panas tubuh

Sebagai zat pelarut yang sangat baik disebabkan karena dua sifat molekul air yaitu:1. Molekul air bersifat Bipolar, unsur

Oksigen merupakan kutub yang bermuatan negatif, dan unsur Hidrogen adalah kutub yang lebih bermuatan positif

2. Molekul air mudah sekali berdisosiasiH2O H+ + OH-

H +

O - H2O bersifat Bipolar

H +

Sifat bipolar dari air memungkinkan membentuk ikatan Hidrogen dengan molekul air lainnya dan dengan molekul polar lainnya

H O CH3----CH2----CH2----O

O H H O H

H H H

- - - Ikatan hidrogen

I. Molekul non polar tidak membentuk ikatan hidrogen dengan air, dan

II. Adanya molekul non polar tersebut dalam air mencegah air membentuk ikatan hidrogen

Kecenderungan air membentuk ikatan hidrogen antara dua molekul air menyebabkan disosiasi molekul air akan membentuk ion hidroksil (OH)- dan ion hidronium (H3O)+

2H2O (H3O)+ + (OH)-

Kesepakatan para ahli, ion hidronium dinyatakan secara sederhana sebagai H+ maka disosiasi air menjadi:

H2O (H)+ + (OH)-

Besarnya disosiasi air terbatas Pada air murni:

{H+} {OH-}Kd = __________________ = 1,8 x 10 -14 Mol/L

H2O

{H+} = 10 -7 Mol/L dan {OH-} = 10 -7 Mol/L

Karena disosiasi air terbatas dan Kd air bersifatkonstan maka konsentrasi {H+} dan {OH-} dalam larutan berbanding terbalik satu sama lain. Jika salah satu konsentrasi ion diketahui maka yang lain dapat dihitung.

Suatu larutan yang berkenaan dengan disosiasi yang menghasilkan ion {H+} sering dinyatakan dengan pH (derajat keasaman suatu larutan)

pH suatu larutan adalah minus logaritma besarnya konsentrasi ion {H+}

pH = __ log {H+}

pH Air murni = __ log {H+} = __ log 10 -7

= 7 (pH netral)

Setiap aktivitas sel merupakan reaksi kimia. Untuk memulai reaksi diperlukan masukan energi yang disebut energi aktivasi.

Enzim adalah protein yang dapat mengurangi energi aktivasi yang diperlukan misalnya dengan cara menciptakan suasana yang kondusif untuk berlangsungnya suatu reaksi

Enzim bertindak sebagai Biokatalisator yaitu mem-percepat reaksi tanpa turut mengalami perubahan

Tanpa Enzim reaksi kimia di dalam sel berlang-sung sangat lambat yang dapat menyebabkan ke-matian sel

Energi AktivasiTanpa enzim

Dengan enzim

Pada reaksi enzimatik dibutuhkan energi aktivasi Jauh lebih sedikit untuk mengaktivasi zat atau se-nyawa mencapai keadaan transisi untuk berubah menjadi zat atau senyawas lain.

Sifat kimia enzim baru diketahui pada awal abad ke 20 meskipun penggunaannya telah ada sejak zaman pra sejarah seperti pembuatan wine dan dadih.

Mulai tahun 1960-an penggunaan enzim berkembang pesat baik dalam skala kecil maupun skala industri

Enzim berasal dari kata Enzyme dari bahasa yunani yang artinya di dalam

Saat ini enzim sudah dapat dipisahkan atau diisolasi dalam bentuk ekstraks murni enzim

Enzim adalah sebuah senyawa protein yang khusus disintesa untuk mengkatalis reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel.

Struktur senyawa enzim merupakan rantai polipeptida asam amino yang berlipat-lipat membentuk gumpalan disebut globula

Pada globula terdapat celah tempat substrat yang akan dikatalis masuk dan bersifat komplementer.

Substrat yang masuk harus benar-benar pas dan cocok dengan celahnya

ENZIM

ENZIM

ENZIM + SUBSTRAT

SUBSTRAT

SUBSTRAT LAIN

PRODUK

Dalam aktivitasnya enzim membutuhkan koenzim yang umumnya berupa senyawa organik atau ion logam

Terdiri dari dua bagian: Bagian protein di-sebut Apoenzim dan bagian yang bukan protein disebut Koenzim sedangkan secara keseluruhan disebut Holoenzim

Fungsi khusus enzim1. Menurunkan energi aktivasi2. Mempercepat reaksi3. Mengendalikan reaksi

Ada beberapa cara penamaan enzim diantara nya adalah:1. Berdasarkan nama substrat yang dikatalis-

nya misalanya: Sukrase, Glukose, Selulase2. Berdasar nama organisme yang menghasil-

kannya, misalnya Papain dan Pisin3. Berdasarkan jenis reaksi yang dikatalisnya

misalnya: Reduktase, Karboksilase, Trans- ferase, Fosforilase dan Dehidrogenase

Di dalam biokimia disepakati penamaan enzim dilakukan dengan cara:

Nama substrat + Jenis reaksi + akhiran “ase”

Contoh: Perubahan Asam laktat menjadi Asam piruvat Substrat yang akan dikatalis: Asam Laktat Jenis reaksi: Pelepasan elektron dalam

bentuk ion hidrogen (Dehidrogenasi)Maka nama enzim yang mengkatalis adalah:

Laktat Dehidrogenase

SIKLUS KATALITIKI. Perkaitan Substrat: Substrat berkaitan

dengan enzim pada celah membentuk kompleks enzim substrat

II. Induced Fit: Ikatan dengan substrat menginduksi enzim sehingga lebih pas berkaitan

III. Katalitis: Ketika reaksi dikatalisis substrat berubah dengan cara yang spesifik misalnya pemutusan atau penggabungan yang berlipat ganda

IV. Pelepasan Produk: Hasil reaksi dilepaskan sebagai produk dan enzim tetap berada dalam bentuk aslinya

I. Suhu: Peningkatan suhu ringan dapat mempercepat kerja enzim, sebaliknya penurunan suhu memper-lambat bahkan dapat menonaktifkan enzim. Suhu yang terlalu tinggi menyebabkan enzim terdenaturasi

II. pH: Umumnya enzim bekerja optimal pada pH netral. Ada beberapa enzim yang bekerja pada pH rendah. Lingkungan yang terlalu asam atau terlalu basa dapat mendenaturasi enzim

III. Inhibitor (zat penghambat): Suatu molekul yang dapat berkaitan dengan enzim dan menghambat kerja enzim.1. Inhibitor kompetitif menyerupai bentuk substrat dan bersaing dengan substrat untuk menempel pada enzim2. Inhibitor nonkompetitif berkaitan pada enzim sehingga enzim tidak dapat mengikat substrat.

I TANPA INHIBITORS + E SE P + E

II. INHIBITOR KOMPETITIF I + S + E SI

Non aktif

III. INHIBITOR NON KOMPETITIFS + I + E SI + S Non aktifS + I + E SIE Non aktif

S = Substrat E = EnzimI = Inhibitor P = Produk

Banyak enzim di dalam tubuh manusia berada dalam keadaan tidak aktif. Bentuk tidak aktif tersebut dikenal sebagai PRO ENZIM atau ZIMOGEN.

Koenzim atau kofaktor adalah senyawa yang menempel pada bagian protein enzim. Dapat berupa senyawa organik atau unsur logam

Koenzim berfungsi sebagai pembawa elektron Misalnya DPN (difosfo piridin nukleotida) dalam

reaksi perubahan Asam laktat menjadi Asam piruvat:

CH3 DPN DPNH2 CH3

DehidrogenasiHCOH CO

HidrogenasiOCOH HOCO

DPN DPNH2

Asam Laktat Asam PiruvatDalam reaksi ini akseptor elektron adalah koenzim DPN, dan sebagai donor elektron adalah DPNH2

1. Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD)2. Flavin Mononukleotida (FMN)3. Difosfo Piridin Nukleotida (DPN ) Sebagai

pembawa elektron dalam reaksi dehidrogenasi4. Tiamin Piro Fosfat (TPP) Vitamin B1 yang

berfungsi dalam reaksi transpor gugus asil5. Piridoksal Fosfat (PP) Vitamin B6 yang

berfungsi dalam reaksi transfer gugus amin6. Koenzim A merupakan senyawa asam

pentatonat berfungsi dalam reaksi transfer gugus asil

7. Biositin lebih dikenal sebagai Biotin berfungsi dalam reaksi Karboksilasi

Zn2+ berperan pada reaksi Alkohol Dehidro-genasi

Fe2+ terdapat pada enzim Sitokrom katalase

K+ pada enzim piruvat fosfokinase Mg2+ terdapat pada enzim

fosfattransferase Na2+ melekat pada enzim Plasma ATP-ase Cu2+ terdapat pada enzim Tirokinase

FUNGSI: Penyedia bahan bakar atau sumber energi Pembangun struktur jaringan tubuh,

pertumbuhan dan pergantian sel. Pelindung dan pertahanan tubuh.

Menurut Kebutuhan: Makronutrien, diperlukan dalam jumlah yang

relatif cukup banyak Mikronutrien, diperlukan dalam jumlah yang

sedikit

Menurut Jenis Senyawa: Nutrisi Organik: Karbohidrat, Lemak, Protein dan

Vitamin Nutrisi Anorganik: Mineral dan Air

Nutrisi organik adalah jenis makanan yang di bentuk atau terdiri dari senyawa-senyawa organik, yaitu jenis senyawa yang umumnya ter- dapat atau berasal dari mahluk hidup.

Organisme heterotrofik (hewan, termasuk juga manusia) memperoleh makanan dengan cara me-makan mahluk hidup lainnya. Organisme auto-trofik memperoleh makanan dengan mensintesa senyawa anorganik melalui Fotosintesis.

Nutrisi organik bagi manusia adalah: Karbohidrat, Lemak, Protein dan Vitamin.

Karbohidrat merupakan senyawa polimer yang disusun oleh banyak Monosakarida.

Berdasar jumlah momomer:a. Monosakarida, satu buah monomerb. Oligosakarida, terdiri dari 2–10 monomer c. Polisakarida, dibentuk oleh >10 monomer

Di alam karbohidrat merupakan hasil sintesa CO2 dan H2O oleh organisme autotrofik dengan bantuan sinar mata hari (fotosintesis).

Manusia dan hewan tingkat tinggi memperoleh karbohidrat ini dengan cara memakan organisme lain yang mengandung karbohidrat.

MONOSAKARIDA (C6H12O6)Senyawa karbohidrat dengan satu gugus gula (sakarida). Monosakarida umumnya mengandung 3 – 7 atom C. Rasanya manis dan mudah larut dalam air. Diantaranya: Glukosa, Fruktosa, dan Galaktosa.

DISAKARIDA (C6H12O6)2

Disusun oleh 2 gugus sakarida, berasa manis dan mudah larut dalam air. Contoh dari disakarida adalah:1. Maltosa dibentuk oleh 2 glukosa2. Sakarosa dibentuk oleh glukosa dan fruktosa3. Laktosa disusun oleh glukosa dan galaktosa

POLISAKARIDA (C6H12O6)n

Dibentuk oleh > 10 gugus sakarida, tidak berasa dan tidak mudah larut dalam air. Amilum adalah polisakarida yang terdapat pada tumbuhan sebagai cadangan makanan, sedangkan pada hewan dan manusia adalah Glikogen

Fungsi Karbohidrat:1. Penyedia bahan bakar atau sumber energi2. Sebagai pembangun struktur tubuh3. Sebagai pelindung dan pertahanan tubuh

Karbohidrat baru dapat dimanfaatkan oleh sel setelah dicerna menjadi satuan-satuan senyawa sakarida yang lebih sederhana sehingga dapat diserap oleh tubuh.

Pencernaan karbohidrat secara mekanis terjadi di rongga mulut di-mana karbohidarat di hancurkan menjadi bagian-bagian kecil,

Secara kimiawi (enzimatis), karbohidrat mengalami hidrolisis oleh air dengan bantuan enzim Ptialin (α-amilase) yang disekresi oleh Kelenjar Parotis. 3 – 5 % karbohidrat telah terhidroisis. Kerja ptialin masih berlangsung hingga 1 jam setelah makanan masuk lambung.

Di usus 12 jari (duodenum) pencernaan karbohidrat berlanjut oleh enzim α-amilase yang disekresikan bersama getah pankreas

Hasil akhir pencernaan karbohidrat adalah senyawa monosakarida diantaranya: Glukosa, Fruktosa, Galaktosa dan beberapa disakarida

Lemak adalah senyawa kompleks yang dibentuk oleh beberapa Asam lemak yang melekat pada kerangka dasarnya.

Berdasarkan kerangkanya, senyawa lemak dapat dibedakan:

A. Senyawa lemak kompleks:1. Triasil gliserol atau Trigliserida rangkanya Gliserol2. Fosfolipida, rangka dasarnya Gliserolfosfat3. Spingolipida, rangka dasarnya Spingosin4. Lilin, dengan rangka dasar Alkohol

B. Senyawa sederhana1. Terpena, rangka dasarnya Isoprena2. Steroid, dengan rangka dasar Asam asetat

Di dalam sistem pencernaan, lemak dihidrolis oleh air dengan bantuan enzim lipase yang berlangsung didalam usus halus (intestinum).

Lemak dihidrolisis menjadi Asam lemak-asam lemak bebas dan kerangka dasarnya.

Asam lemak bebas yang dihasilkan kemudian diserap melalui lapisan mukosa usus halus.

Di mulut dan lambung tidak terjadi pemecahan lemak karena tidak ada enzim pemecah lemak di organ tersebut.

Misalnya Triasil Gliserol: O O

H2C--C--C--R1 H2C--OH R1—C--OH

O H2O O HC--C--C--R2 HC—OH R2—C--OH

O Lipase O H2C--C--C--R3 H2C—OH R3—C—OH

Triasil Giliserol Gliserol Asam lemak

Gliserol adalah rangka dasar dari Triasil Gliserol. Asam lemak bebas

yang dihasilkan dapat sama R1=R2=R3 atau tidak sama R1≠R2≠R3

Penamaan Asam lemak didasari oleh jumlah atom c pada

rantai karbonnya:

Secara umum fungsi protein adalah: Sebagai bahan pembangun dan pelindung tubuh.

Menurut jenis fungsinya:A. Protein Struktural, protein yang berkaitan dengan

pembentukan sel, penyusunan jaringan atau organ. Umumnya berikatan dengan senyawa lain.

B. Protein Fungsional, protein yang berkaitan dengan fungsi metabolisme sel misalnya enzim, hormon, antibodi dan sel darah merah.

Di Lambung protein dipecah oleh enzim Pepsin menjadi protein yang lebih sederhana misalnya Proteosa, Pepton, dan polipeptida sederhana.

Enzim Tripsin dan Kemotripsin memecah protein lebih lanjut menjadi senyawa polipeptida sederhana yang berukuran lebih kecil

Senyawa polipeptida tersebut diuraikan oleh enzim Polipeptidase menjadi satuan-satuan penyusun protein yaitu Asam Amino bebas.

Menurut nilai gizinya Asam amino dapat dibeda kan menjadi:A. Asam Amino Essensial, yaitu asam amino yang tidak

dapat disintesa oleh tubuh manusia. Diperoleh hanya dari jenis nutrisi yang mengandung asam amino essensial tersebut.

B. Asam Amino Nonessensial, yaitu jenis asam amino yang dapat disintesa oleh sel tubuh manusia.

Asam amino essensial: Leusin, Isoleusin, Lisin, Valin, Fenilalanin, Histidin, Treonin, Triptopan dan Arginin.

Asam amino nonessensial: Alanin, Asparagin, Aspartat, Glisin, Sistein, Prolin, Serin, Tripsin, Glutamat dan Glutamin.

Protein hewani dianggap sebagai protein sempurna karena umumnya mengandung asam amino essensial yang relatif lengkap. Sedangkan protein nabati tidak sempurna kecuali protein pada beberapa tumbuhan kacang-kacangan (Leuguminoceae)

Vitamin adalah senyawa organik kompleks yang dibutuhkan tubuh manusia dalam jumlah yang relatif sedikit.

Bersifat essensial karena kecuali vitamin K, semua jenis vitamin tidak dapat disintesa oleh tubuh.

Secara umum fungsi vitamin adalah mengoptilmal-kan proses-proses metabolisme sel tubuh

Kekurangan vitamin sering disebut AvitaminosisKekurangan atau kelebihan vitamin dapat

menyebab-kan gangguan pada proses metabolisme. Umum-nya jika kelebihan vitamin akan dikeluarkan ber-sama urin

Berdasarkan sifat kelarutannya:A. Vitamin yang larut dalam lemak. Vitamin ini

meliputi vitamin A, D, E dan K yang lebih tahan panas dan dapat disimpan dalam tubuh yaitu pada jaringan lemak.

B. Vitamin yang dapat larut dalam air. Meliputi golongan vitamin B dan vitamin C. Tidak tahan terhadap suhu yang tinggi, dan tidak dapat disimpan dalam tubuh.

Karena diperlukan dalam jumlah yang relatif sedikit maka vitamin termasuk Mikronutrien dan Nutrisi organik.

Mineral merupakan unsur non organik yang umumnya berupa ion logam yang dibutuhkan oleh tubuh dalam jumlah yang relatif sedikit.

Secara umum fungsi mineral adalah: bersama dengan vitamin mengoptimalkan proses-proses metabolisme tubuh. Sebagian besar bertindak sebagai Koenzim atau Kofaktor suatu enzim.

Menurut jumlah yang dibutuhkan tubuh:I. Mineral makro (macro element). Dibutuhkan

lebih dari 100 mg perhari. Diantaranya adalah: Calcium, Phosphor, Kalium, Natrium dan Sulfur.

II. Mineral mikro (thrash element). Dibutuhkan kurang dari 100 mg per hari. Diantaranya adalah: Zn, Fe, Cu, Iodium, Selenium dan Mangan (Mn).

I. Tujuan praktikun:Mengetahui dan mempelajari metode uji untuk mengetahui suatu zat nutrisi tertentu yang terkandung dalam suatu jenis makanan

II. Alat dan bahan:Alat-alat: Tabung reaksi Gelas ukur Pipet

Rak tabung Penjepit MortarGelas kimia Pembakar spirtus

Bahan-bahan:Larutan Lugol Larutan Fehling A dan BLarutan Benedict Larutan BiuretKertas buram AirBerbagai jenis makanan misalnya Telur, Roti, Pisang, dll.

III. Cara Kerja: - Haluskan masing-masing jenis makanan dengan mortal dan

tambahkan sedikit air. Kemudian diaduk sehingga menjadi semacam larutan

- Masukan setiap satu sampel larutan makanan dengan pipet ke dalam 3 tabung reaksi masing-masing setinggi + 1 cm.

- Beri tanda untuk setiap tabung reaksi dari setiap jenis sampel larutan makanan (misal: IA, IB, IC, dst)

IV. Pengujian/percobaan1. Uji Amilum- Masukan 2 tetes larutan Lugol kedalam tabung reaksi A untuk

setiap sampel jenis makanan- Larutan lugol akan memberikan warna Biru tua terhadap

Amilum.2. Uji Glukosa- Masukan 5 tetes larutan Fehling A dan B kedalam tabung

reaksi B untuk setiap sampel makanan dan diaduk hingga homogen.

- Dengan menggunakan penjepit, panaskan tabung reaksi tersebut selama + 1 menit. Amatilah perubahan warna yang terjadi.

- Larutan Fehling A dan B memberikan warna Merah bata terhadap reaksi Glukosa.

3. Uji Protein- Masukan 3 tetes larutan Biuret ke dalam tabung reaksi C untuk

setiap sampel jenis makanan, kemudian aduk sampai homogen.- Amati perubahan warna yang terjadi pada setiap tabung reaksi

tersebut.- Larutan Biuret akan memberikan warna Ungu terhadap reaksi

protein.

4. Uji Lemak- Teteskan 1 atau 2 tetes sampel larutan setiap jenis makanan

pada kertas buram dan biarkan mengering.- Amati setiap bekas tetesan sampel larutan makanan dengan

cara diterawang.- Kertas buram nampak transparan atau bernoda pada bekas

tetesan jika sampel larutan jenis makanan tersebut mengandung lemak.

Catat dan masukan data hasil pengamatan dalam sebuah tabel. Beri tanda + jika hasil percobaan memberikan perubahan warna yang dimaksud dan tanda – jika tidak. Tentukan jenis makanan apa saja yang mengandung Karbohidrat, Lemak, Glukosa dan protein.

Hasil dari pencernaan ekstra seluler adalah sebagai berikut:

Karbohidrat menghasilkan senyawa monosakarida terutama Glukosa, Fruktosa, Galaktosa dan disakarida sederhana’

Protein menghasilkan Asam-asam amino bebas dan poli peptida sederhana.

Lemak menghasilkan Asam-asam lemak bebas dan se-nyawa lipida sederhana

Senyawa-senyawa sederhana tersebut kemudian didistri-busikan melalui sistem sirkulasi masuk ke pusat kegiatan metabolisme yaitu Sel. Proses metabolisme dari senyawa-senyawa sederhana tersebut berlangsung sesuai dengan fungsi utamanya:

Monosakarida dan disakarida sederhana akan masuk ke jalur Katabolisme sesuai dengan fungsi utamanya sebagai sumber energi. Jika berlebih akan masuk jalur anabolisme untuk disintesa sebagai sumber energi cadangan.

Asam lemak dan asam amino bebas akan masuk jalur anabolisme untuk disintesa sebagai bahan struktural dan fungsional pembentuk sel dan jaringan tubuh.

Jika sumber energi langka (kekurangan karbo-hidrat), Asam amino dan asam lemak akan masuk ke jalur katabolisme untuk dioksidasi menghasilkan energi.

Monosakarida Asam Amino Asam Lemak

Asetil-koA

KATABOLIK ANABOLIK

ATP Protein Trigliserida+CO2 - Struktural Kholesterol

+H2O - Fungsional Hormon dll.

BETA OKSIDASI

Energi yang disediakan dari katabolisme bahan bakar dan reaksi biokimia yang menghasilkan energi tidak langsung di berikan pada reaksi biokimia yang memerlukan energi, tetapi digunakan untuk mensintesa senyawa yang berfungsi se-bagai karier energi yaitu ATP.

ATP mempunyai 3 komponen: Basa Adenin, Gula Ribosa dan 3 gugus fosforil.

Yang terpenting dari ATP adalah 2 ikatan fosfohidrida. Peme-cahan ikatan ini diikuti oleh pelepasan energi yang banyak. Oleh karena itu ATP berperan sebagai penghubung antara proses yang menghasilkan energi dan yang memerlukan energi.

ATP melepaskan energi ke reaksi yang memerlukan energi dengan memutuskan ikatan fosfohidridanya

ATP ADP + PIkatan berenergi tinggi

Metabolisme bahan bakar mencakup sejumlah reaksi oksidasi, dimana elektron dipindahkan dari senyawa satu ke lainnya.

Pemindahan elektron dapat berupa elektron sendiri (e), bagian dari atom hidrogen (H++e) atau sebagai atom hidrida (2H++2e). Elektron yang dipindahkan tersebut dinamakan Ekuivalen pereduksi.

Pada organisme aerobik, O2 bertindak sebagai penangkap elektron terakhir. Tetapi bahan bakar tidak langsung dioksidasi O2. Elektron (ekuivalen pereduksi) dipindahkan terlebih dahulu ke 3 Koenzim. Yaitu:- NAD (Nikotinamid Adenin Dinukleotida)- FAD (Flavin Adenin Dinukleotida)- NADP (Nikotinamid Adenin Dinukleotida Phosphat).

NAD dan NADP masing-masing menangkap satu ion hidrogen menjadi NADH dan NADPH sedangkap FAD menangkap 2 atom hidrogen menjadi FADPH2

Ekuivalen pereduksi yang dibawa NAD dan FAD dipakai untuk sintesa ATP sedangkan NADP dipakai sebagai cadangan energi yang dibutuhkan dalam sintesa ATP

NADH + O2 NAD + H2O + 3 ATP

FADH2 + O2 FAD + H2O + 2 ATP

NADPH + O2 NADP + H2O + E

Ekuivalen pereduksi dari NAD dan FAD dipakai untuk sintesa ATP sedangkan NADP digunakan sebagai cadangan energi

Untuk menghasilkan energi, hasil dari proses pencernaan ekstra seluler harus dioksidasi. Glukosa, Asam lemak dan Asam amino tidak langsung dioksidasi oleh O2 tetapi harus melewati beberapa tahapan reaksi dan melalui lintasan katabolik yang berbeda.

Monosakarida, seperti Glukosa harus melalui lintasan katabolik Glikolisis sebelum masuk ke Siklus Krebs dan Transpor Elektron, sedang-kan Asam lemak melalui lintasan Beta Oksidasi terlebih dahulu.

Asam amino harus dihilangkan gugus aminanya melalui reaksi Transaminasi atau Deaminasi kemudian masuk ke Siklus Krebs dan Transpor elektron

ASAM AMINO

GTP

ATP

NADH FADH2

O2

H2O

Asetil-koA

3. SIKLUS KREBS

NADH FADH2

2. Β OKSIDASI

Asam Piruvat

1. GLIKOLISIS

NADH ATP

NADH

ASAM LEMAKGLUKOSA.FRUKTOSA.GALAKTOSA

5. RANTAI TRANSPORELEKTRON

4 DEAMINASI

NH3 NH4+

C2O

Tahap pertama lintasan katabolik monosakarida seperti Glukosa, adalah GLIKOLISIS. Glukosa di-ubah menjadi Asam piruvat kemudian mengalami metabolisme lebih lanjut menjadi Asetil-koA dan dihasilkan NADH.

Asam lemak dikatabolisme melalui lintasa BETA OKSIDASI dan menghasilkan NADH, FADH2 dan Asetil-koA.

Asam amino mengalami Deaminasi dan Transaminasi dan sisa rantai karbonnya masuk ke Siklus Krebs.

Asetil-koA yang dihasilkan masuk ke Lintasan Asam Trikarboksilat (SIKLUS KREBS) dan menghasilkan FADH2, NADH dan CO2.

Ekuivalen pereduksi yang dihasilkan (NADH dan FADH2) akan mengalami reoksidasi melalui Rantai Transpor Elektron atau reaksi Fosforilasi Oksidatif untuk menghasilkan sejumlah ATP.

CO2 dan H2O dikeluarkan sebagai hasil akhir dari katabolisme.

Glikolisis adalah lintasan awal katabolisme Glukosa yang terjadi di sitoplasma. Semua sel pada jaringan manusia dapat melakukan glikolisis karena enzim-enzim glikolisis terdapat pada sitoplasma.

Glikolisis memecah 1 mol Glukosa menjadi 2 mol Asam Piruvat dan dihasilkan 6 ATP

Lintasan katabolik Glikolisis terdiri dari 2 fase:1. Fase yang membutuhkan energi. Pada fase ini

dibutuhkan 2 ATP untuk merubah Glukosa menjadi 2 triosa terfosforilasi yaitu Gliseraldehid fosfat dan Dihidroksi aseton fosfat.

2. Fase yang menghasilkan energi. Pada fase ini 2 mol triosa fosfat tersebut dioksidasi menghasilkan 2 mol Asam Piruvat. Energi yang dibebaskan dipergunakan untuk fosforilasi ADP menjadi ATP dan mereduksi NAD menjadi NADH

NADH akan direoksidasi melalui rantai transpor elektron untuk menghasilkan ATP

1. Fase pertama membutuhkan 2 ATP2 ATP 2 ADP

C6H12O6 2 C3H6O3-FosfatGlukosa(heksosa) 2 Triosafosfat

2. Fase kedua menghasilkan 2ATP dan 2NADH2 ADP 2 ATP

2 Triosafosfat 2 Asam Piruvat2 NAD 2 NADH

3. NADH direoksidasi melalui rantai transpor elektron menghasilkan 6 ATP2 NADH + O2 2NAD + H2O + 2 X 3ATP

Jumlah ATP yang dihasilkan adalah:––2 ATP + 2 ATP + 6 ATP = 6 ATP

Piruvat dehidrogenasi adalah tahapan lintasan katabolisme glukosa sebelum masuk Lintasan Asam Trikarboksilat (Siklus Krebs) Pada lintasan ini Asam piruvat mengalami reaksi dehidrogenasi menjadi Asetil-koA. Elektron yang dilepaskan mereduksi NAD menjadi

NADH. NADH yang dihasilkan masuk rantai transpor elektron untuk direok-sidasi menghasilkan ATP.

Koenzim-A NADHAsam piruvat Asetil-koA

NAD

Dari 1 mol Glukosa melalui Glikolisis dihasilkan 2 mol Asam piruvat dan

dilanjutkan oleh Piruvat Dehidrogenasi menghasilkan 2 mol Asetil-koA

+ 2 NADH.

ATP yang dihasilkan dari reoksidasi 2 NADH melalui rantai transpor elektron adalah 2 x 3 ATP = 6 ATP

Dinamakan Lintasan Asam Trikarboksilat (LAT) karena dalam siklus ini merupakan perubahan asam trikarboksilat satu ke yang lainnya. Sesuai dengan penemunya maka dinamakan juga Siklus Krebs. Sebagian lagi menyebutnya Siklus Asam Sitrat

Merupakan siklus lanjutan dari lintasan katabolik Glukosa dimana Asetil-koA yang dihasilkan akan mengalami beberapa kali tahapan oksidasi untuk menghasilkan ATP atau Ekuivalen Pereduksi.1 mol Asetil-koA yang masuk dalam lintasan ini akan menghasilkan: 3 NADH + FADH2 dan GTP.

NADH dan FADH2 akan masuk rantai transfor elektron untuk direoksidasi menghasilkan ATP sedangkan GTP langsung dihidrolisis menghasilkan 1 ATP.

I. Kondensasi OksalasetatAsetil-koA dari pemecahan parsial Glukosa (juga dari Beta Oksidasi Asam lemak) berkondensasi dengan Oksalasetat membentuk Asam sitrat oleh enzim Sitrat sintase.

II. Interkonversi Asam sitratDengan bantuan enzim Akonitase Asam sistrat mengalami interkonversi menjadi Asam isositrat.

III. Dehidrogenasi Asam isositratAsam isositrat mengalami reaksi dehidrogenasi sekaligus dekarboksilasi menjadi Asam α Ketoglutarat. Ion H+ yang dilepaskan ditangkap oleh NAD menjadi NADH dan dilepaskan CO2

IV. Oksidasi Asam α KetoglutaratKoenzim A dan enzim α Ketoglutarat dehidrogenase mengoksidasi asam tersebut menjadi Asam Suksinil-koA, dilepaskan CO2 dan ion H+ mereduksi NAD mejadi NADH.

V. Tiokinasi Suksinil-koADisebut reaksi fosforilasi tingkat substrat karena energi pada Ko-A dipakai untuk fosforilasi GDP menjadi GTP.

VI. Dehidrogenasi Asam SuksinatAsam suksinat mengalami dehidrogenasi menjadi Asam Fumarat. Ion hidrida yang dilepaskan mereduksi FAD menjadi FADH2

VII Hidrasi Asam FumaratEnzim fumerase menghidrasi Fumarat menjadi Asam Malat

VIII. Dehidrogenasi Asam MalatAsam malat terdehidrogenasi menjadi Asam Oksalasetat dan mereduksi NAD menjadi NADH

Terbentuknya Asam Oksalasetat berarti Asetil-koA telah terkatabolis me menjadi CO2 dan H2O yang artinya siklus telah selesai. Oksal Asetat siap kembali berkondensasi dengan Asetil-koA berikutnya.

Perhitungan ATP yang dihasilkan dari katabolisme Lintasan Asam Trikarboksilat (Siklus Krebs)

1 mol Asetil-koA dioksidasi menjadi CO2 dan H2O melalui Siklus Krebs menghasilkan: 3 mol NADH + 1 mol FADH2 dan 1 mol GTP

Reoksidasi 3 mol NADH melalui rantai transpor elektron menghasilkan 3 x 3 mol ATP = 9 ATP dan

re-oksidasi FADH2 menghasilkan 2 ATP. Sedangkan GTP dihidrolisis menghasilkan 1 mol ATP. Jadi 1 mol Asetil-koA menghasilkan 12 ATP

1 mol Glukosa menghasilkan 2 mol Asetil-koA maka jumlah ATP yang dihasilkan dari Siklus Krebs adalah

2 x 12 ATP = 24 ATP

Secara keseluruhan katabolisme Glukosa melalui Glikolisis, Piruvat Dehidrogenasi dan Siklus Krebs dan reoksidasi ekuivalen pereduksinya melalui Rantai transpor elektron adalah sebagai berikut:

- Glikolisis ( + O2 ) 6 ATP- Piruvat dehidrogenasi (+O2) 6 ATP- Siklus Krebs ( + 4 O2) 24 ATP

+

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 36 ATP

Ekstraksi energi dari Glukosa melalui lintasan lintasan katabolik tersebut dikenal dengan sebutan RESPIRASI AEROB GLUKOSA

Dikenal sebagai reaksi Fermentasi yaitu proses sintesa energi tanpa Oksigen. Banyak dilakukan oleh mikroorganisme misalnya Khamir (ragi).

Pada manusia respirasi anaerob berlangsung manakala sel kekurangan suplai oksigen, misalnya ketika berolahraga atau melakukan aktivitas fisik yang berat. Akibatnya terjadi kondisi anaerob.

Dalam keadaan ini, Asam piruvat (hasil dari Glikolisis) tidak dirubah menjadi Astil-koA untuk masuk ke siklus Krebs tetapi direduksi menjadi Asam laktat.

Penimbunan Asam laktat inilah yang menyebabkan rasa lelah, pegal atau kejang pada otot.

Dalam respirasi Anaerob ini dihasilkan 2 ATP:GLUKOSA + 2 ADP As. LAKTAT + 2 ATP

Hasil akhir dari pencernaan ekstraseluler senyawa Lemak adalah Asam lemak bebas.

Susuai dengan peruntukannya, seharusnya asam lemak masuk ke jalur Anabolisme untuk disintesa menjadi senyawa lemak yang dibutuhkan. Atau disimpan sebagai sumber energi cadangan dalam bentuk Trigliserida.

Dalam kodisi kelangkaan sumber energi (Karbohidrat), Asam lemak masuk ke jalur katabolisme untuk dioksidasi dalam upaya memenuhi kebutuhan energi.

Jalur katabolisme lemak adalah: Lintasan β Oksidasi, Siklus Krebs dan Rantai transpor elektron.

Senyawa lemak akan memberikan jumlah ATP yang jauh lebih banyak dari pada Karbohidrat. 1 mol Glukosa menghasilkan 36 ATP sedangkan Asam lemak Palmitat melalui jalur katabolisme yang sama menghasilkan 129 ATP.

Lintasan β oksidasi asam lemak berlangsung di dalam matrik Mitokondria. Oleh karena itu asam lemak membutuhkan energi untuk masuk ke dalam mitokondria.

Aktivasi asam lemak dilakukan oleh Koenzim A yang membutuhkan 2 ATP:

O O 2 ATP 2ADP

R—C---OH KoA R—C---KoAAsam lemak Koenzim A Asil-koenzim

A

Asam lemak yang sudah aktif (Asil-koA) akan diikat oleh protein karier yaitu Karnitin masuk ke dalam mitokondria dan setelah masuk kemudian dilepaskan kembali untuk memulai oksidasi.

1. Asam lemak bebas yang telah aktif (Asil-koA) diikat oleh Karnitin masuk ke Mitokrondria kemudian dilepaskan kembali.

2. Asil-koA di dalam mitokondria dioksidasi oleh enzim Asil-koA dehidrogenasi menghasilkan ikatan rangkap pada atom C nomor 2 dan 3 pada rantai karbonnya.

3. H+ yang dilepaskan mereduksi FAD menjadi FADH2.

4. Ikatan rangkap mengalami hidrasi dan atom C nomor 3 teroksidasi membentuk Ketoasil-koA.

5. H+ yang dilepaskan mereduksi NAD menjadi NADH.6. Dengan enzim Tiolase Ketoasil-koA melepaskan

Asetil-koA dari rantai Asil-koA nya.7. Asil-koA menjadi lebih pendek atau kehilangan 2

atom C pada rantai karbonnya dan kemudian mengulangi siklus β oksidasinya.

Satu kali siklus, lintasan β Oksidasi asam lemak akan melepaskan 1 Asetil-koA yaitu suatu senyawa asam lemak dengan 2 atom C (CH3—CO≈koA). Sehingga asam lemak yang teroksidasi akan kehilangan atau mengalami perpendekan rantai karbon sebanyak 2 atom C.

Dalam satu kali siklus tersebut dihasilkan 1 ekuivalen pereduksi FADH2 dan 1 NADH + H+.

Ekuivalen pereduksi tersebut akan masuk dalam rantai transpor elektron untuk direoksidasi oleh O2 dan dihasilkan ATP.

ATP yang dihasilkan adalah:NADH+H+ + O2 NAD + H2O + 3ATPFADH2 + O2 FAD + H2O + 2ATPJumlah ATP yang dihasilkan dari satu kali siklus = 5 ATP

Pada sel manusia, hasil akhir dari biosintesa asam lemak adalah Asam Palmitat, suatu asam lemak jenuh yang mempunyai 16 atom C pada rantai karbonnya. Demikian pula asam lemak yang dioksidasi melalui lintasan β oksidasi adalah Asam Palmitat.

Dengan demikian asam palmitat akan selesai teroksidasi setelah menjalani 7 kali siklus β oksidasi menghasilkan 8 Asetil-koA.

Maka jumlah ATP yang dihasilkan adalah 7 X 5 ATP = 35 ATP.

8 buah Asetil-koA yang dihasilkan selanjutnya masuk ke Lintasan Asam Trikarboksilat atau Siklus Krebs untuk dioksidasi kembali.

1 Asetil-koA dioksidasi menjadi CO2 melalui Siklus Krebs akan menghasilkan 12 ATP.

Maka 8 Aetil-koA yang dioksidasi melalui Siklus Krabs akan menghasilkan 8 X 12 ATP = 96 ATP.

Jumlah seluruh ATP yang dihasilkan dari oksidasi Asam Palmitat melalui lintasan β oksidasi dan Siklus Krebs adalah:

Aktivasi asam palmitat membutuhkan 2 ATPOksidasi melalui β oksidasi menghasilkan 7

x 5ATP = 35 ATPAsetil-koA yang dihasilkan dioksidasi

melalui Siklus Krebs menghasilkan 8 X 12ATP = 96ATP

Jumlah keseluruhan adalah=- 2ATP + 35ATP + 96ATP = 129 ATP.

Seperti halnya asam lemak, Asam amino juga dapat dioksidasi untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Oksidasi asam amino hanya dilakukan melalui Siklus Krebs.

Asam amino adalah asam karboksilat yang salah satu ion hidrogennya diganti dengan gugus Amina (---NH2). Sehingga hampir semua asam amino dapat dioksidasi melalui Siklus Krebs.

Untuk dapat masuk ke Siklus Krebs, Asam amino harus dihilangkan terlenih dahulu gugus aminanya, kemudian kerangka karbonnya diubah menjadi senyawa antara Siklus Krebs sebagai pintu masuk.

Reaksi pelepasan gugus amina dari asam amino dilakukan dengan reaksi:1. Transaminasi / Aminotransferasi2. Deaminasi.

Transaminasi adalah reaksi pelepasan gugus amina (--NH2) dengan cara memindahkannya ke senyawa lain.

Misalkan perubahan asam amino Aspartat menjadi Oksalasetat. Dalam reaksi ini gugus amina dari Aspartat dipindahkan ke Asam α ketoglutarat.

Aspartat Oksalasetatα ketoglutarat + NH2 Glutamat

Dalam reaksi ini Aspartat berubah menjadi Oksalasetat dengan melepaskan gugus amina, gugus amina tersebut ditangkap oleh α ketoglutarat membentuk Glutamat.

Enzim yang mengkatalis reaksi ini adalah Aspartat Transaminase.

Deaminasi OksidatifSuatu reaksi pelepasan gugus amina melalui proses reaksi oksidasi.

Contoh: Perubahan Glutamat menjadi α Ketoglutarat oleh enzim Glutamat dehidrogenasi dankoenzim NAD atau NADP.

Glutamat α AminoglutaratCOOH-CH2-CH2OH-COOH COOH-CH2-CH2O-COOH

NH2 NAD NADH NH

α Aminoglutarat α KetoglutaratCOOH-CH2-CH2O-COOH COOH-CH2—C---COOH

OH2O NH3

Deaminasi non oksidatifDalam reaksi pelepasan gugus amina ini tidak ada proses

oksidasi (pelepasan ion H+), misalnya perubahan Asam amino Serin menjadi Asam Piruvat oleh enzim Serin hidratase

SERIN ASAM PIRUVAT + NH3

Oksal asetat, Ketoglutarat, dan asam Piruvat merupakan rangka karbon dalam bentuk asam trikarboksilat yang dapat masuk ke Siklus Krebs untuk dioksidasi.

Ekuvalen pereduksi yang dihasilkan kemudian direoksidasi di Rantai Transpor Elektron untuk menghasilkan ATP.

Catatan:Pada reaksi pelepasan gugus amina dari asam amino melalui

reaksi Deaminasi dikeluarkan senyawa bernitrogen (NH3). Senyawa ini bersifat toxis (meracuni) bagi tubuh dan harus dikeluarkan.

Asam amino yang akan dioksidasi melalui siklus Krebs sebagai sumber energi cadangan, harus terlebih dahulu dihilangkan gugus aminanya ---NH2 atau NH3 melalui reaksi Transaminasi atau Deaminasi

Reaksi Transaminasi/Amino transferasi memindahkan gugus amina suatu asam amino ke senyawa lainnya.

Reaksi Deaminasi melepaskan gugus amina suatu asam amino sebagai senyawa bebas yang mengandung Nitrogen (NH3 dan NH4).

Senyawa bebas yang mengandung Nitrogen bersifat racun bagi tubuh dan harus dikeluarkan dari tubuh melalui urin dalam bentuk Urea yang mudah larut dalam air.

Perhitungan jumlah ATP yang dihasilkan terkandung dari mana rantai karbon asam tersebut masuk ke Siklus Krebs.

α Ketoglutarat

NADHFADH2

NADH

NADH

GTP

Untuk menghitung jumlah ATP yang dihasilkan tergantung dari jenis Asam aimino apa yang dioksidasi dan melalui jalan/pintu mana masuk ke Siklus Krebs.

Misalkan Arginin, Glisin, Histidin, Glutamat dan Prolin masuk ke Siklus Krebs melalui pintu α Ketoglutarat. Dari αKetoglutarat sampai ke Oksalasetat dihasilkan ekuivalent pereduksi: 1GTP, 1 FADH2 dan 1 NADH.

GTP + ADP GDP + ATPNADH + O2 NAD + 3 ATPFADH2 + O2 FAD + 2 ATP

Jumlah ATP yang dihasilkan adalah:ATP + 3 ATP + 2 ATP = 6 ATP

Pada reaksi pelepasan gugus amina melalui reaksi Deaminasi oksidatif maupun non oksidatif menghasilkan senyawa bernitrogen NH3 atau NH4

+ yang bersifat toksis bagi tubuh, dan harus dikeluarkan.

Senyawa tersebut tidak mudah larut dalam air, oleh karena itu harus diubah dulu menjadi senyawa yang dapat larut di air agar dapat dikeluarkan bersama urin.

Untuk dapat dikeluarkan, senyawa bernitrogen tersebut diubah terlebih dahulu menjadi Urea melalui beberapa tahapan reaksi yang disebut dengan Siklus Urea

1. NH3, NH4+ senyawa toksis limbah dari deaminasi asam amino dan metabolosme protein lainnya, serta CO2 limbah dari katabolisme bahan bakar yang terdapat di dalam mitikondria berkondensasi dengan bantuan ATP dan enzim Karbamoilfosfat sintetase membentuk Karbamoilfosfat.

2. Ornitin yang bertindak sebagai karier protein dari sitoplasma masuk ke mitokondria untuk mengikat Karbamoilfosfat keluar dari mitokondria sebagai Sitrulin.

3. Di sitoplasma Sitrulin bereaksi dengan Aspartat dengan bantuan ATP membentuk Arginosuksinat.

4. Arginosuksinat kemudian terpotong dua menjadi Arginin dan Fumarat.

5. Arginin kemudian terhidrolisis mejadi Ornitin dan Urea. Ornitin masuk kembali ke mitokondria untuk mengulangi siklus dan Urea keluar dari sel dan dikeluarkan dari tubuh bersama Urin.

Arginosuksinat

Sitrulin

Ornitin

Arginin

Karbamoilfosfat

Melalui Siklus Urea, senyawa bernitrogen dirubah menjadi Urea, dikeluarkan bersama urin

Fumarat

CO2+NH3

Di alam, biosintesa Karbohidrat dilakukan oleh Organisme Autotrof dari senyawa anorganik (CO2 dan H2O) melalui proses Fotosintesis. Organisme Heterotrofik hanya dapat mengurai dan mendapatkan karbohidrat dari makanannya.

Glikogenadalah bentuk lain dari karbohidrat yang disintesa oleh organisme heterotrofik dari glukosa. Glikogen adalah bentuk penting sebagai bahan bakar cadangan karena dapat langsung dihidrolisis menjadi glukosa.

Biosintesa glikogen adalah proses yang membutuhkan energi yang secara tidak langsung disediakan ATP, tetapi sumber yang lebih cepat adalah dari UTP (Uridin Tri Phosphat.

Substrat atau bahan dasar sintesa glikogen adalah glukosa aktif yaitu UDP-Glukosa (Uridin difosfat glukosa).

UDP-Glukosa dibentuk dari Fosforilasi glukosa oleh enzim Glukokinase di hati atau Heksokinase jika di otot.

Penggabungan UDP-Glukosa dilakukan oleh 2 enzim yaitu Glikogen sintetase dan Branching enzime.

Glikogen sintetase mengaitkan glukosa ke ujung-ujung polimer glikogen.

Branching enzime memindahkan beberapa unit glukosa membentuk cabang-cabang polimer.

UDP

UDP

Branching enzim

Glikogen sin-tetase

GUGUS GLUKOSA

Glukosa pada manusia dan hewan tingkat tinggi hanya diperoleh dari pemecahan karbohidrat atau dari penguraian Glikogen.

Penguraian glikogen menjadi glukosa melalui reaksi hidrolisis disebut Glikogenolisis

Glikogenolisis pada Manusia terutama berlangsung di sel Hati dan Otot.

Glikogenolisis pada sel hati ditujukan untuk mensuplai glukosa jika kadar glukosa darah turun.

Sel otot melakukan glikogenolisis hanya untuk kebutuhan sintesa ATP untuk mensuplai energi kontrkasi jaringan otot.

Jika Glikogen hati dan otot mulai langka maka hati akan mensintesa Glukosa baru dari asam lemak dan asam amino sebagai substrat.

Biosintesa Glukosa baru oleh hati dari asam lemak atau asam amino sebagai substrat disebut Glukoneogenesis

Glikogenolisis paling sedikit melibatkan tiga buah enzim:

1. Glikogen fosforilasi, mengkatalisis gugus glukosa pada glikogen menjadi Glukosafosfat.

2. Transferase, memindahkan tiga buah gugus glukosa dari ujung cabang ke ujung cabang lainnya pada glikogen.

3. Branching enzime, melepaskan gugus glukosa yang tersisa (glukosa fosfat) dari ujung cabang.

Hasil dari glikogenolisis adalah Glukosa-fosfat yang tidak bisa menembus membran sel.

Hati memiliki enzim Glukosafosfatase yang melepaskan fosfat pada glukosa sehingga dapat keluar dari sel masuk ke sistem sirkulasi untuk menaikan kadar glukosa darah.

Sel otot tidak memiliki enzim tersebut sehingga hasil dari glikogenolisis sel otot lansung masuk ke lintasan katabolisme kemudian dioksidasi untuk menghasilkan ATP.

Glukosa fosfat

BranchingEnzim

GlikogenFosforilase

Transferase

GLUKOSAFOSFAT

GLIKOGEN

GLIKOGEN

Suplai glukosa melalui makanan bersifat diskontinyu. Bebe-rapa saat setelah makan sangat banyak glukosa yang masuk sistem sirku-lasi dan akan berkurang hingga masuk waktu makan berikutnya.

Hasil akhir dari proses pencernaan yang diabsorpsi darah tidak boleh tetap berada di sistem sirkulasi dalam waktu yang lama karena akan menaikkan viskositas darah. Untuk itu tubuh menyimpannya sebagai sumber energi cadangan untuk sementara waktu.

Penyimpanan dilakukan dalam tiga bentuk: Glikogen, Trigli-serida dan Protein. Masing-masing senyawa tersebut akan dikatabolisme kembali guna menghasilkan energi.

Pada manusia, Glikogen dan Trigliserida dipakai sebagai sumber energi cadangan sedangkan Protein dipakai untuk karier, reseptor, katalisator dan komponen struktural dan fungsional jaringan tubuh.

Hasil akhir pencernaan, khususnya glukosa diserap dari usus masuk ke sistem peredaran darah (sirkulasi) dan didistribusikan ke sel-sel jaringan tubuh yang memerlukan. Beberapa saat setelah makan kadar glukosa darah meningkat.

Pankreas memonitor kadar glukosa dalam darah melalui sekresi hormon Insulin dan Glukagon.

Jika kadar glukosa darah tinggi, pankreas mengsekresi hormon insulin. Hormon insulin bersifat anabolik, merangsang sintesis makro molekuler yang menyebabkan penyimpanan glukosa berlebih dalam bentuk glikogen.

Jika kadar glukosa turun dibawah normal, pangkreas mengsekresi hormon glukagon. Hormon glukagon bersifat katabolik menyebabkan pembatasan sintesa makromolekuler dan pemakaian bahan bakar yang disimpan (Glikogenolisis).

Faktor penting dalam siklus penyimpanan dan pemanfaatan bahan bakar adalah kebutuhan jaringan tertentu akan glukosa, misalnya Sel Darah Merah.

Sel darah merah tidak memiliki mitokondria oleh karena itu hanya dapat menggunakan glukosa sebagai bahan bakar. Dalam keadaan normal, otak juga memerlukan suplai glukosa yang kontinyu. Untuk itu kadar glukosa darah harus tetap berada dalam kisaran normal.

Kadar glukosa darah normal berada dalam kisaran 3 – 7 mmol /l iter (80 – 100 mg / liter).

Mempertahankan kadar glukosa dalam darah agar tetap pada kisaran normal disebut HOMOESTASIS GLUKOSA DARAH dimana Insulin dan Glukagon memainkan peranan penting dalam hal ini.

Beberapa alasan penting menjaga agar kadar glukosa darah tetap dalam kisaran normal:

A. Jika kadar glukosa darah dibawah normal: 1. Suplai bahan bakar ke otak tidak cukup, akibatnya ATP otak

menurun menyebabkan fungsi otak terganggu. Dapat menyebab kan koma bahkan kematian.

2. Darah merah juga akan kekurangan glukosa jika konsentrasi glukosa di sirkulasi menurun, sel darah merah akan cepat tua dan rusak.

B. Kadar glukosa darah diatas normal:1. Viskositas (kekentalan darah meningkat) menyebabkan dehidrasi

jaringan dan menyebabkan penuaan dini protein dan kerusakan jaringan diantaranya Haemoglobin, Protein kolagen lensa mata dan jaringan periper.

2. Darah yang terlalu kental menyebabkan tekanan yang lebih besar pada jantung dan pembuluh darah sehingga terjadi Hipertensi.

Suplai glukosa yang berasal dari glikogen hati dan otot sangat terbatas, untuk itu diperlukan suplai baru dari sistem pencernaan makanan.

Jika suplai makanan terhambat, dalam keadaan puasa atau kelaparan, maka tidak ada suplai glukosa. Disisi lain kadar glukosa darah harus tetap berada dalam kisaran normal.

Untuk mengatasi keadaan tersebut, Hati akan mensintesa glukosa dari sumber lain, yaitu Asam laktat, Asam lemak atau Asam amino sebagai substrat. Proses ini disebut sebagai Glukoneogenesis.

Glukoneogenesis adalah proses biosintesa glukosa baru yang dilakukan oleh hati dengan menggunakan asam lemak, atau asam amino sebagai substrat untuk menaikan kadar glukosa darah.

Karena Hati dapat membuat glukosa melalui glukoneogenesis dan juga menggunakan glukosa melalui glikolisis maka harus ada suatu sistem untuk mengatur proses ini.

Aktivitas glukoneogenesis dan glikolisis diatur secara terkoordinasi melalui perubahan kadar insulin dan glukagon dalam sirkulasi darah.

Jika kadar glukosa darah dan insulin turun, aktivitas β oksidasi meningkat makan kadar Asetil-koA dalam hati meningkat dan konsentrasi asam amino alanin di otot juga meningkat.

Peningkatan asetil-koA, alanin dan asam lemak mengarahkan substrat menuju Glukoneogenesis, dan mencegah substrat digunakan oleh Siklus Krebs.

Asetil-koA mengaktifkan Piruvat karboksilase dan menghambat Piruvat dehidrogenase sehingga menye-babkan piruvat tidak menjadi asetil-koA kembali tetapi menjadi Asam Oksalasetat. Kemudian diubah menjadi Fosfoenol Firuvat (PEP) yang diarahkan menuju Glikogenolisis.

.Asam lemak dan Alanin menghambat Piruvat kinase sehingga PEP yang terbentuk dari Oksalasetat tidak dirubah kembali menjadi Asam Piruvat sehingga dapat diarahkan ke Glukoneogenesis.

Jika kadar glukosa darah dan insulin meningkat, Glukosa darah akan ditangkap oleh protein karier glukosa maka metabolisme meningkat dan glukosa darah disintesa menjadi Glikogen untuk disimpan.

Turunnya kadar Glukagon menyebabkan aktivitas Glikolisis meningkat dan Glukoneogenesis dihentikan.

OKSAL-ASETAT

GLUKOSA

PIRUVAT

FOSFOENOLPIRUVAT

(PEP)

ASETIL-KOA

PIRUVAT DE-HIDROGENASE

PIRUVAT KAR-BOKSILASE

PIRUVAT KINASE

ASAM LEMAKASAM AMINO

Defisiensi Insulin adalah suatu kelainan yang ditandai oleh gangguan metabolisme karbohidrat, lemak dan protein. Pankreas mensekresi sangat sedikit atau tidak men-sekresi insulin. Penderita ini memiliki kadar glukosa darah yang tidak normal (di atas normal).

Tidak adanya insulin menyebabkan kadar glukosa darah meningkat tajam karena:

1. Kecepatan pengikatan glukosa darah oleh jaringan menurun.

2. Kecepatan penambahan glukosa ke dalam sirkulasi meningkat melalui penyerapan glukosa dari makanan dan penambahan glukosa oleh hati melalui glikogen- olisis dan glukoneogenesis.

Karena transpor glukosa ke dalam jaringan memerlukan insulin maka defisiensi insulin mengganggu pemasu-kan glukosa ke dalam jaringan.

Rendahnya konsentrasi Insulin juga menyebab-kan peningkatan sekresi Glukagon oleh

Pankreas yang selanjutnya mengaktifkan Glikogenolisis dan Glukoneogenesis oleh hati

Akibat dari defisiensi Insulin:1. Kadar glukosa darah tinggi2. Viskositas darah meningkat3. Jaringan mengalami kerusakan akibat dehidrasi4. Sebagian glukosa dibuang melalui urin5. Jaringan kekurangan energi

SINTESA ASAM LEMAK

Sintesa asam lemak dilakukan di sitoplasma sel jaringan adiposa hati.

Bahan dasar atau substrat sintesa asam lemak adalah Asetil-koA yang berasal dari pemecahan parsial glukosa dan asam amino

Hasil utama sintesa asam lemak pada manusia adalah Asam Palmitat yaitu asam lemak jenuh dengan 16 atom C (CH3—[CH2]14—COOH).

Asam Palmitat disintesa oleh enzim Asam lemak sintetase berturut-turut dari asam lemak 2 C (Asetil-koA) yang berasal dari Malonil-koA (3 C).

Asam lemak sintetase merupakan kompleks enzim yang dibentuk dari 2 rantai polipeptida yang identik. Masing-masing polipeptida menyertakan semua aktifitas enzim yang diperlukan.

Selama sintesis asam lemak, substrat terikat pada enzim melalui dua gugus sulfihidril yaitu gugus Sistein (Sis) dan Phosphopantetein (Pan).

1 Gugus Asetil dari Asetil-koA terikat pada rantai samping Lemak sintetase Fosfopantetein (Pan) kemudian berpindah ke rantai samping Sistein (Sis)

2. Gugus Malonil kemudian terikat pada rantai samping Pan dan kedua substrat tersebut berkondensasi membentuk Asetoasil (dengan 4 - C). Satu atom karbon dari Malobil dikeluarkan melalui reaksi dekarboksilasi sebagai CO2.

3. Asam β Ketoasil yang baru terbentuk kemudian mengalami beberapa tahapan reaksi yaitu: reduksi, dehidrasi dan reduksi kembali Asam lemak jebuh dengan jumlah atom karbon 4 (Metilena / Asam Butanoat.

4. Asam lemak ini dipindahkan ke gugus Sis untuk kemudian berkondensasi kembali dengan Malonil-koA yang terikat kembali pada gugus SIS, untuk membentuk asam lemak yang beratam C = 6 (Heksanoat) kemudian dipindahkan ke rantai samping Sis. Rantai samping Pan mengikat kembali malonil-koA.

5. Demikian seterusnya hingga diperoleh Asam lemak jenuh beratom C 16 (Asam Palmitat). Asam Palmitat yang bebas selanjut dibentuk menjadi berbagai asam lemak lainna dengan enzim perpanjangan rantai.

Asam lemak hasil dari biosintesa sel harus di ubah terlebih dahulu menjadi senyawa lemak kompleks untuk dapat disimpan.

Umumnya penyimpanan lemak di dalam tubuh manusia adalah dalam bentuk Trigliserida atau Triasil Gliserol.

Triasil gliserol dibentuk oleh 3 asam lemak yang terikat dengan ikatan ester pada gugus hidrok-sil Gliserol.

Biosintesis Triasil gliserol berlangsung di sito plasma dan menggunakan Gliserol fosfat se-bagai sumber rangka karbonnya.

Asam lemak diaktifkan terlebih dulu oleh Koen-zim A agar dapat dikaitkan.

Asam lemak + Koenzim A Asil-koA

GLIESEROL FOSFAT

MONOGLISEROL

FOSFAT

DIASILGLISEROL

FOSFAT

DIASILGLISEROL

ASIL-KOENZIM A

ASIL-KOENZIM A

MONOGLISEROL

FOSFAT

DIASILGLISEROL

FOSFAT

H2ODIASIL

GLISEROL

ASIL-KOENZIM A

TRIASILGLISEROL

Pada manusia, kholesterol diperoleh dari makanan yang dikonsumsinya dan yang disintesa oleh hati.

Sintesis kholesterol menggunakan 3 unit Asetil-koA sebagai substrat untuk membentuk Hidroksi metil glutaril-koA.

Hidroksi metil glutaril-koA mengalami reduksi membentuk Asam mevalonat.

6 unit Asam mevalonat melalui beberapa tahapan reaksi membentuk Lanosterol.

Lanosterol dimodifikasi membentuk Kholesterol.Sintesis Kholesterol dikendalikan oleh mekanisme

umpan balik. Kosentrasi yang tinggi di sistem sirkulasi akan menghambat sintesis oleh hati.

Kholesterol diubah menjadi Ester kholesterol sebelum ditranspor atatu disimpan.

Sintesa asam lemak tergantung pada suplai Asetil-koA sitoplasma yang disediakan dari pemecahan parsial Karbohidrat dan Asam amino yang berlebihan.

Asal substrat: GlukosaAsam piruvat hasil dari Glikolisis, masuk ke mitokondria dan diubah menjadi Asetil-koA kemudian masuk ke Siklus Krebs untuk membentuk Asam sitrat, dan keluar dari mitokondria.

Asal substrat Asam AminoAsam amino mengalami Deaminasi untuk masuk ke Siklus Krebs dan membentuk Asam sitrat, kemudian Asam sitrat keluar dari mitokondria.

Di sitoplasma Asam sitrat tersebut terdegradasi membentuk Oksalasetat dan Asetil-koA, dan Asetil-koA siap masuk ke siklus Biosintesa Asam Lemak.

SIKLUS KREBS

SITOPLASMA

MITOKONDRIA

ASAM AMINO

ASETIL-KOA

PIRUVAT

PIRUVAT

SITRAT

OKSALASETAT

GLUKOSA

GLIKOLISISSITRAT

OKSALASETAT

ASETIL-KOA

BIOSINTESAASAM

LEMAK

SITOPLASMA

Protein adalah senyawa organik dengan berat molekul tinggi, bersifat heteropolimer karena disusun oleh sejumlah asam amino dari beberapa jenis.

Jumlah Asam amino yang menyusun, jenis, maupun urutan asam aminonya menentukan perbedaan jenis protein yang satu dengan protein lainnya.

Biosintesa protein dilakukan di Ribosom yang diawali oleh sintesi asam amino yang merupakan unit penyusunnya.

BIOSINTESA ASAM AMINOTidak semua jenis asam amino dapat disintesa oleh tubuh

manusia, hanya asam amino yang bersifat non esensial saja. Asam amino esensial hanya dapat diperoleh dari nutrisi yang mengandung asam amino tersebut.

Biosintesa Asam Amino dikendalikan oleh DNA karena merupakan unit penyusun protein yang menentukan sifat genetik suatu organisme.

Yang bertanggung jawab dalam sintesa asam amino adalah RNA tepatnya mRNA dengan urutan basa-basa nitrogennya yaitu: Adenin (A), Sitosin (C), Guanin (G) dan Urasil (U).

mRNA membawa pesan dari DNA untuk mensandi jenis asam amino yang akan disintesa melalui urutan 3 basa nitrogennya dan Ribosom dapat membacanya. Urutan 3 basa nitrogen (triplet) tersebut dinamakan Kode genetik atau Kodon.

Kodon akan dikopi dari DNA oleh mRNA dan dibawa ke luar inti sel untuk diterjemahkan sehingga Ribosom dapat membacanya.

Urutan 3 basa nitrogen tersebut menentukan jenis Asam Amino apa yang akan disintesanya.

Satu jenis Asam Amino dapat disandi oleh lebih dari satu kodon:

Arginin, Leusin, dan Serin : 6 Kodon Isoleusin memiliki : 3 Kodon Metionin dan Triptopan : 1 Kodon

Kodon UAA, UAG dan UGA tidak dapat diterjemahkan oleh Ribosom tetapi memberikan signal STOP untuk biosintesa Protein

Kodon AUG untuk Asam amino Metionin juga memberikan arti dimulainya biosintesa Protein, disebut juga sebagai Kodon START

Protein tersusun oleh banyak asam amino dengan derajat polimerasi yang tinggi, maka kombinasi yang dibentuk untuk suatu jenis protein menjadi sangat banyak. Untuk itu diperlukan suatu pola dalam mensintesa suatu jenis protein.

Pola tersebut adalah pola urutan basa nitrogen sebagai kodon yang mencermin-kan informasi genetik mRNA yang diperoleh dari DNA untuk diteruskan dalam biosintesa protein.

Sintesa protein berlangsung di Ribosom, terjadi melalui dua tahapan utama: Transkripsi dan Translasi.

Transkripsi merupakan proses penyalinan kode genetik dari DNA oleh mRNA. Sedangkan Translansi merupakan penterjemahan kode genetik pada mRNA oleh tRNA.

Pada rantai DNA terdapat dua utas DNA yaitu rantai dengan arah 5’ ke 3’ disebut utas tempelate atau utas sense dan utas komplemennya, arah 3’ ke 5’ disebut utas nonsen. Utas yang ditranskripsi adalah utas sense yaitu arah 5’ ke 3’.

Biosintesa protein sangat rumit dan sangat kompleks serta mempunyai kecepatan yang sangat tinggi. Tahapan biosintesa protein secara ringkas sebagai berikut:

1. Kode genetik dari DNA disalin melalui transkripsi membentuk mRNA yang kemudian menuju sitoplasma untuk bergabung dengan Ribosom.

2. Asam amino yang ada di sitosol diaktifkan oleh ATP dan akan terikat dengan tRNA. Setiap tRNA yang telah membawa asam amino yang spesifik kemudian menuju ke ribosom.

3. Antikodon pada tRNA akan berpasangan dengan kodon yang dibawa mRNA. Kodon pertama adalah AUG untuk asam amino Metionin sekaligus sebagai signal START atau tanda dimulainya sintesa protein. tRNA kemudian melepaskan asam amino yang dibawanya ke ribosom dan kembali kesitoplasma untuk membawa asam amino lainnya sesuai pesanan.

4. tRNA akan membawa asam amino berikutnya ke ribosom, begitu seterusnya, sesuai dengan urutan kodon yang diberikan mRNA. Asam asam amino tersebut akan bergabung dengan asam amino lainnya sesuai dengan urutannya untuk membentuk senyawa polipeptida.

5. Rantai polipeptida ini panjangnya dapat mencapai ratusan hingga ribuan asam amino. Perpanjangan rantai atau penambahan asam amino baru berhenti ketika mencapai kodon STOP yaitu UAA, UAG atau UGA.

6. Rantai polipeptida ini yang masih berbentuk linear dan akan menjalani proses pelipatan dan pengolahan lebih lanjut untuk menjadi protein struktural maupun fungsional.

Transktipsi DNA

Kromosom

MenjadimRNA

mRNA

tRNA

Aktivasi

Asam Amino

Translasi

Ribosom

PolipeptidaDan Protein

SITOPLASMA

INTI SEL

MEMBRA SEL

DNAUtas Antisense 5” – TACTTTACTGTGCGT – 3”Utas Sense 3” – ATGAAATGACACGCA –

5”

TRANSKRIPSI

mRNA (kodon) 5”–UAC UUU ACU GUG CGU- 3”

TRANSLASI

tRNA (antikodon) 3” – AUGAAAUGACACGCA – 5”

Polipeptida (Protein) Tir – Fen – Tre – Val - Arg