Struktur, Fungsi, Anabolisme, dan Katabolisme dari Karbohidrat

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.

Katabolisme dan Anabolisme

Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirad, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.

Contoh Respirasi : C6H12O6 + O2 ——————> 6CO2 + 6H2O + 688KKal.
(glukosa)

Contoh Fermentasi :C6H1206 ——————> 2C2H5OH + 2CO2 + Energi.
(glukosa) (etanol)


Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.

1. Fotosintesis
Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan).

Yang digunakan dalam proses fetosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.

Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.

Untuk membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari, dapat dilakukan percobaan Ingenhousz.

2. Pigmen Fotosintesis
Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang, pada keduanya mengandung kloroplast yang mengandung klorofil / pigmen hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari.

Dilihat dari strukturnya, kloroplas terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentak suatu sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid. Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan membentak apa yang disebut grana Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedang pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintetis berlangsung di stroma.

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan klorofil antara lain :
1. Gen :
bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki
klorofil.
2. Cahaya :
beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya,
tanaman lain tidak memerlukan cahaya.
3. Unsur N. Mg, Fe :
merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.
4. Air :
bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.

Pada tabun 1937 : Robin Hill mengemukakan bahwa cahaya matahari yang ditangkap oleh klorofil digunakan untak memecahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Peristiwa ini disebut fotolisis (reaksi terang).
H2 yang terlepas akan diikat oleh NADP dan terbentuklah NADPH2, sedang O2 tetap dalam keadaan bebas. Menurut Blackman (1905) akan terjadi penyusutan CO2 oleh H2 yang dibawa oleh NADP tanpa menggunakan cahaya. Peristiwa ini disebut reaksi gelap NADPH2 akan bereaksi dengan CO2 dalam bentuk H+ menjadi CH20.

CO2 + 2 NADPH2 + O2 ————> 2 NADP + H2 + CO+ O + H2 + O2

Ringkasnya :
Reaksi terang :2 H20 ——> 2 NADPH2 + O2
Reaksi gelap :CO2 + 2 NADPH2 + O2——>NADP + H2 + CO + O + H2 +O2
atau
2 H2O + CO2 ——> CH2O + O2
atau
12 H2O + 6 CO2 ——> C6H12O6 + 6 O2

3. Kemosintesis
Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.

Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri).

Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:
Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi
Nitrosococcus