PROTEIN, KARBOHIDRAT, LEMAK, TAHAPAN RESP. GLIKOLISIS, SIKLUS KREB, DAN OKSIDASI

DASAR – DASAR HORTIKULTURA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH GRESIK

By : Muhammad Khoiruddin (12.112.014)

BAB : PROTEIN, KARBOHIDRAT, LEMAK, TAHAPAN RESP. GLIKOLISIS, SIKLUS KREB, DAN OKSIDASI

A.    PROTEIN

1.      Pengertian

Protein adalah senyawa organik kompleks yang tersusun atas unsur Karbon(C), Hidrogen(H), Oksigen(O), Nitrogen(N) dan kadang-kadang mengandung zat Belerang(S), dan Fosfor (P).

Protein merupakan makromolekul yang terdiri dari satu atau lebih polimer. Setiap Polimer tersusun atas monomer yang di sebut asam amino. Masing-masing asam amino mengandung satu atom Karbon(C) yang mengikat satu atom Hidrogen (H), satu gugus amin (NH2), satu gugus karboksil (-COOH), dan lain-lain (Gugus R).

Berbagai  jenis asam amino membentuk rantai panjang melalui ikatan peptida. Ikatan Peptida adalah ikatan antara gugus karboksil satu asam amino dengan gugus amin dari asam amino lain yang ada di sampingnya. Asam amino yang membentuk rantai panjang ini disebut protein (Polipeptida). Polipeptida di dalam tubuh manusia disintesis di dalam ribosom. Setelah disintesis,protein mengalami ”pematangan” menjadi protein yang lebih kompleks.

Asam amino yang diperlukan tubuh ada 20 macam. sepuluh diantaranya sangat penting bagi pertumbuhan sel-sel tubuh manusia dan tidak dapat dibuat dalam tubuh, sehingga harus didapatkan dari luar tubuh. Asam amino itu disebut asam amino esensial. selain asam amino esensial terdapat juga asam emino non-esensial. Asam amino non-esensial merupakan asam amino yang dapat dibuat dalam tubuh manusia. Bahan bakunya berasal dari asam amino lainnya. Namun ada juga yang mengatakan bahwa asam amino terbagi menjadi 3, ditambah dengan asam amino semiesensial. Asam amino semiesensial adalah asam amino yang dapat menghemat pemakaian beberapa asam amino esensial.

2.      PEMBAGIAN

Berdasarkan macam asam amino yang menyusun polipeptid,Protein dapat digolongkan menjadi 3, Yaitu:

1.Protein Sempurna

Protein sempurna adalah protein yang mengandung asam-asam amino lengkap,baik macam maupun jumlahnya.Contohnya kasein pada susu dan albumin pada putih telur.Pada umumnya protein hewan adalah Protein Sempurna

2.Protein Kurang Sempurna

Protein kurang sempurna adalah protein yang mengandung asam amino lengkap,tetapi beberapa diantaranya jumlahnya sedikit.Protein ini tidak dapat mencukupi kebutuhan pertumbuhan,Namun hanya dapat mempertahankan kebutuhan jaringan yang sudah ada.Contohnya Protein lagumin pada kacang-kacangan dan Gliadin pada gandum.

3.Protein Tidak Sempurna

Protein tidak sempurna adalah protein yang tidak mengandung atau sangat sedikit mengandung asam amino esensial.Protein ini tidak dapat mencukupi untuk pertumbuhan dan mempertahankan kehidupan yang telah ada.Contohnya Zein pada jagung dan beberapa protein yang berasal dari tumbuhan.

3.      FUNGSI PROTEIN

Protein yang membangun tubuh disebut Protein Struktural sedangkan protein yang berfungsi sebagai enzim,antibodi atau hormon dikenal sebagai Protein Fungsional.

Protein struktural pada umumnya bersenyawa dengan zat lain di dalam tubuh makhluk hidup Contoh protein struktural antara lain nukleoprotein yang terdapat di dalam inti sel dan lipoprotein yang terdapat di dalam membran sel.Ada juga protein yang tidak bersenyawa dengan komponen struktur tubuh,tetapi terdapat sebagai cadangan zat di dalam sel-sel makhluk hidup. Contoh protein seperti ini adalah protein pada sel telur ayam,burung,kura-kura dan penyu.

Semua jenis protein yang kita makan akan dicerna di dalam saluran pencernaan menjadi zat yang siap diserap di usus halus,yaitu berupa asam amino-asamamino.Asam amino-asam amino yang dihasilkan dari proses pencernaan makanan berperan sangat penting di dalam tubuh,untuk:

·         Bahan dalam sintesis subtansi penting seperti hormon,zat antibodi,dan organel sel lainnya

·         Perbaikan,pertumbuhan dan pemeliharaan struktur sel,jaringan dan organ tubuh

·         Sebagai sumber energi,setiap gramnya akan menghasilkan 4,1 kalori.

·         Mengatur dan melaksakan metabolisme tubuh,misalnya sebagai enzim(protein mengaktifkan dan berpartisipasi pada reaksi kimia kehidupan)

·         Menjaga keseimbangan asam basa dan keseimbangan cairan tubuh.Sebagai senyawa penahan/bufer,protein berperan besar dalam menjaga stabilitas pH cairan tubuh.Sebagai zat larut dalam cairan tubuh,protein membantu dalam pemeliharaan tekanan osmotik di dalam sekat-sekat rongga tubuh.

·         Membantu tubuh dalam menghancurkan atau menetralkan zat-zat asing yang masuk ke dalam tubuh.

Kekurangan protein di dalam tubuh dapat mengakibatkan beberapa penyakit, Seperti kwashiorkor,anemia,radang kulit,dan busung lapar yang disebut juga hongeroedem.Karena terjadinya edema(pembengkakan organ karena kandungan cairan yang berlebihan) pada tubuh.

B.     LEMAK

Lemak merupakan sekelompok besar molekul-molekul alam yang terdiri atas unsur-unsur karbon, hidrogen, dan oksigen meliputi asam lemak, malam, sterol, vitamin-vitamin yang larut di dalam lemak (contohnya A, D, E, dan K), monogliserida, digliserida, fosfolipid, glikolipid, terpenoid (termasuk di dalamnya getah dan steroid) dan lain-lain. Lemak secara khusus menjadi sebutan bagi minyak hewani pada suhu ruang, lepas dari wujudnya yang padat maupun cair, yang terdapat pada jaringan tubuh yang disebut adiposa.

Secara umum dapat dikatakan bahwa lemak memenuhi fungsi dasar bagi manusia, yaitu:

·         Menjadi cadangan energi dalam bentuk sel lemak. 1 gram lemak menghasilkan 39.06 kjoule atau 9,3 kcal.

·         Lemak mempunyai fungsi selular dan komponen struktural pada membran sel yang berkaitan dengan karbohidrat dan protein demi menjalankan aliran air, ion dan molekul lain, keluar dan masuk ke dalam sel.

·         Menopang fungsi senyawa organik sebagai penghantar sinyal, seperti pada prostaglandin dan steroid hormon dan kelenjar empedu.

·         Menjadi suspensi bagi vitamin A, D, E dan K yang berguna untuk proses biologis

·         Berfungsi sebagai penahan goncangan demi melindungi organ vital dan melindungi tubuh dari suhu luar yang kurang bersahabat.

Lemak juga merupakan sarana sirkulasi energi di dalam tubuh dan komponen utama yang membentuk membran semua jenis sel.

Berdasarkan komposisi kimianya lemak terbagi atas tiga,yaitu:

1.Lemak Sederhana

Lemak sederhana tersusun oleh trigliserida, yang terdiri dari satu gliserol dan tiga asam lemak.Contoh senyawa lemak sederhana adalah lilin(wax) malam atau plastisin(lemak sederhana yang padat pada suhu kamar),dan minyak(lemak sederhana yang cair pada suhu kamar).

2.Lemak Campuran

Lemak Campuran merupakan gabungan antara lemak dengan senyawa bukan lemak.Contoh lemak campuran adalah lipoprotein(gabungan antara lipid dan dengan protein),Fosfolipid(gabungan antara lipid dan fosfat),serta fosfatidilkolin(yang merupakan gabungan antara lipid,fosfat dan kolin).

3.Lemak Asli(Derivat Lemak)

Deriwat lemak merupakan senyawa yang dihasilkan dari proses hidrolisis lipid.misalnya kolesterol dan asam lemak.Berdasarkan ikatan kimianya asam lemak dibedakan menjadi 2,yaitu:

•           Asam lemak Jenuh,bersifat non-esensial karena dapat disintesis oleh tubuh dan pada umumnya berwujud padat pada suhu kamar.Asam lemak jenuh berasal dari lemak hewani,misalnya mentega.

•           Asam lemak tidak jenuh, bersifat esensial karena tidak dapat disintesis oleh tubuh dan umunya berwujud cair pada suhu kamar.Asam Lema tidak jenuh berasal dari lemak nabati,misalnyya minyak goreng.

C.    KARBOHIDRAT

Karbohidrat / sakarida adalah segolongan besar senyawa organik yang paling melimpah di bumi. Karbohidrat sendiri terdiri atas karbon, hidrogen, dan oksigen. Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh makhluk hidup, terutama sebagai bahan bakar (misalnya glukosa), cadangan makanan (misalnya pati pada tumbuhan dan glikogen pada hewan), dan materi pembangun (misalnya selulosa pada tumbuhan, kitin pada hewan dan jamur).

Berdasarkan Gugus Gula penyusunnya,Karbohidrat di bagi menjadi 3,Yaitu:

1.Monosakarida(C6H12O6)

Monosakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari satu gugus gula.Monosakarida ini memiliki rasa manis dan sifatnya mudah larut dalam air.Contoh dari monosakarida adalah heksosa,glukosa,fruktosa,galaktosa,monosa,ribosa(penyusun RNA) dan deoksiribosa(penyusun DNA).

2.Disakarida(C12H22O11)

Disakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari dua gugus gula.Sama seperti monosakarrida,Disakarida juga memiliki rasa manis, dan sifatnyapun mudah larut dalam air.Contoh dari Disakarida adalah laktosa(gabungan antara glukosa dan galaktosa),sukrosa(gabungan antara glukosa dan fruktosa) dan maltosa(gabungan antara dua glukosa)

3.Polisakarida(C6H11O5)

Polisakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari banyak gugus gula,dan rata-rata terdiri dari lebih 10 gugus gula.Pada umumnya polisakarida tidak berasa atau pahit,dan sifatnya sukar larut dalam air.Contohnya dari polisakarida adalah amilum yang terdiri dari 60-300 gugus gula berupa glukosa,glikogen atau gula otot yang tersusun dari 12-16 gugus gula,dan selulosa,pektin,lignin,serta kitin yang tersusun dari ratusan bahkan ribuan gugus gula dengan tambahan senyawa lainnya.

Karbohidrat memiliki beberapa peran penting dalam tubuh manusia,antara lain adalah

Ø  Sebagai sumber energi utama.Pada beberapa organ tubuh utama,seperti otak,lensa mata dan sel saraf,sumber energi yang diperlukan adalah glukosa,dan tidak dapat digantikan oleh sumber energi lainnya.Dalam proses respirasi,setiap 1 gram glukosa akan menghasilkan 4,1 kalori,

Ø  Berperan penting dalam proses metanolisme,menjaga keseimbangan asam dan basa dalam tubuh, dan pembentuk struktur sel,jaringan,serta organ tubuh,

Ø  Membantu proses pencernaan makanan dalam prose pencernaan,

Ø  Membantu penyerapan kalsium,

Ø  Merupakan pembentuk senyawa lainnya,misalnya sebagai asam lemak sebagai penyusun lemak dan asam amino sebagai penyusun protein.

Ø  Sebagai komponen penyusun gen dalam inti sel yang amat penting dalam pewarisan sifat.Gen terdiri dari asam deoksiribunukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA) yang merupakan karbohidrat beratom C lima.

Ø  Merupakan senyawa yang membantu proses berlangsungnya buang air besar.selulosa merupakan polisakarida yang sulit dicerna,tetapi keberadaannya dala sisa pencernaan dapat mencegah konstipasi(sembelit)

D.    Proses Reaksi Glikolisis (respirasi aerob)

Glikolisis merupakan reaksi tahap pertama secara aerob (cukup oksigen) yang berlangsung dalam mitokondria. Glikolisis berasal dari kata glyco = gula, lysis = memecah. Semua kehidupan di bumi melakukan glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen dan tidak menghasilkan banyak energi. Tahap glikolisis merupakan awal terjadinya respirasi sel. Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan hasil akhir glikolisis berupa senyawa asam piruvat. Glikolisis memiliki sifat-sifat, antara lain: glikolisis dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob, glikolisis melibatkan enzim ATP dan ADP, serta peranan ATP dan ADP pada glikolisis adalah memindahkan (mentransfer) fosfat dari molekul yang satu ke molekul yang lain. Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di sitoplasma (sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan energi dan 5 tahapan pelepasan energi. Berikut ini reaksi glikolisis secara lengkap:

Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini mengakibatkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim heksokinase.Glikolisis ini terjadi pada saat sel memecah molekul glukosa yang mengandung 6 atom C (6C) menjadi 2 molekul asam piruvat yang mengandung 3 atom C (3C) yang melalui dua rangkaian reaksi yaitu rangkaian I (pelepasan energi) dan rangkaian II (membutuhkan oksigen) dengan uraian sebagai berikut.

Rangkaian I

Rangkaian I Reaksi Glikolisis (pelepasan energi) berlangsung di dalam sitoplasma (dalam kondisi anaerob) yaitu diawali dari reaksi penguraian molekul glukosa menjadi glukosa-6-fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP dan melepas 1 P. Jika glukosa-6-fosfat mendapat tambahan 1 P menjadi fruktosa-6-fosfat kemudian menjadi fruktosa 1,6 fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP yang melepas 1 P. Jadi untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa 1,6 fosfat, energi yang dibutuhkan sebanyak (-2) ATP. Selanjutnya fruktosa 1,6 fosfat masuk ke mitokondria dan mengalami lisis (pecah) menjadi dehidroksik aseton fosfat dan fosfogliseraldehid.

Rangkaian II

Rangkaian II Reaksi Glikolisis (membutuhkan oksigen) berlangsung di dalam mitokondria (dalam kondisi awal), molekul fosfogliseraldehid yang mengalami reaksi fosforilasi (penambahan gugus fosfat) dan dalam waktu yang bersamaan, juga terjadi reaksi dehidrogenasi (pelepasan atom H) yang ditangkap oleh akseptor hidrogen, yaitu koenzim NAD. Dengan lepasnya 2 atom H, fosfogliseraldehid berubah menjadi 2×1,3-asam difosfogliseral kemudian berubah menjadi 2×3-asam fosfogliseral yang menghasilkan (+2) energi ATP. Selanjutnya 2×3-asam fosfogliseral tersebut berubah menjadi 2xasam piruvat dengan menghasilkan (+2) energi ATP serta H₂O (sebagai hasil sisa). Jadi, energi hasil akhir bersih untuk mengubah glukosa menjadi 2 x asam piruvat, adalah:

Energi yang dibutuhkan Tahap I : (-2) ATP

Energi yang dihasilkan Tahap II : (+4) ATP

Energi hasil akhir bersih : 2 ATP

Pada perjalanan reaksi berikutnya, asam piruvat tergantung pada ketersediaan oksigen dalam sel. Jika oksigen cukup tersedia, asam piruvat dalam mitokondria akan mengalamidekarboksilasi oksidatif yaitu mengalami pelepasan CO₂ dan reaksi oksidasi dengan pelepasan 2 atom H (reaksidehidrogenasi). Selama proses tersebut berlangsung, maka asam piruvat akan bergabung dengan koenzim A (KoA–SH) yang membentuk asetil koenzim A (asetyl KoA). Dalam suasana aerob yang berlangsung di membran krista mitakondria terbentuk juga hasil yang lain, yaitu NADH2 dari NAD yang menangkap lepasnya 2 atom H yang berasal dari reaksi dehidrogenasi. Kemudian kumpulan NADH2 diikat oleh rantai respirasi di dalam mitokondria. Setelah asam piruvat bergabung dengan koenzim dan membentuk asetil Co-A kemudian masuk dalam tahap siklus Krebs.

Jika Anda amati lebih cermat lagi, Anda akan mengetahui pada tahapan mana sajakah energi ( ATP) dibentuk. Nah, proses pembentukan ATP inilah yang disebut fosforilasi. Pada tahapan glikolisis tersebut, enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat (molekul organik dalam glikolisis) ke ADP sehingga prosesnya disebut fosforilasi tingkat substrat. Keseluruhan reaksi glikolisis, dapat dibuat persamaaan reaksi sebagai berikut:

Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD⁺ → 2 Piruvat + 2H₂O + 2ATP + 2NADH + 2H⁺

Selain glukosa, bahan makanan yang Anda konsumsi tidak selalu mengandung gula sederhana seperti glukosa saja. Kadang-kadang Anda mengkonsumsi bahan-bahan yang mengandung gula kompleks (karbohidrat kompleks) seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa. Kemudian, dapatkah gula-gula atau karbohidrat yang kompleks tersebut langsung dimetabolisme oleh sel? Tentu saja tidak, bahan-bahan yang belum sederhana tersebut harus dirombak dahulu sehingga menjadi bahan yang dapat dimetabolisme langsung oleh sel. Bukankah Anda sudah mengetahui macam-macam gula? Maltosa, sukrosa, dan laktosa terlebih dahulu diubah menjadi monomer penyusunnya yaitu glukosa dan gula sederhana yang lain yaitu fruktosa atau galaktosa. Selanjutnya, glukosa atau gula-gula sederhana akan masuk siklus glikolisis seperti biasa. Glukosa akan diubah menjadi glukosa 6P dan seterusnya sehingga dapat dihasilkan 2 asam piruvat. Lalu, bagaimana dengan fruktosa dan manosa? Fruktosa dan manosa dapat langsung diubah menjadi fruktosa 6P.

E.     SIKLUS KREBS

Setelah glikolisis, mekanisme respirasi selular lain melibatkan proses-tahapan siklus Krebs, yang juga disebut siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat. Siklus Krebs, juga dikenal sebagai siklus asam sitrat, adalah langkah-langkah penting metabolisme oksidatif yang terjadi dalam mitokondria. Siklus Krebs menggunakan dua molekul asam piruvat yang terbentuk dalam glikolisis dan menghasilkan molekul energi tinggi dari NADH dan flavin adenin dinukleotida (FADH), serta beberapa ATP.

Siklus Krebs terjadi di mitokondria sel. Yang berbentuk sosis ini memiliki organel membran dalam dan luar dan, karenanya, sebuah kompartemen dalam dan luar. Membran dalam dilipat terhadap dirinya sendiri berkali-kali, lipatan disebut krista. Mereka agak mirip dengan membran tilakoid di kloroplas. Terletak di sepanjang krista adalah enzim penting yang diperlukan untuk pompa proton dan untuk produksi ATP.

Sebelum memasuki siklus Krebs, molekul asam piruvat yang diubah. Setiap molekul asam tiga karbon piruvat mengalami konversi ke zat yang disebut asetil koenzim-A, atau asetil-CoA. Selama proses tersebut, molekul asam piruvat dipecah oleh enzim, satu atom karbon dilepaskan dalam bentuk karbon dioksida, dan dua atom karbon yang tersisa digabungkan dengan koenzim yang disebut koenzim A. Kombinasi ini membentuk asetil-CoA. Dalam prosesnya, elektron dan ion hidrogen ditransfer ke NAD untuk membentuk NADH energi tinggi.

Asetil-KoA sekarang memasuki siklus Krebs dengan menggabungkan dengan asam empat karbon yang disebut asam oksaloasetat. Kombinasi tersebut membentuk asam enam karbon yang disebut asam sitrat. Asam sitrat mengalami serangkaian konversi enzim-katalis. Konversi, yang melibatkan sampai dengan sepuluh reaksi kimia, semuanya disebabkan oleh enzim. Pada Sebagian langkah, elektron energi tinggi yang dirilis ke NAD. Molekul NAD juga memperoleh ion hidrogen dan menjadi NADH. Pada salah satu langkah, FAD berfungsi sebagai akseptor elektron, dan memperoleh dua ion hidrogen menjadi FADH2. Juga, di salah satu reaksi, energi yang cukup dilepaskan untuk mensintesis molekul ATP. Karena untuk setiap molekul glukosa ada dua molekul asam piruvat memasuki sistem, dua molekul ATP terbentuk.

Juga selama siklus Krebs, dua atom karbon dari asetil-CoA dilepaskan, dan masing-masing membentuk sebuah molekul karbon dioksida. Jadi, untuk setiap asetil-CoA memasuki siklus, dua molekul karbon dioksida terbentuk. Dua molekul asetil-CoA memasuki siklus, dan masing-masing memiliki dua atom karbon, jadi empat molekul karbon dioksida akan terbentuk. Menambahkan empat molekul dengan dua molekul karbon dioksida yang terbentuk dalam konversi asam piruvat menjadi asetil-CoA, dan menambahkan hingga enam molekul karbon dioksida. Keenam C02 molekul dilepaskan sebagai gas buang dalam siklus Krebs. Mereka mewakili enam karbon glukosa yang awalnya masuk proses glikolisis.

Pada akhir siklus Krebs, produk akhir asam oksaloasetat. Hal ini identik dengan asam oksaloasetat yang dimulai dari siklus. Sekarang molekul siap menerima molekul asetil-CoA lain untuk memulai giliran lain dari siklus tersebut. Semua mengatakan, bentuk siklus Krebs (per dua molekul asam piruvat) dua molekul ATP, sepuluh molekul NADH, FADH2 dan dua molekul. NADH dan FADH2 akan digunakan dalam sistem transpor elektron.

F.     OKSIDASI

Oksidasi adalah interaksi antara molekul oksigen dan semua zat yang berbeda . Oksidasi merupakan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau ion .Kadang-kadang oksidasi bukan hal yang buruk, seperti dalam pembentukan aluminium anodized super tahan lama. Sisi lain, oksidasi dapat merusak, seperti karat dari sebuah mobil atau merusak buah segar.