Katabolisme: fungsi dan proses katabolik

Katabolisme: fungsi dan proses katabolik

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

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

Sumber: Oleh EsquemaCatabolismo.svg: saya sendiri; koreksi kesalahan kecil: Karya turunan Basquetteur: Gustavocarra (EsquemaCatabolismo.svg) [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

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

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

Metabolisme organisme meliputi reaksi sintesis dan degradasi, yang terjadi secara simultan dan terkendali di dalam sel.

Indeks artikel

Fitur

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

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

Bahan bakar adalah makanan yang kita konsumsi sehari-hari. Diet kita terdiri dari protein, karbohidrat dan lemak yang dipecah oleh jalur katabolik. Tubuh lebih suka menggunakan lemak dan karbohidrat, meskipun dalam situasi kelangkaan dapat menggunakan pemecahan protein.

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

Saat kita mengonsumsi makanan apa pun, kita mengunyahnya agar lebih mudah dicerna. Proses ini analog dengan katabolisme, di mana tubuh bertugas “mencerna” partikel pada tingkat mikroskopis sehingga digunakan oleh jalur sintetik atau anabolik.

Proses katabolik

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

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

– Produk tahap I lolos ke konstituen yang lebih sederhana, yang menyatu dalam zat antara yang disebut asetil-KoA.

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

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

siklus urea

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

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

Langkah reaksi pertama melibatkan ATP, ion bikarbonat (HCO 3 – ) dan amonium (NH 4 + ) karbomoil fosfat, ADP dan P i . Langkah kedua melibatkan pengikatan karbomoil fosfat dan ornitin untuk menghasilkan molekul citrulline dan P i . Reaksi ini terjadi di matriks mitokondria.

Siklus berlanjut di sitosol, di mana citrulline dan aspartat berkondensasi bersama dengan ATP untuk menghasilkan argininosuccinate, AMP dan PP i . Argininosuksinat masuk ke arginin dan fumarat. Asam amino arginin bergabung dengan air untuk menghasilkan ornitin dan, akhirnya, urea.

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

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

Siklus Krebs atau siklus asam sitrat

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

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

Siklus dimulai dengan reaksi isomerisasi yang dikatalisis oleh akonitase, di mana sitrat masuk ke cis-akonitat dan air. Demikian pula, aconitase mengkatalisis perjalanan cis-aconitate menjadi isocitrate.

Isositrat dioksidasi menjadi oksalosuksinat oleh isositrat dehidrogenase. Molekul ini didekarboksilasi menjadi alfa-ketoglutarat oleh enzim yang sama, isositrat dehidrogenase. Alfa-ketoglutarat diubah menjadi suksinil-KoA oleh aksi alfa-ketoglutarat dehidrogenase.

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

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

Glikolisis

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

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

Glukosa-6-fosfat isomerase mengambil glukosa-6-fosfat dan mengatur ulang menjadi isomer fruktosa-6-fosfat. Langkah ketiga dikatalisis oleh fosfofruktokinase dan produknya adalah fruktosa-1,6-bifosfat.

Kemudian, aldolase memecah senyawa di atas menjadi dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat. Ada keseimbangan antara dua senyawa ini yang dikatalisis oleh triose fosfat isomerase.

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

Enolase mengambil metabolit terakhir dan mengubahnya menjadi fosfoenolpiruvat. Langkah terakhir dalam jalur ini dikatalisis oleh piruvat kinase dan produk akhirnya adalah piruvat.

Fosforilasi oksidatif

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

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

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

Dengan demikian, NADH atau FADH 2 dihasilkan di rute yang berbeda, sebut saja glikolisis atau oksidasi asam lemak, digunakan untuk mengurangi oksigen dan energi bebas yang dihasilkan dalam proses digunakan untuk sintesis ATP.

-oksidasi asam lemak

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

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

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

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

Regulasi katabolisme

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

Di setiap rute harus ada setidaknya satu reaksi ireversibel (yaitu, itu terjadi hanya dalam satu arah) dan yang mengarahkan kecepatan seluruh rute. Hal ini memungkinkan reaksi bekerja pada kecepatan yang dibutuhkan oleh sel dan mencegah jalur sintesis dan degradasi bekerja pada saat yang bersamaan.

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

Kortisol

kortisol bertindak untuk mengurangi proses sintesis dan jalur katabolik peningkatan otot. Efek ini terjadi dengan pelepasan asam amino ke dalam aliran darah.

Insulin

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

Perbedaan dengan anabolisme

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

Kedua proses tersebut memerlukan beberapa reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim dan berada di bawah kendali hormonal yang ketat yang mampu memicu atau memperlambat reaksi tertentu. Namun, mereka berbeda dalam aspek mendasar berikut:

Sintesis dan degradasi molekul

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

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

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

Dengan kata lain, tubuh harus “mengubah konfigurasi” unsur-unsur yang menyusun makanan agar dapat digunakan dalam proses yang diperlukannya.

Prosesnya analog dengan permainan Lego populer, di mana konstituen utama dapat membentuk struktur yang berbeda dengan berbagai macam pengaturan spasial.

Penggunaan energi

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

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

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

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

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

Referensi

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