Katabolisme Materi Biologi Kelas 12

Metabolisme adalah sekumpulan reaksi kimia dalam tubuh yang menjaga kehidupan tetap berlangsung. Metabolisme terbagi menjadi dua kelompok besar: anabolisme (pembentukan molekul kompleks dari yang sederhana) dan katabolisme (penguraian molekul kompleks menjadi sederhana). Keduanya saling melengkapi, seperti dua sisi mata uang.

Artikel ini akan mengulas secara detail tentang katabolisme, yaitu proses penting yang menghasilkan energi bagi tubuh manusia, hewan, dan makhluk hidup lainnya.

Apa Itu Katabolisme?

Katabolisme adalah serangkaian reaksi kimia yang menguraikan molekul kompleks—seperti karbohidrat, lemak, dan protein—menjadi molekul yang lebih sederhana. Proses ini disertai dengan pelepasan energi, terutama dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP), yang kemudian digunakan oleh sel untuk berbagai aktivitas.

Contoh sederhana: ketika kita makan nasi (karbohidrat), tubuh akan memecahnya menjadi glukosa. Glukosa kemudian diproses melalui jalur katabolisme untuk menghasilkan energi yang kita gunakan sehari-hari, mulai dari bernapas, berpikir, hingga berolahraga.

Ciri-Ciri Katabolisme

1. Bersifat Eksogen: Proses katabolisme melepaskan energi.

2. Menghasilkan ATP: Energi kimia dari molekul diubah menjadi ATP.

3. Molekul Kompleks → Molekul Sederhana: Misalnya protein menjadi asam amino.

4. Menyediakan Bahan Baku Anabolisme: Produk katabolisme dapat digunakan untuk membangun molekul baru.

Jalur Utama Katabolisme

Katabolisme terdiri dari beberapa jalur metabolisme besar, sesuai dengan substrat utama: karbohidrat, lemak, dan protein.

1. Katabolisme Karbohidrat

Karbohidrat adalah sumber energi utama tubuh. Proses penguraian karbohidrat melibatkan tiga tahap penting:

a. Glikolisis

• Terjadi di sitoplasma.

• Glukosa (6C) → 2 molekul piruvat (3C).

• Menghasilkan 2 ATP dan 2 NADH.

• Tidak membutuhkan oksigen (anaerob).

b. Siklus Krebs (Siklus Asam Sitrat)

• Terjadi di matriks mitokondria.

• Piruvat diubah menjadi asetil-KoA lalu masuk ke siklus.

• Menghasilkan NADH, FADH₂, dan GTP/ATP.

c. Rantai Transpor Elektron

• Berlangsung di membran dalam mitokondria.

• NADH dan FADH₂ melepaskan elektron.

• Menghasilkan hingga 34 ATP melalui fosforilasi oksidatif.

Total energi dari 1 molekul glukosa: sekitar 36–38 ATP.

2. Katabolisme Lemak

Lemak adalah cadangan energi jangka panjang dengan densitas energi tinggi.

a. Lipolisis

• Trigliserida dipecah menjadi gliserol + asam lemak.

b. β-Oksidasi

• Asam lemak dipecah dalam mitokondria menjadi asetil-KoA.

• Setiap siklus memotong 2 atom karbon.

c. Masuk ke Siklus Krebs dan Rantai Transpor Elektron

• Asetil-KoA dari β-oksidasi masuk ke siklus Krebs.

• NADH dan FADH₂ masuk ke rantai transpor elektron.

Energi yang dihasilkan dari lemak sangat besar. Misalnya, oksidasi penuh 1 molekul asam palmitat (16C) dapat menghasilkan lebih dari 100 ATP.

3. Katabolisme Protein

Protein bukanlah sumber energi utama, tetapi dapat digunakan saat kekurangan karbohidrat dan lemak (misalnya puasa lama atau kelaparan).

a. Deaminasi

• Asam amino diuraikan dengan membuang gugus amina (-NH₂).

• Gugus amina diubah menjadi urea (dikeluarkan melalui urin).

b. Sisa Kerangka Karbon

• Dapat diubah menjadi piruvat, asetil-KoA, atau langsung masuk ke siklus Krebs.

Energi dari protein relatif kecil dan penggunaannya berlebihan bisa merugikan karena merusak jaringan otot.

Regulasi Katabolisme

Tubuh tidak sembarangan melakukan katabolisme. Proses ini diatur dengan sangat ketat oleh hormon dan sinyal metabolik:

• Insulin: Menghambat katabolisme, mendorong penyimpanan energi.

• Glukagon: Merangsang katabolisme, terutama pemecahan glikogen.

• Adrenalin: Mengaktifkan lipolisis dan glikogenolisis saat tubuh butuh energi cepat.

• Kortisol: Meningkatkan katabolisme protein pada kondisi stres berkepanjangan.

Perbedaan Katabolisme dan Anabolisme

Katabolisme dalam Kehidupan Sehari-Hari

1. Saat Olahraga
   Tubuh mengaktifkan katabolisme glikogen dan lemak untuk menyediakan energi otot.

2. Saat Berpuasa
   Tubuh beralih dari penggunaan glukosa ke lemak melalui lipolisis dan β-oksidasi.

3. Saat Stres
   Kortisol meningkat, memacu katabolisme protein untuk menyediakan energi cadangan.

4. Dalam Diet
   Diet rendah karbohidrat (misalnya keto) memaksa tubuh mengandalkan katabolisme lemak sehingga menghasilkan badan keton.

Gangguan pada Katabolisme

Beberapa penyakit berkaitan dengan gangguan proses katabolisme:

• Diabetes Mellitus: Gangguan penggunaan glukosa, menyebabkan tubuh beralih ke katabolisme lemak dan menghasilkan keton berlebih (ketoasidosis).

• Penyakit Penyimpanan Glikogen: Kelainan enzim yang membuat tubuh sulit memecah glikogen.

• Kelainan Metabolisme Asam Amino: Seperti fenilketonuria (PKU), di mana tubuh tidak mampu memecah fenilalanin.

Katabolisme dan Energi Hidup

Energi dari katabolisme digunakan untuk berbagai aktivitas penting:

• Kontraksi otot.

• Transportasi zat melintasi membran.

• Sintesis molekul baru (mendukung anabolisme).

• Menjaga suhu tubuh.

• Aktivitas otak dan sistem saraf.

Perspektif Evolusi

Katabolisme adalah mekanisme kuno yang dimiliki hampir semua organisme, dari bakteri hingga manusia. Evolusi memilih jalur katabolik yang efisien agar organisme dapat bertahan hidup di lingkungan dengan ketersediaan energi terbatas.

Katabolisme adalah proses penguraian molekul kompleks menjadi sederhana dengan pelepasan energi. Proses ini melibatkan tiga jalur utama: glikolisis → siklus Krebs → rantai transpor elektron, serta mekanisme khusus untuk lemak dan protein.

Tanpa katabolisme, tubuh tidak akan memiliki energi untuk menjalankan fungsi vital. Namun, keseimbangan dengan anabolisme juga penting, karena keduanya saling melengkapi.

Pemahaman tentang katabolisme bukan hanya penting dalam biologi, tetapi juga dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari menjaga pola makan, olahraga, hingga pengelolaan kesehatan.