Proses Pembentukan Energi

Sel dituntut untuk menghasilkan energi untuk mereka gunakan sendiri. Energi tersebut didapat dari hasil ekstraksi energi yang terkandung di dalam ikatan-ikatan kimia pada molekul makanan dengan cara mengombinasikan molekul makanan dengan oksigen di dalam mitokondria sel. Molekul-molekul makanan yang digunakan adalah glukosa dari metabolisme karbohidrat, asam amino dari metabolisme protein, dan asam lemak dan gliserol dari metabolisme lemak.

Proses ketika molekul makanan dikombinasikan dengan oksigen, yang kemudian menghasilkan energi, disebut fosforilasi oksidatif. Proses ini memerlukan beberapa enzim, yang bekerja secara berurutan di dalam mitokondria. Hasil akhirnya adalah pembentukan molekul adenosin trifosfat (ATP) yang kaya energi. ATP tersusun atas basa nitrogen adenosin, gula ribosa, dan tiga molekul fosfat yang terikat menjadi satu. Dua fosfat terakhir diikat oleh suatu ikatan berenergi tinggi, yang apabila diputus akan membebaskan sekitar 7 kkal per mol energi yang dapat digunakan oleh sel.

Fosforilasi Oksidatif Glukosa
Walaupun fosforilasi oksidatif glukosa terjadi di mitokondria, namun harus ada langkah awal dalam penanganan glukosa sebelum fosforilasi oksidatif terjadi. Langkah ini disebut glikolisis dan berlangsung di sitoplasma di luar mitokondria. Proses ini bersifat anaerob, yang berarti bahwa glikolisis terjadi tanpa memerlukan oksigen. Selama glikolisis enzim-enzim sitoplasma mengubah glukosa menjadi asam piruvat. Proses ini memerlukan dua molekul ATP dan menghasilkan empat molekul ATP: hasil dari dua molekul. Pada saat terjadi kekurangan oksigen, glikolisis berperan penting tetapi terbatas dalam menyuplai ATP ke sel. (Lihat bagian Glikolisis Anaerob).

Apabila tersedia oksigen (aerob), maka molekul asam piruvat akan bergerak ke dalam mitokondria, memasuki siklus asam sitrat atau siklus Krebs dan diubah oleh enzim-enzim yang terdapat di sana menjadi suatu senyawa yang disebut asetil koenzim A (asetil KoA). Proses ini menghasilkan tambahan dua molekul ATP. Asetil KoA kemudian secara enzimatis diubah menjadi karbon dioksida dan hidrogen. Karbon dioksida berdifusi keluar dari mitokondria dan dari sel, yang kemudian diserap oleh darah yang menyuplai sel tersebut, dibawa ke paru paru dan dikeluarkan dari tubuh. Atom hidrogen yang tertinggal di mitokondria memulai proses fosforilasi oksidatif dan selama proses itu, mereka berikatan dengan molekul-molekul oksigen melalui suatu rantai transpor elektron yang terdapat di membran mitokondria. Hasil dari proses ini adalah pembentukan energi dalam jumlah yang sangat besar, dalam bentuk 36 molekul ATP. Olch karena itu dari metabolisme satu buah molekul glukosa, total dibentuk 38 molekul ATP (36 dari fosforilasi oksidatif dan 2 dan glikolisis).

Fosforilasi Oksidatif Asam Lemak Dan Gliserol
Sel juga menggunakan asam lemak bebas dan gliserol dalam fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP. Gliserol adalah sebuah karbohidrat dengan tiga rantai karbon, yang mengalami glikolisis dalam sitoplasma dan masuk ke siklus Krebs sebagai asetil KoA. Asam lemak bebas berdifusi langsung ke dalam mitokondria tempat mereka diubah menjadi asetil KoA oleh berbagai enzim. Asetil KoA kemudian masuk ke siklus Krebs. Penguraian satu molekul lemak menghasilkan 463 molekul ATP. Lemak memiliki berat per mol lima kali lebih besar dibandingkan dengan glukosa. Dengan demikian, per gramnya, metabolisme lemak menghasilkan ATP sekitar tiga kali lebih banyak dibandingkan dengan metabolisme glukosa. Dengan demikian, lemak adalah bentuk penyimpanan energi yang jauh lebih efisien dibandingkan karbohidrat.

Fosforilasi Oksidatif Asam Amino
Asam amino masuk ke dalam mitokondria setelah molekul nitrogen dikeluarkan (deaminasi). Setelah deaminasi, asam amino tersebut masuk ke dalam siklus Krebs di berbagai titik. Sebagian, seperti alanin, masuk sebagai asam piruvat; diikuti oleh yang lain yang masuk sebagai zat antara. Tempat asam-asam amino masuk ke siklus Krebs menentukan berapa banyak atom hidrogen yang mereka
tambahkan ke rantai transpor elektron dan dengan demikian berapa banyak molekul ATP yang disintesis.

Glikolisis Anaerob
Apabila tidak tersedia oksigen, maka asam piruvat yang dihasilkan oleh glikolisis tidak masuk ke siklus Krebs, tetapi berikatan dengan hidrogen dalam sitoplasma untuk membentuk asam laktat. Dua molekul ATP yang terbentuk dari penguraian satu molekul glukosa menjadi asam piruvat disediakan untuk menjaga sel tetap hidup. Meski demikian, penggunaan glukosa ini menjadi sia-sia karena menyebabkan hilangnya 36 molekul ATP yang seharusnya terbentuk apabila asam piruvat memasuki siklus krebs. Proses ini hanya dapat berlangsung singkat sebelum glukosa di deplesi.
Asam laktat yang dihasilkan oleh glikolisis anaerob berdifusi keluar sel dan masuk ke dalam peredaran darah. Hal ini dapat menyebabkan penurunan pH plasma (peningkatan keasaman plasma). Dengan kembalinya oksigen, asam laktat akan diubah kembali menjadi asam piruvat, terutama di hati, dan siklus Krebs akan berjalan kembali.

Pustaka
Buku Saku Patofisiologi Corwin Oleh Elizabeth J. Corwin