Katabolisme adalah set jalur metabolik yang memecah molekul menjadi unit yang lebih kecil yang dioksidasi untuk melepaskan energi atau digunakan dalam reaksi anabolik lainnya. Katabolisme memecah molekul besar (seperti polisakarida, lipid, asam nukleat dan protein) menjadi unit yang lebih kecil (seperti monosakarida, asam lemak, nukleotida, dan asam amino, masing-masing).
Sel menggunakan monomer yang dilepas dari pemecahan polimer untuk membangun molekul polimer baru, atau menurunkan monomer lebih jauh ke produk limbah sederhana, melepaskan energi. Limbah seluler termasuk asam laktat, asam asetat, karbon dioksida, amonia, dan urea. Penciptaan limbah ini biasanya merupakan proses oksidasi yang melibatkan pelepasan energi bebas kimia, beberapa di antaranya hilang sebagai panas, tetapi sisanya digunakan untuk menggerakkan sintesis adenosine triphosphate (ATP).
Molekul ini bertindak sebagai cara bagi sel untuk mentransfer energi yang dilepaskan oleh katabolisme ke reaksi yang membutuhkan energi yang membentuk anabolisme. (Katabolisme dipandang sebagai metabolisme destruktif dan anabolisme sebagai metabolisme yang konstruktif). Oleh karena itu katabolisme menyediakan energi kimia yang diperlukan untuk pemeliharaan dan pertumbuhan sel. Contoh proses katabolik termasuk glikolisis, siklus asam sitrat, pemecahan protein otot untuk menggunakan asam amino sebagai substrat untuk glukoneogenesis, pemecahan lemak di jaringan adiposa menjadi asam lemak, dan deaminasi oksidasi neurotransmitter oleh monoamine oxidase.
Ada banyak sinyal yang mengontrol katabolisme. Sebagian besar sinyal yang diketahui adalah hormon dan molekul yang terlibat dalam metabolisme itu sendiri. Ahli endokrin secara tradisional mengklasifikasikan banyak hormon sebagai anabolik atau katabolik, tergantung pada bagian metabolisme mana yang mereka stimulasi. Hormon katabolik klasik yang dikenal sejak awal abad 20 adalah kortisol, glukagon, dan adrenalin (dan katekolamin lainnya). Dalam beberapa dekade terakhir, banyak hormon dengan setidaknya beberapa efek katabolik telah ditemukan, termasuk sitokin, orexin (juga dikenal sebagai hypocretin), dan melatonin.
Pencernaan
Pencernaan adalah aktivitas katabolik. Di sini Anda mulai dengan molekul makanan besar, dan kemudian air digunakan untuk memutuskan ikatan dalam molekul-molekul itu. Molekul-molekul yang lebih kecil ini kemudian dikirim ke sel-sel dalam tubuh Anda untuk berpartisipasi dalam respirasi sel, yang merupakan proses yang mengubah energi biokimia menjadi ATP, molekul berenergi sangat tinggi.
Contoh proses katabolik termasuk glikolisis, siklus asam sitrat, pemecahan protein otot untuk menggunakan asam amino sebagai substrat untuk glukoneogenesis, pemecahan lemak di jaringan adiposa menjadi asam lemak, dan deaminasi oksidasi neurotransmitter oleh monoamine oxidase.
Katabolisme Karbohidrat
Hampir semua organisme menggunakan gula glukosa sebagai sumber energi dan rantai karbon. Glukosa disimpan oleh organisme dalam molekul yang lebih besar yang disebut polisakarida. Polisakarida ini dapat berupa pati, glikogen, atau gula sederhana lainnya seperti sukrosa. Ketika sel-sel hewan membutuhkan energi, ia mengirimkan sinyal ke bagian-bagian tubuh yang menyimpan glukosa, atau mengkonsumsi makanan. Glukosa dilepaskan dari karbohidrat oleh enzim khusus, di bagian pertama katabolisme. Glukosa kemudian didistribusikan ke dalam tubuh, untuk sel lain digunakan sebagai energi. Jalur glikolisis katabolik kemudian memecah glukosa lebih jauh lagi, melepaskan energi yang disimpan dalam ATP. Dari glukosa, molekul piruvat dibuat. Jalur katabolik lebih lanjut membuat asetat, yang merupakan molekul perantara metabolik kunci. Asetat dapat menjadi berbagai molekul, dari fosfolipid, molekul pigmen, hingga hormon dan vitamin.
Lemak, yang merupakan molekul lipid besar, juga terdegradasi oleh metabolisme untuk menghasilkan energi dan menciptakan molekul lain. Mirip dengan karbohidrat, lipid disimpan dalam molekul besar, tetapi dapat dipecah menjadi asam lemak individu. Asam lemak ini kemudian diubah melalui beta-oksidasi menjadi asetat. Sekali lagi, asetat dapat digunakan oleh anabolisme, untuk menghasilkan molekul yang lebih besar, atau sebagai bagian dari siklus asam sitrat yang mendorong respirasi dan produksi ATP. Hewan menggunakan lemak untuk menyimpan energi dalam jumlah besar untuk digunakan di masa depan. Tidak seperti pati dan karbohidrat, lipid bersifat hidrofobik, dan tidak termasuk air. Dengan cara ini, banyak energi dapat disimpan tanpa beban berat air yang memperlambat organisme.
Kebanyakan jalur katabolik adalah konvergen karena mereka berakhir di molekul yang sama. Ini memungkinkan organisme untuk mengkonsumsi dan menyimpan energi dalam berbagai bentuk yang berbeda, sementara masih mampu menghasilkan semua molekul yang dibutuhkan dalam jalur anabolik. Jalur katabolik lainnya, seperti katabolisme protein yang dibahas di bawah ini, membuat molekul perantara yang berbeda adalah prekursor, yang dikenal sebagai asam amino, untuk membangun protein baru.
Katabolisme Protein
Semua protein di dunia yang dikenal terbentuk dari 20 asam amino yang sama. Itu berarti bahwa protein pada tumbuhan, hewan, dan bakteri semuanya hanyalah kombinasi yang berbeda dari 20 asam amino. Ketika suatu organisme mengkonsumsi organisme yang lebih kecil, semua protein dalam organisme itu harus dicerna dalam katabolisme. Enzim yang dikenal sebagai proteinase memutuskan ikatan antara asam amino di setiap protein, sampai asam benar-benar terpisah. Setelah dipisahkan, asam amino dapat didistribusikan ke sel-sel tubuh. Menurut DNA organisme, asam-asam amino akan direkombinasi menjadi protein baru.
Jika tidak ada sumber glukosa, atau ada terlalu banyak asam amino, molekul akan memasuki jalur katabolik lebih lanjut untuk dipecah menjadi kerangka karbon. Molekul-molekul kecil ini dapat dikombinasikan dalam glukoneogenesis untuk menciptakan glukosa baru, yang dapat digunakan sel sebagai energi atau penyimpanan dalam molekul besar. Selama kelaparan, protein seluler dapat melalui katabolisme untuk memungkinkan suatu organisme bertahan hidup di jaringannya sendiri sampai lebih banyak makanan ditemukan. Dengan cara ini, organisme dapat hidup dengan hanya sejumlah kecil air untuk waktu yang sangat lama. Ini membuat mereka jauh lebih tangguh untuk mengubah kondisi lingkungan.