Pencernaan adalah sebuah proses
metabolisme di mana suatu makhluk hidup memproses sebuah zat, dalam rangka untuk mengubah secara kimia atau mekanik sesuatu zat menjadi
nutrisi. Pencernaan terjadi pada
organisme multi sel,
sel, dan tingkat sub-sel, biasanya pada
hewan.
Pencernaan biasanya dibagi menjadi aktivitas mekanik dan kimia. Dalam kebanyakan
vertebrata, pencernaan adalah suatu proses banyak-tingkat dalam sebuah
sistem pencernaan, setelah
ingesti dari bahan mentah, kebanyakan organisme lain. Proses ingesti biasanya melibatkan beberapa tipe manipulasi mekanik.
Pencernaan dibagi menjadi lima proses terpisah:
- Injesti: Menaruh makanan di mulut
- Pencernaan mekanik: Mastikasi, penggunaan gigi untuk merobek dan menghancurkan makanan, dan menyalurkan ke perut.
- Pencernaan kimiawi: Penambahan kimiawi (asam, 'bile', enzim, dan air) untuk memecah molekul kompleks menjati struktur sederhana
- Penyerapan: Gerakan nutrisi dari sistem pencernaan ke sistem sirkulator dan 'lymphatic capallaries' melalui osmosis, transport aktif, dan difusi
- Penyingkiran: Penyingkiran material yang tidak dicerna dari 'tract' pencernaan melalui defekasi.
Di belakang proses tersebut adalah gerakan otot di seluruh sistem
deglutisi dan
peristalsis.
Pencernaan kimiawi
Protein,
lemak dan
polisakarida yang merupakan
senyawa organik dasar yang ditemukan pada
makanan, akan mengalami pencernaan kimiawi untuk mengiris bentuk
polimer senyawa tersebut menjadi bentuk
monomer, sebelum dapat digunakan sebagai sumber
energi atau bahan baku untuk sintesis
molekul lain.
[1]
Tahap pertama
pemecahan molekul
nutrisi merupakan reaksi enzimatik ekstraselular yang dilakukan pada
saluran pencernaan di luar sel, dan reaksi enzimatik intraselular yang terjadi di dalam
organel khusus, yang disebut
lisosom. Protein akan dicerna menjadi
asam amino, polisakarida menjadi
glukosa,
lemak menjadi
asam lemak dan
gliserol. Setelah itu, masing-masing monomer akan diserap ke dalam
sitosol untuk memulai proses
oksidasi.
Tahap kedua adalah 10 jenjang reaksi dalam proses
glikolisis yang terjadi di dalam
sitosol, termasuk pada
mikroorganisme anaerob yang tidak mendayagunakan
O2 sebagai salah satu energi penopang. Proses glikolisis terlebih dahulu mengkonversi setiap polimer
glukosa menjadi senyawa
metabolit yang kemudian diiris menjadi bentuk monomer dengan 6
atom karbon, lalu diiris lebih lanjut menjadi dua molekul yang lebih kecil berupa
asam piruvat dengan masing-masing 3 atom karbon.
Untuk setiap monomer glukosa yang teriris, dua molekul
ATP akan mengalami
hidrolisis sebagai energi pemicu reaksi, namun empat molekul ATP akan terbentuk pada akhir reaksi. Dua elektron akan terlepas dari gugus
aldehid senyawa
intermediat glukosa dengan 3 atom,
gliseraldehid 3-fosfat, oleh
oksidasi senyawa
NAD+ yang menghasilkan dua molekul NADH, menjadi
asam 3-fosfogliserat, lalu menjadi asam piruvat. Asam piruvat kemudian diserap dari
sitosol ke dalam
mitokondria.
Tahap 3 merupakan reaksi katabolisme oksidasi yang terjadi di dalam mitokondria.
Sebelum memasuki
siklus asam sitrat,
asam piruvat terlebih dahulu dioksidasi oleh enzim
kompleks piruvat dehidrogenase menjadi
CO2 dan dua
gugus asetil. Kedua gugus asetil tersebut akan dioksidasi oleh 1 molekul FAD menghasilkan FADH. FADH lalu mendonorkan dua elektronnya ke dua molekul NAD
+ sehingga terbentuk dua molekul NADH dan satu FAD. Reaksi ini disebut reaksi
oksidasi asam piruvat.
Dua gugus asetil yang telah teroksidasi kemudian bereaksi dengan dua
koenzim A, menghasilkan dua molekul
asetil-KoA. Masing-masing asetil-KoA akan bereaksi dengan satu molekul H
2O, melepaskan gugus
koenzim-A dan masuk ke siklus asam sitrat dengan mendonorkan dua atom yang tersisa ke senyawa
asam oksaloasetat.
Asetil-KoA juga dihasilkan dari oksidasi
asam lemak dan
asam amino di dalam mitokondria.
Satu periode siklus asam sitrat memproduksi 3 molekul NADH, 1 molekul
FADH2 dan 1 molekul
GTP.
Siklus asam sitrat juga menghasilkan asam oksaloasetat dan
asam ketoglutarat-alfa yang dilepaskan mitokondria kembali ke dalam sitosol sebagai prekursor sintesis senyawa lain lain seperti asam amino dalam proses anabolisme.
NADH dan FADH
2 akan mengusung dan melepaskan
elektron ke
rantai transpor elektron pada membran mitokondria bagian dalam. Elektron yang terlepas akan menarik
ion H
+ dari sitosol mendekati ke arah membran mitokondria bagian luar. Daya tarik antara keduanya akan berfungsi sebagai energi seperti
baterai yang digunakan, antara lain, bagi GTP untuk mendonorkan gugus fosfatnya ke
ADP dan menghasilkan
ATP melalui proses
fosforilasi oksidatif, yang mengonsumsi molekul
O2 dan lambat laun menghasilkan
H2O oleh karena reaksi
kemiosmosis.
Melalui sintesis ATP, energi yang didapat dari pengirisan glukosa dan asam lemak didistribusikan kembali sebagai paket energi kimiawi untuk digunakan di bagian sel yang lain. Paling tidak sekitar setengah dari keseluruhan energi yang didapat dari konversi global glukosa dan asam lemak menjadi
H2O dan CO
2 digunakan untuk menggerak reaksi
Pi + ADP → ATP. Sisa energi akan dilepaskan sel dalam bentuk panas agar tubuh menjadi hangat.
Cadangan energi kimiawi
Semua organisme perlu untuk memelihara rasio ATP:ADP yang cukup tinggi demi kelangsungan metabolisme selular. Namun hewan hanya memiliki kesempatan periodik untuk mendapatkan asupan nutrisi, dan
tumbuhan harus dapat mempertahankan
metabolisme melewati saat malam yang tidak diterangi
cahaya matahari, sehingga tidak terdapat kemungkinan dilakukan
fotosintesis. Untuk alasan ini, baik tumbuhan maupun hewan mengkonversi
gula dan
lemak menjadi bentuk khusus untuk cadangan energi metabolisme.
Hewan akan membuat cadangan energi dengan mengkonversi
asam lemak menjadi
triasilgliserol untuk disimpan di dalam
adiposit, sebagai cadangan jangka panjang, dan mengkonversi
glukosa menjadi
glikogen untuk disimpan di dalam
sitoplasma sebagai cadangan jangka pendek. Ketika dibutuhkan lebih banyak
ATP,
sel akan mengkonversi glikogen menjadi
glukosa-1 fosfat sebelum dapat diproses lebih lanjut dengan lintasan
glikolisis.
Diagram sistem pencernaan manusia
Diagram sistem pencernaan manusia