PROSES METABOLISME ORGANISME

Pengertian Metabolisme :

     Metabolisme merupakan totalitas proses kimia di dalam tubuh. Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi. Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup memerlukan energi agar proses kehidupan dapat berlangsung. Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan kemudian mengubahnya dalam bentuk energi lain pada proses metabolisme.

Metabolisme dibedakan atas anabolisme dan katabolisme

Anabolisme adalah pembentukan molekul-molekul besar dari molekul-molekul kecil. Misalnya pembentukan senyawa-senyawa seperti pati, selulosa, lemak, protein dan asam nukleat. Pada peristiwa anabolisme memerlukan masukan energi.

Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil, dan prosesnya melepaskan energi. Contoh : respirasi, yaitu proses oksidasi gula menjadi H₂O dan CO₂

 

Keterkaitan antara Anabolisme dan katabolisme

Karbohidrat menjadi salah satu komponen makanan yang kompleks. Komponen inilah yang menjadi salah satu bahan dalam proses metabolisme. Karbohidrat merupakan senyawa yang terbentuk dari molekul karbon, hidrogen dan oksigen. Senyawa biologis ini hanya terdapat dalam jumlah 1% dari keseluruhan tubuh manusia, diolah dalam tubuh sebagai bahan makanan, dicadangkan dalam bentuk glikogen dan digunakan sebagai bahan bakar sel, juga dibutuhkan dalam pembentukan tulang rawan. Sumber karbohidrat yang paling banyak berasal dari tumbuhan.

Dalam proses untuk menghasilkan energi, semua jenis karbohidrat yang dikonsumsi akan masuk ke dalam sistem pencernaan dan juga usus halus, terkonversi menjadi glukosa untuk kemudian diabsorpsi oleh aliran darah dan ditempatkan ke berbagai organ dan jaringan tubuh. Molekul glukosa hasil konversi berbagai macam jenis karbohidrat inilah yang kemudian akan berfungsi sebagai dasar pembentukan energi di dalam tubuh. Melalui berbagai tahapan dalam proses metabolisme, sel-sel yang terdapat di dalam tubuh dapat mengoksidasi glukosa menjadi CO₂ & H₂O dimana proses ini juga akan disertai dengan produksi energi. Proses metabolisme glukosa yang terjadi di dalam tubuh ini akan memberikan kontribusi hampir lebih dari 50% bagi ketersediaan energi. Di dalam tubuh, karbohidrat yang telah terkonversi menjadi glukosa tidak hanya akan berfungsi sebagai sumber energi utama bagi kontraksi otot atau aktifitas fisik tubuh, namun glukosa juga akan berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem syaraf pusat termasuk juga untuk kerja otak. Selain itu, karbohidrat yang dikonsumsi juga dapat tersimpan sebagai cadangan energi dalam bentuk glikogen di dalam otot dan hati. Glikogen otot merupakan salah satu sumber energi tubuh saat sedang berolahraga sedangkan glikogen hati dapat berfungsi untuk membantu menjaga ketersediaan glukosa di dalam sel darah dan sistem pusat syaraf (Irawan 2007).

Molekul-molekul yang terkait dengan proses metabolisme

1. ATP
merupakan molekul berenergi tinggi. Molekul ini merupakan ikatan adenosin yang mengikat tiga gugusan pospat, dengan ikatan yang lemah / labil sehingga mudah melepaskan ikatan pospatnya pada saat mengalami hidrolisis.

 

 

Reaksi metabolisme merupakan reaksi enzymatis yang melibatkan enzim

2. Enzim

adalah biokatalisator organik yang dihasilkan organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan dengan protein.
Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai berikut.

1. Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.
2. Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang sama.

Enzim disintesis dalam bentuk calon enzim yang tidak aktif, kemudian diaktifkan dalam lingkungan pada kondisi yang tepat. Misalnya, tripsinogen yang disintesis dalam pankreas, diaktifkan dengan memecah salah satu peptidanya untuk membentuk enzim tripsin yang aktif. Bentuk enzim yang tidak aktif ini disebut zimogen.
Enzim tersusun atas dua bagian. Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya menyebabkan enzim tidak aktif. Namun keduanya dapat digabungkan menjadi satu, yang disebut holoenzim. Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan koenzim.

Kerja Enzim
ada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu:

1. Teori kunci dan anak kunci (Lock and key)
   Teori ini dikemukakan oleh Emil Fisher yang menyatakan kerja enzim seperti kunci dan anak kunci, melalui hidrolisis senyawa gula dengan enzim invertase, sebagai berikut:
   1. Enzim memiliki sisi aktivasi, tempat melekat substrat
   2. hubungan antara enzim dan substrat terjadi pada sisi aktivasi
   3. Hubungan antara enzim dan substrat membentuk ikatan yang lemah

b. Hipothesis Koshland :

1. Enzim dan sisi aktifnya merupakan struktur yang secara fisik lebih fleksibel daripada hypothesis Fischer.
2. Terjadi interaksi dinamis antara enzim dan substrat
3. Jika substrat berkombinasi dengan enzim, akan terjadi perubahan  dalam struktur (konformasi) sisi aktif enzim sehingga fungsi enzim berlangsung efektif.
4. Struktur molekul substrat juga berubah selama diinduksi sehingga kompleks enzim-substrat lebih berfungsi.

Inhibitor
Merupakan zat yang dapat menghambat kerja enzim. Bersifat reversible dan irreversible. Inhibitor reversible dibedakan menjadi inhibitor kompetitif dan nonkompetitif (Gambar 3.4B )

a. Inhibitor kompetitif

 Menghambat kerja enzim dengan menempati sisi aktif enzim. Inhibitor ini besaing dengan substrat untuk berikatan dengan sisi aktif enzim. Pengambatan bersifat reversibel (dapat kembali seperti semula) dan dapat dihilangkan dengan menambah konsentrasi substrat.

Inhibitor kompetitif misalnya malonat dan oksalosuksinat, yang bersaing dengan substrat untuk berikatan dengan enzim suksinat dehidrogenase, yaitu enzim yang bekerja pada substrat oseli suksinat.

b. Inhibitor nonkompetitif
Inhibitor ini biasanya berupa senyawa kimia yang tidak mirip dengan substrat dan berikatan pada sisi selain sisi aktif enzim. Ikatan ini menyebabkan perubahan bentuk enzim sehingga sisi aktif enzim tidak sesuai lagi dengan substratnya. Contohnya antibiotik penisilin menghambat kerja enzim penyusun konsentrasi substrat. dinding sel bakteri. Inhibitor ini bersifat reversible tetapi tidak dapat dihilangkan dengan menambahkan

 

d. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzim

    1.Konsentrasi substrat
    2. Konsentrasi enzim
    3.Suhu
    4.pH
    5.Aktivator dan inhibitor    

I. KATABOLISME                                                                                                              

• Respirasi merupakan contoh peristiwa Katabolisme.

Respirasi merupakan oksidasi senyawa organik secara terkendali untuk membebaskan energi bagi pemeliharaan dan perkembangan makhluk hidup.

Produk antara pada respirasi sel dipakai sebagai bahan dasar untuk metabolisme.

Berdasarkan kebutuhan terhadap tersedianya oksigen bebas, dibedakan :

a.   Respirasi aerob : respirasi yang membutuhkan oksigen bebas. Oksigen merupakan penerima hidrogen terakhir.

b.   Respirasi anaerob : respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas. Sebagai penerima hidrogen terakhir bukan oksigen,tetapi senyawa lain seperti asam pyruvat,     dan asetaldehid.

Respirasi sel secara aerob berlangsung melalui 4 tahap, yaitu :

•  Glikolisis
•  Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat
•  Daur Krebs, dan
•  Sistem Transfer Elektron

Glikolisis :

• Berlangsung di sitoplasma
• Berlangsung secara anaerob
• Mengubah satu molekul glukosa ( 6C ) menjadi dua molekul asam piruvat ( 3C )
• Untuk setiap molekul glukosa dihasilkan energi 2 ATP dan 2 NADH
• Dikenal sebagai Reaksi Embden dan Meyerhoff

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat :

• Berlangsung pada matriks mitokondria

• Mengubah asam piruvat (3C) menjadi   Asetil Ko-A (2C)

• Dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk setiap molekul glukosa

Siklus Krebs :

• Berlangsung pada matriks mitokondria

• Mengubah Asetil-KoA (2C) menjadi CO₂ (senyawa berkarbon 1)

• Untuk setiap molekul Asetil-KoA dihasilkan 1 ATP, 1 FADH dan 2 NADH

Rantai Pengangkutan Elektron ;

• NADH₂ dan FADH₂ merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen

• Melalui rantai respirasi, hidrogen dari NADH₂ dan FADH₂ yang dihasilkan pada proses glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat dan daur Krebs dilepaskan ke Oksigen (sebagai penerima hidrogen terakhir) untuk membentuk H2O dengan melepas energi secara bertahap.

• Satu molekul NADH₂ akan menghasilkan 3 ATP, sedang satu molekul FADH₂ menghasilkan 2 ATP.

Glikolisis :

 

Alternatif 1 : Bila tidak tersedia cukup oksigen, akan berlangsung respirasi anaerob / fermentasi, seperti pada diagram/skema di bawah ini :

 

ALTERNATIF 2 : Jika tersedia Oksigen, asam piruvat akan memasuki Siklus Krebs dan Sistem Transpor Elektron :

 

Substrat untuk respirasi tidak selalu dalam bentuk karbohidrat, tetapi bisa juga berupa protein atau lemak. Perhatikan skema hubungan antara berbagai substrat tersebut dalam proses respirasi aerob di bawah ini :

 

II.            ANABOLISME

A. Fotosintesis merupakan salah satu contoh dari Anabolisme

Fotosintesis terjadi pada tumbuh-tumbuhan yang berklorofil. Fotosintesis merupakan proses penyusunan zat organik dari zat-zat anorganik dengan menggunakan energi dari cahaya. Zat organik yang terbentuk dalam proses fotosintesis berupa karbohidrat, dimana karbohidrat tersebut dapat digunakan untuk membentuk zat-zat lain seperti protein dan lemak.

Reaksi umum dari fotosintesis dapat dituliskan sebagai :

                            cahaya

6 CO₂  + 12 H₂O                       C₆H₁₂O₆  + 6 H₂O + 6 O₂

                            klorofil

1. Komponen-komponen Esensial Fotosintesis :

Komponen yang mutlak diperlukan dalam proses fotosintesis adalah bahan baku (CO₂ dan H₂O), energi berupa cahaya, pigmen, molekul carrier enzim dan suhu yang tepat. Jika salah satu dari komponen tersebut tidak ada, fotosintesis tidak dapat berlangsung, sehingga komponen tersebut disebut komponen esensial.

a). Bahan Baku

CO₂ dari udara masuk melalui stomata ke dalam jaringan spons daun dan segera dipergunakan untuk proses fotosintesis. Air (H₂O) merupakan bahan baku lain yang diperoleh dari lingkungan. Pada tumbuhan tinggi, H₂O diabsorbsi oleh akar dan diangkut ke daun melalui berbagai sel dan jaringan.

b). Cahaya

      Energi yang dipergunakan dalam fotosintesis adalah energi cahaya. Dari berbagai penelitian diketahui bahwa energi dari cahaya matahari yang dipergunakan untuk fotosintesis hanya 2% saja. Selebihnya dipantulkan, ditransmisikan atau diabsorbsi senagai panas.

      Panjang gelombang dari berbagai spektrum sinar matahari tidak sama. Makin besar panjang gelombang, makin kecil energi yang dikandungnya. Gelombang cahaya dari yang terpanjang hingga terpendek adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Dalam berbagai percobaan yang menggunakan obyek Chlorella, ternyata spektrum cahaya yang palig banyak diserap klorofil untuk proses fotosintesis adalah  spektrum merah dan biru ungu (nila).

c). Pigmen

      Dengan adanya sistem pigmen, tumbuhan hijau dapat mengabsorbsi energi cahaya dan menggunakan cahaya ini untuk menghasilkan gula. Klorofil merupakan pigmen terpenting dari tumbuhan yang melakukan fotosintesis

      Ada bermacam-macam klorofil, yaitu klorofil a, b, c dan e.  Klorofil a dan b terdapat pada kloroplas tumbuhan tinggi, sedangkan klorofil yang lain terdapat pada jenis alga tertentu.

d). Suhu

      Aktivitas fotosintesis dipengaruhi oleh suhu lingkungan. Fotosintesis umumnya berlangsung pada suhu antara 5 – 40^o C. Kecepatan fotosintesis bertambah sampai maksimal pada suhu 35^o C dan setelah itu kecepatannya turun tajam. Penurunan ini dimungkinkan karena enzim menjadi kurang aktif.

e). Molekul Carrier dan Enzim

      Pada kloroplas, selain dari pigmen terdapat pula berbagai molekul carrier yang berfungsi dalam transfer atom hidrogen, elektron dan transfer energi.  Selain itu, pada kloroplas pun terdapat bermacam-macam enzim untuk reaksi kimia fotosintesis.