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.
Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai berikut.
- Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.
- 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.
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:
ada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu:
- 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 :
- Enzim dan sisi aktifnya merupakan struktur yang secara fisik lebih fleksibel daripada hypothesis Fischer.
- Terjadi interaksi dinamis antara enzim dan substrat
- Jika substrat berkombinasi dengan enzim, akan terjadi perubahan dalam struktur (konformasi) sisi aktif enzim sehingga fungsi enzim berlangsung efektif.
- 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 )
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
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 substrat2. 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.
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
- 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 – 40o C. Kecepatan fotosintesis bertambah sampai maksimal pada suhu 35o 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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar