PROSES METABOLISME
Metabolisme adalah reaksi –reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Reaksi kimia ini akan merubah suatu zat menjadi zat lainnya.
Reaksi – reasi kimia ini berlangsung melalui urutan reaksi yang berbelit – belit, biasa disebut jalur metabolik.
Reaksi – reaksi kimia ini pada umumnya memerlukan enzim yang akan mengatur suatu reaksi, walaupun ada beberapa yang terjadi secara spontan.
Metabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang diawali dengan subtrat awal dan di akhiri dengan produk akhir.
Di dalam sel, suatu reaksi tidak bersifat bolak – balik, melainkan berjalan ke suatu arah karena tiap produk suatu reaksi akan menjadi reaktan bagi reaksi berikutnya.
Reaksi ini terjadi berturut – turut sampai produk akhir suatu metabolisme terbentuk.
Reaksi 1 Reaksi 2 Reaksi 3 Reaksi 4
A B B C C D D E
Jalinan reaksi A B C D E
Dalam jalur ini A adalah substrat (reaktan awal) dan E adalah produk akhir. Jalur metabolisme diarahkan oleh enzim – enzim yang mengkatalis tiap tahap reaksi kimia di atas.
Metabolisme dibedakan menjadi :
Katabolisme dan Anabolisme
KATABOLISME
Katabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul besar, dan produk akhirnya adalah molekul kecil.
Dengan kata lain, katabolisme adalah rangkaian reaksi yang bertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul.
Biasanya katabolisme bersifat eksergonik (menghasilkan energi.
Katabolisme mempunyai 2 fungsi, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain dan menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan berbagai aktivitas suatu sel.
energi yang dilepaskan dari katabolisme dilepaskan dari katabolisme disimpan secara temporer dalam bentuk energi fosfat (terutama ATP = adenosin trifosfat) dan energi elektron tinggi (NADH2 = nikotinamid adenin dinukleotida H2 dan FADH2 = flavin adenin dinukleotida H2).
Energi katabolisme diperoleh dari proses respirasi yang akan dijelaskan berikut ini.
Respirasi.
Cara sel mendapatkan energi adalah melalui pembakaran. Pembakaran di dalam sel memerlukan oksigen dan menghasilkan energi yang segera disimpan dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat, senyawa kimia turunan nukleotida yang berenergi tinggi). Oksigen digunakan sebagai penerima elektron terakhir bersama proton pada hidrogen dan membentuk molekul air.
Respirasi aerob.
Respirasi aerob merupakan peristiwa pembakaran zat makanan yang melibatkan oksigen dari pernapasan, untuk dipertukarkan dengan karbon dioksida (CO2) dari organisme kepada lingkungannya. Dalam respirasi aerob, oksigen digunakan untuk reaksi biokimia yang menghasilkan energi dari molekul makanan.
Peristiwa respirasi terjadi di dalam organel mitokondria. Dalam respirasi ini, bahan makanan (senyawa karbon dalam karbohidrat, lemak, atau protein) dioksidasi sempurna menjadi karbon dioksida dan air:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP
Respirasi aerob terjadi dalam 3 tahap, yaitu
o Glikolisis
o siklus Krebs
o sistem transpor elektron.
Glikolisis.
Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma sel merupakan reaksi pelepasan energi yang memecah 1 molekul glukosa (terdiri dari 6 atom karbon) atau karbohidrat yang lain menjadi 2 molekul asam piruvat (terdiri dari 3 atom karbon), 2 NADH (nicotinamide adenine dinucleotide H), dan 2 ATP.
Pada tahap glikolisis, terjadi dua langkah reaksi, yaitu langkah memerlukan energi dan langkah melepaskan energi.
Siklus Krebs.
Siklus Krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob.
Nama siklus ini berasal dari orang yang menemukan secara rinci tahap ke dua respirasi aerob ini, yaitu Hans Krebs (tahun 1930-an). Siklus ini juga disebut siklus asam sitrat.
Tahap awal siklus Krebs adalah 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis meninggalkan sitoplasma dan memasuki mitokondria. Di dalam mitokondria terjadi siklus Krebs. Selama beberapa reaksi tersebut dilepaskan 2 molekul karbon dioksida, 3 NADH, 1 FADH2 (flavin adenine dinucleotide H2), dan 1 ATP. Reaksi terjadi 2 kali karena pada glikolisis, glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat.
Sistem transpor elektron.
Transpor elektron terjadi di bagian membran di dalam mitokondria. NADH dan FADH2 yang dihasilkan dari siklus Krebs dan glikolisis memberikan elektron dan H+ ke sistem transpor elektron. Oleh karena elektron bergerak melalui sistem transpor, maka H+ dipompa ke luar dari membran dalam mitokondria. Konsentrasi H+ di luar membran dalam mitokondria menimbulkan gradien elektron antara bagian luar dan bagian dalam membran dalam mitokondria. Akibatnya, ion H+ kembali menuju bagian dalam membran dalam mitokondria melalui ATP sintase.
sistem transpor elektron adalah tahapan terakhir dari respirasi aerob ketika elektron dari reaksi intermediet (siklus Krebs) dialirkan berturut – turut pada enzim dan kofaktor membran dalam mitokondria, dan aliran elektron menyebabkan terjadinya gradien elektron yang kemudian mendorong terjadinya sintesis ATP.
Tahapan glikolisis
Respirasi anaerob
Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima elektron terakhir pada saat pembentukan ATP.
Pada respirasi anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat.
Salah satu contoh respirasi anaerob adalah fermentasi.
Fermentasi
• Beberapa organisme yang melakukan fermentasi diantaranya adalah bakteri dan protista yang hidup di rawa, lumpur, makanan yang diawetkan, atau tempat – tempat lain yang tidak mengandung oksigen.
• Beberapa organisme dapat menggunakan oksigen untuk respirasi, tetapi dapat juga melakukan fermentasi.
• Organisme seperti ini melakukan fermentasi jika lingkungannya kekurangan oksigen. Sebagai contoh, sel – sel otot kita dapat melakukan respirasi anaerob jika sel – sel otot kita kekurangan oksigen.
• Seperti pada respirasi aerob, glukosa merupakan substrat pada tahap awal fermentasi. Glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan terbentuk 2 ATP.
• reaksi fermentasi tidak secara sempurna memecah glukosa menjadi karbon dioksida dan air, serta ATP yang dihasilkan tidak melebihi jumlah ATP yang dihasilkan dari glikolisis.
Fermentasi alkohol
Fermentasi alkohol dilakukan oleh jamur ragi (yeast) secara anaerob. Sebagai substrat fermentasi adalah asam piruvat. Asam piruvat (hasil glikolisis) difermentasi menjadi asetaldehid. NADH memberikan elektron dan hidrogen kepada asetaldehid, sehingga terbentuk produk akhir yaitu, etanol. Pada fermentasi alkohol ini dihasilkan 2 ATP.
Fermentasi asam laktat
Fermentasi asam laktat terjadi pada otot manusia saat kerja keras dan persendian oksigen kurang mencukupi. Pada fermentasi asam laktat ini, molekul molekul asam piruvat hasil glikolisis menerima elektron dan hidrogen dari NADH. Transfer elektron dan hidrogen ini menghasilkan NAD+ kembali. Pada saat yang sama, asam piruvat diubah menjadi asam laktat menghasilkan 2 ATP. Kerja otot terus menerus akan manimbulkan asam laktat dalam jumlah besar. Penimbunan asam laktat pada otot menyebabkan elastisitas otot menjadi berkurang dan menimbulkan gejala kram serta kelelahan.
Perbandingan energi antara respirasi aerob dan fermentasi.
respirasi aerob menghasilkan energi yang lebih besar.
ATP yang dihasilkan respirasi aerob adalah 36 ATP untuk oksidasi 1 molekul glukosa. Sebaliknya, dengan fermentasi hanya akan diperoleh total energi sebesar 2 ATP.
Jadi energi respirasi aerob adalah 18 kali lipat lebih besar dibandingkan energi fermentasi.
Salah satu alasan mengapa hal tersebut terjadi, karena respirasi aerob merupakan katabolisme sempurna yang menghasilkan CO2 dan H2O. Jadi, pembakaran yang dihasilkan adalah optimum. Sebaliknya hasil fermentasi adalah karbon yang masih reduktif, misalnya etanol dan asam laktat. Oleh karena itu, etanol masih menyisakan energi terikat di dalamnya, yang sesungguhnya masih bisa dibakar untuk menghasilkan energi lanjutan.
ANABOLISME
adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul kecil, dan produk akhirnya adalah molekul besar.
Dengan kata lain anabolisme adalah rangkaian reaksi yang bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul.
Contoh anabolisme adalah fotosintesis atau sintesis karbohidrat dengan bantuam emergi cahaya matahari.
Fotosintesis
Fotosintesis merupakan sintesis yang memerlukan cahaya (fotos = cahaya; sintesis = membuat bahan kimia, memasak).
Fotosintesis adalah peristiwa penggunaan energi cahaya matahari untuk membentuk senyawa dasar karbohidrat dari karbon dioksida dan air.
Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil). Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada mesofil daun tanaman, yaitu sel – sel jaringan tiang (palisade) dan sel – sel jaringan bunga karang (spons).
Reaksi fotosintesis dapat disingkat sebagai berikut:
energi
cahaya
12 H2O + 6 CO2 C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Air karbon glukosa oksigen air
Dioksida
Reaksi – reaksi fotosintesis terdiri dari reaksi terang dan reaksi gelap.
1. Reaksi terang
Reaksi terang adalah reaksi yang memerlukan cahaya.
2. Reaksi gelap
Reaksi gelap disebut juga siklus Calvin – Benson. Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak tergantung secara langsung terhadap cahaya matahari..
Kemosintesis
adalah sintesis (anabolisme) dengan menggunakan sumber energi yang berasal dari reaksi kimia eksergonik.
Reaksi kimia eksergonik adalah oksidasi senyawa anorganik, misalnya ion amonium, ion besi (Fe3+), atau belerang (S). Kemosintesis dapat dilakukan oleh beberapa bakteri kemosintetik.
Misalnya bakteri belerang mengubah mengubah belerang menjadi sulfat, yang kemudian dapat digunakan oleh tanaman untuk sintesis protein. bakteri nitrifikasi, misalnya Nitrosomonas dan Nitrobacter¬ mengoksidasi amoniak menjadi ion nitrit (NO2-) dan ion nitrat (NO3-). Nitrit dan nitrat yang berlebihan dalam tanah akan menggurangi kesuburan tanah. Itulah sebabnya petani biasanya menambahkan pupuk urea ke dalam tanah untuk menambah ketersedian amoniak dalam tanah.
