METABOLISME
SEL
Jutaan
reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim berlansung di dalam sel hidup.
Walaupun kita mengatakan bahwa reaksi-reaksi ini secara kolektif sebagai
metabolisme, kita tidak boleh menganggap metabolisme sel sebagai suatu kantung
yang dikelilingi membran yang berisi enzim-enzim yang bekerja secara acak.
Metabolisme adalah aktivitas sel yang terkoordinasi, mempunyai tujuan, dan
mencakup berbagai kerjasama banyak sistem multienzim. Metabolisme memiliki
empat fungsi spesifik, yakni: 1. Untuk memperoleh energi kimia dari degradasi
sari makanan yang kaya energi dari lingkungan atau dari energi solar, 2. Untuk
mengubah molekul nutrien menjadi prekursor unit pembangun bagi makromolekul
sel, 3. Untuk menggabungkan unit-unit pembangun ini menjadi protein, asam
nukleat, lipida, polisakarida, dan komponen sel lain, dan 4. Untuk membentuk
dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan di dalam fungsi khusus sel.
Sebuah
sel harus mempunyai jalur-jalur biokimia yang tersedia untuk degradasi bertahap
dari zat makanan untuk menghasilkan energi, dan juga biosintesis bertahap dari
zat-zat yang diperlukan.perubahan kimia yang terdiri dari saluran-saluran untuk
degradasi molekul makanan dan biosintesis secara kolektif memberi definisi dari
metabolisme suatu sel. Semua proses metabolisme bersifat intermedier
(pengubahan suatu zat menjadi zat lain). Metabolisme terdiri dari lintas
katabolik(penguraian) dan lintas anabolik (pembentukan).
Metabolisme dipengaruhi oleh komposisi tubuh yakni
jumlah otot disbanding jumlah lemak.
Organisasi hidup berpartisipasi di dalam daur karbon
dan oksigen
Organisme
hidup dapat dibagi menjadi dua golongan utama menurut bentuk energi kimia
karbon yang diperlukan dari lingkungannya. Organisme autotrof (“memberi makan sendiri”)
dan organisme heterotrof (“memperoleh makanan dari yang lain”).
Organisme autotrof
dapat mempergunakan karbon dioksida dari atmosfir sebagai satu-satunya sumber
karbon untuk membangun semua biomolekul yang mengandung karbon. Sel ini terdiri dari kemoautotrof dan fotoautotrof. Kemoautotrof memperoleh
energi dengan mengoksidasi molekul-molekul yang tereduksi seperti H2S,
S, NH3, NO2 dan CO, sehingga menghasilkan energi yang
diperlukan untuk mereduksi CO2 dan memberikan tenaga pendorong bagi
proses yang memerlukan energi. Sedangkan fotoautotrof memperoleh energi dengan
mengubah cahaya matahari menjadi energi kimia.
Organisme
heterotrof tidak dapat menggunakan
karbon dioksida atmosfer dan harus memperoleh karbon dari lingkungannya dalam
bentuk molekul organik yang relatif kompleks, seperti glukosa. Fotoheterotrof
memerlukan senyawa organik lain dari CO2 sebagai sumber karbon.
Karena senyawa organik di alam hampir melulu datang dari degradasi materi yang
pernah hidup, maka sel ini disebut heterotrof. Sedangkan kemoheterotrof
memerlukan senyawa organik baik sebagai sumber karbon maupun sebagai sumber
energi. Terdapat dua kelas utama dari organisme heterotrof,yakni aerob dan
anaerob.
Dua
fase metabolisme: katabolisme dan anabolisme. Katabolisme merupakan fase
metabolisme yang bersifat menguraikan, yang menyebabkan molekul organik nutrien
seperti karbohidrat, lipid, dan protein yang datang dari lingkunganatau dari
cadangan makanan sel itu sendiri terurai di dalam reaksi-reaksi bertahap
menjadi produk akhir yang lebih kecil dan sederhana. Serta diikuti oleh
pelepasan energi melalui reaksi enzimatik. Contohnya : respirasi.
Anabolisme (biosintesis) merupakan fase pembentukan
atau sintesis dari metabolisme, molekul pemula atau unit pembangun yang lebih
kecil disusun menjadi makromolekul besar yang merupakan komponen sel, seperti
protein dan asam nukleat. Ini juga mengakibatkan peningkatan ukuran dan
kompleksitas struktur dan memerlukan input energi bebas oleh pemecahan ATP
menjadi ADP dan fosfat. Contohnya : fotosintesis dan kemosintesis.
KATABOLISME
Respirasi
adalah proses metabolisme dengan pembongkaran senyawa
kompleks menjadi senyawa sederhana dengan pembebasan energy serta akan
menghasilkan ATP yang digunakan untuk aktivitas hidup. Respirasi sel ada dua
macam yaitu sebagai berikut:
a. Respirasi
aerob
Respirasi aerob adalah respirasi yang membutuhkan
oksigen. Terjadi pada mitokondria. Respirasi aerob berlangsung melalui 4 tahap,
yakni sebagai berikut:
1. Glikolisis: suatu proses penguraian molekul
glokosa yang memiliki 6 atom karbon, secara enzimatik didalam urutan 10 reaksi
enzimatik, untuk menghasilkan dua molekul piruvat, yang memiliki 3 atom karbon.
Glikolisis merupakan suatu lintas pusat universal dari katabolisme glukosa, tidak
hanya didalam hewan dan tumbuhan, tetapi juga di dalam kebanyakan
mikroorganisme.
Glikolisis : suatu proses yang
menghasilkan perubahan satu glukosa menjadi dua molekul piruvat. Secara
keseluruhan persaman yang setara untuk proses glikolisis adalah:
C6H12O6
+ 2ADP + 2NAD +2Pi à 2C3H4O3
+ 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
Ciri glikolisis adalah
pemecahan glukosa menjadi asam piruvat, memerlukan oksigen.
2. Dekarboksilasi
oksidasi asam piruvat/rantai transisi
Mengubah asm piruvat (C3)
menjadi asetil ko-A (C2) berlangsung di matriks mitokondria. Untuk
setiap 1 molekul asam piruvat dihasilkan energy sebesar 2 NADH.
3. Daur
krebs/daur asam trikarboksilat/daur daur asam sitrat
Berlangsung di matriks mitokondria.
Mengubah asetil ko-A (C2) menjadi CO2 (C1).
Untuk setiap 1 molekul asetil ko-A dihasilkan enrgi sebesar 2 ATP, 2 FADH, dan
6 NADH.
4. Rantai
respirasi/rantai pengangkutan electron
Melalui rantai respirasi, ion H+
(hidrogen) dariNADH dan FADH yang dihasilkan dari ke-3 tahap di atas dilepas ke
oksigen (O2) yang berfungsi sebagai akseptor hydrogen/electron
terakhir sehingga terbentuk H2O dengan melepas energi secara
bertahap. Untuk setiap satu molekul NADH dihasilkan energi sebesar 3 ATP dan
untuk tiap satu molekul FADH dihasilkan energi sebesar 2 ATP.
b. Respirasi
anaerob
Respirasi anaerob adalah respirasi
yang tidak membutuhkan oksigen. Terjadi pada sitoplasma. Respirasi anaerob
jalur yang dilalui adalah glikolisis (pengubahan glukosa menjadi asam piruvat),
dan fermentasi alcohol. Akseptor hydrogen adalah asetildehid, sedangkan pada
fermentasi asam laktat sebagai akseptor hydrogen adalah asam piruvat.
Fermentasi:
merupakan
cara utama untuk penyimpanan energi dalam sel anaerobik, tetapi fermentasi juga
melakukan suatu fungsi essensial dalam metabolisme kebanyakan organisme
anaerobik. Hasil akhir dari tahap enzimatik dari peragian anaerobik menyediakan
bahan bakar yang diperlukan bagi proses oksidasi dari pernapasan. Fermentasi
alkohol menghasilkan etanol dan karbondioksida.
C6H12O6 à 2 CH3CH2OH + 2
CO2
Glukosa etanol karbon
dioksida
Meskipun etanol disini ditunjukkan sebagai hasil
fermentasi alkohol, namun hasil akhir kemungkinannya dapat berupa zat-zat
serupa yang lain, tergantung pada organismenya.
ANABOLISME
Fotosintesis
berasl
dari kata foton yang berarti cahaya dan sintetis yang berarati penyusunan.
Sehingga fotosintesis juga diartikan sebagai proses penyusunan dari zat oganik
H2O dan CO2 menjadi senyawa organik yang kompleks yang
memerlukan cahaya. Fotosintesis hanya dapat terjadi pada tumbuhan yang
mempunyai klorofil, yaknipikmen yang berfungsi sebagai penangkap energi cahaya
matahari. Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan,
alga, dan beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi)
dengan memfaatkan energi cahaya. Persamaan reaksi fotosintesis dapat dituliskan
sebagai berikut:
6CO2
+ 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Fotosintesis terjadi dikloropas. Pada proses reaksi
fotosintesis terdapat dua tahap yakni reaksi terang dan reaksi gelap.
Reaksi terang cahaya yaitu energi matahari ditangkap
oleh pigmen penyerap cahaya dan diuabah menjadi bentuk energi kimia, ATP dan
senyawa pereduksi, NADPH. Reaksi terjadi pada grana kloropas. Reaksinya:
H2O + NADP+ + ADP + Pi
→ O2 + H+ + NADPH + ATP
Sedangkan reaksi gelap cahaya adalah senyawa kimia
berenergi tinggi NADPH dan ATP yang dihasilkan pada tahap reasi terang cahaya
dipakai untuk prose reaksi reduksi CO2 menjadi glokosa reaksi terjadi pada
stroma kloropas. Menggunakan daur calvin untuk mensintesis beberapa senyawa
termasuk karbohidrat.
Daur Kelvin terdiri dari tiga bagian yaitu sebagai
berikut:
a. Karboksilasi,
yaitu penambahan CO2 ke RDP (ribulase diphospat) menbentuk dua
molekul APG (asam phospo gliserat) dengan bantuan enzim ribulase diphpospat
karboksilase.
b. Redusi,
yaitu perubahan gugus karboksil dalam APG menjadi gugus aldehid dalam PGAL
(phospo gliserat aldehid) selanjutnya dua molekul PGAL akan menbentuk satu
molekul glukosa.
c. Regenerasi,
yaitu pembentukan kembali RDP yang diperlukan untuk fiksasi CO2.
Jadi, pada raeaksi gelap diatas
dihasilkan glukosa jga dibentuk RDP kembali dengan demikian, reaksi pengikatan
CO2 dalam fotosintesis senantiasa berlangsung dengan baik.
Faktor-faktor
yang menentukan laju fotosintesis: faktor luar (lingkungan) dan faktor dalam
(keadaan didalam tumbuhan), walaupun pembagian untuk tidak selalu jelas
batasnya. Faktor luar yakni intensitas cahaya, suhu, konsentrasi
karbondioksida, dan persediaan air. Sedangkan faktor dalam yakni kandungan
klorofil, faktor protoplsma, ketahanan terhadap difusi gas bebas, dan
penimbunan hasil fotosintesis.