METABOLISME

METABOLISME

I.       Pengertian metabolisme

Metabolisme merupakan proses perubahan  reaksi kimia yang meliputi proses penyusunan zat membutuhkan energi, pembongkaran yang menghasilkan energi  yang   terjadi didalam sel, diawali dengan substrat awal dan diakiri dengan suatu produk akhir melalui proses kimia fisika dan mekanis dengan bantuan enzim..

Secara ringkas metabolisme dibedakan menjadi 2 macam, Anabolisme yaitu suatu proses penyusunan molekul kompleks berupa  senyawa organik dari molekul-molekul yang sederhana dengan mengkonsumsi/memerlukan energi. Contoh penyusunan  glukosa dari molekul CO₂ dan H₂O dengan bantuan energi dari sinar matahari, misalnya terjadi pada proses fotosintesis. Dan Katabolisme, yaitu proses penguraian senyawa organik yang kompleks menjadi molekul sederhana. Dengan disertai pembebasan energi. Contoh pada proses respirasi aerob terjadi penguraian senyawa organik berupa glukosa menjadi CO₂ dan H₂O dengan melepas energi.

II.      Enzim

Enzim merupakan bikatalisator, yaitu senyawa yang membantu mempermudah dan mempercepat reaksi kimia dalam sel hidup tetapi tidak ikut dalam hasil reaksi. Perhatikan skema reaksi enzimatis berikut:

H₂O₂ + enzim katalase à H₂O + O₂ + enzim katalase

Sifat-sifat enzim

1.        Enzim tersusun atas dua komponen,  komponen pertama terbuat dari protein dan komponen ke dua bukan protein. Bagian yang terbentuk dari protein disebut apoenzim, sedangkan bagian non protein disebut kofaktor. Kofaktor dapat berupa ko-enzim/vitamin misalnya riboflavin, tiamin, niasin, dan biotin, atau gugus prostetik yang berupa ion-ion logam. Enzim yang mempunyai kofator berupa ion-ion logam sering disebut dengan metaloenzim.  Untuk dapat bekerja apoenzim dan kofaktor  harus bergabung membentuk holoenzim yang aktif.

2.        Mekanisme kerja enzim yaitu dengann cara menurunkan energi aktifasi.

Gambar: Peranan Enzin dalam mengkatalis reaksi kimia

3.      Enzim bekerja spesifik.

Enzim hanya dapat bekerja pada substrat yang setangkup dengan bagian aktif enzim. Kerja enzim seperti kerja kunci dengan gemboknya. Dimana enzim bertindak sebagai gembok dan kunci sebagai substrat.

Faktor yang mempengaruhi kerja enzim

NO	FAKTOR	AKTIVITAS ENZIM
1.	Suhu 300-370 Suhu ± 500 Suhu 600-700 Suhu ± 700	Bekerjanya optimal.setiap kenaikan suhu 10˚C  (sampai 40˚C), kecepatan reaksi naik 2 x lipatnya dan reaksi terhambat dan berhenti pada 60˚C. Pada suhu 0 ˚C  atau dibawahnya aktivitas enzim tidak aktif tetapi tidak rusak  dan bagian apoenzim mengalami koagulasi.Pada suhu 35˚C -40˚C aktivitas enzim optimal , sedangkan pada suhu 196 ˚C aktivitas enzim berhenti total . Terhambat kerjanya. Aktifitas enzim rusak. Bakteri yang hidup di air panas
2.	pH	Setiap enzim mempunyai PH  optimun tertentu. Untuk bekerja .Misalnya : enzim ptialin pH nya mendekati. Contoh : pepsin à pH 2, amylase à pH 7.0 . Pengaruh pH dapat menyebabkan sisi aktif enzim (Apoenzim) berubah sehingga menghalangi terikatnya subtrat pada apoenzim. Selain mempengaruhi apoenzim, perubahan pH dapat menyebabkan denatorasi pada enzim.
3.	Konsentrasi Substrat	Konsentrasi substrat rendah, kerja enzim rendah, dan sebaliknya.substrat yang banyak mula-mula memacu aktifitas enzim, tetapi kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect)
4.	Konsentrasi enzim	Konsentrasi  enzim tinggi, semakin cepat cara kerja enzim.peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya
5.	Kadar air dan Vitamin	Kadar air semakin tinggi, mempercepat perkecambahan dan memacu aktivitas enzim
6.	Zat aktivator (zat penggiat)	Logam Ca, Mg, Mn, Ni, Co, Fe,  vitamin , hormon  dan Cl merupakan aktivator yang memacu kerja enzim.
7.	Zat penghambat (inhibitor)	Molekul atau ion yang menghambat kerja enzim, dibedakan menjadi : a.    Inhibitor kompetitif ( reversibel ): inhibitor yang memiliki struktur seperti substrat sehingga inhibitor dan substrat saling berkompetisi pada sisi aktif enzim. Inhibitor bersaing dengan substrat untuk terikat pd sisi aktif . Biasanya inhibitor berupa senyawa yg menyerupai substratnya, dan  mengikat enzim membentuk komplek enzim. Karena  terikat secarareversible yang  penghambatan nya bias,  yaitu ketika ditambah substrat maka penghambatan berkurang b.    Inhibitor non kompetitif  (reversibel) : inhibitor yang terikat pada sisi alosterik  (bukan sisi aktif) sehingga  sisi aktif enzim tidak bisa berikatan dengan substrat  yang mengakibatkan tidak terjadi pembentukan kompleks enzm substrat.sehingga inhibitor tidak dapat dihilangkan dengan menggunakan penambahan substrat Contoh inhibitor ini berupa Ag+, Hg2+, Pb2+  , Cu, Zn, Cd, Ag
8.	Feed Back Inhibitor	Akumulasi enzim yang berlebihan akan menghambat kerja enzim.

Struktur enzim

Struktur enzim  dibedakan menjadi dua macam  yaitu :

1.        Enzim sederhana adalah enzim yang tersusun komponen protein  yang disebut dengan apoenzim.

2.        Enzim yang lengkap ( Holoenzim ) adalah  tersusun atas dua bagian, yaitu bagian protein  (apoenzim) dan bagian bukan protein (gugus prostetik)

Mekanisme kerja enzim dibedakan menjadi dua

1.        Teori lock and key (gembok dan kunci)

     Enzim diumpamakan sebagai gembok, sedangkan substratnya sebagai kunci. Enzim memiliki struktur sisi spesifik yang cocok dengan substrat.Mampu menerangkan spesifitas ensim ttp tidak dapat menerangkan stabilitas fase transisi ensim

2.        Teori induced fit  (Induced Fit theory)

     Setiap molekul substrat mempunyai permukaan yang pas dengan permukaan sisi aktif enzim. Dengan mempertimbangkan fleksibilitas protein, sehingga pengikatan suatu substrat pada enzim menyebabkan sisi aktif mengubah konformasinya sehingga cocok dgn substratnya. Yang  dapat menerangkan fase transisi  komplek ES (enzim substrat)

III.   Proses enzimatis pada katabolisme gula

    Makhluk hidup memerlukan energi untuk melaksanakan berbagai maktifitas hidup, seperti pertumbuhan, aktifitas gerak, reproduksi dan irritabilita. Energi ini dapat dipenuhi dari proses perombakan senyawa-senyawa yang komplek menjadi senyawa yang sederhana yang dikenal dengan istilah katabolisme. Katabolisme dapat dibedakan menjadi dua, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob atau sering disebut fermentasi.

1. Respirasi aerob

Katabolisme (perombakan) gula secara sempurna dikenal dengan respirasi aerob yang  dapat dibagi menjadi 4 tahap, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif (reaksi transisi), daur asam sitrat  (daur Krebs) dan reaksi transfer elektron respiratori. 

a.    Glikolisis

    Saksikan urutan proses glikolisis berikut

b.  Dekarboksilasi oksidatif (reaksi transisi)

c.    Daur asam sitrat (siklus Krebs)

d.   Rantai transpor elektron

2.    Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob merupakan reaksi pemecahan karbohidrat untuk mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Pada bakteri dan jamur tertentu dapat melakukan respirasi anaerob. Saat kita melakukan kerja otot yang berat seperti lari jarak jauh atau  lari cepat, juga tumbuhan yang kekurangan oksigen akan melakukan respirasi anaerob. Proses penguraian zat organik secara anaerob ini dikenal dengan fermentasi.

Fermentasi dibedakan dua yaitu :

a.    Reaksi fermentasi asam laktat dapat ditulis:

1.    (Glikolisis)    C₆H₁₂O₆  à2 CH₃COCOOH + 2 NADH + 2 ATP

                                          Glukosa           asam piruvat                                                                                                                        

2.    (fermentasi asam laktat) 2CH₃COCOOH + 2NADH à2CH₃CHOHCOOH

                                                       asam piruvat                                         asam laktat

b.    Reaksi fermentasi alkohol

1.    (Glikolisis)    C₆H₁₂O₆  à 2CH₃COCOOH + 2 NADH + 2 ATP

                                            Glukosa             asam piruvat                                                                                                                          

2.    (fermentasi Alkohol)     2CH₃COCOOH  à 2C₂H₃OH    + 2CO₂

                                                              asam piruvat           asetaldehid                                                                                                       

3.    2C₂H₃OH + 2NADH à 2CH₃CH₂OH + 2NAD⁺  + 28 kkal

                                Asetaldehid            etil alkohol

 

IV.   Macam-macam anabolisme

1.    Fotosintesa.

Tumbuhan yang mempunyai klorofil dapat memanfaatkan cahaya matahari sebagai sumber energi dalam proses anabolisme/sintesa.  Energi cahaya yang ditangkap oleh klorofil akan digunakan oleh tumbuhan untuk mengubah senyawa anorganik sederhana  yaitu air dan karbon dioksida menjadi senyawa organik yaitu glukosa. Karena fotosintesa terjadi pengubahan senyawa beratom C 1 menjadi senyawa beratom C 6 maka fotosintesa dikenal pula sebagai assimilasi C. Tumbuhan sebagai organisme yang mampu membentuk makanan sendiri dengan menggunakan energi cahaya dikenal sebagai organisme fotoautotrop.

a. Tahap Reaksi terang 

    Reaksi terang terjadi di tilakoid/grana, disebut juga reaksi fotolisis karena terjadi pemecahan molekul air menjadi hidrogen dan oksigen. Reaksi terang terdiri dari :

1. Reaksi fosforilasi siklik.

    Reaksi ini dimulai dari Fotosistem I (P700) 

2. Reaksi Non siklik

    Reaksi ini diawali dari fotosistem II (P680) dan dilanjutkan ke fotosistem I (P700) seperti pada video berikut.

b. Reaksi Gelap

      Reaksi gelap terjadi di stroma dan tidak memerlukan cahaya matahari. Energi yang digunakan berasal dari ATP dan NADPH2 yang dihasilkan pada saat reaksi terang. Reaksi gelap dibedakan menjadi 3 tahap yaitu :

1. Fiksasi : pengikatan CO2 oleh RuBP menjadi asam fosfogliserat (PGA) yang dibantu oleh enzim riboluse bifosfat karboksilase.

2. Reduksi yaitu reaksi pengubahan PGA menjadi asam difossoglicerat (DPGA) dengan bantuan ATP yang melepaskan satu atoml fosfat. Selanjutnya  DPGA berikatan dengan hidrogen yang dilepaskan oleh NADPH2 membentuk 12 fosfogliseral dehid (PGAL). Dua PGAL digunakan untuk membentuk glukosa dan 10 sisanya masuk ke tahap regenerasi. 

3. Regenerasi, yaitu proses pembentukan kembali RuBP yang dibentuk dari 10 PGAL 

2.    Kemosintesa.

               Kemosintesa merupakan reaksi pembentukan senyawa kompleks dari senyawa sederhana                     dengan menggunakan energi kimia. Reaksi ini dapat dilakukan oleh bakteri kemoautotrop                    dan hewan. Tumbuhan hijau selain melakukan fotosintesa juga melakukan kemosintesa                        yaitu pada saat tumbuhan membentuk senyawa organic selain glukosa.