METABOLISME

Materi Metabolisme

1.    ENZIM

a.    Komponen Enzim

1)      Komponen protein (Apoenzim)

2)      Komponen non-protein (Kofaktor)

a)      Koenzim : molekul organik yang terkait renggang dengan enzim dan kebanyakan merupakan derivate vitamin serta berperan dalam proses pemindahan gugus kimia, atom atau elektron dari satu enzim ke enzim yang lain. Contohnya NAD⁺ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) dan FAD⁺ (Favin Adenine Dinucleotide) yang berperan dalam  proses respirasi untuk menangkap dan mentransfer ion hydrogen.

b)      Ion anorganik : membantu mengefektifkan kerja enzim, contohnya ion klorida dan kalsium membantu kerja enzim amilase dalam memecah amilum menjadi maltosa

c)      Gugus prostetik : memberikan kekuatan tambahan pada kerja enzim dan merupakan molekul organik yang terkait rapat dengan enzim. Contohnya heme pada enzim katalase, peroksidase, dan sitokrom oksidase (terlibat dalam respirasi seluler)

b.   Cara Kerja Enzim

Catatan : “ Enzim mengkatalis reaksi dengan meningkatkan kecepatan reaksi yang dilakukan dengan menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi) “

  

Kerja enzim dapat diterangkan dengan dengan dua teori :

1)      Lock and Key Theory (teori kunci dan anak kunci) : bentuk sisi aktif yang spesifik, sehingga hanya molekul dalam bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim

2)      Iduced Fit Theory (teori kecocokan yang terinduksi) : bentuk sisi aktif enzim bukan merupakan bentuk yang kaku tetapi fleksibel

c.    Sifat Enzim Sebagai Biokatalisator

1)      Enzim merupakan protein, kerja enzim seperti sifat protein yaitu membutuhkan  kondisi lingkungan (suhu, pH, konsentrasi ion) yang sesuai

2)      Enzim bekerja secara spesifik/khusus, dengan kata lain suatu enzim hanya dapat bekerja untuk substratnya yang cocok

3)      Enzim berfungsi sebagai katalis, yaitu mengubah kecepatan reaksi namun tidak mengubah produk akhir yang dibentuk

4)      Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit, sejumlah kecil enzim dapat meningkatkan kecepatan reaksi secara hebat

5)      Enzim dapat bekerja secara bolak-balik

d.   
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim 

1) Suhu

     Kecepatan enzim mengkatalisis reaksi mencapai suatu puncaknya pada suhu tertentu atau sering disebut dengan suhu optimum. Pada grafik dapat dilihat bahwa suhu optimum reaksi yang dikatalis oleh enzim adalah 40o C. Sebagian besar enzim pada manusia memiliki suhu optimum sekitar 37o C, sedangkan pada tumbuhan memiliki suhu optimum 25o C. Peningkatan suhu di atas suhu optimum menyebabkan enzim mengalami denaturasi.

2) pH (derajat keasaman) 

    Setiap enzim memiliki pH optimum, sebagai contoh pepsin memiliki pH optimum sekitar 2 (sangat asam) dan amilase memliki pH optimum 7,5 (agak basa)

3) Aktivator, molekul yang mempermudah ikatan antara enzim dengan substratnya. Misalnya ion   klorida yang berperan membantu aktivitas amilase dalam saliva

4) Inhibitor (penghambat), molekul yang menghambat  ikatan enzim dengan substratnya. Ada  dua macam inhibitor yaitu : 

a. Inhibitor Kompetitif : molekul penghambat yang cara kerjanya bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim, contohnya sianida dengan oksigen untuk mendapatkan hemoglobin

b. Inhibitor Non-Kompetitif : molekul penghambat yang cara kerjanya melekatkan diri pada luar sisi aktif, sehingga bentuk enzimnya berubah dan sisi aktif tidak dapat berfungsi

5) Konsentrasi Enzim : semakin besar konsentrasi enzim semakin cepat reaksi yang berlangsung, konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi

6) Konsentrasi Substrat : jika enzim dalam keadaan tetap, kecepatan reaksi akan meningkat dengan adanya penambahan konsentrasi substrat. Namun, pada sisi aktif semua enzim bekerja penambahan substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi enzim. Kondisi ini disebut titik jenuh atau kecepatan reaksi enzim mencapai maksimum (Vmax).

2.    METABOLISME

Ada perbedaan dalam hasil akhir pembentukan ATP pada proses respirasi. Proses respirasi yang berlangsung pada mitokondria di hati, ginjal, dan mitokondria jantung menghasilkan 38 ATP untuk satu molekul glukosa yang dipecah, karena tahap akhir respirasi aerob yaitu rantai transpor elektron berlangsung melalui sistem ulang-alik malat aspartat. Sistem ulang-alik lain adalah ulang-alik gliserol-phosphat. Sistem ini hanya menghasilkan 36 ATP untuk tiap mol glukosa, dan berlangsung di otot rangka dan otak. Apa bedanya?

a.      Katabolisme

Merupakan penguraian atau pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa  sederhana dengan hasil akhir berupa energi. Katabolisme bersifat eksergonik (menghasilkan energi) dan memiliki dua fungsi yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesa molekul dan menyediakan energi kimia untuk berbagai aktivitas.

1.    Respirasi  Aerob,

Merupakan respirasi yang menggunakan oksigen sebagai penerima elektron pada saat pembentukan ATP. Tahapan-tahapan respirasi aerob :

1)   Glikolisis

ü Merupakan proses pengubahan molekul glukosa (beratom 6 C) menjadi 2 molekul asam piruvat (beratom 3 C)

ü Tempat ierjadi di sitoplasma yang berlangsung secara anaerob

ü Menghasilkan 2 molekul asam piruvat, 2 ATP dan 2 NADH

2)   Dekaroboksilasi Oksidatif

ü Merupakan proses pengubahan 2 molekul asam piruvat menjadi 2 molekul asetil-KoA

ü Tempat terjadi di dalam matriks mitokondria

ü Menghasilkan 2 NADH + 2 CO₂

3)   Siklus Krebs/Siklus Asam Sitrat

ü Merupakan proses reaksi antara  asetil-KoA (beratom C 2) dengan asam oksaloasetat (beratom C 4) yang akan membentuk asam sitrat (beratom C 6) yang pada akhirnya akan diubah kembali menjadi asam oksaloasetat lagi.

ü Tempat terjadi di dalam matriks mitokondria

ü Dari 2 mol asetil-KoA dihasilkan 6 NADH, 2 FADH₂, 2 ATP dan 4 CO₂

4)   Transfor Elektron/Fosforilasi Oksidatif

ü Tempat terjadi di membran dalam mitokondria (krista)

ü Terjadi proses kemiosmosik (produksi ATP dengan menggunakan energi dari perbedaan konsentrasi ion hydrogen yang melintasi membran untuk memfosforilasi ADP oleh ATP sintase)

ü Membutuhkan O₂ sebagai akseptor electron terakhir

ü Dihasilkan H₂O dari penyatuan oksigen dengan hidrogen

  

ü Sistem Malat-Aspartat

·      Akpseptor H⁺ (dari glikolisis) adalah NAD⁺ yang akan membentuk NADH

·      ATP yang dihasilkan :

1)   2 NADH (dari glikolisis) 2)   2 NADH (dari DO) 3)   6 NADH dan 2 FADH2 (dari SK)

Total ATP yang dibentuk pada Transpor Elektron adalah 34 ATP. Jadi dari 1 glukosa yang dipecah sistem Malat-Aspartat menghasilkan 38 ATP

ü Sistem Gliserol-Phosphat

·      Akpseptor H⁺ (dari glikolisis) adalah FAD⁺ yang akan membentuk FADH₂

·      ATP yang dihasilkan :

1)   2 FADH2 (dari glikolisis) 2)   2 NADH (dari DO) 3)   6 NADH dan 2 FADH2 (dari SK)

Total ATP yang dibentuk pada Transpor Elektron adalah 32 ATP. Jadi dari 1 glukosa yang dipecah sistem Gliserol-Phosphat menghasilkan 36 ATP

Cat :    1 NADH  → 3 ATP

1 FADH₂ → 2 ATP

2.  Respirasi Anaerob

Merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima elektron pada saat pembentukan ATP. Respirasi anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat, misalnya pada proses fermentasi.

1)   Fermentasi Alkohol

ü Perubahan glukosa tanpa oksigen melalui tahapan glikolisis dan pembentukan NAD⁺

ü Tempat terjadi di sitoplasma

ü Dilakukan oleh Saccharomuces cereviceae

ü Menghasilkan 2 etanol + 2 CO₂ + 2 ATP

2)   Fermentasi Asam Laktat

ü Perubahan glukosa tanpa oksigen melalui tahapan glikolisis dan pembentukan NAD⁺

ü Tempat terjadi di sitoplasma

ü Dilakukan oleh sel otot

ü Menghasilkan 2 asam laktat + 2 ATP

b.      Anabolisme

Merupakan proses penyusunan  atau sintesis senyawa kompleks  dari senyawa  sederhana. Sintesa zat makanan ini memerlukan bahan dasar CO₂, air dan energi (cahaya atau kimia).

1)   Fotosintesis : peristiwa penggunan energi cahaya untuk membentuk senyawa dasar karbohidrat dari CO₂ dan H₂O. Reaksi fotosintesis terdiri dari reaksi terang dan reaksi gelap. Fotosintesis terjadi pada organel kloroplast.

Ø Reaksi Terang (Fotofosforilasi)

    Merupakan peristiwa pada saat energi matahari digunakan oleh pigmen fotosintesis 

    Berlangsung di dalam Grana (membran tilakoid)

    Cahaya efektif adalah warna merah dan nila

    Klorofil berfungsi sebagai penerima energi cahaya (foton) dan donor electron untuk 

        mensisntesis energi kimia (ATP)

    Terjadi fotolisis air : H2O  →  2H+  +  2e-  +  ½ O2

     Reaksi ini menghasilkan ATP dan  NADPH₂ yang dibutuhkan dalam reaksi gelap melalui 

        aliran electron siklik dan non-siklik

Catatan :

·      Reaksi Non-siklik memiliki ciri : melibatkan 2 fotosistem dengan urutan pemakaian Fotosistem II (P₆₈₀) lanjut ke fotosistem I (P₇₀₀), terjadi fotolisis air, menghasilkan O₂, ATP dan NADPH₂

·      Reaksi Siklik memiliki ciri : berlangsung jika jumlah NADPH₂ sudah terpenuhi, melibatkan satu fotosistem yaitu hanya fotosistem I (P₇₀₀) saja, menghasilkan ATP saja

Ø Reaksi Gelap (Siklus Calvin)

ü Reaksi ini tidak memerlukan cahaya

ü Terjadi di dalam Stroma

ü Reaksi gelap memerlukan : NADPH₂ dan ATP yang akan diambil dari reaksi terang

ü Terjadi pengikatan CO₂ oleh Ribulosa Difosfat (RDP) dengan bantuan enzim Rubisco yang menghasilkan molekul karbon berenergi tinggi berupa glukosa, fruktosa ataupun amilum (melalui silklus Calvin-Bensons)

Catatan Siklus Calvin Bensons meliputi :

1)   Fiksasi Karbon : Satu kali reaksi gelap/siklus Calvin Bensons memakai 6 CO₂ yang akan berikatan dengan RuBP (ribulosa bifosfat) dengan bantuan enzim rubisco yang akan membentuk 12 PGA (3-fosfogliserat)

2)   Reduksi : 12 PGA (3-fosfogliserat) menerima fosfat dari 12 ATP membentuk 12 molekul 1,3 bifosfogliserat, selanjutnya sepasang elektron disumbangkan dari 12 NADPH mereduksi 12 molekul 1,3 bifosfogliserat menjadi 12 PGAL (fosfogliseraldehid)

3)   Regenerasi Akseptor yaitu RuBP : 10 PGAL disusun ulang  menjadi 6 RuBP yang menghabiskan 6 ATP. RuBP yang terbentuk kembali siap untuk menerima CO₂ kembali

2)   Kemosintesis : proses sintesis dengan menggunakan energi kimia. Organisme yang melakukannya dinamakan kemoautotrof. Organisme ini hanya  berlaku pada beberapa jenis bakteri, seperti bakteri besi mengoksidasi ferro Fe²⁺ menjadi ferri Fe³⁺, dan bakteri nitrogen (Nitrosomonas, Nitrosococus, Nitrobakter) mengubah amoniak (NH₃) menjadi HNO₃ dan ATP.