bab 13, survai metabolisme
TRANSCRIPT
BAB 13
SURVAI METABOLISME
Dalam tubuh makhluk hidup, baik yang bersel tunggal maupun kompleks,
terjadi berbagai macam reaksi kimia yang dikatalis oleh enzim. Reaksi yang terjadi
itu disebut dengan metabolism. Metabolisme adalah aktivitas sel yang amat
koordinasi, mempunyai tujuan, dan mencakup berbagai kerjasama banyak sistem
multienzim. Metabolisme memiliki empat fungsi spesifik, yaitu:
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 (bahan dasar) unit
pembangun bagi makromolekul sel,
3. Untuk menggabungkan unit-unit pembangun menjadi protein, asam nukleat,
lipid, polisakarida, dan komponen sel lain, dan
4. Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan di dalam
fungsi khusus sel.
Organisasi Hidup Berpartisipasi di Dalam Daur Karbon dan Oksigen
Menurut energi kimia karbon yang diperlukan dari lingkungannya, organisme
hidup dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu:
a. Sel Autotrof.
Sel autotrof (memberi makan sendiri) adalah organisme yang dapat
menggunakan karbon dioksida dari atmosfer untuk membangun semua
biomolekul yang mengandung karbon. Contohnya adalah bakteri fotosintetik
dan sel hijau daun tumbuhan. Beberapa organisme autotrof, seperti
sianobakteri, dapat juga menggunakan nitrogen dari atmosfer untuk
menghasilkan komponen nitrogennya.
1
b. Sel Heterotrof.
Sel heterotrof (memperoleh makanan dari yang lain) adalah organisme
yang tidak dapat menggunakan karbon dioksida dari lingkungannya dalam
bentuk molekul organik yang relaitif kompleks, seperti glukosa. Hewan
tingkat tinggi dan hampir semua mikroorganisme adalah organism heterotrof.
Banyak organisme autotrof bersifat fotosintetik, dan memperoleh energinya
dari sinar matahari, sedangkan organisme heterotrof memperoleh energi dari
degradasi nutrien organik yang dibuat oleh organisme autotrof. Organisme autotrof
dan heterotrof hidup bersama-sama dalam daur yang luas dan saling tergantung, di
mana organisme autotrof menggunakan CO2 atmosfer untuk membangun biomolekul
organiknya dan beberapa diantaranya menghasilkan oksigen. Organisme heterotrof
akan menggunakan produk organik dari autotrof sebagai sari makanan dan
mengembalikan CO2 ke atmosfer. Jadi, karbon dan oksigen secara berkesinambungan
saling bertukar di antara dunia hewan dan tanaman, di mana proses tersebut
berlangsung dengan bantuan energi solar (energi matahari). Berikut daur karbon
dioksida dan oksigen.
2
O2
Produk
Organik
Fotosintetik Heterotrof
Autotrof
CO2
H2O
Sinar Matahar
i
Organisme autotrof dan heterotrof dibagi menjadi beberapa subkelas.
Misalnya organisme heterotrof terbagi menjadi dua kelas utama, yaitu golongan
aerob dan anaerob. Golongan aerob adalah golongan yang menggunakan molekul
oksigen untuk mengoksidasi molekul nutrien organiknya. Golongan anaerob adalah
golongan menguraikan nutrien yang masuk tanpa menggunakan oksigen, misalnya
mikroorganisme yang hidup dalam tanah, dalam atau dasar lautan. Banyak sel, seperti
ragi, dapat hidup secara aerob dan anaerob, organisme seperti itu disebut fakultatif.
Tidak semua sel pada suatu organisme tertentu termasuk di dalam kelas yang
sama. Sebagai contoh, pada tumbuhan tingkat tinggi, sel yang mengandung klorofil
hijau pada daun merupakan sel fotosintetik autotrof, tetapi sel-sel akar yang tidak
mengandung klorofil bersifat heterotrof. Sel daun yang hijau bersifat autotrof hanya
pada siang hari. Pada malam hari, sel-sel ini berfungsi sebagai golongan heterotrof
dan memperoleh energinya dengan mengoksidasi karbohidrat yang dibuat pada siang
hari.
Nitrogen Berdaur di Dalam Biosfer
Semua organisme hidup juga membutuhkan nitrogen. Nitrogen merupakan
suatu keharusan bagi biosintesis asam amino dan basa purin serta pirimidin, yang
merupakan unit pembangun protein dan asam nukleat bernitrogen. Karena kerak
bumi mengandung hanya sedikit nitrogen anorganik dalam bentuk garam-garam
terlarut, semua organisme hidup pada akhirnya tergantung pada nitrogen atmosfer
dan organisme yang melakukan fiksasi nitrogen. Nitrogen dapat difiksasi oleh
sianobakteri (ganggang hijau-biru). Sianobakteri tidak hanya dapat menggunakan
nitrogen atmosfer, tapi juga dapat melangsungkan fotosintesis, sehingga dapat
memperoleh semua kebutuhan karbonnya dari karbon dioksida atmosfer. Hampir
semua spesies pelaku fiksasi nitrogen terdapat dalam tanah. Beberapa diantaranya
hidup bersimbiosa dalam bintik-bintik akar tumbuhan tertentu, terutama anggota
keluarga leguminosa, dan melangsungkan fiksasi nitrogen secara simbiosa.
3
Organisme mikrobial lain (bakteri nitrifikasi) melangsungkan oksidasi amonia
menjadi nitrit dan nitrat, dan yang lain lagi (bakteri denitrifikasi) dapat mengubah
nitrat kembali menjadi amonia. Adapun daur Nitrogen dalam biosfer adalah sebagai
berikut:
Siklus karbon, oksigen, dan nitrogen melibatkan banyak spesies organisme
hidup, sehingga menciptakan keseimbangan yang baik di antara produsen dan
konsumen pada biosfer. Siklus besar ini berkaitan dengan aliran energi yang tinggi,
yang dimulai dengan tertangkapnya energi solar oleh organisme fotosintetik untuk
menghasilkan karbohidrat berenergi tinggi dan nutrien organik lainnya, yang
selanjutnya digunakan sebagai sumber energi oleh organisme heterotrof. Di dalam
metabolisme setiap organisme dan selama berlangsungnya berbagai jenis aktivitas
yang membutuhkan energi, terdapat kehilangan energi bebas (energi yang berguna),
dan terjadi peningkatan energi yang tidak dapat digunakan. Aliran energi melalui
biosfer ini bersifat satu arah dan bukan suatu siklus. Jadi, karbon, oksigen, dan
nitrogen berdaur secara terus-menerus, tetapi energi bebas atau energi yang
bermanfaat, selalu terubah menjadi bentuk yang tidak berguna.
Metabolisme sel seluruhnya berkaitan dengan transformasi enzimatik dari
senyawa dan energi, dimulai dari bahan baku mentah, sampai ke biosintesis senyawa
hidup.
4
Lintas Metabolik Dijalankan oleh Sistem Enzim yang Bertahap
Enzim berfungsi sebagai katalis dalam sebuah reaksi. Pada proses
metabolisme, enzim bekerja secara berurutan, saling berkaitan sehingga produk dari
enzim pertama menjadi substrat bagi enzim kedua, dan seterusnya (tahap katalik
bertahap). Transformasi produk berurutan pada lintas seperti itu dikenal sebagai
metabolik antara atau metabolit. Masing-masing tahap yang berurutan di dalam lintas
ini menyebabkan terjadinya perubahan kimia spesifik, seperti penarikan, pemindahan,
atau penambahan suatu atom, molekul, atau gugus fungsional. Perubahan bertahap itu
menyebabkan biomolekul substrat berubah menjadi produk akhir metabolik. Hampir
semua lintas metabolik bersifat linear, tetapi ada juga yang bersifat sirkular. Lintas
metabolik mempunyai cabang-cabang yang mengarah ke luar atau ke dalam.
Suatu lintas linear.
Prekursor A terubah menjadi produk E melalui 4 tahap reaksi enzimatik yang berurutan. Produk tahap yang satu menjadi substrat bagi tahap berikutnya.
Suatu lintas sirkulator atau siklik
Oksidasi residu asetil menjadi CO2 dan H2O
berlangsung dengan cara ini, yaitu pada
siklus asam sitrat.
Metabolisme Terdiri dari Lintas Katabolik (Penguraian) dan Lintas Anabolik
(Pembentukan)
5
A
B
C
D
E
E1
E2
E3
E4
Terdapat dua fase pada metabolisme antara, yaitu katabolisme dan
anabolisme. Katabolisme adalah fase metabolisme yang bersifat menguraikan, yang
menyebabkan molekul organik nutrien terurai menjadi produk akhir yang lebih kecil
dan sederhana. Katabolisme diikuti oleh pelepasan energi bebas. Pada tahap-tahap
tertentu dalam lintas katabolik, banyak energi bebas yang disimpan dalam bentuk
molekul pembawa energi adenosin trifosfat (ATP). Sejumlah energi juga tersimpan
dalam atom hidrogen berenergi tinggi yang dibawa oleh koenzim nikotinamida
adenin dinukleotida fosfat dalam bentuk tereduksinya, yaitu NADPH.
Pada anabolisme, molekul pemula atau unit pembangun yang lebih kecil
disusun menjadi makromolekul besar yang merupakan komponen sel, seperti protein
dan asam nukleat. Proses ini memerlukan input energi bebas, yang dihasilkan dari
pemecahan ATP menjadi ADP dan fosfat. Biosintesis beberapa komponen sel juga
memerlukan atom hidrogen berenergi tinggi yang disumbangkan oleh NADPH.
Lintas Katabolik Mengarah pada Sedikit Produk Akhir
Penguraian enzimatik dari masing-masing nutrien penghasil energi utama
pada sel berlangsung secara bertahap melalui sejumlah reaksi enzimatik yang
berurutan. Terdapat tiga tahap utama di dalam katabolisme aerobik. Pada tahap I,
makromolekul sel dipecahkan menjadi unit-unit pembangun utamanya. Pada tahap II,
molekul unit pembangun diuraikan menjadi satu jenis senyawa antara 3-karbon
(piruvat), yang lalu diubah menjadi satu jenis unit 2-karbon (produk yang bersifat
umum), yaitu gugus asetil dari asetil-KoA. Pada tahap III, katabolisme mengarah
pada siklus asam sitrat. Dalam tahap III, gugus asetil dari asetil-KoA dioksidasi oleh
siklus asam sitrat menjadi hanya dua produk, yaitu CO2 dan H2O. Amonia adalah
produk katabolisme yang lain.
6
Adapun tahap-tahap proses katabolisme dapat digambarkan sebagai berikut:
Tahap I
Tahap
II
Tahap III
Lintas Biosintetik (Anabolik) Menyebar Menghasilkan Berbagai Produk
7
Protein Polisakarida Lipid Biomolekul besar
Asam Amino
Glukosa Gliserol Asam Lemak
Pentosa Heksosa
Molekul unit
pembangun
Piruvat
Asetil-KoA
CO2H2ONH3
Produk degradasi
umum
Produk akhir katabolisme
yang sederhana & berukuran
kecil
Anabolisme juga berlangsung dalam tiga tahap, dimulai dengan molekul kecil
pemula. Contoh, sintesis protein dimulai dari pembentukan asam α-keto. Pada tahap
berikutnya asam α-keto teraminasi oleh donor gugus amino membentuk asam α-
amino. Pada tahap terakhir, asam amino disusun menjadi rantai polipeptida
membentuk berbagai jenis protein. Dengan cara yang sama, gugus asetil dibangun
menjadi asam lemak, dan selanjutnya dirangkaikan membentuk berbagai lipid.
Anabolisme bersifat menyebar, karena proses ini dimulai dengan sedikit
molekul pemula sederhana yang menyusun kebanyakan jenis-jenis makromolekul.
Lintas utama anabolisme mempunyai banyak cabang yang menuju ratusan jenis
komponen sel.
Terdapat Perbedaan-perbedaan Penting di antara Lintas Katabolik dan
Anabolik yang Berhubungan
Lintas katabolik dan lintas anabolik yang berhubungan, tetapi dengan arah
yang berlawanan di antara senyawa pemula tertentu dan produk tertentu biasanya
bersifat tidak identik. Sebagai contoh, serangkaian dari 11 enzim spesifik
mengkatalisis tahap-tahap yang berurutan pada degradasi glukosa menjadi asam
piruvat di dalam hati. Namun, biosintesis glukosa dalam hati berlangsung dengan
cara yang berbeda, tidak dengan cara kebalikan dari degradasi glukosa. Proses
biosintesis glukosa menggunakan hanya 9 dari 11 tahap enzimatik pada penguraian
glukosa, dan dua tahap lainnya digantikan oleh serangkaian reaksi enzimatik yang
sama sekali berbeda, dan digunakan hanya pada jalur sintesis glukosa.
Adapun alasan penting mengapa mengapa jalur katabolisme dan anabolisme
yang bersangkutan bisa berbeda yaitu,
1. Lintas yang terjadi pada proses degradasi biomolekul mungkin tidak dapat
mencukupi kebutuhan energi bagi biosintesa. Degradasi molekul organik yang
kompleks biasanya merupakan proses “menurun”, terjadi dengan melepaskan
8
energi. Sedangkan biosintesis adalah proses “menaik”, yang memerlukan
input energi.
2. Jika hanya satu lintas yang digunakan secara dapat balik pada kedua arah
jalur, penurunan kecepatan proses katabolik dengan menghambat satu di
antara enzim yang terlibat juga akan menghambat proses biosintesa.
Pengaturan yang terpisah dimungkinkan jika lintas yang berlawanan benar-
benar berbeda. Jika melibatkan tahap enzimatik yang sama, enzim harus
berada pada bagian yang tidak menjadi bagian lintas yang arahnya
berlawanan.
Kadang-kadang jalur katabolik dan anabolik yang arahnya berlawanan
terdapat pada bagian sel yang berlawanan. Contoh, oksidasi asam lemak sampai ke
tahap asetil-KoA di dalam hati dikatalis oleh enzim yang terutama berada dalam
mitokondria, yaitu tempat berlangsungnya reaksi oksidatif. Sedangkan biosintesis
asam lemak dari asetil-KoA yang memerlukan atom hidrogen sebagai tenaga reduksi,
berlangsung dengan bantuan enzim yang berada dalam sitosol, tempat reaksi-reaksi
reduksi terjadi.
ATP Membawa Energi dari Reaksi Katabolik ke Reaksi Anabolik
Jika molekul glukosa terurai oleh oksidasi membentuk produk akhir yang
sederhana (CO2 dan H2O), banyak energi bebas yang dilepaskan dan dapat digunakan
pada reaksi lain. Energi bebas adalah bentuk energi yang mampu bekerja pada
kondisi suhu dan tekanan tetap. Jika energi bebas yang dilepaskan saat glukosa
teroksidasi ini ditangkap dan dipertahankan, maka energi ini hanya muncul sebagai
panas. Energi panas berfungsi untuk mempertahankan suhu tubuh pada hewan tingkat
tinggi, namun energi itu tidak dapat digunakan untuk melakukan kerja mekanik pada
kontraksi otot atau kerja kimiawi pada biosintesis. Panas dapat melakukan kerja pada
tekanan tetap hanya jika bentuk ini dapat mengalir dari bagian tubuh yang lebih panas
ke bagian yang lebih dingin. Hal ini tidak mungkin terjadi, karena suhu sel hidup
bersifat isothermal (suhu tubuh sama pada semua bagian). Sebaliknya, sejumlah besar
9
energi yang dibebaskan dari glukosa dan bahan bakar selular lainnya pada proses
katabolisme disimpan oleh sintesis adenosin trifosfat (ATP) dari adenosin difosfat
(ADP) dan fosfat anorganik yang terjadi bersamaan. ATP, ADP, dan fosfat terdapat
dalam semua sel hidup dan berfungsi secara umum sebagai sistem pemindahan
energi. Energi kimia yang disimpan dalam bentuk ATP itu dapat melangsungkan
empat jenis kegiatan, yaitu:
1. ATP dapat memberikan energi yang diperlukan dalam proses biosintesis. Pada
proses ini gugus fosfat terminal atau gugus ATP dipindahkan secara enzimatik
kepada unit pembangun, sehingga menjadi kaya energi dan siap disintesis
menjadi makromolekul.
2. ATP merupakan sumber energi bagi motilitas dan kontraksi sel.
3. ATP melawan gradient konsentrasi pada transport nutrien melalui membrane.
4. Energi ATP juga digunakan secara tidak terlihat untuk menjamin pemindahan
informasi genetik secara tepat selama biosintesis DNA, RNA, dan protein.
Bila energi ATP digunakan untuk kerja sel, gugus fosfat terminalnya akan
dilepaskan sebagai fosfat anorganik dan ADP, bentuk miskin energi dari
sistem pembawa energi. ADP dapat diisi kembali oleh suatu gugus fosfat,
sehingga ATP dihasilkan kembali dalam reaksi degradasi bahan bakar sel
yang menghasilkan energi. Jadi, terdapat suatu siklus energi dalam sel, dan
ATP yang terkandung berperan sebagai mata rantai pembawa energi di antara
proses selular penghasil energi dan proses pemakai energi.
NADPH Membawa Energi dalam Bentuk Tenaga Pereduksi
Cara kedua untuk membawa energi kimia dari reaksi-reaksi katabolisme
menuju reaksi biosintesis adalah dalam bentuk atom hidrogen atau elektron. Pada
reaksi biosintesis, misalnya pembentukan glukosa dari CO2 pada proses fotosintesis,
tenaga pereduksi dalam bentuk atom hidrogen diperlukan bagi reaksi reduksi ikatan
ganda menjadi ikatan tunggal. Atom hidrogen harus memiliki energi bebas dan dapat
diperoleh dari bahan bakar sel oleh kerja dehidrogenase, yang mengkatalisis
pemindahan atom hidrogen dari molekul bahan bakar kepada koenzim spesifik,
10
terutama dalam bentuk teroksidasi nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADP+).
Bentuk tereduksi, atau yang membawa hidrogen dari koenzim ini disingkat sebagai
NADPH, yaitu pembawa elektron yang kaya akan energi dari reaksi katabolik menuju
reaksi biosintetik yang memerlukan elektron, seperti ATP yang merupakan pembawa
gugus fosfat yang kaya energi.
Diagram pemindahan tenaga pereduksi dari reaksi katabolik menuju reaksi
biosintesis melalui siklus NADP.
Metabolisme Sel Merupakan Proses Ekonomis yang Diatur Ketat
Kecepatan reaksi keseluruhan dari katabolisme penghasil energi tidak hanya
dikontrol oleh ketersediaan bahan bakar sel, tapi juga dikontrol oleh kebutuhan sel
pada energi (ATP dan NADPH). Sel mengkonsumsi nutrien dalam jumlah yang
cukup untuk mengatasi kecepatan penggunaan energi pada setiap waktu. Contohnya
dalam biosintesis sel pada sel yang sedang tumbuh, melakukan sintesis pada ke-20
jenis asam amino, pada kecepatan dan jumlah yang tepat untuk mencukupi
penyusunan dari hanya protein baru yang diperlukan.
Lintas katabolitik bersifat amat sensitif dan responsif terhadap perubahan
kebutuhan energi. Jadi, mekanisme pengaturan lintas metabolik utama, terutama
11
NADPH
NADP+
KatabolismeBahan bakar
tereduksiProduk
teroksidasi
Produk biosintetik tereduksi
Reaksi biosintetik
reduktif
Prekursor teroksidasi
lintas yang memberikan energi sebagai ATP mampu bereaksi terhadap kebutuhan
metabolik dengan cepat dan dengan sensitivitas tinggi.
Lintas Metabolik Diatur pada Tiga Tahap
Regulasi lintas metabolik dilaksanakan oleh tiga jenis mekanisme yang
berbeda.
1. Tahap 1
Bentuk regulasi pada tahap ini adalah melalui kerja enzim alosterik, yang
mampu mengubah aktivitas katalitiknya sebagai respon terhadap molekul efektor
pemberi rangsangan atau penghambat. Pada lintas katabolik, pembentukan ATP
dari ADP, produk akhir ATP berfungsi sebagai penghambat alosterik pada tahap
awal katabolisme. Pada lintas anabolik, produk akhir biosintesis seperti asam
amino, berfungsi sebagai penghambat alosterik pada tahap awal. Gambar 1.
adalah bagan contoh pengaturan
metabolisme penghambatan oleh produk akhir terhadap suatu enzim alosterik.
12
Dalam Gambar 1, dapat dijelaskan huruf J, K, L dan seterusnya menunjukkan
senyawa kimia antara pada lintas ini dan E1-E5 menunjukkan enzim yang
bekerja pada setiap tahap. Enzim pertama pada lintas ini (E1) adalah enzim
alosterik. Enzim ini dihambat oleh produk akhir urutan reaksi. Penghambatan
alosterik ditunjukkan oleh tanda panah titik-titik, yang berasal dari metabolit
penghambat menuju reaksi yang dikatalis oleh enzim alosterik (kotak hitam).
Tahap regulasi yang dikatalis oleh enzim E1 bersifat tidak balik di dalam sel.
2. Tahap 2
Pada tahap ini, kontrol metabolik pada organisme tingkat tinggi dilaksanakan
oleh pengaturan hormon. Hormon adalah pembawa pesan kimiawi yang di
sekresi oleh berbagai kelenjar endokrin dan di angkut oleh darah ke semua
jaringan dan organ. Contohnya hormon adrenalin, disekresi oleh medula dari
kelenjar adrenal, di angkut oleh darah menuju hati. Di sini adrenalin merangsang
penguraian glikogen menjadi glukosa sehingga meningkatkan kadar gula darah.
Adrenalin juga merangsang penguraian glikogen di dalam otot kerangka,
13
Tahap yang diatur, terlaksana oleh adanya enzim alosterik
Gambar 1.
Pengaturan lintas katabolik penghambatan kembali oleh produk akhir terhadap enzim alosterik.
menghasikan laktat dan energi dalam bentuk ATP. Berikut gambar regulasi
hormon terhadap suatu reaksi enzimatik.
3. Tahap 3
Tahap ketiga dari regulasi metabolik dilaksanakan melalui pengontrolan
konsentrasi enzim tertentu didalam sel. Kecepatan sintesis enzim-enzim tertentu
secara nyata ditingkatkan pada beberapa keadaan sehingga konsentrasi enzim
dalam sel juga meningkat. Sel hati dapat “menghidupkan” atau “mematikan”
biosintesis enzim-enzim tertentu, tergantung pada sifat zat makanan yang masuk.
Proses ini disebut induksi enzim.
14
Induksi enzim. Adanya substrat A pada
konsentrasi tinggi di dalam sel dapat
menginduksi peningkatan biosintesis enzim-
enzim E1, E2, dan E3, jadi meningkatkan
konsentrasinya di dalam sel menyebabkan
urutan reaksi berlangsung pada kecepatan yang
lebih tinggi untuk memindahkan atau mengubah
kelebihan substrat A. Kelebihan A akan
mengisyaratkan inti sel untuk “menghidupkan”
gen penentu enzim E1, E2, dan E3, “Messenger”
RNA yang dihasilkan memungkinkan ribosom
untuk meningkatkan kecepatan sintesis E1, E2,
dan E3.
Metabolisme Sekunder
Metabolisme sekunder merupakan lintas metabolik yang membentuk dan
menguraikan senyawa dalam jumlah sedikit. Lintas metabolik sekunder ini terlibat
dalam biosintesis koenzim dan hormon yang digunakan dalam jumlah sedikit.
Metabolisme sekunder ini menghasilkan ratusan biomolekul yang sangat khusus,
seperti : nukleotida, pigmen, toksin, antibiotik, dan alkaloid.
Terdapat Tiga Pendekatan Utama terhadap Identifikasi Urutan Metabolik
Identifikasi urutan metabolik dapat dilakukan dengan mempelajari lintas “in
vitro” yaitu ekstrak jaringan bebas sel yang mampu mengkatalisis proses metabolik
yang akan diselidiki secara keseluruhan. Contohnya: ragi dapat mengubah glukosa
menjadi etanol dan CO2. Awalnya fermentasi glukosa menjadi etanol dan CO2 dapat
terjadi di dalam ekstrak ragi bebas sel. Lalu ditemukan bahwa pemecahan glukosa
pada ekstrak tersebut memerlukan fosfat anorganik yang akan menghilang dari
ekstrak dengan terkonsumsinya glukosa. Lalu ditemukan bahwa turunan heksosa
fosfat yang memiliki semua sifat-sifat yang diharapkan dari senyawa antara yang
diperlukan untuk pengubahan glukosa. Jadi, dua senyawa antara pada pemecahan
glukosa telah diidentifikasi. Setelah teridentifikasi, suatu enzim ditemukan dalam
ekstrak ragi, yang bekerja untuk membentuk produk lain, yang akhirnya juga di
isolasi dan diidentifikasi. Jadi, dua senyawa antara pada pemcahan glukosa telah
teridentifikasi. Penambahan penghambat enzim ke dalam ekstrak ragi menyebabkan
senyawa antara lain terakumulasi. Dengan pendekatan tersebut akhirnya 11 metabolit
yang merupakan senyawa antara dalam pengubahan glukosa menjadi etanol pada ragi
dapat diisolasi dan diidentifikasi. Senyawa antara dan enzim yang membentuk dan
menguraikannya diidentifikasi satu persatu. Jika seluruh urutan reaksi telah diketahui,
dapat dilakukan pengujian kembali atau rekonstitusi dalam tabung reaksi dengan
menggunakan komponen-komponen yang telah dimurnikan.
15
Defisiensi genetik gen tunggal ditemukan pada metabolisme asam amino
fenilalanin pada beberapa penderita. Informasi mengenai kekurangan ini
memberikan bukti bagi sifat-sifat senyawa antara dalam metabolisme fenilalanin
Mutan Organisme Membantu Identifikasi Tahap-tahap Antara di dalam
Metabolisme
Pendekatan penting lain untuk menerangkan lintas metabolik adalah
penyelidikan mutasi genetik dari organisme yang kandungan salah satu enzimnya
tidak dapat disintesis dalam bentuk aktif. Kerusakan genetik pada lintas metabolisme
dapat dibuat pada mikroorganisme dengan memberikan senyawa mutagenik,
misalnya penyinaran dengan sinar-X atau perlakuan dengan senyawa kimia yang
dapat mengubah struktur gen spesifik pada DNA.
Pelacak Isotop Memberikan Metode Ampuh Bagi Penyelidikan Metabolisme
16
Metode lain untuk menentukan garis besar lintas metabolik adalah dengan
munggunakan suatu bentuk isotop unsur tertentu (Tabel 13-1) untuk mencirikan
metabolit tertentu. Contohnya : isotop radioaktif 14C digunakan untuk mencirikan
atom karbon tertentu pada molekul organik. Molekul berciri 14C tersebut tidak dapat
dibedakan secara kimia dari molekul normal yang tidak berciri, tetapi dapat dengan
mudah dideteksi dan diukur melalui sifat radioaktivitasnya.
Tabel 13-1. Beberapa Isotop yang Digunakan sebagai Pelacak
Unsur Berat atom
rata-rata
Isotop yang
bermanfaat
sebagai pelacak
Jenis
Isotop
Waktu
paruh
H 1,01 2H3H
Stabil
Radioaktif 12,2
tahun
C 12,01 13C14C
Stabil
Radioaktif 5700
tahun
N 14,01 15N Stabil
O 16,00 18O Stabil
Na 22,99 24Na Radioaktif 15 jam
P 30,97 32P Radioaktif 14,3 hari
S 32,06 35S Radioaktif 87,1 hari
K 39,10 42K Radioaktif 12,5 jam
Fe 55,85 59Fe Radioaktif 45 hari
I 126,90 132I Radioaktif 8 hari
Metode pelacakan isotop dapat juga digunakan untuk menentukan kecepatan
proses metabolik dalam organisme utuh. Dengan metode ini dapat diketahui bahwa
komponen makromolekular sel dan jaringan mengalami perputaran metaboliksecara
terus-menerus, yaitu komponen itu berada dalam keadaan tetap-dinamik di dalam sel,
17
di tengah-tengah terjadinya biosintesis dengan kecepatan degradasi yang sama.
Sebagai contoh pengukuran isotop telah memperlihatkan bahwa protein hati tikus
mempunyai waktu paruh kira-kira 5 sampai 6 hari.
Lintas Metabolik Dipisah-pisahkan di dalam Sel
Terdapat dua golongan
sel: prokariotik dan eukariorik, yang amat berbeda pada
ukuran, struktur internal dan susunan genetik serta metaboliknya. Sel prokariotik
yang mencakup bakteri dan ganggang biru berukuran amat kecil dan merupakan sel
sederhana dengan sistem membran tunggal yang mengelilingi sel.
Sel prokariotik tidak memiliki ruang-ruang yang dipisah oleh membran
internal tetapi terdapat pengelompokan beberapa sistim enzim sampai tingkat
tertentu di dalam bakteri. Komponen-komponen sel prokariotik diantaranya ada
dinding sel, membran sel, nukleotida, sitosol, ribosom, granulla penyimpanan dan
flagella.
18
Sel eukaryotik yang mencakup hewan dan tumbuhan tingkat tinggi (selain jamur,
protozoa, dan ganggang tingkat tinggi), berukuran lebih jauh besar dan lebih
kompleks dibandingkan dengan sel prokaryotik. Selain pembungkus sel, sel
eukaryotik memiliki inti sel yang dikelilingi membran, yang mengandung beberapa
atau banyak kromosom. Sel ini mengandung organel internal bermembran. Didalam
sel eukaryotik, enzim yang mengkatalisis lintas metabolik seringkali terletak di dalam
organel spesifik atau kompartemen. Cara mengetahuinya dengan cara jaringan hewan
atau tumbuhan dihomogenasi secara perlahan-lahan didalam medium sukrosa isotonic
yang akan merusak membran plasma, tetapi hampir semua organel internalnya tetap
19
Sisi te
utuh. Sukrosa dipergunakan karena senyawa ini tidak dapat melalui membran dengan
mudah, dan karenanya tidak menyebabkan organel internal seperti kloroplas dan
mitokondria menggelembung. Organela subseluler seperti inti sel dan mitokondria,
dan bagian lain dapat diuji kemampuannya dalam melakukan katalisis suatu ukuran
metabolik tertentu. Dari pendekatan ini, telah ditemukan bahwa berbagai lintas
metabolik berlangsung pada berbagai lokasi intraseluler di dalam eukaryotik. Contoh
seluruh urutan enzim yang terlibat di dalam pengubahan glukosa menjadi laktat di
dalam beberapa sel terletak di dalam sitosol, yang merupakan bagian terlarut dari
sitoplasma sel, sedangkan enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam
mitokondria. Seperti juga enzim-enzim transport elektron dan enzim-enzim yang
terlibat dalam penyimpanan energi oksidatif sebagai ATP.
20