METABOLISME SEL

Nama: ARIFIN OPUTUNim: 821412081Kelas: B-1Prog. Studi: S1-FARMASI

Jurusan FarmasiFakultas Ilmu-ilmu Kesehatan dan KeolahragaanUniversitas Negeri Gorontalo2013

A. METABOLISMESel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh karena itu sel dapat

menjalankan aktivitas hidup, di antaranya metabolisme.Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh

makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karenametabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.

Pada metabolisme sel bahan dan energi diperoleh dari lingkungan sel yangberupa cairan. Cairan yang mengelilingi sel disebut cairan ekstrasel. Cairan initerdiri dari ion dan gas berikut:1. Gas (terutama O2 dan CO2)2. Ion anorganik (terutama Na+, Cl-, K, Ca++, HCO3, PO4)3. Zat organik (makanan dan vitamin)4. Hormone

Mekanisme pertukaran zat dalam sel dengan cairan eksternal melalui limacara, yaitu difusi, osmosis, tranport aktif, endositosis, dan eksositosis.

Berdasarkan prosesnya metabolism dibagi menjadi 2, yaitu:1. Anabolisme/Asimilasi/Sintesis

Proses pembentukan molekul yang kompleks dengan menggunakanenergy tinggi. Yaitu menggabungkan molekul-molekul kecil menjadimakromolekul yang lebih kompleks, memerlukan energi yang disuplaidari hidrolisis ATP.

2. Katabolisme (Dissimilasi)Proses penguraian zat untuk membebaskan energy kimia yang tersimpandalam senyawa organic tersebut. Yaitu memecah molekul kompleksmenjadi molekul yang lebih sederhana, melepaskan energi yangdibutuhkan untuk mensintesis ATP.

B. METABOLISME TUMBUHANMakhluk hidup yang dapat mensintesa makanannya sendiri disebut autotrof,

contohnya tumbuhan hijau. Berdasarkan cara memperoleh energi, autotrof dibagimenjadi fotoautotrof (cahaya menjadi kimia, misal fotosintesis) dan kemoautotrof

(energi sebagai hasil oksidasi senyawa anorganik). Asal energi dalam prosesmetabolisme adalah energi matahari dan energi kimia.

1. Pengangkutan Zata. Ekstra fasikuler:

Simplas (melalui protoplasma dengan perantaraanplasmodestama)

Apoplas (lewat rongga-rongga intersekuler)b. Intra fasikuler, menggunakan phloem dan xylem pengangkutan dari

bawah ke atas, dimungkinkan karena adanya: daya isap daun,tekanan akar, kapilaritas, transportasi yang menggunakan energi

2. Asimilasia. Fotosintesis: Asimilasi C dengan menggunakan energi cahaya

Pada kloroplas terjadi transformasi energi, yaitu dari energycahaya sebagai energy kinetic berubah menjadi energy kimia sebagaienergy potensial, berupa ikatan senyawa organic pada glukosa.Dengan bantuan enzim-enzim, proses tersebut berlangsung cepat danefisien. Bila dalam suatu reaksi memerlukan energy dalam bentukpanas reaksinya disebut reaksi endergonik. Reaksi semacam itudisebut reaksi endoterm.

b. Kemosintesa: Asimilasi C dengan energi kimia

c. Asimilasi N: Penyusunan zat-zat organik dalam bentuk prosen darizat-zat organik (C, H, O, N, S, P)

3. RespirasiMerupakan proses pembongkaran energi, sehingga berlawanan

proses asimilasi sel skernis dapat ditulis sebagai berikut:Glukosa + 6 H2O + 6 O2 6 CO2 + 12 H2O + 674 KkalSaatmolekulteruraimenjadimolekul yang lebih kecil terjadi pelepasanenergy sehingga terbentuk energy panas. Bila pada suatu reaksidilepaskan energi, reaksinya disebut reaksi eksergonik. Reaksisemacam itu disebut juga reaksieksoterm.Pada tumbuhan tingkat rendah untuk memperoleh energi denganmelakukan fermentasi. Misal fermentasi alkohol pada Saccharomyces.

Didalam proses respirasi dihasilkan senyawa antara CO2 yangmerupakan bahan dasar proses anabolisme.

Didalam proses respirasi sel bahan bakarnya adalah gula heksosa.Pembakaran tersebut memerlukan oksigen bebas, sehingga reaksikeseluruhan dapat ditukis sebagai berikut :C6h12O6 + 6 CO2 ---------------- 6 CO2 + 6H2O + 675 kal

Dalam respirasi aerob. Gula heksosa mengalami pembongkarandengan proses yang sangat panjang. Pertamakali glukosa sebagai bahandasar mengalami fosfolarisasi, yaitu proses penambahan fosfat kepadamolekul molekul glukosa hingga menjadi fruktosa -1, 6 difosfat.Pada fosforilasi , ATP dan ADP memgang peranan penting sebagaipengisi fosfat.

Adapun pengubahan fruktosa 1 , 6 dipospat hingga akhirnyamenjadi CO2 dan H2O dapat dibagi menjadi empat tahap , yaituglikolisis, reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif), siklus krebs, dantransfer electron.

1. GlikolisisAdalah rangkaian reaksi pengubahan molekul glukosa menjadi asam

piruvat dengan menghasilkan NADH dan ATP.

Sifat sifat glikolisis ialah:1. Dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob2. Dalam glikolisis terdapat kegiatan enzimatis dan AdenosineTrifosfat

(ATP) serta Adenosine Difosfat (ADP)3. ADP dan ATP berperan dalam pemindahan fosfat dari molekul satu ke

molekul lainnya.

Glukosa sebagai substrat dalam respirasi aerob (maupun anaerob)diperoleh dari hasil fotosintesis.diawali dengan penambahan satu fosfatoleh ATPO terhadap glukosa, sehingga terbentuk glukosa 6 fosfat danATP menyusut menjadi ADP . peristiwa ini disebut fosfolirasi yangberlangsung dengan bantuan enzim heksokinase dan ion Mg++ hasil akhirdari fosfolirasi berupa fruktosa-1, 6-difosfat dan dari sinilah dimulaiglikolisis.

Glikolisis dimulai dari perubahan fruktosa -1, 6-difosfat yangmemiliki 6 buah atom C diubah menjadi 3-difosfogliseral-dehida (dengan3 buah atom C) dan dihidroksi-aseton-fosfat. Pembongkaran ini dibantuoleh enzim aldolase. Dihidroksi aseton fosfat kemudian menjadi 3-fosfogliseraldehida juga dengan pertolongan enzim fosfitriosaisomerase.Selanjutnya fosfogliseraldehida bersebyawa dengan suatu asam fosfat(H3PO4) dan berubah menjadi 1,3 disfosfogliseraldehida. 1,3 difosfogliseraldehida berubah menjadi asam 1,3 difosfogliserat denganbantuan enzimdehidrogenase. Peristiwa ini terjadi karena adanyapenambahan H2.

Dengan bantuan enzim transfosforilase fosfogliserat serta ion ionMg++, asam 1,3-difosfogliserat kehilangan satu fosfat sehingga berubahmenjadi asam 3 fosfogliserat.

Selanjutnya asam 3 fosfogliserat menjadi asam 2 fosfogliserat karena pengaruh enzim fosfogliseromutase. Denganpertolongan enzim enolase dan ion ion Mg++, maka asam- 2-fosfofogliserat melepaskan H2O dan menjadi asam -2-fosfoenolpiruvat.Perubahan terakhir dalam glikolisisadalah pelepasan satu fosfat dari asam-2-fosfoenolpiruvat menjadi asam piruvat. Enzim transfosforilasefosfopiruvat dan ion ion Mg++ membantu proses ini sedang ADPmeningkat menjadi ATP

2. Reaksi Antara

Setelah glikolisis terjadi reaksi antara. (dekarboksilasi oksidatif),yaitu pengubahan asam piruvat menjadi 2 asetil KoA sambil menghasilkanCO2 dan 2NADH2 yang reaksinya adalah :

2 NAD 2NADH22(C3H4O3) 2 (C3H3O) KoA + 2CO2Piruvat Asetil KoA

Perubahan asam piruvat menjadi asetil KoA merupakanpersimpangan jalan untuk menuju berbagai biosintesis yang lain. AsetilKoA yang terbentuk kemudian memasuki siklus krebs.3. Siklus Krebs ( Siklus Asam Sitrat)

Pada siklus krebs ini (terjadi dimatriks mitokondria) asetil KoAdiubah menjadi KoA. Asetil KoA bergabung dengan asam oksaloasetatmembentuk asam sitrat. KoA dilepaskan sehingga memungkinkan untukmengambil fragmen 2C lain dari asam piruvat.

Pembentukan asam sitrat terjadi diawal siklus krebs , sementara itusisa dua karbon dari glukosa dilepaskan sebagai CO2.Selama terjadi pembentukan pembentukan , energy yang dibutuhkandilepaskan untuk menggabungkan fosfat denga ADP membentuk molekulATP. Pada siklus krebs , pemecahan rantai karbon pada glukosa selesai,Jadi, sebagai hasil dari glikoslisis , reaksi antara dan siklus krebs adalahpemecahan satu molekul glukosa 6 karbon menjadi 6 molekul 1 karbon,selain itu juga dihasilkan 2 molekul ATP dari glikolisis dan 2 ATP lagidari siklus krebs. Perlu diingat bahwa tiap tiap proses melepaskan atomhydrogen yang ditranspor ke sistem transport electron oleh molekulpembawa.

4. Sistem transport electronPada sistem transpor electron berlangsung pengepakan energy dari

glukosa menjadi ATP. Reaksi ini terjadi didalam membaran dalammitokondria, hydrogen dari siklus krebs yang tergabung dalam FADH2danNADH diubah menjadi elektorn dan proton. Pada sistem transport electronini, oksigen adalah akseptor electron yang terakhir , setelah menerimaelectron , O2 akan bereaksi dengan H+ membentuk H2O. pada sistem inidihasilkan 34 ATP. Jadi total ATP yang dihasilkan dari respirasi seluleradalah sebagai berikut:

Secara tidak langsung secara Lewat sistem transport elektronlangsung

Glikolisis 2 NADH2 = 6 ATP 2 ATPReaksi antara 2 NADH2 = 6 ATPSiklus Krebs 6 NADH2 = 18 ATP 2 ATP

2 FADH2 = 4 ATP34 ATP 4 ATP

5. Respirasi Aerob dan AnaerobRespirasi aerob adalah suatu proses pernapasan yang

membutuhkan iksigen dari udara. Ada beberapa tumbuhan yang kegiatanrespirasinya menurun bila konsentrasi oksigen di udara dibawah normal,misalnya bayam, wortel dan bebrapa tumbuhan lainnya. Respirasianaerob dapat pula disebut fermentasi atau respirasi intramolekul. Tujuanfermentasi sama dengan respirasi aerob, yaitu mendapatkan energy. Hanyasaja energi yang dihasilkan jauh lebih sedikit dari respirasi aerob.Perhatikan reaksi dibawah ini!

Respirasi aerob :C6H12O6 ---- 6 CO2 + 6 H2O + 675 kal + 38 ATP

Respiasi anaerob:C6H12O6 ------ 2 C2H5OH + 2CO2 + 21 kal + 2 ATP

Pernapasan anaerob dapat berlangsung didalam udara bebas, tetapiproses ini tidak menggunakan O2 yang disediakan di udara. Fermentasisering pula disebut sebagai peragian alcohol atau alkoholisasi. Padarespirasi aerob maupun anaerob, asam piruvat hasil proses glikolisismerupakan substrat.

Perhatikan skema dibawah ini

a. Asam piruvat dalam respirasi anaerob

b. Asam piruvat dalam respirasi aerobPembongkaran sempurna terjadi pada oksidasi asam piruvat dalam

respirasu aerob. Dari proses ini dihasilkan CO2 dan H2O serta energyyang lebih banyak , yaitu 38 ATP.

C. METABOLISME PRIMER DAN SEKUNDERBiosintesis merupakan proses pembentukan suatu metabolit (produk

metabolisme) dari molekul yang sederhana hingga menjadi molekul yanglebih kompleks yang terjadi pada organism hidup (Neumann et al. 1985).Metabolisme pada makhluk hidup dapat dibagi menjadi metabolisme primerdan sekunder. Metabolisme primer menghasilkan metabolit primersedangkan metabolism sekunder menghasilkan metabolit sekunder.

Metabolisme primer pada tumbuhan, seperti respirasi danfotosintesis, merupakan proses yang esensial bagi kehidupan tumbuhan.Tanpa adanya metabolisme primer, suatu organism akan terganggupertumbuhan, perkembangan, serta reproduksinya, dan akhirnya mati.Berbeda dengan metabolisme primer, metabolism sekundermerupakanproses yang tidak esensial bagi kehidupan organisme. Tidak ada atauhilangnya metabolit sekunder tidak menyebabkan kematian secara langsung

bagi tumbuhan, tapi dapat menyebabkan berkurangnya ketahanan hiduptumbuhan secara tidak langsung (misalnya dari serangan herbivore danhama), ketahanan terhadap penyakit, estetika, atau bahkan tidakmemberikan efek sama sekali bagi tumbuhan tersebut.

Pada fase pertumbuhan, tumbuhan utamanya memproduksi metabolitprimer, sedangkan metabolit sekunder belum atau hanya sedikit dimetabolisme. Sedangkan metabolism sekunder terjadi pada saat sel dalamtahap diferensiasi menjadi sel yang lebih terspesialisasi (fasestasioner)(Schripsema & Verpoorte 1994, Mohr & Schopfer 1995).

Hasil metabolism dalam organism hidup dapat dibagi menjadi duakelompok besar: metabolit primer dan sekunder. Yang tergolong dalammetabolit primer adalah senyawa-senyawa yang diproduksi dan terlibat padajalur metabolisme primer (contohnya glikolisis, siklus asam sitrat/siklusKrebs, dan fotosintesis). Contoh metabolit primer adalah protein,karbohidrat, lipid, asam amino, nukleotida, danasetil CoA (Siegler 1998).Karbohidrat biasa disebut hidrat arang. Terdiri dari dua reaksi pembentukandan pemecahan karbohidrat. Tersusun atas monomer molekul-molekul gulasederhana. Reaksi pemecahan terjadi di membrane sel yang melibatkanproses respirasi dan fermentasi. Reaksi pembentukan terjadi di dalamkloroplas yang melibatkan penggunaan karbondioksida untuk menghasilkanmonomer gula sederhana (misal: sukrosa). Protein merupakan salah satumetabolit primer yang menyusun tubuh organisme. Menurut dogma biologimolekuler, DNA akan ditranskripsi menjadi RNA, RNA ditranslasi menjaditriplet kodon yang membentuk asam amino, polimer asam aminomerupakan protein. Lipida merupakan salah satu metabolit promer hasil darijalur oksidasi pentose fosfat. Reaksi pembentukan lipida terjadi di dalamsitosol tanaman. Lipida tersusun atas asam lemak dan gliserol padaumumnya. Asam nukleat merupakan metabolit primer yang menjadi dasarpembentuk materi genetic baik DNA/RNA dan juga turunannya dapatmembentuk protein. Asam nukleat berperan dalam membentuk purin danpirimidin.

Metabolit sekunder tanaman merupakan senyawa dengan beratmolekul rendah yang diproduksi tanaman sebagai respon terhadap ancamanlingkungan dan patogen. Hasil studi menunjukkan bahwa produk metabolitsekunder merupakan senyawa yang diturunkan dari metabolit primer, yaitukarbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat. Secara sederhana, metabolitsekunder tanaman terbagi atas tiga golongan besar, yaitu fenolik, senyawabernitrogen, dan terpenoid (Edwards & Gatehouse 1999).

Metabolit sekunder tidak digunakan untuk proses pertumbuhan danunik untuk setiap organisme. Pada umumnya senyawa metabolit sekunderberfungsi sebagai mekanisme pertahanan diri, misalnya sebagai pelindung(protectant) dari gangguan hama untuk tumbuhan itu sendiri ataulingkungannya. Selain sebagai pelindung, dapat juga berfungsi sebagaipenarik (attractan) atau penolak (repellant) dari serangga atau herbivora.Contoh metabolit sekunder lainnya pada tumbuhan adalah pigmen-pigmen,senyawa antibiotik, senyawa bioaktif, dan senyawaaromatik (Siegler 1998).

Produksi senyawa metabolit primer maupun sekunder saat ini sangatpenting, misalnya dalam bidang industri, kesehatan, atau pangan. Sebagaicontoh, saat ini senyawa metabolit sekunder telah banyak digunakan sebagaizat warna, racun, aroma makanan, obat-obatan, dan sebagainya. Denganmempelajari jalur biosintesis ini memungkinkan untuk melakukanmodifikasi dari jalur tersebut sehingga dapat diproduksi metabolit dalamjumlah yang lebih banyak dalam waktu yang lebih singkat, mengetahuistruktur metabolit yang dihasilkan, dan dapat dilakukan sintesis untukmenghasilkan derivatnya (Lisdawati et al. 2007).