PROSES Metabolisme ORGANISME

KOMPETENSI DASAR :

Enzim dan Fungsinya

Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme Lipid (Lemak)

Metabolisme Protein

Pengertian Metabolisme :

metabolisme merupakan totalitas proses kimia di dalam tubuh. Metabolisme meliputi segala

aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap bertahan hidup, tumbuh, dan

melakukan reproduksi. Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup memerlukan energi agar

proses kehidupan dapat berlangsung. Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan

kemudian mengubahnya dalam bentuk energi lain pada proses metabolisme.

Metabolisme dibedakan atas anabolisme dan katabolisme : 

1. Anabolisme

Anabolisme adalah proses penyusunan energi kimia melalui sintesis senyawa-senyawa

organik. Dalam anabolisme terjadi reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-

molekul sederhana menjadi molekul kompleks.

2. Katabolisme

Katabolisme adalah proses penguraian dan pembebasan energi dari senyawa-senyawa

organik melalui proses respirasi ataupun fermentasi. Dalam katabolisme terjadi reaksi

penguraian senyawa kompleks menjadi molekul sederhana. Semua reaksi yang terjadi dikatalis

oleh enzim, baik reaksi yang sederhana maupun reaksi yang rumit. Kedua proses metabolisme

diatas diperlukan oleh setiap organisme untuk dapat bertahan hidup. Proses metabolisme

ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh

enzim. Pada senyawa organik, penentu proses reaksi kimia disebut promoter dan penentu

percepatan reaksi kimia disebut katalis. Metabolisme juga berperan mengubah zat beracun

menjadi senyawa yang tidak beracun dan dapat dikeluarkan dari tubuh. Umumnya hasil akhir

anabolisme merupakan senyawa pemula untuk proses katabolisme, begitu pula sebalinya.

Sebagian besar proses metabolisme terjadi didalam sel. Proses metabolisme memungkinkan

organisme untuk tumbuh dan berkembang biak, menjaga struktur mereka, dan memberi respon

pada lingkungan.

Keterkaitan antara Anabolisme dan katabolisme

Karbohidrat menjadi salah satu komponen makanan yang kompleks. Komponen inilah

yang menjadi salah satu bahan dalam proses metabolisme. Karbohidrat merupakan senyawa yang

terbentuk dari molekul karbon, hidrogen dan oksigen. Senyawa biologis ini hanya terdapat dalam

jumlah 1% dari keseluruhan tubuh manusia, diolah dalam tubuh sebagai bahan makanan,

dicadangkan dalam bentuk glikogen dan digunakan sebagai bahan bakar sel, juga dibutuhkan

dalam pembentukan tulang rawan. Sumber karbohidrat yang paling banyak berasal dari

tumbuhan.

Dalam proses untuk menghasilkan energi, semua jenis karbohidrat yang dikonsumsi akan

masuk ke dalam sistem pencernaan dan juga usus halus, terkonversi menjadi glukosa untuk

kemudian diabsorpsi oleh aliran darah dan ditempatkan ke berbagai organ dan jaringan tubuh.

Molekul glukosa hasil konversi berbagai macam jenis karbohidrat inilah yang kemudian akan

berfungsi sebagai dasar pembentukan energi di dalam tubuh. Melalui berbagai tahapan dalam

proses metabolisme, sel-sel yang terdapat di dalam tubuh dapat mengoksidasi glukosa menjadi

CO2 & H2O dimana proses ini juga akan disertai dengan produksi energi. Proses metabolisme

glukosa yang terjadi di dalam tubuh ini akan memberikan kontribusi hampir lebih dari 50% bagi

ketersediaan energi. Di dalam tubuh, karbohidrat yang telah terkonversi menjadi glukosa tidak

hanya akan berfungsi sebagai sumber energi utama bagi kontraksi otot atau aktifitas fisik tubuh,

namun glukosa juga akan berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem syaraf pusat termasuk

juga untuk kerja otak. Selain itu, karbohidrat yang dikonsumsi juga dapat tersimpan sebagai

cadangan energi dalam bentuk glikogen di dalam otot dan hati. Glikogen otot merupakan salah

satu sumber energi tubuh saat sedang berolahraga sedangkan glikogen hati dapat berfungsi untuk

membantu menjaga ketersediaan glukosa di dalam sel darah dan sistem pusat syaraf.

Molekul-molekul yang terkait dengan proses metabolisme

1. ATP

merupakan molekul berenergi tinggi. Molekul ini merupakan ikatan adenosin yang mengikat

tiga gugusan pospat, dengan ikatan yang lemah / labil sehingga mudah melepaskan ikatan

pospatnya pada saat mengalami hidrolisis.

 Reaksi metabolisme merupakan

reaksi enzymatis yang melibatkan

enzim

2. Enzim

adalah biokatalisator organik yang

dihasilkan organisme hidup di dalam

protoplasma, yang terdiri atas protein

atau suatu senyawa yang berikatan

dengan protein. Enzim mempunyai

dua fungsi pokok sebagai berikut.

1. Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.

2. Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang sama.

Enzim disintesis dalam bentuk calon enzim yang tidak aktif, kemudian diaktifkan dalam

lingkungan pada kondisi yang tepat. Misalnya, tripsinogen yang disintesis dalam pankreas,

diaktifkan dengan memecah salah satu peptidanya untuk membentuk enzim tripsin yang aktif.

Bentuk enzim yang tidak aktif ini disebut zimogen. Enzim tersusun atas dua bagian. Apabila

enzim dipisahkan satu sama lainnya menyebabkan enzim tidak aktif. Namun keduanya dapat

digabungkan menjadi satu, yang disebut holoenzim. Kedua bagian enzim tersebut yaitu

apoenzim dan koenzim.

Kerja Enzim

ada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu:

1. Teori kunci dan anak kunci (Lock and key)

Teori ini dikemukakan oleh Emil Fisher yang menyatakan kerja enzim seperti kunci dan anak

kunci, melalui hidrolisis senyawa gula dengan enzim invertase, sebagai berikut:

1. Enzim memiliki sisi aktivasi, tempat melekat substrat

2. hubungan antara enzim dan substrat terjadi pada sisi aktivasi

3. Hubungan antara enzim dan substrat membentuk ikatan yang lemah

b. Hipothesis Koshland :

1. Enzim dan sisi aktifnya merupakan struktur yang secara fisik lebih fleksibel daripada

hypothesis Fischer.

2. Terjadi interaksi dinamis antara enzim dan substrat

3. Jika substrat berkombinasi dengan enzim, akan terjadi perubahan  dalam struktur

(konformasi) sisi aktif enzim sehingga fungsi enzim berlangsung efektif.

4. Struktur molekul substrat juga berubah selama diinduksi sehingga kompleks enzim-

substrat lebih berfungsi.

Inhibitor

Merupakan zat yang dapat menghambat kerja enzim. Bersifat reversible dan irreversible.

Inhibitor reversible dibedakan menjadi inhibitor kompetitif dan nonkompetitif.

a. Inhibitor kompetitif

Menghambat kerja enzim dengan menempati sisi aktif enzim. Inhibitor ini besaing

dengan substrat untuk berikatan dengan sisi aktif enzim. Pengambatan bersifat reversibel (dapat

kembali seperti semula) dan dapat dihilangkan dengan menambah konsentrasi substrat.

Inhibitor kompetitif misalnya malonat dan oksalosuksinat, yang bersaing dengan substrat untuk

berikatan dengan enzim suksinat dehidrogenase, yaitu enzim yang bekerja pada substrat oseli

suksinat.

b. Inhibitor nonkompetitif

Inhibitor ini biasanya berupa senyawa kimia yang tidak mirip dengan substrat dan

berikatan pada sisi selain sisi aktif enzim. Ikatan ini menyebabkan perubahan bentuk enzim

sehingga sisi aktif enzim tidak sesuai lagi dengan substratnya. Contohnya antibiotik penisilin

menghambat kerja enzim penyusun konsentrasi substrat. dinding sel bakteri. Inhibitor ini bersifat

reversible.

d. Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzim

Konsentrasi substrat

Konsentrasi enzim

Suhu

pH

Aktivator dan inhibitor

I. KATABOLISME

1. Respirasi merupakan contoh peristiwa Katabolisme.

Respirasi merupakan oksidasi senyawa organik secara terkendali untuk membebaskan energi

bagi pemeliharaan dan perkembangan makhluk hidup. Produk antara pada respirasi sel dipakai

sebagai bahan dasar untuk metabolisme.

Berdasarkan kebutuhan terhadap tersedianya oksigen bebas, dibedakan :

a. Respirasi aerob : respirasi yang membutuhkan oksigen bebas. Oksigen merupakan penerima

hidrogen terakhir.

b.   Respirasi anaerob : respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas. Sebagai penerima

hidrogen terakhir bukan oksigen,tetapi senyawa lain seperti asam pyruvat,     dan asetaldehid.

Respirasi sel secara aerob berlangsung melalui 4 tahap, yaitu :

 Glikolisis

 Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

 Daur Krebs, dan

 Sistem Transfer Elektron

Glikolisis :

Berlangsung di sitoplasma

Berlangsung secara anaerob

Mengubah satu molekul glukosa ( 6C ) menjadi dua molekul asam piruvat ( 3C )

Untuk setiap molekul glukosa dihasilkan energi 2 ATP dan 2 NADH

Dikenal sebagai Reaksi Embden dan Meyerhoff

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat :

Berlangsung pada matriks mitokondria

Mengubah asam piruvat (3C) menjadi   Asetil Ko-A (2C)

Dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk setiap molekul glukosa

Siklus Krebs :

Berlangsung pada matriks mitokondria

Mengubah Asetil-KoA (2C) menjadi CO2 (senyawa berkarbon 1)

Untuk setiap molekul Asetil-KoA dihasilkan 1 ATP, 1 FADH dan 2 NADH

Rantai Pengangkutan Elektron ;

NADH2 dan FADH2 merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen

Melalui rantai respirasi, hidrogen dari NADH2 dan FADH2 yang dihasilkan pada proses

glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat dan daur Krebs dilepaskan ke Oksigen

(sebagai penerima hidrogen terakhir) untuk membentuk H2O dengan melepas energi

secara bertahap.

Satu molekul NADH2 akan menghasilkan 3 ATP, sedang satu molekul

FADH2menghasilkan 2 ATP.

Glikolisis :

Alternatif 1 : Bila tidak tersedia cukup oksigen, akan berlangsung respirasi anaerob /

fermentasi, seperti pada diagram/skema di bawah ini :

ALTERNATIF 2 : Jika tersedia Oksigen, asam piruvat akan memasuki Siklus Krebs dan

Sistem Transpor Elektron :

Substrat untuk respirasi tidak selalu dalam bentuk karbohidrat, tetapi bisa juga berupa protein

atau lemak. Perhatikan skema hubungan antara berbagai substrat tersebut dalam proses respirasi

aerob di bawah ini :

II.            ANABOLISME

A. Fotosintesis merupakan salah satu contoh dari Anabolisme

Fotosintesis terjadi pada tumbuh-tumbuhan yang berklorofil. Fotosintesis merupakan

proses penyusunan zat organik dari zat-zat anorganik dengan menggunakan energi dari cahaya.

Zat organik yang terbentuk dalam proses fotosintesis berupa karbohidrat, dimana karbohidrat

tersebut dapat digunakan untuk membentuk zat-zat lain seperti protein dan lemak.

Reaksi umum dari fotosintesis dapat dituliskan sebagai :

                             cahaya

6 CO2  + 12 H2O                       C6H12O6  + 6 H2O + 6 O2

                             klorofil

1. Komponen-komponen Esensial Fotosintesis :

Komponen yang mutlak diperlukan dalam proses fotosintesis adalah bahan baku (CO2 dan H2O),

energi berupa cahaya, pigmen, molekul carrier enzim dan suhu yang tepat. Jika salah satu dari

komponen tersebut tidak ada, fotosintesis tidak dapat berlangsung, sehingga komponen tersebut

disebut komponen esensial.

a). Bahan Baku

CO2 dari udara masuk melalui stomata ke dalam jaringan spons daun dan segera dipergunakan

untuk proses fotosintesis. Air (H2O) merupakan bahan baku lain yang diperoleh dari lingkungan.

Pada tumbuhan tinggi, H2O diabsorbsi oleh akar dan diangkut ke daun melalui berbagai sel dan

jaringan.

b). Cahaya Energi yang dipergunakan dalam fotosintesis adalah energi cahaya. Dari berbagai

penelitian diketahui bahwa energi dari cahaya matahari yang dipergunakan untuk fotosintesis

hanya 2% saja. Selebihnya dipantulkan, ditransmisikan atau diabsorbsi senagai panas. Panjang

gelombang dari berbagai spektrum sinar matahari tidak sama. Makin besar panjang gelombang,

makin kecil energi yang dikandungnya. Gelombang cahaya dari yang terpanjang hingga

terpendek adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Dalam berbagai percobaan

yang menggunakan obyek Chlorella, ternyata spektrum cahaya yang palig banyak diserap

klorofil untuk proses fotosintesis adalah  spektrum merah dan biru ungu (nila).

c). Pigmen Dengan adanya sistem pigmen, tumbuhan hijau dapat mengabsorbsi energi cahaya

dan menggunakan cahaya ini untuk menghasilkan gula. Klorofil merupakan pigmen terpenting

dari tumbuhan yang melakukan fotosintesis

      Ada bermacam-macam klorofil, yaitu klorofil a, b, c dan e.  Klorofil a dan b terdapat pada

kloroplas tumbuhan tinggi, sedangkan klorofil yang lain terdapat pada jenis alga tertentu.

d). Suhu Aktivitas fotosintesis dipengaruhi oleh suhu lingkungan. Fotosintesis umumnya

berlangsung pada suhu antara 5 – 40o C. Kecepatan fotosintesis bertambah sampai maksimal

pada suhu 35o C dan setelah itu kecepatannya turun tajam. Penurunan ini dimungkinkan karena

enzim menjadi kurang aktif.

e). Molekul Carrier dan Enzim Pada kloroplas, selain dari pigmen terdapat pula berbagai

molekul carrier yang berfungsi dalam transfer atom hidrogen, elektron dan transfer energi. 

Selain itu, pada kloroplas pun terdapat bermacam-macam enzim untuk reaksi kimia fotosintesis.

2. KEMOSINTESIS

Kemosintesis terjadi pada beberapa jenis bakteri yang menggunakan energi dari reaksi kimia

anorganik sederhana untuk sintesa karbohidrat, dan menggunakan energi kimia dari luar tubuh.

Sumber karbon untuk kemosintesis berasal dari CO2.

Bahan baku anorganik adalah air dan karbon dioksida.

Sumber energi dari reaksi kimia (bukan dari cahaya).

Energi diperoleh dari hasil oksidasi senyawa anorganik yang diserap dari lingkungan;

Seperti : hidrogen, hidrogen sulfida, sulfur (belerang), besi, amonia dan nitrit.

Beberapa organisme yang melakukan kemosintesis :

1.  Bakteri sulfur tidak berpigmen yang mengoksidasi sulfida menjadi  sulfat :

Menyerap (H2S) maupun S2 dari lingkungan

Kedua senyawa tsb bergabung dengan oksigen dan menghasilkan energi yang digunakan

untuk membuat Karbohidrat

Hasil samping berupa S2, bila bahan asalnya H2S dan ion sulfat (SO42-) bila asalnya S2

 2. Bakteri besi yang mengoksidasi ferrohidroksida menjadi ferrihidroksida.

Hidup di air tawar atau air asin yang mengandung senyawa besi terlarut.

Bakteri menyerap senyawa besi terlarut dan menggabungkannya dengan oksigen

sehingga menjadi bentuk tidak larut dengan mengeluarkan energi.

3. Bakteri Nitrifikasi

Tipe bakteri yang menggunakan amonia dan melepaskan ion nitrit.

Contoh :Nitrosomonas

Tipe bakteri yang menggunakan ion nitrit dan melepaskan ion nitrat : Nitrobakter

 

PERBANDINGAN ANTARA FOTOSINTESIS DAN KEMOSINTESIS

Organisme Type prosesBahan yang

dipakaiSumber energi Hasil

Tumbuhan hijau Fotosintesis CO2 , H2OCahaya yang diabsorbsi

klorofil

Gula, H2O,

O2

Bakteri belerang hijau Fotosintesis CO2 , H2SCahaya yang diabsorbsi

klorofil bakteri

Gula,

H2O , S

Bakteri belerang ungu Fotosintesis CO2 , H2S, H2OCahaya yang diserap

bakteriopurpurin

Gula,

H2SO4

Bakteri NitrifikasiKemosintesi

sCO2 , H2O

Oksidasi ammonia menjadi

nitrit

Gula, H2O,

O2

Bakteri NitrifikasiKemosintesi

sCO2 , H2O Oksidasi nitrit menjadi nitrat

Gula, H2O,

O2

Bakteri belerang tak

berwarna

Kemosintesi

sCO2 , H2O Oksidasi H2S menjadi sulfat

Gula, H2O,

O2

Bakteri besiKemosintesi

sCO2 , H2O Oksidasi ferro menjadi ferri

Gula, H2O,

O2

3. Sintesis Lemak

Terjadi di sitosol

Lemak atau lipida adalah senyawa yang terdiri atas satu molekul gliserol (R–OH) dan

tiga molekul asam lemak ( R-COOH)

Lemak penting sebagai komponen structural sel, khususnya membrane sel dan sebagai

bahan baker biologis. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, lemak dapat diperoleh dari

makanan dan dapat pula disintesis di dalam tubuh. Di dalam tubuh, lemak dapat disintesis

dari produk antara (intermediate product) pada proses respirasi, seperti PGAL dan asetil

KoA.

Baik tumbuhan maupun hewan dapat mensintesis lemak dari karbohidrat, melalui tahap-

tahap :

            1. Sintesis gliserol [ C3H5(OH)3 ]

            2. Sintesis asam lemak

            3. Penggabungan asam lemak dan gliserol.

4. Sintesis Protein

Terjadi di ribosom

Unit penyusunnya adalah asam amino

Protein merupakan polimer dari asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida

Ikatan peptida adalah ikatan yang meng-hubungkan antara gugus amine dari satu asam

amino dengan gugus karboksil dari asam amino yang lain.

ASAM AMINO ESSENSIAL

Yaitu asam amino yang tidak dapat dibentuk oleh tubuh;

Yang termasuk ke dalam golongan ini :

Arginin, histidin, isoleusin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin

ASAM AMINO NON ESENSIAL

Yaitu asam amino yang dapat dibentuk oleh tubuh melalui senyawa antara respirasi.

Yang termasuk golongan ini :

Alanin, asparagin, asam aspartat, sistein, asam glutamat, glutamin, glisin, prolin, serin dan

tirosin

Klasifikasi protein berdasar fungsi biologinya

Enzim, menkatalisis reaksi-reaksi biokimia

Protein cadangan, disimpan sebagai cadangan makanan

Protein transpor, mentranspor zat/unsur tertentu

Protein kontraktil pada jaringan tertentu

Protein pelindung, misalnya antibodi

Toksin, merupakan racun

Hormon,mengatur proses-proses hidup

Protein struktural, penyusun struktur sel, jaringan, dan tubuh.