Metabolisme Sel, Peran Enzim, Macam Respirasi dan Anabolisme Pada Reaksi Katabolisme
Metabolisme Sel, Peran Enzim, Macam Respirasi dan Anabolisme Pada Reaksi Katabolisme - Proses metabolisme di dalam sel melibatkan aktivitas sejumlah besar katalis biologik yang disebut enzim dan berlangsung melalui respirasi (katabolisme) dan sintesis (anabolisme).
Enzim berperan dalam reaksi biokimia di dalam sel yang bekerjanya spesifik, antara lain mengerjakan urutan reaksi - reaksi kimia yang menghasilkan ATP dan senyawa - senyawa yang kaya energi (berenergi tinggi) lainya.
Dalam bab ini kita akan membahas tentang katabolisme yang meliputi respirasi aerob dan respirasi anaerob, anabolisme yang meliputi fotosintesis, kemosintesis, sintesis lemak dan sintesis protein.
Energi kimia untuk gerak berupa molekul berenergi tinggi, yang disebut molekul ATP. Molekul ATP tersebut berasal dari pengubahan glukosa melalui reaksi kimia yang panjang dan kompleks. Glukosa sendiri dikenal sebagai sumber energi yang mengandung energi ikatan kimia dan berasal dari proses transformasi energi matahari.
Pertama, energi matahari yang ditangkap oleh klorofil pada tumbuhan hijau diubah menjadi energi kimiawi melalui proses fotosintesis. Energi kimiawi digunakan untuk sintesis karbohidrat dan molekul kompleks lainya dari CO₂ dan H₂O.
Energi radiasi matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi bentuk energi potensial. Energi kimiawi disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan lainya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atom - atom bakunya.
Kedua, energi kimiawi dari karbohidrat dan molekul - molekul lain diubah menjadi energi dari ikatan fosfat yang kaya energi melalui respirasi sel. Transformasi energi berlangsung dalam mitokondria.
Ketiga, energi terlepas bila energi kimiawi dari ikatan fosfat digunakan oleh sel untuk melakukan kegiatan, seperti kerja mekanik kontraksi otot, kerja listrik meneruskan impuls saraf, dan kerja kimiawi serta mensintesis molekul - molekul untuk pertumbuhan. Jika transformasi ini berlangsung, akhirnya energi mengalir ke sekelilingnya dan hilang sebagai panas.
Reaksi kimia di dalam sel - sel tubuh tidak terhitung banyaknya. Dapat dikatakan bahwa apapun wujud kegiatan biologik yang kita saksikan, baik yang dikenal sebagai pertumbuhan, perkembangan, perkembangbiakan, sekresi, eksresi, dan sebagainya, semuanya dengan proses kimia yang ribuan banyaknya.
Istilah metabolisme berkaitan dengan totalitas proses kimia dalam tubuh organisme. Peta metabolisme adalah suatu bentuk ilustrasi organisasi metabolisme, yang menyangkut unsur - unsur proses metabolisme, kedudukanya satu dengan yang lain, juga unsur - unsur yang berproses serta peranya, dan faktor luar yang berpengaruh.
Berikut ini adalah gambaran tentang peta metabolisme tersebut.
Contoh reaksi katabolisme yang bermakna adalah proses perubahan glukosa menjadi CO₂ dan H₂O, serta pembebasan energi. Reaksi ini terjadi pada proses respirasi aerob.
Reaksi anabolisme adalah reaksi pembentukan, yaitu pembentukan molekul sederhana menjadi molekul kompleks. Tidak seperti halnya pada reaksi katabolisme, reaksi anabolisme merupakan sintesis. Yang penting dalam reaksi anabolisme adalah adanya transformasi energi yang disimpan dalam bentuk ikatan kimia.
Contoh klasik mengenai reaksi antara CO₂ dan H₂O dengan bantuan cahaya matahari sebagai sumber energi yang kemudian membentuk karbohidrat. Dengan demikian ada proses penyimpanan energi.
Reaksi katabolisme dan anabolisme berkaitan dengan energi, hanya saja pada reaksi katabolisme terjadi pembebasan energi, sedangkan pada reaksi anabolisme terjadi penyimpanan energi. Pada peristiwa ini dikenal istilah khusus, yaitu reaksi eksergonik dan endergonik.
a. ATP (Adenosine Triphosphate)
Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Molekul ini adalah suatu ikatan adenosin yang mengikat tiga gugus fosfat. Walaupun digolongkan pada molekul berenergi tinggi tetapi ikatanya adalah labil, dalam arti mudah melepaskan gugus fosfatnya pada saat mengalami hidrolisis sehingga dari keadaan mengikat gugus fosfat sebanyak tiga, akan menjadi ADP (adenosine diphosphate) yang ikatan fosfatnya sebanyak dua.
Perubahan ATP menjadi ADP diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7, 3 kalori/mol ATP. Peristiwa ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.
b. Enzim
Enzim adalah senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan oleh dan berperan sebagai katalisator, yang dinamakan biokatalisator.
Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain adalah respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi nitrogen dan pencernaan.
Dalam teori, reaksi - reaksi yang dikendalikan enzim dapat berbalik, yaitu enzim tidak menentukan arah reaksi tetapi hanya sekadar mempercepat laju reaksi sehingga reaksi mencapai keseimbangan. Misalnya kerja enzim lipase dalam penguraian lemak atau penyatuan gliserol dengan asam lemak.
Bila lemak, maka enzim akan menguraikanya ke dalam gliserol dan asam lemak. Bila mulai dengan campuran gliserol dan asam lemak, maka enzim akan mensintesis lemak. Bila sistem ini berlangsung cukup lama, maka keseimbangan yang sama dalam larutan lemak, asam lemak dan gliserol tercapai :
Karena reaksi yang berlangsung ke satu arah itu menghasilkan energi, maka harus tersedia energi dalam jumlah yang sama dan dalam bentuk yang sesuai agar supaya reaksi tersebut dapat berlangsung ke arah yang berlawanan.
Untuk melangsungkan reaksi yang memerlukan energi, maka pada waktu yang hampir bersamaan harus terjadi reaksi - reaksi yang menghasilkan energi. Dalam kebanyakan sistem biologik, reaksi yang menghasilkan energi mengakibatkan terbentuknya ester fosfat yang "kaya energi" seperti ikatan terminal dari adenosin tri fosfat (ATP).
Selanjutnya energi dari ikatan kaya energi ini kemudian disediakan untuk penyaluran impuls saraf, kontraksi otot, sintesis molekul - molekul kompleks dan sebagainya.
Enzim mempengaruhi kecepatan reaksi, tetapi tidak terpengaruh atau berpengaruh atau dipengaruhi oleh reaksi tersebut. Enzim sifatnya khas, artinya hanya dapat mempengaruhi zat tertentu, yang disebut substrat. Misalnya enzim maltase, enzim yang menguraikan maltosa. Enzim yang lain, antara lain ialah amilase yang bekerja pada amilum, protease yang substratnya protein, dan lipase yang menguraikan lemak.
Sifat khas enzim selain bekerjanya hanya pada substrat tertentu, sebagai katalisator enzim tersebut juga tidak ikut bereaksi. Jadi sifatnya memungkinkan terjadinya reaksi atau mempercepat reaksi. Enzim hanya dapat bekerja dengan baik pada kisaran temperatur atau suhu dan pH tertentu. Karena enzim merupakan katalisator yang dihasilkan oleh sel - sel organisme, maka disebut sebagai biokatalisator.
Dengan adanya enzim, maka reaksi dalam sel - sel organisme dapat berlangsung pada suhu normal. sedangkan untuk reaksi endoderm, suhu yang diperlukan biasanya cukup tinggi yang sebenarnya dapat mengganggu kehidupan normal sel.
Penyusun utama enzim adalah molekul protein. Di samping protein, terdapat molekul lain yang sangat penting dan mempunyai peranan yang berkaitan dengan sifat katalitis enzim. Molekul tersebut disebut sebagai ko-enzim. Vitamin dapat merupakan ko-enzim yang tergolong zat organik, sedangkan logam seperti Fe merupakan conroh ko-enzim yang tergolong zat organik.
Enzim menjadi rusak bila suhunya terlalu tinggi atau terlalu rendah. Protein akan mengental atau mengalami koagulasi bila suhunya terlalu tinggi (panas). Bagaimanakah bila enzim berada dalam suasana asam? Pertanyaan ini dapat dijawab dengan melihat sifat protein pada suasana asam dalam kehidupan sehari - hari, misalnya pada waktu orang mencampurkan air jeruk ke dalam susu. Kerja enzim dapat terhalang oleh zat lain. Zat yang dapat menghambat kerja enzim, disebut zat inhibitor.
Semoga bermanfaat.
Enzim berperan dalam reaksi biokimia di dalam sel yang bekerjanya spesifik, antara lain mengerjakan urutan reaksi - reaksi kimia yang menghasilkan ATP dan senyawa - senyawa yang kaya energi (berenergi tinggi) lainya.
Dalam bab ini kita akan membahas tentang katabolisme yang meliputi respirasi aerob dan respirasi anaerob, anabolisme yang meliputi fotosintesis, kemosintesis, sintesis lemak dan sintesis protein.
Energi kimia untuk gerak berupa molekul berenergi tinggi, yang disebut molekul ATP. Molekul ATP tersebut berasal dari pengubahan glukosa melalui reaksi kimia yang panjang dan kompleks. Glukosa sendiri dikenal sebagai sumber energi yang mengandung energi ikatan kimia dan berasal dari proses transformasi energi matahari.
- Dalam peristiwa fotosintesis, energi matahari yang berupa radiasi atau pancaran cahaya diubah menjadi energi kimia dalam ikatan senyawa organik. Lambang f adalah frekuensi cahaya dan lambang h adalah konstanta Planck, yang berkaitan dengan energi dan frekuensi.
- Selama respirasi sel, energi kimia dalam senyawa kimiadiubah menjadi persenyawaan yang berupa ATP.
- Dalam sel, energi kimia ikatan fosfat yang kaya akan energi (ATP) digunakan untuk kerja mekanis, listrik dan kimia.
- Akhirnya energi mengalir ke lingkungan sebagai panas dalam "entropi".
Pertama, energi matahari yang ditangkap oleh klorofil pada tumbuhan hijau diubah menjadi energi kimiawi melalui proses fotosintesis. Energi kimiawi digunakan untuk sintesis karbohidrat dan molekul kompleks lainya dari CO₂ dan H₂O.
Energi radiasi matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi bentuk energi potensial. Energi kimiawi disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan lainya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atom - atom bakunya.
Kedua, energi kimiawi dari karbohidrat dan molekul - molekul lain diubah menjadi energi dari ikatan fosfat yang kaya energi melalui respirasi sel. Transformasi energi berlangsung dalam mitokondria.
Ketiga, energi terlepas bila energi kimiawi dari ikatan fosfat digunakan oleh sel untuk melakukan kegiatan, seperti kerja mekanik kontraksi otot, kerja listrik meneruskan impuls saraf, dan kerja kimiawi serta mensintesis molekul - molekul untuk pertumbuhan. Jika transformasi ini berlangsung, akhirnya energi mengalir ke sekelilingnya dan hilang sebagai panas.
Reaksi kimia di dalam sel - sel tubuh tidak terhitung banyaknya. Dapat dikatakan bahwa apapun wujud kegiatan biologik yang kita saksikan, baik yang dikenal sebagai pertumbuhan, perkembangan, perkembangbiakan, sekresi, eksresi, dan sebagainya, semuanya dengan proses kimia yang ribuan banyaknya.
Istilah metabolisme berkaitan dengan totalitas proses kimia dalam tubuh organisme. Peta metabolisme adalah suatu bentuk ilustrasi organisasi metabolisme, yang menyangkut unsur - unsur proses metabolisme, kedudukanya satu dengan yang lain, juga unsur - unsur yang berproses serta peranya, dan faktor luar yang berpengaruh.
Berikut ini adalah gambaran tentang peta metabolisme tersebut.
- Reaksi Katabolisme dan Anabolisme
Contoh reaksi katabolisme yang bermakna adalah proses perubahan glukosa menjadi CO₂ dan H₂O, serta pembebasan energi. Reaksi ini terjadi pada proses respirasi aerob.
Reaksi anabolisme adalah reaksi pembentukan, yaitu pembentukan molekul sederhana menjadi molekul kompleks. Tidak seperti halnya pada reaksi katabolisme, reaksi anabolisme merupakan sintesis. Yang penting dalam reaksi anabolisme adalah adanya transformasi energi yang disimpan dalam bentuk ikatan kimia.
Contoh klasik mengenai reaksi antara CO₂ dan H₂O dengan bantuan cahaya matahari sebagai sumber energi yang kemudian membentuk karbohidrat. Dengan demikian ada proses penyimpanan energi.
Reaksi katabolisme dan anabolisme berkaitan dengan energi, hanya saja pada reaksi katabolisme terjadi pembebasan energi, sedangkan pada reaksi anabolisme terjadi penyimpanan energi. Pada peristiwa ini dikenal istilah khusus, yaitu reaksi eksergonik dan endergonik.
- Reaksi Eksergonik dan Endergonik
- Molekul - Molekul Yang Terkait Pada Metabolisme
a. ATP (Adenosine Triphosphate)
Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Molekul ini adalah suatu ikatan adenosin yang mengikat tiga gugus fosfat. Walaupun digolongkan pada molekul berenergi tinggi tetapi ikatanya adalah labil, dalam arti mudah melepaskan gugus fosfatnya pada saat mengalami hidrolisis sehingga dari keadaan mengikat gugus fosfat sebanyak tiga, akan menjadi ADP (adenosine diphosphate) yang ikatan fosfatnya sebanyak dua.
Perubahan ATP menjadi ADP diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7, 3 kalori/mol ATP. Peristiwa ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.
b. Enzim
Enzim adalah senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan oleh dan berperan sebagai katalisator, yang dinamakan biokatalisator.
Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain adalah respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi nitrogen dan pencernaan.
Dalam teori, reaksi - reaksi yang dikendalikan enzim dapat berbalik, yaitu enzim tidak menentukan arah reaksi tetapi hanya sekadar mempercepat laju reaksi sehingga reaksi mencapai keseimbangan. Misalnya kerja enzim lipase dalam penguraian lemak atau penyatuan gliserol dengan asam lemak.
Bila lemak, maka enzim akan menguraikanya ke dalam gliserol dan asam lemak. Bila mulai dengan campuran gliserol dan asam lemak, maka enzim akan mensintesis lemak. Bila sistem ini berlangsung cukup lama, maka keseimbangan yang sama dalam larutan lemak, asam lemak dan gliserol tercapai :
Karena reaksi yang berlangsung ke satu arah itu menghasilkan energi, maka harus tersedia energi dalam jumlah yang sama dan dalam bentuk yang sesuai agar supaya reaksi tersebut dapat berlangsung ke arah yang berlawanan.
Untuk melangsungkan reaksi yang memerlukan energi, maka pada waktu yang hampir bersamaan harus terjadi reaksi - reaksi yang menghasilkan energi. Dalam kebanyakan sistem biologik, reaksi yang menghasilkan energi mengakibatkan terbentuknya ester fosfat yang "kaya energi" seperti ikatan terminal dari adenosin tri fosfat (ATP).
Selanjutnya energi dari ikatan kaya energi ini kemudian disediakan untuk penyaluran impuls saraf, kontraksi otot, sintesis molekul - molekul kompleks dan sebagainya.
Enzim mempengaruhi kecepatan reaksi, tetapi tidak terpengaruh atau berpengaruh atau dipengaruhi oleh reaksi tersebut. Enzim sifatnya khas, artinya hanya dapat mempengaruhi zat tertentu, yang disebut substrat. Misalnya enzim maltase, enzim yang menguraikan maltosa. Enzim yang lain, antara lain ialah amilase yang bekerja pada amilum, protease yang substratnya protein, dan lipase yang menguraikan lemak.
Sifat khas enzim selain bekerjanya hanya pada substrat tertentu, sebagai katalisator enzim tersebut juga tidak ikut bereaksi. Jadi sifatnya memungkinkan terjadinya reaksi atau mempercepat reaksi. Enzim hanya dapat bekerja dengan baik pada kisaran temperatur atau suhu dan pH tertentu. Karena enzim merupakan katalisator yang dihasilkan oleh sel - sel organisme, maka disebut sebagai biokatalisator.
Dengan adanya enzim, maka reaksi dalam sel - sel organisme dapat berlangsung pada suhu normal. sedangkan untuk reaksi endoderm, suhu yang diperlukan biasanya cukup tinggi yang sebenarnya dapat mengganggu kehidupan normal sel.
Penyusun utama enzim adalah molekul protein. Di samping protein, terdapat molekul lain yang sangat penting dan mempunyai peranan yang berkaitan dengan sifat katalitis enzim. Molekul tersebut disebut sebagai ko-enzim. Vitamin dapat merupakan ko-enzim yang tergolong zat organik, sedangkan logam seperti Fe merupakan conroh ko-enzim yang tergolong zat organik.
Enzim menjadi rusak bila suhunya terlalu tinggi atau terlalu rendah. Protein akan mengental atau mengalami koagulasi bila suhunya terlalu tinggi (panas). Bagaimanakah bila enzim berada dalam suasana asam? Pertanyaan ini dapat dijawab dengan melihat sifat protein pada suasana asam dalam kehidupan sehari - hari, misalnya pada waktu orang mencampurkan air jeruk ke dalam susu. Kerja enzim dapat terhalang oleh zat lain. Zat yang dapat menghambat kerja enzim, disebut zat inhibitor.
Semoga bermanfaat.