Metabolisme Sel

METABOLISME SEL

            Jutaan reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim berlansung di dalam sel hidup. Walaupun kita mengatakan bahwa reaksi-reaksi ini secara kolektif sebagai metabolisme, kita tidak boleh menganggap metabolisme sel sebagai suatu kantung yang dikelilingi membran yang berisi enzim-enzim yang bekerja secara acak. Metabolisme adalah aktivitas sel yang terkoordinasi, mempunyai tujuan, dan mencakup berbagai kerjasama banyak sistem multienzim. Metabolisme memiliki empat fungsi spesifik, yakni: 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 unit pembangun bagi makromolekul sel, 3. Untuk menggabungkan unit-unit pembangun ini menjadi protein, asam nukleat, lipida, polisakarida, dan komponen sel lain, dan 4. Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan di dalam fungsi khusus sel.

            Sebuah sel harus mempunyai jalur-jalur biokimia yang tersedia untuk degradasi bertahap dari zat makanan untuk menghasilkan energi, dan juga biosintesis bertahap dari zat-zat yang diperlukan.perubahan kimia yang terdiri dari saluran-saluran untuk degradasi molekul makanan dan biosintesis secara kolektif memberi definisi dari metabolisme suatu sel. Semua proses metabolisme bersifat intermedier (pengubahan suatu zat menjadi zat lain). Metabolisme terdiri dari lintas katabolik(penguraian) dan lintas anabolik (pembentukan).

Metabolisme dipengaruhi oleh komposisi tubuh yakni jumlah otot disbanding jumlah lemak.

Organisasi hidup berpartisipasi di dalam daur karbon dan oksigen

            Organisme hidup dapat dibagi menjadi dua golongan utama menurut bentuk energi kimia karbon yang diperlukan dari lingkungannya. Organisme  autotrof (“memberi makan sendiri”) dan organisme heterotrof (“memperoleh makanan dari yang lain”).

Organisme autotrof dapat mempergunakan karbon dioksida dari atmosfir sebagai satu-satunya sumber karbon untuk membangun semua biomolekul yang mengandung karbon.  Sel ini terdiri dari kemoautotrof  dan fotoautotrof. Kemoautotrof memperoleh energi dengan mengoksidasi molekul-molekul yang tereduksi seperti H₂S, S, NH₃, NO₂ dan CO, sehingga menghasilkan energi yang diperlukan untuk mereduksi CO₂ dan memberikan tenaga pendorong bagi proses yang memerlukan energi. Sedangkan fotoautotrof memperoleh energi dengan mengubah cahaya matahari menjadi energi kimia.

            Organisme  heterotrof tidak dapat menggunakan karbon dioksida atmosfer dan harus memperoleh karbon dari lingkungannya dalam bentuk molekul organik yang relatif kompleks, seperti glukosa. Fotoheterotrof memerlukan senyawa organik lain dari CO₂ sebagai sumber karbon. Karena senyawa organik di alam hampir melulu datang dari degradasi materi yang pernah hidup, maka sel ini disebut heterotrof. Sedangkan kemoheterotrof memerlukan senyawa organik baik sebagai sumber karbon maupun sebagai sumber energi. Terdapat dua kelas utama dari organisme heterotrof,yakni aerob dan anaerob.

Dua fase metabolisme: katabolisme dan anabolisme. Katabolisme merupakan fase metabolisme yang bersifat menguraikan, yang menyebabkan molekul organik nutrien seperti karbohidrat, lipid, dan protein yang datang dari lingkunganatau dari cadangan makanan sel itu sendiri terurai di dalam reaksi-reaksi bertahap menjadi produk akhir yang lebih kecil dan sederhana. Serta diikuti oleh pelepasan energi melalui reaksi enzimatik. Contohnya : respirasi.

Anabolisme (biosintesis) merupakan fase pembentukan atau sintesis dari metabolisme, molekul pemula atau unit pembangun yang lebih kecil disusun menjadi makromolekul besar yang merupakan komponen sel, seperti protein dan asam nukleat. Ini juga mengakibatkan peningkatan ukuran dan kompleksitas struktur dan memerlukan input energi bebas oleh pemecahan ATP menjadi ADP dan fosfat. Contohnya : fotosintesis dan kemosintesis.                

KATABOLISME

Respirasi adalah proses metabolisme dengan pembongkaran senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dengan pembebasan energy serta akan menghasilkan ATP yang digunakan untuk aktivitas hidup. Respirasi sel ada dua macam yaitu sebagai berikut:

a.       Respirasi aerob

Respirasi aerob adalah respirasi yang membutuhkan oksigen. Terjadi pada mitokondria. Respirasi aerob berlangsung melalui 4 tahap, yakni sebagai berikut:

1.      Glikolisis: suatu proses penguraian molekul glokosa yang memiliki 6 atom karbon, secara enzimatik didalam urutan 10 reaksi enzimatik, untuk menghasilkan dua molekul piruvat, yang memiliki 3 atom karbon. Glikolisis merupakan suatu lintas pusat universal dari katabolisme glukosa, tidak hanya didalam hewan dan tumbuhan, tetapi juga di dalam kebanyakan mikroorganisme.

Glikolisis : suatu proses yang menghasilkan perubahan satu glukosa menjadi dua molekul piruvat. Secara keseluruhan persaman yang setara untuk proses glikolisis adalah:

C₆H₁₂O₆ + 2ADP + 2NAD +2P_i à 2C₃H₄O₃ + 2ATP + 2NADH + 2H⁺ + 2H₂O

Ciri glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi asam piruvat, memerlukan oksigen.

2.      Dekarboksilasi oksidasi asam piruvat/rantai transisi

Mengubah asm piruvat (C₃) menjadi asetil ko-A (C₂) berlangsung di matriks mitokondria. Untuk setiap 1 molekul asam piruvat dihasilkan energy sebesar 2 NADH.

3.      Daur krebs/daur asam trikarboksilat/daur daur asam sitrat

Berlangsung di matriks mitokondria. Mengubah asetil ko-A (C₂) menjadi CO₂ (C₁). Untuk setiap 1 molekul asetil ko-A dihasilkan enrgi sebesar 2 ATP, 2 FADH, dan 6 NADH.

4.      Rantai respirasi/rantai pengangkutan electron

Melalui rantai respirasi, ion H⁺ (hidrogen) dariNADH dan FADH yang dihasilkan dari ke-3 tahap di atas dilepas ke oksigen (O₂) yang berfungsi sebagai akseptor hydrogen/electron terakhir sehingga terbentuk H₂O dengan melepas energi secara bertahap. Untuk setiap satu molekul NADH dihasilkan energi sebesar 3 ATP dan untuk tiap satu molekul FADH dihasilkan energi sebesar 2 ATP.

b.      Respirasi anaerob

Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen. Terjadi pada sitoplasma. Respirasi anaerob jalur yang dilalui adalah glikolisis (pengubahan glukosa menjadi asam piruvat), dan fermentasi alcohol. Akseptor hydrogen adalah asetildehid, sedangkan pada fermentasi asam laktat sebagai akseptor hydrogen adalah asam piruvat.

Fermentasi: merupakan cara utama untuk penyimpanan energi dalam sel anaerobik, tetapi fermentasi juga melakukan suatu fungsi essensial dalam metabolisme kebanyakan organisme anaerobik. Hasil akhir dari tahap enzimatik dari peragian anaerobik menyediakan bahan bakar yang diperlukan bagi proses oksidasi dari pernapasan. Fermentasi alkohol menghasilkan etanol dan karbondioksida.

C₆H₁₂O₆          à        2 CH₃CH₂OH             +         2 CO₂

Glukosa                       etanol                                      karbon dioksida

Meskipun etanol disini ditunjukkan sebagai hasil fermentasi alkohol, namun hasil akhir kemungkinannya dapat berupa zat-zat serupa yang lain, tergantung pada organismenya.

ANABOLISME

Fotosintesis berasl dari kata foton yang berarti cahaya dan sintetis yang berarati penyusunan. Sehingga fotosintesis juga diartikan sebagai proses penyusunan dari zat oganik H₂O dan CO₂menjadi senyawa organik yang kompleks yang memerlukan cahaya. Fotosintesis hanya dapat terjadi pada tumbuhan yang mempunyai klorofil, yaknipikmen yang berfungsi sebagai penangkap energi cahaya matahari. Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memfaatkan energi cahaya. Persamaan reaksi fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut:

            6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Fotosintesis terjadi dikloropas. Pada proses reaksi fotosintesis terdapat dua tahap yakni reaksi terang dan reaksi gelap.

Reaksi terang cahaya yaitu energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya dan diuabah menjadi bentuk energi kimia, ATP dan senyawa pereduksi, NADPH. Reaksi terjadi pada grana kloropas. Reaksinya:

H₂O + NADP⁺ + ADP + P_i → O₂ + H⁺ + NADPH + ATP

Sedangkan reaksi gelap cahaya adalah senyawa kimia berenergi tinggi NADPH dan ATP yang dihasilkan pada tahap reasi terang cahaya dipakai untuk prose reaksi reduksi CO2 menjadi glokosa reaksi terjadi pada stroma kloropas. Menggunakan daur calvin untuk mensintesis beberapa senyawa termasuk karbohidrat.

Daur Kelvin terdiri dari tiga bagian yaitu sebagai berikut:

a.       Karboksilasi, yaitu penambahan CO₂ ke RDP (ribulase diphospat) menbentuk dua molekul APG (asam phospo gliserat) dengan bantuan enzim ribulase diphpospat karboksilase.

b.      Redusi, yaitu perubahan gugus karboksil dalam APG menjadi gugus aldehid dalam PGAL (phospo gliserat aldehid) selanjutnya dua molekul PGAL akan menbentuk satu molekul glukosa.

c.       Regenerasi, yaitu pembentukan kembali RDP yang diperlukan untuk fiksasi CO₂.

Jadi, pada raeaksi gelap diatas dihasilkan glukosa jga dibentuk RDP kembali dengan demikian, reaksi pengikatan CO2 dalam fotosintesis senantiasa berlangsung dengan baik.

            Faktor-faktor yang menentukan laju fotosintesis: faktor luar (lingkungan) dan faktor dalam (keadaan didalam tumbuhan), walaupun pembagian untuk tidak selalu jelas batasnya. Faktor luar yakni intensitas cahaya, suhu, konsentrasi karbondioksida, dan persediaan air. Sedangkan faktor dalam yakni kandungan klorofil, faktor protoplsma, ketahanan terhadap difusi gas bebas, dan penimbunan hasil fotosintesis.