Metabolisme
22:33
Edit
Semua mahkluk
hidup memerlukan energi. Energi itu digunakan untuk tumbuh, bergerak, mencari
makanan, mengeluarkan sisa-sisa makanan, menanggapi rangsangan, dan reproduksi.
Tanpa energi, semua proses kehidupan akan terhenti. Sumber energi utama bagi
makhluk hidup di bumi adalah matahari. Energi matahari dimanfaatkan tumbuhan
hijau untuk fotosintesis, kemudian energi itu diubah ke dalam bentuk
persenyawaan kimia, yaitu dalam bentuk gula. Gula diubah menjadi amilum,
protein, lemak, dan berbagai bentuk persenyawaan organik. Persenyawaan kimia
ini menjadi bahan makanan bagi mahkluk hidup lain yang heterotrof. Semua
mahkluk hidup, baik tumbuhan atau hewan memanfaatkan karbohidrat untuk
dioksidasi menjadi energi, karbon dioksida, dan air. Jadi, energi matahari
ditangkap oleh tumbuhan dan diubah menjadi persenyawaan kimia. Selanjutnya,
energi kimia yang tersimpan dalam tumbuhan berpindah ke makhluk hidup yang lain
pada saat tumbuhan dimakan oleh makhluk hidup tersebut. Di dalam tubuh makhluk
hidup terjadi perombakan berbagai senyawa kimia untuk berbagai keperluan
hidupnya.
Menurut hukum
termodinamika, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dilenyapkan. Akan
tetapi, energi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain, yang disebut transformasi
energi. Dalam proses transformasi energi pada makhluk hidup, sebagian
energi diubah menjadi energi panas, misalnya panas tubuh hewan atau manusia.
Sebagian energi diubah ke dalam bentuk senyawa kimia yang lain. Jika makhluk
hidup mati, maka semua energi panas dibebaskan ke lingkungan.
Makhluk hidup
mampu melakukan transformasi energi melalaui proses metabolisme yang
berlangsung di dalam sel tubuh.
Pengertian
Metabolisme
Salah satu
tanda yang menunjukkan gejala hidup pada makhluk hidup adalah melakukan metabolisme.
Metabolisme secara harfiah mempunyai arti “perubahan” (bahasa Yunani metabole
= berubah) yang dipakai untuk menunjukkan semua perubahan kimia an energi yang
terjadi di dalam tubuh, atau secara sederhana adalah penggunaan makanan oleh
tubuh.
Secara
keseluruhan, metabolisme dikaitkan dengan pengaturan sumber daya materi dan
energi. Beberapa jalur metabolisme membebaskan energi dengan cara merombak
molekul-molekul kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Proses ini
disebut katabolisme. Proses utama dari katabolisme adalah respirasi
seluler. Pada proses respirasi seluler, glukosa dan bahan organik lainnya
dirombak menjadi karbon dioksida dan air. Sebaliknya, anabolisme memakai
energi untuk membangun molekul kompleks dari molekul-molekul yang lebih
sederhana. Salah satu contoh anabolisme adalah sintesis protein dari asam
amino.
Pada makhluk
hidup, banyak reaksi kimia yang terjadi secara simultan. Jika kita melihat
reaksi kimia tersebut satu per satu, akan sulit memahami aliran energi yang
terjadi di dalam sel. Namun demikian, ada panduan yang penting untuk memahami
metabolisme sel, yaitu sebagai berikut.
1. Semua reaksi kimia yang terjadi didalam sel melibatkan enzim.
2. Reaksi-reaksi tersebut melibatkan perubahan senyawa dalam suatu serial
atau lintasan. Lintasan dapat berupa lintasan lurus (linear) atau melingkar
(siklik)
Metabolisme
dilakukan untuk memperoleh energi, menyimpan energi, menyusun bahan makanan,
membentuk struktur sel, merombak struktur sel, memasukkan atau mengeluarkan
zat-zat, melakukan gerakan, dan menanggapi rangsangan. Dapat dibayangkan bahwa
kesibukan molekul-molekul di dalam sel berlangsung dalam dua kegiatan besar:
menyusun ion atau molekul menjadi molekul-molekul yang lebih besar, dan
menguraikan senyawa-senyawa menjadi molekul yang lebih kecil. Jadi, di dalam
sel terdapat “mesin” kehidupan yang rumit.
Reaksi-reaksi
yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup terjadi secara optimal pada suhu
27° C (suhuh ruang), misalnya pada tubuh tumbuhan dan hewan berdarah dingin
(poikiloterm); atau pada suhu 37° C, misalnya di dalam tubuh hewan berdarah panas
(homoioterm). Pada suhu tersebut, proses oksidasi akan berjalan lambat. Agar
reaksi-reaksi berjalan lebih cpat diperlukan katalisator. Katalisator adalah
zat yang dapat mempercepat reaksi, tetpai zat itu sendiri tidak ikut bereaksi.
Katalisator did lam sel makhluk hidup disebut biokatalisator. Contoh
biokatalisator adalah enzim dan berbagai molekul RNA yang disebut ribozim.
Enzim
Metabolisme
bahan-bahan makanan, yaitu karbohidrat, protein, dan lemak, akan menghasilkan
CO2, H2O, dan energi yang diperlukan oleh tubuh dalam bentuk ATP. Dari ketiga
bahan makanan tersebut, penghasil energi yang paling mudah dicerna oleh tubuh
adalah karbohidrat. Metabolisme sangat bergantung pada peran enzim. Enzim
berperan sebagai pemercepat reaksi metabolisme di dalam tubuh makhluk hidup,
tetapi enzim tidak ikut bereaksi.
Enzim merupakan
pengatur suatu reaksi. Berikut ini adalah contoh reaksi yang diatur oleh enzim.
maltase
Maltose ß---à 2 glukosa
(substrat) (enzim) (produk)
Bahan tempat
enzim bekerja disebut substrat. Dalam contoh reaksi diatas, substratnya
adalah maltosa. Bahan baru atau materi yang dibentuk sebagai hasil reaksi
disebut produk. Dalam contoh reaksi di atas hanya ada satu produk, yaitu glukosa.
Enzim yang mengkatalisis reaksi tersebut adalah maltase.
Reaksi tersebut
dapat berlangsung ke arah sebaliknya. Dengan kata lain, reaksinya dua arah
(reversible), yaitu maltose dapat berubah menjadi glukosa atau glukosa dapat
berubah menjadi maltosa. Enzim maltase bekerja pada kedua reaksi tersebut. Jika
terdapat maltosa lebih banyak daripada glukosa. Reaksi berlangsung dari kiri ke
kanan. Sebaliknya, jika terdapat glukosa daripada maltosa, reaksi berlangsung
dari kanan ke kiri.
Struktur Enzim
Enzim merupakan
protein yang tersusun atas asam-asam amino. Kebanyakan enzim berukuran lebih
besar dari substratnya. Akan tetapi, hanya daerah tertentu dari molekul enzim
tersebut yang berikatan dengan substrat, yaitu di bagian yang disebut sisi
aktif (active site).
Beberapa enzim
memerlukan komponen nonprotein yang disebut gugus prostetik agar dapat
bekerja dalam suatu reaksi. Enzim yang lengkap tersebut disebut holoenzim.
Secara kimia,
enzim yang lengkap (holoenzim) tersusun atas dua bagian, yaitu bagian protein
dan bagian bukan protein.
· Bagian protein disebut apoenzim, tersusun atas asam-asam amino.
Bagian protein bersifat labil (mudah berubah), misalnya terpengaruh oleh suhu
dan keasaman.
· Bagian yang bukan protein disebut gugus prostetik, yaitu gugusan
yang aktif. Gugus prostetik yang berasal dari molekul anorganik disebut kofaktor,
misalnya besi, tembaga, zink. Gugus prostetik yang terdiri dari senyawa organik
kompleks disebut koenzim, misalnya NADH, FADH, koenzim A, tiamin (vitamin B1),
riboflavin (vitamin B2), asam pantotenat (vitamin B5),
niasin (asam nikotinat), pridoksin (vitamin B6), biotin, asam folat,
dan kobalamin (vitamin B12).
Umumnya, baik
koenzim maupun kofaktor terikat kuat pada molekul protein enzim. Akan tetapi,
ada beberapa enzim yang tidak mengikat kuat gugus prostetiknya. Suatu enzim
yang dalam bekerja membutuhkan bantuan gugus prostetik, tidak dapat bekerja
jika gugus prostetik ini tidak ada. Pada manusia, kekurangan gugus prostetik
dapat menyebabkan kelainan metabolisme.
Ciri-ciri enzim
Ciri-ciri enzim
adalah merupakan biokatalisator, protein, bekerja secara khusus, diperlukan
dalam jumlah sedikit, dapat bekerja secara bolak-balik, dapat digunakan
berulang kali, rusak oleh panas, dan kerjanya dipengaruhi oleh kondisi
lingkungan.
Biokatalisator
Reaksi-reaksi
di dalam tabung reaksi sering kali merlukan katalisator untuk mempercepat
proses reaksi. Didalam sel juga terdapat katalisator, salah satunya adalah
enzim. Enzim hanya dihasilkan oleh sel-sel makhluk hidup sehingga disebut
sebagai biokatalisator.
Protein
Enzim adalah
suatu protein. Dengan demikiana, sifat-sifat enzim sama dengan protein, yaitu
dapat rusak pada suhu tinggi dan terpengaruh oleh pH.
Bekerja secara
khusus
Enzim bekerja
secara khusus, artinya enzim tertentu hanya dapat mempengaruhi reaksi tertentu,
tidak dapat mempengaruhi reaksi lainnya. Zat yang terpengaruh oleh enzim
disebut substrat. Substrat adalah zat yang bereaksi. Oleh karena macam zat yang
bereaksi di dalam sel sangat banyak, maka macam enzim pun banyak.
Kekhususan enzim
dengan substrat dapat dibayangkan seperti hubungan antara gembok dengan anak
kunci, setiap gembok memiliki anak kunci tersendiri. Demikian pula enzim,
memiliki bagian aktif tertentu yang hanya cocok untuk substrat tertentu pula.
Dapat Digunakan
berulang kali
Enzim dapat
digunakan berulang kali karena enzim tidak berubah pada saat terjadi reaksi.
Satu molekul enzim dapat bekerja berkali-kali, selama enzim itu sendiri tidak
rusak. Jika molekul enzim rusak, enzim tersebut harus diganti. Oleh karena itu,
enzim pun hanya diperlukan dalam jumlah sedikit.
Rusak oleh
Panas
Enzim rusak
oleh panas karena enzim adalah suatu protein. Rusaknya enzim oleh panas disebut
denaturasi. Kebanyakan enzim rusak pada suhu di atas 50°C. Jika telah rusak,
enzim tidak dapat berfungsi lagi walaupun pada suhu normal.
Tidak Ikut
Bereaksi
Enzim hanya
diperlukan sebagai pemercepat reaksi, namun molekul enzim itu sendiri tidak
ikut bereaksi. Peranan enzim dalam reaksi dapat digambarkan sebagai berikut.
Substrat +
enzim ----> produk + enzim
Bekerja Dapat
Balik
Umumnya, enzim
bekerja secara dapat balik. Artinya, suatu enzim dapat bekerja menguraikan
suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain, dan sebaliknya dapat pula bekerja
menyusun senyawa-senyawa itu menjadi senyawa semula.
Kerja Enzim
Dipengaruhi Faktor Lingkungan
Faktor
lingkungan yang berpengaruh pada kerja enzim adalah suhu, pH, zat penghambat
(inhibitor), dan aktivator.
· Suhu: Enzim bekerja optimal pada suhu 30°C atau pada suhu tubuh dan akan
rusak pada suhu tinggi. Biasanya, enzim bersifat nonaktif pada suhu rendah (0 C
atau di bawahnya), tetapi tidak rusak.jika suhunya kembai normal, enzim mampu
bekerja kembali. Sementara pada suhu tinggi, enzim rusak dan tidak dapat
berfungsi lagi.
· pH: Enzim bekerja optimal pada pH tertentu.
· Zat penghambat (inhibitor): Beberapa zat dapat dapat menghambat kerja
enzim sehingga disebut inhibitor. Kadang kala, hasil akhir (produk) dapat
menjadi inhibitor. Hasil akhir yang menumpuk menyebabkan enzim sulit “bertemu”
dengan substrat.
Semakin menumpuk hasil akhir, semakin lambat kerja enzim.
· Aktivator: Kebalikan dari inhibitor, aktivator bekerja menggiatkan enzim.
Aktivator berikatan dengan salah satu sisi enzim sehingga enzim tetap berada
dalam bentuk aktifnya.
Penamaan Enzim
Enzim diberi
nama sesuai dengan substratnya, dan diberi akhiran-ase. Contohnya sebagai
berikut.
· Enzim selulase adalah enzim yang dapat menguraikan selulosa.
· Enzim lipase menguraikan lipid atau lemak
· Enzim protease menguraikan protein.
· Enzim karbohidrase menguraikan karbohidrat.
Karbohidrase
merupakan suatu kelompok enzim. Enzim yang termasuk karbohidrase adalah amilase
dan maltase. Amilase menguraikan amilum (tepung) menjadi maltosa. Maltase
menguraikan maltosa menjadi glukosa.
Ada dua tata
cara penamaan enzim, yaitu secara sistematik (didasarkan atas reaksi yang
terjadi) dan trivial (nama singkat).
Contoh : ATP + glukosa à ADP + glukosa 6-fosfat
Nama sistematik : Glukosa 6-fosfatase
Nama trivial : Heksokinase
Cara Kerja
Enzim
Molekul selalu
bergerak dan bertumbukan satu sama lain. Jika suatu molekul substrat menumbuk
molekul enzim yang tepat, substrat akan menempel pada enzim. Tempat menempelnya
molekul substrat pada enzim disebut sisi aktif. Kemudian terjadi reaksi
dan terbentuk molekul produk. Ada dua teori mengenai kerja enzim, yaitu teori lock
and key (gembok-anak kunci) dan induced fit (kecocokan
terinduksi).
Teori Gembok
Anak Kunci
Sisi aktif
enzim mempunyai bentuk tertentu yang hanya sesuai untuk satu jenis substrat
saja. Bentuk substrat sesuai dengan sisi aktif, seperti gembok cocok dengan
anak kuncinya. Hal itu menyebabkan enzim bekerja secara spesifik. Substrat yang
mempunyai bentuk ruang yang sesuai dengan sisi aktif enzim akan berikatan dan
membentuk kompleks transisi enzim-substrat. Senyawa transisi ini tidak stabil
sehingga pembentukan produk berlangsung dengan sendirinya. Jika enzim mengalami
denaturasi (rusak) karena panas, bentuk sisi aktif berubah sehingga substrat
tidak sesuai lagi. Perubahan pH juga mempunyai pengaruh yang sama.
Teori Induced
Fit
Reaksi antara
substrat dengan enzim berlangsung karena adanya induksi molekul substrat
terhadap molekul enzim. Menurut teori ini, sisi aktif enzim bersifat fleksibel
dalam menyesuaikan struktur sesuai dengan struktur substrat.
Ketika substrat
memasuki sisi aktif enzim, maka enzim akan terinduksi dan kemudian mengubah
bentuknya sedikit sehingga mengakibatkan perubahan sisi aktif yang semula tidak
cocok menjadi cocok (fit). Kemudian terjadi pengikatan substrat oleh
enzim, yang selanjutnya substrat diubah menjadi produk. Produk kemudian
dilepaskan dan enzim kembali pada keadaan semula, siap untuk mengikat substrat
baru.
Inhibitor
Inhibitor
adalah zat yag dapat menghambat kerja enzim. Inhibitor ada yang bersifat
reversibel dan ada yang bersifat irreversibel.
Inhibitor
Reversibel
Inhibitor
reversibel adalah penghambat yang tidak berikatan secara kuat dengan enzim.
Oleh sebab itu, penghambatan ini dapat dibalikkan. Inhibitor reversibel
dibedakan menjadi inhibitor kompetitif dan nonkompetitif.
Inhibitor
kompetitif
Inhibitor
kompetitif menghambat kerja enzim dengan menempati sisi aktif enzim sehingga
substrat tidak dapat masuk. Inhibitor ini bersaing dengan substrat untuk
berikatan dengan sisi aktif enzim. Penghambatan ini bersifat reversibel (dapat
kembali seperti semula) dan dapat dihilangkan dengan menambah konsentrasi
substrat.
Contoh
inhibitor kompetitif ialah malonat dan oksalosuksinat, yang bersaing dengan
substrat suksinat untuk berikatan dengan enzim suksinat dehidroginase.
Inhibitor
nonkompetitif
Inhibitor
nonkompetitif 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, antibiotic penisilin menghambat kerja enzim penyusun
dinding sel bakteri. Inhibitor ini bersifat reversibel, tetapi tidak dapat
dihilangkan dengan menambahkan konsentrasi substrat.
Inhibitor
Irreversibel
Inhibitor ini
berikatan dengan sisi aktif enzim secara kuat sehingga tidak dapat terlepas.
Enzim menjadi tidak aktif dan tidak dapat kembali seperti semula
(irreversibel). Contohnya, diisopropil-fluorofosfat (DFT) yang menghambat kerja
asetilkolinesterase. Enzim asetilkolinesterase adalah enzim yang penting dalam
transmisi implus saraf. Penghambatan asetilkolinesterase menyebabkab kekejangan
otot. Diisoprofilfluorofosfat ini digunakan sebagai insektisida.
Sumber: Buku
Paket Erlangga SMA Kelas XII