metabolisme Merupakan reaksi kimia di dalam sel untuk mengubah zat yang menghasilkan/ memerlukan energi. Metabolisme terdiri dari katabolisme (pemecahan) dan anabolisme (penyusunan) yang reaksinya melibatkan enzim dan energi. I. ENZIM Merupakan senyawa protein yang diproduksi oleh sel makhluk hidup yang berfungsi sebagai katalisator (mempercepat reaksi). Zat yang dipengaruhi oleh enzim disebut substrat, sedangkan hasil reaksinya disebut produk. A. Komponen enzim 1. Apoenzim = berupa protein Bersifat labil dan dipengaruhi oleh pH dan suhu. 2. Gugus prostetik = berupa nonprotein Kofaktor -> ion anorganik. Misal Ca, Cl, Zn, dll. Enzim yang terikat dengan kofaktor disebut holoenzim. Contoh: enzim ptialin bekerja lebih optimal jika bersama dengan Cl dan Ca. Koenzim -> senyawa organik. Misal vitamin, koenzim A, NAD+, FMN, dan FAD+. Fungsi koenzim untuk memindahkan gugus kimia atau atom antarenzim. B. Klasifikasi enzim Berdasarkan tempat kerjanya: 1. Enzim intraseluler -> bekerja di dalam sel. Contoh: enzim katalase di sel hati 2. Enzim ekstraseluler -> bekerja di luar sel. Contoh: enzim pencernaan (ptialin, pepsin, amilase, lipase, dll) Berdasarkan tipe reaksi yang dikatalis: 1. Oksidoreduktase -> reaksi oksidasi dan reduksi 2. Transferase -> pemindahan gugus, misal metil 3. Hidrolase -> pemutusan hidrolitik C-C, C-O, C-N 4. Liase -> pemutusan C-C, C-O, C-N dengan eliminasi atom yg menghasilkan ikatan rangkap 5. Ligase -> penyatuan dua molekul 6. Isomerase -> perubahan geometrik/ struktural C. Sifat-sifat enzim 1. Menggumpal jika dipanaskan. Rusaknya enzim karena panas (>500C) disebut denaturasi. 2. Bekerja spesifik/ khas (hanya substrat tertentu) 3. Berperan sebagai biokatalisator, yaitu mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi (EA) 4. Dapat dipakai berulang kali selama belum rusak 5. Diperlukan dalam jumlah sedikit 6. Bekerja bolak-balik (reversibel) Sukrosa <--------> glukosa + glukosa D. Cara kerja enzim Enzim punya sisi aktif (berbentuk celah/ kantung) sebagai katalis. Energi aktivasi yaitu energi minimum untuk terjadinya reaksi. 1. Teori gembok & anak kunci (lock and key theory) Bentuk sisi aktif enzim sesuai dengan bentuk substrat (spesifik). 2. Teori kecocokan induksi (induced fit theory) Bentuk sisi aktif enzim bersifat fleksibel (mengalami modifikasi) E. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim 1. Suhu Memiliki suhu optimal sekitar 350C-400C. Suhu <00C enzim inaktif, sedangkan >550C enzim akan rusak. 2. pH (derajat keasaman) tiap enzim memiliki ph optimal berbeda-beda, tapi secara umum sekitar 6-8, namun pepsin pH optimalnya 2, sedangkan tripsin 8. 3. Konsentrasi enzim Berbanding lurus dengan laju reaksi 4. Konsentrasi substrat Awalnya laju reaksi cepat, tapi jika semua sisi aktif enzim sudah bekerja, penambahan substrat tidak akan mempercepat laju reaksi. 5. Konsentrasi produk Awalnya laju reaksi cepat, tapi jika terbentuk penimbunan produk maka laju reaksi melemah. 6. Aktivator (zat penggiat/ pengaktif) Dapat bergabung pada sisi alosterik enzim (disebut efektor alosterik), sehingga sisi aktif enzim cocok dengan substrat. Contoh: Cl yang mengaktifkan enzim amilase dalam air ludah 7. Inhibitor (zat penghambat), misal pestisida a. Inhibitor irreversibel METABOLISME | BIOLOGI 12. 1 Inhibitor berikatan dengan enzim secara kovalen (berikatan kuat) sehingga enzim menjadi tidak aktif. b. Inhibitor reversibel Inhibitor berikatan dengan enzim secara lemah, sehingga ikatannya dapat terlepas. Inhibitor kompetitif Inhibitor memiliki struktur yang sama dengan substrat. Contoh: gas sianida bersaing dengan oksigen untuk dapat berikatan dengan hemoglobin. Inhibitor nonkompetitif Inhibitor akan menempati bagian yang bukan sisi aktif enzim, sehingga sisi aktif enzim menjadi tidak reseptif (tidak bisa menerima substrat). Contoh: antibiotik penisilin membatasi sisi aktif enzim pada bakteri untuk membentuk dinding sel. b. Dekarboksilasi oksidatif (reaksi transisi) Yaitu pengubahan asam piruvat (C3) menjadi asetil ko-A (C2). II. METABOLISME Dibagi dua: A. Katabolisme Yaitu penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi senyawa sederhana (anorganik). Termasuk reaksi eksergonik (melepaskan energI=ATP). Katabolisme dapat terjadi pada karbohidrat, lemak dan protein. c. Siklus krebs (siklus asam sitrat) Asetil ko-A bereaksi dengan oksaloasetat (C4) menjadi asam sitrat (C6). KATABOLISME KARBOHIDRAT Proses ini terjadi di dalam sel, disebut respirasi sel. Respirasi sel dibagi dua: 1. Respirasi aerob (perlu oksigen) Reaksi kimia: C6H12O6 + 6O2 -------> 6CO2 + 6H2O + 38 ATP Tahapan respirasi aerob: a. Glikolisis Yaitu pemecahan glukosa (C6) menjadi 2 asam piruvat (C3). METABOLISME | BIOLOGI 12. 2 d. Transpor elektron Rangkaian pembebasan energi dari NADH dan FADH yang dihasilkan dari tahap sebelumnya. Dalam pembentukan ATP diperlukan enzim ATP sintase. 1 NADH = 3 ATP, sedangkan 1 FADH = 2 ATP. Tahap respirasi aerob Glikolisis Tempat Sitoplasma Dekarboksilasi Oksidatif Siklus Krebs Matriks mitokondria Matriks mitokondria Transpor Elektron Krista mitokondria sedangkan asam lemak setelah mengalami betaoksidasi diubah menjadi asetil ko-A yang masuk ke jalur siklus krebs. Sedangkan satu molekul protein (berupa asam amino) menghasilkan 38 ATP setelah asam amino mengalami deaminasi (pelepasan nitrogen). Asam amino alanin, gliserin, serin dan sistein masuk ke jalur dekarboksilasi oksidatif setelah diubah menjadi asam piruvat. Sedangkan asam amino yang masuk ke jalur siklus krebs, diantaranya: Asam amino fenilalanin, lisin, leusin, isoleusin, triptofan, treonin, tirosin setelah diubah menjadi asetil ko-A. Asam amino aspargin, aspartat diubah menjadi oksaloasetat. Asam amino arginin, glutamin, glutamat, histidin, dan prolin diubah menjadi α ketoglutarat. Hubungan katabolisme karbohidrat, lemak dan protein: Produk 2 asam piruvat, 2 NADH, 2 ATP, 2H2O 2 asetil ko-A, 2 NADH, 2CO2 6 NADH, 2 FADH, 2 ATP, 4CO2 34 ATP, 6H2O 2. Respirasi anaerob (tanpa oksigen)/ fermentasi Terdiri dari dua tahap, yaitu glikolisis dan transpor elektron (terjadi dari NADH ke asam piruvat sehingga dihasilkan NAD+ yang masuk kembali ke glikolisis). Fermentasi terbagi dua: Pembeda Terjadi pada Akseptor elektron Hasil akhir Fermentasi alkohol Sel jamur pada pembuatan tapai dan minuman anggur Fermentasi asam laktat Sel otot hewan, eritrosit, serta bakteri/ jamur pada pembuatan keju dan yoghurt asetaldehid Asam piruvat 2 Etanol, 2 ATP, 2 CO2 2 Asam laktat, 2 ATP Adapun fermentasi dalam kondisi contohnya fermentasi asam cuka. B. Anabolisme Yaitu penyusunan senyawa kompleks (organik) dari senyawa sederhana (anorganik). Termasuk reaksi endergonik (memerlukan energI=ATP). Contoh: fotosintesis dan kemosintesis. FOTOSINTESIS Yaitu penyusunan senyawa kompleks dengan bantuan energi cahaya. Dilakukan oleh organisme fotoautotrof. Reaksi kimia: 6CO2 + 12H2O -----------> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Tempat: kloroplas Tersusun dari: tilakoid (berisi klorofil) -> tempat reaksi terang grana (tumpukan tilakoid) stroma (berisi enzim) -> tempat reaksi gelap aerob KATABOLISME PROTEIN DAN LEMAK Satu molekul lemak (berupa asam lemak dan gliserol) menghasilkan 46 ATP. Gliserol diubah menjadi PGAL sehingga masuk ke glikolisis, METABOLISME | BIOLOGI 12. 3 Fotosistem -> unit penangkap cahaya Tersusun dari: kompleks antena -> sebagai pengumpul energi yang tersusun dari: ̵ klorofil a yang berwarna hijau (mampu menyerap cahaya merah, biru-ungu) -> sebagai pusat reaksi, berperan langsung dalam reaksi terang fotosintesis. ̵ klorofil b yang berwrna kuning-jingga (menyerap cahaya biru dan jingga) ̵ karotenoid (menyerap cahaya biru-hijau) protein dan molekul organik lain. Jenis fotosistem: Fotosistem I (P700) -> menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700nm Fotosistem II (P680) -> menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680nm Tahapan fotosintesis 1. Reaksi terang/ Hill (butuh cahaya) Yaitu reaksi yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia (ATP dan NADPH). Bahan: H2O, ADP, NADP, cahaya. Produk: O2, ATP dan NADPH. Poses yang terjadi: Fotolisis air -> pemecahan air oleh cahaya yang menghasilkan O2. H2O ----------> 2H+ + 1/2O2 + 2e Fotofosforilasi -> pembentukan ATP dari ADP dengan bantuan cahaya. ADP + P --------> ATP Pembentukan NADPH. NADP+ + 2H+ + 2e- ---------> NADPH + H+ Terjadi dua rute aliran elektron: a. Nonsiklik Rantai transpor elektron terpanjang karena melibatkan FS I dan FS II. Melibatkan akseptor primer (plastokinon, kompleks sitokrom, plastosianin dan feredoksin) dalam transpor elektron. Dihasilkan O2, ATP dan NADPH. b. Siklik Rantai transpor elektron terpendek karena hanya melibatkan FS I. Bertujuan untuk menambah pasokan ATP, sehingga reaksi ini terjadi jika kloroplas kekurangan ATP. 2. Reaksi gelap/ Calvin-Benson Reaksi yang idak membutuhkan cahaya. Bahan: CO2, ATP dan NADPH. Produk: PGAL (G3P), glukosa, ADP, NADP+. Proses: a. Fiksasi CO2 oleh RuBP dengan bantuan enzim rubisko (RuBP karboksilase) CO2 (C1)+ RuBP (C5) --> PGA (C6) labil --> 2 molekul PGA (C3) b. Reduksi PGA menjadi PGAL PGA + ATP --> DPGA DPGA + NADPH --> PGAL/G3P (C3) 1 molekul glukosa (C6) = 2 molekul PGAL c. Regenerasi RuBP Faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis: 1. Intensitas cahaya -> terlalu tinggi dapat merusak klorofil, sel daun dehidrasi. 2. Panjang gelombang cahaya Cahaya yang berguna untuk fotosintesis -> cahaya tampak (merah, jingga, kuning, biru, ungu) 3. Konsentrasi CO2 -> terlalu tinggi mengganggu respirasi tumbuhan 4. Suhu -> optimal pada 25-390C. terlalu tinggi menyebabkan enzim tidak bekerja 5. Ion anorganik -> untuk membentuk klorofil (diantaranya Fe. Mg, N, Cl, B, Mn, Zn, S, Cu, Mo) 6. Inhibitor -> SO2, herbisida. Pembuktian fotosintesis: 1. Percobaan ingenhousz -> fotosintesis menghasilkan O2 pada tanaman air Hydrilla sp. 2. Percobaan Sachs -> fotosintesis menghasilkan karbohidrat berupa amilum. 3. Percobaan Engelmann -> fotosintesis menghasilkan O2 pada sel berklorofil (ganggang Spirogyra sp. dan bakteri aerob) KEMOSINTESIS Yaitu penyusunan senyawa kompleks yang berasal dari zat kimia. Dilakukan oleh organisme kemoautotrof, diantaranya bakteri. Bakteri belerang = mengoksidasi hidrogen sulfida menjadi sulfur dan air 2H2S + O2 ----> 2S + 2H2O + 122,2 kkal Bakteri nitrit (Nitrosomonas sp. dan Nitrosococcus sp.) = menoksidasi amonia menjadi nitrit 2NH3 + 3O2 ----> 2HNO2 +2H2O + 158 kkal Bakteri nitrat (Nitrobacter sp.) = mengoksidasi nitrit menjadi nitrat 2HNO2 + O2 ----> 2HNO3 + 36 kkal METABOLISME | BIOLOGI 12. 4 Fotosintesis pada tanaman C3, C4 dan CAM: METABOLISME | BIOLOGI 12. 5
