Metabilisme
Seperti yang
Anda ketahui dalam proses penyediaan energi, baik pada tumbuhan maupun manusia,
melalui rentetan reaksi kimia. Jika seluruh reaksi kimia terjadi dalam sel
makhluk hidup, maka reaksinya disebut reaksi biokima. Seluruh proses atau
reaksi biokimia yang terjadi dalam sel disebut metabolisme. Metabolisme
merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat
awal dan
diakhiri dengan produk akhir, yang terjadi dalam sel. Perlu Anda ketahui reaksi
tersebut meliputi reaksi penyusunan energi (anabolisme) dan reaksi penggunaan
energi (katabolisme). Dalam reaksi biokimia terjadi perubahan energi dari satu
bentuk ke bentuk
yang lain, misalnya energi kimia dalam bentuk senyawa Adenosin
Trifosfat (ATP) diubah menjadi energ
gerak untuk melakukan suatu aktivitas seperti bekerja, berlari, jalan,
dan lain-lain. Proses metabolisme yang terjadi di dalam sel makhluk hidup
seperti pada tumbuhan dan manusia pada Gambar 2.1 di depan, melibatkan sebagian
besar enzim (katalisator) baik berlangsung secara sintesis (anabolisme) dan
respirasi (katabolisme). Apa peran enzim di dalam reaksi kimia yang terjadi di
dalam sel? Pada saat berlangsungnya peristiwa reaksi biokimia di dalam sel,
enzim
bekerja
secara spesifik. Enzim mempercepat reaksi kimia yang menghasilkan senyawa ATP
dan senyawa-senyawa lain yang berenergi tinggi seperti pada proses respirasi,
fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, dan lemak. Senyawa Adenosin
Trifosfat (ATP) merupakan molekul kimia berenergi tinggi. Berasal dari manakah
energi itu? Molekul Adenosin Trifosfat (ATP) berasal dari perubahan glukosa
melalui serangkaian reaksi kimia yang panjang dan kompleks. Energi yang
terkandung dalam glukosa tersebut berupa energi ikatan kimia yang berasal dari
proses transformasi energi sinar matahari. Transformasi energi tersebut dalam
biologi dapat digambarkan melalui Bagan itu dapat dijelaskan sebagai berikut.
1. Selama
proses fotosintesis, energi matahari yaitu dalam bentuk radiasi atau pancaran
cahaya matahari matahari berubah menjadi energi kimia
dalam ikatan
senyawa organik. Lambang f merupakan frekuensi cahaya dan lambang h merupakan
konstanta Planch, yang berkaitan dengan
energi dan
frekuensi.
2. Pada waktu
dalam respirasi sel, energi kimia dalam senyawa kimia berubah menjadi
persenyawaan yang berupa ATP.
3. Dalam sel,
energi kimia ikatan fosfat yang kaya akan energi (ATP) dapat difungsikan untuk
kerja mekanis, listrik, dan kimia.
4. Pada
akhirnya energi mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi panas
dalam bentuk “entropi”.
Bagan
transformasi energi dalam biologi dapat dibedakan menjadi tiga proses berikut.
Energi radiasi sinar matahari yang ditangkap oleh klorofil kemudian diubah
menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis. Energi kimia tersebut
digunakan untuk mensintesis CO2 dan H2O menjadi glukosa dan senyawa kompleks
lainnya sebagai energi pengikat dan penghubung inti-inti atom yang tersimpan
dalam bentuk senyawa karbohidrat (sebagai bahan makanan). Jadi, energi radiasi
matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi energi potensial dan
energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan
lainnya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atomatom bakunya.
Di dalam
mitokondria energi kimia digunakan untuk mengubah karbohidrat dan senyawa
lainnya sebagai energi ikatan fosfat melalui respirasi sel
untuk
oksidasi DNA, RNA, protein, dan lemak. Mitokondria banyak terdapat pada sel-sel
otot makhluk hidup dan sel-sel saraf. Jika sel melakukan kegiatan, maka energi
kimiawi dari ikatan fosfat akan terlepas dan berubah menjadi energi bentuk lain
seperti energi mekanik untuk kerja kontraksi otot, energi listrik untuk
meneruskan impuls saraf, energi sintesis untuk membangun senyawa pertumbuhan,
serta sisanya akan
mengalir ke
sekeliling sel dan hilang sebagai energi panas. Sebagaimana telah diuraikan
sebelumnya, pada saat berlangsungnya proses metabolisme dalam sel makhluk
hidup, ada beberapa komponen penting yang berperan di dalamnya yaitu adanya
aktivitas enzim, dihasilkan energi tinggi berupa Adenosin Trifosfat (ATP) dan
reaksi oksidasi reduksi (pelepasan dan pembebasan) elektron. Untuk memperlancar
berlangsungnya proses reaksi metabolisme dalam sel makhluk hidup melibatkan
komponen-komponen penting yang sangat berperan sebagai penunjangnya. Tanpa
komponen-komponen penunjang itu, maka pros s reaksinya tidak akan berjalan
dengan lancar. Komponen-komponen
yang sangat
berperan dalam proses metabolisme sel makhluk hidup terdiri atas enzim,
Adenosin Trifosfat (ATP), reaksi oksidasi reduksi dengan
penjelasan
sebagai berikut. Enzim merupakan senyawa organik atau katalis protein yang
dihasilkan oleh sel dan berperan sebagai katalisator yang dinamakan
biokatalisator. Jadi, enzim dapat mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan
reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Perlu Anda ingat, walaupun enzim
dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada
di dalam sel. Reaksi yang dapat dikendalikan oleh enzim antara lain respirasi,
fotosintesis, pertumbuhan, dan perkembangan, kontraksi otot, pencernaan dan
fiksasi nitrogen.
Secara kimia
enzim terdiri atas dua bagian (enzim lengkap/holoenzim), yaitu bagian protein
(apoenzim) dan bagian bukan protein (gugus prostetik) yang dihasilkan dalam sel
makhluk hidup. Jika gugus prostetiknya berasal dari senyawa organik kompleks
(misalnya, NADH, FADH, koenzim A dan vitamin B) disebut koenzim, apabila
berasal dari senyawa anorganik (misalnya, besi, seng, tembaga) disebut
kofaktor. Apakah semua senyawa organik yang dihasilkan oleh makhluk hidup
adalah enzim? Apa ciri-cirinya? Senyawa organik yang merupakan enzim memiliki
ciri-ciri yaitu enzim adalah protein, diperlukan dalam jumlah yang sedikit,
dapat digunakan berulang kali, bekerja secara khusus, rusak oleh panas, dan
sensitif terhadap keadaan lingkungan yang terlalu asam atau terlalu basa. Enzim
memiliki sifat khusus, yaitu hanya dapat mengakatalisis suatu reaksi tertentu,
sebagai contoh enzim lipase hanya dapat mengkatalisis reaksi perubahan dari
lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Reaksinya sebagai berikut. Lipase Lemak
Gliserol + Asam lemak Sifat khusus enzim lainnya adalah tidak ikut bereaksi,
artinya
enzim hanya
memproses substrat (contohnya, lemak) menjadi produk (contohnya, gliserol dan
asam lemak) tanpa ikut mengalami perubahan
dalam reaksi
itu. Bahan tempat kerja enzim disebut substrat dan hasil dari reaksi disebut
produk. Dengan demikian enzim dapat digunakan kembali untuk mengkatalisis
reaksi yang sama, berikutnya. Kompleks
enzim dapat tumbuh pada substrat karena pada permukaan enzim terdapat sisi aktif.
Sisi aktif tersebut mempunyai konfigurasi aktif tertentu dan hanya substrat
tertentu yang dapat bergabung dan menyebabkan enzim dapat bekerja secara
spesifik. Secara sederhana reaksi enzim dituliskan: E + S ES E + P (Enzim)
(Substrat) (Kompleks enzim-substrat) (Enzim) (Hasil) Sifat-sifat enzim selain
sebagai biokatalisator dan sebagai suatu protein, enzim mempunyai sifat yaitu
berperan tidak bolak-balik. Artinya enzim dapat bekerja menguraikan suatu
substrat menjadi substrat tertentu dan tidak sebaliknya dapat menyusun substrat
sumber dari hasil penguraian, misalya enzim protease dapat menguraikan protein
menjadi asam amino, tetapi tidak menggabungkan asam aminonya menjadi protein.
Enzim menjadi rusak apabila berada pada suhu yang terlalu panas atau terlalu
dingin. Sebagian besar enzim akan rusak pada suhu di atas 60oC karena
proteinnya (gugus prostetik) menggumpal (koagulasi). Jika telah rusak maka
tidak akan berfungsi lagi meskipun berada pada suhu normal, rusaknya enzim oleh
panas disebut denaturasi. Selain itu, kerja enzim juga dapat terhalang oleh zat
lain. Zat yang dapat menghambat kerja enzim disebut inhibitor, contohnya CO,
Arsen, Hg, dan Sianida. Sebaliknya zat yang dapat mempercepat jalannya reaksi
disebut aktivator, contohnya ion Mg2+, Ca2+, zat organik seperti koenzim-A.
Enzim dapat bekerja optimal pada pH tertentu, misalnya enzim lipase, pH optimal
5,7–7,5. Aplikasi pH yang tidak cocok maka sifat kerja enzim dapat menyebabkan
ionisasi dari gugus karboksil dan amino dari bagianbagian
enzim yang
tersusun atau apoenzim dan dapat menyebabkan denaturasi, oleh karena itu akan
terjadi tambahan struktur enzim sehingga tidak
dapat bekerja
dengan baik.
0 komentar:
Posting Komentar