METABOLISME SEL

Metabolisme   Sel

Pendahuluan

Metabolisme

            Metabolisme adalah segala reaksi kimia yang berlangsung dalam tubuh makhluk hidup yang disertai dengan perubahan energ dan melibatkan enzim sebagai biokatalisator.

Ciri –ciri Metabolisme

Keseluruhan proses kimiawi yang terjadi pada sel hidup.

Menggunakan sari makanan dan energi bebas yang berasal dari lingkungan.

Melibatkan reaksi enzimatis. Contoh : respirasi.

Aktivitas sel yang amat terkoordinasi, mempunyai tujuan, dan mencakup kerjasama banyak sistem multienzim

Fungsi Metabolisme

•         Memperoleh energi kimia yang berasal dari degradasi sari makanan.

•         Memperoleh energi kimia yang berasal dari degradasi sari makanan.

•         Mengubah molekul nutrien menjadi Prekursor unit pembangun makromolekul sel.

•         Menggabungkan unit-unit  pembangun menjadi protein, asam nukleat, lipid dan polisakarida

•         Membentuk dan medegradasi biomolekul

Sumber-sumber Bahan dan Energi Bagi Metabolisme

Sel Autotroph

Menggunakan CO₂ dari atmosfer untuk membangun semua biomolekul yang mengandung karbon. Contoh : bakteri fotosintetik.

Sel Heterotroph

memperoleh karbon dari lingkungan dalam bentuk molekul kompleks. Contoh : hewan vertebrata

            Metabolisme dibedakan menjadi :

1.    Katabolisme, yaitu proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana

Contoh : respirasi

2.    Anabolisme, yaitu proses penyusunan senyawa yang sederhana atau anorganik menjadi senyawa yang lebih kompleks atau organik.

Contoh : fotosintesis

            Metabolisme berasal dari bahasa Yunani metabole (berubah) , pengertian metabolism adalah perubahan kimia dan energy yang terjadi di dalam tubuh, atau dengan pengertian lain adalah penggunaan makanan oleh tubuh.Reaksi kimia yang terjadi pada makhluk hidup terjadi secara bersamaan, ini terlihat pada metabolism sel . Reaksi kimia yang terjadi di dalam sel melibatkan enzim.

            Pada metabolisme terjadi peristiwa yang sangat penting, penyusunan ion dan molekul menjadi senyawa atau penguraian senyawa-senyawa menjadi molekul yang lebih kecil sangat membutuhkan suhu yang tepat untuk membantu biokatalisator(enzim) agar dapat bekerja secara optimal.Metabolisme pada setiap makhluk hidup berbeda, misalnya antara tumbuhan tingkat tinggi dengan tingkat rendah, antara hewan berdarah panas dan berdarah dingin atau antara hewan dan manusia, tetapi prinsipnya sama .

Metabolisme Sekunder

Lintas metabolisme lain yang memilki densitas aliran yang jauh lebih kecil. Termasuk pembentukan dan penguraian senyawa dalam jumlah hanya beberapa miligram per hari.

Contoh: pembentukan pigmen, antibiotik, dll.

Katabolisme

            Katabolisme adalah reaksi yang yang menghasilkan energi dimana terjadi penguraian senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Respirasi adalah contoh dari peristiwa katabolisme, karena bahan2 makanan yang masuk kedalam tubuh  seperti karbohidrat, protein dan lemak akan diuraikan menjadi bahan2 yang lebih kecil dan dapat digunakan untuk kegiatan sistem-sistem organ seperti sistem reproduksi,system transportasi,sistem ekskresi dan sebagainya reaksi .Katabolisme  disebut juga reaksi eksergonik.  Energi yang dihasilkan pada katabolisme harus diubah dulu menjadi persenyawaan Adenosin TriFosfat(ATP) yang dapat digunakan oleh sel sebagai energi.ATP merupakan gugus adenine yang berikatan dengan tiga gugusan  fosfat. Peristiwa ini dapat terjadi pada respirasi sel yang terdapat pada kontraksi otot.

            Respirasi sel ditinjau dari kebutuhan oksigen terdiri dari 2 macam, yaitu :

            1.Respirasi aerob , yaitu respirasi yang menggunakan oksigen bebas

            2.Respirasi anaerob, yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas.

Lintasan katabolik

1. Bersifat menguraikan
2. Diikuti pelepasan energi bebas
3. Melalui reaksi enzimatik yang saling berkaitan energi bebas disimpan dalam bentuk ATP sebagian dalam bentuk NADPH.
4. Menghasilkan sedikit produk akhir

Tujuan utama katabolisme adalah membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirasi, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.

Metabolisme Karbohidrat

•         Karbohidrat merupakan komponen penting dalam suatu makanan yang berfungsi sebagai sumber energi utama bagi setiap organisme hidup.

•         Karbohidrat sebagai sumber energi harus dicerna sampai berukuran kecil, yaitu dalam bentuk glukosa sehingga dapat diserap tubuh.

Katabolisme  Karbohidrat
Jalur-jalur Katabolisme Karbohidrat

•         glikolisis,

•         oksidasi piruvat,

•         siklus asam sitrat,

•         glikogenesis,

•         glikogenolisis, serta

•         glukoneogenesis.

Glikolisis

Merupakan proses penguraian glukosa (6C) menjadi senyawa asam piruvat (3C).

Ciri-ciri dari glikolisis yaitu:

1. Berasal dari bahasa Latin, yaitu: Gliko (=Glukosa/gula) dan Lisis (=Penguraian/hancur).
2. Berlangsung secara anaerob
3. Terjadi di sitoplasma atau sitosol
4. Menghasilkan: 2 molekul asam piruvat, 2 molekul ATP, 2 molekul NADH
5. Terdapat 10 langkah perubahan mulai dari glukosa sampai terbentuknya asam piruvat
6. Glikolisis merupakan suatu proses penguraian molekul glukosa yang memiliki 6 atom karbon, secara enzimatik di dalam urutan 10 reaksi enzimatik, untuk menghasilkan dua molekul piruvat yang memiliki 3 atom karbon.
7. Dengan adanya oksigen, glikolisis menghasilkan piruvat, atau tanpa oksigen menghasilkan laktat.

Terjadi di dalam sitosol

Glikolisis : oksidasi glukosa         energi ( ATP )

           Aerob                               Anaerob

    ( asam piruvat )                   ( asam laktat )

Pada keadaan aerob :

   Hasil akhirnya asam piruvat       à       Masuk ke dalam

   mitokondria      à          Asetil KoA

         

                                           Siklus Krebs        ATP + CO₂+ H₂O

                                     

•         Adenosine Triphosphate (ATP) adalah sebuah nukleotida yang dikenal di dunia biokimia sebagai zat yang paling bertanggung jawab dalam perpindahan energi intraseluler.  ATP mampu menyimpan dan memindahkan energi kimia di dalam sel.  Molekul-molekul ATP juga digunakan untuk menyimpan bahan pembentuk energi yang diproduksi oleh respirasi sel.

•         Awalnya, glukosa dipecah menjadi piruvat di sitosol.  Dua molekul ATP terbentuk dari setiap molekul glukosa.  Tahap akhir dari pembentukan ATP terjadi di mitokondria dan bisa menghasilkan hingga 36 ATP. 

•         Adenosine Triphosphate (ATP) adalah sebuah nukleotida yang dikenal di dunia biokimia sebagai zat yang paling bertanggung jawab dalam perpindahan energi intraseluler.  ATP mampu menyimpan dan memindahkan energi kimia di dalam sel.  Molekul-molekul ATP juga digunakan untuk menyimpan bahan pembentuk energi yang diproduksi oleh respirasi sel.

•         Awalnya, glukosa dipecah menjadi piruvat di sitosol.  Dua molekul ATP terbentuk dari setiap molekul glukosa.  Tahap akhir dari pembentukan ATP terjadi di mitokondria dan bisa menghasilkan hingga 36 ATP. 

Pembentukan ATP berkaitan dengan glikolisis

Selama glikolisis, banyak energi bebas  yang diberikan oleh molekul glukosa yang disimpan dalam bentuk ATP.

Glukosa + 2P_i + 2ADP → 2 laktat^- + 2H⁺ + 2ATP + 2H₂O

Jadi, keseluruhan reaksi yang berkaitan dengan glikolisis, berjalan dengan penurunan sejumlah besar energi bebas.

•         Pada kondisi anaerobik, piruvat direduksi menjadi laktat di dalam hampir semua jaringan hewan, tumbuhan atau menjadi etanol dan CO₂ pada fermentasi alkohol oleh ragi.

•         Pada kondisi aerobik, piruvat di oksidasi menjadi asetil KoA dan CO₂ dan bukan direduksi menjadi laktat (etanol + CO₂).

•         Glikolisis merupakan tahap pertama yang harus dilalui dalam katabolisme glukosa secara aerobik.

•         Pengubahan glukosa menjadi piruvat dikatalisis oleh enzim yang bekerja berurutan dan berjalan dalam 2 fase.

Fase Pertama

Fase pertama melibatkan 5 tahap enzimatik. Kelima tahap tersebut menyusun fase persiapan.Jadi, fase pertama glikolisis berfungsi untuk mengumpulkan rantai karbon semua heksosa yang telah dimetabolisasi dalam satu bentuk produk umum, yaitu gliseraldehida 3-fosfat.

Fase kedua

Energi yang dibebaskan pada saat dua molekul gliseraldehida 3-fosfat diubah menjadi dua molekul piruvat, disimpan oleh fosforilasi keempat molekul ADP menjadi ATP yang terjadi bersamaan dengan proses ini.

Persamaan keseluruhan bagi glikolisis aerobik:

Glukosa + 2P_i +  2ADP + 2NAD⁺ → 2 piruvat^- + 2ATP + 2NADH + 2H⁺ + 2H₂O

Reduksi Piruvat menjadi Laktat

Pada kondisi aerobik, NADH yang dibentuk oleh dehidrogenase gliseraldehida 3-fosfat, diubah menjadi NAD⁺ oleh O₂.

Pada kondisi anaerobik, NADH diubah menjadi NAD⁺ oleh piruvat.Hal ini menyebabkan piruvat berubah menjadi laktat.

Pada kondisi aerobik, NADH yang dibentuk oleh dehidrogenase gliseraldehida 3-fosfat, diubah menjadi NAD⁺ oleh O₂.

Pada kondisi anaerobik, NADH diubah menjadi NAD⁺ oleh piruvat.Hal ini menyebabkan piruvat berubah menjadi laktat.

Glikoneogenesis tidak sama dengan glikolisis

Pada glikolisis, glukosa diubah menjadi piruvat, pada glukoneogenesis, piruvat diubah menjadi glukosa. Akan tetapi, glukoneogenesis bukan kebalikan glikolisis. Karena ada tiga tahap pada glikolisis yang tidak dapat balik (irreversible).

Glikogenesis

•         Glikogenesis adalah proses pembentukan glikogen dari glukosa yang berlangsung dalam hati dan otot.

•         Glikogenesis terjadi jika jumlah glukosa melebihi kapasitas kebutuhan tubuh.

•         Tujuan glikogenesis ini adalah untuk menyimpan glukosa berlebih menjadi suatu cadangan energi jangka pendek yang berupa glikogen

Proses Glikogenesis

Reaksi 1 :                     _Mg++

   Glukosa + ATP                         Glukosa 6-p + ADP

                        ^{Glukokinase / Heksokinase}

Reaksi 2 :   

   Glukosa 6-p                              Glukosa 1-p

                        ^{Fosfoglukomutase}

  Reaksi 3 :

   Glukosa 1-p + UTP                         UDPG + Pirofosfat

                              ^{Glukosa 1-p uridiltransferase}

Enzim Glikogen sintetase ( sintase )                

            membentuk ikatan α-1,4 Glikosidik ( rantai lurus )

Enzim Pencabang ( Branching Enzyme )                   

           membentuk ikatan α-1,6 Glikosidik ( rantai cabang)    dari glikogen .

Glikogenolisis

Glikogenolisis adalah proses penguraian glikogen menjadi glukosa.

Glikogenolisis terjadi jika glukosa dari makanan tidak mencukupi kebutuhan (tidak sesuai dengan kapasitasnya).

Glikogenolisis bukan proses kebalikan dari glikogenesis.