MODUL BIOKIMIA
‘SURVEI METABOLISME’
OLEH
KELOMPOK 12
RISFI PRATIWI SUTRISNO (F16111004)
SELVISIA (F16111014)
PRODI PENDIDIKAN BIOLOGI
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU
PENDIDIKAN
UNIVERSITAS TANJUNGPURA
PONTIANAK
2013
SURVEI METABOLISME
A.
TUJUAN
1 Menguraikan Peranan ATP Dalam Bioenergetika
Tubuh
2. Membedakan Jenis-Jenis Metabolisme
B. URAIAN MATERI
Jutaan reaksi kimia yang dikatalisis oleh
enzim berlangsung didalam sel hidup. Walaupun kita mengatakan 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 amat terkoordinasi,
mempunyai tujuan, dan mencakup berbagai kerjasama banyak sistem multienzim.
Metabolisme memiliki empat fungsi spesifik yaitu untuk memperoleh energi kimia
dari degradasi sari makanan yang kaya energi dari lingkungan atau dari
lingkungan atau dari energi solar, untuk mengubah molekul nutrien menjadi
prekusor unit pembangun bagi makromolekul sel, untuk menggabungkan unit-unit
pembangun ini menjadi protein, asam nukleat, sel, polisakarida, dan komponen
lainnya, dan untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan
didalam fungsi khusus sel. Walaupun metabolisme melibatkan ratusan reaksi
enzimatis yang berbeda, lintas metabolisme utama yang menjadi perhatian kita,
hanya berjumlah sedikit, dan lintas-lintas ini sama pada hampir semua bentuk
kehidupan.
Organisasi Hidup Berpatisipasi Didalam Daur
Karbon Dan Oksigen
Organisme hidup dapat dibagi menjadi dua
golongan utama menurut bentuk energi kimia karbon yang diperlukan dari
lingkungannya. Sel autotrof dapat mempergunakan karbon dioksida dari atmosfir
sebagai satu-satunya sumber karbon untuk membangun semua biomolekul yang mengandung
karbon. Contohnya bakteri fotosintetik dan sel hijau daun tumbuhan. Beberapa
organisme autotrof, seperti sianobakteri, dapat juga menggunakan nitrogen dari
atmosfir untuk menghasilkan komponen nitrogennya. Sel heterotrof tidak dapat
menggunakan karbon dioksida dan harus memperoleh karbon dari lingkungannya
dalam bentuk molekul organik yang relatif kompleks, seperti glukosa.
Gambar 1. Daur karbon dioksida
dan oksigen di antara daerah fotosintetik dan heterotrofik pada biosfer bumi. (sumber
methuen.k12.ma.us).
Didalam biosfer kita, autotrof dan heterotrof hidup
bersama-sama di dalam daur yang luas dan saling tergantung, di sini organisme
autotrof mempergunakan CO2 atmosfir untuk membangun biomolekul
organiknya dan beberapa diantaranya menghasilkan oksigen. Sel heterotrof
sebaliknya, mempergunakan produk organik dari autotrof sebagai sari makanan dan
mengembalikan CO2 ke atmosfir. Jadi, karbon dan oksigen secara
berkesinambungan saling bertukar di antara dunia hewan dan tanaman, energi
solarlah yang pada akhirnya memberikan gaya pendorong bagi proses-proses yang
amat intensif ini (Gambar 1). Organisme autotrof dan heterotrof dapat dibagi
menjadi beberapa subkelas. Sebagai contoh, terdapat dua kelas utama dari
organisme heterotrof, yaitu aerobik dan anaerobik. Golongan aerob hidup di
udara dan menggunakan molekul oksigen untuk mengoksidasi molekul nutrien
organiknya. Golongan anaerob hidup tanpa oksigen dan menguraikan nutrien yang
masuk tanpa menggunakan oksigen.
Gambar 2. Daur nitrogen di dalam biosfer. (sumber web.campbell.edu).
Nitrogen Berdaur Di Dalam Biosfer
Tumbuhan,
pada umumnya mampu menggunakan amonia atau senyawa nitrat terlarut sebagai
satu-satunya sumber nitrogen. Relatif hanya sedikit organisme yang mampu
mempergunakan (melakukan “fiksasi”) gas nitrogen yang menyusun sampai 80 persen
atmosfir kita. Karena kerak bumi mengandung hanya sedikit nitrogen anorganik
dam bentuk garam-garam terlarut, semua organisme hidup pada akhirnya tergantung
pada nitrogen atmosfir dan organisme yang melakukan fiksasi nitrogen. Didalam
metabolisme setiap organisme yang terlibat didalam siklus metabolik ini dan
selama berlangsungnya berbagai jenis aktifitas yang membutuhkan energi lain,
terdapat kehilangan energi bebas dan dengan sendirinya peningkatan sejumlah
energi yang tidak dapat dipergunakan. Aliran energi melalui biofer ini bersifat
aliran satu arah, dan bukan suatu proses siklus, karena energi berguna yang
berkualitas tinggi tidak pernah dapat dibentuk kembali dari energi terbuang
yang tidak berguna. Jadi, karbon, oksigen, dan nitrogen berdaur secara
terus-menerus. Tetapi energi bebas atau energi ysng bermanfaat, selalu terubah
menjadi bentuk yang tidak berguna.
Lintas
Metabolik Dijalankan Oleh Sistem Enzim Yang Bertahap
Sistem
enzim seperti ini bekerja dengan cara berurutan, saling berkaitan sehingga
produk dari enzim pertama menjadi substrat bagi enzim kedua, dan seterusnya.
Transformasi produk berurutan pada lintas, dikenal sebagai metabolik antara
atau metabolit. Masing-masing tahap yang berurutan didalam lintas ini
menyebabkan terjadinya perubahan kimia spesifik, biasanya merupakan penarikan,
pemindahan, atau penambahan suatu atom, molekul atau gugus fungsional spesifik.
Melalui perubahan bertahap yang demikian teratur itu, biomolekul substrat
terubah menjadi produk akhir metabolik (gambar 3).
Gambar 3. Sistem multienzim. (sumber citruscollege.edu).
Metabolisme
Terdiri Dari Lintas Katabolik (Penguraian) Dan Lintas Anabolik (Pembentukan)
Katabolisme merupakan fase metabolisme yang bersifat menguraikan menyebabkan molekul
organik nutrien seperti karbohidrat, lipid dan protein yang datang dari
lingkungan atau dari cadangan makanan sel terurai menjadi produk akhir yang
lebih kecil dan sederhana (misalnya asam laktat, CO2 atau amonia). Anabolisme merupakan fase pembentukan atau sintesis, molekul
prekursor (unit pembangun) disusun menjadi makromolekul besar yang merupakan
komponen sel, seperti protein dan asam nukleat. Molekul bahan makanan utama
untuk semua organisme adalah karbohidrat, lipid dan protein.
Gambar 4. Hubungan energi di antara lintas katabolik dan anabolik.
(sumber bioc208.blogspot.com).
Lintas
katabolik Mengarah Pada Sedikit Produk Akhir
Terdapat
tiga tahap utama di dalam katabolisme aerobik, seperti diperlihatkan didalam
gambar 1.5. pada tahap I, makromolekul sel dipecahkan menjadi unit-unit
pembangun utamanya. Jadi, polisakarida dipecahkan menjadi heksosa atau pentosa,
lipid dipecahkan menjadi asam lemak, gliserol, dan komponen lain, dan protein
terhidrolisis menjadi ke-20 komponen asam aminonya. Pada tahap katabolisme
ke-II, berbagai produk yang terbentuk didalam tahap I dikumpulkan dan diubah
menjadi sejumlah (lebih kecil) molekul-molekul yang lebih sederhana. Pada tahap
ke-III, gugus asetil-KoA diberikan ke dalam siklus asam sitrat, yaitu lintas
akhir yang bersifat umum yang dilalui oleh nutrien penghasil energi. Disini
terjadi oksidasi nutrien, menghasilkan karbondioksida. Air dan amonia adalah
produk akhir katabolisme lainnya.
Gambar 5. Ketiga tahap katabolisme dari hasil nutrien utama penghasil
energi.
(sumber fgamedia.org).
Lintas Biosintetik (Anabolik) Menyebar Menghasilkan Berbagai
Produk
Anabolisme,
atau biosintesis, juga berlangsung dalam tiga tahap, dimulai dengan molekul
kecil pemula. Contoh : sitensis protein mulai dengan pembentukan asam α-keto
dan pemula lain. Pada tahap berikutnya asam α-keto teraminasi oleh donor gugus
amino membentuk asam α-amino. pada tahap terakhir anabolisme, asam amino
disusun menjadi rantai polipeptida membentuk berbagai jenis protein. Dengan
cara yang sama, gugus asetil dibangun menjadi asam lemak, dan selanjutnya
dirangkaian membentuk lipid. Setiap tahap utama pada katabolisme atau
anabolisme biomolekul tertentu dikatalis oleh sistem multienzim. Perubahan kimiawi
berurutan yang terjadi pada setiap jalur utama metabolisme sebetulnya sama
didalam semua bentuk kehidupan.
Terdapat
Perbedaan-Perbedaan Penting Di Antara Lintas Katabolik Dan Anabolik Yang
Berhubungan
Lintas
katabolik dan lintas anabolik yang berhubungan, tetapi dengan arah yang
berlawanan di antara senyawa pemula tertentu dan produk tertentu biasanya
bersifat tidak identik. Lintas-lintas ini mungkin mempergunakan reaksi antara
yang berbeda atau reaksi-reaksi enzimatik yang berbeda pada tahap-tahap antara.
Mungkin kelihatannya suatu pemborosan akan adanya dua lintas metabolik diantara
dua titik tertentu, satu bagi katabolisme dan satu bagi anabolisme tetapi
terdapat alsan-alasan penting mengapa jalur katabolisme dan anabolisme yang
bersangkutan ini berbeda. Walaupun lintas katabolisme dan anabolisme yang
berkaitan tidak sama, tahap ke-III katabolisme yang terdiri dari siklus asam
sitrat dan beberapa enzim pembantu (gambar 5), bekerja sebagai daerah pertemuan
utama yang dapat dijangkau oleh kedua jalur katabolik dan anabolik. Hal ini
kadang-kadang disebut tahap amfibolik dari metabolisme. Tahap III dipergunakan
secara katabolik untuk melengkapi degradasi molekul kecil yang diturunkan dari
tahap ke II katabolisme, tetapi tahap ini juga dipergunakan secara anabolik,
untuk menjadikan molekul-molekul kecil ini sebagai pemula bagi biosintesis asam
amino, asam lemak, dan karbohidrat.
Atp
Membawa Energi dari Reaksi Katabolik Ke Reaksi Anabolik
Molekul
nutrien yang kompleks seperti glukosa mengandung banyak energi potensial karena
derajat tingkat struktural yang tinggi. Jika molekul glukosa terurai oleh
oksidasi membentuk produk akhir kecil yang sederhana CO2 dan H2O
banyak energi bebas yang dilepaskan dan menjadi tersedia bagi reaksi lain.
Energi bebas adalah bentuk energi yang mampu melakukan kerja pada kondisi suhu
dan tekanan tetap. Akan tetapi, kecuali terdapat beberapa cara untuk menangkap
dan mempertahankan energi bebas yang dilepaskan jika glukosa teroksidasi,
energi ini hanya akan muncul sebagai panas. Sejumlah besar energi yang
dibebaskan dari glukosa dan bahan bakar selular lainnya pada proses katabolisme
disimpan oleh sintesis Atp dari Adp (gambar 6) dan fosfat anorganik yang
terjadi bersamaan.
Gambar 6. Adenosin trifosfat (ATP) dalam bentuk ionnya pada pH
7,0.
(sumber animalcellbiology.wordpress.com).
Energi
kimia tersebut yang disimpan dalam bentuk ATP, dapat melangsungkan empat jenis
kegiatan (gambar 7). ATP dapat memberikan energi yang diperlukan bagi kerja
kimia pada biosintesis. Didalam proses ini gugus fosfat terminal atau gugus ATP
dipindahkan secara enzimatik kepada molekul pemula, unit pembangun, yang
karenanya, menjadi kaya energi dan siap untuk disusun menjadi makromolekul. ATP
juga merupakan sumber energi bagi motilitas dan kontraksi sel, dan bagi
transport nutrien melalui membran, melawan gradien konsentrasi. Energi ATP Juga
dipergunakan secara tidak terlihat untuk menjamin pemindahan informasi genetik
secara tepat selama biosentesis DNA, RNA, dan protein. Memang informasi itu
sendiri merupakan suatu bentuk energi. Bila energi kimia ATP dipergunakan untuk
melaksanakan kerja sel, gugus fosfat terminalnyya dilepaskan (gambar 6) sebagai fosfat anorganik, dan ADP, bentuk
miskin energi dari sistem pembawa energi. ADP dapat diisi kembali oleh suatu
gugus fosfat, sehingga ATP dihasilkan kembali, didalam reaksi yang berkaitan
dengan degradasi bahan bakar sel yang menghasilkan energi.
Gambar 7.
Aktifitas sel yang membutuhkan energi tergantung kepada transmisi energi oleh
ATP, yang terurai menjadi ADP dan fosfat. (sumber biologymad.com).
NADPH Membawa Energi Dalam
Bentuk Tenaga Pereduksi
Cara kedua untuk membawa energi kimia dari reaksi-reaksi katabolisme
menuju reaksi biosintesis yang memerlukan energi adalah dalam bentuk atom
hidrogen atau elektron. Pada pembentukan glukosa dari karbon dioksida selama
fotosintesis, atau pada pembentukan asam lemak dari asetat didalam hati hewan,
tenaga pereduksi dalam bentuk atom hidrogen diperlukan bagi reaksi reduksi
ikatan ganda menjadi ikatan tunggal. Supaya menjadi efektif sebagai senyawa
pereduksi, atom hidrogen harus memiliki energi bebas. Atom hidrogen berenergi
tinggi ini diperoleh dari bahan bakar sel oleh kerja dehidrogenase, yang mengkatalisis
pemindahan atom hidrogen dari molekul bahan bakar kepada koenzim spesifik,
terutama kepada bentuk teroksidasi nikotinamida adenin dinukleotida fosfat
(NADP+) (gambar 8).
Gambar 8.
Nikotinamida adenin dinukleotida fosfat dalam bentuk tereduksinya NADPH.
(sumber romerlabs.com).
Metabolisme
Sel Merupakan Proses Ekonomis Yang Diatur Ketat
Metabolisme
sel agaknya beroperasi menurut prinsip-prinsip ekonomi maksimum, kecepatan
reaksi keseluruhan dari katabolisme penghasil energy dikontrol oleh kebutuhan
sel akan energi dalam bentuk ATP dan NADPH, tidak hanya oleh ketersediaan atau konsentrasi
bahan bakar sel. Jadi, sel mengkonsumsi
nutrient dalam jumlah cukup (tidak berlebihan) untuk mengatasi kecepatan
penggunaan energy pada setiap waktu. Demikian pula, kecepatan biosintesis
molekul unit pembangun dan makromolekul sel. Juga disesuaikan untuk tiap-tiap asam amino
dari ke-20 jenis ini, pada kecepatan dan jumlah tepat yang dapat mencukupi
penyusunan dari hanya protein baru yang diperlukan pada saat tersebut, sehingga
tidak ada di antara ke-20 asam amino yang di produksi dalam jumlah berlebih,
dan menjadi terbuang.
Lintas
katabolic bersifat amat sensitive dan responsive terhadap perubahan kebutuhan
energi sebagai contoh, jika seekor lalat terbang dengan kecepatan penuh,
kecepatan konsumsi oksigen dan bahan bakarnya meningkat ratusan kali dengan
waktu kurang dari satu detik, karena diperlukan peningkatan konsumsi ATP secara
tiba-tiba, oleh otot lintas yang memberikan energy sebagai ATP mampu bereaksi
terhadap kebutuhan metabolic dengan cepat dan dengan sensitivitas tinggi.
Lintas
Metabolik Diatur pada Tiga Tahap
Bentuk
regulasi yang pertama dan paling cepat memberikan respon adalah melalui kerja
enzim alosterik, yang mampu mengubah aktivitas katalitiknya sebagai respon
terhadap molekul efektor pemberi rangsangan atau penghambat. Enzim alosterik
biasanya terletak pada, atau didekat permulaan dari suatu urutan multienzim,
dan mengkatalisis tahap yang membatasi kecepatanya, yang biasanya merupakan
reaksi tidak dapat balik, pada lintas katabolic, yang menuju kepada pembentukan
ATP dari ADP produk akhir ATP seringkali berfungsi sebagai penghambat alosterik
pada tahap awal katabolisme. Pada lintas anabolic, produk akhir sintetik
seperti asam amino, seringkali berfungsi sebagai penghambat alosterik pada
tahap awal.
Kontrol
metabolik pada tahap kedua pada organisme tingkat tinggi oleh pengaturan
hormone (gambar 9). Hormon adalah pembawa organ kimiawi yang disekresi oleh
berbagai kelenjar endokrin dan diangkut oleh darah menuju jaringan atau organ
spesifik, tempat hormone melakukan rangsangan atau hambatan beberapa aktivitas
metabolic spesifik. Sebagai contoh hormone adrenalin, yang disekresi oleh bagian
medulla dari kelenjar adrenal, diangkut oleh darah menuju hati. Pengikatan
adrenalin merupakan isyarat yang akan disampaikan kepada bagian dalam sel, yang
akhirnya menyebabkan pengubahan kovalen dari bentuk glikogen fosforilase yang
kurang aktif menjadi lebih aktif. Enzim ini adalah enzim pertama di dalam
urutan reaksi yang bertujuan membentuk glukosa dan produk lainnya dari
glikogen.
Tahap
ketiga regulasi metabolik dilaksanakan melalui pengontrolan konsentrasi enzim
tertentu didalam sel. Konsentrasi suatu enzim pada waktu tertentu merupakan
akibat dari kesimbangan diantara kecepatan sintesa dan kecepatan degradasinya.
Sebagai contoh, jika seekor hewan diberikan diet berkarbohidrat tinggi dan
berprotein rendah enzim hati yang secara normal menguraikan asam amino menjadi
asetil-KoA terdapat pada konsentrasi yang rendah. Karena terdapat hanya sedikit
kebutuhan bagi enzim ini selama hewan dipertahankan pada diet protein rendah,
enzim dengan sendirinya tidak dibuat dalam jumlah besar. Tetapi, jika hewan diberikan
diet yang kaya akan protein dalam sehari, hatinya akan memperlihatkan
peningkatan cukup tinggi konsentrasi enzim yang dibutuhkan dalam degradasi asam
amino yang masuk. Jadi, sel hati dapat “menghidupkan” atau “mematikan.”
Biosintesis enzim-enzim tertentu, tergantung pada sifat-sifat zat makanan yang
masuk. Proses ini disebut induksi enzim.
Gambar 9.Regulasi
hormon terhadap suatu reaksi enzimatik. (sumber virtual.yosemite.cc.ca.us ).
Metabolisme
sekunder
Terdapat
lintas metabolic yang memiliki densitas aliran yang jauh lebih kecil, termasuk
pembentukan dan penguraian senyawa dalam jumlah hanya milligram per hari.
Lintas ini menyusun metabolisme sekunder sel, termasuk pembentukan
produk-produk khusus yang diperlukan oleh sel hanya dalam jumlah sedikit.
Lintas metabolic sekunder ini terlibat didalam biosintesis koenzim dan hormone,
contohnya yang dibuat dan dipergunakan hanya dalam jumlah sangat sedikit.
Lintas sekunder metabolisme di dalam berbagai bentuk kehidupan menghasilkan
ratusan biomolekul yang sangat khusus seperti,
nukleotida,pigmen,toksin,antibiotic, dan alkaloid. Produk-produk ini sangat
penting bagi kehidupan organisme yang membuatnya, yang masing-masing mempunyai
tujuan biologis spesifik, senyawa ini dibuat oleh lintas sekunder khusus yang
tidak selalu diketahui detailnya.
Terdapat
Tiga Pendekatan Utama terhadap Identifikasi Urutan Metabolik
Cara
pertama dan yang paling langsung adalah mempelajari lintas “in vitro” (bahasa
Latin, artinya “ didalam gelas”, yaitu didalam tabung reaksi) dalam ekstrak
jaringan bebas sel yang mampu mengkatalisis proses metabolic yang alan
diselidiki secara keseluruhan. Sebagai contoh, sejak pertengahan tahun 1800, telah
diketahui bahwa ragi mengubah glukosa menjadi etanol dan CO2.. Selanjutnya,
ditemukan bahan pemecah glukosa pada ekstrak tersebut memerlukan tambahan
fosfat anorganik yang menghilang dari ekstrak dengan terkonsumsi glukosa. Lalu,
ditemukan bahwa suatu senyawa turunan heksosa fosdat, terkumpul di dalam
medium, yang memiliki semua sifat-sifat yang diharapkan dari suatu senyawa
antara dalam pengubahan glukosa menjadi etanol dan CO2. Dengan
kombinasi pendekatan tersebut, pada akhirnya dapat diisolasi dan diidentifikasi
11 metabolit yang merupakan senyawa antara di dalam pengubahan glukosa menjadi
etanol pada ragi. Masing-masing dari ke-11 enzim yang terlibat di dalam urutan
reaksi ini telah diisolasi dan dimurnikan.
Mutan
Organisme Membantu Identifikasi Tahap-tahap Antara Di dalam metabolisme
Pendekatan
penting lain untuk menerangkan lontas metabolic adalah penyelidikan mutasi
genetik dari organisme yang kandungan salah satu enzimnya tidak dapat
disintesis dalam bentuk aktif. Kerusakan ini, jika tidak fatal, mungkin mengakibatkan penumpukan dan
ekskresi substrat oleh enzim yang rusak itu. Marilah kita lihat bagaimana mutan
tersebut dipergunakan. Sel normal atau nonmutan kapang yang telah dikenal
Neurospora crassa, dapat tumbuh pada medium sederhana yang mengandung glukosa
sebagai satu-satunya sumber karbon dan ammonia sebagai satu-satunya sumber
nitrogen. Akan tetapi jika spora Neurosporadisinaari dengan sinar-x, beberapa
sel mutan akan muncul. Sel ini tidak lagi mampu tumbuh pada medium sederhana,
tapi akan tumbuh jika medium tersebut di berikan suplemen metabolic spesifik.
Contohnya mutan Neurospora tertentu akan tumbuh secara normal jika medium dasar
diberikan suplementasi asam amino arginin, yang tidak diperlukan oleh sel
normal (bukan mutan) pada mutan tersebut, salah satu dari jumlahnya kurang
enzim yang diperlukan di dalam sintesis arginin dari amonia terbukti mengalami
kerusakan atau jumlahnya kurang.
Mutan
Neurospora yang mengalami kerusakan
di dalam kemampuannya membuat arginin tidak semuanya sama, mutan-mutan ini
berbeda dalam tahap spesifik pada biosintesis arginin yang bersifat defektif
ini (gambar 10). Jika mutan I ditumbuhkan dengan penambahan arginin dalam
jumlah sedikit dan terbatas, sel akan tumbuh sampai semua arginin habis
dipergunakan pada sintesis protein sel. Bersamaan dengan itu precursor D yang
terhambat akan terakumulasi pada medium kultur karena senyawa ini tidak dapat
terubah menjadi arginine. Jika kita sedang memindahkan sel mutan I dari medium
kulturnya dengan filtrasi dan menggantikan sel-sel ini dengan sel mutan “tanpa
arginin” yang lain, yang ditunjukan sebagai mutan II yang tidak dapat membuat
senyawa antara D, medium kultur dari mutan I akan menunjang pertumbuhan mutan
II karena medium ini menyediakan pemula D. Akan tetapi, medium mutan II yang
telah tersaing, tidak akan menunjang pertumbuhan sel mutan I. Pemula yang
dihasilkan oleh mutan I karenanya dapat dianalisis pemula A,B,C,dan D bagi
arginin pada akhirmya akan teridentifikasi. Lintas biosintesisberbagai asam
amnio pertama-tama diketahui dengan presedur pemberian makan silangini dengan
mempergunakan mutan auksotropik dari Neurospora
crassa atau E.coli.
Gambar
10.Mutan auksotrof neurospora crassa dengan enzim yang mengalami kerusakan
(warna hitam). (sumber fgsc.net).
Pelacak
Isotop Memberikan Metode Ampuh Bagi Penyelidikan Metabolisme
Dengan
menggunakan suatu isotop unsur tertentu. Sebagai contoh, isotop radioaktif 14C
(verat atom normal atau rata-rata karbon adalah 12.01) seringkali dipergunakan
untuk mencirikan atom karbon tertentu pada molekul organic. Molekul berciri 14C
tersebut tidak dapat dibedakan secara kimia dari molekul normal yang tidak
berciri, tetapi dapat dengan mudah dideteksi dan diukur melalui sifat
radioaktivitasnya. Metode pelacakan isotope dapat juga dipergunakan untuk
menentukan kecepatan proses metabolic didalam organisme utuh. Salah satu dari
kemajuan bahwa komponen mikromolekuler sel dan jaringan mengalami perputaran
metabolic secara terus-menerus, yaitu komponen itu berada dalam keadaan
tetap-dinamik didalam sel, ditengah-tengah terjadinya biosintesis yang diatasi
oleh kecepatan degradiasi yang tepat sama. Sebagai contoh pengukuran isotope
telah memperlihatkan bahwa protein hati tikus mempunyai waktu paruh kira-kira 5
sampai 6 hari.
Lintas
Metabolisme Dipisah-pisahkan di dalam Sel
Ada
2 kelas utama dari sel, prokaryotic dan eukaryotic, yang amat berbeda pada
ukuran, struktur internal,dan susunan genetic serta metaboliknya. Sel
prokaryotic, yang mencakup bakteri dan ganggang hijau-biru, berukuran amat
kecil, dan merupakan sel-sel sederhana dengan hanya system membrane tunggal,
yang mengeliligi sel, sel ini tidak memiliki ruang-ruang yang dipisahkan oleh
membrane internal tetapi terdapat pengelompokan beberapa system enzim sampai tingkat
tertentu didalam bakteri (gambar 11). Sebagai contoh, kebanyakan enzim yang
berpartisipasi di dalam biosintesis protein terletak didalam ribosom, dan
beberapa enzim yang berartisipasi didalam biosintesis fosfoipid terletak
didalam membrane bakteri.
Sel
eukaryotik, yang mencakup hewan dan tumbuhan tingkat tinggi, selain jamur, protozoa,
dan ganggang tingkat tinggi, berukuran lebih jauh besar dan lebih kompleks
dibandingkan dengan sel prokaryotik. Selain pembungkus sel, sel eukaryotik
memiliki inti sel yang dikelilingi membran, yang mengandung beberapa atau
banyak kromosom. Sel ini mengandung organel internal bermembran. Didalam sel
eukaryotik, enzim yang mengkatalisis lintas metabolic seringkali terletak di
dalam organel spesifik atau kompartemen. Cara mengetahuinya dengan cara
jaringan hewan atau tumbuhan dihomogenasi secara perlahan-lahan didalam medium
sukrosa isotonic, proses ini akan merusak membrane plasma, tetapi membiarkan
hampir semua organel internalnya tetap utuh. Sukrosa dipergunakan karena
senyawa ini tidak dapat melalui membrane dengan mudah, dan karenanya tidak menyebabkan organel internal seperti
kloroplas dan mitokondria menggelembung. Organela subseluler seperti inti sel
dan mitokondria, dan bagian lain yang diperoleh dengan cara ini dapat diuji
kemampuannya dalam melakukan katalisis suatu ukuran metabolic tertentu, dari pendekatan
ini, telah ditemukan bahwa berbagai lintas metabolic berlangsung pada berbagai
lokasi intraseluler didalam eukaryotik. Contoh seluruh urutan enzim yang terlibat
di dalam pengubahan glukosa menjadi laktat di dalam beberapa sel terletak di
dalam sitosol, yang me
rupakan bagian terlarut dari
sitoplasma sel, sedangkan enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam
mitokondria. Seperti juga enzim-enzim transport electron dan enzim-enzim yang
terlibat dalam penyimpanan energy oksidatif sebagai ATP.
Gambar 11.Lokalisasi beberapa aktivitas metabolik di dalam sel
bakteri.
(sumber uic.edu).
C.
RANGKUMAN
Organisme dapat diklasifikasikan berdasarkan
kebutuhan karbonnya. Autrotrof dapat menggunakan karbon dioksida, sedangkan
heterotrof membutuhkan karbon dalam bentuk organik tereduksi, seperti glukosa.
Banyak sel autotrof, seperti sel tanaman hijau, memperoleh energinya dari sinar
matahari, heterotrof memperoleh energi dari oksidasi nutrien organik.
Metabolisme antara dapat dibagi
menjadi katabolisme, yang merupakan degradasi molekul nutrien yang kaya akan
energi, dan anabolisme yang merupakan biosintesis komponen baru sel.
Katabolisme dan anabolisme dijalankan dalam tiga tahap utama. Pada tahap
pertama katabolisme, polisakarida, lipid, dan protein diuraikan secara
enzimatik menjadi sebagai produk utama, dan pada tahap kedua, unit pembangun dioksidasi
menjadi asetil Ko-A dioksidasi menjadi karbon dioksida. Lintas katabolik
menyatu menjadi lintas akhir bersama, sedangkan lintas anabolik menyebar
menghasilkan banyak produk-produk biosintetik yang berbeda, dari hanya sedikit
pemula. Lintas anabolik dan katabolik yang setara tidak bersifat identik
ditinjau dari segi enzimatik, lintas –lintas ini diatur secara berbeda, lintas
ini seringkali terletak pada bagian-bagian sel yang tidak sama. Katabolisme
molekul nutrien disertai dengan tersimpannya beberapa bagian energi nutrien
dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP). ATP berfungsi sebagai pembawa energi
kimia dari reaksi-reaksi katabolik menuju proses selular yang membutuhkan
energi, biosintesis, kontraksi atau pergerakan, transpor melalui membran, dan
transfer informasi genetik. Energi kimia dalam bentuk tenaga pereduksi juga
diangkut dari lintas katabolik menuju lintas anabolik sebagai koenzim NADPH
tereduksi.
Metabolisme diatur oleh enzim
alosterik, oleh pengontrolan hormon, dan oleh pengaturan sintesis enzim. Lintas
metabolik dipelajari didalam ekstrak sel atau jaringan, sebagai sumber isolat
komponen enzim dan metabolik antara. Mikroorganisme yang menderita kelainan
genetik pada suatu lintasan tertentu (auksotrof) memberikan alat ampuh untuk
menganalisis lintas metabolik, seperti juga teknik pelacak isotop. Pada sel
eukariotik, enzim-enzim yang mengakatalisia berbagai lintas metabolisme
dipisah-pisahkan didalam organel-organel yang berbeda, seperti inti sel,
mitokondria, dan retikulum andoplasmik, yang dapat diisolasi untuk penelitian
langsung.
D.
TUGAS ATAU KEGIATAN
Peranan ATP sebagai sumber energi untuk
metabolisme di dalam tubuh berlangsung
dengan suatu mekanisme mendaur. ATP berperan sebagai alat angkut energi kimia
dalam reaksi katabolisme ke berbagai proses reaksi dalam tubuh yang membutuhkan energi, seperti
proses biosintesis, proses pengangkutan, proses kontraksi otot, proses pengaliran listrik dalam
sistem syaraf, dan proses pemancaran sinar (bioluminesensi) yang terjadi pada
organisme tertentu, seperti kunang-kunang.
Bagaimanakah siklus peranan ATP sebagai alat
angkut energi kimia dalam reaksi katabolisme ke berbagai proses reaksi dalam
tubuh yang membutuhkan energi !
E.
TES FORMATIF
1.
Apa yang dimaksud dengan metabolisme dan
berikan empat fungsi spesifiknya !
2.
Jelaskan keterkaitan katabolisme dan
anabolisme !
3.
Pada penguraian enzimatik dari masing-masing
nutrien penghasil energi utama pada sel (karbohidrat, lipid, dan protein)
berlangsung secara bertahap melalui sejumlah reaksi enzimatik yang berurutan.
Bagaimana tiga tahapan utama di dalam katabolisme aerobik ?
4.
Bagaimana tiga pendekatan utama dipergunakan
secara sendiri-sendiri atau secara gabungan, untuk mengetahui rincian kimiawi
metabolik ?
5.
Apa fungsi dari ATP ?
F.
UMPAN BALIK
Kunci Jawaban :
1.
Metabolisme adalah aktifitas sel yang amat
terenzim. Metabolisme memiliki empat fungsi spesifik yaitu untuk memperoleh
energi kimia dari degradasi sari makanan yang kaya energi dari lingkungan atau
dari energi solar, untuk mengubah molekul nutrien menjadi prekusor unit
pembangun bagi makromolekul sel, untuk menggabungkan unit-unit pembangun ini
menjadi protein, asam nukleat, lipida, polisakarida, dan komponen sel lain, dan
untuk membentuk dan mendegradasikan biomolekul yang diperlukan didalam fungsi
khusus sel.
2.
Katabolisme adalah reaksi
pemecahan molekul menjadi bentuk yang paling sederhana dan hanya mengandung
sedikit energi, menghasilkan ATP. Reaksi
katabolisme terbagi menjadi 3 tahap atau 4 tahap. Anabolisme adalah reaksi
penyusunan molekul sederhana (prekursor) menjadi bentuk yang lebih kompleks dan
menyimpan energi memerlukan ATP. Proses anabolisme berhubungan dengan katabolisme pada
tahap III, disebut sebagai tahap amphibolic.
3.
Tahap I, makromolekul sel dipecahkan menjadi unit-unit pembangun
utamanya. Jadi polisakarida dipecahkan menjadi heksosa atau pentosa, lipid
dipecahkan menjadi asam lemak, gliserol, dan komponen lain dan protein
terhidrolisis menjadi ke-20 komponen asam aminonya. Tahap II, berbagai produk
yang terbentuk didalam tahap I dikumpulkan dan diubah menjadi sejumlah (lebih
kecil) molekul-molekul yang lebih sederhana. Jadi, heksosa, pentosa, dan
gliserol dari tahap I diuraikan menjadi satu jenis senyawa antara 3-karbon,
piruvat, yang lalu diubah menjadi satu jenis unit 2-karbon, yaitu gugus asetil
dari asetil –koenzim A. Tahap III, gugus asetil dari asetil-KOA diberikan ke dalam
siklus asam sitrat, yaitu lintas akhir yang bersifat umum yang dilalui oleh
nutrien penghasil energi. Disini terjadi oksidasi nutrien, menghasilkan karbon
dioksida. Air dan amonia adalah produk akhir katabolisme lainnya.
4.
Cara pertama dan yang paling langsung adalah mempelajari lintas ‘in
vitro’, yaitu didalam ekstrak jaringan bebas sel yang mampu mengkatalisis
proses metabolik yang akan diselidiki secara keseluruhan. Selanjutnya,
ditemukan bahwa pemecahan glukosa pada ekstrak tersebut memerlukan tambahan
fosfat anorganik, yang akan menghilang dari ekstrak denga terkonsumsinya
glukosa. Lalu, ditemukan bahwa suatu senyawa turunan heksosa fosfat, terkumpul
didalam medium, yang memiliki semua sifat-sifat yang diharapkan dari suatu
senyawa antara dalam pengubahan glukosa menjadi etanol dan karbon dioksida.
Dengan kombinasi pendekatan tersebut, pada akhirnya dapat diisolasi dan
diidentifikasikan 11 metabolit yang merupakan senyawa antara didalam pengubahan
glukosa menjadi etanol pada ragi.
5.
ATP berfungsi sebagai pembawa energi kimia dari reaksi-reaksi katabolik
menuju proses selular yang membutuhkan energi, biosintesis, kontraksi atau
pergerakan, transport melalui membran, dan transfer informasi genetik.
Kriteria Ketuntasan :
1.
Point benar 15
2.
Point benar 20
3.
Point benar 25
4.
Point benar 25
5.
Point benar 15
DAFTAR
PUSTAKA
Arbianto,Purwo.
1993. Konsep-Konsep Dasar Biokimia.
Bandung: Departemen Pendidikan Dan Kebudayaan Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Proyek Pembinaan Tenaga
Kependidikan Pendidikan Tinggi.
Lehninger, Albert L. 1982. Dasar-Dasar Biokimia Jilid 2. Jakarta :
Erlangga.
Nino, Ramadhan.
2011. Biooenergetika Dan Metabolisme.
(online).
a91992_blogspot.com/2011/01/bioenergetika-dan-metabolisme.html.
diakses tanggal 12 november 2012.
Poedjadi, Anna. 1994. Dasar-Dasar Biokimia. Jakarta : UI-press.