Metabolisme

Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia diawali oleh substrat awal dan diakhiri dengan produk akhir yang terjadi didalam sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim. Didalam metabolisme meliputi Anabolisme (penyusun energy), dan Katabolisme (reaksi penggunaan energy).
Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu :


1. Anabolisme/ Asimilasi/ Sintesis
Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.
• Fotosintesis
Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan).
Yang digunakan dalam proses fetosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.
Reaksi kimianya :
cahaya
6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
clorofil
Fotosintesis hanya dapat terjadi pada tumbuhan yang berklorofil. Fungsi klorofil bagi tumbuhan dalam proses fotosintesis ini adalah mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia. Pada peristiwa ini diperlukan CO2 yang diambil dari udara, dan H2O yang diisap dari dalam tanah. Kedua zat tersebut di dalam klorofil diubah menjadi karbohidrat, dan dihasilkan pula senyawa sampingan berupa oksigen. Pembentukan karbohirat dari air dan CO2 dalam klorofil adalah melalui tahapan (fase) yang komplek.
Tahap-tahapnya :
- Reaksi terang
Reaksi terang berlangsung dengan adanya cahaya matahari. Pada reaksi ini, enrgi cahaya matahari merupakan sumber tenaga untuk membangkitkan ATP dan NADPH yang berasal dari ADP, P, NADP, dan H2O. Hasil sampingan dari proses ini adalah dibebaskannya O2. Reaksi terang secara sederhana adalah sebagai berikut :
18 ADP + 18 P + NADP + 12 H2O 12 NADPH + 6 O2 + 6H2O + energi

Reaksi terang berlangsung dalam grana dan memerlukan cahaya matahari. Terjadi pengurangan (pemecahan) air yang disebut fotolisis. Fotolisis menguraikan molekul air menjadi hidrogrn dan oksigen. Hidrogen ditangkap oleh moleku-molekul penerima hidrogen (NADP), sedangkan oksigen dilepas ke udara. Pada reaksi terang ini klorofil berperan mengubah energi cahaya menjadi energi kimia melalui transfer elektron. Klorofil yang terkena cahaya matahari akan melepaskan satu elektron, yang proses pemindahan elektronnya didsebut fosforilasi. Fosforilasi siklik adalah perjalanan elektron dari suatu tempat kembali ke tempat semula. Fosforilasi nonsiklik adalah elektron dilepas oleh klorofil dan tidak kembali ke klorofil tetapi ditangkap oleh aseptor elektron (NADPH2)

- Reaksi gelap (Siklus Calvin)
Reaksi gelap disebut juga reaksi sintesis. Reaksi ini berlangsung tanpa adanya cahaya matahari dan merupakan tahap sintesis yang sesungguhnya. Sumber energi reaksi ini adalah ATP dan NADPH dari reaksi terang. Selama reaksi gelap, CO2 ditambahkan ke suatu molekul yang disebut karbon akseptor dengan bantuan elektron dari hidrogen utnuk mensintesis karbohidrat.

Reaksi gelap berangsung di dalam stroma dan tidak memerlukan cahaya. Terjadi pembentukan karbohidrat (glukosa) dengan menggunakan energi ATP yang dibentuk saat reaksi terang.
Reaksi gelap secara sederhana adalah sebagai berikut :

6CO2 + 6 Akseptor + 18 ATP + 12 NADPH à C6H12O6 + 18 ADP + P + 12 NADPH+ akseptor
Gambar. Siklus Calvin
Reaksi gelap disebut juga siklus Calvin, tahap-tahapnya :
- Karboksilasi
Reaksi pengikatan (fiksasi) CO2 dari udara dengan senyawa organik yang mengandung 5 karbon yaitu RDP (Ribolusa Difosfat). Penggabungan ini membentuk senyawa organik 3 karbonn yaitu PGA (Phosphoglycerite Acid). RPD merupakan molekul yang terdapat dalam tumbuhan hijau dan mapu mengikat CO2.
- Reduksi
Terjadi proses reduksi PGA dengan menggukan hidrogen yang berasal dari NADPH2 dan menggunakan energi dari ATP yang dihasilkan saat reaksi terang. Hasil tahap ini adalah PGAL (Phosphoglyseraldehyde). Pada tiap siklus terbentuk 6 molekul PGAL.
- Regenerasi
Terjadi regenerasi RDP (dibentuk RDP kembasli) untuk mengikat CO2 sehingga fotosintesis berlanjut kembali. 6 molekul PGAL yang dibentuk pada tahap 2,5 molekul kembali membentuk RDP, sehingga hanya 1 molekul PGAL yang merupakan hasil reaksi gelap. Kemudian 2 molekul PGAL (3C) akan membentuk molekul glukosa (6C). selanjutnya molekul glukosa bergabung membentuk amilum.
Dari uraian di atas dapat diketahui, bahwa :
- proses fotosintesis terjadi secara bertahap
- pada reaksi terang dihasilkan ATP dan hidrogen yang akan dimanfaatkan untuk fiksasi CO2 dari udara pada saat reaksi gelap
- gas oksigen sebagai hasil pemecahan air (fotolisis) yang terjadi saat fiksasi CO2
- karbonhidrat merupakan hasil fiksasi CO2 dan hidrogen yang terjadi pada reaksi gelap
Faktor yang mempengaruhi fotosintesis :
- kelembaban
- intensitas cahaya
- konsentrasi CO2
- temperatur
- ketersediaan unsur
Fotosintesis pada bacteri (bacteri belerang), reaksinya :
6CO2 + 6H2S C6H12O6 + 6S2 + 6H2O
bacteriklorofil

• Kemosintesis
Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.

2. Katabolisme/ Dissimilasi
Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirad, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.

• Respirasi
Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan.
Respirasi meliputi proses enzimatis di dalam sel di mana glukosa, asam lemak dan asam amino diubah menjadi CO2 dan H2O dengan pengubahan energi dari zat makanan menjadi energi (ATP).
Respirasi aerob adalah reaksi katabolisme yang membutuhkan suasana aerobik sehingga dibutuhkan oksigen, dan reaksi ini menghasilkan energi dalam jumlah besar. Energi ini dihasilkan dan disimpan dalam bentuk energi kimia yang siap digunakan, yaitu ATP. Pelepasan gugus posfat menghasilkan energi yang digunakan langsung oleh sel untuk melangsungkan reaksi-reaksi kimia, pertumbuhan, transportasi, gerak, reproduksi, dll. Reaksi respirasi aerob secara sederhana adalah :

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
Proses respirasi aerob berlangsung dalam 4 tahap yang berurutan, yaitu :
a. Glikolisis
Glikolisis adalah peristiwa pengubahan glukosa (6 atom C) menjadi molekul yang lebih sederhana yaitu asam piruvat (3 atom C). Produk penting peristiwa glikolisis :
- 2 molekul asam piruvat
- 2 molekul NADH sebagai sumber elektron berenergi tinggi
- 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa
Untuk setiap molekul glukosa dapat menghasilkan empat moleku ATP tetapi dua molekul digunakan untuk beberapa reaksi kimia. 10 langkah peristiwa glikolisis yang menunjukan perubahan mulai dari glukosa kemudian semakin berkurang kekomplekan mlekulnya dan berakhir sebagai molekul asam pirufat.

b. Dekarboksilasi oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif adalah proses perubahan asam piruvat mejadi asetil koenzim A yang bersifat oksidatif. Dehidrogenasi dua molekul asam pirufat untuk menghasilkan dua asetil koenzim A dan dua CO2 di dalam mitokondria dan pemindahan selanjutnya dari pasangan dua elektronnya ke oksigen.


c. Siklus Krebs (siklus asam sitrat/ reaksi siklik)
Siklus Krebs adalah proses pengubahan jumlah atom karbon (C) dengan bantuan enzim dehidrogenase dan enzim dekarboksilase. Siklus Krebs berlangsung dalam dalam mitokondria. Pada siklus ini terjadi perubahan asetil ko-A dan pemecahan rantai karbon pada glukosa. Dalam proses ini dihasilkan 2 molekul ATP.
Urutan peristiwa kimia yang terjadi pada siklus Krebc cukup kompleks seperti urutanberikut :
- Asam piruvat yang berasal dari glikolisis, selanjutnya masuk ke siklus Krebs setelahbereaksi dengan NAD+ (nikotinamid adenine dinucleotide), dan ko enzim A atau ko A (Co A), membntuk senyawa asetil ko A . Dalam peristiwa ini dihasilkan CO2 dan NADH. Perubahan kandungan C adalah dari 3C (asam piruvat) menjadi 2C asetil ko A.
- Peristiwa selanjutnya adalah reaksi antara asetil ko A (2C) dengan asam oksalo asetat (4C), dan terjadilah asam sitrat (6C). Dalam peristiwa ko A dibebaskan kembali.
- Selanjutnya asam sitrat (6C) bereaksi dengan NAD+ membentuk asam alfa ketoglutarat (5C) dengan membebaskan CO2.
- Peristiwa berikutnya agak komoleks, yaitu pembentukan asam suksinat dan menghasilkan ATP setetah bereaksi dengan NAD+ dan membebaskan NADH, CO2, dan menghasilkan ATP setelah bereaksi denga ADP dan asam fosfat anorganik.
Gambar. Glikolisi
- Asam suksinat yang terbentuk kemudian akan bereaksi dengan FAD (flavin adenin dinucleotide) dan membentuk asam malat (4C),dengan membebaskan FADH2.
- Asam malat (4C) kemudian beraksi dengan NAD+ dan membentuk asam oksalo asetat (4C) dengan membebaskan NADH. Karena asam oksalo asetat akan kembali bereaksi dengan asetil ko A sepreti pada langkah ke-2 di atas.



d. Transpor elektron repirasi
Transpor elektron berlangsung di membran dan mitokondria, dan berakhir setelah elektron bersama-sama dengan H+ menuju dan akhirnya bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir, membentuk H2O. Reaksinya kompleks, tetapi hal ini yang berperan penting adalah NADH, FAD dan molekul-molekul khusus yang berperan dalam respirasi, seperti Flavo protein, Ko Q, serta beberapa sitokrom. Di kenal ada beberapa sitokrom, yaitu sitokrom c1, c, a, dan a3. Elektron berenergi tinggi pertama-tama berasal dari NADH, kemudian ditransfer ke FMN (flavin mono nucleotide) dan selanjutnya ke Q. Sitokrom c1, c, a, a3 , dan selanjutnya berikatan dengan ion H+ yang diambil da ri lingkungan sekitarnya sehingga terjadi reaksi yang membentuk H2O.

Secara sederhana reaksinya 24 e + 24 H+ + 6O2 12H2O.

Jadi hasil akhir proses ini adalah terbentuknya H2O sebagai hasil sampingan respirasi.
Proses respirasi tesebut dapat diringkas sebagai berikut :
- Glukosa + 2P + 2NAD+ à 2 piruvat + 2 NADH + 2H+ + 2H2O + 2 ATP
- 2 NADH + 2 Ko A + 6P + 6 ADH + O2 à 2 NAD+ + 8 H2O + (4 – 6) ATP
- 2 piruvat + 2 Ko A + 6P + O2 à 2 aetil Ko A + 2 CO2 + H2O + 6 ATP
- 2 asetil Ko A + 24P 24ADP + 4 O2 à 2 Ko A –SH + 4CO2 + 26 H2 24 ATP
- 4 ATP untuk sel prokaryotik
- 6 ATP untuk sel eukaryotik
Jadi dari 1 molekul glukosa bila direspirasi secara aerob akan menghasilkan 36 – 38 ATP
Seluruh persamaan dapat ditulis :
Glukosa + 38 ADP +6O2 6CO2 + 44 H2O + 38 ATP

Respirasi anaerob merupakan salah satu proses katabolisme yang tidak menggunakan oksigen bebas sebagai penerima atom hidrogen ( H ) terakhir, tetapi menggunakan senyawa tertentu ( seperti : etanol, asam laktat ) . Respirasi Anaerob meliputi :
• Fermentasi
Pada kebanyakan tumbuhan den hewan respirasi yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada sesuatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama lainnya adalah respirasi anaerob. Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/asam susu dan fermentasi alkohol.
Kedua arah lintasan metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada senyawa organik, penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu percepatan reaksi kimia disebut katalis. Pada setiap arah metabolisme, reaksi kimiawi melibatkan sejumlah substrat yang bereaksi dengan dikatalisis enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan senyawa intermediat, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya. Keseluruhan pereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi disebut metabolom.

DOWNLOAD: untuk download file lebih lengkap lengkap tentang Metabolisme berupa .doc klik disini