Makalah Metabolisme

BAB I

PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang Masalah

Metabolisme sel adalah proses-proses pengubahan biokamis yang terjadi di dalam sel dan dapat di bedakan menjadi anabolisme atau penyusunan dan katabolisme atau penguraian. Penyusunan pada sel-sel hewan tidak seperti yang dalam sel tumbuhan, akan tetapi katabolismenya mempunyai kesamaan dengan sel tumbuhan meliputi peristiwa respirasi, yaitu pembokaran zat-zat makanan menjadi energi.

Metabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam organisme dan sel. Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks. Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolisme. Metabolism total merupakan semua proses biokimia di dalam organisme. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolisme, makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup.

B.       Rumusan Masalah

1.    Apa yang dimaksud metabolisme?

2.    Apa yang dimaksud dengan anabolisme dan katabolisme?

3.    Bagaimana proses glikolisis?

4.    Bagaimana proses siklus Krebs?

5.    Bagaimana proses fermentasi asam laktat?

C.      Tujuan Pembahasan

1.  Untuk mengetahui pengertian metabolisme.

2.  Untuk mengetahui pengertian anabolisme dan katabolisme.

3.  Untuk mengetahui langkah-langkah glikolisis.

4.  Untuk mengetahui langkah-langkah siklus Krebs.

5.  Untuk mengetahui proses fermentasi asam laktat.

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Metabolisme

Makhluk multiseluler, baik manusia, hewan, maupun tumbuhan tersusun atas jutaan sel. Tiap sel memiliki fungsi tertentu untuk kelangsungan hidup suatu organisme. Untuk menjalankan fungsinya, sel melakukan proses metabolisme. Metabolisme berasal dari bahasa Yunani, yaitu “metabole”  yang berarti perubahan. Metabolisme adalah perubahan seluruh reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Beberapa dari reaksi kimia itu menghasilkan pemecahan atau penguraian molekul organik. Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain.

Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim. Metabolisme melibatkan banyak komponen (molekul-molekul) yang terdapat di dalam sel. Komponen yang memiliki keterkaitan erat dengan metabolisme diantaranya enzim dan ATP.

Proses pemecahan molekul ini yang biasanya memecah molekul berukuran besar dan kompleks menjadi molekul berukuran kecil dan sederhana disebut katabolisme. Reaksi katabolisme pada umumnya melepaskan energi kimia yang dapat digunakan untuk melakukan bermacam-macam fungsi tubuh. Selain proses pemecahan terjadi juga proses pembentukan molekul berukuran besar dan kompleks dari molekul berukuran kecil dan sederhana. Proses ini merupakan kebalikan dari proses pemecahan, dikenal dengan istilah anabolisme.

Metabolisme terdiri dari katabolisme dan anabolisme yang dalam kenyataannya merupakan proses kimia yang rumit dan berlangsung di dalam sel. Karena prosesnya berlangsung di dalam sel, maka disebut metabolism sel. Di dalam sel, molekul organik mengalami perubahan secara terus menerus karena beberapa molekul dipecah-pecah, sedangkan molekul yang lain terlibat dalam proses sintesis.

Dalam proses metabolisme, enzim sangat diperlukan sebagai katalisator (senyawa yang dapat mempercepat proses terjadinya reaksi tanpa habis reaksi). Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat–zat yang bereaksi, dan dengan demikian dapat mempercepat proses reaksi. Penyusun utama suatu enzim adalah molekul protein yang disebut Apoenzim. Agar berfungsi sebagaimana mestinya, enzim memerlukan komponen lain yang disebut kofaktor. Kofaktor adalah komponen nonprotein berupa ion atau molekul. Berdasarkan ikatannya, kofaktor dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu gugus prostetik, ko-enzim, dan ion-ion anorganik.

Terdapat dua teori yang menjelaskan cara kerja enzim. Teori  lock and key  (kunci dan anak kunci) yang dikemukakan oleh  Emil Fischer, serta Teori  induced fit (induksi pas) yang dikemukakan oleh Daniel Kashland.

1) Teori Lock and Key

Menurut teori ini, cara kerja enzim mirip dengan mekanisme kunci dan anak kunci. Enzim diibaratkan sebagai gembok yang memiliki sisi aktif. Substrat diibaratkan sebagai anak kuncinya. Substrat memasuki sisi aktif enzim seperti anak kunci memasuki kunci gembok. Substrat tersebut, kemudian diubah menjadi produk. Produk ini kemudian dilepaskan dari sisi aktif dan enzim siap menerima substrat baru.

2) Teori  Induced Fit

Berdasarkan Teori  Induced Fit, enzim melakukan penyesuaian bentuk untuk berikatan dengan substrat. Hal ini bertujuan meningkatkan kecocokan dengan substrat dan membuat ikatan enzim substrat lebih reaktif. Molekul enzim memiliki sisi aktif tempat melekatnya substrat dan terbentuklah molekul kompleks enzim-substrat. Pengikatan substrat menginduksi penyesuaian pada enzim yang meningkatkan kecocokan dan mendorong molekul kompleks enzim-substrat berada dalam keadaan yang lebih reaktif. Molekul enzim kembali ke bentuk semula setelah produk dihasilkan

Teori  Induced fit menyatakan bahwa setiap substrat mempunyai permukaan yang pas dengan sisi aktif enzim.

Sebagai biokatalisator, enzim memiliki beberapa sifat antara lain:

a. Enzim hanya mengubah kecepatan reaksi, artinya enzim tidak mengubah produk akhir yang dibentuk atau mempengaruhi keseimbangan reaksi, hanya meningkatkan laju suatu reaksi.

b. Enzim bekerja secara spesifik, artinya enzim hanya mempengaruhi substrat tertentu saja.

c. Enzim merupakan protein. Oleh karena itu, enzim memiliki sifat seperti protein. Antara lain bekerja pada suhu optimum, umumnya pada suhu kamar. Enzim akan kehilangan aktivitasnya karena pH yang terlalu asam atau basa kuat, dan pelarut organik. Selain itu, panas yang terlalu tinggi akan membuat enzim terdenaturasi sehingga tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya.

d. Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit. Sesuai dengan fungsinya sebagai katalisator, enzim diperlukan dalam jumlah yang sedikit.

e. Enzim bekerja secara bolak-balik. Reaksi-reaksi yang dikendalikan enzim dapat berbalik, artinya enzim tidak menentukan arah reaksi tetapi hanya mempercepat laju reaksi sehingga tercapai keseimbangan. Enzim dapat menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain. Atau sebaliknya, menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawa tertentu. Reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut.

f. Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim adalah suhu, pH, aktivator (pengaktif), dan inhibitor (penghambat) serta konsentrasi substrat.

B. Fungsi Metabolisme Bagi Tubuh

• Pengubah Racun

Racun merupakan zat yang jelas tidak dibutuhkan oleh tubuh. Masuknya zat ini ke dalam tubuh tidak selamanya dilakukan dengan sengaja, sebagian besar malah justru tidak sengaja, alias keracunan. Dan tahukah Anda bahwa proses metabolisme ini bisa mengubah zat beracun menjadi senyawa yang sama sekali tidak beracun tidak hanya mengubahnya menjadi tidak beracun, metabolisme juga dapat mengeluarkan racun dari tubuh.

• Menjaga Kesehatan Tubuh

Metabolisme merupakan sebuah proses yang membantu tubuh untuk mengolah aneka zat yang masuk ke dalam tubuh. Hasil akhir dari pengolahan tersebut nantinya berperan dalam membentuk identitas kesehatan tubuh. Jika proses metabolime berjalan lancar, tubuh akan jauh lebih merasa sehat dan bugar.

• Penghasil Senyawa ATP

ATP merupakan senyawa kimia berenergi tinggi, tetapi mempunyai ikatan yang bersifat labil. Senyawa tersebut nantinya akan menyumbang energi pada proses-proses dalam metabolisme seperti fotosintesis, respirasi, sintesis protein, kemosintesis, dan lemak.

Fungsi spesifik dari proses metabolisme makhluk hidup adalah untuk menghasilkan enrgi kimia dalam bentuk ATP dari penguraian zat makanan dari lingkungan, mengubah molekul zat makanan menjadi prekusor pembangun biomolekul sel serta menyusun unit-unit pembangun menjadi protein, asam nukleat, lipida, polisakarida, dan komponen sel lain sebagai pembantuk dan perombak biomolekul.

1.      Anabolisme

Anabolisme adalah lintasan metabolisme yang menyusun beberapa senyawa organik sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks. Proses ini membutuhkan energi dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk.

Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida. Kedua, adalah aktivasi senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat.

Hasil-hasil anabolisme berguna dalam fungsi yang esensial. Hasil-hasil tersebut misalnya glikogen dan protein sebagai bahan bakar dalam tubuh, asam nukleat untuk pengkopian informasi genetik. Protein, lipid, dan karbohidrat menyusun struktur tubuh makhluk hidup, baik intraselular maupun ekstraselular. Bila sintesis bahan-bahan ini lebih cepat dari perombakannya, maka organisme akan tumbuh.

a) Anabolisme Lemak

Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.

Sintesis lemak dari karbohidrat:

Glukosa diurai menjadi piruvat  —>   gliserol

Glukosa diubah  —> gula fosfat  —> asetilKo-A —>   asam lemak

Gliserol + asam lemak —> lemak

Sintesis Lemak dari Protein:

Protein —>  Asam Amino protease

b) Anabolisme Protein

            Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida. Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

c) Kemosintesis

Kemosintesis merupakan reaksi anabolisme selain fotosintesis. Kemosintesis adalah konversi biologis satu molekul karbon atau lebih (biasanya karbon dioksida atau metana), senyawa nitrogen dan sumber makanan menjadi senyawa organik dengan menggunakan oksidasi molekul anorganik (contohnya, gas hidrogen, hidrogen sulfida) atau metana sebagai sumber energi. Kemosintesis adalah anabolisme yang menggunakan energi kimia. Energi kimia yang digunakan pada reaksi ini adalah energi yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yaitu reaksi oksidasi. Organisme autotrof yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof. Menurut Campbell et al. (2002), prokariota paling awal adalah organisme kemoautotrof yang mendapatkan energi dari bahan kimia anorganik dan menghasilkan energinya sendiri dan bukannya menyerap ATP. Hal ini disebabkan Hidrogen sulfide (H₂S) dan senyawa besi (Fe²⁺) sangat berlimpah di bumi purbakala, dan sel-sel primitive kemungkinan mendapatkan energi dari reaksi melibatkan senyawa tersebut. Beberapa arkhaea modern saat ini dapat bertahan hidup pada sumber mata air panas yang mengandung sulfur dan melakukan reaksi kimia yang membebaskan energi.

Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri nitrogen (Nitrosomonas dan Nitrosococcus).

Contoh:

Proses nitrifikasi, terdiri berlangsung dalam dua tahapan besar yang masing-masing diperankan oleh kelompok organisme yang berbeda:

1. Nitritasi yaitu oksidasi amonia menjadi nitrit oleh bakteri pengoksidasi ammonium (AOB). Proses ini dilakukan oleh kelompok bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus.

2. Nitratasi yaitu oksidasi senyawa nitrit (NO2-)  menjadi nitrat oleh bakteri nitrat atau nitrit bakteri pengoksidasi (NOB). Proses ini dilakukan oleh kelompok bakteri Nitrobacter.  

Nitrit bersifat beracun, umumnya tidak sampai mengumpul, karena reaksi nitrit menjadi nitrat jauh lebih besar dibanding perubahan ammonium menjadi nitrit. Ada dua jenis bakteri ototrof yang menonjol, mereka mendapatkan energi dari oksidasi N, sedangkan C diambil dari CO₂.

2.    Katabolisme

Katabolisme merupakan reaksi pemecahan atau penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi sederhana (anorganik) yang menghasilkan energi. Untuk dapat digunakan oleh sel, energi yang dihasilkan harus diubah menjadi ATP (Adenosin TriPhospat). ATP merupakan gugus adenin yang berikatan dengan tiga gugus fosfat. Pelepasan gugus fosfat menghasilkan energi yang digunakan langsung oleh sel, untuk melangsungkan reaksi-reaksi kimia, pertumbuhan, transportasi, gerak, reproduksi, dan lain-lain. Contoh katabolisme adalah respirasi sel, yaitu proses penguraian bahan makanan yang bertujuan menghasilkan energi. Sebagai bahan baku respirasi adalah karbohidrat, asam lemak, dan asam amino dan sebagai hasilnya adalah CO2 (karbon dioksida, air dan energi). Respirasi dilakukan oleh semua sel hidup, sel hewan maupun sel tumbuhan.

Katabolisme adalah proses yang menghasilkan energi yang dibutuhkan untuk semua aktivitas dalam sel. Dalam proses ini, sel-sel memecah molekul besar (terutama karbohidrat dan lemak) untuk melepaskan energi. Urutan yang paling umum dari reaksi katabolik pada hewan dapat dibedakan menjadi tiga tahapan utama. Pertama, molekul organik besar seperti protein, polisakarida, atau lemak dicerna menjadi molekul yang lebih kecil di luar sel. Kemudian, molekul-molekul yang lebih kecil ini diambil oleh sel-sel dan masih diubah menjadi molekul yang lebih kecil, biasanya asetil koenzim A (Asetil KoA), yang melepaskan energi. Akhirnya, kelompok asetil pada KoA dioksidasi menjadi air dan karbon dioksida pada siklus asam sitrat dan rantai transpor elektron, dan melepaskan energi yang disimpan dengan cara mereduksi koenzim Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD⁺) menjadi NADH. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirasi, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.

a.    Respirasi seluler (respirasi aerob)

Respirasi Aerob, yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen bebas, jadi oksigen merupakan senyawa penerima hidrogen terakhir. Reaksi respirasi merupakan reaksi katabolisme yang memecah molekul-molekul gula menjadi molekul anorganik berupa CO₂ dan H₂O. Tujuan respirasi adalah untuk mendapatkan energi melalui proses glikolisis. glukosa fosfat akan dipecah menjadi piruvat dan masuk ke dalam siklus Krebs. Selama glikolisis berlangsung dan dalam siklus Krebs akan dihasilkan gas CO₂ yang akan dikeluarkan dari dalam sel. Gas tersebut dengan berdifusi akan terkumpul dalam rongga-rongga antarsel dan bila tekanan telah cukup akan keluar dari jaringan.

Respirasi seluler adalah proses perombakan molekul organik kompleks yang kaya akan energi potensial menjadi produk limbah yang berenergi lebih rendah pada tingkat seluler. Pada respirasi sel, oksigen terlibat sebagai reaktan bersama dengan bahan bakar organik dan akan menghasilkan air, karbon dioksida, serta produk energi utamanya ATP. ATP (adenosin trifosfat) memiliki energi untuk aktivitas sel seperti melakukan sintesis biomolekul dari molekul pemula yang lebih kecil, menjalankan kerja mekanik seperti pada kontraksi otot, dan mengangkut biomolekul atau ion melalui membran menuju daerah berkonsentrasi lebih tinggi. Secara garis besar, respirasi sel melibatkan proses-proses sebagai berikut:

1)   Glikolisis

Kata glikolisis (glycolysis) berasal dari kata Gliko “gula” dan lisis “penguraian” yang berarti “penguraian gula”. Bahan baku glikolisis adalah glukosa. Senyawa ini terdiri atas molekul karbon, hydrogen, dan oksigen dengan rumus molekul C₆H₁₂O_6.. Glukosa, sejenis gula berkarbon-enam, dipecah menjadi dua gula berkarbon-tiga. Gula yang lebih kecil ini kemudian dioksidasi dan atom-atom yang tersisa disusun ulang untuk membentuk dua molekul piruvat. Proses ini bersifat anaerob (tidak membutuhkan oksigen bebas), akan tetapi jika memang ada, energy kimia yang disimpan dalam piruvat dan NADH dapat diekstraksi oleh siklus asam sitrat dan fosforalisasi oksidatif. Glikolisis berlangsung di sitosol.

       

Gambar: Proses Glikolisis

Tahap glikolisis

Urutan reaksi glikolisis dipisahkan menjadi dua fase, fase persiapan dan fase panen.

·         Tahap persiapan

Tahap persiapan adalah tahap di mana ada konsumsi ATP dan juga dikenal sebagai fase investasi. Fase panen adalah di mana ATP dihasilkan. Lima langkah pertama dari reaksi glikolisis dikenal sebagai fase persiapan atau investasi. Tahap ini mengkonsumsi energi untuk mengubah molekul glukosa menjadi dua molekul molekul gula tiga-karbon.

Langkah 1

Langkah satu dalam glikolisis adalah fosforilasi. Langkah ini Glukosa terfosforilasi oleh enzim heksokinase. Dalam proses ini, molekul ATP dikonsumsi. Sebuah gugus fosfat dari ATP ditransfer ke molekul glukosa untuk menghasilkan glukosa-6-fosfat.

Glukosa (C₆H₁₂O₆) + Heksokinase + ATP → Glukosa-6-fosfat (C₆H₁₁O₆P₁) + ADP

Langkah 2

Tahap kedua dari glikolisis merupakan reaksi isomerisasi. Dalam reaksi ini glukosa-6-fosfat diatur ulang menjadi fruktosa-6-fosfat oleh isomerase fosfat enzim glukosa. Ini adalah reaksi reversibel dalam kondisi normal sel.

Glukosa-6-fosfat (C₆H₁₁O₆P₁) + Phosphoglucoisomerase → Fruktosa-6-fosfat (C₆H₁₁O₆P₁)

Langkah 3

Pada langkah ketiga glikolisis adalah reaksi fosforilasi. Pada langkah ini enzim fosfofruktokinase yang mentransfer gugus fosfat untuk membentuk fruktosa 1,6-bifosfat. Molekul ATP lain yang digunakan dalam langkah ini.

Fruktosa 6-fosfat (C₆H₁₁O₆P₁) + + ATP fosfofruktokinase → Fruktosa 1,6-bifosfat (C₆H₁₀O₆P₂) + ADP

Langkah 4

Langkah ini dalam glikolisis adalah langkah destabilisasi, di mana aksi enzim aldolase memecah fruktosa 1,6-bifosfat menjadi dua gula. Gula ini isomer satu sama lain, mereka adalah dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida fosfat.

Fruktosa 1,6-bifosfat (C₆H₁₀O₆P₂) + aldolase → Dihidroksiaseton fosfat (C₃H₅O₃P₁) + gliseraldehida fosfat (C₃H₅O₃P₁)

Langkah 5

Langkah 5 glikolisis merupakan reaksi interkonversi. Di sini, enzim triose isomerase fosfat interkonversi molekul fosfat dihidroksiaseton dan gliseraldehida fosfat.

Dihidroksiaseton fosfat (C₃H₅O₃P₁) → gliseraldehida fosfat (C₃H₅O₃P₁)

Langkah ini menandai akhir dari persiapan atau fase investasi glikolisis. Jadi pada akhir di sini, molekul glukosa 6-karbon dibagi menjadi dua molekul tiga karbon dengan mengorbankan molekul ATP.

·         Tahap panen

Tahap kedua glikolisis dikenal sebagai fase panen dari glikolisis. Fase ini ditandai dengan keuntungan dari molekul yang kaya energi ATP dan NADH.

Langkah 6

Langkah glikolisis ini merupakan langkah dehidrogenasi. Enzim triose fosfat dehidrogenase, dehydrogenates gliseraldehida 3-fosfat dan menambahkan fosfat anorganik untuk membentuk 1,3- bifosfogliserat. Pertama, aksi enzim mentransfer sebuah H (hidrogen) dari gliseraldehida fosfat ke + NAD yang merupakan agen pengoksidasi untuk membentuk NADH. Enzim juga menambahkan fosfat anorganik dari sitosol ke gliseraldehida fosfat untuk membentuk 1,3- bifosfogliserat. Reaksi ini terjadi dengan kedua molekul yang dihasilkan pada langkah sebelumnya.

2 gliseraldehida fosfat (C₃H₅O₃P₁) + triose fosfat dehidrogenase + 2H- + 2P + 2NAD + → dua 1,3- bifosfogliserat

(C₃H₄O₄P₂) ⁺ + 2H + 2NADH

Langkah 7

Langkah 7 glikolisis adalah langkah fosforilasi tingkat substrat, di mana enzim phosphoglycerokinase mentransfer gugus fosfat dari 1,3- bifosfogliserat. Fosfat ditransfer ke ADP untuk membentuk ATP. Proses ini menghasilkan dua molekul molekul 3-fosfogliserat dan dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yang disintesis dalam langkah glikolisis ini.

2 molekul 1,3 bifosfogliserat (C₃H₄O₄P₂) + phosphoglycerokinase + 2 ADP → 2 molekul 3-fosfogliserat (C₃H₅O₄P₁) + 2 ATP

Langkah 8

Langkah glikolisis ini merupakan langkah mutase, terjadi di hadapan enzim mutase fosfogliserat. Enzim ini merelokasi fosfat dari posisi karbon ketiga 3-fosfogliserat molekul ke posisi karbon kedua, hasil dalam pembentukan ini 2-fosfogliserat.

2 molekul 3-fosfogliserat (C₃H₅O₄P₁) + fosfogliseratmutase → 2 molekul 2- fosfogliserat (C₃H₅O₄P₁)

Langkah 9

Langkah glikolisis ini adalah reaksi liase, yang terjadi dengan adanya enzim enolase. Dalam reaksi ini enzim menghilangkan molekul air dari 2-fosfogliserat untuk membentuk asam fosfoenolpiruvat (PEP)

2 molekul 2-fosfogliserat (C₃H₅O₄P₁) + enolase → 2 molekul asam fosfoenolpiruvat (PEP) (C₃H₃O₃P₁) + H₂O

Langkah 10

Ini adalah tahap akhir dari glikolisis yang merupakan langkah fosforilasi tingkat-substrat. Dalam kehadiran kinase enzim piruvat, ada transfer molekul fosfat bentuk molekul fosfoenolpiruvat anorganik ke ADP untuk membentuk asam piruvat dan ATP. Reaksi ini menghasilkan 2 molekul asam piruvat dan dua molekul ATP.

2 molekul PEP (C₃H₃O₃P₁) + piruvat kinase + 2 ADP→ 2 molekul asam piruvat (C₃H₄O₃) + 2 ATP

Reaksi ini menandai akhir dari glikolisis, dengan ini menghasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa.

Enzim yang terlibat dalam glikolisis adalah sebagai berikut:

• Heksokinase: Heksokinase adalah enzim fosforilasi, ia bertindak pada gula 6-karbon seperti galactose, fruktosa mannose, glukosa. Enzim ini membawa reaksi pada langkah pertama glikolisis. Dalam aksi glukosa enzim ini diubah menjadi glukosa-6-fosfat.
• Phoshphoglucoisomerase: Ini adalah enzim isomerisasi aldosa-ketose. Enzim phoshpoglucoisomerase adalah enzim mengkatalisis reaksi isomerisasi pada langkah kedua glikolisis, di mana glukosa 6-fosfat diubah menjadi fruktosa 6-fosfat.
• Phsophofructokinase: Enzim phsophorylates ini F ^ P menjadi fruktosa 1,6-bifosfat di langkah ketiga glikolisis. Reaksi ini terjadi dengan mengorbankan molekul ATP.
• Aldolase: Enzim ini mengkatalisis langkah keempat jalur glikolisis. Enzim aldolase membagi fruktosa 1,6 bispohsphate menjadi perantara dua molekul karbon, gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat.
• Triose Phsophate Isomerase: Ini adalah enzim isomerisasi. Enzim ini mengkatalisis langkah kelima glikolisis dimana DHAP yang isomerised ke gliseraldehida 3-fosfat.
• gliseraldehida dehidrogenase 3-fosfat: Enzim ini mengkatalisis langkah 6 glikolisis, di mana G3P yang terfosforilasi dan teroksidasi menjadi 1,3 bifosfogliserat dan NAD + direduksi menjadi NADH.
• fosfogliserat kinase: enzim ini mengkatalisis reaksi fosforilasi tingkat substrat. Dalam reaksi ini kinase enzim fosfogliserat memfosforilasi ADP untuk menghasilkan 3-fosfogliserat dan ATP.
• fosfogliserat mutase: Enzim ini mengkatalisis langkah kedelapan glikolisis. Ini adalah reaksi mutasi di mana enzim mendukung pembentukan 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat.
• Enolase: Enzim ini membawa reaksi dehidrasi sederhana. Molekul 2-fosfogliserat mengalami dehidrasi untuk membentuk fosfoenolpiruvat.
• Kinase piruvat: Enzim ini mengkatalisis langkah terakhir dari glikolisis. Ini adalah reaksi fosforilasi tingkat substrat – di mana gugus fosfat dari fosfoenolpiruvat ditransfer ke molekul ADP menghasilkan ATP kedua dari glikolisis dan piruvat.

2)  Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi Oksidatif atau disingkat dengan DO adalah proses perubahan Piruvat menjadi Asetilkoezim – A. Proses ini berlangsung karboksilasi Oksidatif ini di membran luar mitocondria sebagai fase antara sebelum Siklus Krebs (Pra Siklus Krebs) sehingga DO sering dimasukkan langsung dalam Siklus krebs. Reaksi oksidasi piruvat hasil glikolisis menjadi asetil koenzim-A, merupakan tahap reaksi penghubung yang penting antara glikolisis dengan jalur metabolisme lingkar asam trikarboksilat (daur Krebs). Reaksi yang diaktalisis oleh kompleks piruvat dehidrogenase dalam matriks mitokondria melibatkan tiga macam enzim (piruvat dehidrogenase, dihidrolipoil transasetilase, dan dihidrolipoil dehidrogenase), lima macam koenzim (tiaminpirofosfat, asam lipoat, koenzim-A, flavin adenin dinukleotida, dan nikotinamid adenine dinukleotida) dan berlangsung dalam lima tahap reaksi. 

Reaksi ini merupakan jalan masuk utama karbohidrat kedalam daur Krebs. Tahap reaksi pertama dikatalis oleh piruvat dehidrogenase yang menggunakan tiamin pirofosfat sebagai koenzimnya. Dekarboksilasi piruvat menghasilkan senyawa α-hidroksietil yang terkait pada gugus cincin tiazol dari tiamin pirofosfat. 

Pada tahap reaksi kedua α-hidroksietil didehidrogenase menjadi asetil yang kemudian dipindahkan dari tiamin pirofosfat ke atom S dari koenzim yang berikutnya, yaitu asam lipoat, yang terikat pada enzim dihidrolipoil transasetilase. 

Dalam hal ini gugus disulfida dari asam lipoat diubah menjadi bentuk reduksinya, gugus sulfhidril. Pada tahap reaksi ketiga, gugus asetil dipindahkan dengan perantara enzim dari gugus lipoil pada asam dihidrolipoat, kegugus tiol (sulfhidril pada koenzim-A).

Kemudian asetil ko-A dibebaskan dari sistem enzim kompleks piruvat dehidrogenase. Pada tahap reaksi keempat gugus tiol pada gugus lipoil yang terikat pada dihidrolipoil transasetilase dioksidasi kembali menjadi bentuk disulfidanya dengan enzim dihidrolipoil dehidrogenase yang berikatan dengan FAD (flavin adenin dinukleotida). Akhirnya (tahap reaksi kelima) FADH + (bentuk reduksi dari FAD) yang tetap terikat pada enzim, dioksidasi kembali oleh NAD + (nikotinamid adenin dinukleotida) manjadi FAD, sedangkan NAD + berubah menjadi NADH (bentuk reduksi dari NAD +).

3)   Siklus Krebs

Proses ini pertama kali ditemukan oleh Sir Hans Adolf Krebs (1930). Siklus Krebs disebut juga asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat. Tahapan ini terjadi di matrik mitokondria. Asetil ko-A direaksikan dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat dan membebaskan ko-A. Selanjutnya terjadi serangkaian reaksi kimia yang meregenerasi asam sitrat kembali menjadi asam oksaloasetat, inilah yang membuat proses ini menjadi suatu siklus.

Tahap siklus Krebs:

Tahap 1:

Asetil ko-A bereaksi dengan oksaloasetat dan menjadi sitrat dengan melibatkan enzim sitrat sintase, reaksi berlangsung dengan terjadinya kondensasi asetil ko-A dengan oksaloasetat dan membentuk sitril ko-A, kemudain sitril ko-A dihidrolisis menjadi sitrat dan ko-A.

Tahap 2:

Sitrat menjadi cis-sitrat dengan melibatkan enzim aconitase, yaitu dengan menghidrolisis sitrat yang merupakan isomer dari isositrat dan menghasilkan cis-asositat sebagai intermedietnya. Cis-aconitate menjadi isositrat, dalam reaksi ini juga melibatkan enzim aconitase dengan saling menukarkan atom H dengan gugus OH dari tahap kedua di atas.

Tahap 3:

 Terjadinya reaksi isositrat menjadi α-ketoglutarat dengan melibatkan enzim isositrat dehidrogenase, melalui proses dekarboksilasi oksidatif dari isositrat menjadi oksalosuksinat sebagai intermedietnya. Lalu CO2 meninggalkan oksalosuksinat yang kemudian berubah menjadi α- ketoglutarat. Reaksi ini menghasilkan NADH.

Tahap 4:

Suksinil ko-A menjadi suksinat yang melibatkan enzim suksinil ko-A sintase, dengan reaksi fosforilasi ikatan thioester dari suksinil dan ko-A yang banyak energinya. Langkah ini merupakan satu-satunya yang memberikan energi tinggi. GTP dihasilkan oleh beberapa reaksi thioester dan fosforilasi dari GDP.

Tahap 5:

Suksinat menjadi fumarat dengan melibatkan enzim suksinat dehidrogenase dengan reaksi oksidasi dua atom hidrogen dari suksinat terlepas menuju penerima, FAD. Lalu reaksi ini menghasilkan fumarat dan FADH₂.

Tahap 6:

Fumarat menjadi L-malat dengan melibatkan enzim Lmalase, dimana pada masuknya H₂O ke dalam fumarat yang kemudian menghasilkan L-malat.

Tahap 7:

L-malat menjadi oksaloasetat dimana pada reaksi ini terjadi oksidasi malat yang dihidrogenasi menjadi bentuk oksaloasetat denganakseptor NAD. Reaksi ini melibatkan enzim malat dehidrogenase dan menghasilkan NADH₂.

Tahap 8:

Reaksi oksaloasetat dengan asetil ko-A menjadi sitrat dengan melibatkan enzim sitrat sintase melalui reaksi kondensasi oksaloasetat dengan asetil ko-A menjadi sitril ko-A. Lalu sitril ko-A dihidrolisis lagi menjadi sitrat dan ko-A.

Enzim yang terlibat dalam siklus krebs:

NO	ENZIM	PERANAN
1	Akonitase	Mengubah asam sitrat menjadi asam isositrat
2	Asam isositrat dehidrogenase	Mengubah asam isositrat menjadi asam α ketoglutarat
3	Asam α ketoglutarat dehidrogenase	Mengubah asam α ketoglutarat menjadi asam suksinil CoA
4	Suksinat thiokinase	Mengubah suksinil CoA menjadi Suksinat
5	Suksinat dehidrogenase	Mengubah asam Suksinat menjadi fumarat
6	Fumarase	Mengubah asam fumarat menjadi asam L-Malat
7	Asam malat dehidrogenase	Mengubah asam L-malat menjadi oksaloasetat

4) Sistem Transpor Membran

            Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria maka kemudian STE juga dikatakan Fosforilasi Oksidatif Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH₂, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Dari Glikolisis 2 NADH, dari DO ada 2 NADH, dari Siklus Krebs 6 NADH dan 2 FADH₂. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a. NADH dan FADH ini berintegrasi dengan O₂ dan enzim sitokrom untuk menghasilkan air dan ATP. Setelah terintegrasi dengan melepaskan ion H+ maka NAD dan FAD kembali ketempat asalnya untuk mengikat ion H+ lagi, 2 NAD kembali ke sitoplasma untuk menghanbil ion H+ pada proses glikolisis, 2 NAD ke membran luar mitokondria untuk mengikat ion H+ pada peristiwa DO dan 6 NAD dan 2 FAD ke matriks mitokondria untuk mengikat ion H+ lagi.

            Pertama-tama, NADH dan FADH₂ mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH₂ melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H₂O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP.

Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP. Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH sebanyak 10 dan FADH₂ 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH₂ tersebut mengalami oksidasi. Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH₂. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil Glikolisis (2 ATP) dan siklus Krebs (2 ATP), maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP. Jadi dari satu molekul glukosa menghasilkan total 38 ATP. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.

b. Respirasi anaerob

       Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak menggunakan bantuan oksigen, namun menggunakan glukosa sebagai substratnya. Disebut sebagai proses fermentasi dan terjadi di sitoplasma.

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi.

Dalam keadaan normal, respirasi seluler organisme dilakukan melalui proses fosforilasi oksidatif yang memerlukan oksigen bebas. Sehingga hasil ATP respirasi sangat tergantung pada pasokan oksigen yang cukup bagi selnya. Tanpa oksigen elektronegatif untuk menarik electron pada rantai transport electron, fosforilasi oksidatif akan terhenti. Akan tetapi, fermentasi memberikan suatu mekanisme sehingga sebagian sel dapat mengoksidasi makanan dan menghasilkan ATP tanpa bantuan oksigen.

Contoh: Fermentasi asam laktat

Fermentasi asam laktat adalah respirasi yang terjadi pada sel hewan atau manusia, ketika kebutuhan oksigen tidak tercukupi akibat bekerja terlalu berat. Respirasi anaerobik dalam otot mamalia selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal), dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi yang mengasilkan asam laktat sebagai produk sampingannya. Akumulasi asam laktat inilah yang berperan dalam menyebabkan rasa kelelahan pada otot. Laktat yang terakumulasi sebagai produk limbah dapat menyebabkan otot letih dan nyeri, namun secara perlahan diangkut oleh darah ke hati untuk diubah kembali menjadi piruvat.

Respirasi anaerob ini menghasilkan energi yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan respirasi aerob. Jika respirasi aerob dapat menhasilkan 36 ATP, respirasi anaerob hanya menghasilkan 2 ATP per satu molekul glukosa. Karena respirasi aerob menghasilkan CO₂ dan H₂O sehingga disebut katabolisme sempurna. Sementara hasil dari fermentasi adalah senyawa yang masih reduktif, sehingga pembakaran yang dihasilkan tidak optimum seperti respirasi aerob.

BAB III

PENUTUP

A.      Simpulan

1.    Metabolisme adalah perubahan seluruh reaksi kimia yang terjadi di dalam sel.

2.    Enzim sangat diperlukan sebagai katalisator (senyawa yang dapat mempercepat proses terjadinya reaksi tanpa habis reaksi)

3.    Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks.

4.    Anabolisme terbagi menjadi: anabolisme lemak, anabolisme protein, dan kemosintesis.

5.    Kemosintesis merupakan salah satu proses pembentukan (anabolisme) untuk menghasilkan molekul organik berenergi.

6.    Katabolisme merupakan reaksi pemecahan atau penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi sederhana (anorganik) yang menghasilkan energi.

7.    Katabolisme terbagi menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob.

8.    Respirasi aerob yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transport electron.

9.    Respirasi anaerob yaitu fermentasi, contohnya fermentasi asam laktat.

10.    Fermentasi asam laktat adalah respirasi yang terjadi pada sel hewan atau manusia, ketika kebutuhan oksigen tidak tercukupi akibat bekerja terlalu berat.

B.       Saran

1.    Diharapkan setelah membaca makalah ini agar kita memahami proses metabolisme dalam tubuh hewan melalui membran sel.

2.    Apabila di dalam makalah ini terdapat suatu hal, baik itu perkataan, penulisan ataupun hal-hal lain yang menuju kearah kekeliruan mohon kiranya agar makalah ini dapat dikoreksi, karena sebagai manusia biasa tentunya penyusun pasti banyak melakukan kesalahan. Untuk itu, kami mengharapkan dari pembaca, khususnya kepada ibu pembimbing pembawa materi kuliah yaitu ibu Ayu Nirmala Sari, M. Si mohon kritik dan sarannya guna perbaikan penyusunan selanjutnya.

 DAFTAR PUSTAKA

Campbell. 2002. Biology. Terjemahan. Rahayu Lestari. Jakarta: Erlangga.

Kartolo, S, W. 1990. Prinsip-Prinsip Fisiologi Hewan, Bandung: Fakultas MIPA ITB.