Komponen-Komponen Utama Metabolisme

A. Komponen-Komponen Utama Metabolisme

Seperti telah disinggung pada bagian pendahuluan, untuk berlang- sungnya suatu proses metabolisme, dibutuhkan komponen-komponen penunjang. Tanpa komponen-komponen tersebut, peristiwa metabolisme tidak dapat berjalan dengan lancar. Di bawah ini akan dibahas komponen penunjang yang penting dalam metabolisme meliputi enzim, ATP, serta reaksi oksidasi dan reduksi.

Metabolisme

1. Enzim

Reaksi-reaksi dalam metabolisme adalah suatu peristiwa perubahan dari suatu bentuk ke bentuk lain. Untuk terjadinya perubahan dibutuhkan penyediaan energi untuk mengaktifkan reaksi yang disebut energi aktivasi. Setiap reaksi membutuhkan energi tersebut. Dalam suatu reaksi biokimia tanpa enzim, energi aktivasi yang dibutuhkan jauh lebih besar dibandingkan reaksi biokimia dengan bantuan enzim. Dengan kata lain, enzim dapat menurunkan energi aktivasi yang berarti kebutuhan energi menjadi berkurang dan reaksi menjadi lebih efisien. Jadi, dapat dikatakan bahwa enzim adalah suatu biokatalisator (katalis kehidupan). Perhatikan Gambar 2.1.

keadaan transisi keadaan tranmisi

reaksi tanpa reaksi tanpa dikatalisis (tanpa penambahan enzim) energi reaksi

reaksi tanpa dikatalisis dikatalisis tanpa enzim

reaksi dengan dikatalis (dengan penambahan enzim) reaksi dengan energi

reaksi dengan dikatalisis dikatalisis reaksi yang ditambah

enzim energi aktivasi

keadaan awal

energi aktivasi

keadaan akhir ∅ keadaan akhir ∅

perjalanan reaksi Sumber: Biological Science, Green

Gambar 2.1 Hubungan antara energi aktivasi dan kerja enzim sebagai katalis reaksi

Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa enzim adalah suatu katalis biologis yang sangat penting dalam suatu reaksi biokimia karena tanpa adanya enzim, reaksi tersebut akan berlangsung sangat lambat dan membutuhkan energi aktivasi yang tinggi dan kelangsungan hidup sel menjadi terganggu. Enzim dapat bekerja dalam reaksi pembentukan maupun penguraian. Contoh enzim yang bekerja dalam reaksi pembentukan adalah glutamin sintetase dengan reaksi sebagai berikut.

Glutamin sintetase

Asam glutamat + amonia + ATP ⎛⎛⎛∅ glutamin + air + ADP + P i

Contoh enzim yang bekerja dalam reaksi penguraian adalah maltase dengan reaksi sebagai berikut:

maltase

Zat tepung + air ⎛⎛⎛∅ maltosa

36 Biologi Kelas XII SMA dan MA

Karakteristik dan Mekanisme Kerja Enzim Enzim adalah suatu senyawa yang terdiri atas dua bagian (enzim lengkap/

holoenzim), yaitu bagian protein dan bagian bukan protein. Bagian protein disebut apoenzim dan bagian bukan protein disebut gugus protestik. Gugus prostetik yang berasal dari molekul anorganik (misalnya besi, tembaga, atau seng) disebut kofaktor, sedangkan gugus protestik yang berasal dari senyawa organik kompleks disebut koenzim (misalnya NADH, FADH, koenzim A).

Dalam sel hidup dapat terkandung beratus-ratus enzim untuk mengatalisis reaksi-reaksi yang berlainan. Sifat utama enzim adalah bersifat sangat spesifik, yaitu hanya dapat mengatalisis suatu reaksi tertentu, misalnya enzim sukrase hanya dapat mengatalisis reaksi perubahan dari sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa. Bahan tempat enzim bekerja disebut substrat, sedangkan hasil reaksinya disebut produk.

Spesifitas enzim berhubungan dengan strukturnya. Pada permukaan molekul enzim terdapat suatu area kecil yang disebut tapak aktif (active site) yang merupakan tempat terikatnya substrat dengan molekul enzim. Bentuk active site menentukan substrat yang dapat bereaksi dengan enzim tersebut untuk membentuk suatu produk. Kesesuaian antara permukaan substrat dan active site seperti kecocokan antara kunci dan anak kuncinya.

Sifat lain enzim adalah tidak ikut dalam reaksi. Berarti enzim hanya memproses substrat menjadi suatu produk tanpa ikut mengalami perubahan dalam reaksi tersebut sehingga enzim dapat digunakan kembali untuk mengatalisis reaksi yang sama pada kesempatan berikutnya. Jadi, secara umum enzim mempunyai sifat bekerja pada substrat tertentu, bekerja pada suhu tertentu, tidak ikut bereaksi, dan bekerja pada pH tertentu. Mekanisme kerja enzim dalam mengatalisis reaksi kimia suatu substrat menjadi suatu produk dapat dilihat pada Gambar 2.2.

substat

active site 2 3

1 5 enzim

produk

enzim (a)

(b)

a. Awal pembentukan kompleks enzim substrat.

b. Terbentuk kompleks enzim substrat dengan perubahan bentuk enzim.

c. Pembentukan produk dari substrat.

enzim (d) d. Produk dilepaskan dari enzim.

(c) enzim

Sumber: Essemtial of Biology, Hopson

Gambar 2.2 Mekanisme kerja enzim dalam mengatalisis reaksi kimia suatu substrat menjadi produk

Metabolisme

Dalam melakukan aktivitasnya, kecepatan reaksi enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor-faktor tersebut meliputi konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, temperatur dan pH.

2. ATP (Adenosin Trifosfat)

ATP adalah molekul koenzim yang tersusun dari ikatan adenin purin yang terikat pada gula yang mengandung 5 atom C, yaitu ribose dan tiga gugus fosfat (lihat Gambar 2.3). Seperti telah disinggung sebelumnya, energi yang dihasilkan dalam suatu reaksi metabolisme disimpan dalam bentuk ATP dan energi dalam bentuk ini sewaktu-waktu siap digunakan. Dengan demikian, ATP adalah sumber energi instan di dalam sel. Ketika sel membutuhkan energi, ATP dapat segera dipecahkan melalui proses hidrolisis (reaksi dengan air). Energi dalam bentuk ATP bersifat mobil dan dapat ditranpor serta digunakan di seluruh bagian sel. Karena perannya dalam menyimpan energi, ATP sering disebut sebagai penyimpan energi universal.

Apabila energi yang dikandung NH 2 dalam ATP digunakan, ATP dapat

dihidrolisis dengan cara melepaskan

dua ikatan fosfat antara ikatan fosfat

kedua dan ketiga, dan dihasilkan

OOO

ADP (Adenosin Difosfat). Hidrolisis

OPOPOP

CH 2 ini akan menghasilkan pembebasan

energi sebanyak 30,6 kJ (kilo Joule),

OO

H H yang dapat digunakan untuk ber-

ATP ∅ P–P–P

bagai aktivitas sel. ADP sebagai hasil pemecahan ATP dapat direfosforilasi

Adrenalin {

OH OH

(penambahan kembali fosfat) men- jadi ATP kembali, dengan menam-

Sumber: Biological Science, Green

Gambar 2.3 Struktur molekul ATP

bahkan 1 gugus fosfat dan energi sebesar 30,6 kJ.

Karena semua energi kimia dalam sel disimpan dalam bentuk ATP, proses mengonsumsi energi yang dibutuhkan sel hanya berlangsung dalam suatu sistem, yaitu dengan mengambil sumber energi dari ATP. Hal ini bagi sel sangatlah efisien.

3. Reaksi Oksidasi Reduksi

Secara sederhana bagaimana energi dari makanan/nutrisi tersimpan dalam ATP dan tidak terbuang sebagai suatu panas? Suatu reaksi metabolik kunci dalam sel melibatkan reaksi oksidasi dan reduksi. Dalam reaksi tersebut terjadi suatu aliran eklektron dari satu molekul ke molekul lain yang berfungsi sebagai suatu arus energi dalam sel.

38 Biologi Kelas XII SMA dan MA

Sel memperoleh sebagian besar energinya dengan mengoksidasi molekul makanan selama proses respirasi. Oksidasi adalah pelepasan suatu elektron dari satu atom atau satu senyawa, sedangkan reduksi adalah reaksi penambahan elektron. Oksidasi juga bisa berarti penambahan oksigen dan reduksi adalah pelepasan oksigen. Kedua reaksi ini selalu terjadi secara simultan/bersamaan, yaitu ketika elektron dipindahkan dari molekul yang bersifat sebagai donor (pemberi) elektron ke molekul lain yang bertindak sebagai akseptor (penerima) elektron. Dengan melepaskan elektronnya, do- nor elektron akan menjadi molekul yang teroksidasi dan dengan menerima elektron, akseptor elektron akan menjadi molekul yang tereduksi. Reaksi simultan antara oksidasi dan reduksi disebut reaksi redoks (Gambar 2.4). Dalam metabolisme sel, reaksi redoks inilah yang paling banyak terjadi.

jumlah muatan

Sumber: Essemtial of Biology, Hopson

a. Pemindahan suatu elektron b. Suatu atom H dapat dipindahkan bersama elektron

Gambar 2.4 Reaksi redoks

Kebanyakan reaksi oksidasi-reduksi dalam sel terjadi dengan pemindahan elektron dalam bentuk atom hidrogen. Atom hidrogen mengandung satu proton (H + ) dan satu elektron (e – ). Seperti halnya tranfer elektron, transfer atom hidrogen juga terjadi dalam reaksi yang berpasangan.

Dalam reaksi oksidasi reduksi yang terjadi dalam metabolisme, ada dua koenzim penting yang bertindak sebagai pembawa elektron. Koenzim tersebut adalah NAD (nikotinamid adenin dinukleotida) dan FAD (flavin adenin dinukleotida). Keduanya mempunyai struktur yang analog (Gambar 2.5a). Pada saat NAD direduksi menjadi NADH (Gambar 2.5b), dua elektron dan satu proton akan ditambahkan ke dalam molekulnya. Elektron-elektron tersebut selanjutnya dapat dipindah-pindahkan selama satu seri reaksi berantai yang menghasilkan banyak energi untuk pembentukan ATP.

Metabolisme Metabolisme

HO

H fosfat C C

nukleotida nukleiotida nikotinamida

C H C C fosfat

nukleotida nukleiotida kedua kedua

Sumber: Essential of Biology, Hopson

Gambar 2.5 Struktur molekul NAD