Metabolisme

Metabolisme berasal dari kata metabole yang artinya berubah. Berubah di sini memiliki dua pengertian, yaitu berubah menjadi lebih kompleks (anabolisme, asimilasi, atau sintesis) dan berubah menjadi lebih sederhana (katabolisme atau dismilasi). Anabolisme atau biosintesis merupakan proses pembentukan makromolekul dari molekul yang lebih sederhana. Makromolekul yang dimaksud adalah komponen sel seperti protein, karbohidrat, lemak, dan asam nukleat. Karena pembentukkannya memerlukan energi bebas, maka disebut reaksi endergonik. Katabolisme merupakan proses pemecahan makromolekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana seperti pengubahan karbohidrat menjadi CO2 dan H2O dalam proses respirasi. Proses ini menghasilkan energi bebas sehingga disebut reaksi eksergonik. Semua proses metabolisme merupakan reaksi enzimatis yang terjadi melalui keterlibatan enzim.

Proses utama katabolisme adalah respirasi seluler, di mana gula glukosa dan bahan organik lainnya dirombak menjadi karbon dioksida dan air. Setelah perombakan, energi yang tersimpan dalam molekul organik dapat digunakan untuk melaksanakan kerja sel.

Jalur anabolik memakai energi untuk membangun molekul kompleks dari molekul-molekul yang lebih sederhana. Jalur-jalur metabolisme saling berpotongan sedemikian rupa sehingga energi yang dibebaskan dari reaksi katabolisme dapat digunakan untuk menggerakkan reaksi anabolisme. Transfer energi dari katabolisme ke anabolisme disebut pengkopelan energi, yaitu penggunaan suatu proses eksergonik untuk menggerakkan suatu proses endergonik. Karena energi merupakan dasar bagi seluruh proses metabolisme, maka pemahaman mendasar mengenai energi sangat diperlukan untuk memahami bagaimana sel hidup bekerja.

Energi adalah kapasitas atau kemampuan untuk melaksanakan kerja (memindahkan materi melawan gaya yang melawannya) atau kemampuan untuk mengatur ulang suatu kumpulan materi. Energi dapat dalam berbagai bentuk, dan kerja kehidupan tergantung pada kemampuan sel untuk mentransformasikan energi dari suatu bentuk ke bentuk lain. Respirasi seluler dan jalur katabolik lainnya membebaskan energi yang tersimpan dalam gula dan molekul kompleks lainnya sehingga menyebabkan energi tersebut tersedia untuk kerja seluler.

Sebagian besar kerja seluler menggunakan ATP (adenosin trifosfat) sebagai sumber energi. ATP memiliki basa nitrogen adenin yang berikatan dengan ribosa dan memiliki suatu rantai dengan tiga gugus fosfat yang berikatan dengan ribosa. Ikatan gugus fosfat tersebut dapat diputuskan secara hidrolisis. Ketika ikatan fosfat terminal diputuskan, suatu molekul fosfat anorganik (Pi) meninggalkan ATP menjadi ADP (adenosin difosfat). Ini merupakan perubahan energi bebas dalam kondisi standar.

Saat ATP dihidrolisis, pelepasan energi bebas hanya sedikit memanaskan air di sekelilingnya. Dalam sel, ini merupakan penggunaan sumber daya energi yang tidak efisien dan berbahaya. Dengan bantuan enzim spesifik, sel mampu mengkopel energi hasil hidrolisis ATP secara langsung ke proses endergonik dengan mentransfer gugus fosfat ATP ke beberapa molekul lain.penerima gugus fosfat ini disebut terfosforilasi.

Energi yang dibebaskan melalui reaksi katabolisme dalam sel digunakan untuk memfosforilasi ADP, yang akan meregenerasi ATP. Energi yang tersimpan dalam ATP akan menggerakkan sebagian kerja seluler. ATP mengkopel proses-proses daam sel yang menghasilkan energi sel dengan proses yang mengkonsumsi energi.

Jalur katabolik (eksergonik ) khususnya respirasi seluler menyediakan energi untuk proses endergonik pada pembuatan ATP. Dengan begitu, siklus ATP adalah suatu pintu putar yang dilalui energi pada waktu mengalami pemindahan dari proses katabolik ke jalur anabolik.

Enzim merupakan senyawa protein yang berfungsi sebagai katalisator reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologi sehingga disebut biokatalisator. Katalisator adalah suatu zat yang mempercepat reaksi kimia, tetapi tidak mempengaruhi hasil akhir reaksi karena zat itu sendiri tidak ikut bereaksi sehingga bentuknya tetap. Enzim hanya dapat mempercepat reaksi, tapi fungsi ini memungkinkan terjadinya metabolisme yang dinamis. Enzim yang tersusun dari protein sederhana jika diuraikan hanya tersusun atas asam amino saja. Sementara enzim yang berupa protein kompleks bila diuraikan tersusun atas asam amino dan komponen lain. Enzim lengkap (holoenzim) terdiri atas komponen protein (apoenzim) dan non protein. Apoenzim mudah mengalami denaturasi misalnya oleh pemanasan dengan suhu tinggi, sedangkan komponen non proteinnya dapat berupa komponen organik dan anorganik. Komponen organik yang terikat kuat oleh protein enzim disebut gugus prostetik. Komponen organik yang terikat lemah disebut koenzim. Sedangkan komponen anorganik yang terikat lemah disebut kofaktor.

Reaktan di mana enzim bekerja disebut substrat enzim Salah satu ciri enzim adalah bekerja secara spesifik sehingga hanya dapat bekerja pada substrat tertentu.. Enzim berikatan dengan substrat atau beberapa substrat jika terdapat dua atau lebih reaktan. Pada saat berikatan, substrat diubah menjadi produk reaksi.  Misalnya:

Rantai samping (gugus R) beberapa asam amino yang membentuk tempat aktif akan mengkatalisis pengubahan substrat menjadi produk, dan produk itu akan keluar dari tempat aktif. Setelah itu, enzim dapat kembali berikatan dengan substrat lainnya. Aktivitas beberapa enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti: suhu (pada suhu yang optimal, kerja enzim maksimal), lingkungan/pH (umumnya bekerja optimal pada pH 6,9, tetapi pada beberapa enzim seperti pepsin terdapat pengecualian), konsentrasi (konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi), aktivator (adanya zat penggiat kerja enzim), dan inhibitor (zat penghambat kerja enzim).

Substrat diumpamakan sebagai kunci yang dapat berikatan dengan sisi aktif enzim. Selain sisi aktif, pada enzim juga terdapat sisi alosterik. Jika sisi alosterik ini berikatan dengan inhibitor, konfigurasi enzim akan berubah sehingga aktivitasnya berkurang. Sedangkan, bila sisi alosterik berikatan dengan aktivator, maka enzim menjadi aktif kembali. Bisa atau tidaknya enzim aktif kembali setelah berikatan dengan inhibitor tergantung dari jenis inhibitor yang berikatan. Jika inhibitor berikatan dengan sisi aktif enzim, ada kemungkinan enzim bisa kembali aktif jika inhibitor itu lepas dari sisi akif. Namun, jika inhibitor berikatan dengan sisi alosterik enzim, kemungkinan berikata kembali dengan substrat lebih minim karena bentuk enzm sudah berubah

Pada beberapa enzim, sisi aktifnya bersifat fleksibel sehingga dapat berubah bentuk menyesuaikan dengan bentuk substrat. Hanya daerah tertentu dari molekul enzim yang dapat berikatan dengan substrat, yang disebut tempat aktif (kantung atau lekukan yang khas pada permukaan protein). Tempat aktif dibentuk oleh beberapa asam amino pada molekul enzim dan sisanya adalah molekul protein yang memberikan suatu kerangka kerja yang menguatkan konfigurasi tempat aktif itu.

Sebuah sel bisa mengatur agar tidak terjadi kekacauan kimiawi dalam proses metabolisme, yaitu dengan mengontrol kapan mengaktifkan gen-gen yang mengkode enzim-enzim spesifik. Karena pengatur alosterik berikatan dengan enzim melalui ikatan lemah, aktivitas enzim itu akan berubah oleh adanya konsentrasi pengatur yang berfluktuasi. Pada beberapa kasus, inhibitor dan aktivator sangat mirip bentuknya sehingga saling bersaing untuk menempati tempat alosterik yang sama. Misalnya beberapa enzim jalur katabolik, bisa memiliki tempat alosterik yang cocok berikatan dengan ATP dan AMP (adenosine monofosfat), yang selalu dihasilkan dari ADP. Enzim seperti itu diinhibisi oleh ATP dan diaktifkan oleh AMP. Ini karena fungsi utama katabolisme adalah untuk meregenerasi ATP. Jika produksi ATP lebih lambat dari penggunaannya, AMP akan terakumulasi dan akan mengaktifkan enzim-enzim utama yang mempercepat katabolisme. Jika penawaran ATP melebihi permintaan, maka katabolisme akan melambat karena molekul ATP terakumulasi dan bersaing untuk menempati tempat alosterik. Dengan demikian, enzim alosterik akan mengontrol laju reaksi-reaksi utama dalam jalur-jalur metabolisme.

Komentar