METABOLISME
Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh karena itu sel dapat menjalankan
aktivitas hidup, di antaranya metabolisme.
Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadidi dalam tubuh makhluk hidup/sel.
Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan
katalisator enzim.
Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2,yaitu:
1. Anabolisme/AsimilasI/Sintesis,
yaitu proses pembentakan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi.
Contoh : fotosintesis (asimilasi C)
energi cahaya
6 CO2 + 6 H2O———————————> C6H1206 + 6 02
klorofil glukosa
(energi kimia)
Pada kloroplas terjadi transformasi energi, yaitu dari energi cahaya sebagai energi kinetik
berubah menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan senyawa organik
pada glukosa. Dengan bantuan enzim-enzim, proses tersebut berlangsung cepat dan
efisien. Bila dalam suatu reaksi memerlukan energi dalam bentuk panas reaksinya disebut
reaksi endergonik. Reaksi semacam itu disebut reaksi endoterm.
2. Katabolisme (Dissimilasi),
yaitu proses penguraian zat untuk membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam
senyawa organik tersebut.
Contoh:
enzim
C6H12O6 + 6 O2 ———————————> 6 CO2 + 6 H2O+ 686 KKal.
energi kimia
Saat molekul terurai menjadi molekul yang lebih kecil terjadi pelepasan energi sehingga
terbentuk energi panas. Bila pada suatu reaksi dilepaskan energi, reaksinya disebut reaksi
eksergonik. Reaksi semacam itu disebut jugareaksi eksoterm.
1. ENZIM
Enzim merupakan biokatalisator / katalisator organik yang dihasilkan oleh sel. Struktur
enzim terdiri dari:
• Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yangakan
rusak bila suhu terlampau panas(termolabil).
• Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak tersusun
dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik
yang disebut KOENZIM. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan tahan panas
www.tohib.web.id
(termostabil), ion-ion logam yang menjadi kofaktor berperan
sebagai stabilisator agarenzim tetap aktif. Koenzimyang terkenal pada rantai
pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu NAD (Nikotinamid
Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), SITOKROM.
Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam
sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus
berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah respirasi,
pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi, nitrogen, dan
pencernaan.
Sifat-sifat enzim
Enzim mempunyai sifat-siat sebagai berikut:
1. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.
2. Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena
enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.
3. Merupakan senyawa protein sehingga sifat proteintetap melekat
pada enzim.
4. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya
sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.
5. Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dandi luar sel
(ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase.
6. Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada
juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-
katalisis pembentukan dan penguraian lemak.
lipase
Lemak + H2O ———————————>Asam lemak + Gliserol
7. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif
(permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan
permukaan substrat tertentu.
8. Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non
protein tambahan yang disebut kofaktor.
www.tohib.web.id
Pada reaksis enzimatis terdapat zat yang mempengarahi reaksi, yakni aktivator dan
inhibitor, aktivator dapat mempercepat jalannya reaksi,
2+ 2+
contoh aktivator enzim: ion Mg, Ca, zat organik seperti koenzim-A.
Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim. Contoh inhibitor : CO, Arsen, Hg,
Sianida.
2. ATP (Adenosin Tri Phosphat)
Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekulfosfat dengan
senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya meskipun
digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi.
Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti dengan pembebasan energi
sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang
dapat balik.
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.
Contoh Respirasi : C6H12O6+ O2 ——————>6CO2+ 6H2O + 688KKal.
(glukosa)
Contoh Fermentasi :C6H1206 ——————>2C2H5OH + 2CO2+ Energi.
(glukosa) (etanol)
www.tohib.web.id
RESPIRASI
Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yangtersimpan 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.
Contoh:
Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya:
C6H,206 + 6 02 ———————————>6 H2O + 6 CO2 + Energi
(gluLosa)
Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H20 + CO2+ Energi, melalui tiga tahap :
1. Glikolisis.
2. Daur Krebs.
3. Transpor elektron respirasi.
1. Glikolids:
Peristiwa perubahan :
Glukosa ⇒ ⇒⇒ ⇒Glulosa - 6 - fosfat ⇒ ⇒⇒ ⇒Fruktosa 1,6 difosfat ⇒ ⇒⇒ ⇒
3 fosfogliseral dehid (PGAL) / Triosa fosfat ⇒ ⇒⇒ ⇒Asam piravat.
Jadi hasil dari glikolisis :
1.1. 2 molekul asam piravat.
1.2. 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi
tinggi.
1.3. 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.
2. Daur Krebs (daur trikarbekdlat):
Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam
piravat secara aerob menjadi CO2dan H2O serta energi kimia
Gbr. Bagan reaksi pada siklus Krebs
www.tohib.web.id
3. Rantai Transportasi Elektron Respiratori:
Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2(NADH + H+
+ 1 elektron) dan FADH2, sehingga di dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang
dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air,
sebagai hasil sampingan respirasi selain CO2.
Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata
pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi.
Ketiga proses respirasi yang penting tersebut dapatdiringkas sebagai berikut:
PROSES  AKSEPTOR ATP
1. Glikolisis:
Glukosa ——>2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP
2. Siklus Krebs:
2 asetil piruvat ——>2 asetil KoA + 2 C02 2 NADH 2 ATP
2 asetil KoA ——>4 CO2 6 NADH 2 PADH2
3. Rantai trsnspor elektron respirator:
10 NADH + 502 ——>10 NAD+ + 10 H20 30 ATP
2 FADH2 + O2 ——>2 PAD + 2 H20 4 ATP
Total 38 ATP
Kesimpulan :
Pembongkaran 1 mol glukosa (C6H1206) + O2 ——>6 H20 + 6 CO2menghasilkan energi
sebanyak 38 ATP.
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.
A. Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat.
Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.
Reaksinya: C6H12O6 ————>2 C2H5OCOOH + Energi
enzim
Prosesnya :
1. Glukosa ————>asam piruvat (proses Glikolisis).
enzim
C6H12O6 ————>2 C2H3OCOOH + Energi
www.tohib.web.id
2. Dehidrogenasi asam piravat akan terbentuk asam laktat.
2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————>2 C2H5OCOOH + 2 NAD
piruvat
dehidrogenasa
Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :
8 ATP — 2 NADH2= 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.
B. Fermentasi Alkohol
Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat
diubah menjadi asam asetat + CO2selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol.
Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP,
bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul
ATP.
Reaksinya :
1. Gula (C6H12O6) ————>asam piruvat (glikolisis)
2. Dekarbeksilasi asam piruvat.
Asampiruvat ————————————————————>asetaldehid + CO2.
piruvat dekarboksilase (CH3CHO)
3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol
(etanol).
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————>2 C2HsOH + 2 NAD.
alkohol dehidrogenase
enzim
Ringkasan reaksi :
C6H12O6 —————>2 C2H5OH + 2 CO2+ 2 NADH2+ Energi
C. Fermentasi Asam Cuka
Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam
keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti)
dengan substrat etanol.
Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol
secara anaerob.
Reaksi:
aerob
C6H12O6 —————>2 C2H5OH ———————————————>2 CH3COOH + H2O + 116 kal
(glukosa)  bakteri asam cuka  asam cuka
ANABOLISME
Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawasederhana menjadi senyawa
kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan.
Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia
untuk kemosintesis.
1. Fotosintesis
Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi
cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum
www.tohib.web.id
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.
Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan
dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi
fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh
tumbuhan.
Untuk membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari, dapat
dilakukan percobaan Ingenhousz.
2. Pigmen Fotosintesis
Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun
terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang, pada keduanya mengandung kloroplast
yang mengandung klorofil / pigmen hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik
yang mampu menyerap energi cahaya matahari.
Dilihat dari strukturnya, kloroplas terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruangan
yang berisi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentak suatu sistem
membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid.
Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan membentak apa yang disebut
grana Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan pengubahan energi cahaya menjadi
energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedang pembentukan glukosa sebagai produk
akhir fotosintetis berlangsung di stroma.
Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukanklorofil antara lain :
1. Gen :
bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki
klorofil.
2. Cahaya :
beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya,
tanaman lain tidak memerlukan cahaya.
3. Unsur N. Mg, Fe :
merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.
4. Air :
bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.
Pada tabun 1937 : Robin Hill mengemukakan bahwa cahaya matahari yang ditangkap oleh
klorofil digunakan untak memecahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Peristiwa ini
disebut fotolisis (reaksi terang).
H2yang terlepas akan diikat oleh NADP dan terbentuklah NADPH2, sedang O2tetap dalam
keadaan bebas. Menurut Blackman (1905) akan terjadipenyusutan CO2oleh H2yang
dibawa oleh NADP tanpa menggunakan cahaya. Peristiwa ini disebut reaksi gelap NADPH2
akan bereaksi dengan CO2dalam bentuk H+ menjadi CH20.
CO2+ 2 NADPH2+ O2 ————>2 NADP + H2+ CO+ O + H2+ O2
www.tohib.web.id
Ringkasnya :
Reaksi terang : 2 H20 ——>2 NADPH2+ O2
Reaksi gelap : CO2+ 2 NADPH2+ O2——>NADP + H2+ CO + O + H2+O2
atau
2 H2O + CO2 ——>CH2O + O2
atau
12 H2O + 6 CO2 ——>C6H12O6+ 6 O2
3. Kemosintesis
Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber
energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyaiklorofil 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.
Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+
(ferri).
Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi
NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:
Nitrosomonas
(NH4)2CO3+ 3 O2 ——————————>2 HNO2+ CO2+ 3 H20 + Energi
Nitrosococcus
1. Sintesis 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.
4.1. Sintesis Lemak dari Karbohidrat :
Glukosa diurai menjadi piruvat ———>gliserol.
Glukosa diubah ———>gula fosfat ———>asetilKo-A ———>asam lemak.
Gliserol + asam lemak ———>lemak.
4.2. Sintesis Lemak dari Protein:
Protein ————————>Asam Amino
protease
Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dabulu, setelah itu
memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piravat ———>Asetil
Ko-A.
Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam pirovat,
selanjutnya asam piruvat ——>gliserol ——>fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam
lemak akan mengalami esterifkasi membentuk lemak.
Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih tinggi
daripada karbohidrat. 1 gram lemak menghasilkan 9,3kalori, sedangkan 1 gram
karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori saja.
www.tohib.web.id
5. Sintesis 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.