PROSES METABOLISME ORGANISME

Metabolisme

Metabolisme sangat penting bagi makhluk hidup untuk kelangsungan hidupnya.
Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup, mulai dari makhluk hidup bersel satu sampai makhluk hidup yang susunan tubuhnya sangat kompleks.
Metabolisme merupakan pertukaran zat pada organisme yang meliputi proses fisika dan kimia, pembentukan, danpenguraian zat di dalam badan yang memungkinkan berlangsungnya hidup.
Metabolisme terdiri atas dua proses sebagai berikut:

1. Anabolisme

Anabolisme adalah proses-proses penyusunan energi kimia melalui sintesis senyawa-senyawa organik atau  Anabolisme adalah pembentukan molekul-molekul kompleks dari molekul sederhana.
Contoh Anabolisme pada proses “fotosintesis“.
Fofosintetis merupakan suatu peristiwa penggabungan zat anorganik (seperti unsur C, H, dan O) menjadi zat organik berupa senyawa glukosa (karbohidrat), dengan menggunakan energi matahari.
Secara sederhana, reaksi fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut:

2. Katabolisme

Katabolisme adalah proses penguraian dan pembebasan energi dari senyawa-senyawa organik melalui proses respirasi. atau Katabolisme adalah penguraian molekulmolekul kompleks menjadi molekul-molekul sederhana
Contoh Katabolisme pada proses “Respirasi”
Respirasi merupakan suatu proses menghasilkan energi yang diperlukan untuk memecah molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana, utamanya molekul gula sederhana menjadi karbondioksida dan uap air serta energi.
Secara sederhana, reaksi respirasi dapat dituliskan sebagai berikut:

Komponen-komponen yang sangat berperan dalam proses metabolisme sel makhluk hidup:

1. Enzim
2. Adenosin Trifosfat (ATP)
3. reaksi oksidasi-reduksi (Redoks)

1. ENZIM

• Pengertian Enzim

Enzim adalah senyawa protein yang dapat mengatalisis reaksi-reaksi kimia dalam sel dan jaringan makhluk hidup.
Enzim merupakan biokatalisator, artinya senyawa organik yang mempercepat reaksi kimia.

•  Sifat Enzim

Sifat-sifat enzim, yaitu:
a. Merupakan protein.
b. Merupakan biokatalisator.
c. Mempercepat reaksi kimia dengan jalan menurunkan energi aktivasi, yaitu energi awal yang diperlukan untuk memulai reaksi kimia.
d. Enzim bekerja spesifik, artinya untuk mengubah atau mereaksikan suatu zat tertentu memerlukan zat tertentu pula.
e. Bekerja sangat cepat.
f. Tidak ikut bereaksi (tidak mengalami perubahan).
g. Tidak mengubah keseimbangan reaksi.
h. Memiliki sisi aktif atau sisi katalitik, yaitu bagian enzim tempat substrat berkombinasi.
i. Substrat asing yang berfungsi menghambat reaksi disebut inhibitor dan yang berfungsi mempercepat reaksi disebut aktivator.

• Komponen Penyusun Enzim

Berdasarkan komponen penyusunnya, enzim dibedakan menjadi:
a. Enzim protein sederhana terdiri atas protein.
b. Enzim konjugasi, terdiri atas protein dan nonprotein. Enzim konjugasi disebut jugaholoenzim.
Holoenzim terdiri atas:
a. Apoenzim (protein), yaitu bagian yang relatif tidak tahan panas
(termolabil) atau mudah berubah serta bersifat nonaktif.
b. Prostetik atau kofaktor (nonprotein), yaitu bagian yang relatif tahan panas (100oC) sampai beberapa lama (termostabil). Terdiri atas ion organik seperti Zn, Fe, Mn, Mg, Na, Ca, CO2, K, NAD, NADP, koenzim A dan senyawa organik seperti tiamin, riboflavin, piridoksin, niasin dan biotin. Golongan prostetik yang terdiri atas senyawa-senyawa organik dinamakan koenzim (merupakan bagian yang bersifat aktif).

• Cara Kerja Enzim

a. Hipotesis “Lock and Key”
Dikemukakan oleh Emil Fischer, cara kerja enzim seperti kunci dengan anak kunci.

1. Antara enzim dan substrat terjadi persatuan yang kaku seperti kunci dan anak kunci.
2. Enzim memiliki suatu tempat untuk bergabung dengan substrat yang disebut active site (lokasi aktif) yang merupakan tempat perlekatan molekul substrat.
3. Pada tempat perlekatan tersebut mempunyai konfigurasi tertentu dan hanya substrat khusus yang cocok untuk dapat bergabung.
4. Selama reaksi berjalan, enzim dan substrat berkombinasi sementara membentuk kompleks enzim substrat.
5. Hubungan di antara enzim dan substrat berkombinasi merupakan hubungan yang lemah, sehingga mudah berpisah lagi.
6. Setelah reaksi, hasil-hasil reaksi tidak lagi bersatu dengan sisi aktif atau sisi katalitik.

b. Hipotesis Koshland
Menurut Koshland, enzim dan sisi aktifnya merupakan struktur yang
secara fisik lebih fleksibel dan terjadi interaksi dinamis antara enzim dengan
substrat.
Jika substrat berkombinasi dengan enzim akan terjadi perubahan
konfigurasi sisi aktif enzim, sehingga fungsi enzim berlangsung efektif.

• Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim

a. Suhu
0°C = tidak beraktivitas
38°C – 40°C = aktivitas enzim meningkat
di atas 40°C = aktivitas enzim menurun
60°C = aktivitas enzim akan terhenti
b. Air
c. pH
pH tergantung pada lokasi enzim yang bersangkutan.
d. Konsentrasi enzim
Kecepatan proses pembentukan atau penguraian molekul substrat mengikuti konsentrasi enzim.
e. Inhibitor
Inhibitor dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu inhibitor kompetitif dan inhibitor non-kompetitif.
Inhibitor kompetitif menghambat kerja enzim dengan cara menempati sisi aktif enzim sehingga substrat tidak dapat berikatan dengan enzim. Inhibitor ini dapat dihilangkan dengan penambahan konsentrasi substrat. Adapun inhibitor non-kompetitif bekerja dengan cara menempati bagian lain dari permukaan enzim sehingga dapat mengubah sisi aktifnya. Inhibitor ini dapat dihilangkan dengan penambahan konsentrasi substrat.

• Peranan Enzim

a. Reduksi, yaitu reaksi penambahan hidrogen, elektron, atau pelepasan
oksigen.
b. Dehidrasi, yaitu reaksi pelepasan molekul uap air (H2O).
c. Oksidasi, yaitu reaksi pelepasan molekul hidrogen, elektron, atau
penambahan oksigen.
d. Hidrolisis, yaitu reaksi penambahan H2O pada suatu molekul dan
diikuti pemecahan molekul pada ikatan yang ditambah H2O.
e. Deaminase, yaitu reaksi pelepasan gugus amin (NH2).
f. Dekarboksilasi, yaitu reaksi pelepasan CO2 dan gugusan karboksil
(–COOH).
g. Fosforilasi, yaitu reaksi pelepasan fosfat.
h. Transferase, yaitu reaksi pemindahan suatu radikal

• Contoh-contoh enzim dalam proses metabolisme

antara lain enzim katalase, oksidase, hidrase, dehidrogenase, transphosforilase, karboksilase, desmolase, dan periksodase.
Jenis Enzim dan Peranannya

2. Adenosin Trifosfat (ATP)

Adenosin Trifosfat (ATP) merupakan senyawa kimia berenergi tinggi, tersusun dari ikatan adenin purin terikat pada gula yang mengandung 5 atom C, yaitu ribose dan tiga gugus fosfat.
Meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi, ikatan kimianya labil dan mudah melepaskan gugus fosfatnya. Pada saat sel membutuhkan energi, ATP dapat segera dipecah melalui reaksi hidrolisis (reaksi dengan air) dan terbentuk energi yang sifatnya mobil sehingga dapat diangkut dan digunakan oleh seluruh bagian sel tersebut.

struktur molekul ATP

Reaksi ATP

Reaksi oksidasi adalah suatu reaksi yang meliba

3. Reaksi Oksidasi-Reduksi (Redoks)

Reaksi oksidasi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan pelepasan elektron dari satu atom atau senyawa, sebaliknya reaksi reduksi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan penambahan elektron dari satu atom atau senyawa.
Kedua reaksi tersebut terjadi secara bersamaan (simultan), artinya jika elektron dipindahkan dari molekul sebagai pemberi (donor) elektron maka ada molekul lain yang bertindak sebagai penerima (akseptor) elektron. Dengan demikian, donor elektron menjadi molekul yang teroksidasi sedangkan akseptor menjadi molekul yang tereduksi. Reaksi simultan antara oksidasi dan reduksi disebut dengan reaksi redoks.

Struktur dan Fungsi Ribosom

Ribosom merupakan organel sel yang bentuknya kecil berupa butirannukleoprotein. Pada sel eukariotik, ribosom berbentuk bulat dengandiameter 25 nm, sedangkan pada sel prokariotik lebih kecil lagi.
Ribosom tersusun atas subunit besar dan subunit kecil.
Di dalamnya, berisi RNA ribosom (RNAr) dan protein. Fungsi ribosom adalah sebagai tempat sintesis protein. Perhatikan Gambar:

Pada permukaan ribosom, butiran nukleoprotein memiliki dua letak persebaran. Butiran nukleoprotein yang tersebar bebas pada sitoplasma disebut ribosom bebas. Sementara, butiran nukleoprotein yang menempel pada permukaan retikulum endoplasma disebut ribosom terikat. Ribosom bebas berperan dalam proses sintesis enzim. Enzim yang dihasilkan berfungsi menjadi katalisator di dalam cairan sitosol. Adapun ribosom terikat berguna dalam sintesis protein.

MEMBRAN PLASMA

STRUKTUR MEMBRAN SEL

·   Sel memiliki sistem penyimpanan materi di dalam sel yang serupa dengan suatu kontainer yang berupa membran plasma, suatu lapisan tipis yang tidak dapat diamati dengan mkikroskop cahaya.

·   Membran plasma ini memisahkan isi sel dari lingkungannya. Isi sel (cairan intra sel) berbeda dari lingkungan luarnya, misalnya dalam hal kandungan ion.

·   Sistem kompartementasi dapat terjadi karena adanya sistem membran plasma (membran sel) yang mampu mencegah proses difusi atau perpindahan molekul-molekul tertentu dari dalam ke luar atau sebaliknya dari luar ke dalam sistem membran.

·   Kompartementasi ini memungkinkan masing-masing organel mempunyai fungsi khusus.

·   Semua membran sel secara umum tersusun oleh lipid dan protein, disamping juga karbohidrat dan memiliki struktur umum yang sama. Lipid, protein dan karbohidrat tersebut secara bersama menyusun membran plasma atau membran internal.

·   Membran sel berupa selaput tipis, disebut juga plasmalema.

·   Tebal membran antara 5-10 nm

·   Apabila diamati dengan mikroskop cahaya tidak terlihat jelas, tetapi keberadaannya dapat dibuktikan pada waktu sel mengalami plasmolisis.

IMAGINASI MEMBRAN SEL

·   S. Singer dan E.Nicolson (1972) menyampaikan teori tentang membrane sel.

·   Teori ini disebut teori membran mozaik cair, yang menjelaskan bahwa membran sel terdiri atas protein yang tersusun seperti mozaik (tersebar) dan masing-masing tersisip di antara dua lapis fosfolipid.

·   Membran sel merupakan bagian terluar sel dan tersusun secara berlapislapis.

·   Bahan penyusun membran sel yaitu lipoprotein yang merupakan gabungan antara lemak dan protein.

·   Membran sel mengandung kira-kira 50% lipid dan 50% protein.

·   Lipid yang menyusun membran sel terdiri atas fosfolipid dan sterol.

·   Fosfolipid memiliki bentuk tidak simetris dan berukuran panjang..

Dalam hal ini protein dibedakan menjadi 2 sebagai berikut.

1.   Protein Ekstrinsik (Perifer)

2.   Protein Intrinsik (Integral )

·   Protein ekstrinsik bergabung dengan permukaan luar membran

·   Protein Intrinsik (Integral) Protein ini letaknya tenggelam di antara dua lapis fosfolipid. Protein intrinsik bergabung dengan membran dalam

·   Penyusun membran sel yang berupa karbohidrat berikatan dengan molekul protein yang bersifat hidrofilik sehingga disebut denganglikoprotein.

·   Adapun karbohidrat yang berikatan dengan lipid yang bersifat hirofilik disebut dengan glikopolid.

·   jadi Sifat dari membran sel ini adalah selektif permiabel artinya adalah dapat dilalui oleh air dan zat-zat tertentu yang terlarut di dalamnya.lihat gambar

FUNGSI MEMBRAN PLASMA

·   Membran plasma mempunyai fungsi, sifat, struktur, dan sistem transport yang sangat penting bagi proses hidup suatu sel.

·   Fungsi membran plasma yaitu untuk

1.   membungkus sel, membatasi perluasan sel, sebagai filter yang sangat selektif

2.   merupakan alat untuk transport aktif, mengontrol masuknya nutrien dan keluarnya hasil metabolisme

3.   menjaga perbedaan konsentrasi ion di dalam dan di luar sel

4.   serta sebagai sensor untuk sinyal-sinyal yang terdapat di luar sel.

Sifat Membran Plasma

·   Sifat utama membran sel adalah sangat dinamis.

·   Sifat membran yang dinamis ini sangat tergantung pada struktur dari membran plasma itu.

·   Sebagai contoh sifat membran yang tergantung pada strukturnya adalah adanya dua lapisan lemak yang menyusun membran (lipid bilayer).

·   Membran lemak dapat terbentuk secara spontan dari campuran lipid dalam lingkungan air bila konsentrasi lipid melampaui nilai kritis tertentu.

·   Bila jumlah lipid kurang dari konsentrasi kritis tersebut maka lipid larut dalam air.

·   Karena senyawa lipid ini merupakan molekul-molekul amphipatik, maka bila dalam konsentrasi cukup tinggi molekul-nolekul lipid tersebut secara spontan membentuk agregat berupa lapisan-lapisan lemak dua lapis.

·   Lapisan panjang lipid ini secara spontan dapat putus atau bergabung kembali satu sama lain, sehingga di dalam air sering terbentuk balon-balon vesikula.

·   Mengingat sebagian besar komponen sel adalah air, maka prinsip inipun rupanya juga berlaku di dalam sel dengan sistem kompartementasinya.

·   Adanya sistem membran lemak di dalam sel memungkinkan sel untuk membelah diri tanpa kehilangan isi sel.

Selain dari itu, juga memungkinkan terjadinya proses endositosis dan eksositosis, bahkan mengingat akan sifat fluiditas asam lemak penyusun membran sel, memungkinkan adanya gerak pindah tempat, meskipun sel tersebut sesungguhnya tidak mempunyai alat gerak.

LIPID MEMBRAN PLASMA

·   Sekali lagi Lima puluh persen (50 %) dari komponen membran plasma adalah molekul lipid yang tidak larut dalam air, dan sangat mudah larut dalam pelarut organik,

·   sedang sisa dari komponen tersebut sebagian besar adalah protein.

·   Molekul-molekul lipid tersusun secara teratur sebagai dua lapisan lemak (lipida bilayer) setebal 5 nm. L

·   ipid bilayer ini merupakan barrier yang semipermiabel untuk berbagai molekul yang larut dalam air.

Ada tiga macam molekul lipid yang terdapat pada lipid membran yaitu 

1.   phospolipid (yang terbanyak),

2.   cholesterol,

3.   glicolipid.

Ketiga jenis lemak tersebut bersifat amphipatic atau amphipilic, yang berarti mempunyai dua sifat yaitu

1.   bersifat hidrophilic (senang pada air/polar)

2.   hidrophobic (tidak senang air/non-polar).

·   Sebagai contoh, phospolipid molekul mempunyai gugus kepala hidrophilic yang sifatnya non-polar yang dinamakan hidrophobic hidrocarbon tail.

·   Sebagian phospolipid dan glikolipid membentuk bilayer secara spontan apabila berada dalam lingkungan air.

·   Sifat inilah yang menyebabkan membran sel dapat menutup kembali secara spontan apabila robek atau rusak.

·   Sedangkan sifat penting lainnya dari membran plasma adalah fluiditasnya, oleh karena sifat ini sangat menentukan fungsi dari membran plasma.

FLUIDITAS LIPID BILAYER DAN KOLESTEROL

·   Keenceran lipid bilayer ditentukan oleh komposisinya yaitu

1.   macam asam lemak (jenuh dan tidak jenuh)

2.   kolesterol.

·   Makin banyak kandungan asam lemak tidak jenuh menyebabkan lapisan lipida makin encer.

·   Membran plasma dapat mengalami perubahan fisika kimia (transisi fase) yaitu dari fase encer (liquid state) menjadi fase seperti agar (gel state).

·   Jika membran banyak mengandung asam lemak tidak jenuh, perubahan fase encer menjadi fase gel lebih sukar terjadi, artinya untuk terjadinya perubahan fase memerlukan suhu yang lebih rendah.

Protein Membran Plasma

·   Walaupun struktur dasar dari membran adalah molekul lipid,

·   namun fungsi fisiologis dan patologis dari membran disebabkan oleh adanya protein

·   Protein yang tertanam dalam lipid bilayer tersebut.

·   Jumlah dan jenis protein yang terdapat dalam membran plasma bervariasi dari sel ke sel.

·   Molekul protein kebanyakan terlarut dalam lipid bilayer.

Fungsi dari protein adalah sebagai berikut:

1.   media berbagai fungsi dari membran sel seperti: transport aktif molekul-molekul tertentu keluar masuk sel

2.   sebagai enzim yang mengkatalisis reaksi-reaksi kimia yang berkaitan dengan membran plasma,

3.   sebagai penghubung struktur membran plasma dengan sitoskeleton

4.   matriks sel atau sel yang berdekatan,

5.   dan sebagai reseptor untuk menerima sinyal-sinyal kimia yang berasal dari lingkungan sel.

Karbohidrat Membran Plasma

·   Pada permukaan sel eukariotik didapatkan molekul karbohidrat pada permukaan selnya.

·   Molekul yang banyak didapatkan adalah

1.   rantai polisakarida

2.   rantai oligosakarida yang berikatan secara kovalen dengan membran protein

3.   dan rantai oligosakarida yang secara kovalen berikatan dengan lipid (glikolipid)

·   Jumlah karbohidrat dalam plasma membran berkisar antara 2 – 10 % dari seluruh berat membran.

Pada membran plasma didapatkan juga

·   proteoglikan molekul yang mengandung rantai yang panjang dari polisakarida terkait dengan protein membran dan didapatkan terutama pada bagian luar dari membran sebagai matriks eksternal.

·   Sebagaimana protein membran, karbohidrat membran distribusinya juga tidak simetris

·   karbohidrat yang sama tidak selalu ada pada permukaan dalam atau luar membran.

·   Rantai karbohidrat dari glikolipid, glikoprotein dan proteoglikan pada membran sel atau membran internal selalu terletak pada membran nonsitoplasma.

·   Pada membran plasma, karbohidrat terletak di bagian permukaan luar dari bilayer dan pada membran internal karbohidrat menghadap pada lumen dari kompartemen sel.

Pada permukaan luar dari membran sel eukariotik terdapat daerah yang mengandung sangat kaya dengan karbohidrat, yang dapat ditunjukkan dengan memberikan pewarnaan rutheinium red.

·   Selaput ini dinamakan sebagai glikokaliks.

·   Glikokaliks selain mengandung karbohidrat, juga didapatkan glikoprotein dan proteoglikan yang disekresi sel dan diserap oleh permukaan luar membran plasma dan kemudian menjadi komponen dari matriks ekstra sel.

·   Oligosakarida pada sisi luar membran plasma berbeda-beda dari satu spesies ke spesies lain, dan bahkan dari satu sel ke sel lainnya dalam satu individu.

·   Keberagaman molekul dan lokasinya pada permukaan sel membuat oligosakarida dapat berfungsi sebagai penanda yang membedakan satu sel dari yang lain.

·   Misalnya, empat kelompok darah manusia yang ditandai dengan A, B, AB, dan O mencerminkan keragaman oligosakarida pada permukaan sel darah merah.

KESIMPULAN :

·    Membran plasma atau membran biologis merupakan contoh sempurna dari struktur supramolekul,

·   banyak molekul yang disusun ke dalam tingkat organisasi yang lebih tinggi,

·   dengan sifat-sifat baru yang muncul melebihi sifat-sifat molekul individunya.

·   Salah satu sifat penting membran plasma adalah kemampuannya untuk mengatur transpor melintasi batas seluler, suatu fungsi yang mendasar untuk keberadaan sel sebagai sistem terbuka.

·   Bentuk membran plasma yang mosaik fluida sesuai dengan fungsinya yaitu mengatur lalulintas molekuler sel.

·   Membran sel merupakan bagian paling luar yang membatasi isi sel dengan sekitarnya (kecuali pada sel tumbuhan, bagian luarnya masih terdapat dinding sel atau cell wall).

·   Membran sel berupa lapisan luar biasa tipisnya. Tebalnya kira-kira 8 nm. Dibutuhkan 8000 membran sel untuk menyamai tebal kertas yang biasa kita pakai untuk menulis.

·   Lipid dan protein merupakan bahan penyusun utama dari membran, meskipun karbohidrat juga merupakan unsur penting.

·   Gabungan lipid dan protein dinamakan lipoprotein.

·   Saat ini model yang dapat diterima untuk penyusunan molekul-molekultersebut dalam membran ialah model mosaik fluida.

·   Pada 1895, Charles Overton mempostuatkan bahwa membran terbuat dari lipid, berdasarkan pengamatannya bahwa zat yang larut dalam lipid memasuki sel jauh lebih cepat dari pada zat yang tidak larut dalam lipid.

·   20 tahun kemudian, membran yang diisolasi dari sel darah merah dianalisis secara kimiawi ternyata tersusun atas lipid dan protein, yang sekaligus membenarkan postulat dari Overton.

·   Fosfolipid merupakan lipid yang jumlahnya paling melimpah dalam sebagian besar membran.

·   Kemampuan fosfolipid untuk membentuk membran disebabkan oleh struktur molekularnya.

·   Fosfolipid merupakan suatu molekul amfipatik, yang berarti bahwa molekul ini memiliki daerah hidrofilik (menykai air) maupun daerah hidrofobik (takut dengan air).

STRUKTUR MEMBRAN SEL ( Phospholipid bilayer)