metabolisme

mETABOLISME

Metabolisme sel merupakan aktivitas hidup yang dijalankan oleh sebuah sel yang merupakan unit kehidupan yang terkecil.
- Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.

 Metabolisme terbagi 2, yaitu katabolisme dan anabolisme.

1.      Katabolisme : Penguraian
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.
Tujuan :

• Penyederhanaan materi kimia complex sehingga menghasilkan energi (yang tersimpan dalam bentuk ATP ) 
• ATP inilah yang nanti untuk aktifitas setelah disederhanakan menjadi ADP contohnya misal di otot sebagai alat gerak aktif

Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirad, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.

Respirasi :

• Terjadi di seluruh sel tubuh baik hewan , manusia tumbuhan dan mahkluk hidup lainnya , Bahan respirasi (katabolisme ) berupa senyawa organik : Karbohidrat(glukosa), Lemak ( asam lemak dan gliserol) dan Protein( asam amino).

Contoh :

Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya :

C6H12O6 + O2 ——————> 6CO2 + 6H2O + 688KKal.

__ (glukosa) __

Respirasi aerob :

Respirasi aerob adalah reaksi katabolisme yang membutuhkan suasana aerobik sehingga dibutuhkan oksigen, dan reaksi ini menghasilkan energi dalam jumlah besar. Energi ini dihasilkan dan disimpan dalam bentuk energi kimia yang siap digunakan, yaitu ATP. Pelepasan gugus posfat menghasilkan energi yang digunakan langsung oleh sel untuk melangsungkan reaksi-reaksi kimia, pertumbuhan, transportasi, gerak, reproduksi, dll. Reaksi respirasi aerob secara sederhana adalah : 

C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O

Proses respirasi aerob berlangsung dalam 3 tahap yang berurutan, yaitu :

1. Glikolisis
   Pemecahan molekul glukosa (C6) menjadi senyawa asam piruvat (C3)

2. Siklus Krebs
   Reaksi reduksi molekul Asetil CoA menghasilkan asam sitrat dan oksaloasetat

3. Transpor elektron
   Reaksi reduksi-oksidasi molekul-molekul NADH₂ dan FADH₂ menghasilkan H₂O dan sejumlah ATP.

Fermentasi :

            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.

Contoh :
Fermentasi pada Glukosa :
C₆H₁₂0₆ ——————> 2C₂H₅OH + 2CO₂ + Energi.
_ (glukosa) ____________ (etanol)

2.    Anabolisme/ Asimilasi/ Sintesis : Pembentukan

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.

Anabolisme disebut juga sintesis, merupakan proses penyusunan bahan anorganik menjadi bahan organik. Dalam peristiwa ini diperlukan masukan energi (reaksi endergonik). Contoh dari anabolisme adalah proses fotosintesis yang berlangsung dalam kloroplas.

Kloroplas

Kloroplas merupakan organel yang hanya didapati pada tumbuhan hijau. Organel ini memiliki membran rangkap dua, yaitu membran luar dan membran dalam. Membran dalam memiliki bentuk perluasan yang disebut lamela. Pada lamela terdapat modifikasi membran yang menyerupai tumpukan koin yang disebut grana. Setiap grana disusun oleh thilakoid. Pada thilakoid tersebut terdapat pigmen fotosintetik. Semua ruang bagian dalam kloroplas berisi cairan yang disebut stroma.

FOTOSINTESIS :

Reaksi fotosintesis juga merupakan reaksi redoks. Proses ini berlangsung dalam dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

a.            Reaksi Terang/Light Reaction/Reaksi Hill  

Reaksi terang merupakan tahap fotosintesis yang memerlukan cahaya. Proses yang berlangsung pada thilakoid ini memerlukan bahan:  H2O, akseptor elektron berupa NADP (nikotinamida adenin dinukleotida fosfat) dan pigmen fotosintetik.
Pigmen fotosintetik yang terdapat dalam thilakoid ada tiga macam:
- klorofil a, disebut juga photosystem I/photosystem 700
- klorofil b, disebut juga photosystem II/photosystem 680
- karotenoid (disebut juga pigmen antena), terdiri dari karoten dan xantofil
Peristiwa yang berlangsung pada reaksi terang adalah sebagai berikut: bila P700 menerima cahaya, elektronnya akan tereksitasi sehingga elektron lepas dari P700 dan diterima oleh feredoxin (akseptor primer). Feredoxin memberikan elektron pada NADP sehingga tereduksi menjadi NADPH. Karena P700 kehilangan elektron ia memperoleh gantinya dari P680.
Bila P680 menerima cahaya, elektronnya tereksitasi sehingga lepas dan diterima oleh akseptor primer. Elektron berjalan dari akseptor primer ke sitokrom dan akhirnya ke P700. Saat elektron berpindah dari sitokrom ke P700 dilepaskan energi yang digunakan untuk membentuk ATP. P680 yang kehilangan elektron memperoleh ganti dari dari proses fotolisis air.

Keseluruhan perjalanan elektron tersebut disebut siklus non siklis, karena elektron berjalan dari H2O dan akhirnya diterima NADP. Bentuk lain dari lintasan elektron adalah siklus siklis. Siklus ini  bermula dari P700 yang menerima cahaya, elektron yang lepas diterima feredoksin tetapi tidak diberikan ke NADP melainkan ke sitokrom, lalu kembali ke P700. Saat elektron berjalan dari sitokrom ke P700 dihasilkan energi yang digunakan untuk membentuk  ATP.Dari keterangan di atas dapat diketahui ada tiga bahan yang dihasilkan saat reaksi terang, yaitu: NADPH, ATP, dan O2. Dua yang pertama digunakan sebagai bahan untuk terlaksananya reaksi gelap.

b.    Reaksi Gelap/Dark Reaction/Siklus Calvin-Benson

Reaksi gelap merupakan tahap fotosintesis yang tidak memerlukan cahaya. Proses yang berlangsung pada stroma ini memerlukan bahan yang dibentuk pada reaksi terang yaitu NADPH dan ATP, serta CO2 dari udara. Reaksi dimulai dari pengikatan CO2 oleh ribulosa difosfat (RDP) dan pada akhir siklus dibentuk fosfogliseraldehid (PGAL) yang kemudian diubah menjadi glukosa (lihat bagan di atas).

- 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.

FeS  +  H₂ S  ® FeS₂  + H₂   +  energi bebas

Protein membrane pada prokariota awal kemungkinan menggunakan sebagian energi bebas yang dihasilkan untuk memecahkan produk H₂ menjadi proton dan electron serta menghasilkan suatu gradient proton sepanjang membrane plasmanya. Dalam bentuk primitive kemiosmosis, gradient tersebut kemungkinan dapat menyebabkan terjadinya sintesis ATP.

Campbell et al. (2002), melaporkan percobaan yang dilakukan oleh Van Niel pada tahun 1930-an untuk mengamati proses fotosintesis pada bakteri yang membuat karbohidratnya dari CO₂ tetapi tidak melepaskan O­_2,  menyimpulkan bahwa pada bakteri tersebut CO₂ tidak terurai menjadi karbon dan oksigen. Satu kelompok bakteri menggunakan hydrogen sulfide (H₂S) dan bukannya air untuk fotosintesis, dan menghasilkan titik sulfur (belerang) warna kuning sebagai produk limbah dengan persamaan kimianya:

CO₂  +  2H₂S  ®   CH₂O  +  H₂O  +  2S

Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri nitrogen (Nitrosomonas dan Nitrosococcus). Banyak mikroorganisme di daerah laut dalam menggunakan kemosintesis untuk memproduksi biomassa dari satu molekul karbon. Dua kategori dapat dibedakan. Pertama, di tempat yang jarang tersedia molekul hidrogen, energi yang tersedia dari reaksi antara CO₂ dan H₂ (yang mengawali produksi metana, CH₄) dapat menjadi cukup besar untuk menjalankan produksi biomassa.

Kemungkinan lain, dalam banyak lingkungan laut, energi untuk kemosintesis didapat dari reaksi antara O₂ dan substansi seperti hidrogen sulfida atau amonia. Pada kasus kedua, mikroorganisme kemosintetik bergantung pada fotosintesis yang berlangsung di tempat lain dan memproduksi O₂ yang mereka butuhkan (Isnan, 2007).

Bakteri nitrogen, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi hasil dengan cara mengoksidasi NH₃ yang telah bereaksi dengan CO₂ dan membentuk amonium karbonat ((NH₄)₂CO₃).

(NH₄)₂CO₃  +  O₂   ®  2 HNO₂  +  CO₂   +  Energi

Jenis bakteri lain yang mampu melaksanakan kemosintesis antara lain Nitrobacter. Bakteri ini mampu mengoksidasi senyawa nitrit dalam mediumnya. Hasilnya adalah senyawa nitrat dan membebaskan energi yang akan dipergunakan untuk menyintesis senyawa organik.

Ca(NO₂)₂  +  O₂    ®     Ca(NO₃)₂   +  Energi

2. Katabolisme/ Dissimilasi 
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.