PENGANTAR METABOLISME

PENGANTAR METABOLISME 

Sel hidup adalah miniatur industri kimiawi, di mana ribuan reaksi terjadi di dalam suatu ruangan mikroskopik. 

1. Metabolisme, Energi dan Kehidupan 

Keseluruhan proses kimiawi suatu organisme disebut metabolism (dari bahasa Yunani metabole yang artinya “berubah”). 

Kimia kehidupan diorganisasikan ke dalam jalur-jalue metabolisme 

Secara keseluruhan, metabolism dikaitkan dengan pengaturan sumberdaya materi dan energy dari sel itu. 

1. Jalur Katabolitik 

Jalur yang membebaskan energy dengan cara merombak molekul-molekul kompleks menjadi senyawa yang lebh sederhana. Contoh: Respirasi seluler, gula glukosa dan bahan organic lain dirombak menjad karbon dioksida dan air. Energi yang tersimpan digunakan untuk melaksanakan kerja sel. 

2. Jalur Anabolik 

Memakai energi untuk membangun molekul kompleks dari molekul-molekul yang lebih sederhana. Contoh: Sintesis protein dari asam amino. 

Transfer energi dari katabolisme ke anabolisme disebut pengkopelan energi. 

Organisme mentransformasi energi 

Energi adalah kapasitas/kemampuan untuk melaksanakan kerja yaitu untuk memindahkan materi melawan gaya yang melawannya seperti gravitasi dan gesekan. Dengan kata lain energi adalah kemampuan untuk suatu kumpulan materi. Contoh: Energi potensial → energi kinetik dan juga sebaliknya. Misal: mesin mobil ketika hidrokarbon pada bensin melakukan reaksi pembakaran dengan oksigen, membebaskan energi yang mendorong piston. Proses tersebut sama seperti proses respirasi seluler dan jalur katabolitik lain, sehingga organisme adalah pentransformasi energi. 

Transformasi energi kehidupan berlangsung menurut dua hukum termodinamika 

Hukum pertama termodinamika, kekekalan energi, menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Hukum kedua menyatakan bahwa ketika energi berubah bentuk , maka entropi (S), atau ketidakteraturan jagat raya, akan meningkat. Materi dapat menjadi lebih teratur hanya jika sekelilingnya menjadi lebih tidak teratur. Contoh peningkatan entrofi: pelapukan secara perlahan gedung yang tidak dipelihara atau dirawat. Dalam sebagian besar transformasi energi, paling tidak sebagian dari bentuk teratur suatu energi diubah menjadi panas. Hanya sekitar 25% dari energi kimiawi yang tersimpan dalam tangki bahan bakar mobil yang ditransformasikan untuk menggerakan mobil; sisanya yang 75% hilang dari mesin sebagai panas, yang tersebar secara cepat ke sekelilingnya. Dengan menggabungkan hukum termodinamika pertama dan kedua, kita dapat menyimpulkan bahwa kuantitas dan jumlah energi dalam jagat raya ini adalah konstan, namun kualitasnya tidak. 

Organisme hidup dengan memanfaatkan energi bebas 

Kita mengetahui dari pengalaman bahwa kejadian terterntu dapat terjadi secara spontan sedangkan yang lain tidak dapat. Suatu perubahan spontan dapat dimanfaatkan untuk melakukan kerja. Aliran air menuruni bukit misalnya, dapat digunakan untuk memutar turbin pada pembangkit tenaga listrik. Suatu proses dapat terjadi secara spontan hanya jika proses tersebut meningkatkan ketidakteraturan (entropi) jagat raya. Prinsip ini memerlukan beberapa standar untuk spontanitas yang didasarkan pada sistem itu sendiri. Kriteria itu disebut energi bebas. 

Energi bebas suatu sistem kehidupan adalah energi yang dapat melakukan kerja pada kondisi seluler. Disebut energi bebas karena bisa digunakan untuk melakukan kerja, bukan karena dapat digunakan bebas tanpa memberikan sesuatu kepada jagat raya. Pada kenyataannya, organisme dapat hidup hanya dengan menggunakan energi bebas yang diperoleh dari sekelilingnya. Energi bebas (G) dihubungkan langsung dengan total energi (H) dan dengan entropi (S): ∆G = ∆H – T∆S. Perubahan spontan melibatkan penurunan energi bebas (-deltaG). Dalam reaksi kimiawi eksergonik (spontan), produk yang dihasilkan memiliki energi bebas yang lebih kecil dibandingkan dengan energi bebas reaktan (-deltaG). Reaksi endergonik (nonspontan) memerlukan masukan energy (+deltaG). Dalam metabolisme seluler, reaksi eksergonik akan menggerakkan reaksi endergonik (pengkopelan energi). Penambahan materi-materi awal dan pengeluaran produk air akan mencegah metabolisme untuk mencapai kesetimbangan. 

2. Enzim 

Enzim mempercepat reaksi metabolisme dengan cara menurunkan rintangan energi 

Enzim, yang merupakan protein, adalah katalis biologis. Katalis adalah suatu agen kimiawi yang mengubah laju reaksi tanpa harus dipergunakan oleh reaksi itu. Enzim mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energy aktivasi (EA). 

Enzim memiliki substrat yang spesifik 

Reaktan di mana enzim akan bekerja disebut sebagai substrat enzim. Enzim berikatan dengan substratnya, kerja katalitik enzim akan mengubah substrat 

menjadi produk. Setiap enzim dapat membedakan substratnya dari senyawa yang sangat dekat sekalipun hubungannya, seperti isomer, sedemikian rupa sehingga setiap jenis enzim mengkatalisis reaksi tertentu. Misal, sukrase hanya akan bekerja pada sukrosa dan akan menolak disakarida lainnya seperti maltosa. Hanya daerah tertentu dari molekul enzim yang berikatan dengan substrat. Daerah ini disebut tempat aktif. Kekhususan suatu enzim berhubungan dengan adanya kesesuaian antara bentuk tempat aktifnya dengan bentuk substratnya. 

Tempat aktif adalah pusat katalitik enzim 

Dalam suatu reaksi enzimatik, substrat berikatan dengan tempat aktif untuk membentuk suatu kompleks enzim-substrat. Tempat aktif dapat menurunkan energi aktivasi dengan cara mengorientasikan substrat secara tepat, meregangkan ikatannya, dan menyediakan lingkungan mikro yang sesuai. 

Lingkungan fisik dan kimiawi sel akan mempengaruhi aktivitas enzim 

Sebagai protein, enzim sangat sensitif terhadap kondisi yang mempengaruhi struktur tiga dimensinya. Masing-masing enzim mempunyai suhu dan pH optimal. Kofaktor adalah ion atau molekul yang dperlukan oleh beberapa enzim untuk dapat berfungsi. Koenzim adalah kofaktor organic. Inhibitor akan menurunkan fungsi enzim. Inhibtor kompetitif berikatan dengan tempat aktif, sementara suatu inhibitor yang nonkompetitif berikatan dengan suatu tempat yang berbeda. 

3. Kontrol Metabolisme 

Kontrol metabolisme seringkali bergantung pada pengaturan alosterik 

Beberapa enzim berubah bentuk ketika molekul pengatur, baik sebagai aktivator atau inhibitor, berikatan dengan tempat alosterik spesifik. Dalam inhibisi umpan balik, produk akhir suatu jalur metaboli secara alosterik menghambat enzim pada tahapan awal jalur. Dalam kooperativitas, molekul substrat yang berikatan dengan satu tempat aktif enzim yang memiliki banyak subunit akan mengaktifkan subunit yang lain. 

Lokalisasi enzim di dalam suatu sel akan membantu mengatur metabolism 

Beberapa enzim dikelompokkan menajdi suatu kompleks, beberapa yang lain terikat dengan membran, dan beberapa yang lain lagi terkandung dalam organel. 

Tema tentang sifat-sifat baru dimanifestasikan dalam kima kehidupan: tinjauan 

Tingkatan organisasi yang semakin tinggi akan mengakibatkan munculnya ciri atau sifat baru. Pengorganisasian merupakan kunci kimia kehidupan.