Biologi : Metabolisme Sel #1

Metabolisme Sel

Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat awal dan diakhiri oleh produk akhir. Berbeda dengan reaksi kimia pada umumnya, reaksi kimia yang terjadi di dalam sel tidak bersifat bolak-balik, melainkan berjalan ke satu arah. Setiap produk suatu reaksi menjadi reaktan bagi reaksi berikutnya., sampai produk akhir dari suatu jalur metabolisme terbentuk.

     

Metabolisme meliputi proses anabolisme dan proses katabolisme. Katabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang bertujuan menguraikan senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana. Anabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang bertujuan untuk penyusunan senyawa sedehana menjadi senyawa kompleks.

Katabolisme

Sebelum diserap oleh usus halus, bahan-bahan makanan harus dipecah menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana. Sebagai contoh, bahan makanan yang mengandung karbohidrat harus dipecah menjadi molekul-molekul glukosa, bahan-bahan makanan yang mengandung protein harus dipecah menjadi molekul asam amino, dsb.

1)      Respirasi

Respirasi merupakan proses oksidasi biologis yang menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terakhirnya. Dalam proses ini elektron direduksi menjadi H₂O. Elektron dan oksigen yang bebas mula-mula ditangkap oleh NAD menjadi NADH₂, tetapi selanjutnya atom hidrogen dan elektron diberikan kepada oksigen melalui sistem transpor elektron sehingga dihasilkan kembali NAD dan H₂O. Ada dua jenis respirasi, yaitu respirasi aero dan respirai anaerob.

a.       Respirasi aerob

Respirasi aerob adalah proses penguraian senyawa organik untuk memperoleh energi dengan menggunakan oksigen sebagai akseptor terakhirnya. Secara singkat reaksi yang terjadi [ada respirasi aerob adalah sebagai berikut:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂                        6CO₂ + 6H₂O + 36 ATP

Tahap-tahap respirasi aerob yang dilalui oleh molekul glukosa di dalam sel.

1)      Glikolisis

Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma. Glikolisis merupakan proses penguraian glukosa (terdiri dari 6 atom karbon) menjadi asam piruvat (terdiri dari 3 atom karbon). Berikut adalah tahapan glikolisis yang terjadi di dalam sel.

Jadi, dalam glikolisis satu molekul glukosa akan dihasilkan  2 asam piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP.

2)      Pembentukan asetil Co-A atau dekarboksilasi oksidatif

Pada organisme eukariotik, dekarboksilasi oksidatif berlangsung dalam matriks mitokondria. Adapun pada organisme prokariotik, tahap tersebut berlangsung dalam sitosol. Pada tahap ini asam piruvat diubah menjadi asetil Co-A. Hal ini terjadi setelah asam piruvat bergabung dengan Co-enzim A. Proses tersebut menghasilkan NADH dan CO₂. Berikut reaksi dekarboksilasi oksidatif,

                              2NAD⁺    2NADH

2C₃H₄O³ + 2CoA                                     2C₂H₃O-CoA + 2CO₂ 

3)      Siklus krebs atau siklus asan sitrat

Tahap awal siklus krebs adalah 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis meninggalkan sitoplasma dan masuk mitokondria. Siklus krebs terjadi di dalam mitokondria dan dikatalis oleh enzim dehidrogenase.

Selama reaksi tersebut dilepaskan 2 molekul karbon dioksida, 3 NADH, 1 FADH₂, dan 1 ATP.reaksi ini terjadi dua kali karena pada glikolisis, glukosa dipecah menjadi dua asam piruvat. Jadi, siklus krebs merupakan reaksi tahap ketiga respirasi aerob yang menghasilkan 6 NADH, 2 FADH₂, dan 2 ATP.

4)      Transpor elektron

Transpor elektron terjadi di bagian dalam mitokondria. Tahap ini berfungsi mengoksidasi NADH atau NADPH₂ dan FADH₂ dari tahap-tahap sebelumnya.elektron dan H⁺ dari senyawa-senyawa tersebut dialirkan melalui senyawa-senyawa penerima elektron seperti NAD, FAD, koenzim Q, dan sitokrom.setiap terjadi perpindahan elektron, energi yang terlepas digunakan untuk membentuk ATP. Oksigen berfungsi sebagai penerima elektron terakhir pada proses tersebut. Selanjutnya oksigen bergabung dengan H⁺.

Pembentukan ATP dalam sistem transpor elektron terjadi melalui reaksi fosforilasi oksidatif. Oksidasi 1 NADH menghasilkan 3ATP, sedangkan oksidasi FADH₂ menghasilkan 2 ATP.

Pada organisme eukariotik, oksidasi NADH dan FADH₂ terajadi dalam mitokondria. Namun NADH hasil glikolisis dibentuk dala sitosol. Akibatnya, NADH tersebut dimasukkan ke dalam mitokondria dan memerlukan 2 ATP. Dengan demikian jumlah total ATP yang dihasilkan 36.

Sementara itu, organisme prokariotik tidak memiliki mitokondria. Dengan demikian pengurangan ATP untuk pemindahan NADH kedalam mitokondria tidak terjadi. Jadi total jumlah ATP yang dihasilkan sebanyak 38.