MAKALAH BIOKIMIAMETABOLISME ENERGI
Disusun oleh:KELOMPOK 3Melawati Rizki Hawa115040200111106
Riko Aditya Pratama115040200111107
Achmad Eka S.115040200111108
Asri Ismahmudi115040201111087
Mohammad Wildan115040201111088
Rudolfo Garcia115040201111089
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGIFAKULTAS PERTANIANUNIVERSITAS
BRAWIJAYAMALANG2011BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar BelakangBila ditinjau pada tingkat sel, tubuh manusia
disusun dari 100 triliun sel dan mempunyai sifat dasar tertentu
yang sama. Setiap sel digabung oleh struktur penyokong intrasel,
dan secara khusus beradaptasi untuk melakukan fungsi tertentu. Dari
total sel yang ada tersebut, 25 triliun sel merupakan sel darah
merah yang mempunyai fungsi sebagai alat transportasi bahan makanan
dan oksigen di dalam tubuh dan membawa karbon dioksida menuju
paru-paru untuk dikeluarkan. Semua sel menggunakan oksigen sebagai
salah satu zat utama untuk membentuk energi, dimana mekanisme umum
perubahan zat gizi menjadi energi di semua sel pada dasarnya
sama.Bahan makanan yang berupa karbohidrat, lemak, dan protein yang
dioksidasi akan menghasilkan energi, dimana energi tersebut
digunakan untuk membentuk sejumlah besar Adenosine TriPosphate
(ATP), dan selanjutnya ATP tersebut digunakan sebagai sumber energi
bagi banyak fungsi sel. Sehingga ATP merupakan senyawa kimia labil
yang terdapat di semua sel, dan semua mekanisme fisiologis yang
memerlukan energi untuk kerjanya mendapatkan energi langsung dari
ATP.Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam
organisme hidup untuk mempertahankan hidup. Proses ini memungkinkan
organisme untuk tumbuh dan berkembang biak, menjaga struktur
mereka, dan merespon lingkungan mereka. Metabolisme biasanya dibagi
menjadi dua kategori. Katabolisme memecah bahan organik, misalnya
untuk energi panen dalam respirasi selular. Anabolisme, menggunakan
energi untuk membangun komponen sel seperti protein dan asam
nukleat.
1.2. Tujuan1.2.1. Untuk memahami mengenai metabolisme
energi1.2.2. Untuk memahami mengenai apa itu ATP beserta
perannya1.2.3. Untuk mengetahui ATP yang dihasilkan dari proses
fotosintesis1.2.4. Untuk memahami proses fosforilasi oksidatif
BAB IIISI
2.1. Pengertian Metabolisme EnergiSeperti yang kita ketahui
dalam proses penyediaan energi, baik pada tumbuhan maupun manusia,
melalui rentetan reaksi kimia. Jika seluruh reaksi kimia terjadi
dalam sel makhluk hidup, maka reaksinya disebut reaksi biokima.
Seluruh proses atau reaksi biokimia yang terjadi dalam sel disebut
metabolisme. Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang
diawali oleh substrat awal dan diakhiri dengan produk akhir, yang
terjadi dalam sel. Perlu Anda ketahui reaksi tersebut meliputi
reaksi penyusunan energi (anabolisme) dan reaksi penggunaan energi
(katabolisme). Dalam reaksi biokimia terjadi perubahan energi dari
satu bentuk ke bentuk yang lain, misalnya energi kimia dalam bentuk
senyawa Adenosin Trifosfat (ATP) diubah menjadi energi gerak untuk
melakukan suatu aktivitas seperti bekerja, berlari, jalan, dan
lain-lain.Proses metabolisme yang terjadi di dalam sel makhluk
hidup seperti pada tumbuhan dan manusia, melibatkan sebagian besar
enzim (katalisator) baik berlangsung secara sintesis (anabolisme)
dan respirasi (katabolisme). Apa peran enzim di dalam reaksi kimia
yang terjadi di dalam sel? Pada saat berlangsungnya peristiwa
reaksi biokimia di dalam sel, enzim bekerja secara spesifik. Enzim
mempercepat reaksi kimia yang menghasilkan senyawa ATP dan
senyawa-senyawa lain yang berenergi tinggi seperti pada proses
respirasi, fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, dan
lemak.Senyawa Adenosin Trifosfat (ATP) merupakan molekul kimia
berenergi tinggi. Berasal dari manakah energi itu? Molekul Adenosin
Trifosfat (ATP) berasal dari perubahan glukosa melalui serangkaian
reaksi kimia yang panjang dan kompleks. Energi yang terkandung
dalam glukosa tersebut berupa energi ikatan kimia yang berasal dari
proses transformasi energi sinar matahari. Transformasi energi
tersebut dalam biologi dapat dijelaskan sebagai berikut.1. Selama
proses fotosintesis, energi matahari yaitu dalam bentuk radiasi
atau pancaran cahaya matahari matahari berubah menjadi energi kimia
dalam ikatan senyawa organik. Lambang f merupakan frekuensi cahaya
dan lambang h merupakan konstanta Planch, yang berkaitan dengan
energi dan frekuensi.2. Pada waktu dalam respirasi sel, energi
kimia dalam senyawa kimia berubah menjadi persenyawaan yang berupa
ATP.3. Dalam sel, energi kimia ikatan fosfat yang kaya akan energi
(ATP) dapat difungsikan untuk kerja mekanis, listrik, dan kimia.4.
Pada akhirnya energi mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai
energi panas dalam bentuk entropi.
2.2. Adenosina Trifosfat (ATP)Adenosina trifosfat (ATP) adalah
suatu nukleotida yang dalam biokimia dikenal sebagai "satuan
molekular" pertukaran energi intraselular; artinya, ATP dapat
digunakan untuk menyimpan dan mentranspor energi kimia dalam sel.
ATP juga berperan penting dalam sintesis asam nukleat. Molekul ATP
juga digunakan untuk menyimpan energi yang dihasilkan tumbuhan
dalam respirasi selular. ATP yang berada di luar sitoplasma atau di
luar sel dapat berfungsi sebagai agen signaling yang memengaruhi
pertumbuhan dan respon terhadap perubahan lingkungan.ATP ini
ditemukan pada tahun 1929 oleh Karl Lohmann, namun struktur yang
benar tidak ditentukan sampai beberapa tahun kemudian. Saat itu
diusulkan untuk menjadi energi utama. Ini buatan pertama kali
disintesis oleh Alexander Todd pada tahun 1948.ATP terdiri dari
adenosina dan tiga gugus fosfat. Rumus empirisnya adalah
C10H16N5O13P3, dan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H,
dengan bobot molekul 507.184 u. Gugus fosforil pada AMP disebut
gugus alfa, beta, and gamma fosfat.ATP dapat dihasilkan melalui
berbagai proses selular, namun seringnya dijumpai di mitokondria
melalui proses fosforilasi oksidatif dengan bantuan enzim
pengkatalisis ATP sintetase. Pada tumbuhan, proses ini lebih sering
dijumpai di dalam kloroplas melalui proses fotosintesis. Bahan
bakar utama sintesis ATP adalah glukosa dan asam lemak. Mula-mula,
glukosa dipecah menjadi asam piruvat di dalam sitosol dalam reaksi
glikolisis. Dari satu molekul glukosa akan dihasilkan dua molekul
ATP. Tahap akhir dari sintesis ATP terjadi dalam mitokondria dan
menghasilkan total 36 ATP.Jumlah total ATP dalam tubuh manusia
berkisar pada 0,1 mol. Energi yang digunakan oleh sel manusia untuk
melakukan hidrolisis dapat berjumlah 200 hingga 300 mol ATP per
hari. Artinya, setiap molekul ATP didaur ulang sebanyak 2000 hingga
3000 kali setiap hari. ATP tidak dapat disimpan, karenanya sintesis
harus segera diikuti dengan penggunaan.ATP terdiri dari adenosin
terdiri dari adenin cincin dan ribosa gula dan tiga fosfat kelompok
(trifosfat).. Kelompok yang phosphoryl, dimulai dengan kelompok
paling dekat dengan ribosa, yang disebut sebagai alpha (), beta (),
dan gamma () fosfat. ATP sangat larut dalam air dan sangat stabil
dalam larutan pH antara 6,8-7,4, tetapi cepat dihidrolisis pada pH
yang ekstrim. Akibatnya, ATP paling baik disimpan sebagai garam
anhidrat. [8]ATP adalah molekul yang tidak stabil di unbuffered
air, yang hydrolyses untuk ADP dan fosfat.. Hal ini karena kekuatan
ikatan antara residu fosfat dalam ATP kurang dari kekuatan dari
hidrasi ikatan antara produk-produknya (ADP + fosfat), dan air..
Jadi, jika ATP dan ADP berada dalam kesetimbangan kimia dalam air,
hampir semua ATP pada akhirnya akan dikonversi ke ADP. . Sebuah
sistem yang jauh dari kesetimbangan mengandung energi bebas Gibbs,
dan mampu melakukan pekerjaan.. Sel hidup menjaga rasio ATP menjadi
ADP pada suatu titik sepuluh lipat dari kesetimbangan, dengan
konsentrasi ATP ribuan kali lipat lebih tinggi daripada konsentrasi
ADP. [ 9 ] Perpindahan dari kesetimbangan berarti bahwa hidrolisis
ATP dalam sel melepaskan energi dalam jumlah besar.Peran ATP yang
paling banyak dikenali orang adalah sebagai pembawa energi, dalam
bentuk yang tertukar sebagai ATP dan ADP. Fungsi ini berlangsung di
berbagai kompartemen sel, tetapi kebanyakan terjadi pada sitosol
(ruang di dalam sitoplasma yang berisi cairan kental). Sebagai
pembawa energi, ATP juga banyak dijumpai pada mitokondria.ATP dan
nukleosida trifosfat lainnya dapat berada di luar sel, menempati
matriks ekstraselular. Di sini mereka berperan sebagai agen
signaling yang merespon perubahan lingkungan atau gangguan dari
organisme lain untuk kemudian ditangkap oleh reseptor pada membran
sel. Mekanisme ini belum banyak dipelajari dan diketahui terjadi
pada hewan dan, ternyata, juga pada tumbuhan.
2.3. Proses FotosintesisProses fotosintesis masih terus
diselidiki karena masih ada sejumlah tahap yang belum bisa
dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak yang diketahui tentang
proses vital ini. Proses fotosintesis sangat kompleks karena
melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam utama, seperti
fisika, kimia, maupun biologi sendiri. Pada tumbuhan, organ utama
tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun secara umum,
semua sel yang memiliki kloroplast berpotensi untuk melangsungkan
reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis,
tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis (disebut
fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih
dahulu. Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi
menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya)
dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon
dioksida).Reaksi terangReaksi terang adalah proses untuk
menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul
air. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai
antena. Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada
warna biru (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer)
dibandingkan hijau (500-600 nanometer). Cahaya hijau ini akan
dipantulkan dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan
sensasi bahwa daun berwarna hijau. Fotosintesis akan menghasilkan
lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu.
Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak
energi. Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil
untuk dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi. Tumbuhan memiliki dua
jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau
fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem II
terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang
gelombang 680 nanometer, sedangkan fotosistem I 700 nanometer.
Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam
fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling
memperkuat.Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul
klorofil pada fotosistem II, membuatnya melepaskan elektron yang
akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari
elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP,
satuan pertukaran energi dalam sel. Reaksi ini menyebabkan
fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus
segera diganti. Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini
dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi
bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah
elektron dan oksigen. Oksigen dari proses fotosintesis hanya
dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida. Pendapat ini
pertama kali diungkapkan oleh C.B. van Neil yang mempelajari
bakteri fotosintetik pada tahun 1930-an. Bakteri fotosintetik,
selain sianobakteri, menggunakan tidak menghasilkan oksigen karena
menggunakan ionisasi sulfida atau hidrogen.Pada saat yang sama
dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem
I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor
elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH.Reaksi Gelap
Reaksi gelap berlangsung di stroma. Pada reaksi gelap di diperlukan
karbon dioksida (CO2). ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam proses
fotosintesis memicu terjadinya reaksi gelap (siklus calvin). Pada
proses ini terjadi pengikatan karbon dioksida di dalam daun. Karbon
dioksida ini akan bergabung dengan ion hidrogen yang dihasilkan
dari reaksi terang, membentuk gula (glukosa).ATP dan NADPH yang
dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu berbagai proses
biokimia. Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus
Calvin yang mengikat karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan
kemudian menjadi gula seperti glukosa). Reaksi ini disebut reaksi
gelap karena tidak bergantung pada ada tidaknya cahaya sehingga
dapat terjadi meskipun dalam keadaan gelap (tanpa cahaya).
2.4. Fosforilasi OksidatifFosforilasi oksidatif adalah suatu
lintasan metabolisme yang menggunakan energi yang dilepaskan oleh
oksidasi nutrien untuk menghasilkan adenosina trifosfat (ATP).
Walaupun banyak bentuk kehidupan di bumi menggunakan berbagai jenis
nutrien, hampir semuanya menjalankan fosforilasi oksidatif untuk
menghasilkan ATP. Lintasan ini sangat umum digunakan karena ia
merupakan cara yang sangat efisien untuk melepaskan energi,
dibandingkan dengan proses fermentasi alternatif lainnya seperti
glikolisis anaerobik.Selama fosforilasi oksidatif, elektron
ditransfer dari pendonor elektron ke penerima elektron melalui
reaksi redoks. Reaksi redoks ini melepaskan energi yang digunakan
untuk membentuk ATP. Pada eukariota, reaksi redoks ini dijalankan
oleh serangkaian kompleks protein di dalam mitokondria, manakala
pada prokariota, protein-protein ini berada di membran dalam sel.
Enzim-enzim yang saling berhubungan ini disebut sebagai rantai
transpor elektron. Pada eukariota, lima kompleks protein utama
terlibat dalam proses ini, manakala pada prokariota, terdapat
banyak enzim-enzim berbeda yang terlibat.Energi yang dilepaskan
oleh perpindahan elektron melalui rantai transpor elektron ini
digunakan untuk mentranspor proton melewati membran dalam
mitokondria. Proses ini disebut kemiosmosis. Transpor ini
menghasilkan energi potensial dalam bentuk gradien pH dan potensial
listrik di seluruh permukaan membran ini. Energi yang tersimpan
dalam bentuk ini dimanfaatkan dengan cara mengijinkan proton
mengalir balik melewati membran melalui enzim yang disebut ATP
sintase. Enzim ini menggunakan energi seperti ini untuk
menghasilkan ATP dari adenosina difosfat (ADP) melalui reaksi
fosforilasi. Reaksi ini didorong oleh aliran proton, yang mendorong
rotasi salah satu bagian enzim.Walaupun fosforilasi oksidatif
adalah bagian vital metabolisme, ia menghasilkan spesi oksigen
reaktif seperti superoksida dan hidrogen peroksida. Hal ini dapat
mengakibatkan pembentukan radikal bebas, merusak sel tubuh, dan
kemungkinan juga menyebabkan penuaan. Enzim-enzim yang terlibat
dalam lintasan metabolisme ini juga merupakan target dari banyak
obat dan racun yang dapat menghambat aktivitas enzim.Karbohidrat
adalah komponen dalam makanan yang merupakan sumber energi yang
utama bagi organisme hidup. Dalam makanan kita, karbohidrat
terdapat sebagai polisakarida yang dibuat dalam tumbuhan dengan
cara fotosintesis. Tumbuhan merupakan gudang yang menyimpan
karbohidrat dalam bentuk amilum dan selulosa. Amilum digunakan oleh
hewan dan manusia apabila ada kebutuhan untuk memproduksi energi.
Di samping dalam tumbuhan, dalam tubuh hewan dan manusia juga
terdapat karbohidrat yang merupakan sumber energi, yaitu glikogen.
Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk
monosakarida. Energi yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat
(ATP).Proses GlikolisisPada dasarnya metabolisme glukosa dapat
dibagi dalam dua bagian yaitu yang tidak menggunakan oksigen atau
anaerob dan yang menggunakan oksigen atau aerob. Dengan adanya
oksigen (dalam suasana aerob), glikolisis berlangsung menghasilkan
piruvat, atau tanpa oksigen (glikolisis anaerob) menghasilkan
laktat. Glikolisis menghasilkan dua senyawa karbohidrat beratom
tiga dari satu senyawa beratom enam ; pada proses ini terjadi
sintesis ATP dari ADP + Pi. Reaksi anaerob terdiri atas serangkaian
reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam laktat. Proses ini
disebut glikolisis. Dalam keadaan tanpa oksigen respirasi terhenti
karena proses pengangkutan electron yang dirangkaikan dengan
fosforilasi bersifat oksidasi melalui rantai pernafasan yang
menggunakan molekul oksigen sebagai penerima electron terakhir,
tidak berjalan. Akibatnya jalan metabolisme lingkar asam
trikarboksilat (daur Krebs) akan terhenti pula sehingga piruvat
tidak lagi masuk ke dalam daur Krebs melainkan dialihkan
pemakaiannya yaitu diubah menjadi asam laktat oleh lakatat
dehidrogenase dengan NADH sebagai sumber energinya. Dalam hal ini
dua molekul NADH yang dihasilkan oleh reaksi tahap kelima dalam
glikolisis (reaksi dengan gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase)
tidak dipakai untuk membentuk ATP melainkan digunakan untuk reaksi
reduksi dua molekul asam piruvat menjadi asam laktat. Jadi pada
glikolisis anaerob ini energi yang dihasilkan hanya dua molekul ATP
saja. Jumlah ini jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan energi
yang dihasilkan oleh glikolisis aerob, yaitu 8 ATP.Tiap reaksi
dalam proses glikolisis ini menggunakan enzim tertentu, dan akan
dibahas satu demi satu.1. HeksokinaseTahap pertama proses
glikolisis adalah pengubahan glukosa menjadi glukosa -6- fosfat
dengan reaksi fosforilasi. Enzim heksokinase merupakan katalis
dalam reaksi tersebut dibantu oleh ion Mg+ sebagai kofaktor. Enzim
ini ditemukan oleh Meyerhof pada tahun 1927 dan telah dikristalkan
dari ragi, mempunyai berat molekul 111.000. Heksokinase yang
berasal dari ragi dapat merupakan katalis pada reaksi pemindahan
gugus fosfat dari ATP tidak hanya kepada glukosa tetapi juga kepada
fruktosa, manosa, dan glukosamina. Dalam otak, otot dan hati
terdapat enzim heksokinase yang multi substrat ini. Disamping itu
adapula enzim-enzim yang khas tetapi juga kepada fruktosa, manosa,
dan glukosamina. Dalam kinase hati juga memproduksi fruktokinase
yang menghasilkan fruktosa -1- fosfat.Enzim heksokinase dari hati
dapat dihambat oleh hasil reaksi sendiri. Jadi apabila glukosa -6-
fosfat terbentuk dalam jumlah banyak, maka senyawa ini akan menjadi
inhibitor bagi enzim heksokinase tadi. Selanjutnya enzim akan aktif
kembali apabila konsentrasi glukosa -6- fosfat menurun pada tingkat
tertentu.2. FosafoheksoisomeraseReaksi berikutnya ialah
isomerisasi, yaitu pengubahan glukosa -6- fosfat menjadi fruktosa
-6- fosfat, dengan enzim fosfoglukoisomerase. Enzim ini tidak
memerlukan kofaktor dan telah diperoleh dari ragi dengan cara
kristalisasi. Enzim fosfoheksoisomerase terdapat pada jaringan otot
dan mempunyai berat molekul 130.000.3. FosfofruktokinaseFruktosa
-6- fosfat diubah menjadi fruktosa -1,6- difosfat oleh enzim
fosfofruktokinase dibantu oleh ion Mg+ sebagai kofaktor. Dalam
reaksi ini gugus fosfat dipindahkan dari ATP kepada fruktosa -6-
fosfat dan ATP sendiri akan berubah menjadi ADP. Fosfofruktokinase
dapat dihambat atau dirangsang oleh beberapa metabolit, yaitu
senyawa yang terlibat dalam proses metabolisme ini. Sebagai contoh,
ATP yang berlebih dan asam sitrat dapat menghambat, dilain pihak
adanya AMP, ADP, dan fruktosa-6- fosfat dapat menjadi efektor
positif yang merangsang enzim fosfofruktokinase. Enzim ini adalah
suatu enzim alosterik dan mempunyai berat molekul kira-kira
360.000.4. AldolaseReaksi tahap keempat dalam rangkaian glikolisis
adalah penguraian molekul fruktosa -1,6- difosfat membentuk dua
molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksi acetone fosfat dan
D-gliseraldehida-3-fosfat. Dalam tahap ini enzim aldolase yang
menjadi katalis, telah ditemukan dan dimurnikan oleh Warburg. Enzim
ini terdapat dalam jaringan tertentu dan dapat bekerja sebagai
katalis dalam reaksi penguraian beberapa ketosa dan monofosfat,
misalnya fruktosa -1,6- difosfat, segoheptulosa -1,7- difosfat,
fruktosa -1- fosfat, Eritrulosa -1- fosfat. Hasil reaksi penguraian
tiap senyawa tersebut yang sama adalah dihidroksi acetone fosfat.5.
Triosafosfat IsomeraseDalam reaksi penguraian oleh enzim aldolase
terbentuk dua macam senyawa, yaitu D-gliseraldehida-3-fosfat dan
dihidroksi aseton fosfat. Yang mengalami reaksi lebih lanjut dam
proses glikolisis ialah D-gliseraldehid-3-fosfat. Andaikata sel
tidak mampu mengubah dihidroksi aseton fosfat menjadi
D-gliseraldehida-3-fosfat, tentulah dihidroksi aseton fosfat akan
tertimbun dalam sel. Hal ini tidak berlangsung karena dalam sel
terdapat enzim triosafosfat isomerase yang dapat mengubah
dihidroksi aseton fosfat menjadi D-gliseraldehida-3-fosfat. Adanya
keseimbangan antara kedua senyawa tersebut dikemukakan oleh
Meyerhof dan dalam keadaan keseimbangan dihidroksi aseton fosfat
terdapat dalam jumlah dari 90%. Enzim ini bekerja sebagai katalis
pada reaksi oksidasi gliseraldehida -3-fosfat menjadi asam 1,3
difosfogliserat. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD+, sedangkan
gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat. Reaksi oksidasi ini
mengubah aldehida menjadi asam karboksilat. Gliseraldehida-3-fosfat
dehidrogenase telah dapat diperoleh dalam bentuk kristal dari ragi
dan mempunyai berat molekul 145.000. Enzim ini adalah suatu
tetramer yang terdiri atas empat subunit yang masing-masing
mengikat satu molekul NAD+, jadi pada tiap molekul enzim terikat
empat molekul NAD+.6. Fosfogliseril KinaseReaksi yang menggunakan
enzim ini ialah reaksi pengubahan asam 1,3-difosfogliserat menjadi
asam 3-fosfogliserat. Dalam reaksi ini terbentuk satu molekul ATP
dari ADP dan ion Mg++ diperlukan sebagai kofaktor. Oleh karena ATP
adalah senyawa fosfat berenergi tinggi, maka reaksi ini mempunyai
fungsi untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh proses
glikolisis dalam bentuk ATP.7. Fosfogliseril MutaseFosfogliseril
mutase bekerja sebagai katalis pada reaksi pengubahan asam
3-fosfogliserat menjadi asam 2-fosfogliserat. Enzim ini berfungsi
memindahkan gugus fosfat dari satu atom C kepada atom C lain dalam
satu molekul. Berat molekul enzim fosfogliseril mutase yang
diperoleh dari ragi ialah 112.000.8. EnolaseReaksi berikutnya ialah
reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat dari asam 2-fosfogliserat
dengan katalis enzim enolase dan ion Mg++ sebagai kofaktor. Reaksi
pembentukan asam fosfoenol piruvat ini ialah reaksi dehidrasi.
Adanya ion F- dapat menghambat kerjanya enzim enolase, sebab ion F-
dengan ion Mg++ dan fosfat dapat membentuk kompleks magnesium
fluoro fosfat. Dengan terbentuknya kompleks ini akan mengurangi
jumlah ion Mg++ dalam campuran reaksi dan akibat berkurangnya ion
Mg++ maka efektivitas reaksi berkurang.9. Piruvat KinaseEnzim ini
merupakan katalis pada reaksi pemindahan gugus fosfat dari asam
fosfoenolpiruvat kepada ADP sehingga terbentuk molekul ATP dan
molekul asam piruvat. Piruvat kinase telah dapat diperoleh dari
ragi dalam bentuk kristal. Enzim ini adalah suatu tetramerdengan
berat molekul 165.000. Dalam reaksi tersebut diatas, diperlukan ion
Mg++ dan K+ sebagai activator.10. Laktat DehidrogenaseReaksi yang
menggunakan enzim laktat dehidrogenase ini ialah reaksi tahap akhir
glikolisis, yaitu pembentukan asam laktat dengan cara reduksi asam
piruvat. Dalam reaksi ini digunakan NADH sebagai koenzim.Tinjauan
Energi Proses Glikolisis Proses glikolisis dimulai dengan molekul
glukosa dan diakhiri dengan terbentuknya asam laktat. Serangkaian
reaksi-reaksi dalam proses glikolisis tersebut dinamakan juga jalur
Embden-Meyerhof.Reaksi-reaksi yang berlangsung pada proses
glikolisis dapat dibagi dalam dua fase. Pada fase pertama, glukosa
diubah menjadi triosafosfat dengan proses fosforilasi. Fase kedua
dimulai dari reaksi oksidasi triosafosfat hingga terbentuk asam
laktat. Perbedaan antara kedua fase ini terletak pada aspek energi
yang berkaitan dengan reaksi-reaksi dalam kedua fase tersebut.Dalam
proses glikolisis satu mol glukosa diubah menjadi dua mol asam
laktat. Fase pertama dalam proses glikolisis melibatkan dua mol ATP
yang diubah menjadi ADP. Jadi fase pertama ini menggunakan energi
yang tersimpan dalam molekul ATP. Fase kedua mengubah dua mol
triosa yang terbentuk pada fase pertama menjadi dua mol asam
laktat, dan dapat menghasilkan 4 mol ATP. Jadi fase kedua ini
menghasilkan energi. Apabila ditinjau secara keseluruhan proses
glikolisis ini menggunakan 2 mol ATP dan menghasilkan 4 mol ATP
sehingga masih ada sisa 2 mol ATP yang ekuivalen dengan energi
sebesar 14.000 kalori. Energi tersebut tersimpan dan dapat
digunakan oleh otot dalam energi mekanik. Oleh karena energi yang
dibebaskan untuk reaksi glukosa menjadi asam laktat adalah 56.000
kalori, maka dapat dihitung bahwa efisiensi proses glikolisis ialah
14.000/56.000 x 100% = 25%. Suatu tingkat efisiensi yang cukup
tinggi.Proses glikolisis tidak hanya melibatkan glukosa saja,
tetapi juga monosakarida lain, misalnya fruktosa, galaktosa dan
manosa. Monosakarida tersebut diserap melalui dinding usus dibawa
ke hati. Di sini beberapa monosakarida dan juga glikogen mengalami
beberapa reaksi pengubahan menjadi glukosa -6-fosfat dan
selanjutnya masuk ke dalam proses glikolisis, seperti halnya dengan
glukosa. Enzim galaktokinase merupakan katalis pada reaksi
pembentukan galaktosa-1-fosfat dari galaktosa. Kemudian
galaktosa-1-fosfat diubah menjadi uridin difosfat galaktosa
(UDP-galaktosa) oleh enzim UDP galaktosapirofosforilase yang
terdapat dalam hati orang dewasa. Selanjutnya UDP galaktosa diubah
menjadi UDP glukosa oleh enzim UDP glukosa epimerase. Akhirnya UDP
glukosa bereaksi dengan pirofosfat dan membentuk UTP dan
glukosa-1-fosfat. Reaksi ini berlangsung dengan adanya enzim UDP
glikosapirofosforilasesebagai katalis. Pada hati bayi atau
anak-anak, terdapat enzim fosfogalaktosa uridiltransferase. Enzim
ini dapat mengubah galaktosa-1-fosfat menjadi glukosa-1-fosfat.Di
samping monosakarida, gliserol juga ikut serta dalam proses
glikolisis. Gliserol sebagai hasil hidrolisis lemak dapat diubah
menjadi gliserol-3-fosfat oleh enzim gliserolkinase.
Gliserol-3-fosfat yang terbentuk kemudian diubah menjadi
dihidroksiasetonfosfat oleh enzim gliserilfosfatdehidrogenase.
Dihidroksiaseton fosfat terdapat dalam keadaan keseimbangan dengan
gliseraldehida-3-fosfatyang merupakan salah satu hasil antara dalam
proses glikolisis.Perubahan piruvat menjadi asetilkoenzim-AReaksi
oksidasi piruvat hasil glikolisis menjadi asetilkoenzim-A,
merupakan tahap reaksi penghubung yang penting antara glikolisis
dengan jalur metabolisme lingkar asam trikarboksilat (daur Krebs).
Reaksi yang dikatalisis oleh kompleks piruvat dihidrogenase dalam
matriks mitokondrion menghasilkan tiga macam enzim (piruvat
dehidrogenase, dihidrolipoil transasetilase, dan dihidrolipoil
dehidrogenase), lima macam koenzim (tiamin pirofosfat, asam lipoat,
koenzim-A, flavin adenine dinukleotida, dan nikotinamid adenine
dinukleotida), dan berlangsung dalam lima tahap reaksi. Keseluruhan
reaksi dekarboksilasi ini irreversible, dengan G = -8,0 kkal per
mol.Piruvat + NAD+ + koenzim-A + NADH + CO2Reaksi ini merupakan
jalan masuk utama karbohidrat kedalam daur Krebs. Tahap reaksi
pertama dikatalisis oleh piruvat dehidrogenase yang menggunakan
tiamin pirofosfat sebagai koenzimnya. Dekarboksilasi piruvat
menghasilkan senyawa -hidroksietil didehidrogenase menjadi asetil
yang kemudian dipindahkan dari tiamin pirofosfat ke atom S dari
koenzim yang berikutnya, yaitu asam lipoat, yang terikat pada enzim
dihidrolipoil transasetilase. Dalam hal ini gugus disulfide dari
asam lipoat diubah menjadi bentuk reduksinya, gugus sulfhidril.
Pada tahap reaksi ketiga, gugus asetil dipindahkan dengan perantara
enzim dari gugus lipoil pada asam dihidrolipoat, ke gugus tiol
(sulfhidril pada koenzim-A). Kemudian asetilkoenzim-A dibebaskan
dari system enzim kompleks piruvat dehidrogenase. Pada tahap reaksi
keempat, gugus ditiol pada gugus lipoil yang terikat pada
dihidrolipoil transasetilase dioksidasi kembali menjadi bentuk
disulfidanya dengan enzim dihidrolipoil dehidrogenase yang
berikatan dengan FAD (flafin adenine dinulkeotida). Akhirnya (tahap
reaksi kelima) FADH2 (bentuk reduksi dari FAD) yang tetap terikat
pada enzim, dioksidasi kembali oleh NAD+ (nikotinamid adenine
dinukleotida) menjadi FAD, sedangkan NAD+ berubah menjadi NADH
(bentuk reduksi dari NAD+).Pengaturan dekarboksilasi piruvat Telah
diketahui bahwa disamping mengandung tiga macam enzim tersebut
diatas, kompleks enzim piruvat dehidrogenase juga mempunyai dua
macam enzim yang terdapat dalam sub unit pengaturnya yaitu ,
piruvat dehidrogenase kinase dan piruvat dehidrogenase fosfatase.
Kedua enzim ini berperan dalam mengatur laju reaksi dekarboksilasi
piruvat dengan cara mengendalikan kegiatan sub unit katalitiknya
pada kompleks enzim piruvat dehidrogenase itu sendiri. Bila jumlah
ATP yang dihasilkan oleh daur Krebs dan fosforilasi bersifat
oksidasi terlalu banyak, keseimbangan reaksi berjalan ke bawah
(laju reaksi fosforilasi sub unit katalitik kompleks piruvat
dehidrogenase bertambah besar) sehingga kegiatan kompleks piruvat
dehidrogenase terhambat dan menjadi tidak aktif. Hal ini
menyebabakan terhentinya reaksi pembentukan asetilkoenzim-A dari
piruvat. Akibatnya, jumlah asetil koenzim-A yang diperlukan untuk
daur Krebs akan berkurang sehingga laju reaksi daur Krebs
terhsambat dan produksi ATP terhenti. Sebaliknya, bila jumlah ADP
banyak (ATP sedikit) keseimbangan reaksi didorong keatas (laju
reaksi defosforilasi kompleks piruvat dehidrogenase bertambah
besar) sehingga kegiatan kompleks piruvat dehidrogenase bertambah.
Akibatnya reaksi dekarboksilasi piruvat menjadi koenzim-A naik,
sehingga laju reaksi daur Krebs bertambah besar dan produksi ATP
bertambah banyak.Jalur metabolisme piruvatPiruvat dapat mengalami
berbagai jalur reaksi yang berbeda sehingga merupakan titik cabang
metabolisme karbohidrat. Sebagian dari jalur tersebut berlangsung
dengan beberapa tahap reaksi. Penambahan gugus amino akan mendorong
pembentukan alanina dari piruvat. Sebaliknya, reaksi perubahan
alanina menjadi piruvat merupakan salah satu jalan masuknya asam
amino kedalam jalur metabolisme karbohidrat. Adanya CO2 yang
berlebih mendorong terjadinya oksalasetat dari piruvat. Reaksi
bolak-balik piruvat-laktat, seperti telah dibahas sebelumnya,
merupakan jalur titik akhir sitesis laktat. Metabolisme laktat
berlangsung dengan terlebih dulu mengubahnya kembali menjadi
piruvat. Dalam keadaan normal, bila jumlah persediaan oksigen dalam
jaringan otot cukup banyak, piruvat tidak diubah menjadi laktat
melainkan didekarboksilasi menjadi asetilkoenzim-A. Melalui jalur
metabolisme glukoneogenesis, piruvat dapat diubah menjadi glukosa
atau glikogen.Proses dekarboksilasi piruvat dapat berlangsung
dengan dua cara, bergantung pada jasadnya. Di dalam sel ragi,
piruvat didekarboksilasi dengan mekanisme yang sederhana, menjadi
asetaldehida yang kemudian diubah menjadi etanol. Reaksi ini
merupakan dasar fermentasi alcohol. Cara dekarboksilasi lainnya
adalah perubahan piruvat menjadi asetilkoenzim-A melalui beberapa
tahap reaksi enzim yang lebih kompleks.
BAB IIIPENUTUP
3.1. KesimpulanMetabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang
diawali oleh substrat awal dan diakhiri dengan produk akhir, yang
terjadi dalam sel. Perlu Anda ketahui reaksi tersebut meliputi
reaksi penyusunan energi (anabolisme) dan reaksi penggunaan energi
(katabolisme). Proses metabolisme yang terjadi di dalam sel makhluk
hidup seperti pada tumbuhan dan manusia, melibatkan sebagian besar
enzim (katalisator) baik berlangsung secara sintesis (anabolisme)
dan respirasi (katabolisme).Adenosina trifosfat (ATP) adalah suatu
nukleotida yang dalam biokimia dikenal sebagai "satuan molekular"
pertukaran energi intraselular; artinya, ATP dapat digunakan untuk
menyimpan dan mentranspor energi kimia dalam sel. ATP juga berperan
penting dalam sintesis asam nukleat. Molekul ATP juga digunakan
untuk menyimpan energi yang dihasilkan tumbuhan dalam respirasi
selular. ATP yang berada di luar sitoplasma atau di luar sel dapat
berfungsi sebagai agen signaling yang memengaruhi pertumbuhan dan
respon terhadap perubahan lingkungan.Fosforilasi oksidatif adalah
suatu lintasan metabolisme yang menggunakan energi yang dilepaskan
oleh oksidasi nutrien untuk menghasilkan adenosina trifosfat (ATP).
Walaupun banyak bentuk kehidupan di bumi menggunakan berbagai jenis
nutrien, hampir semuanya menjalankan fosforilasi oksidatif untuk
menghasilkan ATP. Selama fosforilasi oksidatif, elektron ditransfer
dari pendonor elektron ke penerima elektron melalui reaksi redoks.
Reaksi redoks ini melepaskan energi yang digunakan untuk membentuk
ATP.Walaupun fosforilasi oksidatif adalah bagian vital metabolisme,
ia menghasilkan spesi oksigen reaktif seperti superoksida dan
hidrogen peroksida. Hal ini dapat mengakibatkan pembentukan radikal
bebas, merusak sel tubuh, dan kemungkinan juga menyebabkan penuaan.
Enzim-enzim yang terlibat dalam lintasan metabolisme ini juga
merupakan target dari banyak obat dan racun yang dapat menghambat
aktivitas enzim.
DAFTAR PUSTAKA
http://texbuk.blogspot.com/2012/01/proses-metabolisme-pada-tumbuhan.htmlhttp://id.wikipedia.org/wiki/Adenosina_trifosfathttp://berthae.wordpress.com/2010/06/03/pengertian-dari-atp/http://irwantoshut.net/fotosintesis.htmlhttp://hendrapagala.wordpress.com/2010/01/21/bioenergi-sel-dan-fosforilasi-oksidatif-perolehan-atp-dari-karbohidrat-glikolisis-dan-oksidasi-piruvat/