Metabolisme dan trasformasi energi pada sel

Metabolisme

• Metabolisme berasal dari bahasa Yunani, metabolismos (perubahan) yang artinya adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam makhluk hidup, mulai makhluk hidup bersel satu yang sangat sampai makhluk yang susunan tubuhnya kompleks seperti manusia.

• Secara keseluruhan, metabolisme dikaitkan dengan pengaturan sumber daya materi dan energi dari sel.

Terdapat dua jalur metabolisme yaitu:

•Anabolisme : proses penyusunan senyawa sederhana menjadi sederhana yang dengan membutuhkan energi yang disebut pula endergonik

•Katabolisme : proses pemecahan/perombakan senyawa kompleks menjadi sederhana dengan melepaskan energi yang disebut pula eksorgenik.

Anabolisme dibedakan dengan katabolisme dalam beberapa hal:•Anabolisme merupakan proses sintesis molekul kimia kecil menjadi molekul kimia yang lebih besar, sedangkan katabolisme merupakan proses penguraian molekul besar menjadi molekul kecil.

•Anabolisme merupakan proses membutuhkan energi, sedangkan katabolisme melepaskan energi.

•Anabolisme merupakan reaksi reduksi, katabolisme merupakan reaksi oksidasi.

•Hasil akhir anabolisme adalah senyawa pemula untuk proses katabolisme.

Transformasi Energi

• Energi merupakan dasar dari seluruh proses metabolisme sehingga untuk memahami proses metabolisme perlu dipahami lebih dahulu tentang energi.

• Energi adalah kapasitas atau kemampuan untuk melaksanakan kerja.

• Pengaturan konversi atau pemindahan energi mengikuti hukum termodinamika. Termodinamika adalah studi mengenai transformasi energi yang terjadi pada materi.

Hukum Termodinamika 1

• Perubahan bentuk (transformasi energi) yang terjadi dalam suatu kumpulan materi disebut termodinamika.

• Transformasi yang terjadi diluar sistem, energi dapat ditransfer atau dipindahkan ke sistem lainnya. Sebaliknya sistem yang terjadi hanya didalam materi disebut sistem tertutup.

• Energi dapat ditransfer dan ditransformasikan, akan tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan disebut dengan hukum kekekalan energi atau Hukum Termodinamika 1

Hukum Termodinamika 2

• Setiap transformasi energi dapat membuat jagat raya atau organel sel menjadi tidak teratur.

• Ukuran ketidakteraturan atau terjadinya proses pengacakan di jagat raya atau di dalam sel disebut dengan entropi.

• Hukum Termodinamika 2 berbunyi setiap transfer atau transformasi energi akan meningkatkan entropi jagat raya.

• Semakin acak suatu kumpulan materi (di dalam sel) maka nilai entropinya semakin besar

• Jumlah energi bebas didalam suatu sistem (G), total energi dalam sistem itu (H) dan entropiya (S), dan Suhu mutlak (T). Hubungan energi dalam suatu sistem hidup yang dipengaruhi oleh suhu adalah sebagi berikut:

G = H – TS

• Suhu akan memperbesar entropi karena pemanasan. Hal ini karena suhu digunakan untuk mengukur intensitas gerak dalam molekul yang terletak dalam sel.

• Pada setiap proses yang terjadi secara spontan maka energi bebas dalam sistem itu akan berkurang. Perubahan energi bebas ketika sistem bergerak dari suatu keadaan tertentu ke suatu keadaan yang berbeda digambarkan dengan persamaan:

ΔG = Gakhir-Gawal sehingga ΔG = ΔH-TΔS

• Terdapat suatu hubungan penting antara energi bebas dan kesetimbangan, termasuk kesetimbangan kimia dalam sel. Energi bebas meningkat ketika suatu reaksi bergerak menjauhi kesetimbangan. Untuk reaksi yang berada pada kesetimbangan, maka perubahan energi adalah sama dengan nol karena tidak ada perubahan neto (bersih) dalm sistem itu.

Reaksi Eksorgenik

• Suatu rekasi eksergonik berlangsung dengan mengeluarkan energi bebas. Karena campuran kimiawi kehilangan energi bebas, ΔG adalah negatif untuk suatu reaksi eksergonik.

• Dengan kata lain, reaksi- reaksi eksergonik adalah yang terjadi secara spontan. Besarnya ΔG untuk suatu reaksi eksergonik adalah jumlah kerja maksimum yang dapat dilakukan oleh reaksi itu.

• contoh reaksi kesuluruhan respirasi seluler sebagai berikut:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

ΔG = -686 kkal/mol (-2870 kJ/mol)

• Untuk setiap mol (180 g) glukosa yang dirombak melalui respirasi, dihasilkan 686 kilokalori atau (2870 kilojoule) energi yang biasa digunakan untuk melakukan. Pada intinya, hasilnya adalah sebah proses yang menghabiskan energi dengan menyerap sebagian besar energi bebas yang tersimpan dalam molekul gula.

Reaksi Endorgenik• Suatu reaksi endergonik merupakan reaksi yang

menyerap energi bebas dari sekelilingnya. • Karena jenis reaksi ini menyimpan energi bebas dalam

molekul, maka G adalh positif. Δ• Jika suatu proses kimiawi adalah bersifat eksergonik

(menuruni bukit) adalm satu arah, maka proses kebalikannya harusnya endergonik (mendaki bukit).

• Jika ΔG = -686 kkal/mol untuk respirasi, agar fotosintesis dapat menghasilkan gula dari karbondioksida dan air, maka harus mempunyai nilai ΔG= +686 kkal/mol.

ATP

• sumber energi yang akan segera menggerakkan kerja seluler adalah Adenosine Triphosphate (ATP).

• ATP adalah sebuah nukleotida yang dikenal di dunia biokimia sebagai zat yang paling bertanggung jawab dalam perpindahan energi intraseluler. ATP mampu menyimpan dan memindahkan energi kimia di dalam sel.

• Molekul-molekul ATP juga digunakan untuk menyimpan bahan pembentuk energi yang diproduksi oleh respirasi sel.

Respirasi merupakan proses pembebasan energi kimiawi yang terkandung di dalam sel hidup menjadi energi yang berguna untuk bermacam aktivitas tubuh (katabolisme)

RESPIRASI RESPIRASI

• Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme.

RESPIRASI AEROB

Respirasi seluler atau respirasi aerob,

yaitu reaksi yang menggunakan oksigen sebagai bahan bakar organik. Secara umum keseluruhan proses pada respirasi seluler berlangsung sebagai berikut.

Senyawa organik + Oksigen —> Karbon dioksida + Air + Energi

3 Tahap respirasi

• Glikolisis• Siklus Krebs (TCA Cycle)• Transfer Elektron

19

1.Glikolisis Glikolisis merupakan tahap pertama dalam reaksi respirasi.  Tahap ini berlangsung di dalam sitoplasma sel. Molekul Gukosa (6-karbon) dipecah menjadi 2 buah senyawa asam 3-karbon yaitu asam piruvat.  Dari setiap pemecahan satu ikatan karbon-karbon, dihasilkan energi metabolik.  Apabila tidak ada oksigen, asam piruvat mengalami reaksi anaerob (fermentasi).  Apabila terdapat oksigen yang cukup, asam piruvat bergerak ke dalam mitokondria masuk ke dalam Siklus Krebs

Reaksi Transisi

Reaksi transisi merupakan jembatan penghubung antara glikolisis dan siklus krebs. Reaksi ini terjadi di dalam matriks mitokondria. Asam piruvat akan diubah menjadi dua asetil koA dan dihasilkan CO2 juga 2 NADH2.

Reaksinya sebagai berikut:Asam Piruvat () 2 Asetil koA ( 2 C2H3O-koA) + 2 CO2

CO2 sebagai hasil samping metabolisme dikeluarkan pada ekspirasi reaksi di atar terjadi 2 kali pada setiap satu molekul glukosa. Asetil koA selanjutnya masuk ke Siklus Krebs (Daur Asam Sitrat)

Siklus Krebs (TCA Cycle)

Siklus Krebs terjadi apabila ada oksigen dan berlangsung di dalam matriks mitokondria.   Asam piruvat dari reaksi glikolisis

kehilangan CO2 , kemudian bereaksi dengan senyawa dengan

4-karbon (asam oksalo asetat) membentuk senyawa dengan 6-karbon (asam sitrat).  Asam sitrat mengalami pemecahan menjadi senyawa asam dengan 5-karbon , kemudian menjadi senyawa asam dengan 4-karbon , megalami pemecahan

ikatan karbon-karbon , melepaskan CO2 dan menhasilkan

energi metabolik (ATP, NADH dan FADH2) untuk setiap pemecahan.  Senyawa asam dengan 4-karbon acid dibentuk kembali, dan siklus berlansung kembali.  Siklus berjalan 2 kali untuk setiap 1 molekul glukosa (satu siklus untuk setiap 1 molelul asam piruvat yang dihasilkan dari proses glikolisis).

Sistem transpor elektron terjadi pada Krista mitokondria. Sistem transport elektron berfungsi memindahkan

elektron ke bagian lainnya. Elektron yang masuk pertama kali adalah H+ + e- yang terikat pada NAD dan FAD. Jadi NADH2 dan FADH2 yang membawa H+ + e- Ke sistem

transport elektron. H+ akan disimpan di ruang intermembran mitokondria. Akibat akumulasi H+

terbenruklah gradian elektron yang besar. Saat H+ menurun gradiennya lewat saluran protein pada

membran krista, energi dilepaskan untuk membuat ATP. Saluran protein ini adalah tempat sintesis ATP dengan

cara menggabungkan ADP dengan posfat.

3. Tahap Reaksi Transfer 3. Tahap Reaksi Transfer ElektronElektron

Pada sistem transport elektron ini oksigen adalah aseptor elektron yang terakhir. Setelah menerima elektron O2 akan bereaksi dengan H+ membentuk H2O.

Reaksi keseluruhannya adalah:1.NAD + substrat – H2 Substrat + NADH2

2.NADH2 + ½ O2 + 2 POH + 3 ADP NAD + 3 ATP + H2O

25

ATP

ATP

ATP

ATP yang Dihasilkan pada Proses Respirasi Sel

Secara Langsung Menghasilkan

Secara tidak langsung lewat transport ekeltron

1 NADH2 = 3 ATP

1 FADH2 = 2 ATP

Glikolisis

Reaksi Transisi

Siklus Krebs

2 ATP

-

2 ATP

2 NADH2 = 2 x 3 ATP = 6 ATP

2 NADH2 = 2 x 3 ATP = 6 ATP

6 NADH2 = 6 x 3 ATP = 18 ATP

2 NADH2 = 2 x 2 ATP = 4 ATP

4 ATP 34 ATP

Hasil total respirasi aerob = 38 ATP

27

Menghitung Menghitung ATP yang ATP yang dihasilkan dihasilkan dalam dalam respirasirespirasi

CC66HH1212OO66+6O+6O2 2 6CO6CO22+6H+6H22O+38ATPO+38ATP