METABOLISME

 TUJUAN PEMBELAJARAN

• mendeskripsikan fungsi enzim dalam proses metabolisme;

• mendeskripsikan proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat;

• menjelaskan keterkaitan antara proses metabolisme karbohidrat dengan metabolisme

lemak dan protein.

Energi diperoleh makhluk hidup melalui proses metabolisme. Proses

ini memerlukan bahan makanan dan oksigen serta menghasilkan bahan

sisa, seperti CO2 dan air. Selain pembentukan energi, metabolisme juga

meliputi proses pembentukan molekul yang memerlukan energi.

A. Molekul yang Berperan dalam Metabolisme

Metabolisme adalah semua proses kimiawi yang terjadi dalam tubuh

makhluk hidup. Metabolisme berasal dari bahasa Yunani, metabole yang artinya

“berubah”. Proses metabolisme ini melibatkan berbagai reaksi kimia.

Sumber energi utama bagi seluruh makhluk hidup yang ada di bumi

berasal dari energi matahari. Energi matahari tersebut digunakan oleh

produsen, seperti tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis. Melalui

fotosintesis, energi diubah menjadi senyawa berenergi seperti ATP. ATP

digunakan langsung oleh tumbuhan atau disimpan dalam bentuk karbohidrat.

Karbohidrat tersebut selanjutnya dapat diubah dan disimpan dalam bentuk

lemak, protein, dan senyawa organik lainnya.

Konsumen seperti hewan herbivor mendapatkan senyawa organik

setelah memakan produsen. Mereka mendapatkan energi melalui

pemecahan molekul organik melalui proses respirasi sel. Energi yang

didapatkan ini digunakan dalam berbagai aktivitas hidup.

Sebelum membahas

metabolisme lebih jauh, terlebih dahulu dibahas molekul atau zat yang

berperan dalam metabolisme. Apa saja molekul tersebut?

1. Adenosin Trifosfat

Adenosin trifosfat (ATP) adalah molekul berenergi tinggi yang

tersusun atas basa adenin, gugus gula ribosa, dan tiga gugus fosfat.

2. Enzim

Enzim adalah protein yang dapat mempercepat reaksi metabolisme.

Kerja enzim ini mirip dengan katalis, zat kimia yang mempercepat reaksi

yang pada akhir reaksi akan diperoleh kembali dalam bentuk semula.

Oleh karena itu, enzim disebut juga biokatalisator.

Enzim mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi (energi

aktivasi) yang diperlukan untuk berlangsungnya reaksi tersebut. Tanpa

adanya enzim, reaksi metabolisme yang terjadi dalam tubuh akan

berlangsung sangat lama.

Oleh karena enzim terbuat dari protein, setiap enzim memiliki bentuk

tiga dimensi yang unik. Zat yang akan dikatalis oleh enzim disebut

substrat. Substrat akan berikatan dengan enzim pada daerah yang disebut

sisi aktif. Zat baru yang terbentuk dari hasil katalisasi enzim disebut

produk. Sisi aktif pada enzim hanya dapat berikatan dengan substrat

tertentu. Oleh karena itu, enzim bekerja secara spesifik dan satu jenis

enzim hanya akan terlibat dalam satu jenis reaksi saja.

a. Struktur Enzim

Enzim utuh disebut juga holoenzim. Enzim tersusun atas dua bagian,

yaitu:

1) Apoenzim merupakan bagian protein dari enzim dan bersifat tidak

tahan panas (termolabil).

2) Gugus prostetik merupakan bagian nonprotein dari enzim dan bersifat

tahan panas. Jika gugus prostetik berupa molekul anorganik, seperti

logam seng dan besi, disebut kofaktor. Adapun jika berupa molekul

organik, seperti vitamin B1, B2, dan NAD+ (ion Nicotinamide Adenine

Dinucleotide) disebut koenzim.

b. Sifat Enzim

Enzim memiliki beberapa sifat khas, di antaranya selektif, spesifik,

efisien, sebagai biokatalisator, dan merupakan protein.

1) Selektif

Enzim bersifat selektif karena hanya dapat bekerja pada substrat

tertentu. Namun, selain substratnya, enzim dapat juga berikatan dengan

zat penghambat (inhibitor). Hal ini akan dijelaskan lebih lanjut pada

pembahasan berikutnya.

2) Spesifik

Enzim bersifat spesifik karena enzim hanya dapat mengkatalisis reaksi

tertentu. Satu jenis enzim hanya bekerja untuk satu jenis reaksi.

3) Efisien

Dengan adanya enzim yang bersifat sebagai katalis, energi aktivasi

suatu reaksi dapat diturunkan. Hal tersebut memudahkan reaksi dan

menghemat energi yang dibutuhkan untuk memulai reaksi.

4) Biokatalisator

Oleh karena enzim bersifat sebagai katalis, enzim tidak akan

mengalami perubahan bentuk. Oleh karena itu, enzim dapat digunakan

berkali-kali tanpa mengalami kerusakan.

5) Seperti protein

Oleh karena enzim terbuat dari protein, enzim dipengaruhi oleh halhal

yang berpengaruh terhadap protein. Enzim dapat dipengaruhi oleh

suhu, pH, dan adanya logam berat, sehingga enzim dapat mengalami

denaturasi (perubahan bentuk, struktur, dan sifat).

c. Cara Kerja Enzim

Terdapat dua teori yang menjelaskan cara kerja enzim. Teori lock

and key (kunci dan anak kunci) yang dikemukakan oleh Emil Fischer,

serta Teori induced fit (induksi pas) yang dikemukakan oleh Daniel

Kashland.

1) Teori Lock and Key

Menurut teori ini, cara kerja enzim mirip dengan mekanisme kunci

dan anak kunci. Enzim diibaratkan sebagai kunci gembok yang memiliki

sisi aktif. Substrat diibaratkan sebagai anak kuncinya.

Substrat memasuki sisi aktif enzim seperti anak kunci memasuki kunci

gembok. Substrat tersebut, kemudian diubah menjadi produk. Produk ini

kemudian dilepaskan dari sisi aktif dan enzim siap menerima substrat baru

2) Teori Induced Fit

Berdasarkan Teori Induced Fit, enzim melakukan penyesuaian bentuk

untuk berikatan dengan substrat. Hal ini bertujuan meningkatkan

kecocokan dengan substrat dan membuat ikatan enzim substrat lebih reaktif.

Molekul enzim memiliki sisi aktif tempat melekatnya substrat dan

terbentuklah molekul kompleks enzim-substrat. Pengikatan substrat

menginduksi penyesuaian pada enzim yang meningkatkan kecocokan dan

mendorong molekul kompleks enzim-substrat berada dalam keadaan yang

lebih reaktif. Molekul enzim kembali ke bentuk semula setelah produk

dihasilkan

d. Faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim

Terdapat beberapa faktor yang memengaruhi kerja enzim. Faktorfaktor

tersebut erat kaitannya dengan sifat enzim sebagai protein. Faktorfaktor

tersebut di antaranya suhu, derajat keasaman (pH), hasil akhir

produk, konsentrasi enzim dan substrat, serta zat penghambat.

1) Suhu

Enzim terbuat dari protein sehingga enzim dipengaruhi oleh suhu.

Suhu memengaruhi gerak molekul. Pada suhu optimal, tumbukan antara

enzim dan substrat terjadi pada kecepatan yang paling tinggi. Pada suhu

jauh di atas suhu optimal menyebabkan enzim terdenaturasi, mengubah

bentuk, struktur, dan fungsinya. Pada suhu jauh di bawah suhu optimal,

misalnya pada 0°C, enzim tidak aktif.

Enzim pada manusia bekerja optimal pada 35–40°C. Mendekati suhu

normal tubuh. Adapun bakteri yang hidup di air panas memiliki enzim

yang bekerja optimal pada 70°C.

2) Derajat keasaman (pH)

Seperti protein, enzim juga bekerja dipengaruhi oleh derajat keasaman

lingkungan. Derajat keasaman optimal bagi kerja enzim umumnya

mendekati pH netral, sekitar 6–8. Di luar rentang tersebut, kerja enzim

dapat terganggu bahkan dapat terdenaturasi.

3) Hasil akhir (produk)

Jika sel menghasilkan produk lebih banyak daripada yang dibutuhkan,

produk yang berlebih tersebut dapat menghambat kerja enzim

Hal ini dikenal dengan feedback inhibitor. Jika produk yang berlebih

habis digunakan, kerja enzim akan kembali normal. Mekanisme ini sangat

penting dalam proses metabolisme, yaitu mencegah sel menghabiskan

sumber molekul yang berguna menjadi produk yang tidak dibutuhkan.

4) Konsentrasi enzim

Pada rekasi dengan konsentrasi enzim yang jauh lebih sedikit daripada

substrat, penambahan enzim akan meningkatkan laju reaksi. Peningkatan

laju reaksi ini terjadi secara linier. Akan tetapi, jika konsentrasi enzim

dan substrat sudah seimbang, laju reaksi akan relatif konstan. Mengapa?

5) Konsenstrasi substrat

Penambahan konsentrsi substrat pada reaksi yang dikatalisis oleh enzim

awalnya akan meningkatkan laju reaksi. Akan tetapi, setelah konsentrasi

substrat dinaikkan lebih lanjut, laju reaksi akan mencapai titik jenuh dan

tidak bertambah lagi

6) Zat Penghambat

Kerja enzim dapat dihambat oleh zat penghambat atau inhibitor.

Terdapat dua jenis inhibitor, yaitu inhibitor kompetitif dan inhibitor

nonkompetitif.

a) Inhibitor kompetitif

Inhibitor kompetitif menghambat kerja enzim dengan cara berikatan

dengan enzim pada sisi aktifnya. Oleh karena itu, inhibitor ini bersaing

dengan substrat menempati sisi aktif enzim. Hal ini terjadi karena inhibitor

memiliki struktur yang mirip dengan substrat. Enzim yang telah berikatan

dengan inhibitor tidak dapat menjalankan fungsinya sebagai biokatalisator.

b) Inhibitor nonkompetitif

Berbeda dengan inhibitor kompetitif, inhibitor nonkompetitif tidak

bersaing dengan substrat untuk berikatan dengan enzim. Inhibitor jenis

ini akan berikatan dengan enzim pada sisi yang berbeda (bukan sisi aktif).

Jika telah terjadi ikatan enzim-inhibitor, sisi aktif enzim akan berubah

sehingga substrat tidak dapat berikatan dengan enzim. Banyak ion logam

berat bekerja sebagai inhibitor nonkompetitif, misalnya Ag+, Hg2+, dan

Pb2+.

(Sumber BSE XII, Rikky Firmansyah, dkk.)