Metabolisme merupakan suatu totalitas proses kimia yang
berlangsung didalam sel. Proses tersebut hanya dapat berlangsung jika terdapat
materi atau zat yang bereaksi dan didukung energy proses metabolism tersebut.
Disamping dua komponen tersebut masih ada lagi molekul yang mutlak diperlukan
agar metabolism berlangsung. Molekul tersebut adalah ATP dan enzim.
1. Enzim
Enzim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia organik. Molekul awal yang disebut substrat akan dipercepat perubahannya menjadi molekul lain yang disebut produk. Jenis produk yang akan dihasilkan bergantung pada suatu kondisi/zat, yang disebut promoter. Semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat dalam suatu arah lintasan metabolisme yang ditentukan oleh hormon sebagai promoter.
Enzim bekerja dengan cara bereaksi dengan molekul substrat untuk menghasilkan senyawa intermediat melalui suatu reaksi kimia organik yang membutuhkan energi aktivasi lebih rendah, sehingga percepatan reaksi kimia terjadi karena reaksi kimia dengan energi aktivasi lebih tinggi membutuhkan waktu lebih lama.
Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa.
Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat, suhu, keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein, yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul lain. Inhibitor adalah molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan aktivator adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Banyak obat dan racun adalah inihibitor enzim.
• Kerja Enzim
Suatu enzim dapat bekerja aktif menghidrolisis suatu substrat apabila ada ikatan antara substrat dengan enzim. Mula-mula bagian aktif enzim ( Apoenzim ) berikatan dengan substrat sehingga terbentuk enzim substrat. Setelah terbentuk ikatan maka bagian yang aktif akan menghidrolisis substrat. Setelah terbentuk zat baru, enzim akan melepaskan diri dari substrat tersebut.
Jika bagian yang aktif dari enzim ditempeli oleh zat tertentu, misalnya zat basil penguraian enzim tadi maka enzim tersebut tidak akan aktif lagi. Zat yang menghambat kerja enzim disebut zat inhibitor.
• Faktor-faktor yang mempengaruhi dan aktivitas enzim, meliputi :
Ø Temperatur
Umumnya enzim tidak menunjukan aktivitas lagi bila tempetraur turun sampai 0o C. Namun enzim-enzim itu tidak rusak. Jika dikembalikan pada temperatur yang biasa, aktivitas enzim pulih kembali seperti sebelum mengalami pendinginan sampai titik beku. Sebaliknya temperatur setinggi 40o C sedah dapat menurunkan kegiatan enzim, bahkan dapat mematikan banyak enzim.
Ø Air
Temperatur optimum belum dapat menumbuhkan biji bila masih dalam keadaan kering. Baru setelah ada air, imbibisi mulailah biji itu berkecambah. Dengan demikian jelas bahwa iir memegang peranan penting dalam memulai kegiatan enzim. Pada waktu biji dalam keadaan kering kegiatan enzim tidak kelihatan sama sekali.
Ø PH
Jika pH naik atau turun, dapat dipastikan aktivitas enzim berubah. Kadang-kadang perubahan pH yang berasal dari lingkungan membawa perubahan fungsi dari suatu enzim.pada pH tertentu , suatu enzim mengabah substrat menjadi menjadi hasil akhir. Maka perubahan pH dapat membalik kegiatan enzim menjadi pengubahan hasil akhir kembali menjadi substrat.
Ø Hasil akhir
Kecepatan reaksi dalam suatu proses kimia itu tidak konstan, misalnya kegiatan pada awal reaksi tidak sama dengan kegiatan pada pertengahan atau akhir reaksi. Demikian halnya dengan reaksi yang dibantu oleh enzim, pada awalnya reaksi yang bertumpuk-tumpuk. Apabila hasil akhir dapat disingkirkan, kegiatan reaksi akan berlangsung dengan kecepatan yang konstan bila faktor-faktor lainnya konstan pula. Oleh karena itu dapat ditarik kesimpulan bahwa hasil akhir yang bertumpuk-tumpuk itu menghambat aktivitas enzim.
Ø Substrat
Substrat adalah zat yang diubah menjadi sesuatu yang baru, sedangkan sesuatu yang baru ini kita sebut hasil akhir. Umumnya terdapat hubungan linear antara substrat dengan hasil akhir bilakonsentrasi enzim tetap,pH konstan dan temperatur konstan. Jadi bila jumlah substrat yang tersedia ada dua kali lipat, hasil akhirnyapun akan mencapai dua kali lipat.
Ø Zat penghambat
Zat kimia yang menghambat aktivitas kerja enzim diantaranya adalah garam-garan dari logam berat, seperti air raksa. Pekerjaan suatu enzim terhadap suatu substrat, dapat kita gambarkan seprti bekerjanya kunci terhadap induk (lobang) kunci. Struktur suatu molekul enzim tertentu itu bagaikan anak kunci yang cocok digunakan untuk menggerakan atau mengubah suatu molekul substrat yang tertentu pula.
• Sifat-sifat Enzim
§ Enzim dibentuk dalam protoplasma sel
§ Enzim beraktifitas di dalam sel tempat sintesisnya (disebut endoenzim) maupun di tempat yang lain diluar tempat sintesisnya (disebut eksoenzim)
§ Sebagian besar enzim bersifat endoenzim
§ Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil
§ Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion
§ Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebabkan denaturasi protein misalnya suhu, pH dll
§ Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktifitasnya
§ Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa merubah keseimbangan reaksi
§ Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi, struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung
§ Enzim bermolekul besar
§ Enzim bersifat khas/spesifik
§ Suhu: optimum 300C, minimum 0 0C, maksimum 400C
§ Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, Fe
§ Logam berat, menghambat aktivitas enzim: Pb, Cu, Zn, Cd, Ag
§ pH, tergantung pada jenis enzimnya (pepsin aktif kondisi masam, amilase kondisi netral, tripsin kondisi basa)
§ Konsentrasi substrat, substrat yang banyak mula-mula memacu aktifitas enzim, tetapi kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect)
§ Konsentrasi enzim, peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya
§ Air, memacu aktifitas enzim
§ Vitamin, memacu aktifitas enzim
• Penghambat Aktifitas Enzim ada 2 tipe :
1. Kompetitif: zat penghambat mempunyai struktur yang mirip dengan substrat sehingga dapat bergabung dengan sisi aktif enzim. Terjadi kompetisi antara substrat dengan inhibitor untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (misal feed back effect)
2. Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak sehingga sisi aktifnya tidak cocok lagi dengan substrat
• Komponen penyusun enzim :
a. Enzim protein sederhana, yang tersusun oleh protein saja
b. Enzim konjugasi (holoenzim), yang tersusun dari :
- Apoenzim adalah bagian enzim yang tersusun dari protein bersifat termolabil, mudah rusak pada suhu di atas 600C.
- Kofaktor adalah enzim yang tidak tersusun dari protein bersifat termostabil, tahan panas, dapat berupa ion logam, berperan sebagai stabilisator agar enzim tetap aktif, contoh : Mg++, Ca++, Fe++, Cu++, K+, Na+, berupa senyawa organik, berperan pada reaksi enzimatis tertentu, yang mudah lepas dari protein disebut koenzim A, NAD (Nikotinamioa Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukeitida), sitokrom berbagai vitamin B, misalnya vitamin B, B1, B2.
2. 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 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.
1. Enzim
Enzim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia organik. Molekul awal yang disebut substrat akan dipercepat perubahannya menjadi molekul lain yang disebut produk. Jenis produk yang akan dihasilkan bergantung pada suatu kondisi/zat, yang disebut promoter. Semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat dalam suatu arah lintasan metabolisme yang ditentukan oleh hormon sebagai promoter.
Enzim bekerja dengan cara bereaksi dengan molekul substrat untuk menghasilkan senyawa intermediat melalui suatu reaksi kimia organik yang membutuhkan energi aktivasi lebih rendah, sehingga percepatan reaksi kimia terjadi karena reaksi kimia dengan energi aktivasi lebih tinggi membutuhkan waktu lebih lama.
Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa.
Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat, suhu, keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein, yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul lain. Inhibitor adalah molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan aktivator adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Banyak obat dan racun adalah inihibitor enzim.
• Kerja Enzim
Suatu enzim dapat bekerja aktif menghidrolisis suatu substrat apabila ada ikatan antara substrat dengan enzim. Mula-mula bagian aktif enzim ( Apoenzim ) berikatan dengan substrat sehingga terbentuk enzim substrat. Setelah terbentuk ikatan maka bagian yang aktif akan menghidrolisis substrat. Setelah terbentuk zat baru, enzim akan melepaskan diri dari substrat tersebut.
Jika bagian yang aktif dari enzim ditempeli oleh zat tertentu, misalnya zat basil penguraian enzim tadi maka enzim tersebut tidak akan aktif lagi. Zat yang menghambat kerja enzim disebut zat inhibitor.
• Faktor-faktor yang mempengaruhi dan aktivitas enzim, meliputi :
Ø Temperatur
Umumnya enzim tidak menunjukan aktivitas lagi bila tempetraur turun sampai 0o C. Namun enzim-enzim itu tidak rusak. Jika dikembalikan pada temperatur yang biasa, aktivitas enzim pulih kembali seperti sebelum mengalami pendinginan sampai titik beku. Sebaliknya temperatur setinggi 40o C sedah dapat menurunkan kegiatan enzim, bahkan dapat mematikan banyak enzim.
Ø Air
Temperatur optimum belum dapat menumbuhkan biji bila masih dalam keadaan kering. Baru setelah ada air, imbibisi mulailah biji itu berkecambah. Dengan demikian jelas bahwa iir memegang peranan penting dalam memulai kegiatan enzim. Pada waktu biji dalam keadaan kering kegiatan enzim tidak kelihatan sama sekali.
Ø PH
Jika pH naik atau turun, dapat dipastikan aktivitas enzim berubah. Kadang-kadang perubahan pH yang berasal dari lingkungan membawa perubahan fungsi dari suatu enzim.pada pH tertentu , suatu enzim mengabah substrat menjadi menjadi hasil akhir. Maka perubahan pH dapat membalik kegiatan enzim menjadi pengubahan hasil akhir kembali menjadi substrat.
Ø Hasil akhir
Kecepatan reaksi dalam suatu proses kimia itu tidak konstan, misalnya kegiatan pada awal reaksi tidak sama dengan kegiatan pada pertengahan atau akhir reaksi. Demikian halnya dengan reaksi yang dibantu oleh enzim, pada awalnya reaksi yang bertumpuk-tumpuk. Apabila hasil akhir dapat disingkirkan, kegiatan reaksi akan berlangsung dengan kecepatan yang konstan bila faktor-faktor lainnya konstan pula. Oleh karena itu dapat ditarik kesimpulan bahwa hasil akhir yang bertumpuk-tumpuk itu menghambat aktivitas enzim.
Ø Substrat
Substrat adalah zat yang diubah menjadi sesuatu yang baru, sedangkan sesuatu yang baru ini kita sebut hasil akhir. Umumnya terdapat hubungan linear antara substrat dengan hasil akhir bilakonsentrasi enzim tetap,pH konstan dan temperatur konstan. Jadi bila jumlah substrat yang tersedia ada dua kali lipat, hasil akhirnyapun akan mencapai dua kali lipat.
Ø Zat penghambat
Zat kimia yang menghambat aktivitas kerja enzim diantaranya adalah garam-garan dari logam berat, seperti air raksa. Pekerjaan suatu enzim terhadap suatu substrat, dapat kita gambarkan seprti bekerjanya kunci terhadap induk (lobang) kunci. Struktur suatu molekul enzim tertentu itu bagaikan anak kunci yang cocok digunakan untuk menggerakan atau mengubah suatu molekul substrat yang tertentu pula.
• Sifat-sifat Enzim
§ Enzim dibentuk dalam protoplasma sel
§ Enzim beraktifitas di dalam sel tempat sintesisnya (disebut endoenzim) maupun di tempat yang lain diluar tempat sintesisnya (disebut eksoenzim)
§ Sebagian besar enzim bersifat endoenzim
§ Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil
§ Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion
§ Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebabkan denaturasi protein misalnya suhu, pH dll
§ Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktifitasnya
§ Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa merubah keseimbangan reaksi
§ Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi, struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung
§ Enzim bermolekul besar
§ Enzim bersifat khas/spesifik
§ Suhu: optimum 300C, minimum 0 0C, maksimum 400C
§ Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, Fe
§ Logam berat, menghambat aktivitas enzim: Pb, Cu, Zn, Cd, Ag
§ pH, tergantung pada jenis enzimnya (pepsin aktif kondisi masam, amilase kondisi netral, tripsin kondisi basa)
§ Konsentrasi substrat, substrat yang banyak mula-mula memacu aktifitas enzim, tetapi kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect)
§ Konsentrasi enzim, peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya
§ Air, memacu aktifitas enzim
§ Vitamin, memacu aktifitas enzim
• Penghambat Aktifitas Enzim ada 2 tipe :
1. Kompetitif: zat penghambat mempunyai struktur yang mirip dengan substrat sehingga dapat bergabung dengan sisi aktif enzim. Terjadi kompetisi antara substrat dengan inhibitor untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (misal feed back effect)
2. Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak sehingga sisi aktifnya tidak cocok lagi dengan substrat
• Komponen penyusun enzim :
a. Enzim protein sederhana, yang tersusun oleh protein saja
b. Enzim konjugasi (holoenzim), yang tersusun dari :
- Apoenzim adalah bagian enzim yang tersusun dari protein bersifat termolabil, mudah rusak pada suhu di atas 600C.
- Kofaktor adalah enzim yang tidak tersusun dari protein bersifat termostabil, tahan panas, dapat berupa ion logam, berperan sebagai stabilisator agar enzim tetap aktif, contoh : Mg++, Ca++, Fe++, Cu++, K+, Na+, berupa senyawa organik, berperan pada reaksi enzimatis tertentu, yang mudah lepas dari protein disebut koenzim A, NAD (Nikotinamioa Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukeitida), sitokrom berbagai vitamin B, misalnya vitamin B, B1, B2.
2. 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 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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar