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.

Reaksireaksi tersebut memerlukan energi. Dari manakah energi didapatkan? 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.

Dari uraian tersebut diketahui bahwa secara tidak langsung, konsumen memperoleh energi dari matahari. Selain itu, terjadi pengubahan bentuk energi dari energi sinar matahari menjadi energi kimia oleh tumbuhan. Proses ini disebut transformasi energi.

Hal tersebut sesuai dengan Hukum Termodinamika Pertama, bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dilenyapkan, tetapi energi dapat diubah dan berpindah. Dalam tubuh makhluk hidup, energi disimpan dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi.

Energi tersebut digunakan untuk kontraksi otot, proses metabolisme, atau hilang dalam bentuk panas. 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.

Rumus bangun ATP

Ikatan tiga fosfat pada ATP tidak stabil dan ikatannya dapat putus melalui hidrolisis. Jika satu gugus fosfat terputus dari ikatan tersebut, ikatan ATP menjadi ikatan ADP (adenosin difosfat). Reaksi hidrolisis ini merupakan reaksi yang melepaskan energi.

Hidrolisis satu mol ATP menghasilkan 7,3 kkal energi. Makhluk hidup menggunakan ATP terus-menerus untuk aktivitas hidupnya. ATP merupakan sumber energi yang dapat diperbarui dengan menambahkan gugus fosfat pada ADP. Respirasi sel pada hewan menyediakan energi untuk proses ini. Pada tumbuhan, energi cahaya dapat digunakan untuk membentuk ATP kembali.

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. Perhatikan gambar berikut

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. Berikut ini contoh reaksi yang dibantu enzim. Manakah substrat, enzim, dan produk?

Penamaan enzim pada umumnya sesuai dengan nama substratnya dan diberi akhiran ase. Contohnya, enzim sukrase yang mengubah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa seperti contoh di atas

a. Struktur Enzim

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

Apoenzim merupakan bagian protein dari enzim dan bersifat tidak tahan panas (termolabil).
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.

Ilustrasi kerja enzim menurut teori Lock and Key

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.

Teori Induced fit menyatakan bahwa setiap substrat mempunyai permukaan yang pas dengan sisi aktif enzim.

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 ben uk, 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. Setelah mencapai titik jenuh, penambahan kembali konsentrasi substrat tidak berpengaruh terhadap laju reaksi.

Pada keadaan laju reaksi jenuh oleh konsentrasi substrat, penambahan konsentrasi enzim dapat meningkatkan laju reaksi. Peningkatan laju reaksi oleh peningkatan konsentrasi enzim akan meningkatkan laju reaksi hingga terbentuk titik jenuh baru.

6) Zat Penghambat

Kerja enzim dapat dihambat oleh zat penghambat atau inhibitor. Terdapat dua jenis inhibitor, yaitu inhibitor kompetitif dan inhibitor nonkompetitif.

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.
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+.

Location: Indonesia