Metabolisme

Metabolisme merupakan proses keseluruhan reaksi kimia yang melibatkan perubahan energi dan enzim dalam tubuh makhluk hidup. Berdasarkan kebutuhan energinya, proses metabolisme terbagi menjadi dua, yaitu:

1. 1. Katabolisme, yaitu energi yang dihasilkan pada saat tubuh mencerna molekul kompleks menjadi lebih sederhana.
   2. Anabolisme, yaitu energi yang dibutuhkan untuk membentuk senyawa dari sederhana menuju yang lebih kompleks.

Katabolisme

Merupakan proses pemecahan molekul kompleks (mengandung energi tinggi) menjadi molekul lebih sederhana (mengandung energi lebih rendah). Proses katabolisme bertujuan untuk menghasilkan energi yang terkandung dalam suatu senyawa. Berdasarkan keberadaaan oksigen proses katabolisme dibedakan menjadi dua, yaitu respirasi dan fermentasi. Respirasi merupakan proses katabolisme yang terjadi dalam kondisi oksigen yang cukup (aerob), sedangkan fermentasi merupakan proses katabolisme yang terjadi dalam kondisi tidak ada oksigen (anaerob).

1. Respirasi Aerob

Repirasi merupakan proses yang menghasilkan energi menggunakan oksigen dari senyawa organik kompleks menjadi senyawa lebih sederhana. Respirasi aerob terjadi melalui empat tahap, yaitu:

1. Glikolisis, yaitu proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat.
2. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, yaitu perombakan asam piruvat menjadi asetil Ko-A.
3. Daur asam sitrat, yaitu siklus yang menghasilkan energi dengan merombak asetil Ko-A menjadi akseptor elektron.
4. Transfer elektron, yaitu mekanisme pembentukan energi dan menghasilkan produk sampingan berupa air.

No.	Tahapan	Bahan	Tempat	Hasil
1.	Glikolisis	Glukosa	Sitosol	2 ATP; NADH; 2 Asam Piruvat
	Tahapan Glikolisis Sumber gambar: Campbell, N.A., et al. (2006)
2.	Dekarboksilasi oksidatif	Asam Piruvat	Matriks mitokondria	2 Asetil Ko-A; 2CO2; 2NADH
	Tahapan Dekarboksilasi Oksidatif Sumber gambar: Campbell, N.A., et al. (2006).
3.	Siklus Krebs	Asetil Ko-A	Matriks mitokondria	6NADH; 2FADH2; 4 CO2
	Tahapan Siklus Krebs Sumber gambar: Campbell, N.A., et al. (2006).
4.	Transport elektron	NADH dan FADH2	Membran dalam mitokondria	32 ATP; 6H20
	Tahapan Transport Elektron Sumber: Campbell, N.A., et al. (2006).

2. Fermentasi (Respirasi Anaerob)

Fermentasi merupakan proses perubahan glukosa yang terjadi pada lingkungan anaerob, meliputi glikolisis dan pembentukan NAD. Fermentasi dibedakan menjadi dua, yaitu:

1. Fermentasi Alkohol, merupakan proses pemecahan asam piruvat menjadi asetaldehid kemudian menjadi etanol.
2. Fermentasi Asam Laktat, merupakan fermentasi glukosa menjadi asam laktat.

Hubungan Katabolisme antara Karbohidrat, Protein, dan Lemak

Katabolisme merupakan rangkaian pemecahan karbohidrat yang melibatkan banyak tahapan. Tahap pertama yaitu glikoslisis. Glikolisis merupakan proses yang menghasilkan asam piruvat dari perombakan karbohidrat di dalam sel. Dalam prosesnya glikolisis dibantu oleh beberapa enzim pencernaan. Asam privut akan masuk ketahapan ke dua yaitu tahap dekarboksilasi oksitadif yang menghasilkan produk akhir berupa Asetil Ko – A. Asetil Ko – A kemudian selanjutnya akan masuk ke silklus krebs menghasilakn NADH dan ATP. Dengan demikian karbohidrat yang terdapat dalam tubuh dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi karena sudah dirombak menjadi molekul sederhana (ATP).

• Hubungan Katabolisme Karbohidrat dengan Protein

Protein yang terdapat didalam tubuh tersusun dari molekul yang kompleks sehingga tidak dapat digunakan sebagai energi. Maka dari itu, protein harus dicerna terlebih dahulu menjadi asam amino. Dengan bantuan enzim, asam amino dapat masuk ke rangkaian proses glikolisis sehingga meningkatkan produksi asam piruvat yang dilanjutkan menuju siklus krebs. Sedangkan, asam amino yang tidak masuk kedalam siklus krebs, akan mengalami deaminasi dan membentuk NH₃. NH₃ yang tidak terserap dalam tubuh akan dikeluarkan dalam bentuk urin.

• Hubungan Katabolisme Karbohidrat dengan Lemak

Lemak mengandung banyak atom hidrogen sehingga lemak dijadikan sumber energi utama dalam tubuh. Namun untuk dapat dimanfaatkan menjadi energi lemak harus di rombak menjadi molekul yang lebih sederhana. Hidrolisis lemak adalah tahapan untuk memecah lemak menjadi gliserol dan asam lemak dan dalam bentuk inilah lemak baru bisa digunakan sebagai energi. Gliserol dapat masuk kerangkaian glikolisis dalam bentuk gliseraldehid 3 forsfat (G3P) sehingga produksi asam piruvat akan bertambah, selain itu asam lemak juga dapat masuk ke dalam siklus Krebs setelah mengalami beta-oksidasi menjadi Asetil Ko-A. Dengan demikian sumber bahan siklus Krebs bertambah dan ATP untuk digunakan sebagai energi semakin banyak.

Anabolisme

Anabolisme adalah proses pembentukan atau penyusunan senyawa kompleks dari senyawa yang lebih sederhana. Dibutuhkan energi untuk melakukan anabolisme. Berikut merupakan sumber energi dan cara energi tersebut digunakan dalam Anabolisme:

1. Fotosintesis

Fotosintesis merupakan peristiwa pembentukan karbohidrat dari bahan dasar berupa air dan karbondioksida. Untuk melakukan fotosintesis energi berasal dari cahaya sinar matahari. Fotosintesis terjadi pada klorofil pada tumbuhan. Klorofil adalah pigmen warna yang dapat menangkan energi dari cahaya matahari. Berikut adalah reaksi yang terjadi saat fotosintesis:

Fotosintesis berlangsung dalam 2 tahap reaksi, yaitu:

• Reaksi terang

Reaksi terang adalah tahapan dimana terjadi penangkapan energi cahaya (foton) oleh klorofil yang terdapat pada kloroplas. Reaksi terang hanya dapat terjadi apabila terdapat sinar matahari. Reaksi terang terjadi pada membran tilakoid. Proses pada reaksi terang meliputi:

1. Foton diserap oleh kloroplas dan dirubah menjadi energi yang dapat menggerakan elektron.
2. Molekul air dipecah yang mengakibarkan elektron, hidrogen dan oksigen terlepas dari molekul tersebut. Proses ini disebut dengan fotolisis air.
3. Hidrogen yang terlepas akan bergabung membentuk NADP dan terjadi proses sintesis ATP.
4. NADPH dan ATP yang terbentuk merupakan bahan yang akan masuk ke tahapan reaksi gelap. Sedangkan sebagian oksigen dilepas dan digunakan untuk katabolisme.

• Reaksi gelap

Reaksi gelap adalah tahapan lanjutan dari reaksi terang. Reaksi gelap dapat terjadi tanpa bantuan energi dari cahaya matahari. Reaksi gelap disebut juga dengan siklus Calvin – Benson atau siklus Calvin.  Tempat terjadinya reaksi gelap yaitu pada stroma. Proses pada reaksi gelap meliputi:

1. Reaksi gelap dimulai saat karbondioksida difikasasi oleh RuBP (Ribulosa BiPhospat) menjadi senyawa 6 carbon.
2. Senyawa 6 karbon dipecah menjadi 2 fosfogliserat (PGA).
3. PGA menerima gugus P dari ATP dan elektron dari NADPH, sehingga merubah menjadi 12 PGAL.
4. 2 PGAL berkondensasi menjadi glukosa 6 phospat, sedangkan 12 PGAL berkurang menjadi 10 PGAL untuk Kembali ke tahap awal menjadi RuB.
5. Kemudian, Glukosa 6 phospat digunakan untuk membentuk karbohidrat akhir fotosintesis.

2. Kemosintesis

Kemosintesis merupakan peristiwa sintesis senyawa organik dari senyawa organik melalui suatu reaksi kimia tertentu. Organisme yang dapat melakukan kemosintesis adalah bakteri kemoautotrof (bakteri yang tidak memiliki klorofil).

Berikut adalah contoh kemosintesis pada beberapa makhluk hidup.

• Kemosintesis oleh Bakteri Nitrifikasi

Bakteri nitrifikasi dapat mengoksidasi ammonia menjadi nitrit. Contoh bakteri nitrifikasi yaitu: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter, dan Bactoderma.

• Kemosintesis oleh Bakteri Belerang

Logam sulfida dapat dioksidasi menjadi sulfur oleh bakteri belerang. Selain logam sulfida bakteri ini juga dapat memanfaatkan endapan sulfur untuk dioksidasi dan dijadikan energi. Contoh bakteri belerang, yaitu Beggiatoa dan Thiospirillum.

• Kemosintesis oleh Bakteri Besi

Kemampuan banteri ini adalah mengoksidasi ion ferro menjadi ion ferri. Contoh bakteri besi yaitu Leptothrix, Crenothrix, Cladothrix dll.

2Fe + H₂O + O 2Fe(OH)₃ + 4CO₂ + Energi

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O 4Fe(OH)₃ + 4CO₂ + Energi

• Kemosintesis Bakteri Hidrogen

Bacillus panctotrophus adalah contoh dari bakteri hidrogen. Hidrogen bebas dapat dioksidasi oleh bakteri tersebut sebagai sumber energi.

• Kemosintesis Bakteri Metana

Methanonas adalah contoh dari bakteri metana. Sumber energi bagi bakteri ini adalah metana. Metana dapat dioksidasi menjadi karbondioksida dan dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi.

Artikel: Metabolisme
Kontributor: Dinda Muthi Selina, S.Si.
Alumni Biologi FMIPA UI

Lihat juga materi Biologi lainnya di StudioBelajar.com:

• Ekosistem
• Sistem Ekskresi
• Sistem Pernapasan