Bahan metabolisme

Metabolisme (bahasa Yunani: μεταβολισμος, metabolismos, perubahan) adalah istilah yang mengacu pada perubahan-perubahan kimiawi yang terjadi di dalam tubuh untuk pelaksanaan berbagai fungsi vitalnya. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik,

a. katabolisme, yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi

b. anabolisme, yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh

Kedua arah lintasan metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada senyawa organik, penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu percepatan reaksi kimia disebut katalis.

Pada setiap arah metabolisme, reaksi kimiawi melibatkan sejumlah substrat yang bereaksi dengan dikatalisis enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan senyawa intermediat, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya. Keseluruhan pereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi disebut metabolom. Semua ini dipelajari pada suatu cabang ilmu biologi yang disebut metabolomika.

PERANAN ADENOSIN TRIFOSFAT (ATP) PADA METABOLISME

Bagian reaksi kimia yang lebih besar di dalam sel adalah membuat energi di dalam makanan tersedia bagi berbagai sistem fisiologis sel. Misalnya, energi diperlukan untuk (1) aktivitas otot, (2) sekresi oleh kelenjar-kelenjar, (3) pemeliharaan potensial membran oleh saraf dan serabut otot, (4) sintesis zat-zat di dalam sel, dan (5) absorpsi makanan dari traktus gastrointestinalis. Zat adenosin trifosfat (ATP) memainkan peranan kunci dalam membuat energi makanan tersedia bagi semua tujuan ini. ATP merupakan senyawa kimia labil yang terdapat di dalam semua sel dan mempunyai struktur kimia berupagabungan adenosin, ribosa dan tiga gugusan fosfat. Jumlah energi bebas dalam setiap ikatan berenergi tinggi ini per mol ATP kira-kira 8000 kalori dalam keadaan suhu dan konsentrasi reaktan dalam tubuh. Oleh karena itu, pembuangan setiap gugusan fosfat mengeluarkan 8000 kalori energi.

seringkalidinamakan alat pembayar energi tubuh yang dapat diperoleh dan disimpan berkali-kali.

A. METABOLISME KARBOHIDRAT

Sebagai hasil pencernaan dan absorpsi jenis gula dan jenis zat tepung ada di dalam darah sebgai glukosa. Kadar gula darah yang normal ialah 100 mg glukosa setiap ccm darah. Glukosa dapat segera didifusikan ke dalam cairan jaringan dan ke dalam sel, dan konsentrasi glukosa yang sama terdapat di dalam cairan tubuh. Setelah absorpsi dalam sel, glukosa dapat digunakan segera untuk mengeluarkan energi pada sel atau dapat disimpan dalam bentuk

glikogen,

yang merupakan polimer besar glukosa.

Semua sel tubuh sebenarnya mampu menyimpan glikogen paling tidak dalam jumlah sedikit, tetapi sel-sel tertentu dapat menyimpan glikogen dalam jumlah besar, khususnya sel hati, yang dapat menyimpan 5 sampai 8 persen beratnya sebagai glikogen, dan sel-sel otot, yang dapat menyimpan sampai 1 persen glikogen. Glikogen dalam otot digunakan sewaktu aktivitas otot dan diisi kembali dengan glukosa gula darah menurut kebutuhan.

GLIKOGENESIS

Glikogenesis merupakan proses pembentukan glikogen, bahwa

glukosa 6-fosfat

pertama-tama menjadi

glukosa 1-fosfat;

kemudian zat ini diubah menjadi

uridin

diosfat glukosa

, yang kemudian diubah menjadi glikogen. Beberapa enzim spesifik dibutuhkan untuk menimbulkan perubahan ini, dan setiap monosakarida yang dapat diubah menjadi glukosa jelas dapat masuk ke dalam reaksi ini dan, senyawa tertentu yang lebih kecil, termasuk

asam laktat, gliserol, asam piruvat

dan

beberapa asam amino yang telah mengalami deaminasi

, juga dapat diubah menjadi glukosa atau senyawa sejenis dan kemudian diubah menjadi glikogen.

GLIKOGENOLISIS

Glikogenolisis berarti pemecahan glikogen menjadi bentuk glukosa di dalam sel. Glikogenolisis tidak terjadi dengan membalikkan reaksi kimia yang sama untuk membentuk glikogen; sebagai gantinya, setiap molekul glukosa yang berturutan pada setiap cabang polimer glikogen dipisahkan dengan proses

fosforilasi,

dikatalisis oleh

fosforilase.

Dalam keadaan istirahat foforilase berada dalam bentuk tidak aktif sehingga glikogen dapat disimpan dan tidak diubah kembali menjadi glukosa. Oleh karena itu, bila diperlukan untuk mengubah kembali glikogen menjadi glukosa, fosforilase harus diaktifkan terlebih dahulu.

PENGELUARAN ENERGI DARI MOLEKUL GLUKOSA OLEH JALAN GLIKOLITIK

perubahan asam piriuvat menjadi asetil koenzim A, siklus asam sitrat, dan fosforilasi oksidatif. Sehingga daat ditentukan jumlah total molekul ATP yang dibentuk oleh energi dari satu molekul glukosa, yaitu

1. dua selama glikolisis,

2. dua selama siklus asam sitrat, 3. dan 34 selama fosforilasi oksidatif,

Yang membuat jumlah total 38 molekul ATP yang terbentuk untuk setiap molekul glukosa yang didegradasi menjadi karbon dioksida dan air. Jadi 304.000 kalori energi disimpan dalam bentuk ATP, sedangkan 686.000 kalori dikeluarkan selama oksidasi lengkap setiap gram mol glukosa. Hal ini menggambarkan efisiensi keseluruhan transfer energi sebesar 44 persen. Sisa energi sebesar 56 persen menjadi panas dan karena itu tidak dapat digunakan oleh sel untuk melakukan fungsi spesifik.

B. METABOLISME LEMAK

Sejumlah senyawa kimia dalam makanan dan dalam tubuh digolongkan dalam

lipid.

Senyawa tersebut adalah (1)

lemak netral,

dikenal juga sebagai

trigliserida,

(2)

fosfolipid,

(3)

kolesterol

dan (4) beberapa senyawa lain yang kurang penting. Secara kimia, gugusan dasar lipid trigliserida dan fosfolipid adalah asam lemak, yang merupakan asam organik hidrokarbon sederhana berantai panjang. Walaupun kolesterol tidak mengandung asam lemak, inti sterolnya disintesis dari hasil degradasi molekul asam lemak. Trigliserida terutama digunakan dalam tubuh untuk menyediakan energi bagi berbagai proses metabolisme; fungsi lipid ini mempunyai peranan yang hampir sama dengan karbohidrat. Akan tetapi, beberapa lipid, khususnya kolesterol, fosfolipid, dan derivat-derivatnya, digunakan di seluruh tubuh untuk menyedikan fungsi intrasel lain.

PENGGUNAAN TRIGLISERIDA UNTUK ENERGI DAN PEMBENTUKAN ADENOSIN TRIFOSFAT (ATP)

Penggunaan lemak oleh tubuh untuk energi sama pentingnya seperti penggunaan kabohidrat. Selain itu, sejumlah besar karbohidrat yang dimakan pada setiap kali makan diubah menjadi trigliserida, kemudian disimpan, dan kemudian digunakan sebagai trigliserida untuk energi. Oleh karena itu, lebih dari setengah keseluruhan energi yang digunakan oleh sel disuplai oleh asam lemak yang berasal dari triglisrida atau secara tak langsung dari karbohidrat.

1. Pemasukan Asam Lemak ke dalam Mitokondria

Degradasi dan oksidasi asam lemak hanya terjadi dalam mitokondria. Oleh karena itu, langkah pertama untuk penggunaan asam lemak adalah mentranspor masuk mitokondria. Terdapat proses yang dikatalisis oleh enzim yang memakai

karnitin

sebagai zat pembawa. Setelah berada di dalam mitokndria, asam lemak memisahkan diri dari karnitin dan kemudian dioksidasi.

Molekul asam lemak didegradasi dalam mitokondria dengan secara progresif melepaskan 2 segmen karbon dalam bentuk asetil koenzim A. Proses ini dinamakan poses

oksidasi beta

untuk degradasi asam lemak. Setiap saat reaksi kimia berlangsung, terbentuk asetil Ko-A baru, dan proses ini berlangsung berkali-kali sampai seluruh molekul asam lemak pecah menjadi asetil Ko-A.

3. Oksidasi Asetil Ko-A

Molekul asetil Ko-A yang dibentuk oleh oksidasi betas asam lemak masuk ke dalam siklus asam sitrat dan didegradasi menjadi karbon dioksida dan atom hidrogen. Hidrogen selanjutnya diksidasi oleh enzim-enzim oksidatif sel untuk membentuk ATP.

4. ATP yang dibentuk oleh Oksidasi Asam Lemak

4 atom hidrogen dikeluarkan setiap kali satu molekul asetil-KoA dibentuk dari rantai asam lemak. Hidrogen tambahan dilepaskan di dalam siklus asam sitrat. Oksidasi keseluruhan atom hidrogen ini meningkatkan pembentukan ATP menjadi 139 molekul untuk setiap moleku asam stearat yang dioksidasi. Tujuh molekul ATP lainnya dibentuk dalam cara lain, membuat jumlah total 146 molekul ATP.

C. METABOLISME PROTEIN

Sekitar tiga perempat zat padat tubuh adalah protein, ini terdiri atas protein stuktural, enzim, gen, protein yang mentranspor oksigen, protein otot yang menyebabkan kontraksi dan banyak jenis protein lain melakukan fungsi spesifik di seluruh tubuh baik intrasel maupun ekstrasel.

ASAM AMINO

Unsur utama protein adalah asam amino, 20 diantaranya terdapat di dalam tubuh dalam jumlah bermakna. Rumus kimia 20 asam amino tersebut, menunjukkan bahwa mereka semuanya mempunyai dua gambaran umum; setiap asam amin mempunyai gugusan asam (-COOH) dan gugusan nitrogen yang terletak berdekatan dengan gugusan asam, biasanya dinyatakan oleh gugsan amino (-NH2)

KIMIA SINTESIS PROTEIN

ini asam amino diberi ”energi” oleh energi yang berasal dari ATP dan GTP, dan (2) peningkatan asam amino menjadi rantai peptida, suatu fungsi yang diatur oleh sistem genetik setiap sel.

PENGGUNAAN PROTEIN UNTUK ENERGI

Terdapat batas tertinggi jumlah protein yang dapat tertimbun dalam setiap jenis sel tertentu. Bila sel telah mecapai batas tersebut, setiap penambahan asama amino dalam cairan tubuh dipecahkan dan digunakan untuk energi atau disimpan sebagai lemak.degradasi ini terjadi hampir seluruhnya dalam hati, dan dimulai dengan proses yang dikenal sebagai deaminasi. Deaminasi berarti pembuangan gugus amino dari asam amino. Hal ini dapat terjadi dengan beberapa cara, dua diantaranya yang penting adalah: (1) transaminasi, yang berarti pemindahan gugus amino ke beberapa senyawa penerima, dan (2) deaminasi oksidatif.

Bahwa gugusan amino dari asam amino dipindahkan ke asam α-ketoglutarat yang kemudian menjadi asam glutamat. Asam glutamat kemudian dapat memindahkan gugusan amino ke zat lain atau dapat melepaskannya dalam bentuk amonia. Pada proses pelepasan gugus amino, asam glutamat sekali lagi menjadi asam α-ketoglutarat, sehingga siklus dapat diulang berkali-kali. Pembentukan Urea oleh Hati. Amonia yang dilepaskan waktu deaminasi dikeluarkan dari darah hampir seluruhnya dengan mengubahnya menjadi urea, dua molekul amonia dan satu molekul karbon dioksida bersatu sesuai dengan reaksi bersih berikut:

2NH

3

+ CO

2



H

2

N – C – NH

2

+ H

2

0

O

Tingkat-tingkat pembentukan urea dimulai dengan derivat asam amino

ornitin,

yang berkaitan dengan satu molekul karbon dioksida dan satu molekul amonia untuk membentuk zat kedua,

sitrulin.

Zat ini selanjutnya berikatan dengan molekul amonia lain untuk membentuk

arginin

, yang kemudian pecah menjadi

ortinin dan urea.

Urea berdifusi dari sel hati masuk ke cairan tubuh dan diekskresi oleh ginjal, sedngkan ortinin digunakan kembali dalam siklus ini berkali-kali. Oksidasi Asam Amino yang Telah Mengalami Deaminasi. Setelah asam amino mengalami deaminasi, asam keto yang dihasilkan pada sebagian besar keadaan, dioksidasi untuk mengeluarkan energi untuk tujuan metabolisme. Hal ini biasanya menyangkut dua proses: (1) asam keto diubah menjadi zat kimia yang sesuai yang dapat masuk siklus asam sitrat dan (2) zat ini kemudian mengalami degradasi oleh siklus ini dengan cara yang sama seperti asetil KoA yang berasal dari mrtablisme karbohidrat dan lipid, didegradasi.