REVIEW JOURNAL: SISTEM METABOLISME DAN EKSKRESI
Metabolisme merupakan proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup atau sel (Kumar et al. 2010). Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim. Proses metabolisme dibagi menjadi dua yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah proses pembentukan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi seperti fotosintesis, kemosintesis, sintesis lemak, dan sintesis protein. Katabolisme adalah reaksi pemecahan senyawa kimia kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah. Tujuan utama dari katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber. Pembongkaran zat dalam lingkungan cukup oksigen atau aerob disebut dengan proses respirasi, apabila lingkungan tanpa oksigen atau anaerob disebut dengan fermentasi (Ngili 2009).
Ikan merupakan makhluk hidup yang mengalami proses metabolisme, seperti contohnya ikan Mas (Cyprinus carpio). Proses metabolisme yang terjadi seperti sintesis lemak, sintesis protein, dan katabolisme terjadinya reaksi pembongkaran glukosa (Kumar et al. 2010). Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme ketiga zat tersebut bertemu dalam daur krebs. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein, dan seterusnya. Sintesis lemak dari karbohidrat adalah :
(i) Glukosa diurai menjadi asam piruvat Gliserol
(ii) Glukosa diubah Gula fosfat Asetil Ko-A Asam lemak
(iii) Gliserol + Asam lemak Lemak
Sintesis lemak dari protein adalah diawali dengan deaminasi lalu memasuki daur Krebs. Protein diubah menjadi asam amino dengan bantuan enzim protease. Asam amino terurai menjadi asam piruvat, selanjutnya asam piruvat diubah menjadi gliserol. Setelah terbentuk gliserol lalu diubah menjadi fosfogliseroldehid, lalu fosfogliseroldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifikasi membentuk lemak. Lemak berperan sebagai sumber tenaga atau kalori cadangan (Ngili 2009).
Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel melibatkan DNA, RNA, dan ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah polipeptida. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat atau substansi yang berperan penting sebagai pengatur sintesis protein. Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA. Proses sintesis protein dapat dibedakan menjadi dua tahap.
Tahap pertama adalah transkripsi yaitu pencetakan RNAd oleh DNA yang berlangsung di dalam inti sel. Tahap kedua adalah translasi yaitu penerjemahan kode genetik yang dibawa RNAd oleh RNAt (Vazquez 1973).
Katabolisme merupakan pembongkaran senyawa kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah. Seperti proses respirasi, proses ini memerlukan lingkungan yang cukup oksigen. Proses respirasi terjadi secara aerobik. Respirasi adalah suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan glikolisis terbagi menjadi dua fase yaitu fase investasi energi dan fase produksi energi. Fase investasi energi adalah proses perubahan glukosa menjadi glukosa 6-fosfat dengan bantuan satu molekul ATP. Glukosa 6-fosfat kemudian diubah menjadi fruktosa 6-fosfat yang kemudian diubah lagi menjadi fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan satu molekul ATP. Fruktosa 1,6-bifosfat diubah menjadi gula fosfat yang memili 3 atom karbon, yaitu gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Selanjutnya yang digunakan pada tahap glikolisis adalah gliseraldehid 3-fosfat.
Fase produksi energi gliseraldehid 3-fosfat yang dihasilkan dari fase investasi energi kemudian mengalami oksidasi dan fosforilasi menjadi 2 molekul 1,3-bifosfogliserat. Pada tahap ini 2 atom P berikatan dengan 2 atom NAD+ membentuk 2 NADH dan H+. Masing-masing molekul 1,3-bifosfigliserat tersebut kemudian mengalami fosforilasi tingkat substrat menjadi 3-fosfogliserat. Pada tahap ini dihasilkan 2 molekul ATP. Masing-masing molekul 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dan kemudian diubah menjadi 2 molekul fosfoenolpiruvat. Pada tahap tersebut dihasilkan 2 H2O. Dua molekul fosfoenolpiruvat kemudian diubah menjadi 2 molekul piruvat melalui proses fosforilasi tingkat substar dan dihasilkan 2 molekul ATP. Kesimpulan dari jalur glikolisis adalah dihasilkan 2 piruvat + 2 NADH + 4 ATP + 2 H2O.
mengatasinya, NADH + H+ akan dibentuk menjadi NAD+ dengan bantuan enzim laktat dehidrogenasw (LDH) yang akan mengubah piruvat menjadi laktat. Selain menjadi laktat, dalam keadaan anaerob piruvat juga bida diubah menjadi etanol. Proses yang berlangsung adalah piruvat diubah menjadi asetaldehid dengan cara membebaskan CO2 dan bantuan piruvat dekarboksilase dan kemudian asetaldehid diubah menjadi etanol dengan menggunakan NADH dengan bantuan alkohol dehidrogenase. Laktat yang terdapat di dalam jaringan sewaktu-waktu dapat diubah kembali menjadi glukosa melalui siklus Cori. Prosesnya adalah laktat di dalam jaringan masuk ke dalam darah dan diangkut ke hati. Di hati, laktat diubah menjadi piruvat yang kemudian diubah lagi menjadi glukosa melalui proses glukoneogenesis.
Tahap kedua adalah siklus asam sitrat atau siklus (daur) krebs. Siklus asam sitrat terdiri dari dua fase, yaitu fase pemasukan dan pelepasan dua atom C dan fase regemerasi oksaloasetat. Piruvat yang dihasilkan dari jalur glikolisis diubah menjadi asetil-CoA yang kemudian bergabung dengan oksaloasetat membantuk sitrat dan kemudian mengalami hidrasi membentuk isositrat. Isositrat mengalami dekarboksilase oksidatif dan seterusnya menghasilkan α-ketoglutarat. Kemudian α-ketoglutarat mengalami dekarboksilase oksidatif menbetuk suksinil-CoA. Suksinil-CoA diubah menjadi suksinat dengan proses fosforilasi tingkat substrat. Suksinat kemudian mengalami dehidrogenase membentuk fumarat, fumarat mengalami hidrasi membentuk malat. Malat kemudian mengalami dehidrogenase membentuk oksaloasetat kembali. Dari serangkaian siklus asam sitrat ini dihasilkan NADH, FADH2, dan GTP/ATP.
dan PEP karboksikinase. Oksaloasetat dapat memasuki jalur metabolisme protein yaitu dengan diubah menjadi aspartat dan arginin. Arginin kemudian diubah menjadi pirimidin.
Transpor elektron dan fosforilasi oksidatif berlangsung dalam membran dalam mitokondria. Proses-proses ini mereoksidasi NADH dan FADH2 yang berasal dari siklus asam sitrat (terletak dalam matriks mitokondria), glikolisis (terletak dalam sitoplasma), dan oksidasi asam lemak (terletak dalam sitoplasma), dan oksidasi asam lemak (terletak dalam matriks mitokondria), serta menangkap energi yang dilepaskan sebagai ATP. Fosforilasi oksidatif sejauh ini merupakan sumber utama ATP dalam sel. Pada prokariot komponen-komponen transpor elektron dan fosforilasi oksidatif terletak dalam membran plasma. Sedangkan pada eukariot transpor elektron dan fosforilasi oksidatif berlangsung di membran dalam.
Sistem ekskresi adalah sistem pengeluaran zat-zat metabolisme yang tidak berguna bagi tubuh dari dalam tubuh seperti menghembuskan gas CO2, berkeringat, dan buang air kecil. Sistem ekskresi membantu memelihara homeostasis dengan tiga cara yaitu melakukan osmoregulasi, mengeluarkan sisa metabolisme, dan mengatur konsentrasi sebagian besar penyusun cairan tubuh. Fungsi sistem ekskresi antara lain adalah membuang limbah yang tidak berguna dan beracun dari dalam tubuh, mengatur konsentrasi dan volume cairan tubuh (osmoregulasi), mempertahankan temperatur tubuh dalam kisaran normal (termoregulasi), dan homeostasis (Buttle et al 1995).
Alat ekskresi pada ikan terdiri dari insang yang mengeluarkan CO2, kulit yang mengeluarkan lendir sehingga tubuh ikan licin dan mempermudah gerakan dalam air, dan sepasang ginjal yang mengeluarkan urin. Dua tipe ginjal pada ikan adalah pronefros dan mesonefros. Ginjal pronefros adalah paling primitif meski terdapat pada perkembangan embrional sebagian besar ikan, tetapi saat dewasa tidak fungsional, fungsinya akan digantikan oleh mesonefros. Hati juga berperan penting membantu ginjal dengan mengubah amonia menjadi urea dan merombak zat-zat kimia yang beracun. Hati menghasilkan protein plasma dan lemak. Darah dari usus mengalir ke dalam hati sebelum didistribusikan ke seluruh bagian tubuh, hal tersebut yang menyelaraskan kandungan zat-zat kimia dalam darah (Buttle et al 1995).
tubuhnya. Kebanyakan hewan air mengeluarkan sampah bernitrogen dalam bentuk amoniak. Pada hewan air, amonia berdifusi keluar sel lalu keluar tubuhnya dan melalui kulit. Pengeluaran urea membutuhkan banyak sekali pasokan air karena normalnya dikeluarkan dalam larutan (Buttle et al 1995).
Amonia sangat beracun jika disimpan di dalam tubuh, karena mudah larut di dalam air dan berdifusi sangat cepat melalui membran sel-sel. Amonia (NH3) dibentuk ketika kelompok amino (-NH2) dilepas dari protein dan asam nukleat. Pada ikan amonia diekskresikan melalui insang. Amonia tidak dapat segera berdifusi di udara. Karena bersifat racun, amonia harus diekskresikan dalam jumlah besar dalam larutan yang encer (Buttle et al 1995). Ikan mengekskresikan urea. Urea dihasilkan sewaktu pemecahan protein pada hati vertebrata dan diangkut dalam sirkulasi ke organ ekskresi yaitu ginjal. Reaksi yang dikenal adalah siklus urea (Wilkie 2002).
Pada siklus urea satu nitrogen berasal dari amonium, sedangkan yang kedua berasal dari aspartat. Karbon berasal dari CO2. Sintesis urea memerlukan pembentukan karbomil fosfat dan empat reaksi enzim pada siklus urea. Beberapa reaksi berlangsung dalam mitokondria dan beberapa reaksi lainnya dalam sitoplasma. Amonium berasal dari glutamat melalui glutamat dehidrogenase atau dalam bentuk bebas dari darah, dan HCO3 berasal dari respirasi. Urea sangat mudah larut dalam air. Kadar racun urea lebih rendah 100.000 kali dibandingkan dengan amonia, dengan demikian dapat disimpan di dalam tubuh berbentuk cairan yang pekat dan dikeluarkan dengan kehilangan air yang relatif kecil (Wilkie 2002).
konsentrasi zat terlarutnya rendah ke larutan yang konsentrasinya tinggi. Secara konstan ikan kemasukan air dari lingkungan (Romano dan Zeng 2012).
Ikan air tawar memperoleh kelebihan air melalui permukaan tubuhnya, khususnya melalui insang. Ikan air tawar mengalami kehilangan zat-zat terlarut yang ada di dalam urinnya (sampah yang dihasilkan dalam sistem ekskresi). Ikan air tawar mempertahankan kandungan air dan zat-zat terlarut tersebut melibatkan kerja tiga sistem organ. Sistem pencernaan mengambil ion-ion dari makanan, insang (pada proses respirasi) juga mengambil ion-ion garam, khususnya Na+ dan Cl-. Ginjal (pada sistem ekskresi) bekerja secara konstan menghasilkan urin encer dalam jumlah banyak (kadar zat terlarut pada urin lebih rendah dibandingkan dengan yang ada pada cairan tubuh). Melalui pengeluaran urin yang encer tersebut, ikan air tawar membuang kelebihan air dan mempertahankan zat-zat yang diperlukan (Romano dan Zeng 2012).
Ikan air laut menghadapi masalah osmoregulasi kebalikan dari ikan air tawar. Cairan tubuh ikan ini konsentrasi zat terlarutnya lebih rendah daripada air laut. Ikan air laut kehilangan air karena osmosis melalui permukaan tubuhnya. Namun air yang hilang itu diganti dengan meminum air laut. Kelebihan garam dibuang dengan cara memompa ion-ion garam keluar melalui insang. Untuk mempertahankan kandungan air dan mengeluarkan sebagian garam dilakukan dengan menghasilkan sedikit urin yang mengandung ion-ion tertentu. Kebanyakan ikan hanya memiliki sedikit toleransi terhadap perubahan konsentrasi zat-zat terlarut pada cairan disekelilingnya (Romano dan Zeng 2012).
Gambar 1 Osmoregulasi pada ikan air tawar yaitu ikan Mas (Cyprinus carpio)
air tawar, sehingga kemampuan dalam tubuhnya untuk menjaga homeostasisnya adalah dengan berperan sebagai osmoregulator yaitu melakukan osmoregulasi (kemampuan makhluk hidup mengendalikan kelebihan dan kekurangan air berikut zat-zat terlarut di dalam cairan tubuhnya). Ikan Mas mengalami sistem ekskresi mengeluarkan sisa-sisa metabolisme seperti amonia, urea, maupun dalam bentuk feses. Urine yang dihasilkan oleh ikan Mas encer karena kandungan pada urine lebih rendah jika dibandingkan dengan kandungan dalam cairan tubuhnya. Hal tersebut terjadi karena ikan Mas mengeluarkan banyak air dan mempertahankan zat-zat yang dibutuhkan dalam tubuhnya.
Buttle LG, Uglow, Cowx IG. 1995. Effect of dietary protein on the nitrogen excretion and growth of the African catfish, Clarias Gariepinus. Aquat Living Resour. Volume (8): 407-414.
Kumar V, Akinleye AO, Makkar HPS, Angulo-Escalante MA, Becker K. 2010. Growth performance and metabolic efficiency in Nila tilapia (Oreochromis niloticus L.) fed on a diet containing Jatropha platyphylla kernel meal as a protein source. Ngili Y. 2009. Biokimia: Metabolisme dan Bioenergitika. Yogyakarta: Graha Ilmu.
