METABOLISME SEL

Pengertian :

• Merupakan proses sel memperoleh bahan dan energi dari lingkungannya, mengubahnya (melalui proses kimia) untuk aktivitas kehidupannya dan mengembalikan sebagian hasil akhirnya ke lingkungan.

Pertukaran zat antara sel dengan lingkungannya

Proses kimia yang tejadi pada metabolisme sel adalah :

• Anabolisme :

proses penyusunan molekul-molekul kompleks/ senyawa yang kaya energi dari molekul-molekul kecil dan sederhana (pati, selulose, protein, lemak dan asam lemak). Proses ini membutuhkan energi, baik energi cahaya, kimia maupun ATP hasil dari katabolisme

• Energi yang digunakan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk.

​

• Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar :
• Pertama, produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida.

• Kedua, pengaktivasian senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP.

​

• Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat.

​

• Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis

• Senyawa kompleks yang disintesis organisme tersebut adalah senyawa organik atau senyawa hidrokarbon.

​

• Mahkluk hidup Autotrof, seperti tumbuhan, dapat membentuk molekul organik kompleks di sel seperti polisakarida dan protein dari molekul sederhana seperti karbon dioksida dan air.

​

• Mahkluk hidup heterotrof, seperti manusia dan hewan, tidak dapat menyusun senyawa organik sendiri.

​

• organisme yang menyintesis senyawa organik menggunakan energi cahaya disebut fotoautotrof,

​

• organisme yang menyintesis senyawa organik menggunakan energi kimia disebut kemoautotrof.

​

• Sel dalam tubuh tumbuhan mampu mengatur lintasan – lintasan metabolik yang dikendalikannnya agar terjadi, dan dapat mengatur kecepatan reaksi tersebut dengan cara memproduksi suatu katalisator dalam jumlah yang sesuai dan tepat pada saat dibutuhkan.

​

• Katalisator inilah yang disebut dengan enzim yang mampu mempercepat laju reaksi yang berkisar antara 108 sampai 1020.�

​

• FOTOSINTESIS :

Terdiri dari 2 proses reaksi :

• Reaksi terang : energi matahari diserap dan diubah menjadi energi kimia yang berupa ATP dan NADPH.

​

• Reaksi gelap : gula dan senyawa karbon lainnya dibentuk dengan bantuan ATP dan NADPH dari reaksi terang

Reaksi singkat :

sm

12H₂O + 6CO₂ 6O₂ + C₆H₁₂O₆ + 6H₂O

klorofil

​

• Glukosa (C6H12O6) ditunjukkan sebagai hasil akhir, namun sebenarnya reaksi tidak berhenti sampai disini.
• Glukosa yang dihasilkan dan gula sederhana lainnya saling berikatan menjadi sukrosa, pati dan senyawa karbohidrat lainnya.

• Reaksi terang :

• Secara ringkas, reaksi terang pada fotosintesis ini terbagi menjadi dua, yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi non siklik.

​

• Fosforilasi adalah reaksi penambahan gugus fosfat kepada senyawa organik untuk membentuk senyawa fosfat organik. Pada reaksi terang, karena dibantu oleh cahaya, fosforilasi ini disebut juga fotofosforilasi.

fotofosforilasi siklik dan non siklik

• Fotofosporilasi siklik

​

​

• Fotofosforilasi non siklik

​

​

​

​

​

• Peristiwa yang berlangsung :

- penyerapan energi matahari oleh fotosistem I (720 nm) dan II (680 nm) (pigmen/kumpulan klorofil dalam kloroplas)

- transfer elektron dan ion hidrogen hingga terbentuk ATP dan NADPH

- pemecahan air (fotolisis) untuk menyuplai elektron yang ditransfer

​

• Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas.

​

• Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.

​

Reaksi gelap (siklus Calvin-Benson) :

• Merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya.

​

• Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma.

​

• Bahan reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO₂, yang berasal dari udara bebas.

​

• CO2 difiksasi oleh ribulosa difosfat (RuBP) membentuk 2 molekul asam fosfogliserat (PGA)

​

• Dengan bantuan ATP dan NADPH dari reaksi terang PGA diubah menjadi fosfogliseraldehida (PGAL)

​

• Sebagian PGAL akan digunakan dalam regenerasi RuBP dan sebagian lagi menjadi glukosa dan karbohidrat lainnya (sbg hasil akhir)

​

• Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C₆H₁₂O₆), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme.

​

• Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.

• Kemosintesis

• kemosintesis adalah anabolisme yang menggunakan energi kimia. Energi kimia yang digunakan pada reaksi ini adalah energi yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yaitu reaksi oksidasi.

​

• Organisme autotrof yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof.

​

• Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri nitrogen (Nitrosomonas dan Nitrosococcus).

​

• Katabolisme :

• Katabolisme adalah serangkaian reaksi yang merupakan proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi, yang dapat digunakan organisme untuk melakukan aktivitas kehidupannya.

​

​

​

• Pada setiap organisme, untuk menghasilkan energi tersebut dapat dibagi dalam dua cara, yaitu sebagai berikut.
• Respirasi seluler atau respirasi aerob,

yaitu reaksi yang menggunakan oksigen sebagai bahan bakar organik.

Secara umum keseluruhan proses pada respirasi seluler berlangsung sebagai berikut:

�>> Senyawa organik + Oksigen —>

Karbon dioksida + Air + Energi

�

2. Fermentasi, atau respirasi anaerob,

yaitu proses pemecahan molekul yang berlangsung tanpa bantuan oksigen.

​

Termasuk ke dalam fermentasi adalah fermentasi asam laktat, fermentasi alkohol, dan fermentasi asam cuka.

​

RESPIRASI

• Proses perombakan glukosa menjadi molekul yang lebih sederhana untuk menghasilkan energi yang diperlukan untuk aktivitas sel.

​

• reaksi sederhananya:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ——> 6H₂O + 6CO₂ + 36 ATP

• Reaksi seluler terdiri dari glikolisis, siklus Krebs, dan transpor elektron,

​

• Diantara glikolisis dan siklus Krebs terdapat sebuah reaksi antara yang disebut dekarboksilasi oksidatif.

​

• Dalam keadaan kekurangan O2, glikolisis akan mengalami fermentasi

Glikolisis :

• Glikolisis merupakan proses pengubahan glukosa yang mempunyai 6 atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat yang mempunyai 3 atom C.

​

• Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma).

• Setiap pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan produk kotor berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul ATP, dan 2 molekul air.

​

• Akan tetapi, pada awal reaksi ini juga telah digunakan 2 molekul ATP,

• Hasil dari glikolisis adalah :�

- 2 molekul asam piruvat (C₃H₄O₃).�- 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai

sumber elektron berenergi tinggi.�- 2 molekul ATP untuk setiap molekul

glukosa.

• jika terdapat molekul oksigen yang cukup maka asam piruvat dari glikolisis akan memasuki siklus Krebs yang bertempat di matriks mitokondria.
• Jika tidak terdapat molekul oksigen yang cukup maka asam piruvat akan menjalani reaksi fermentasi.
• Akan tetapi, asam piruvat yang mandapat molekul oksigen yang cukup tidak dapat begitu saja masuk ke dalam siklus Krebs, karena asam piruvat memiliki atom C terlalu banyak, yaitu 3 buah.

• Karena itu, asam piruvat akan menjalani reaksi dekarboksilasi oksidatif, yaitu reaksi yang mengubah asam piruvat yang beratom 3 C menjadi senyawa baru yang beratom C dua buah, yaitu asetil koenzim-A (asetil ko-A).

​

• Reaksi Dekarboksilasi ini mengambil tempat di inter membran mitokondria.

​

• Pertama-tama, molekul asam cuka yang dihasilkan reaksi glikolisis akan melepaskan satu gugus karboksilnya yang sudah teroksidasi sempurna dan mengandung sedikit energi, yaitu dalam bentuk molekul CO₂.
• Setelah itu, 2 atom karbon yang tersisa dari piruvat akan dioksidasi menjadi asetat (bentuk ionisasi asam asetat).
• Selanjutnya, asetat akan mendapat transfer elektron dari NAD⁺ yang tereduksi menjadi NADH.

​

• Kemudian, koenzim A (suatu senyawa yang mengandung sulfur yang berasal dari vitamin B) diikat oleh asetat dengan ikatan yang tidak stabil dan membentuk gugus asetil yang sangat reaktif, yaitu asetil koenzim-A, yang siap memberikan asetatnya ke dalam siklus Krebs untuk proses oksidasi lebih lanjut.

​

• Selama reaksi transisi ini, satu molekul glukosa yang telah menjadi 2 molekul asam piruvat lewat reaksi glikolisis menghasilkan 2 molekul NADH.

​

Siklus Krebs :

• Yaitu reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk asam sitrat.

​

• Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.

​

• Terjadi pada mitokondria

• Diawali dengan konversi asam piruvat menjadi koenzim A

​

• Kemudian terjadi oksidasi sempurna asam piruvat menjadi 3 molekul CO2

​

• Dalam rantai respirasi terjadi reaksi oksidasi reduksi untuk mentransfer elektron yang melibatkan 2 macam aseptor elektron perantara yaitu NADH dan FADH2 ke aseptor elektron terakhir yaitu O2.

​

• Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH₂, dan 4 CO₂.

​

• Selanjutnya, molekul NADH dan FADH₂ yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron.

​

• Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi.

​

• Transpor Elektron

• Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob.

​

• Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal.

​

• Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria.

​

• Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH₂, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs.
• Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.
• keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa.

Energi maksimum hasil oksidasi 1 molekul glukosa :

​

Tempat proses Produk Setara ATP Total ATP

• Dalam sitoplasma

- glikolisis 2 ATP ATP 2 ATP

​

• Dalam mitokondria

- dari glikolisis 2 NADH 3 ATP 6 ATP

• dari DO (as. Piru

vat- Asetil KoA) 2 NADH 3 ATP 6 ATP

- Siklus Krebs 6 NADH 3 ATP 18 ATP

2 FADH2 2 ATP 4 ATP

2 ATP 1 ATP 2 ATP

Total 38 ATP