Metabolisme

METABOLISME

OLEH

AZWAR ANAS, S.Pd., M.Si.

METABOLISME

Metabolisme berasal dari bahasa Yunani “Metabole” yang artinya berubah

Metabolisme adalah semua Prose reaksi kimia dan perubahan
energi yang terjadi dalam sel atau tubuh mahluk hidup (proses fisik dan kimia
dalam sel)

Metabolisme dibedakan menjadi dua yaitu :
1.

Katabolisme yaitu reaksi pemecahan atau perombakan senyawa kompleks
menjadi senyawa yang lebih sederhana yang membebaskan/menghasilka
energi (reaksi eksergenik)

Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis karena perubahan-perubahan
yang terjadi pada proses tersebut selalu menggunakan enzim

2. Anabolisme yaitu reaksi pembentukan/penyusunan senyawa kimia

sederhan menjadi senyawa kimia yang lebih kompleks yang memerlukan
energi (reaksi endergenik)

ENZIM

Zat yang mempercepat suatu reaksi namun tidak ikut bereaksi

(Biokatalisator)

Tersusun atas bagian Protein (Apoenzim), merupakan sisi aktif enzim

dan Bagian Bukan Protein (Gugus Prostetik)

Substrat
Maltosa

Glukosa + Glukosa

(Produk)

Enzim
Maltase

• Enzim adalah protein
• Bekerja spesifik /Khusus
• Berfungsi sebagai katalis

(Biokatalisator)

Termolabil

Kofaktor : Berasal dari

Molekul Anorganik

(Fe, Zn)

Koenzim : Berasal dari senyawa
organik kompleks (NADH, FADH,

Koenzim A, Vit B)

• Termolabil
• Diperlukan dalam jumlah sedikit
• Bekerja Bolak-balik
•Bekerja didalam sel (Endoenzim)
atau Diluar sel (Ektoenzim)

SIFAT-SIFAT ENZIM
:

• Teori kunci dan anak kunci ini

ditemukan oleh Emil Fischer.

• Pada teori ini enzim bekerja sebagai

kunci (substrat) dan lobang kunci (sisi
aktif enzim)
Lock and key

• Teori ini ditemukan oleh Daniel

Koshland.

• Substrat menentukan bentuk akhir

enzim

• Sisi aktif enzim bersifat fleksibel, dapat

berubah sesuai substrat

Induced fit

MEKANISME KERJA ENZIM

Substrat + Enzim 🡪 Kompleks enzim-substrat 🡪 Enzim + Produk

Kerja enzim menurut teori gembok dan kunci (Lock and Key).

Kerja enzim menurut teori kecocokan yang terinduksi (Induced Fit).

Substrat

Substrat

Enzim

Enzim

Sisi aktif

Produk

Produk

Sisi aktif

Enzim -
Substrat

Enzim -
Substrat

MEKANISME KERJA
ENZIM

Suhu, enzim akan rusak (terdenaturasi) pada suhu tinggi (>50
0C) dan tidak aktif pada suhu rendah

FAKTOR YANG MEMENGARUHI KERJA
ENZIM

pH, enzim bekerja optimal pada pH tertentu.

Konsentrasi substrat, makin tinggi konsentrasi substrat kerja enzim
makin Lambat

Konsentrasi enzim, jika konsentrasi enzim lebih banyak dari
substrat maka reaksi akan berjalan semakin cepat, namun disisi
lain penumpukan produk akan menghalangi kerja enzim

Inhibitor, zat penghambat kerja enzim, dibedakan menjadi
reversibel dan irreversible (Kompetitif dan Non Kompetitif)

Inhibitor reversibel dibedakan menjadi inihibitor kompetitif dan inhibitor
nonkompetitif

❑ inihibitor kompetitif, menghambat kerja enzim dengan menempati sisi aktif

enzim, struktur inhibitor mirip dengan struktur substrat, sehingga bersaing
dengan substrat untuk berikatan dengan sisi aktif enzim. Contohnya
Oksalosuksinat bersaing dgn substrat untuk berikatan dengan enzim suksinat
dehidrogenase .Penghambatan bisa dihilangkan dengan menambahkan
konsentrasi substrat

❑
inihibitor nonkompetitif, menghambat kerja enzim dengan menempati sisi
selain sisi aktif enzim. struktur inhibitor tidak mirip dengan struktur substrat,
mengakibatkan perubahan bentuk enzim sehingga enzim tidak cocok lagi
dengan substrat. Contoh antibiotik penisilin yang menghambat kerja enzim
penyusun dinding sel bakteri

Inhibitor Irreversibel berikatan dengan sisi aktif enzim secara kuat sehingga
tidak dapat terlepas. Adanya inhibitor ini menyebabkan enzim menjadi tidak
aktif dan tidak dapat kembali seperti semula

Penamaan dan Penggolongan Enzim

Enzim diberi nama sesuai dengan substratnya dan diberi akhiran “ase”,
misalnya : Substratnya Amilum nama enzimnya Amilase, yang mengubah
amilum menjadi Maltosa
Maltosa menjadi Glukosa : Maltase
Lipid menjadi Asam lemak dan gliserol : Lipase
Protein menjadi Asam amino : Protease

• Misalnya Reaksi :
• ATP + Glukosa ADP + glukosa 6-fosfat
• Maka enzimnya ATP : glukosa 6-fosfatase

Sistemik

(Berdasarkan
Reaksi yang

terjadi)

• Nama enzim untuk reaksi diatas adalah :
• Heksokinase

Trivial (Penamaan

singkat dari

enzim)

Tata Cara penamaan Enzim dibedakan menjadi 2,
yaitu :

Penamaan dan Penggolongan Enzim

• Enzim yang mengubah substrat menjadi hasil akhir jika

dalam reaksi ditambah air atau terdapat air, Misalnya :
Lipase, Protease dan Karboksilase

Enzim Hidrolase

• Yaitu enzim yang dapat memecah ikatan C-C dan C-N
• Misalnya : dehidrogenase, transaminase, karboksilase,

katalase dan peroksidase

Enzim Desmolase

Berdasarkan peristiwa yang terjadi dalam suatu reaksi, enzim digolongkan menjadi 2,
yaitu

Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme adalah perombakan senyawa organik (komplek) menjadi senyawa anorganik
(sederhana) dengan membebaskan energi. Contoh Proses Respirasi sel

•Respirasi Aerob

Berdasarkan Kebutuhan Oksigennya, Respirasi dibedakan menjadi :

Dihasilkan Co2 dan H2O + 36 ATP

Melibatkan Oksigen sebagai Penerima Hidrogen, sehingga
membentuk H2O

Reaksi C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ― 6CO2 + 12H2O + 36 ATP

•Respirasi Anaerob

Disebut Juga Sebagai Fermentasi

Hidrogen bergabung dengan produk antara (Asam Piruvat atau
Asetaldehid) membentuk Alkohol atau Asam Laktat

Dibedakan menjadi Fermentasi Alkohol dan Fermentasi Asam
Laktat

Dihasilkan 2 ATP dan 2 NADH

• Dibantu oleh jamur Saccharomyces sp
• Asam Piruvat diubah menjadi Asam asetat dan CO2
• Selanjutnya Asam Asetat diubah menjadi Alkohol

•

Saccharomyces sp

• Reaksi C6H12O6 + 6O2 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP

Fermentasi

Alkohol

• Yaitu enzim yang dapat memecah ikatan C-C dan C-N
• Misalnya : dehidrogenase, transaminase,

karboksilase, katalase dan peroksidase

Fermentasi Asam

laktat

• REAKSI C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ― 6CO2 +

12H2O + 36 ATP

• REAKSI INI BERLANGSUNG DALAM 3

TAHAP UTAMA

1.
GLIKOLISIS

2.
SIKLUS KREBS

3.
RANTAI TRANSPORT ELEKTRON

Respirasi Seluler

• Yaitu pemecahan 1 Molekul glukosa

menjadi 2 Molekul asam piruvat

• Terjadi di sitoplasma
• Berlangsung dalam 10 tingkat reaksi

yang dikatalis dengan 10 enzim

• Menghasilkan :
1.
2 ATP

2.
2 NADH

3.
2 Asam Piruvat

1. Glikolisis

1

2

3

5

4

Aldolase

6

7

8

9

10

1. Heksokinase

2. Fosfoglukosa isomerase

3. Fosfofruktokinase

4. Aldolase
5. Isomerase

6. Triosa Fosfat dehidrogenase

7. Fosfogliserokinase
8. Fosfogliseromutase

9. Enolase

10. Piruvat Kinase

SIKLUS KREBS

• Terjadi di Mitokondria
• Berlangsung dalam 2 tahap
1.

Reaksi antara / Dekarboksilasi Asam
Piruvat, yaitu dekarboksilasi asam
piruvat menjadi asetil koA dengan
penambaham Ko enzim A (merupakan
senyawa Vitamin B / asam pantotenat),
reaksi ini menghasilkan : 2 CO2, 2 NADH dan
2 Asetil ko A

2.

Siklus Krebs, yaitu perubahan asetil ko A
menjadi CO2. Reaksi ini menghasilakan : 2
ATP, 6 NADH, 2 FADH2 dan 4 CO2

SIKLUS KREBS

ASETIL KoA Dari Glikolisis

RANTAI TRANSPOR ELEKTRON

• Yaitu reaksi pengangkutan elektron (ion

hidrogen) dari NADH dan FADH2 ke akseptor
terakhir berupa O2 sehingga terbentuk
H2O.

• Terjadi di membran dalam mitokondria

(krista).

• Reaksi ini juga disebut Sintesis ATP
1.

10 NADH + 5 O2 — 10 NAD + 10 H2O + 30 ATP

2.

2 FADH2 + O2 — 2 H2O + 2 FAD + 4 ATP

Hasil dari reaksi ini adalah 34 ATP dan 6

H2O

JUMLAH ENERGI YANG DIHASILKAN PADA MASING-MASING

TAHAPAN RESPPIRASI

TAHAPAN REAKSI

SECARA TIDAK LANGSUNG
MELALUI TRANSPOR
ELEKTRON

SECARA
LANGSUNG

TOTAL
PERTAHAP

GLIKOLISIS

2 NADH = 6 ATP

2 ATP

8 ATP

DEKARBOKSILASI
OKSIDATIF

2 NADH = 6 ATP

-

6 ATP

DAUR KREBS

6 NADH = 18 ATP
2 FADH = 4 ATP

2 ATP

24 ATP

JUMLAH

34 ATP

4 ATP

38

JUMLAH TOTAL ATP ADALAH 38 TAPI HARUS DIKURANGI 2 ATP PADA TAHAPAN
GLIKOLISIS, KARENA TAHAPAN GLIKOLISIS DAN DAUR KREBS BERLANGSUNG DITEMPAT
BERBEDA. SEL HARUS MENTRANSFER MOLEKUL NADH YANG DIHASILKAN PADA
GLIKOLISIS UNTUK MENYEBRANGI MEMBRAN MITOKONDRIA. UNTUK TRANSPOR 1
MOLEKUL NADH DIBITUHKAN 1 ATP SEHINGGA UNTUK MENTRANSPOR 2 MOLEKUL
NADH DIBUTUHKAN 2 ATP

ANABOLISME

Anabolisme adalah reaksi pembentukan

senyawa anorganik (sederhana) menjadi
senyawa organik (komplek) dengan
membutuhkan energi

Salah satu contoh anabolisme adalah Sintesis

Karbohidrat.

Berdasarkan sumber energinya sintesis

karbohidrat debedakan atas :

1. Fotosintesis \, sumber energinya dari

cahaya

2. Kemosintesis, sumber energinya dari

pemecahan senyawa kimia

FOTOSINTESIS

• Yaitu pembentukan senyawa karbohidrat dari CO2 dan

H2O dengan bantuan cahaya dan klorofil

• Reaksinya 6CO2 + 12H2O —―― C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
• Fotosintesis berlangsung di Kloroplas dan terjadi

dalam 2 tahap yaitu :

1.

Reaksi terang terjadi di Membran Tilakoid (grana)

2.

Reaksi gelap terjadi di Stroma

• Tilakoid adalah sistem

membran dalam kloroplas
(tempat terjadinya reaksi
terang). Memisahkan
kloroplas menjadi ruang
tilakoid dan stroma

• Grana kumpulan tilakoid

dalam kloroplas

• Stroma: daerah cair

antara tilakoid dan
membran dalam tempat
terjadi siklus Calvin

Struktur kloroplas

Chloroplast

Mesophyll

5 µm

Outer
membrane

Intermembrane
space

Inner
membrane

Thylakoid
space

Thylakoid

Granum

Stroma

1 µm

REAKSI TERANG

• Disebut reaksi terang karena sumber energinya dari cahaya

• Terjadi reaksi pemecahan molekul air oleh cahaya (Fotolisis

air) dan

• Pembentukan ATP (Fotoposporilasi)

• Reaksi ini menghasilkan O2, NADPH2 dan ATP

• NADPH2 dan ATP akan digunakan dalam reaksi gelap

Aliran elektron

•Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada akseptor
elektron primer

•Kedua jalur
– Dimulai dengan penangkapan energi foton
– Menggunakan rantai transport elektron dengan sitokrom untuk

kemiosmosis

•Aliran elektron nonsiklik
– Menggunakan fotosistem II dan I
– Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh elektron

yang didonasikan oleh air

– Mensintesis ATP dan NADPH
– Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+

•Aliran elektron siklik
– Hanya menggunakan fotosistem I
– Elektron dari fotosistem I di-recycle
– Mensintesis ATP

Menghasilkan NADPH, ATP, dan oksigen
Nonsiklik

Aliran siklik

– Hanya fotosistem I yang digunakan
– Hanya ATP yang dihasilkan

REAKSI GELAP

• Disebut reaksi gelap karena energinya tidak

dari cahaya tetapi dari ATP

• Merupakan reaksi pengikatan CO2 (Fiksasi

CO2) 0leh RuBP atau PEP dengan bantuan
enzim Rubisko atau PEP karboksilase

• Reaksi ini menghasilkan Glukosa dan RuBP,

reaksi ini disebut juga Siklus Calvin

Siklus Calvin

• Dimulai dari CO2 dan

menghasilkan
Glyceraldehyde
3-phosphate

• Tiga bagian siklus Calvin

menghasilkan 1 produk
molekul

• Tiga tahap

– Fiksasi karbon
– Reduksi CO2
– Regenerasi RuBP

1 Sebuah molekul CO2

dikonversi dari bentuk
inorganiknya menjadi
molekul organik (fixation)
melalui pengikatan ke gula
5C (ribulose bisphosphate
atau RuBP).
– Dikatalisasi oleh enzim RuBP

carboxylase (Rubisco).

• Bentuk gula 6C pecah

menjadi
3-phosphoglycerate

2 Tiap molekul

3-phosphoglycerate
menerima tambahan grup
fosfat membentuk
1,3-Bisphosphoglycerate
(fosforilasi ATP)

• NADPH dioksidasi dan

elektron yang ditransfer
ke
1,3-Bisphosphoglycerate
memecah molekul dengan
tereduksi menjadi
Glyceraldehyde
3-phosphate

3 Tahap terakhir dari

siklus ini adalah
regenerasi RuBP

• Glyceraldehyde

3-phosphate
dikonversi menjadi
RuBP melalui sebuah
seri reaksi yang
melibatkan fosforilasi
molekul oleh ATP

TABEL RINGKASAN PROSES FOTOSINTESIS

TIPE TIPE FOTOSINTESIS

• Berdasarkan jenis karbohidrat awal yang terbentuk,

fotosintesis dibedakan atas :

1.

Type C3, karbohidrat awal yang terbentuk ber atom karbon
3 buah yaitu Asam Posfo Gliserat (PGA)

2.

Type C4, karbohidrat awal yang terbentuk beratom karbon 4
buah yaitu Asam Oksalo Asetat

3.

Type CAM (Crasulaceae Acid Metabolism), merupakan
modifikasi C4

TUMBUHAN C3

Reduksi karbon terjadi
melalui siklus calvin
dengan bantuan enzim
Rubisko di Mesofil

Sebagian besar tumbuhan
tinggi masuk kedalam
tumbuhan C3

Apabila stomata menutup
akibat stres terjadi
peningkatan fotorespirasi
🡪 pengikatan O2 oleh
enzim Rubisko

TUMBUHAN C4

Sel seludang pembuluh
berkembang dengan baik
dan banyak mengandung
kloroplas

Fotosintesis terjadi
dalam sel mesofil dan sel
seludang pembuluh

Fotorespirasi tidak terjadi
atau rendah

TUMBUHAN C4

Pengikatan CO2 di udara
terjadi di dalam sel
mesofil melalui lintasan
C4 dengan bantuan enzim
PEP kase
Reduksi karbon terjadi di
dalam sel seludang
pembuluh melalui siklus
Calvin (siklus C3)
Beberapa tumbuhan
tropis termasuk dalam C4
seperti jagung tebu dan
bayam

TUMBUHAN CAM

Umumnya tumbuhan yang
beradaptasi pada keadaan
kering seperti kaktus anggrek
dan nanas
Reduksi karbon melalui
lintasan C4 dan C3 dalam sel
mesofil tetapi waktunya
berbeda
Pada malam hari terjadi
lintasan C4 (fiksasi CO2)
Pada siang hari terjadi
lintasan C3 (siklus Calvin)
Sehingga pada malam hari
asam malat tinggi pada siang
hari asam malat rendah

KEMO SINTESIS

• Bakteri ini mengoksidasi amonium menjadi nitrit

dan energinya digunakan untuk mensintesis
karbohidrat

• 2NH4 + 3O2—2NO2+4H+2H2O+132 k

NITROSOMONAS

• Menggunakan energi untuk sintesis karbohidrat

dari mengoksidasi nitrit

• 2NO2 + 3O2 — 2NO3 + 35 kal
NITROBACTER

• Menggunakan energi untuk sintesis kabohidrat

dari mengoksidasi belerang

• 2S + 3O2 + 2H2O — 2H2SO4 + 100 kal
THIOBACILLUS

Hubungan Katabolisme dan Anabolisme
Karbohidrat

Bab 2 Metabolisme

Hubungan
Metabolisme
Karbohidrat,
Lemak, dan
Protein

Bab 2 Metabolisme

Crassulacean acid metabolism

(xerofit) atau Epifit

Cactaceae, Orchidaceae

AOA dan PEP