Metabolisme dalam Sel

 Metabolisme dalam Sel

Metabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang berlangsung pada suatu organisme. Dapat berupa katabolisme dan anabolisme. Katabolisme yaitu pembongkaran molekul yang menghasilkan energi. Anabolisme yaitu penyusunan molekul yang membutuhkan energi. Enzim berperan sebagai katalis reaksi.

1. Anabolisme

Fotosintesis

Pada organisme eukariotik autotrof, fotosintesis berlangsung di kloroplas. Berikut adalah persamaan reaksi fotosintesis: 

6 CO + 6 HO →  CHO + 6 O

Pada fotosintesis terjadi 2 tahap yaitu reaksi terang dan reaksi gelap atau disebut siklus Calvin. Reaksi terang di grana memecah molekul air, membebaskan oksigen, memproduksi ATP, dan membentuk NADPH. Siklus Calvin di stroma membentuk glukosa dari karbon dioksida, menggunakan ATP sebagai energi.

2. Katabolisme

1. Respirasi

Respirasi dapat dikategorikan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob. Respirasi anaerob atau respirasi dengan oksigen berlangsung dalam 3 tahap: (1) glikolisis, (2) oksidasi asam piruvat dan siklus asam sitrat, dan (3) fosforilasi oksidatif. 

Sewaktu glikolisis, molekul glukosa dipecah untuk membentuk dua molekul asam piruvat dan akan terbentuk 2 mol ATP. Tahap berikutnya adalah perubahan dua molekul asam piruvat menjadi dua molekul asetil-KoA. Pada reaksi ini, dibebaskan dua molekul karbon dioksida dan atom hidrogen. Selanjutnya adalah siklus asam sitrat yaitu suatu rangkaian reaksi kimia berupa penguraian bagian asetil dari asetil-KoA menjadi karbon dioksida dan atom hidrogen. Reaksi ini berlangsung di matriks mitokondria dan menghasilkan 2 mol ATP. Atom-atom hidrogen yang dibebaskan kemudian dioksidasi, membebaskan energi dalam jumlah yang sangat besar dalam bentuk ATP. 

Meskipun glikolisis dan siklus asam sitrat merupakan proses yang rumit, hanya sedikit ATP terbentuk selama proses-proses ini  Molekul ATP paling banyak dihasilkan oleh hasil oksidasi atom-atom hidrogen. Fosforilasi oksidatif diselesaikan melalui serangkaian reaksi yang dikatalisis oleh enzim di mitokondria. Untuk setiap dua atom hidrogen yang terionisasi, dibentuk hingga tiga molekul ATP. Pada fosforilasi oksidatif, dihasilkan 34 molekul ATP. Maka, respirasi aerob menghasilkan  total 38 molekul ATP untuk setiap satu molekul glukosa.

Persamaan reaksinya:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energi (ATP + panas)

Reaksi	Bahan yang diolah	Lokasi	Energi yang dihasilkan	Produk terakhir	Kebutuhan akan oksigen
Glikolisis	Glukosa	Sitosol	2 molekul ATP	2 molekul asam piruvat	Tidak; anaerob
Siklus asam sitrat	Asetil KoA, yang berasal adari asam piruva, produk akhir glikolisis; 2 molekul asetil KoA terbentuk dari pengolahan 1 molekul glukosa	Matriks mitokondria	2 molekul ATP	8 NADH dan 2 FADH2 molekul pembawa hidrogen	Ya, berasal dari molekul yang terlibat dalam reaksi siklus asam sitrat
Rantai transport elektron	Elektron energi tinggi yang terimpan dalam atom hidrogen dalam molekul pembawa NADH dan FADH2, yang berasal dari reaksi siklus asam sitrat	Krista membran dalam mitokondria	32 molekul ATP	Tidak ada	Ya, berasal dari oksigen molecular yang diperoleh dengan bernapas

2. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob memiliki pengertian tidak adanya oksigen dalam reaksi katabolisme. Reaksi fermentasi dapat digolongkan dalam respirasi anaerob ini.

Fermentasi terdiri dari glikolisis dan reaksi yang meregenerasi NAD+ dengan memberikan elektron dari NADH yang menghasilkan asam piruvat. Ada beberapa macam fermentasi tergantung pada produk akhir bentukan asam piruvat. Contohnya adalah fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.

• Fermentasi Alkohol

Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol dalam dua tahap. Tahap pertama yaitu membebaskan karbon dioksida dari asam piruvat yang akan menghasilkan asetaldehida. Tahap kedua, asetaldehida direduksi oleh NADH menjadi etanol. Fermentasi alkohol ini dapat dilakukan oleh ragi.

Persamaan reaksinya:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP

• Fermentasi Asam Laktat

Selama fermentasi asam laktat, asam piruvat direduksi oleh NADH untuk membentuk laktat sebagai produk akhir, tanpa membebaskan karbon dioksida. (Laktat adalah bentuk ionik dari asam laktat). Fermentasi asam laktat oleh jamur dan bakteria tertentu digunakan dalam industri makanan untuk memproduksi keju dan yogurt. Sel otot manusia dapat membuat ATP dari fermentasi asam laktat saat kekurangan oksigen. Hal ini dapat terjadi karena olahraga atau aktivitas berlebihan yaitu saat katabolisme karbohidrat untuk memproduksi ATP melebihi kecepatan suplai oksigen dari darah ke otot.

Persamaan reaksinya:

C6H12O6 → 2 C2H5OCOOH + 2 ATP