Metabolisme

A.      Enzim

1.      Pengertian enzim
Enzim adalah suatu molekul yang dapat mengontrol kecepatan metabolisme tubuh.
Enzim merupakan katalis yang terbuat dari protein, dalam hal ini enzim tidak ikut serta pengubahan suatu zat dan dapat digunakan secara berulang kali.
Sifat enzim antara lain:

a.      Bersifat sebagai katalis, artinya enzim dapat mempercepat berbagai reaksi kimia di dalam sel

b.      Bersifat spesifik, yaitu hanya mengatalis reaksi kimia tertentu

c.       Bekerja secara bolak-balik, artinya enzim tidak mempengaruhi arah reaksi sehingga dapat bekerja bolak-balik sampai akhirnya sampai terjadi keseimbanga

d.      Mempunyai nama tertentu yang bersifat khusus.

e.      Aktif dalam jumlah yang sangat sedikit

2.      Struktur kimia enzim
Enzim terdiri atas zat non protein (kofaktor) dan protein (apoenzim).
Ada 3 jenis kofaktor, yaitu:
a.  Gugus prostetik, adalah senyawa non protein yang terikat secara permanen pada apoenzim

b.      Koenzim, adalah senyawa organik yang menjadi bagian sementara dari enzim, yaitu pada saat berlangsung katalis.

c.        Ion logam, dapat membentuk ikatan dengan sisi aktif dan substrat. Contohnya: Cu, Fe, Mn, Ca, K dan Co.

3.      Macam-macam enzim
Berdasarkan tipe reaksi kimia yang dikatalisis, macam-macam enzim antara lain:

a.      Enzim Hidrolisis

b.      Enzim Oksidasi-Reduksi

c.       Fosforilase

d.      Transferase

e.      Karboksilase

4.      Fungsi enzim

a.      Enzim dalam diagnosa klinik

-          Sebagai indikator penyakit

-          Sebagai pereaksi uji untuk mengetahuikonsentrasi metabolit

b.       Enzim dalam bidang industri

-           Amilase: untuk zat pemanis dan fermentasi

-          Invertase: pembuatan gula invert untuk kembang gula roti

-          Papain: pelunak daging

-          Renin: pembekuan susu pada pembuatan keju

-          Oksidase glukosa: menghasilkan sirup gandum berkadar fruktosa tinggi (pemanis)

-          Protease mikrobial: bahan tambahan detergen, pelunak daging

5.      Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

-          Temperatur

-          Perubahan pH

-          Konsentrasi enzim dan substrat

-          Konsentrasi enzim dan substrat

6.      Mekanisme kerja enzim

a.      Model kunci gembok: enzim dimisalkan sebagai gembok karena memiliki sebuah bagian kecil yang dapat berikatan dngan substrat. Bagian tersebut sisi aktif. Substrat dimisalakan sebagai kunci karena dapat berikatan secara pas dengan sisi aktif enzim (gembok).

model kunci gembok

b.      Induksi pas (Model induced fit): sisi aktif enzim dapat berubah bentuksesuai dengan bentuk substrat.

model induksi pas

Enzim merupakan senyawa yang tersusun dari protein yang bertanggung jawab dalam kelancaran sistem pencernaan, penyerapan, dan mengatur pengangkutan nutrisi untuk digunakan oleh sel di seluruh tubuh serta membuang sampah hasil metabolisme tubuh

Enzim yang berperan dalam pembersihan sampah metabolisme adalah sekelompok enzim oksidatif yang secara  keseluruhan disebut enzim sitokrom P450. Selain itu, enzim hepar glutation S-transferase, memerlukan glutation sebagai bahan bakunya untuk mengikat toksin dan membuangnya melalui urin, sedangkan enzim superoksida dismutase berfungsi menetralkan racun radikal bebas. Sumber enzim pencernaan yang banyak digunakan adalah ekstrak pankreas hewan dan ekstrak jamur Aspergillus oryzae. Glutation diperoleh juga dari Silybum marianum. Sebagai bahan dasar (kofaktor enzim) pembentukan enzim pencernaan diperlukan vitamin B kompleks dan magnesium. Untuk enzim antioksidan superoksida dismutase diperlukan tembaga, seng, dan mangan, sedangkan untuk enzim katalase diperlukan zat besi, dan glutation peroksidase diperlukan selenium.

Enzim merupakan suatu molekul protein  kompleks yang dihasilkan oleh sel hidup dan bekerja sebagai katalisator dalam berbagai proses kimia di dalam tubuh makhluk hidup. 

Enzim merupakan merupakan senyawa kimia yang mempunyai beberapa sifat, seperti : 

·                     Termolabil dalam arti tidak tahan panas / mudah mengalami perubahan dalam kondisi lingkungan ekstrem ( suhu  terlalu tinggi ataupun terlalu rendah )

·                     mempermudah dan mempercepat berlangsungnya reaksi kimia di dalam sel organisme . ( sering disebut bersifat sebagai biokatalisator ).

·                     bekerja spesifik, dalam pengertian enzim hanya mampu mempengaruhi reaksi tertentu pada substrat tertentu.

·                     Meskipun penting, enzim hanya diperlukan dalam jumlah sedikit untuk bisa melaksanakan fungsinya

·                     bekerja secara reversibeldalam arti enzim bisa bekerja pada reaksi bolak balik Misalnya enzim lipase akan mempngaruhi reaksi penguraian lipid menjadi asam lemak dan gliserol. Dan sebaliknya,  penyusunan senyawa lemak dari asam lemak dan gliserol dipengaruhi juga oleh enzim lipase.

·                     kerja enzim  sangat dipengaruhi oleh lingkungan sekitar enzim di mana dia bekerja. Misalnya : suhu dan pH lingkungan, adanya inhibitor enzim, dan lainnya.

B.      Katabolisme

Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil. Hasil reaksi Energi potensial lebih sedikit dari zat yang bereaksi.

     Proses katabolisme karbohidrat
Proses pembakaran glukosa (karbohidrat) secara aerobik dapat ditulis dengan persamaan reaksi:
Reaksi katabolisme karbohidrat melalui 4 tahap, yaitu:

a.      Glikolisis

b.      Dekarboksilasi oksidatif piruvat

c.       Siklus Krebs

d.      Oksidasi terminal dalam rantai respiratoris

Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirad, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.

Contoh Respirasi : C₆H₁₂O₆ + O₂——————> 6CO₂ + 6H₂O + 688KKal.
                                  (glukosa)

Contoh Fermentasi : C₆H₁₂0₆ ——————> 2C₂H₅OH + 2CO₂ + Energi.
                                     (glukosa)       (etanol)

C.      Anabolisme

Anabolisme adalah pembentukan molekul-molekul besar dari molekul-molekul kecil.Hasil reaksi lebih banyak energi potensial dari yang bereaksi

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.

1.      Fotosintesis
Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan).
Yang digunakan dalam proses fetosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.
Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.

2.      Pigmen Fotosintesis
Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang, pada keduanya mengandung kloroplast yang mengandung klorofil / pigmen hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari.

Dilihat dari strukturnya, kloroplas terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebutstroma. Membran tersebut membentak suatu sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid. Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan membentak apa yang disebut grana Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedang pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintetis berlangsung di stroma.

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan klorofil antara lain :

a.      Gen :
bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki
klorofil.

b.      Cahaya : 
beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya,
tanaman lain tidak memerlukan cahaya.

c.       Unsur N. Mg, Fe : 
merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.

d.      Air :
bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.

Pada tabun 1937 : Robin Hill mengemukakan bahwa cahaya matahari yang ditangkap oleh klorofil digunakan untak memecahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Peristiwa ini disebut fotolisis (reaksi terang).

H₂ yang terlepas akan diikat oleh NADP dan terbentuklah NADPH₂, sedang O₂ tetap dalam keadaan bebas. Menurut Blackman (1905) akan terjadi penyusutan CO₂ oleh H₂ yang dibawa oleh NADP tanpa menggunakan cahaya. Peristiwa ini disebut reaksi gelap NADPH₂ akan bereaksi dengan CO₂ dalam bentuk H⁺ menjadi CH₂O.

CO₂ + 2NADPH₂ + O₂ ————> 2NADP + H₂ + CO + O + H₂ + O₂

Ringkasnya :
Reaksi terang  :2H₂O ——> 2NADPH₂ + O₂
Reaksi gelap    :CO₂ + 2NADPH₂ + O₂——>NADP + H₂ + CO + O + H₂ +O₂
atau
2H₂O + CO₂ ——> CH₂O + O₂
atau
12H₂O + 6CO₂ ——> C₆H₁₂O₆ + 6O₂

3.      Kemosintesis
Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.

Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri). Bakteri Nitrosomonas danNitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi: 

Nitrosomonas
(NH₄)2CO₃ + 3O₂——————————> 2HNO₂ + CO₂ + 3H₂O + Energi
Nitrosococcus

4.      Sintesis Lemak
Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.

a.      Sintesis Lemak dari Karbohidrat :
Glukosa diurai menjadi piruvat———> gliserol.
Glukosa diubah ———> gula fosfat ———> asetilKo-A ———> asam lemak.
Gliserol + asam lemak ———> lemak.

b.      Sintesis Lemak dari Protein:
Protein ————————> Asam Amino
protease
Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dabulu, setelah itu memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piruvat———> Asetil Ko-A.
Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam pirovat, selanjutnya asam piruvat ——> gliserol ——> fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifkasi membentuk lemak.
Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih tinggi daripada karbohidrat. 1 gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori saja.

5.      Sintesis Protein
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 suatu polipeptida.
Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

D.     Fungsi Enzim Dalam Metabolisme

Reaksi kimia akan berjalan lebih cepat dengan adanya asupan energi dari luar (umumnya pemanasan), maka seyogyanya reaksi kimia yang terjadi pada di dalam tubuh manusia harus diikuti dengan pemberian panas dari luar. Metabolisme merupakan sekumpulan reaksi kimia yang terjadi pada makhluk hidup untuk menjaga kelangsungan hidup. Reaksi-reaksi ini meliputi sintesis molekul besar menjadi molekul yang lebih kecil (anabolisme) dan penyusunan molekul besar dari molekul yang lebih kecil (katabolisme). Enzim berperan dalam menurunkan energi aktivasi menjadi lebih rendah dari yang semestinya dicapai dengan pemberian panas dari luar. Kerja enzim dengan cara menurunkan energi aktivasi sama sekali tidak mengubah ΔG reaksi (selisih antara energi bebas produk dan reaktan), sehingga dengan demikian kerja enzim tidak berlawanan dengan Hukum Hess 1 mengenai kekekalan energi.  Selain itu, enzim menimbulkan pengaruh yang besar pada kecepatan reaksi kimia yang berlangsung dalam organisme. Reaksi-reaksi yang berlangsung selama beberapa minggu atau bulan di bawah kondisi laboratorium normal dapat terjadi hanya dalam beberapa detik di bawah pengaruh enzim di dalam tubuh.selain itu enzim juga berperan dalam diagnosa tubuh antara lain:

a.      Enzim sebagai petanda (marker) dari kerusakan suatu jaringan atau organ akibat penyakit tertentu.

Contoh penggunaan enzim sebagai petanda adanya suatu kerusakan jaringan adalah sebagai berikut:

-          Peningkatan aktivitas enzim renin menunjukkan adanya gangguan perfusi darah ke glomerulus ginjal, sehingga renin akan menghasilkan angiotensin II dari suatu protein serum yang berfungsi untuk menaikkan tekanan darah

-          Peningkatan jumlah Alanin aminotransferase (ALT serum) hingga mencapai seratus kali lipat (normal 1-23 sampai 55U/L) menunjukkan adanya infeksi virus hepatitis, peningkatan sampai dua puluh kali dapat terjadi pada penyakit mononucleosis infeksiosa, sedangkan peningkatan pada kadar yang lebih rendah terjadi pada keadaan alkoholisme.

-          Peningkatan jumlah tripsinogen I (salah satu isozim dari tripsin) hingga empat ratus kali menunjukkan adanya pankreasitis akut, dan lain-lain.

b.      Enzim sebagai suatu reagensia diagnosis

Contoh penggunaan enzim sebagai reagen adalah sebagai berikut:

1)      Uricase yang berasal dari jamurCandida utilis dan bakteri Arthobacter globiformis dapat digunakan untuk mengukur asam urat.

2)      Pengukuran kolesterol dapat dilakukan dengan bantuan enzim kolesterol-oksidase yang dihasilkan bakteri Pseudomonas fluorescens.

3)      Pengukuran alkohol, terutama etanol pada penderita alkoholisme dan keracunan alcohol dapat dilakukan dengan menggunakan enzim alcohol dehidrogenase yang dihasilkan oleh Saccharomyces cerevisciae, dan lain-lain.

c.       Enzim sebagai penanda pembantu dari reagensia.

Contoh penggunaannya adalah sebagai berikut:

1)      Pada teknik imunoenzimatik ELISA (Enzim Linked Immuno Sorbent Assay), antibodi mengikat senyawa yang akan diukur, lalu antibodi kedua yang sudah ditandai dengan enzim akan mengikat senyawa yang sama. Kompleks antibodi-senyawa-antibodi ini lalu direaksikan dengan substrat enzim, hasilnya adalah zat berwarna yang tidak dapat diperoleh dengan cara imunosupresi biasa. Zat berwarna ini dapat digunakan untuk menghitung jumlah senyawa yang direaksikan. Enzim yang lazim digunakan dalam teknik ini adalah peroksidase, fosfatase alkali, glukosa oksidase, amilase, galaktosidase, dan asetil kolin transferase.

2)      Pada teknik EMIT (Enzim Multiplied Immunochemistry Test), molekul kecil seperti obat atau hormon ditandai oleh enzim tepat di situs katalitiknya, menyebabkan antibodi tidak dapat berikatan dengan molekul (obat atau hormon) tersebut. Enzim yang lazim digunakan dalam teknik ini adalah lisozim, malat dehidrogenase, dan gluksa-6-fosfat dehidrogenase.

Secara umum, enzim memiliki fungsi sebagai biokatalisator yaitu berfungsi  mempengaruhi dan mempercepat berlangsungnya sebuah reaksi kimia di dalam tubuh organisme ( sel hidup ) baik pada reaksi-reaksi penguraian molekul kompleks menjadi molekul-molekul sederhana maupun penyusunan senyawa-senyawa kompleks dari molekul-molekul sederhana. 

Dalam reaksi katabolisme karbohidrat, fungsi / peran enzim dibedakan menjadi 2 kelompok yaitu :

a.      Berperan dalam reaksi oksidasi-reduksi. Beberapa jenis enzim yang memiliki peran seperti ini antara lain : 

1)      aerobik dehidrogenase ( mengkatalisis pelepasan hidrogen dari substrat yang menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogennya ) contohnya adalah Flavin Adenin Dinukleotida ( FAD ), 

2)      anaerobik dehidrogenase ( mengkatalisis pelepasan hidrogen dari suatu substrat yang menggunakan selain oksigen sebagai akseptor hidrogennya. Contohnya : Nikotinamid Adenin Dinukleotida ( NAD ) dansitokrom, 

3)      Hidroperoksidase ( mengkatalisis reaksi kimia dengan substrat hidrogen peroksida. Contohnya : peroksidase dan katalase.

4)      Oksidase ( mengkatalisis transfer langsung dan penggabungan oksigen ke dalam molekul substrat ). Contoh : sitokrom a, a3, b, c, c1.

b.      berperan dalam pengubahan substrat yang tidak terkait dengan reaksi oksidasi reduksi. Contohnya: aldolase, enolase, heksokinase, fosfogliserat, piruvat kinase.

Pada beberapa mikroorganisme dikenal adanya enzim ekstraseluler Bio enzim, yaitu enzim yang dikeluarkan oleh sejenis bakteri dan jasad renik lainnya ke dalam bahan di sekelilingnya untuk mencernakan bahan substrat dimaksud menjadi senyawa sederhana . Ini dilakukan oleh mikroorganisme sebagai bentuk upaya mereka memperoleh energi.