Metabolisme merupakan sekumpulan reaksi kimia pada dalam sel organisme yg dilakukan untuk bertahan hayati. Reaksi enzim katalis membuat organisme bisa tumbuh, bereproduksi, berkembang, & mengikuti keadaan menggunakan lingkungannya. Istilah ?Metabolisme? Pula dapat merujuk kepada semua reaksi kimia yg terjadi pada makhluk hidup, termasuk pencernaan dan transportasi substansi antar sel.
Metabolisme umumnya dibagi sebagai dua kategori yakni katabolisme yang memecah materi organik dan mendapatkan energi menggunakan cara respirasi sel, & anabolisme yg memakai energi buat membangun komponen sel misalnya protein & asam nukleat.
Reaksi kimia dalam metabolisme tersusun sebagai jalur metabolisme, yang mana satu zat kimia berubah pada beberapa tahap menjadi zat kimia lain, dengan donasi enzim. Enzim sangat krusial dalam metabolisme lantaran enzim membantu organisme buat mengendalikan reaksi yang membutuhkan tenaga. Reaksi tadi tidak akan terjadi dengan sendirinya. Energi akan dikeluarkan oleh enzim dengan cara menciptakan suatu reaksi impulsif. Enzim bertindak menjadi katalis yang bisa meningkatkan kecepatan suatu reaksi. Enzim jua mengatur jalur metabolisme dengan mengganti suasana sel atau mendapat frekuwensi menurut sel lain.
Sistem metabolisme dalam organisme tertentu dapat memakai racun menjadi nutrisi. Contoh, beberapa jenis organisme prokariotik memakai hidrogen sulfat sebagai nutrien, sedangkan gas tersebut beracun bagi hewan. Kecepatan metabolisme dan derajat metabolisme mempengaruhi jumlah kuliner yang diharapkan oleh suatu organisme dan cara memperolehnya.
Ciri-ciri metabolisme yang paling mencolok adalah kemiripan jalur metabolisme dasar dan komponen di seluruh spesies organisme. Contoh, asam karboksilat yang terdapat pada siklus asam sitrat ada di seluruh organisme mulai dari bakteri uniseluler Escherichia coli dan organisme multiseluler gajah. Kemiripan mencolok dalam jalur metabolisme ini dikarenakan semuanya berasal dari satu kemunculan seperti yang dijelaskan oleh teori evolusi.
1. Kunci Biokimia pada Metabolisme
Selengkapnya: Sel (Artikel Lengkap) dan Biokimia (Artikel Lengkap)
Kebanyakan struktur yang menyusun fauna, tanaman , dan mikroba terdiri dari 3 molekul dasar yaitu asam amino, karbohidrat, dan lipid (seringkali dianggap lemak). Molekul tersebut sangat krusial bagi kehidupan. Reaksi metabolisme berfokus buat memproduksi molekul tadi selama pembentukan sel & jaringan atau mencerna sel mati & menggunakannya sebagai sumber tenaga. Biokimia bisa bergabung bersama buat membentuk polimer seperti DNA dan protein. DNA dan protein adalah makromolekul esensial bagi kehidupan.
Jenis Molekul | Nama Monomer yang Membentuknya | Nama Polimer yang Membentuknya | Contoh Polimernya |
Asam amino | Asam amino | Protein (juga disebut polipeptida) | Protein fibrosa dan protein globular |
Karbohidrat | Monosakarida | Polisakarida | Pati, glikogen, dan selulosa |
Asam nukleat | Nukleotida | Polinukleotida | DNA dan RNA |
1.1. Asam Amino & Protein dalam Metabolisme
Protein terdiri dari asam amino yang tersusun dari rantai linear yang diikat oleh rantai (bond) peptida. Banyak protein yang merupakan enzim yang mengkatalis reaksi kimia dalam metabolisme. Protein yang lain memiliki fungsi struktural dan mekanika, seperti protein yang membentuk sitoskeleton, sebuah sistem kerangka yang membentuk sel. Protein juga penting dalam pemberi sinyal sel, respon imun, adhesi sel, transpor aktif antar membran, dan siklus sel. Asam amino juga berkontribusi dalam metabolisme seluler dengan menyediakan suplai karbon untuk siklus krebs, terutama ketika sumber utama energi seperti glukosa tidak mencukupi.
1.Dua. Lipid pada Metabolisme
Lipid merupakan sekumpulan biokimia yang paling beragam. Struktur utamanya dipakai sebagai bagian menurut membran biologis baik itu lapisan pada juga lapisan luarnya, misalnya merupakan membran sel. Lipid pula dapat dipakai menjadi asal energi. Lemak adalah molekul yang terdiri berdasarkan asam lemak & gliserol. Sebuah gliserol terdiri berdasarkan trigliserida. Kolesterol pula adalah galat satu jenis lipid.
1.Tiga. Karbohidrat pada Metabolisme
Karbohidrat adalah aldehida atau keton menggunakan poly hidroksil yg bisa membentuk rantai lurus atau cincin. Karbohidrat merupakan molekul biologis yg paling melimpah & mempunyai poly kiprah seperti penyimpanan, transpor energi (pati & glikogen), & komponen struktural (selulosa pada tumbuhan, kitin pada fauna). Unit dasar karbohidrat disebut monosakarida yang terdiri berdasarkan galaktosa, fruktosa, & glukosa. Beberapa monosakarida dapat saling berikatan buat menciptakan polisakarida.
1.4. Nukleotida pada Metabolisme
Dua asam nukleat, DNA & RNA, adalah polimer menurut nukleotida. Masing-masing nukleotida tersusun dari fosfat, gula ribosa (RNA) atau gula deoksiribosa (DNA), & basa nitrogen. Asam nukleat sangat berguna karena bisa menyimpan, menggunakan, & menterjemahkan materi genetika melalui proses transkripsi dan buatan protein. Informasi genetik ini dilindungi oleh prosedur DNA repair & diperbanyak melalui replikasi DNA. Banyak virus seperti HIV yg hanya memiliki RNA dan menggunakan transkripsi terbalik buat membentuk DNA. RNA pada ribosom seperti dengan enzim yang bisa mengkatalis reaksi kimia. Nukleosida dibentuk menggunakan mengikat basa nukleat dan gula ribosa. Basa tadi adalah cincin heterosiklik yg mengandung nitrogen dan termasuk purin atau pirimidin. Nukleotida jua bertindak sebagai koenzim pada reaksi transfer metabolik.
1.5. Koenzim pada Metabolisme
Metabolisme melibatkan susunan reaksi kimia yang poly. Namun kebanyakan hanya melibatkan beberapa jenis reaksi dasar yang melibatkan transfer atom fungsional dan ikatannya pada molekul. Beberapa zat kimia dapat membuat sel memakai sekumpulan kecil metabolisme intermediet buat memindahkan sekumpulan zat kimia lain diantara reaksi yg tidak sinkron. Zat kimia yg bisa menciptakan sel seperti itu diklaim koenzim. Masing-masing reaksi transfer dibawa keluar oleh koenzim eksklusif. Koenzim tersebut kemudian dibentuk, digunakan, & didaur ulang secara berkelanjutan.
Pusat koenzim disebut adenosina trifosfat (ATP) yg adalah energi yg dapat dipakai oleh semua jenis sel. Nukleotida tersebut digunakan buat mentransfer energi kimia diantara reaksi kimia yang berbeda. Hanya terdapat sedikit ATP pada pada sel, tetapi selalu beregenerasi. Tubuh manusia dapat menggunakan ATP seberat berat tubuhnya setiap hari. ATP bertindak sebagai jembatan antara katabolisme & anabolisme. Katabolisme memecah molekul & anabolisme menyatukannya. Reaksi katabolik membangun ATP & reaksi anabolik menggunakannya. ATP pula sebagai pembawa fosfat dalam reaksi fosforilasi.
Vitamin adalah komponen organik yang diperlukan dalam jumlah kecil yang tidak dapat dibuat oleh sel. Dalam nutrisi manusia, kebanyakan fungsi vitamin bertindak sebagai koenzim setelah dimodifikasi. Contoh, semua vitamin yang dapat larut dengan air bersifat fosforilasi atau dapat bergabung dengan nukleotida ketika dibutuhkan di dalam sel. Nikotinamida adenin dinukleotida (NAD+) yang merupakan derivatif dari vitamin B3 (niasin) adalah koenzim penting yang bertindak sebagai aseptor hidrogen. Ratusan tipe dehidrogenesis menghilangkan elektron dari substratnya dan mereduksi NAD+ menjadi NADH. Bentuk tereduksi dari koenzim ini kemudian merupakan substrat untuk semua reduktasi di dalam sel yang perlu mereduksi substratnya.
1.6. Mineral & Kofaktor dalam Metabolisme
Elemen anorganik berperan penting dalam metabolisme. Beberapa jenis zat anorganik sangat berlimpah misalnya sodium dan potasium. Sekitar 99% dari massa mamalia terdiri berdasarkan elemen karbon, nitrogen, kalsium, sodium, klorin, potasium, hidrogen, fosfor, oksigen, dan sulfur. Komponen organik (protein, lipid, & karbohidrat) mengandung mayoritas karbon & nitrogen. Kebanyakan menurut oksigen & hidrogen muncul menjadi air.
Elemen anorganik yang melimpah bertindak sebagai elektrolit ion. Ion yang paling penting adalah sodium, potasium, kalsium, magnesium, klorida, fosfat, dan ion organik bikarbonat. Gradien ion dijaga supaya tepat dengan melewati membran sel dan menjaga tekanan osmotik dan pH. Ion juga penting untuk fungsi saraf dan otot sebagai potensial aksi di jaringannya. Potensial aksi diciptakan dengan menukar elektrolit diantara cairan ekstraseluler dan cairan sel. Elektrolit masuk dan keluar dari sel melalui protein di membran sel yang disebut kanal ion (ion channels). Contoh, kontraksi otot bergantung pada pergerakan kalsium, sodium, dan potasium melalui kanal ion di dalam membran sel dan tubulus T.
Logam transisi umumnya muncul sebagai elemen residu pada organisme. Seng dan zat besi yg paling melimpah diantara logam transisi. Logam tersebut dipakai pada beberapa jenis protein sebagai kofaktor & penting buat aktivitas enzim seperti katalase dan protein pembawa oksigen (hemoglobin). Kofaktor logam diikat erat pada beberapa loka pada protein. Meskipun kofaktor enzim dapat diubah selama proses katalis, kofaktor logam selalu pulang ke tempatnya semula setelah reaksi katalis selesai. Mikronutrien logam dapat diambil sang organisme dengan transporter spesifik dan terikat buat menyimpan protein, misalnya feritin atau metalotionein waktu nir dipakai.
Dua. Katabolisme dalam Metabolisme
Katabolisme adalah sekumpulan proses metabolisme yg memecah molekul akbar. Katabolisme pula termasuk memecah dan mengoksidasi molekul makanan. Tujuan reaksi katabolisme merupakan buat menyediakan tenaga dan komponen yang diharapkan oleh reaksi anabolik. Sifat reaksi katabolik berbeda di setiap organisme. Organisme bisa diklasifikasikan berdasarkan asal energi dan karbonnya seperti yang terlihat pada gambar (tabel) dibawah. Molekul organik diharapkan menjadi asal energi bagi organotrof, sedangkan litotrof menggunakan substrat anorganik dan fototrof menggunakan cahaya matahari menjadi energi kimia. Tetapi, seluruh perbedaan bentuk metabolisme bergantung dalam reaksi redoks yg melibatkan transfer elektron dari molekul yg tereduksi misalnya molekul organik, air, amonia, hidrogen sulfida, atau ion besi ke molekul akseptor seperti oksigen, nitrat, atau sulfat. Pada hewan, reaksi tadi melibatkan molekul organik kompleks yang terpecah menjadi molekul sederhana misalnya karbon dioksida dan air. Dalam organisme fotosintetik misalnya tanaman & sianobakteri, reaksi transfer elektron tidak membuat energi, tetapi dipakai buat menyimpan tenaga yang diterima dari cahaya surya.
 |
| Klasifikasi organisme berdasarkan metabolismenya |
Reaksi katabolis yang paling umum pada hewan dapat dibagi menjadi tiga tahap. Pertama, molekul organik besar seperti protein, polisakarida, atau lipid dicerna menjadi komponen yang lebih kecil diluar sel. Kemudian, molekul yang lebih kecil itu diambil oleh sel dan mengubahnya menjadi molekul yang lebih kecil lagi, biasanya berupa asetil koenzim A (asetil-KoA), yang menghasilkan beberapa energi. Terakhir, asetil pada KoA teroksidasi menjadi air dan karbon dioksida di dalam siklus asam sitrat dan rantai transpor elektron. Proses tersebut menghasilkan energi yang disimpan dengan mereduksi koenzim NAD+ menjadi NADH.
2.1. Pencernaan
Makromolekul misalnya pati, selulosa, atau protein tidak bisa eksklusif diambil sang sel dan harus dipecah sebagai unit yg lebih kecil sebelum bisa dipakai pada metabolisme sel. Beberapa jenis enzim mencerna polimer tersebut. Enzim pencernaan tadi galat satunya merupakan protease yang mencerna protein menjadi asam amino dan hidrolase glikoseda yang mencerna polisakarida sebagai gula sederhana yang dikenal sebagai monosakarida.
Mikroba secara sederhana mensekresikan enzim pencernaan disekelilingnya. Sedangkan hewan hanya mensekresi enzim dari sel terdiferensiasi di usus. Asam amino atau gula didapatkan sang enzim ekstraseluler yg dipomba menuju sel oleh protein transpor aktif.
2.2. Energi berdasarkan Komponen Organik
Katabolisme karbohidrat adalah proses memecah karbohidrat menjadi unit yang lebih kecil. Karbohidrat biasanya diambil oleh sel setelah dicerna menjadi monosakarida. Di dalam sel, jalur utama pemecahan adalah glikolisis yang merupakan proses mengubah gula (glukosa dan fruktosa) menjadi asam piruvat dan menghasilkan beberapa ATP. Asam piruvat digunakan sebagai penengah di beberapa jalur metabolik, namun kebanyakan diubah menjadi asetil-KoA dan masuk ke dalam siklus asam sitrat. Meskipun lebih banyak ATP yang dihasilkan oleh siklus asam sitrat, produk yang terpenting adalah NADH yang terbuat dari NAD+ yang telah teroksidasi. Proses oksidasi tersebut menghasilkan karbon dioksida sebagai produk sampingan (buangan). Dalam kondisi anaerobik, glikolisis memproduksi asam laktat melalui enzim laktat dehidrogenase yang mereoksidasi NADH menjadi NAD+ untuk digunakan kembali dalam glikolisis. Rute alternatif untuk pemecahan glukosa adalah jalur pentosa fosfat yang menguransi koenzim NADPH dan memproduksi gula pentosa seperti ribosa yang merupakan komponen gula dari asam nukleat.
Lemak dikatabolis dengan cara hidrolisis & membuat asam lemak dan gliserol. Gliserol masuk ke glikolisis dan asam lemak dipecah sang beta oksidasi buat membentuk asetil-KoA yg kemudian masuk ke daur asam sitrat. Asam lemak menghasilkan lebih poly energi melalui oksidasi dibandingkan karbohidrat karena struktur karbohidrat mengandung lebih poly oksigen. Steroid juga dipecah oleh bakteri menggunakan proses yang mirip dengan beta oksidasi. Proses pemecahan tadi melibatkan asetil-KoA, propionil-KoA, dan asam piruvat pada jumlah yang signifikan. Hasil pemecahan tersebut jua dapat digunakan sebagai tenaga.
Asam amino salah satunya dipakai buat mensintesis protein dan biomolekul lain, atau mengoksidasi urea dan karbon dioksida menjadi asal energi. Jalur oksidasi dimulai menggunakan menghilangkan musim menggunakan transaminase. Amino kemudian masuk ke dalam siklus urea dan membentuk rangka karbon terdeaminasi di dalam siklus asam sitrat. Contoh, deaminasi glutamat membentuk ?-ketoglutarate. Asam amino glukogenik pula bisa diubah menjadi glukosa melalui proses glukoneogenesis.
3. Transformasi Energi dalam Metabolisme
3.1. Fosforilasi Oksidatif
Dalam fosforilasi oksidatif, elektron dihilangkan berdasarkan molekul organik & ditransfer ke oksigen, kemudian tenaga yang didapatkan digunakan buat menciptakan ATP. Proses ini dilakukan oleh eukariota dengan sekumpulan protein pada membran mitokondria yg disebut rantai transpor elektron. Pada prokariota, protein ini ditemukan di membran sel bagian pada. Protein tadi menggunakan tenaga yg dihasilkan dengan melewatkan elektron berdasarkan molekul tereduksi seperti NADH menuju oksigen buat memompa proton melewati membran.
Memompa proton keluar dari mitokondria menciptakan perbedaan konsentrasi proton di sekitar membran dan menghasilkan gradien elektrokimia. Gaya ini membawa proton kembali ke mitokondria melewati basa enzim yang disebut ATP sintase. Aliran proton membuat stalk subunit berputar dan menyebabkan daerah domain sintase yang aktif berubah bentuk dan fosforilat adenosin difosfat berubah menjadi ATP.
Tiga.Dua. Energi berdasarkan Komponen Anorganik
Kemolitotrof merupakan salah satu jenis metabolisme yg ditemukan pada prokariota dimana energi diperoleh berdasarkan oksidasi komponen anorganik. Organisme tersebut dapat memakai hidrogen, komponen sulfur yg tereduksi (seperti sulfida, hidrogen sulfida, dan tiosulfat), Besi (II) oksida, atau amonia menjadi sumber tenaga. Energi didapatkan menggunakan mengoksidasi komponen tersebut dengan akseptor elektron seperti oksigen atau nitrit. Proses mikrobial ini penting dalam siklus biogeokimia globat misalnya asetogenesis, nitrifikasi, dan denitrifikasi. Selain itu, proses ini jua krusial bagi kesuburan tanah.
Tiga.3. Energi berdasarkan Cahaya Matahari
Tumbuhan, sianobakteria, bakteri ungu, bakteri sulfur hijau, dan beberapa jenis protista menerima energi berdasarkan cahaya surya. Proses ini seringkali diikuti dengan pengubahan karbon dioksida sebagai komponen organik sebagai bagian menurut fotosintesis. Sistem pengambilan tenaga & fiksasi karbon bisa beroperasi secara terpisah dalam prokariota. Bakteri ungu dan bakteri sulfur hijau dapat memakai cahaya surya sebagai asal tenaga & dapat berpindah-pindah antara fiksasi karbon dan fermentasi komponen organik.
Pada poly organisme, proses pengambilan energi mentari mempunyai prinsip yg sama menggunakan fosforilasi oksidatif dimana melibatkan loka penyimpanan tenaga sebagai gradien konsentrasi proton. Proton memacu gaya buat mengendalikan buatan ATP. Elektron diperlukan buat mengendalikan rantai transpor elektron yang datang menurut protein pembawa cahaya yang diklaim sentra reaksi fotosintetik atau rhodopsin. Pusat reaksi dalam tumbuhan dan sianobakteria terbagi menjadi dua jenis berdasarkan jenis pembawa pigmen fotosintetik. Kebanyakan bakteri fotosintetik hanya mempunyai satu jenis.
Pada tumbuhan, ganggang, dan sianobakteria, fotosistem II menggunakan energi cahaya untuk menghilangkan elektron dari air dan menghasilkan oksigen sebagai produk residu (buangan). Elektron kemudian mengalir ke sitokrom b6f kompleks yang menggunakan energinya untuk memompa proton melewati membran tilakoid di dalam kloroplas. Proton tersebut kembali melalui membran setelah sebelumnya mengendasilkan ATP sintase. Elektron kemudian mengalir melewati fotosistem I dan salah satu elektronnya digunakan untuk mereduksi koenzim NADP+ untuk digunakan di siklus Calvin atau didaur ulang untuk pembentukan ATP berikutnya.
4. Anabolisme dalam Metabolisme
Anabolisme merupakan sekumpulan proses metabolik konstruktif dimana energi yg dihasilkan sang katabolisme dipakai buat mensintesis molekul kompleks. Umumnya, molekul kompleks menyusun struktur sel & membentuk prekusor sedikit-sedikit. Anabolisme terdiri dari 3 termin. Pertama, produksi prekusor seperti asam amino, monosakarida, isoprenoid, & nukleotida. Kedua, prekusor tersebut diaktifkan sebagai bentuk reaktif dengan memakai tenaga berdasarkan ATP. Ketiga, dilakukan perakitan prekusor hingga sebagai molekul kompleks seperti protein, polisakarida, lipid, dan asam nukleat.
Cara menciptakan molekul di dalam sel bhineka pada setiap organisme. Makhluk hidup autotrof misalnya flora bisa menciptakan molekul organik kompleks (misalnya polisakarida dan protein) pada pada sel menurut molekul sederhana misalnya karbon dioksida dan air. Sedangkan makhluk hidup heterotrof memerlukan substansi yg lebih kompleks (seperti monosakarida & asam amino) untuk menghasilkan molekul kompleks. Lebih lanjut, organisme dapat diklasifikasikan menurut sumber tenaga utama yaitu fotoautotrof dan fotoheterotrof yang mendapatkan tenaga berdasarkan cahaya dan kemoautotrof dan kemoheterotrof yang mendapatkan energi menurut reaksi oksidasi anorganik.
4.1. Fiksasi Karbon
Fotosintesis adalah sintesis karbohidrat dengan sinar matahari dan karbon dioksida (CO2). Dalam tumbuhan, sianobakteria, dan alga, fotosintesis oksigenik memecah air dengan oksigen sebagai produk buangan. Proses ini menggunakan ATP dan NADPH yang diproduksi oleh pusat reaksi fotosintetik untuk mengubah CO2 menjadi gliserat 3-fosfat yang kemudian diubah menjadi glukosa. Reaksi fiksasi karbon ini dilakukan oleh enzim RuBisCO sebagai bagian dari siklus Calvin – Benson. Tiga jenis fotosintesis terjadi pada tumbuhan yakni fiksasi karbon C3, fiksasi karbon C4, dan fotosintesis CAM. Ketiga jenis tersebut dibedakan berdasarkan jalur karbon dioksida menuju siklus Calvin. Tanaman C3 langsung memasang CO2, sedangkan fotosintesis C4 dan CAM menggabungkan CO2 ke komponen lain terlebih dahulu sebagai bentuk adaptasi dari intensitas cahaya matahari dan kondisi kering.
Pada prokariot fotosintetik, mekanisme fiksasi karbon lebih berbeda. Karbon dioksida dapat langsung dipasang oleh siklus Calvin – Benson (kebalikan dari siklus asam sitrat) atau karboksilasi dari asetil-KoA. Prokariot kemoautotrof juga memasang CO2 melalui siklus Calvin – Benson, namun energi yang digunakan untuk mengendalikan reaksi berasal dari komponen anorganik.
4.2. Karbohidrat dan Glikan
Pada anabolisme karbohidrat, asam organik sederhana dapat diubah menjadi monosakarida (misalnya glukosa) lalu digunakan buat merakit polisakarida (misalnya pati). Generasi glukosa yang dari berdasarkan komponen misalnya piruvat, asam laktat, gliserol, gliserat tiga-fosfat, dan asam amino dianggap glukoneogenesis. Glukoneogenesis membarui piruvat sebagai glukosa-6-fosfat melalui serangkaian intermediet, banyak antara lain yg dibagikan dengan glikolisis. Tetapi, jalur ini tidak sesederhana glikolisis yg berjalan terbalik. Beberapa langkah dikatalis oleh enzim non-glikolitik. Ini dibutuhkan buat membentuk gugusan dan memecah glukosa.
Meskipun lemak menjadi jalan generik buat menyimpan tenaga, dalam vertebrata (misalnya insan), asam lemak nir dapat diubah sebagai glukosa melalui proses glukoneogenesis. Organisme tersebut jua tidak dapat membarui asetil-KoA menjadi piruvat. Tumbuhan bisa melakukannya, namun hewan tidak. Akibatnya, selesainya menderita kelaparan jangka panjang, vertebrata menghasilkan badan keton menurut asam lemak buat menggantikan lemak di dalam jaringan misalnya otak yang nir mampu memetabolis asam lemak. Pada organisme lain misalnya tanaman dan bakteria, masalah metabolik ini terselesaikan dengan memakai daur glioksilat. Siklus glioksilat memotong tahapan dekarboksilasi dalam siklus asam sitrat & membarui asetil-KoA sebagai osaloasetat yg dapat dipakai buat menghasilkan glukosa.
Polisakarida dan glikan dibentuk oleh penambahan monosakarida secara berurutan sang glikosiltransferase berdasarkan gula fosfat reaktif (seperti uridin difosfat glukosa / UDF-glukosa) menuju akseptor hidroksil. Semua gerombolan hidroksil dapat dijadikan akseptor, sebagai akibatnya polisakarida yang terbentuk bisa memiliki struktur lurus atau bercabang. Polisakarida yang terbentuk memiliki struktur & fungsi metabolik tersendiri, atau ditransfer ke lipid & protein dengan bantuan enzim oligosakariltransferase.
4.Tiga. Asam Lemak, Isoprenoid, & Steroid
Asam lemak dibentuk sang asam lemak sintase yg melakukan polimerisasi & mereduksi unit asetil-KoA. Rantai asil di dalam asam lemak diperpanjang sang siklus reaksi yg menambahkan asil, mereduksinya sebagai alkohol, mendehidrasikannya menjadi sekelompok alkana, dan kemudian direduksi lagi menjadi alkana. Enzim dari biosintesis asam lemak terbagi sebagai 2 grup: Protein tipe I dalam hewan & jamur (fungi) dan enzim tipe II pada plastida tanaman & bakteri.
Terpena dan isoprenoid adalah gerombolan besar lipid yang membentuk sebagian akbar produk flora. Komponen tersebut dibuat oleh perakitan dan modifikasi isoprena yg didapat menurut prekursor reaktif isopentenil pirofosfat & dimetilalil pirofosfat. Prekursor tadi dibuat menggunakan cara yang tidak selaras. Pada fauna & fungi, jalur mevalonat menghasilkan komponen tadi dari asetil-KoA. Sedangkan dalam flora & bakteri memakai piruvat & gliseraldehid tiga-fosfat menjadi substrat. Reaksi krusial yg memakai isoprena aktif merupakan biosintesis steroid. Isoprena akan bergabung bersama buat menghasilkan squalen dan menciptakan lanosterol. Lanosterol bisa diubah menjadi steroid lain seperti kolesterol & ergosterol.
4.4. Protein
Kemampuan setiap organisme untuk mensintesis 20 macam asam amino bervariasi. Kebanyakan bakteri dan tumbuhan dapat mensintesis semuanya, sedangkan mamalia hanya dapat mensintesis sebelas asam amino non-esensial sehingga sembilan asam amino esensial harus didapatkan dari makanan. Beberapa parasit sederhana seperti bakteri Mycoplasma pneumoniae, tidak bisa mensintesis asam amino dan mendapatkannya langsung dari inangnya. Semua asam amino disintesis melalui intermediet dalam glikolisis, siklus asam sitrat, atau jalur pentosa fosfat. Sintesis asam amino bergantung pada formasi asam alfa-keto yang tepat dan melakukan transaminasi untuk membentuk sebuah asam amino.
Asam amino membangun protein menggunakan bergabung beserta sebagai rantai peptida. Setiap protein memiliki susunan asam amino yang tidak sama yg diklaim struktur primer. Bagaikan semua alfabet yg dapat dirangkai sebagai kata-kata yg tidak selaras, asam amino juga dapat melakukan kombinasi buat membangun banyak variasi protein. Protein yg dibentuk sang asam amino bisa diaktivasi menggunakan mengikatnya menggunakan molekul RNA transfer melalui ikatan ester. Prekursor tRNA diproduksi pada reaksi ATP. TRNA menjadi substrat buat ribosom, yg lalu menjadi asam amino menggunakan berikatan menggunakan rantai protein & memakai warta menurut mRNA.
4.5. Sintesis Nukleotida
Nukleotida tersusun dari asam amino, karbon dioksida, & asam format yg menggunakan tenaga metabolik dalam jumlah besar . Purin disintesis menjadi nukleosida (basa yg terikat menggunakan ribosa). Baik adenin dan guanin tersusun dari prekursor nukleosida inosin monofosfat yang disintesis menggunakan atom menurut asam amino glisin, glutamin, dan asam aspartik. Pirimidin disintesis berdasarkan basa orotat yang terbentuk menurut glutamin & aspartat.
Lima. Metabolisme Xenobiotik dan Redoks
Semua organisme secara konstan membedah komponen yang tidak dapat digunakan sebagai makanan dan berbahaya jika masuk ke dalam sel. Komponen yang berpotensi merusak tersebut disebut xenobiotik. Xenobiotik seperti obat sintetis, racun alami, dan antibiotik didetoksifikasi oleh sekumpulan enzim metabolisme xenobiotik. Pada manusia, enzim termasuk adalah sitokrom P450 oksidase, UDP-glukuronososiltransferase, dan glutathione S-transferase. Sistem enzim ini bekerja dengan tiga fase. Pertama, xenobiotik dioksidasi. Kedua, zat konjugat yang larut dengan air digabungkan menjadi molekul. Ketiga, xenobiotik larut air yang telah termodifikasi dipompa keluar dari sel dan organisme multiseluler akan memetabolismenya sebelum diekskresi. Dalam ekologi, reaksi ini sangat penting untuk membiodegradasi polutan oleh mikroba dan membioremediasi tanah terkontaminasi atau tumpahan minyak.
6. Aturan & Kontrol Metabolisme
Suasana lingkungan di kebanyakan organisme dapat berubah secara konstat. Sehingga reaksi metabolisme harus diatur untuk menyesuaikan kondisi dengan sel. Kondisi tersebut disebut homeostasis. Regulasi metabolik juga membuat organisme dapat merespon sinyal dan berinteraksi dengan lingkungannya. Terdapat dua konsep yang penting untuk memahami bagaimana jalur metabolik dikontrol. Pertama, regulasi enzim di dalam jalur metabolik yang dapat meningkat dan berkurang bergantung dengan sinyal yang diterima. Kedua, kontrol diberikan kepada enzim supaya dapat merubah aktivitasnya pada jalur metabolik. Contoh, sebuah enzim dapat berubah total dalam aktivitasnya (sangat diatur) namun jika perubahan tersebut memiliki efek kecil pada aliran di jalur metabolik, maka enzim tersebut tidak dilibatkan dalam pengaturan jalur metabolik.
Terdapat beberapa tingkatan dalam regulasi metabolik. Pada regulasi intrinsik, jalur metabolik melakukan regulasi dengan sendirinya buat merespon & merubah tingkatan substrat atau produk. Regulasi ekstrinsik melibatkan sebuah sel pada organisme multiseluler yg telah mendapat sinyal menurut sel lain buat mengganti metabolisme. Pengiriman frekuwensi tersebut melibatkan fosforilasi protein.
Contoh kontrol ekstrinsik yang paling mudah dimengerti adalah pengaturan metabolisme glukosa oleh hormon insulin. Insulin diproduksi sebagai respon peningkatan kadar gula darah. Hormon akan berikatan dengan reseptor insulin pada sel dan kemudian mengaktifkan protein kinase. Hal ini menyebabkan sel mengambil glukosa dan mengubahnya menjadi asam lemak dan glikogen. Metabolisme glikogen dikontrol oleh fosforilase dan glikogen sintase. Insulin memacu sintesis glikogen dengan mengaktifkan protein fosfatase.
7. Evolusi Metabolisme
Jalur utama metabolisme seperti glikolisis dan siklus asam siklat ada di semua makhluk hidup dan nenek moyang semua makhluk hidup. Nenek moyang semua makhluk hidup adalah prokariota dan metanogen yang memiliki metabolisme asam amino, nukleotida, karbohidrat, dan lipid. Jalur metabolisme yang hampir tidak berubah sepanjang evolusi ini dikarenakan jalur ini adalah jalur yang memproduksi produk akhir dengan cara yang paling efisien. Mutasi menyebabkan perubahan pada efisiensi metabolisme.
Evolusi pula dapat mengakibatkan kehilangan fungsi metabolik. Contoh, beberapa parasit tidak dapat memetabolisme asam amino, nukleotida, dan karbohidrat sebagai akibatnya harus didapatkan dari inangnya.
8. Sejarah Penelitian Metabolisme
Istilah “metabolisme” adalah turunan dari bahasa Inggris metabolism yang berasal dari bahasa Yunani Μεταβολισμός (Metabolismos) yang berarti “berubah”. Dokumen pertama yang membahas metabolisme dibuat oleh Ibn al-Nafis pada tahun 1260 masehi dengan judul Al-Risalah al-Kamiliyyah fil Siera al-Nabawiyyah (Risalah Kamil pada Biografi Nabi) yang didalamnya terdapat kalimat “Baik tubuh dan bagiannya adalah tempat berkelanjutan bagi pemecahan dan makanan, jadi mereka pasti menjalani perubahan permanen”. Sejarah penelitian ilmiah tentang metabolisme terbentang selama beberapa abad dan telah berubah dari meneliti bagian dalam hewan pada penelitian awal menjadi penelitian reaksi metabolik pada individu dalam biokimia modern. Percobaan pertama pada metabolisme manusia dipublikasikan oleh Santorio Santorio pada tahun 1614 dalam bukunya yang berjudul Ars de statica medicina. Dia menjelaskan hasil penimbangan berat badannya sebelum dan sesudah makan, tidur, bekerja, melakukan hubungan s3ksual, puasa, minum, dan buang air kecil. Dia menemukan bahwa kebanyakan makanan yang dia makan hilang melalui sesuatu yang ia sebut “pengeluaran tidak sadar”.
Pada studi awal, mekanisme proses metabolik belum teridentifikasi. Pada abad ke-19, ketika Louis Pasteur mempelajari fermentasi gula menjadi alkohol dengan ragi, ia menyimpulkan bahwa fermentasi mengkatalis substansi dalam sel ragi. Dia menulis bahwa “fermentasi alkohol memiliki korelasi dengan kehidupan dan organisme di dalam sel ragi, bukan kematian atau pembusukan sel”. Penelitian ini, sejalan dengan publikasi Friedrich Wöhler pada tahun 1828 tentang sintesis kimia pada urea dan tercatat sebagai komponen organik pertama yang disiapkan dari prekursor anorganik. Ini terbukti bahwa komponen organik dan reaksi kimia yang ditemukan di dalam sel tidak berbeda dengan prinsip kimia lain.
Penelitian pertama tentang enzim dilakukan pada awal abad ke-20 oleh Eduard Buchner yg memisahkan studi reaksi kimia metabolisme menurut studi biologi sel. Ini menjadi awal berdasarkan biokimia. Pengetahuan mengenai biokimia berkembang pesat pada awal abad ke-20. Salah satu orang yang paling berkontribusi terhadap biokimia merupakan Hans Krebs yg juga menaruh kontribusi akbar bagi studi metabolisme. Dia meneliti daur urea dan kemudian daur asam sitrat dan daur glioksilat bersaa menggunakan Hans Kornberg. Penelitian biokimia modern sangat didukung sang perkembangan teknik penelitian misalnya kromatografi, difraksi sinar X, spektroskopi NMR, penandaan radioisotop, mikroskop elektron, & simulasi dinamika molekuler.
Anda mampu request artikel tentang apa saja, kirimkan request Anda ke hedisasrawan@gmail.Com atau eksklusif saja lewat kolom komentar :)
