Semua makhluk hidup memerlukan energi. Energi itu digunakan untuk tumbuh, bergerak, mencari makan, mengeluarkan sisa-sisa makanan, menanggapi rangsangan, dan reproduksi. Tanpa energi, semua proses kehidupan akan terhenti. Sumber energi utama bagi makhluk hidup di bumi adalah matahari. Di dalam tubuh makhluk hidup terjadi perombakan berbagai senyawa kimia untuk berbagai keperluan hidupnya. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dilenyapkan. Akan tetapi, energi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain, yang disebut transformasi energi. Dalam proses transformasi energi pada makhluk hidup, sebagian energi diubah menjadi energi panas, misalnya panas tubuh hewan atau manusia. Sebagian energi diubah ked lam bentuk senyawa kimia yang lain. Jika makhluk hidup mati, maka semua energi panas dibebaskan ke lingkungan. Makhluk hidup mampu melakukan transformasi energi melalui proses metabolisme yang berlangsung di dalam sel tubuh.
Salah satu tanda yang menunjukkan gejala hidup pada makhluk hidup adalah melakukan metabolisme. Metabolisme secara harfiah mempunya arti “perubahan” (bahasa Yunani metabole = berubah) yang dipakai untuk menunjukkan semua perubahan kimia dan energi yang terjadi di dalam tubuh, atau secara sederhana adalah penggunaan makanan oleh tubuh.
A. Ringkasan Materi
1. Metabolisme
Metabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam organism dan sel. Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organic kompleks. Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolisme. Metabolisme total merupakan semua proses biokimia di dalam organism. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia di dalam sel. Produk metabolisme disebut metabolit. Cabang biologi yang mempelajari komposisi metabolit secara keseluruhan pada suatu tahap perkembangan atau pada suatu bagian tubuh dinamakan metabolomika.
Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu:
a. Anabolisme/ Asimilasi/ Sintesis
Yaitu proses pembentukan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi.
Contoh: fotosintesis (asimilasi C)
energi cahaya
6CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2 klorofil glukosa
(energi kimia)
Pada kloroplas terjadi transformasi energi yaitu dari energi cahaya sebagai energi kinetik berubah menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan senyawa organic pada glukosa. Dengan bantuan enzim-enzim, proses tersebut berlangsung cepat dan efisien. Bila dalam suatu reaksi memerlukan energi dalam bentuk panas reaksinya disebut reaksi endergonik. Reaksi semacam itu disebut reaksi endoterm.
b. Katabolisme (Dissimilasi)
Yaitu proses penguraian zat untuk membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam senyawa organik tersebut.
Contoh:
enzim
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 686 KKalenergi kimia
Saat molekul terurai menjadi molekul yang lebih kecil terjadi pelepasan energi sehingga terbentuk energi panas. Bila pada suatu reaksi dilepaskan energi, reaksinya disebut reaksi eksergonik. Reaksi semacam itu disebut juga reaksi eksoterm.
2. Enzim
a. Pengertian Enzim
Enzim terdiri atas bagian yang berupa protein dan bagian yang berupa bukan protein. Bagian yang protein disebut apoenzim, bagia yang bukan protein disebut gugus prostetik, yang juga merupakan bagian enzim yang aktif. Apoenzim dan gugus prostetik merupakan satu kesatuan yang disebut holoenzim. Tetapi ada pula enzim yang bagian apoenzim tidak bersatu dengan gugus prostetik yang lepas disebut koenzim.
Pembagian enzim berdasarkan struktur molekulnya, yaitu: enzim monometrik, enzim oligometrik, dan multienzim.
Enzim adalah biomolekul yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat proses reaksi tanpa habis bereaksi) dalam suatu reaksi kimia. Hampir semua enzim adalah protein. Pada reaksi yang dikatalisasi oleh enzim, molekul awal reaksi disebut sebagai substrat, dan enzim mengubah molekul tersebut menjadi molekul-molekul yang berbeda, disebut produk. Hampir semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cepat.
b. Kerja Enzim
Pada reaksi yang dikatalisasi oleh enzim, molekul awal rekasi disebut sebagai substrat, dan enzim mengubah molekul tersebut menjadi molekul-molekul yang berbeda, disebut produk. Hampir semua proses biologis sel memerlukan enzim agar dapat berlangsung dengan cukup cepat.
Hubungan antara enzim dan substrat merupakan suatu hubungan spasial melalui tiga titik tangkap. Interaksi spesifik antara molekul enzim dan molekul substrat terjadi pada tiga titik tangkap ini. Beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu:
1) Interaksi antara molekul enzim dan molekul substrat terjadi dalam bentuk orientasi spesifik, titik tangkap antara enzim dan substrat tidak boleh lebih dari tiga tempat.
2) Ketiga titik tangkap tersebut harus asimetris.
3) Gugus identik dari suatu senyawa substrat tidak boleh lebih dari dua (a1 dan a2) yang dipengaruhi oleh enzim dan dua gugus yang berlainan (b dan d). Gugus-gugus ini terikat pada atom karbon sebagai atom sentral.
Kemampuan enzim untuk mengenal substratnya disebabkan karena sifat karakteristik konformasi dan bagian aktif dari protein enzim itu sendiri.
Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat-zat yang bereaksi dan dengan demikian mempercepat proses reaksi. Percepatan terjadi karena enzim menurunkan energi pengaktifan yang dengan sendirinya akan mempermudah terjadinya reaksi. Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa.
Enzim sangatlah spesifik. Pada tahun 1894, Emil Fischer mengajukan bahwa hal ini dikarenakan baik enzim dan substrat memiliki bentuk geometri yang saling memenuhi. Hal ini sering dirujuk sebagai model kunci dan gembok. Manakala model ini menjelaskan kespesifikan enzim, ia gagal dalam menjelaskan stabilisasi keadaan transisi yang dicapai oleh enzim. Model ini telah dibuktikan tidak akurat, dan model ketepatan induksilah yang sekarang paling banyak diterima.
Pada tahun 1958, Daniel Koshland mengajukan modifikasi mdel kunci dan gembok: oleh karena enzim memiliki struktur yang fleksibel, tapak aktif secara terus-menerus berubah bentuknya sesuai dengan interaksi antara enzim dan substrat. Akibatnya, substrat tidak berikatan dengan tapak aktif yang kaku. Orientasi rantai samping asam amino berubah sesuai dengan substrat dan mengijinkan enzim untuk menjalankan fungsi katalitiknya. Pada beberapa kasus, misalnya glikosidase, molekul substrat juga berubah sedikit ketika ia memasuki tapak aktif. Tapak aktif akan terus berubah bentuknya sampai substrat terikat secara sepenuhnya, yang mana bentuk akhir dan muatan enzim ditentukan.
Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat, suhu, keasaman, kofaktor, dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein, yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul lain. Inhibitor adalah molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan aktivator adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Banyak obat dan racun adalah inhibitor enzim.
Enzim bekerja secara spesifik pada substrat tertentu dan dipengaruhhi oleh hal-hal berikut.
1) Suhu
Suhu yang tinggi menyebabkan kecepatan molekul suatu substrat meningkat. Hal ini menyebabkan pada saat bertabrakan dengan enzim, energi molekul substrat berkurang. Keadaan ini menudahkan terikatnya molekul substrat pada sisi aktif enzim. Peningkatan suhu pada titik tertentu mampu meningkatkan aktivitas enzim. Hal ini berkaitan dengan susunan enzim yang terdiri dari protein. Pemanasan pada suhu tinggi dapat merubah struktur enzim dan merusak sisi aktif dari suatu enzim.
2) pH (derajat keasaman)
Setiap enzim bekerja pada pH optimum. Perubahan pH dapat mempengaruhi bentuk tiga dimensi enzim dan dapat menyebabkan denaturasi enzim. pH juga dapat menghalangi sisi aktif enzim berkombinasi dengan substrat karena perubahan pH dapat mempengaruhi asam amino kunci pada sisi aktif suatu enzim.
3) Aktivator dan inhibitor
Aktivator merupakan molekul yang dapat mempermudah ikatan antara molekul substrat dengan molekul enzim. Sedangkan inhibitor merupakan molekul yang dapat menghambat ikatan antara molekul substrat dengan molekul enzim. Inhibitor enzim ada dua macam, yaitu inhibitor kompetitif dan inhibitor nonkompetitif.
4) Konsentrasi enzim
Kecepatan suatu reaksi sangat dipengaruhi oleh konsentrasi enzim. Konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi, sehingga semakin besar konsentrasi enzim maka kecepatan reaksi akan semakin tinggi.
5) Konsentrasi substrat
Konsentrasi substrat pada titik tertentu akan mampu meningkatkan kecepatan reaksi. Namun pada saat kondisi substrat telah mencapai titik jenuh, penambahan substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi.
c. Sifat-sifat Enzim
Enzim mempunyai sifat-sifat sebagai berikut.
1) Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.
2) Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60o C, karena enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.
3) Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat pada enzim.
4) Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.
5) Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim), contoh ektoenzim: amylase dan maltase.
6) Umumnya enzim ini bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh: lipase, mengkatalisis pembentukan dan penguraian lemak.
lipase
Lemak + H2O Asam lemak + Gliserol7) Bekerjanya spesifik; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu.
8) Umumnya enzim tidak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.
d. Penamaan Enzim
Enzim diberi nama sesuai dengan substratnya, dan siberi akhiran –ase. Contoh:
- Enzim selulase adalah enzim yang dpat menguraikan selulosa
- Enzim lipase menguraikan lipid atau lemak
- Enzim protease menguraikan protein
- Enzim karbohidrase menguraikan karbohidrat
Karbohidrase merupakan suatu kelompok enzim. Enzim yang termasuk karbohidase adalah amylase dan maltase. Amilase menguraikan amilum (tepung) menjadi maltosa. Maltase menguraikan maltosa menjadi glukosa.
Ada dua tata cara penamaan enzim, yaitu secara sistematik (didasarkan atas reaksi yang terjadi) dan trivial (nama singkat).
Contoh: ATP + glukosa ADP + glukosa 6-fosfat Nama sistematik: Glukosa 6-fosfatase
Nama trivial: Heksokinase
