PERANAN ATP DALAM METABOLISME

PERANAN ATP DALAM METABOLISME

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI MALIKI MALANG

2010

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Semua mahkluk hidup memerlukan energi. Energi itu digunakan untuk tumbuh, bergerak, mencari makanan, 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. Energi matahari dimanfaatkan tumbuhan hijau untuk fotosintesis, kemudian energi itu diubah ke dalam bentuk persenyawaan kimia, yaitu dalam bentuk gula. Gula diubah menjadi amilum, protein, lemak, dan berbagai bentuk persenyawaan organik. Persenyawaan kimia ini menjadi bahan makanan bagi mahkluk hidup lain yang heterotrof. Semua mahkluk hidup, baik tumbuhan atau hewan memanfaatkan karbohidrat untuk dioksidasi menjadi energi, karbon dioksida, dan air. Jadi, energi matahari ditangkap oleh tumbuhan dan diubah menjadi persenyawaan kimia. Selanjutnya, energi kimia yang tersimpan dalam tumbuhan berpindah ke makhluk hidup yang lain pada saat tumbuhan dimakan oleh makhluk hidup tersebut. Di dalam tubuh makhluk hidup terjadi perombakan berbagai senyawa kimia untuk berbagai keperluan hidupnya.

Menurut hukum termodinamika, 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 ke dalam 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.

Oleh karena itu, dalam makalah ini kami membahas tentang metabolisme secara umum, baik pada manusia, tumbuhan maupun hewan.

1.2  Rumusan Masalah

·         Apa pengertian metabolisme?

·         Apa pembagian metabolisme?

·         Bagaimana peranan ATP bagi metabolisme?

1.3  Tujuan

·         Untuk mengetahui pengertian metabolisme

·         Untuk mengetahui pembagian metabolisme

·         Untuk mengetahui peranan ATP bagi metabolisme

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Metabolisme

 Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam makhluk hidup, mulai makhluk hidup bersel satu yang sangat sederhana seperti bakteri, protozoa, jamur, tumbuhan, hewan sampai mahkluk yang susunan tubuhnya kompleks seperti manusia. Didalam proses ini, mahkluk hidup mendapat, mengubah dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya untuk mempertahankan hidupnya.

Metabolisme meliputi proses sintesis (anabolisme) dan proses penguraian (katabolisme) senyawa atau komponen dalam sel hidup. Semua reaksi metabolisme dikatabolisme oleh enzim. Hal lain yag penting dalam metabolisme adalah peranannya dalam penawar racun atau detoksifikasi, yaitu mekanisme reaksi pengubahan zat beracun menjadi senyawa yang tak beracun yang dapat dikeluarkan dari tubuh.

Pada makhluk hidup, banyak reaksi kimia yang terjadi secara simultan. Jika kita melihat reaksi kimia tersebut satu per satu, akan sulit memahami aliran energi yang terjadi di dalam sel. Namun demikian, ada panduan yang penting untuk memahami metabolisme sel, yaitu sebagai berikut:

1.      Semua reaksi kimia yang terjadi didalam sel melibatkan enzim.

2.      Reaksi-reaksi tersebut melibatkan perubahan senyawa dalam suatu serial atau lintasan. Lintasan dapat berupa lintasan lurus (linear) atau melingkar (siklik)

Metabolisme dilakukan untuk memperoleh energi, menyimpan energi, menyusun bahan makanan, membentuk struktur sel, merombak struktur sel, memasukkan atau mengeluarkan zat-zat, melakukan gerakan, dan menanggapi rangsangan. Dapat dibayangkan bahwa kesibukan molekul-molekul di dalam sel berlangsung dalam dua kegiatan besar: menyusun ion atau molekul menjadi molekul-molekul yang lebih besar, dan menguraikan senyawa-senyawa menjadi molekul yang lebih kecil. Jadi, di dalam sel terdapat “mesin” kehidupan yang rumit.

2.2 Pembagian Metabolisme

Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu:

1.      Anabolisme/Asimilasi/Sintesis

Anabolisme yaitu proses pembentakan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi.

Contoh : fotosintesis (asimilasi C)

energi cahaya

6 CO2 + 6 H2O ———————————> C6H1206 + 6 02
                                 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 organik 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.

2.      Katabolisme (Dissimilasi)

Katabolisme yaitu proses penguraian zat untuk membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam senyawa organik tersebut.

Contoh:
                               enzim

C6H12O6 + 6 O2 —————> 6 CO2 + 6 H2O + 686 KKal.

energi 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.

Anabolisme dibedakan dengan katabolisme dalam beberapa hal:

·         Anabolisme merupakan proses sintesis molekul kimia kecil menjadi molekul kimia yang lebih besar, sedangkan katabolisme merupakan proses penguraian molekul besar menjadi molekul kecil.

·         Anabolisme merupakan proses membutuhkan energi, sedangkan katabolisme melepaskan energi.

·         Anabolisme merupakan reaksi reduksi, sedangkan katabolisme merupakan reaksi oksidasi.

·         Hasil akhir anabolisme adalah senyawa pemula untuk proses katabolisme.

2.3              Molekul Yang Terlibat Dalam Metabolisme

1.      Enzim
Enzim merupakan biokatalisator / katalisator organik yang dihasilkan oleh sel. Struktur enzim terdiri dari:

·         Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yang akan rusak bila suhu terlampau panas(termolabil).

·         Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak tersusun
dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik yang disebut KOENZIM. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan tahan panas (termostabil), ion-ion logam yang menjadi kofaktor berperan sebagai stabilisator agarenzim tetap aktif. Koenzim yang terkenal pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu NAD (Nikotinamid Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), SITOKROM.

Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi, nitrogen, dan pencernaan.

Sifat-sifat enzim

Enzim mempunyai sifat-siat 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: amilase,maltase.

6.      Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-katalisis pembentukan dan penguraian lemak.

                         lipase
Lemak + H2O —————————> Asam lemak + Gliserol

7.      Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu.

8.      Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.

2.4              Metabolisme Energi

Energi matahari merupakan sumber mula energi dalam sel hidup. Aliran energi yang dimulai dari sinar matahari ditangkap sel yang berfotosintesis, lalu diubah menjadi energi kimia (ATP dan NADPH), yang selanjutnya dipakai oleh sel heterotrop untuk melangsungkan segala macam kegiatan didalam sel seperti proses kontraksi, proses pengangkutan, dan proses biosintesis, dan akhirnya didegradasi menjadi bentuk energi yang tak terpakai lagi, seperti panas yang dilepaskan alam ke lingkungannya.

Pengertian ATP

Adenosin-5′-trifosfat (ATP) adalah multifungsi nukleotida yang memainkan peran penting dalam biologi sel sebagai koenzim, yaitu “molekul unit mata uang” intraselular energi transfer. Ini adalah sumber energi yang dihasilkan selama fotosintesis dan respirasi sel dan dikonsumsi oleh banyak enzim dan berbagai proses selular, termasuk reaksi biosintetik, motilitas, dan pembelahan sel. ATP terdiri dari adenosin difosfat (ADP) atau adenosin monofosfat (AMP ) dan penggunaannya dalam metabolisme mengubahnya kembali ke prekursor ini in ATP each day. Oleh karena itu ATP didaur ulang terus-menerus dalam organisme, dengan membalik tubuh manusia beratnya sendiri dalam ATP setiap hari. ATP digunakan sebagai substrat dalam transduksi sinyal jalur oleh kinase yang memfosforilasi protein dan lipid, maupun oleh adenilat siklase, yang menggunakan ATP untuk menghasilkan pembawa pesan kedua molekul siklik AMP. Rasio antara ATP dan AMP digunakan sebagai cara untuk sel merasakan betapa besar energi yang tersedia dan mengontrol jalur-jalur metabolisme yang menghasilkan dan mengkonsumsi ATP. Terlepas dari peran dalam metabolisme energi dan sinyal, ATP juga dimasukkan ke dalam asam nukleat oleh polimerase dalam proses replikasi DNA dan transkripsi.

Struktur molekul ini terdiri dari purin basa (adenin) terikat pada 1 ‘karbon atom dari sebuah. Ini adalah penambahan dan penghapusan gugus fosfat ini yang mengkonversi antar ATP, ADP dan AMP. . Ketika ATP digunakan dalam sintesis DNA, maka gula ribosa pertama dikonversi menjadi deoksiribosa oleh ribonukleotida reduktase.

Sifat fisik dan kimia

ATP terdiri dari adenosin – terdiri dari adenin cincin dan ribosa gula – dan tiga fosfat kelompok (trifosfat). Kelompok yang phosphoryl, dimulai dengan kelompok paling dekat dengan ribosa, yang disebut sebagai alpha (α), beta (β), dan gamma (γ) fosfat. ATP sangat larut dalam air dan sangat stabil dalam larutan pH antara 6,8-7,4, tetapi cepat dihidrolisis pada pH yang ekstrim. Akibatnya, ATP paling baik disimpan sebagai garam anhidrat. ATP adalah molekul yang tidak stabil di unbuffered air, yang hydrolyses untuk ADP dan fosfat. Hal ini karena kekuatan ikatan antara residu fosfat dalam ATP kurang dari kekuatan dari “hidrasi” ikatan antara produk-produknya (ADP + fosfat), dan air. Jadi, jika ATP dan ADP berada dalam kesetimbangan kimia dalam air, hampir semua ATP pada akhirnya akan dikonversi ke ADP. Sebuah sistem yang jauh dari kesetimbangan mengandung energi bebas Gibbs, dan mampu melakukan pekerjaan. Sel hidup menjaga rasio ATP menjadi ADP pada suatu titik sepuluh lipat dari kesetimbangan, dengan konsentrasi ATP ribuan kali lipat lebih tinggi daripada konsentrasi ADP. Perpindahan dari kesetimbangan berarti bahwa hidrolisis ATP dalam sel melepaskan energi dalam jumlah besar.

1.      Daur Energi di dalam Sel

Molekul kimia organik yang kompleks, seperti glukosa, mempunyai energi potensial  yang besar karena keteraturan strukturnya. Ketidakteraturannya ataupun entropinya relatif rendah. Bila glukosa dioksidasi oleh oksigen dihasilkan 6 molekul CO₂ dan 6 H₂O, serta energi yang dilepaskan dalam bentuk panas dan atom karbonnya mengalami ketidakteraturan. Dalam hal ini atom karbon tersebut terpisah-pisah dalam bentuk CO₂ sehingga menghasilkan bertambahnya posisi yang berbeda dari molekul yang satu terhadap yang lainnya. Hal ini menyebabkan naiknya entropi dan turunnya energi bebas.

Dalam sistem biologi, khususnya dalam sel hidup, panas yang dihasilkan oleh proses oksidasi tersebut tidak dapat dipakai sebagai sumber energi. Proses pembakaran dalam sistem biologi berlangsung tanpa nyala atau pada suhu yang rendah. Energi  bebas yang terkandung di dalam molekul organik diubah dan disimpan dalam nentuk energi kimia, yaitu dalam struktur ikatan kovalen dari gugus fosfat dalam molekul adenosin triphosfat (ATP), yang terbentuk dengan perantaraan enzim dari adenosin diphosfat (ADP) dan senyawa  phosfat anorganik (Pi). Reaksi ini merupakan reaksi perpindahan gugus phosfat yang secara kimia dikaitkan dengan tahap reaksi oksidasi khas yang berlangsung dalam katabolisme. ATP yang terbentuk kemudian diangkut ke setiap bagian dalam sel yang memerlukan energi. Dalam hal ini ATP berperan sebagai alat pangankut energi bebas. Sebagian dari energi kimia yang terkandung dalam ATP itu dipindahkan bersama dengan gugus phosfat ujungnya, ke molekul penerima energi lain yang khas, sehingga molekul ini menjadi senyawa berenergi kimia dan dapat berperan sebagai sumber energi untuk proses biokimia yang lainnya.

Proses pengangkutan energi kimia lainnya di dalam sel berlangsung dengan proses pengangkutan elektron dengan perantaraan enzim, dari reaksi penghasil energi (kabolisme) ke reaksi pemakai energi (anabolisme) melalui suatu senyawa koenzim pembawa elektron. Nikotinamida adenin dinukleotida (NAD) dan nikotinamida adenin dinukleotida phosfat (NADP) adalah dua koenzim terpenting yang berperan sebagai molekul pengankut elektron berenergi tinggi dari reaksi katabolisme ke reaksi anabolisme yang membutuhkan elektron.

2.      Daur ATP

Peranan ATP sebagai sumber energi untuk metabolisme di dalam sel berlangsung dengan suatu mekanisme mendaur.  ATP berperan sebagai alat angkut energi kimia dalam reaksi katabolisme keberbagai proses reaksi dalam sel ayng membutuhkan energi seperti proses biosintesis, proses pengangkutan proses kontraksi otot, proses pengaliran listrik dalam sistem syaraf, dan proses pemancaran sinar (bioluminesensi) yang terjadi pada organisme tertentu, seperti kunang-kunang.

ATP terbentuk dari ADP dan Pi dengan suatu reaksi phosforilasi yang dirangkaikan dengan proses oksidasi molekul penghasil energi. Selanjutnay ATP yang terbentuk ini dialirkan ke proses reaksi yang membutuhkan energi dan dihidrolisis menjadi ADP dan phosfat anorganik (Pi). Demikian seterusnya sehingga terjadilah suatu mekanisme daur ATP-ADP secara continue dan berkeseimbangan.

Dalam hal ini gugus phosfat ujung pada molekul ATP secara kontinu dipindahkan ke molekul penerima gugus phosfat dan secara kontinu pula diganti oleh gugus phosfat lainnya selama katabolisme.

3.      Proses pemindahan gugus phosfat dengan perantara enzim

Pada umumnya, senyawa phosfat  di dalam sel dapat dibagi menjadi dua golongan senyawa berenergi, senyawa phosfat berenergi tinggi dan senyawa phosfat berenergi rendah. Hal ini tergantung dari besarnya harga negatif   nya yang dibandingkan dengan  _ATP. Senyawa phosfat berenergi tinggi seperti gliseroil phosfat dan fosfoenolpiruvat (senyawa antara dari glikolisis), mempunyai  dihidrolisis lebih negatip daripada _ATP. Sedangkan senyawa phosfat berenergi rendah seperti glukosa 1-phosfat dan fruktosa 1-phosfat, mempunyai  hidrolisis kurang negatif dari pada _ATP.

Di samping itu ada satu golongan lainnya yang termasuk senyawa berenergi tinggi dan berperan sebagai cadangan energi kimia dalam sel otot, yaitu fosfokreatin dan fosfoarginin. Kedua senyawa phosfat berenergi tinggi ini terbentuk langsung dengan perantara enzim dari ATP bila kosentrasi ATP di dalam sel cukup besar (berlebih). Dalam hal ini meskipun  hidrolisis fosfokreatin dan fosfoarginin lebih negatif dari pada _ATP reaksi berlangsung ke kanan karena terdapatnya konsentrasi ATP yang berlebih di dalam sel. Reaksi akan berlangsung ke kiri bila proses metabolisme dalam sel memerlukan ATP.

Di dalam metabolisme energi, gugus fosfat dipindahkan dari senyawa fosfat berenergi tinggi ke ADP, membentuk ATP selanjutnya ATP memindahkan gugus phosfatnya ke senyawa panerima phosfat, membentuk ADP dan senyawa phosfat berenergi rendah. Dalam hal ini sistem ADP-ATP berperan sebagai penghubung utama antara senyawa phosfat berenergi tinggi dan senyawa phosfat berenergi rendah. Pemindahan gugus phosfat dari 3-fosfogliseroil fosfat ke ADP dikatalis oleh enzim 3-fosfogliserat kinase. Telah diketahui perubahan energi bebas baku () untuk reaksi ini adalah -4,5 kkal.mol^-1. Dalam proses ini terjadi perpindahan energi kimia dari 3-fosfogliseroil fosfat ke ADP, yang disimpan dalam bentuk ATP. Karena  hidrolisis 3-fosfogliseroil fosfat adalah -11, 8 kkal.mol^-1, jumlah energi untuk memindahkan gugus phosfat ke ADP adalah (-4,5/-11,8)X100%=38%. Sedangkan sisanya, 100-38= 62%, disimpan dalam bentuk ATP.

Hal yang serupa terjadi pada pemindahan gugus fosfat dari fosfoenolpiruvat ke ADP, yang dikatalisis oleh piruvat kinase. Reaksi yang terdiri dari dua tahap ini mempunyai  = -7,5 kkal mol ^-1. Dengan cara perhitungan diatas, jumlah energi bebas baku yang disimpandalam bentuk ATP dan yang dipakai untuk proses pemindahan gugus fosfat dalam reaksi, dapat ditentukan.

Dalam peranannya sebagai pembawa energi, ATP dapat memindahkan gugus fosfat ujungnya denhan perantaraan enzim keberbagai molekul penerima fosfat, seperti glukosa (dikatalisis oleh glukokinase) dan gliserol (dikatalisis gliserol kinase).

Kedua reaksi ini mempunyai harga  negatif sehingga reaksi berlangsung kekanan.

Keadaan sebenarnya yang terjadi di dalam sel adalah bahwa konsentrasi senyawa pereaksi dan hasil reaksi seringkali tidak sama dengan 1 M. Jadi perubahan energi bebasnya tidak menunjukkan harga baku. Dalam hal ini berlangsungnya suatu reaksi keseimbangan ke kiri atau ke kanan tidak ditentukan oleh harga negatif , tetapi tergantung dari besarnya konsentrasi senyawa tersebut.

BAB III

PENUTUP

3.1  Kesimpulan

Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam makhluk hidup, mulai makhluk hidup bersel satu yang sangat sederhana seperti bakteri, protozoa, jamur, tumbuhan, hewan sampai mahkluk yang susunan tubuhnya kompleks seperti manusia.

Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu:

1.      Anabolisme/AsimilasI/Sintesis

     Anabolisme yaitu proses pembentakan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi.

2.      Katabolisme (Dissimilasi),

Katabolisme yaitu proses penguraian zat untuk membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam senyawa organik tersebut.

Peranan ATP sebagai sumber energi untuk metabolisme di dalam sel berlangsung dengan suatu mekanisme mendaur.  ATP berperan sebagai alat angkut energi kimia dalam reaksi katabolisme keberbagai proses reaksi dalam sel ayng membutuhkan energi seperti proses biosintesis, proses pengangkutan proses kontraksi otot, proses pengaliran listrik dalam sistem syaraf, dan proses pemancaran sinar (bioluminesensi) yang terjadi pada organisme tertentu, seperti kunang-kunang.

DAFTAR PUSTAKA

Anonimous. 2010. Pengertian ATP .http://www.scribd.com /doc/6108825 /Metabolisme , diakses tanggal 9 April 2011

Anonimous. 2006. Metabolisme Sel .http: //www.indonesiaindonesia.com /f/12852- metabolisme sel , diakses tanggal 9 April 2011

Berg, J. Dan Stryer, L.2002. Biokimia. Jakarta: Erlangga

Wirahardikusumah, Muhamad. 1985. Biokimia: Metabolisme Energi, karbohidrat, dan Lipid. Bandung: ITB