Komponen-komponen yang Berperan dalam Metabolisme

Untuk memperlancar berlangsungnya proses reaksi metabolisme dalam sel makhluk hidup melibatkan komponen-komponen penting yang sangat berperan sebagai penunjangnya. Tanpa komponen-komponen penunjang itu, maka proses reaksinya tidak akan berjalan dengan lancar. Komponen-komponen yang sangat berperan dalam proses metabolisme sel makhluk hidup terdiri atas enzim, Adenosin Trifosfat (ATP), reaksi oksidasi reduksi dengan penjelasan sebagai berikut.

1. Enzim

Enzim merupakan senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan oleh sel dan berperan sebagai katalisator yang dinamakan biokatalisator. Jadi, enzim dapat mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Perlu Anda ingat, walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dapat dikendalikan oleh enzim antara lain respirasi, fotosintesis, pertumbuhan, dan perkembangan, kontraksi otot, pencernaan dan fiksasi nitrogen.

Secara kimia enzim terdiri atas dua bagian (enzim lengkap/holoenzim), yaitu bagian protein (apoenzim) dan bagian bukan protein (gugus prostetik) yang dihasilkan dalam sel makhluk hidup. Jika gugus prostetiknya berasal dari senyawa organik kompleks (misalnya, NADH, FADH, koenzim A dan vitamin B) disebut koenzim, apabila berasal dari senyawa anorganik (misalnya, besi, seng, tembaga) disebut kofaktor. Apakah semua senyawa organik yang dihasilkan oleh makhluk hidup adalah enzim? Apa ciri-cirinya? Senyawa organik yang merupakan enzim memiliki ciri-ciri yaitu enzim adalah protein, diperlukan dalam jumlah yang sedikit, dapat digunakan berulang kali, bekerja secara khusus, rusak oleh panas, dan sensitif terhadap keadaan lingkungan yang terlalu asam atau terlalu basa.

Enzim memiliki sifat khusus, yaitu hanya dapat mengakatalisis suatu reaksi tertentu, sebagai contoh enzim lipase hanya dapat mengkatalisis reaksi perubahan dari lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Reaksinya sebagai berikut.

reaksi perubahan dari lemak menjadi gliserol dan asam lemak

Sifat khusus enzim lainnya adalah tidak ikut bereaksi, artinya enzim hanya memproses substrat (contohnya, lemak) menjadi produk (contohnya, gliserol dan asam lemak) tanpa ikut mengalami perubahan dalam reaksi itu. Bahan tempat kerja enzim disebut substrat dan hasil dari reaksi disebut produk. Dengan demikian enzim dapat digunakan kembali untuk mengkatalisis reaksi yang sama, berikutnya. Mekanisme kerja enzim dapat Anda lihat pada Gambar berikut.

Hubungan enzim dan substrat

Secara sederhana cara kerja enzim dapat digambarkan dengan kunci dan gembok. Kompleks enzim dapat tumbuh pada substrat karena pada permukaan enzim terdapat sisi aktif. Sisi aktif tersebut mempunyai konfigurasi aktif tertentu dan hanya substrat tertentu yang dapat bergabung dan menyebabkan enzim dapat bekerja secara spesifik. Secara sederhana reaksi enzim dituliskan:

Sifat-sifat enzim selain sebagai biokatalisator dan sebagai suatu protein, enzim mempunyai sifat yaitu berperan tidak bolak-balik. Artinya enzim dapat bekerja menguraikan suatu substrat menjadi substrat tertentu dan tidak sebaliknya dapat menyusun substrat sumber dari hasil penguraian, misalya enzim protease dapat menguraikan protein menjadi asam amino, tetapi tidak menggabungkan asam aminonya menjadi protein.

2. Adenosin Trifosfat (ATP)

Adenosin Trifosfat (ATP) merupakan senyawa kimia berenergi tinggi, tersusun dari ikatan adenin purin terikat pada gula yang mengandung 5 atom C, yaitu ribose dan tiga gugus fosfat. Meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi, ikatan kimianya labil dan mudah melepaskan gugus fosfatnya. Pada saat sel membutuhkan energi, ATP dapat segera dipecah melalui reaksi hidrolisis (reaksi dengan air) dan terbentuk energi yang sifatnya mobil sehingga dapat diangkut dan digunakan oleh seluruh bagian sel tersebut.

Agar lebih jelas untuk memahami struktur molekul ATP, perhatikan baik-baik Gambar berikut!

Struktur molekul ATP

Energi yang dikandung ATP, jika akan digunakan terlebih dahulu dipecah melalui reaksi hidrolisis dengan cara melepaskan 2 ikatan fosfat, yaitu antara ikatan fosfat kedua dan ketiga kemudian dihasilkan Adenosin Difosfat (ADP). Pada reaksi hidrolisis tersebut akan dihasilkan energi yang dapat digunakan oleh sel untuk berbagai aktivitasnya. Perubahan ATP menjadi ADP diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/ mol. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik, reaksinya sebagai berikut.

Karena fungsi ATP sebagai penyimpan energi yang sewaktu-waktu siap digunakan dan bersifat universal (reaksi bolak balik), maka disebut sebagai universal energy carrier. Sel dalam menggunakan energi ATP tersebut sangat efektif karena hanya berlangsung satu sistem yaitu dengan hanya mengambil energi dari sumber ATP.

3. Reaksi Oksidasi-Reduksi (Redoks)

Reaksi metabolik yang terjadi dalam sel melibatkan reaksi oksidasi dan reaksi reduksi. Apa yang dimaksud reaksi oksidasi dan reaksi reduksi itu? Reaksi oksidasi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan pelepasan elektron dari satu atom atau senyawa, sebaliknya reaksi reduksi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan penambahan elektron dari satu atom atau senyawa.

Di dalam sel, kedua reaksi tersebut terjadi secara bersamaan (simultan), artinya jika elektron dipindahkan dari molekul sebagai pemberi (donor) elektron maka ada molekul lain yang bertindak sebagai penerima (akseptor) elektron. Dengan demikian, donor elektron menjadi molekul yang teroksidasi sedangkan akseptor menjadi molekul yang tereduksi. Reaksi simultan antara oksidasi dan reduksi disebut dengan reaksi redoks. Terjadinya reaksi redoks dalam sel, dapat Anda lihat pada Gambar berikut ini.

Reaksi oksidasi reduksi (redoks)

Pada umumnya, reaksi redoks yang terjadi di dalam sel merupakan reaksi dengan terjadinya pemindahan elektron dalam bentuk hidrogen (H⁺ ) yang mengandung satu proton (e^-). Ada dua koenzim yang penting dalam reaksi Redoks pada metabolisme sel yang bertindak sebagai pembawa elektron (elektron carriers), yaitu koenzim Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD) dan Flavin Adenin Dinukleotida (FAD). Per-hatikanlah struktur NAD seperti pada Gambar berikut.

Struktur NAD

Kedua koenzim tersebut mempunyai struktur yang serupa (identik), jika molekul NAD direduksi menjadi molekul NADH₂ maka dua elektron (H²⁺ ) dan satu proton (e^- ) akan ditambahkan ke dalam molekul NAD menjadi NADH₂. Selama perpindahan elektron tersebut dalam suatu seri reaksi berantai akan menghasilkan energi tinggi dalam bentuk ATP yang siap digunakan oleh sel.

Berdasarkan uraian di atas, dapat diketahui bahwa proses metabolisme dalam sel makhluk hidup terjadi reaksi yang sifatnya pemecahan senyawa ikatan kimia kompleks menjadi senyawa ikatan kimia sederhana, yang disebut reaksi katabolisme.