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.
Makhluk hidup mampu melakukan transformasi energi melalaui proses metabolisme yang berlangsung di dalam sel tubuh.
Pengertian Metabolisme
Salah
satu tanda yang menunjukkan gejala hidup pada makhluk hidup adalah
melakukan metabolisme. Metabolisme secara harfiah mempunyai arti
“perubahan” (bahasa Yunani metabole = berubah) yang dipakai untuk
menunjukkan semua perubahan kimia an energi yang terjadi di dalam
tubuh, atau secara sederhana adalah penggunaan makanan oleh 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.
Enzim
Metabolisme
bahan-bahan makanan, yaitu karbohidrat, protein, dan lemak, akan
menghasilkan CO2, H2O, dan energi yang diperlukan oleh tubuh dalam
bentuk ATP. Dari ketiga bahan makanan tersebut, penghasil energi yang
paling mudah dicerna oleh tubuh adalah karbohidrat. Metabolisme sangat
bergantung pada peran enzim. Enzim berperan sebagai pemercepat reaksi
metabolisme di dalam tubuh makhluk hidup, tetapi enzim tidak ikut
bereaksi.
Enzim merupakan pengatur suatu reaksi. Berikut ini adalah contoh reaksi yang diatur oleh enzim.
maltase
Maltose ß---à 2 glukosa
(substrat) (enzim) (produk)
Bahan tempat enzim bekerja disebut substrat.
Dalam contoh reaksi diatas, substratnya adalah maltosa. Bahan baru atau
materi yang dibentuk sebagai hasil reaksi disebut produk. Dalam contoh
reaksi di atas hanya ada satu produk, yaitu glukosa. Enzim yang
mengkatalisis reaksi tersebut adalah maltase.
Struktur Enzim
Enzim
merupakan protein yang tersusun atas asam-asam amino. Kebanyakan enzim
berukuran lebih besar dari substratnya. Akan tetapi, hanya daerah
tertentu dari molekul enzim tersebut yang berikatan dengan substrat,
yaitu di bagian yang disebut sisi aktif (active site).
Beberapa enzim memerlukan komponen nonprotein yang disebut gugus prostetik agar dapat bekerja dalam suatu reaksi. Enzim yang lengkap tersebut disebut holoenzim.
Secara kimia, enzim yang lengkap (holoenzim) tersusun atas dua bagian, yaitu bagian protein dan bagian bukan protein.
· Bagian protein disebut apoenzim, tersusun atas asam-asam amino. Bagian protein bersifat labil (mudah berubah), misalnya terpengaruh oleh suhu dan keasaman.
· Bagian yang bukan protein disebut gugus prostetik, yaitu gugusan yang aktif. Gugus prostetik yang berasal dari molekul anorganik disebut kofaktor,
misalnya besi, tembaga, zink. Gugus prostetik yang terdiri dari senyawa
organik kompleks disebut koenzim, misalnya NADH, FADH, koenzim A,
tiamin (vitamin B1), riboflavin (vitamin B2), asam pantotenat (vitamin B5), niasin (asam nikotinat), pridoksin (vitamin B6), biotin, asam folat, dan kobalamin (vitamin B12).
Umumnya,
baik koenzim maupun kofaktor terikat kuat pada molekul protein enzim.
Akan tetapi, ada beberapa enzim yang tidak mengikat kuat gugus
prostetiknya. Suatu enzim yang dalam bekerja membutuhkan bantuan gugus
prostetik, tidak dapat bekerja jika gugus prostetik ini tidak ada. Pada
manusia, kekurangan gugus prostetik dapat menyebabkan kelainan
metabolisme.
Ciri-ciri enzim
Ciri-ciri
enzim adalah merupakan biokatalisator, protein, bekerja secara khusus,
diperlukan dalam jumlah sedikit, dapat bekerja secara bolak-balik, dapat
digunakan berulang kali, rusak oleh panas, dan kerjanya dipengaruhi
oleh kondisi lingkungan.
Biokatalisator
Reaksi-reaksi
di dalam tabung reaksi sering kali merlukan katalisator untuk
mempercepat proses reaksi. Didalam sel juga terdapat katalisator, salah
satunya adalah enzim. Enzim hanya dihasilkan oleh sel-sel makhluk hidup
sehingga disebut sebagai biokatalisator.
Protein
Enzim
adalah suatu protein. Dengan demikiana, sifat-sifat enzim sama dengan
protein, yaitu dapat rusak pada suhu tinggi dan terpengaruh oleh pH.
Bekerja secara khusus
Enzim
bekerja secara khusus, artinya enzim tertentu hanya dapat mempengaruhi
reaksi tertentu, tidak dapat mempengaruhi reaksi lainnya. Zat yang
terpengaruh oleh enzim disebut substrat. Substrat adalah zat yang
bereaksi. Oleh karena macam zat yang bereaksi di dalam sel sangat
banyak, maka macam enzim pun banyak.
Kekhususan
enzim dengan substrat dapat dibayangkan seperti hubungan antara gembok
dengan anak kunci, setiap gembok memiliki anak kunci tersendiri.
Demikian pula enzim, memiliki bagian aktif tertentu yang hanya cocok
untuk substrat tertentu pula.
Dapat Digunakan berulang kali
Enzim
dapat digunakan berulang kali karena enzim tidak berubah pada saat
terjadi reaksi. Satu molekul enzim dapat bekerja berkali-kali, selama
enzim itu sendiri tidak rusak. Jika molekul enzim rusak, enzim tersebut
harus diganti. Oleh karena itu, enzim pun hanya diperlukan dalam jumlah
sedikit.
Rusak oleh Panas
Enzim
rusak oleh panas karena enzim adalah suatu protein. Rusaknya enzim oleh
panas disebut denaturasi. Kebanyakan enzim rusak pada suhu di atas
50°C. Jika telah rusak, enzim tidak dapat berfungsi lagi walaupun pada
suhu normal.
Tidak Ikut Bereaksi
Enzim
hanya diperlukan sebagai pemercepat reaksi, namun molekul enzim itu
sendiri tidak ikut bereaksi. Peranan enzim dalam reaksi dapat
digambarkan sebagai berikut.
Substrat + enzim ----> produk + enzim
Bekerja Dapat Balik
Umumnya,
enzim bekerja secara dapat balik. Artinya, suatu enzim dapat bekerja
menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain, dan sebaliknya
dapat pula bekerja menyusun senyawa-senyawa itu menjadi senyawa semula.
Kerja Enzim Dipengaruhi Faktor Lingkungan
Faktor lingkungan yang berpengaruh pada kerja enzim adalah suhu, pH, zat penghambat (inhibitor), dan aktivator.
·
Suhu: Enzim bekerja optimal pada suhu 30°C atau pada suhu tubuh dan
akan rusak pada suhu tinggi. Biasanya, enzim bersifat nonaktif pada suhu
rendah (0 C atau di bawahnya), tetapi tidak rusak.jika suhunya kembai
normal, enzim mampu bekerja kembali. Sementara pada suhu tinggi, enzim
rusak dan tidak dapat berfungsi lagi.
· pH: Enzim bekerja optimal pada pH tertentu.
·
Zat penghambat (inhibitor): Beberapa zat dapat dapat menghambat kerja
enzim sehingga disebut inhibitor. Kadang kala, hasil akhir (produk)
dapat menjadi inhibitor. Hasil akhir yang menumpuk menyebabkan enzim
sulit “bertemu” dengan substrat.
Semakin menumpuk hasil akhir, semakin lambat kerja enzim.
·
Aktivator: Kebalikan dari inhibitor, aktivator bekerja menggiatkan
enzim. Aktivator berikatan dengan salah satu sisi enzim sehingga enzim
tetap berada dalam bentuk aktifnya.
Penamaan Enzim
Enzim diberi nama sesuai dengan substratnya, dan diberi akhiran-ase. Contohnya sebagai berikut.
· Enzim selulase adalah enzim yang dapat menguraikan selulosa.
· Enzim lipase menguraikan lipid atau lemak
· Enzim protease menguraikan protein.
· Enzim karbohidrase menguraikan karbohidrat.
Karbohidrase
merupakan suatu kelompok enzim. Enzim yang termasuk karbohidrase adalah
amilase 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 à ADP + glukosa 6-fosfat
Nama sistematik : Glukosa 6-fosfatase
Nama trivial : Heksokinase
Cara Kerja Enzim
Molekul
selalu bergerak dan bertumbukan satu sama lain. Jika suatu molekul
substrat menumbuk molekul enzim yang tepat, substrat akan menempel pada
enzim. Tempat menempelnya molekul substrat pada enzim disebut sisi aktif. Kemudian terjadi reaksi dan terbentuk molekul produk. Ada dua teori mengenai kerja enzim, yaitu teori lock and key (gembok-anak kunci) dan induced fit (kecocokan terinduksi).
Teori Gembok Anak Kunci
Sisi
aktif enzim mempunyai bentuk tertentu yang hanya sesuai untuk satu
jenis substrat saja. Bentuk substrat sesuai dengan sisi aktif, seperti
gembok cocok dengan anak kuncinya. Hal itu menyebabkan enzim bekerja
secara spesifik. Substrat yang mempunyai bentuk ruang yang sesuai dengan
sisi aktif enzim akan berikatan dan membentuk kompleks transisi
enzim-substrat. Senyawa transisi ini tidak stabil sehingga pembentukan
produk berlangsung dengan sendirinya. Jika enzim mengalami denaturasi
(rusak) karena panas, bentuk sisi aktif berubah sehingga substrat tidak
sesuai lagi. Perubahan pH juga mempunyai pengaruh yang sama.
Teori Induced Fit
Reaksi
antara substrat dengan enzim berlangsung karena adanya induksi molekul
substrat terhadap molekul enzim. Menurut teori ini, sisi aktif enzim
bersifat fleksibel dalam menyesuaikan struktur sesuai dengan struktur
substrat.
Ketika
substrat memasuki sisi aktif enzim, maka enzim akan terinduksi dan
kemudian mengubah bentuknya sedikit sehingga mengakibatkan perubahan
sisi aktif yang semula tidak cocok menjadi cocok (fit). Kemudian
terjadi pengikatan substrat oleh enzim, yang selanjutnya substrat diubah
menjadi produk. Produk kemudian dilepaskan dan enzim kembali pada
keadaan semula, siap untuk mengikat substrat baru.
Inhibitor
Inhibitor
adalah zat yag dapat menghambat kerja enzim. Inhibitor ada yang
bersifat reversibel dan ada yang bersifat irreversibel.
Inhibitor Reversibel
Inhibitor
reversibel adalah penghambat yang tidak berikatan secara kuat dengan
enzim. Oleh sebab itu, penghambatan ini dapat dibalikkan. Inhibitor
reversibel dibedakan menjadi inhibitor kompetitif dan nonkompetitif.
Inhibitor kompetitif
Inhibitor
kompetitif menghambat kerja enzim dengan menempati sisi aktif enzim
sehingga substrat tidak dapat masuk. Inhibitor ini bersaing dengan
substrat untuk berikatan dengan sisi aktif enzim. Penghambatan ini
bersifat reversibel (dapat kembali seperti semula) dan dapat dihilangkan
dengan menambah konsentrasi substrat.
Inhibitor nonkompetitif
Inhibitor
nonkompetitif biasanya berupa senyawa kimia yang tidak mirip dengan
substrat dan berikatan pada sisi selain sisi aktif enzim. Ikatan ini
menyebabkan perubahan bentuk enzim sehingga sisi aktif enzim tidak
sesuai lagi dengan substratnya.
Inhibitor Irreversibel
Inhibitor
ini berikatan dengan sisi aktif enzim secara kuat sehingga tidak dapat
terlepas. Enzim menjadi tidak aktif dan tidak dapat kembali seperti
semula (irreversibel)