Minggu, 05 Mei 2013
){kind=link}
Metabolisme ialah sekumpulan reaksi kimia di dalam sel organisme yang dilakukan untuk bertahan hidup. Reaksi enzim katalis membuat organisme sanggup tumbuh, bereproduksi, berkembang, dan mengikuti keadaan dengan lingkungannya. Istilah “metabolisme” juga sanggup merujuk kepada semua reaksi kimia yang terjadi di makhluk hidup, termasuk pencernaan dan transportasi substansi antar sel.
Selengkapnya: Pengertian Metabolisme (Artikel Lengkap)
Metabolisme biasanya dibagi menjadi dua kategori yakni katabolisme yang memecah materi organik dan mendapatkan energi dengan cara respirasi sel, dan anabolisme yang memakai energi untuk membentuk komponen sel menyerupai protein dan asam nukleat.
Reaksi kimia pada metabolisme tersusun menjadi jalur metabolisme, yang mana satu zat kimia berubah dalam beberapa tahap menjadi zat kimia lain, dengan dukungan enzim. Enzim sangat penting dalam metabolisme alasannya enzim membantu organisme untuk mengendalikan reaksi yang membutuhkan energi. Reaksi tersebut tidak akan terjadi dengan sendirinya. Energi akan dikeluarkan oleh enzim dengan cara membuat suatu reaksi spontan. Enzim bertindak sebagai katalis yang sanggup mempercepat suatu reaksi. Enzim juga mengatur jalur metabolisme dengan mengubah suasana sel atau mendapatkan sinyal dari sel lain.
Sistem metabolisme pada organisme tertentu sanggup memakai racun sebagai nutrisi. Contoh, beberapa jenis organisme prokariotik memakai hidrogen sulfat sebagai nutrien, sedangkan gas tersebut beracun bagi hewan. Kecepatan metabolisme dan derajat metabolisme mempengaruhi jumlah masakan yang dibutuhkan oleh suatu organisme dan cara memperolehnya.
Ciri-ciri metabolisme yang paling mencolok ialah 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 basil uniseluler Escherichia coli dan organisme multiseluler gajah. Kemiripan mencolok dalam jalur metabolisme ini dikarenakan semuanya berasal dari satu kemunculan menyerupai yang dijelaskan oleh teori evolusi.
1. Kunci Biokimia dalam Metabolisme
Selengkapnya: Sel (Artikel Lengkap) dan Biokimia (Artikel Lengkap)
Kebanyakan struktur yang menyusun hewan, tumbuhan, dan mikroba terdiri dari tiga molekul dasar yaitu asam amino, karbohidrat, dan lipid (sering disebut lemak). Molekul tersebut sangat penting bagi kehidupan. Reaksi metabolisme berfokus untuk memproduksi molekul tersebut selama pembentukan sel dan jaringan atau mencerna sel mati dan menggunakannya sebagai sumber energi. Biokimia sanggup bergabung bersama untuk membentuk polimer menyerupai DNA dan protein. DNA dan protein ialah 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 dan 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 mempunyai fungsi struktural dan mekanika, menyerupai 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 saat sumber utama energi menyerupai glukosa tidak mencukupi.
1.2. Lipid dalam Metabolisme
Lipid ialah sekumpulan biokimia yang paling bermacam-macam. Struktur utamanya dipakai sebagai bab dari membran biologis baik itu lapisan dalam maupun lapisan luarnya, misalnya ialah membran sel. Lipid juga sanggup dipakai sebagai sumber energi. Lemak ialah molekul yang terdiri dari asam lemak dan gliserol. Sebuah gliserol terdiri dari trigliserida. Kolesterol juga merupakan salah satu jenis lipid.
1.3. Karbohidrat dalam Metabolisme
Karbohidrat ialah aldehida atau keton dengan banyak hidroksil yang sanggup membentuk rantai lurus atau cincin. Karbohidrat merupakan molekul biologis yang paling melimpah dan mempunyai banyak tugas menyerupai penyimpanan, transpor energi (pati dan glikogen), dan komponen struktural (selulosa dalam tumbuhan, kitin dalam hewan). Unit dasar karbohidrat disebut monosakarida yang terdiri dari galaktosa, fruktosa, dan glukosa. Beberapa monosakarida sanggup saling berikatan untuk membentuk polisakarida.
1.4. Nukleotida dalam Metabolisme
Dua asam nukleat, DNA dan RNA, ialah polimer dari nukleotida. Masing-masing nukleotida tersusun dari fosfat, gula ribosa (RNA) atau gula deoksiribosa (DNA), dan basa nitrogen. Asam nukleat sangat bermanfaat alasannya sanggup menyimpan, menggunakan, dan menterjemahkan materi genetika melalui proses transkripsi dan sintesis protein. Informasi genetik ini dilindungi oleh prosedur DNA repair dan diperbanyak melalui replikasi DNA. Banyak virus menyerupai HIV yang hanya mempunyai RNA dan memakai transkripsi terbalik untuk membentuk DNA. RNA di ribosom menyerupai dengan enzim yang sanggup mengkatalis reaksi kimia. Nukleosida dibentuk dengan mengikat basa nukleat dan gula ribosa. Basa tersebut merupakan cincin heterosiklik yang mengandung nitrogen dan termasuk purin atau pirimidin. Nukleotida juga bertindak sebagai koenzim dalam reaksi transfer metabolik.
1.5. Koenzim dalam Metabolisme
Metabolisme melibatkan susunan reaksi kimia yang banyak. Namun kebanyakan hanya melibatkan beberapa jenis reaksi dasar yang melibatkan transfer atom fungsional dan ikatannya dalam molekul. Beberapa zat kimia sanggup membuat sel memakai sekumpulan kecil metabolisme intermediet untuk memindahkan sekumpulan zat kimia lain diantara reaksi yang berbeda. Zat kimia yang sanggup membuat sel menyerupai itu disebut koenzim. Masing-masing reaksi transfer dibawa keluar oleh koenzim tertentu. Koenzim tersebut kemudian dibuat, digunakan, dan didaur ulang secara berkelanjutan.
Pusat koenzim disebut adenosina trifosfat (ATP) yang merupakan energi yang sanggup dipakai oleh semua jenis sel. Nukleotida tersebut dipakai untuk mentransfer energi kimia diantara reaksi kimia yang berbeda. Hanya ada sedikit ATP di dalam sel, namun selalu beregenerasi. Tubuh insan sanggup memakai ATP seberat berat tubuhnya setiap hari. ATP bertindak sebagai jembatan antara katabolisme dan anabolisme. Katabolisme memecah molekul dan anabolisme menyatukannya. Reaksi katabolik membentuk ATP dan reaksi anabolik menggunakannya. ATP juga menjadi pembawa fosfat dalam reaksi fosforilasi.
Vitamin ialah komponen organik yang diharapkan dalam jumlah kecil yang tidak sanggup dibentuk oleh sel. Dalam nutrisi manusia, kebanyakan fungsi vitamin bertindak sebagai koenzim setelah dimodifikasi. Contoh, semua vitamin yang sanggup larut dengan air bersifat fosforilasi atau sanggup bergabung dengan nukleotida saat dibutuhkan di dalam sel. Nikotinamida adenin dinukleotida (NAD+) yang merupakan derivatif dari vitamin B3 (niasin) ialah 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 dan Kofaktor dalam Metabolisme
Elemen anorganik berperan penting dalam metabolisme. Beberapa jenis zat anorganik sangat berlimpah menyerupai sodium dan potasium. Sekitar 99% dari massa mamalia terdiri dari elemen karbon, nitrogen, kalsium, sodium, klorin, potasium, hidrogen, fosfor, oksigen, dan sulfur. Komponen organik (protein, lipid, dan karbohidrat) mengandung secara umum dikuasai karbon dan nitrogen. Kebanyakan dari oksigen dan hidrogen muncul sebagai air.
Elemen anorganik yang melimpah bertindak sebagai elektrolit ion. Ion yang paling penting ialah sodium, potasium, kalsium, magnesium, klorida, fosfat, dan ion organik bikarbonat. Gradien ion dijaga biar sempurna dengan melewati membran sel dan menjaga tekanan osmotik dan pH. Ion juga penting untuk fungsi saraf dan otot sebagai potensial agresi di jaringannya. Potensial agresi diciptakan dengan menukar elektrolit diantara cairan ekstraseluler dan cairan sel. Elektrolit masuk dan keluar dari sel melalui protein di membran sel yang disebut akses ion (ion channels). Contoh, kontraksi otot bergantung pada pergerakan kalsium, sodium, dan potasium melalui akses ion di dalam membran sel dan tubulus T.
Logam transisi biasanya muncul sebagai elemen sisa di organisme. Seng dan zat besi yang paling melimpah diantara logam transisi. Logam tersebut dipakai dalam beberapa jenis protein sebagai kofaktor dan penting untuk acara enzim menyerupai katalase dan protein pembawa oksigen (hemoglobin). Kofaktor logam diikat akrab di beberapa tempat dalam protein. Meskipun kofaktor enzim sanggup diubah selama proses katalis, kofaktor logam selalu kembali ke tempatnya semula setelah reaksi katalis selesai. Mikronutrien logam sanggup diambil oleh organisme dengan transporter spesifik dan terikat untuk menyimpan protein, menyerupai feritin atau metalotionein saat tidak digunakan.
2. Katabolisme dalam Metabolisme
Katabolisme ialah sekumpulan proses metabolisme yang memecah molekul besar. Katabolisme juga termasuk memecah dan mengoksidasi molekul makanan. Tujuan reaksi katabolisme ialah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolik. Sifat reaksi katabolik berbeda di setiap organisme. Organisme sanggup diklasifikasikan menurut sumber energi dan karbonnya menyerupai yang terlihat pada gambar (tabel) dibawah. Molekul organik diharapkan sebagai sumber energi bagi organotrof, sedangkan litotrof memakai substrat anorganik dan fototrof memakai cahaya matahari sebagai energi kimia. Namun, semua perbedaan bentuk metabolisme bergantung pada reaksi redoks yang melibatkan transfer elektron dari molekul yang tereduksi menyerupai molekul organik, air, amonia, hidrogen sulfida, atau ion besi ke molekul peserta menyerupai oksigen, nitrat, atau sulfat. Pada hewan, reaksi tersebut melibatkan molekul organik kompleks yang terpecah menjadi molekul sederhana menyerupai karbon dioksida dan air. Dalam organisme fotosintetik menyerupai tumbuhan dan sianobakteri, reaksi transfer elektron tidak menghasilkan energi, tetapi dipakai untuk menyimpan energi yang diterima dari cahaya matahari.
 |
| Klasifikasi organisme menurut metabolismenya |
Reaksi katabolis yang paling umum pada binatang sanggup dibagi menjadi tiga tahap. Pertama, molekul organik besar menyerupai 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 menyerupai pati, selulosa, atau protein tidak sanggup pribadi diambil oleh sel dan harus dipecah menjadi unit yang lebih kecil sebelum sanggup dipakai dalam metabolisme sel. Beberapa jenis enzim mencerna polimer tersebut. Enzim pencernaan tersebut salah satunya ialah protease yang mencerna protein menjadi asam amino dan hidrolase glikoseda yang mencerna polisakarida menjadi gula sederhana yang dikenal sebagai monosakarida.
Mikroba secara sederhana mensekresikan enzim pencernaan disekelilingnya. Sedangkan binatang hanya mensekresi enzim dari sel terdiferensiasi di usus. Asam amino atau gula dihasilkan oleh enzim ekstraseluler yang dipomba menuju sel oleh protein transpor aktif.
2.2. Energi dari Komponen Organik
Katabolisme karbohidrat ialah proses memecah karbohidrat menjadi unit yang lebih kecil. Karbohidrat biasanya diambil oleh sel setelah dicerna menjadi monosakarida. Di dalam sel, jalur utama pemecahan ialah glikolisis yang merupakan proses mengubah gula (glukosa dan fruktosa) menjadi asam piruvat dan menghasilkan beberapa ATP. Asam piruvat dipakai 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 ialah 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 dipakai kembali dalam glikolisis. Rute alternatif untuk pemecahan glukosa ialah jalur pentosa fosfat yang menguransi koenzim NADPH dan memproduksi gula pentosa menyerupai ribosa yang merupakan komponen gula dari asam nukleat.
Lemak dikatabolis dengan cara hidrolisis dan menghasilkan asam lemak dan gliserol. Gliserol masuk ke glikolisis dan asam lemak dipecah oleh beta oksidasi untuk menghasilkan asetil-KoA yang kemudian masuk ke siklus asam sitrat. Asam lemak menghasilkan lebih banyak energi melalui oksidasi dibandingkan karbohidrat alasannya struktur karbohidrat mengandung lebih banyak oksigen. Steroid juga dipecah oleh basil dengan proses yang menyerupai dengan beta oksidasi. Proses pemecahan tersebut melibatkan asetil-KoA, propionil-KoA, dan asam piruvat dalam jumlah yang signifikan. Hasil pemecahan tersebut juga sanggup dipakai sebagai energi.
Asam amino salah satunya dipakai untuk mensintesis protein dan biomolekul lain, atau mengoksidasi urea dan karbon dioksida sebagai sumber energi. Jalur oksidasi dimulai dengan menghilangkan demam isu dengan transaminase. Amino kemudian masuk ke dalam siklus urea dan menghasilkan rangka karbon terdeaminasi di dalam siklus asam sitrat. Contoh, deaminasi glutamat menghasilkan α-ketoglutarate. Asam amino glukogenik juga sanggup diubah menjadi glukosa melalui proses glukoneogenesis.
3. Transformasi Energi dalam Metabolisme
3.1. Fosforilasi Oksidatif
Dalam fosforilasi oksidatif, elektron dihilangkan dari molekul organik dan ditransfer ke oksigen, kemudian energi yang dihasilkan dipakai untuk membuat ATP. Proses ini dilakukan oleh eukariota dengan sekumpulan protein di membran mitokondria yang disebut rantai transpor elektron. Pada prokariota, protein ini ditemukan di membran sel bab dalam. Protein tersebut memakai energi yang dihasilkan dengan melewatkan elektron dari molekul tereduksi menyerupai NADH menuju oksigen untuk memompa proton melewati membran.
Memompa proton keluar dari mitokondria membuat 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 kawasan domain sintase yang aktif berubah bentuk dan fosforilat adenosin difosfat bermetamorfosis ATP.
3.2. Energi dari Komponen Anorganik
Kemolitotrof ialah salah satu jenis metabolisme yang ditemukan di prokariota dimana energi diperoleh dari oksidasi komponen anorganik. Organisme tersebut sanggup memakai hidrogen, komponen welirang yang tereduksi (seperti sulfida, hidrogen sulfida, dan tiosulfat), Besi (II) oksida, atau amonia sebagai sumber energi. Energi didapatkan dengan mengoksidasi komponen tersebut dengan peserta elektron menyerupai oksigen atau nitrit. Proses mikrobial ini penting dalam siklus biogeokimia globat menyerupai asetogenesis, nitrifikasi, dan denitrifikasi. Selain itu, proses ini juga penting bagi kesuburan tanah.
3.3. Energi dari Cahaya Matahari
Tumbuhan, sianobakteria, basil ungu, basil welirang hijau, dan beberapa jenis protista mendapatkan energi dari cahaya matahari. Proses ini seringkali diikuti dengan pengubahan karbon dioksida menjadi komponen organik sebagai bab dari fotosintesis. Sistem pengambilan energi dan fiksasi karbon sanggup beroperasi secara terpisah pada prokariota. Bakteri ungu dan basil welirang hijau sanggup memakai cahaya matahari sebagai sumber energi dan sanggup berpindah-pindah antara fiksasi karbon dan fermentasi komponen organik.
Pada banyak organisme, proses pengambilan energi matahari mempunyai prinsip yang sama dengan fosforilasi oksidatif dimana melibatkan tempat penyimpanan energi sebagai gradien konsentrasi proton. Proton memacu gaya untuk mengendalikan sintesis ATP. Elektron diharapkan untuk mengendalikan rantai transpor elektron yang tiba dari protein pembawa cahaya yang disebut pusat reaksi fotosintetik atau rhodopsin. Pusat reaksi pada tumbuhan dan sianobakteria terbagi menjadi dua jenis menurut jenis pembawa pigmen fotosintetik. Kebanyakan basil fotosintetik hanya mempunyai satu jenis.
Pada tumbuhan, ganggang, dan sianobakteria, fotosistem II memakai energi cahaya untuk menghilangkan elektron dari air dan menghasilkan oksigen sebagai produk residu (buangan). Elektron kemudian mengalir ke sitokrom b6f kompleks yang memakai 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 dipakai untuk mereduksi koenzim NADP+ untuk dipakai di siklus Calvin atau didaur ulang untuk pembentukan ATP berikutnya.
4. Anabolisme dalam Metabolisme
Anabolisme ialah sekumpulan proses metabolik konstruktif dimana energi yang dihasilkan oleh katabolisme dipakai untuk mensintesis molekul kompleks. Umumnya, molekul kompleks menyusun struktur sel dan membentuk prekusor sedikit demi sedikit. Anabolisme terdiri dari tiga tahap. Pertama, produksi prekusor menyerupai asam amino, monosakarida, isoprenoid, dan nukleotida. Kedua, prekusor tersebut diaktifkan menjadi bentuk reaktif dengan memakai energi dari ATP. Ketiga, dilakukan perakitan prekusor sampai menjadi molekul kompleks menyerupai protein, polisakarida, lipid, dan asam nukleat.
Cara membentuk molekul di dalam sel berbeda-beda pada setiap organisme. Makhluk hidup autotrof menyerupai tumbuhan sanggup membentuk molekul organik kompleks (seperti polisakarida dan protein) di dalam sel dari molekul sederhana menyerupai karbon dioksida dan air. Sedangkan makhluk hidup heterotrof memerlukan substansi yang lebih kompleks (seperti monosakarida dan asam amino) untuk memproduksi molekul kompleks. Lebih lanjut, organisme sanggup diklasifikasikan menurut sumber energi utama yaitu fotoautotrof dan fotoheterotrof yang mendapatkan energi dari cahaya dan kemoautotrof dan kemoheterotrof yang mendapatkan energi dari reaksi oksidasi anorganik.
4.1. Fiksasi Karbon
Fotosintesis ialah 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 memakai 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 bab dari siklus Calvin – Benson. Tiga jenis fotosintesis terjadi pada tumbuhan yakni fiksasi karbon C3, fiksasi karbon C4, dan fotosintesis CAM. Ketiga jenis tersebut dibedakan menurut jalur karbon dioksida menuju siklus Calvin. Tanaman C3 pribadi memasang CO2, sedangkan fotosintesis C4 dan CAM menggabungkan CO2 ke komponen lain terlebih dahulu sebagai bentuk pembiasaan dari intensitas cahaya matahari dan kondisi kering.
Pada prokariot fotosintetik, prosedur fiksasi karbon lebih berbeda. Karbon dioksida sanggup pribadi 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 dipakai untuk mengendalikan reaksi berasal dari komponen anorganik.
4.2. Karbohidrat dan Glikan
Pada anabolisme karbohidrat, asam organik sederhana sanggup diubah menjadi monosakarida (seperti glukosa) kemudian dipakai untuk merakit polisakarida (seperti pati). Generasi glukosa yang berasal dari komponen menyerupai piruvat, asam laktat, gliserol, gliserat 3-fosfat, dan asam amino disebut glukoneogenesis. Glukoneogenesis mengubah piruvat menjadi glukosa-6-fosfat melalui serangkaian intermediet, banyak diantaranya yang dibagikan dengan glikolisis. Namun, jalur ini tidak sesederhana glikolisis yang berjalan terbalik. Beberapa langkah dikatalis oleh enzim non-glikolitik. Ini diharapkan untuk membentuk gugusan dan memecah glukosa.
Meskipun lemak menjadi jalan umum untuk menyimpan energi, dalam vertebrata (seperti manusia), asam lemak tidak sanggup diubah menjadi glukosa melalui proses glukoneogenesis. Organisme tersebut juga tidak sanggup mengubah asetil-KoA menjadi piruvat. Tumbuhan sanggup melakukannya, namun binatang tidak. Akibatnya, setelah menderita kelaparan jangka panjang, vertebrata memproduksi tubuh keton dari asam lemak untuk menggantikan lemak di dalam jaringan menyerupai otak yang tidak bisa memetabolis asam lemak. Pada organisme lain menyerupai tumbuhan dan bakteria, problem metabolik ini terselesaikan dengan memakai siklus glioksilat. Siklus glioksilat memotong tahapan dekarboksilasi dalam siklus asam sitrat dan mengubah asetil-KoA menjadi osaloasetat yang sanggup dipakai untuk memproduksi glukosa.
Polisakarida dan glikan dibentuk oleh penambahan monosakarida secara berurutan oleh glikosiltransferase dari gula fosfat reaktif (seperti uridin difosfat glukosa / UDF-glukosa) menuju peserta hidroksil. Semua grup hidroksil sanggup dijadikan akseptor, sehingga polisakarida yang terbentuk sanggup mempunyai struktur lurus atau bercabang. Polisakarida yang terbentuk mempunyai struktur dan fungsi metabolik tersendiri, atau ditransfer ke lipid dan protein dengan dukungan enzim oligosakariltransferase.
4.3. Asam Lemak, Isoprenoid, dan Steroid
Asam lemak dibentuk oleh asam lemak sintase yang melaksanakan polimerisasi dan mereduksi unit asetil-KoA. Rantai asil di dalam asam lemak diperpanjang oleh siklus reaksi yang menambahkan asil, mereduksinya menjadi alkohol, mendehidrasikannya menjadi sekelompok alkana, dan kemudian direduksi lagi menjadi alkana. Enzim dari biosintesis asam lemak terbagi menjadi dua kelompok: Protein tipe I pada binatang dan fungi (jamur) dan enzim tipe II pada plastida tumbuhan dan bakteri.
Terpena dan isoprenoid ialah kelompok besar lipid yang membentuk sebagian besar produk tumbuhan. Komponen tersebut dibentuk oleh perakitan dan modifikasi isoprena yang didapat dari prekursor reaktif isopentenil pirofosfat dan dimetilalil pirofosfat. Prekursor tersebut dibentuk dengan cara yang berbeda. Pada binatang dan fungi, jalur mevalonat memproduksi komponen tersebut dari asetil-KoA. Sedangkan pada tumbuhan dan basil memakai piruvat dan gliseraldehid 3-fosfat sebagai substrat. Reaksi penting yang memakai isoprena aktif ialah biosintesis steroid. Isoprena akan bergabung bersama untuk memproduksi squalen dan membentuk lanosterol. Lanosterol sanggup diubah menjadi steroid lain menyerupai kolesterol dan ergosterol.
4.4. Protein
Kemampuan setiap organisme untuk mensintesis 20 macam asam amino bervariasi. Kebanyakan basil dan tumbuhan sanggup mensintesis semuanya, sedangkan mamalia hanya sanggup mensintesis sebelas asam amino non-esensial sehingga sembilan asam amino esensial harus didapatkan dari makanan. Beberapa benalu sederhana menyerupai basil Mycoplasma pneumoniae, tidak bisa mensintesis asam amino dan mendapatkannya pribadi dari inangnya. Semua asam amino disintesis melalui intermediet dalam glikolisis, siklus asam sitrat, atau jalur pentosa fosfat. Sintesis asam amino bergantung pada gugusan asam alfa-keto yang sempurna dan melaksanakan transaminasi untuk membentuk sebuah asam amino.
Asam amino membentuk protein dengan bergabung bersama menjadi rantai peptida. Setiap protein mempunyai susunan asam amino yang berbeda yang disebut struktur primer. Bagaikan semua aksara yang sanggup dirangkai menjadi kata-kata yang berbeda, asam amino juga sanggup melaksanakan kombinasi untuk membentuk banyak variasi protein. Protein yang dibentuk oleh asam amino sanggup diaktivasi dengan mengikatnya dengan molekul RNA transfer melalui ikatan ester. Prekursor tRNA diproduksi dalam reaksi ATP. tRNA menjadi substrat untuk ribosom, yang kemudian menjadi asam amino dengan berikatan dengan rantai protein dan memakai isu dari mRNA.
4.5. Sintesis Nukleotida
Nukleotida tersusun dari asam amino, karbon dioksida, dan asam format yang memakai energi metabolik dalam jumlah besar. Purin disintesis sebagai nukleosida (basa yang terikat dengan ribosa). Baik adenin dan guanin tersusun dari prekursor nukleosida inosin monofosfat yang disintesis memakai atom dari asam amino glisin, glutamin, dan asam aspartik. Pirimidin disintesis dari basa orotat yang terbentuk dari glutamin dan aspartat.
5. Metabolisme Xenobiotik dan Redoks
Semua organisme secara konstan membedah komponen yang tidak sanggup dipakai sebagai masakan dan berbahaya jikalau masuk ke dalam sel. Komponen yang berpotensi merusak tersebut disebut xenobiotik. Xenobiotik menyerupai obat sintetis, racun alami, dan antibiotik didetoksifikasi oleh sekumpulan enzim metabolisme xenobiotik. Pada manusia, enzim termasuk ialah 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 terkotori atau tumpahan minyak.
6. Aturan dan Kontrol Metabolisme
Suasana lingkungan di kebanyakan organisme sanggup berubah secara konstat. Sehingga reaksi metabolisme harus diatur untuk menyesuaikan kondisi dengan sel. Kondisi tersebut disebut homeostasis. Regulasi metabolik juga membuat organisme sanggup 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 sanggup meningkat dan berkurang bergantung dengan sinyal yang diterima. Kedua, kontrol diberikan kepada enzim biar sanggup merubah aktivitasnya pada jalur metabolik. Contoh, sebuah enzim sanggup berubah total dalam aktivitasnya (sangat diatur) namun jikalau perubahan tersebut mempunyai imbas kecil pada fatwa di jalur metabolik, maka enzim tersebut tidak dilibatkan dalam pengaturan jalur metabolik.
Terdapat beberapa tingkatan dalam regulasi metabolik. Pada regulasi intrinsik, jalur metabolik melaksanakan regulasi dengan sendirinya untuk merespon dan merubah tingkatan substrat atau produk. Regulasi ekstrinsik melibatkan sebuah sel pada organisme multiseluler yang telah mendapatkan sinyal dari sel lain untuk mengubah metabolisme. Pengiriman sinyal tersebut melibatkan fosforilasi protein.
Contoh kontrol ekstrinsik yang paling gampang dimengerti ialah 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 menyerupai glikolisis dan siklus asam siklat ada di semua makhluk hidup dan nenek moyang semua makhluk hidup. Nenek moyang semua makhluk hidup ialah prokariota dan metanogen yang mempunyai metabolisme asam amino, nukleotida, karbohidrat, dan lipid. Jalur metabolisme yang hampir tidak berubah sepanjang evolusi ini dikarenakan jalur ini ialah jalur yang memproduksi produk selesai dengan cara yang paling efisien. Mutasi menyebabkan perubahan pada efisiensi metabolisme.
Evolusi juga sanggup menyebabkan kehilangan fungsi metabolik. Contoh, beberapa benalu tidak sanggup memetabolisme asam amino, nukleotida, dan karbohidrat sehingga harus didapatkan dari inangnya.
8. Sejarah Penelitian Metabolisme
Istilah “metabolisme” ialah turunan dari bahasa Inggris metabolism yang berasal dari bahasa Yunani Μεταβολισμός (Metabolismos) yang berarti “berubah”. Dokumen pertama yang membahas metabolisme dibentuk 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 ialah tempat berkelanjutan bagi pemecahan dan makanan, jadi mereka niscaya menjalani perubahan permanen”. Sejarah penelitian ilmiah wacana metabolisme terbentang selama beberapa era dan telah berubah dari meneliti bab dalam binatang pada penelitian awal menjadi penelitian reaksi metabolik pada individu dalam biokimia modern. Percobaan pertama pada metabolisme insan dipublikasikan oleh Santorio Santorio pada tahun 1614 dalam bukunya yang berjudul Ars de statica medicina. Dia menjelaskan hasil penimbangan berat badannya sebelum dan setelah makan, tidur, bekerja, melaksanakan kekerabatan s3ksual, puasa, minum, dan buang air kecil. Dia menemukan bahwa kebanyakan masakan yang ia makan hilang melalui sesuatu yang ia sebut “pengeluaran tidak sadar”.
Pada studi awal, prosedur proses metabolik belum teridentifikasi. Pada era ke-19, saat Louis Pasteur mempelajari fermentasi gula menjadi alkohol dengan ragi, ia menyimpulkan bahwa fermentasi mengkatalis substansi dalam sel ragi. Dia menulis bahwa “fermentasi alkohol mempunyai kekerabatan dengan kehidupan dan organisme di dalam sel ragi, bukan ajal atau pembusukan sel”. Penelitian ini, sejalan dengan publikasi Friedrich Wöhler pada tahun 1828 wacana 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 wacana enzim dilakukan pada awal era ke-20 oleh Eduard Buchner yang memisahkan studi reaksi kimia metabolisme dari studi biologi sel. Ini menjadi awal dari biokimia. Pengetahuan wacana biokimia berkembang pesat pada awal era ke-20. Salah satu orang yang paling berkontribusi terhadap biokimia ialah Hans Krebs yang juga memperlihatkan donasi besar bagi studi metabolisme. Dia meneliti siklus urea dan kemudian siklus asam sitrat dan siklus glioksilat bersaa dengan Hans Kornberg. Penelitian biokimia modern sangat didukung oleh perkembangan teknik penelitian menyerupai kromatografi, difraksi sinar X, spektroskopi NMR, penandaan radioisotop, mikroskop elektron, dan simulasi dinamika molekuler.
Anda bisa request artikel wacana apa saja, kirimkan request Anda ke atau pribadi saja lewat kolom komentar :)