Metabolisme: Respirasi sel Enzim, Hukum Termodinamika, Respirasi Sel Aerob

FUNGSI SEL: Metabolisme Sel Metabolisme sel berarti membicarakan perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya Secara definisi energi adalah kapasitas untuk melakukan kerja atau kemampuan untuk melakukan kerja. Bentuk energi: Energi Kinetik energi pergerakan Energi Potensial kapasitas tersimpan untuk melakukan kerja

Pengaturan konversi atau pemindahan energi mengikuti hukum termodinamika Hukum Termodinamika adalah: (1) Jumlah energi di alam raya adalah konstan, energi tersebut dapat dipindahkan atau diubah tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan (2) Setiap perubahan energi menghasilkan disorder atau entropi

(b) (a) Second law of thermodynamics: First law of thermodynamics: Heat Chemical energy co2 + H2O (b) (a) Second law of thermodynamics: Every energy transfer or transformation increases the disorder (entropy) of the universe. For example, disorder is added to the cheetah’s surroundings in the form of heat and the small molecules that are the by-products of metabolism. First law of thermodynamics: Energy can be transferred or transformed but Neither created nor destroyed. For example, the chemical (potential) energy in food will be converted to the kinetic energy of the cheetah’s movement in (b).

Hubungan energi dengan mahluk hidup memiliki arti pembahasan mengenai reaksi kimia yang terjadi dalam sel. Ada dua reaksi yaitu: (1) reaksi endergonik yaitu reaksi yang membutuhkan input atau pemasukan energi atau endergonik berarti energi masuk, dan (2) reaksi eksergonik yaitu reaksi kimia yang melepaskan energi atau eksergonik berarti energi keluar

ATP adalah molekul yang memiliki 3 bagian yaitu basa adenin, gula ribosa, dan tiga gusus fosfat yang diikatkan dengan ikatan kovalen. Ikatan kovalen antar gugus fosfat kedua dan ketiga tidak stabil, sehingga kita akan mendapatkan pelepasan gugus fosfat, yang berarti hidrolisis ATP menjadi ADP. Perpindahan gugus fosfat ke suatu molekul disebut fosforilasi. ATP adalah sumberdaya dalam sel yang dapat diperbarui dan itu sebabnya dikenal siklus ATP

Figure 8.8 O CH2 H OH N C HC NH2 Adenine Ribose Phosphate groups - CH

Energy is released from ATP When the terminal phosphate bond is broken P P P Adenosine triphosphate (ATP) H2O Inorganic phosphate + Energy P i P P Adenosine diphosphate (ADP)

The Regeneration of ATP Catabolic pathways Drive the regeneration of ATP from ADP and phosphate ATP synthesis from ADP + P i requires energy ATP ADP + P i Energy for cellular work (endergonic, energy- consuming processes) Energy from catabolism (exergonic, energy yielding processes) ATP hydrolysis to ADP + P i yields energy

ENZIM Untuk dapat memahami arah reaksi dan jalur metabolisme, keduanya melibatkan apa yang disebut enzim, yaitu protein dalam tubuh yang berfungsi sebagai katalis biologi. Katalis adalah suatu molekul kimiawi yang dapat mempercepat proses reaksi tetapi dirinya (molekul bersangkutan) tidak ikut bereaksi atau digunakan. Jadi enzim dapat mempercepat reaksi kimia dalam sel dengan cara menurunkan hambatan energi. Hambatan energi= energi aktivasi=jumlah energi yang dibutuhkan untuk reaksi eksergonik. Enzim tertentu akan mengkatalisis reaksi seluler tertentu.

Cara kerja enzim adalah sisi aktif enzim mengikat substrat dan kemudian mengubah substrat menjadi hasil, akibatnya hasil dilepaskan, karena sudah tidak dapat kembali mengikat substrat lagi dan seterusnya satu per satu substrat diubah menjadi hasil. Kerja enzim ini dapat dihambat/dijegal atau dipengaruhi oleh faktor lingkungan seperti temperatur, pH, konsentrasi garam dan lain-lain. Beberapa enzim membutuhkan (dibantu) oleh ko-faktor yaitu materi bukan protein yang membantu kerja enzim atau dibantu oleh co-enzim seperti vitamin atau molekul organik lain. Kerja enzim juga dihambat oleh molekul yang disebut inhibitor, pestisida dan antibiotik.

Membran Posisi molekul enzim dalam sel dan hasil kerja enzim sangat berhubungan dengan membran biologi. Proses metabolisme menyangkut transport materi asal dan hasil metabolisme di mana akan melibatkan membran biologi. Struktur membran biologi yaitu pemisah antara hidup dan tidak hidup dan secara selektif dapat dilalui adalah tiga lapis mosaik cair yang terdiri atas fosfolipid dan protein

Fungsi membran ada empat yaitu sebagai: fungsi mosaik yang memfasilitasi proteinnya sebagai enzim, reseptor, sel junction dan transporter atau protein pemindah membran transport, yaitu fungsi difusi, osmosis, difusi yang difasilitasi (oleh protein pemindah), dan transport aktif, yaitu pergerakan molekul melewati membran yang memerlukan energi dari gradien rendah ke gradien tinggi memelihara keseimbangan air (osmoregulasi) yaitu fungsi membran di mana ia bertindak sebagai membran semipermiabel antara isi sel dan lingkungannya, yang meliputi kondisi isotonik, hipotonik, dan hipertonik eksositosis/endositosis, yaitu fungsi membran untuk mengeluarkan atau memasukkan materi dari dan ke luar sel. Termasuk dalam endositosis adalah apa yang disebut fagositosis, pinositosis, dan pinositosis yang diperantai reseptor.

Proses metabolisme yang membutuhkan energi dan yang menghasilkan energi terjadi dalam sel dalam organel utama. Organel utama untuk proses metabolisme yang membutuhkan energi fotosintesis adalah khloroplast. Organel utama untuk proses metabolisme yang menghasilkan energi respirasi selular adalah mitokondria.

Respirasi Seluler Adalah jalur metabolisme yang memanen atau menghasilkan energi. Istilah respirasi sama dengan bernafas yaitu pertukaran oksigen (O2) dan karbodioksida (CO2) antara organisme dan lingkungannya. Respirasi selular yaitu pemanenan atau proses menghasilkan energi secara aerobik (perlu O2) dari molekul makanan oleh sel. Oleh karena itu pernafasan dan respirasi seluler sangat berhubungan.

Rumus umum untuk respirasi selular adalah C6H12O6 + 6O2  6 CO2 + 6 H2O + ATP Ada tiga tipe jalur metabolisme yang menghasilkan energi. Respirasi aerobik tipe yang paling umum terjadi dalam sel dan merupakan jalur utama penghasil energi yang menghasilkan ATP (pembentukan ATP), molekul energi biologi. Istilah aerobik menunjukkan makna bahwa jalur aerobik tidak dapat berlangsung tanpa tersedianya oksigen yang cukup. Setiap pernafasan yang kita ambil, kita memasukkan oksigen yang diperlukan sel untuk melangsungkan jalur aerobik ini.

jalur fermentasi dan transport elektron aerob. Kebanyakan bakteri dan protista lain sangat mengandalkan jalur anaerob untuk membuat atau mengahasilkan ATP yang diperlukannya. Ketiga tipe jalur metabolisme penghaisl energi tersebut memulai prosesnya dengan reaksi yang sama yang disebut reaksi glikolisis. Reaksi glikolisis memecah glukosa menjadi dua molekul asam piruvat. Reaksi glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel tanpa peranan oksigen.

Setelah reaksi glikolisis jalur berikutnya bisa berbeda, bisa aerobik, bisa anaerob, tergantung kebutuhan sel dan atau ketersediaan oksigen dalam sel. Apabila jalur melalui aerob yang ditempuh, maka proses akan dilangsungkan dalam organel mitrokondria. Dalam mitokondria oksigen adalah penerima elektron terakhir yang dilepaskan selama proses reaksi. Apabila jalur anaerob yang dipilih maka proses metabolisme berlangsung tetap pada sitoplasma sel dan substansi selain oksigen dalam sitoplasma adalah penerima elektron terakhir. Dalam ketiga jalur tersebut, reaksi tidak dapat mereka langsungkan sendiri, tetapi harus dibantu enzim.

Respirasi Aerobik Respirasi aerobik adalah jalur yang paling banyak menghasilkan energi ATP dari satu molekul glukosa, yaitu satu molekul glukosa melalui jalur respirasi aerobik dapat dihasilkan 36 bahkan lebih molekul ATP, bila lewar jalur fermentasi satu molekul glukosa dihasilkan 2 ATP.