METABOLISME
Tuhan telah
menciptakan beraneka ragam makhluk hidup yang saling bergantung. Seperti tampak
pada gambar.
Gambar itu
memperlihatkan orang yang sedang berteduh di bawah pohon pada siang hari yang
dapat merasakan kesejukan dan kesegaran udara di sekitarnya. Udara di
sekitarnya terasa sejuk karena banyak oksigen murni yang berasal dari hasil
fotosintesis yang terjadi pada daun tumbuhan, demikian pula tumbuh-tumbuhan
yang memerlukan CO2 (karbon dioksida) yang berasal dari udara bebas dan
pernapasan manusia untuk fotosintesis.
Fotosintesis sebenarnya merupakan
suatu proses pembentukan senyawa kimia kompleks dari senyawa-senyawa yang lebih
sederhana dengan bantuan sinar matahari. Hasil akhir dari fotosintesis berupa
karbohidrat yang akan digunakan sebagai sumber makanan dan oksigen yang
terlepas ke udara bebas sehingga orang yang berada di sekitarnya dapat
menghirup udara segar. Oksigen yang dihasilkan tumbuhan diperlukan manusia dan
hewan untuk bernapas. Pernapasan atau respirasi sebenarnya merupakan proses
penguraian ikatan kimia molekul kompleks menjadi molekul sederhana yang terjadi
dalam sel tubuh. Untuk mengetahui proses fotosintesis dan respirasi yang
terjadi dalam sel makhluk hidup, pelajari materi berikut dengan cermat! Coba
pikirkan, dari manakah tumbuhan dan manusia mendapatkan energi? Tumbuhan
merupakan makhluk hidup yang autotrof, yaitu makhluk
hidup yang mampu menghasilkan
makanannya sendiri. Makanannya itu dalam bentuk senyawa kimia, yang diperoleh
melalui proses fotosintesis dalam daun. Ingatlah kembali proses fotosintesis
yang sudah Anda pelajari, fofosintetis merupakan suatu peristiwa penggabungan
zat anorganik (seperti unsur C, H, dan O) menjadi zat organik berupa senyawa
glukosa (karbohidrat), dengan menggunakan energi matahari. Secara sederhana,
reaksi fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut:
Peristiwa fotosintesis hanya
terjadi dan berlangsung jika terdapat klorofil dan sinar matahari. Klorofil
merupakan pigmen hijau berbentuk butiranbutiran, terletak di dalam kloroplas
yang terdapat di daun. Klorofil memiliki sifat mampu menangkap dan memantulkan
sinar dalam gelombang yang
berbeda (fluoresen).
Klorofil kadang-kadang dapat juga dijumpai pada batang tumbuhan, karena daunnya
telah mengalami modifikasi bentuk dan fungsi dari daun ke batang, contohnya
tanaman kaktus.
Manusia hidup selalu membutuhkan
energi, bagaimana caranya mendapatkan energi? Makan dan bernapas (respirasi)
merupakan cara yang dilakukan manusia untuk memperoleh energi. Respirasi
merupakan suatu proses menghasilkan energi yang diperlukan untuk memecah
molekul kompleks
menjadi molekul yang lebih
sederhana, utamanya molekul gula sederhana menjadi karbondioksida dan uap air
serta energi. Secara sederhana, reaksi respirasi dapat dituliskan sebagai
berikut.
Perhatikan reaksi kimianya, jika
kita lihat reaksinya berkebalikan dengan reaksi fotosintesis. Tahukah Anda
proses kimia yang menyangkut respirasi sebenarnya adalah kompleks, yaitu proses
kimia yang ditandai dengan rentetan reaksi kimia yang akan kita pelajari pada
sub bab berikutnya.
Seperti yang Anda ketahui dalam
proses penyediaan energi, baik pada tumbuhan maupun manusia, melalui rentetan
reaksi kimia. Jika seluruh reaksi kimia terjadi dalam sel makhluk hidup, maka
reaksinya disebut reaksi biokima. Seluruh proses atau reaksi biokimia yang
terjadi dalam sel disebut metabolisme. Metabolisme merupakan rangkaian
reaksi kimia yang diawali oleh substrat awal dan diakhiri dengan produk akhir,
yang terjadi dalam sel. Perlu Anda ketahui reaksi tersebut meliputi reaksi
penyusunan energi (anabolisme) dan reaksi penggunaan energi (katabolisme).
Dalam reaksi biokimia terjadi perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang
lain, misalnya energi kimia dalam bentuk senyawa Adenosin Trifosfat (ATP)
diubah menjadi energi gerak untuk melakukan suatu aktivitas seperti bekerja,
berlari, jalan, dan lain-lain.
Proses metabolisme yang terjadi di
dalam sel makhluk hidup seperti pada tumbuhan dan manusia pada gambar di depan,
melibatkan sebagian besar enzim (katalisator) baik berlangsung secara
sintesis (anabolisme) dan respirasi (katabolisme). Apa peran
enzim di dalam reaksi kimia yang terjadi di dalam sel? Pada saat berlangsungnya
peristiwa reaksi biokimia di dalam sel, enzim bekerja secara spesifik. Enzim
mempercepat reaksi kimia yang menghasilkan senyawa ATP dan senyawa-senyawa lain
yang berenergi tinggi seperti pada proses respirasi, fotosintesis,
kemosintesis, sintesis protein, dan lemak.
Senyawa Adenosin Trifosfat (ATP)
merupakan molekul kimia berenergi tinggi. Berasal dari manakah energi itu?
Molekul Adenosin Trifosfat (ATP) berasal dari perubahan glukosa melalui
serangkaian reaksi kimia yang panjang dan kompleks. Energi yang terkandung
dalam glukosa tersebut berupa energi ikatan kimia yang berasal dari proses
transformasi energi sinar matahari. Transformasi energi tersebut dalam biologi
dapat digambarkan melalui gambar sebagai berikut.
Bagan itu dapat dijelaskan sebagai
berikut:
1.
Selama proses
fotosintesis, energi matahari yaitu dalam bentuk radiasi atau pancaran cahaya
matahari matahari berubah menjadi energi kimia dalam ikatan senyawa organik.
Lambang f merupakan frekuensi cahaya dan lambang h merupakan konstanta Planch,
yang berkaitan dengan energi dan frekuensi.
2. Pada
waktu dalam respirasi sel, energi kimia dalam senyawa kimia berubah menjadi
persenyawaan yang berupa ATP.
3. Dalam
sel, energi kimia ikatan fosfat yang kaya akan energi (ATP) dapat difungsikan
untuk kerja mekanis, listrik, dan kimia.
4.
Pada akhirnya energi
mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi panas dalam bentuk
“entropi”.
Bagan transformasi energi dalam
biologi dapat dibedakan menjadi tiga proses berikut.
a.
Transformasi Energi
oleh Klorofil
Energi radiasi sinar matahari yang
ditangkap oleh klorofil kemudian diubah menjadi energi kimia melalui proses
fotosintesis. Energi kimia tersebut digunakan untuk mensintesis CO2 dan H2O
menjadi glukosa dan senyawa kompleks lainnya sebagai energi pengikat dan penghubung inti-inti atom yang tersimpan dalam
bentuk senyawa karbohidrat (sebagai bahan makanan). Jadi, energi radiasi
matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi energi potensial dan
energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan
lainnya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atom-atom bakunya.
b.
Transformasi Energi
oleh Mitokondria
Di dalam mitokondria energi kimia
digunakan untuk mengubah karbohidrat dan senyawa lainnya sebagai energi ikatan
fosfat melalui respirasi sel untuk oksidasi DNA, RNA, protein, dan lemak.
Mitokondria banyak terdapat pada sel-sel otot makhluk hidup dan sel-sel saraf.
c.
Transformasi Energi
oleh Sel
Jika sel
melakukan kegiatan, maka energi kimiawi dari ikatan fosfat akan terlepas dan
berubah menjadi energi bentuk lain seperti energi mekanik untuk kerja kontraksi
otot, energi listrik untuk meneruskan impuls saraf, energi sintesis untuk
membangun senyawa pertumbuhan, serta sisanya akan mengalir ke sekeliling sel
dan hilang sebagai energi panas. Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, pada
saat berlangsungnya proses metabolisme dalam sel makhluk hidup, ada beberapa
komponen penting yang berperan di dalamnya yaitu adanya aktivitas enzim,
dihasilkan energi tinggi berupa Adenosin Trifosfat (ATP) dan reaksi
oksidasi reduksi (pelepasan dan pembebasan) elektron.
Comments