Molekul yang Berperan dalam Metabolisme

Molekul yang Berperan dalam Metabolisme – Metabolisme merupakan proses pengeluaran zat sisa-sisa makanan yang tidak diperlukan lagi oleh tubuh. Proses metabolisme memerlukan molekul dalam tahap pengeluarannya. Adapun penjelasannya secara rinci adalah sebagai berikut.

1. Molekul Energi

Dalam banyak reaksi tubuh, perpindahan energi dilakukan bersamaan dengan dilepaskan atau dibentuknya senyawa dengan ikatan fosfat. Sumber energi utama yang mengandung senyawa fosfat adalah ATP (Adenosin trifosfat) yang memiliki 3 gugus fosfat. Senyawa ini menjadi sumber energi langsung yang dibutuhkan oleh tubuh dalam melakukan usaha (aktivitas) karena pelepasan satu gugus fosfat akan menghasilkan energi yang besar. Pada kondisi laboratorium, satu mol ATP menghasilkan energi sebesar 7,3 kkal. ATP terdiri atas gugus adenin yang mengandung gugus nitrogen, ribosa, menghasilkan 5 molekul karbon gula, serta 3 molekul fosfat.

Untuk menghasilkan energi, ATP mengalami fosforilasi yang dibantu oleh enzim fosforilase menjadi ADP (Adenosin difosfat). Makhluk hidup yang beraktivitas, menggunakan ATP terus-menerus. Akan tetapi, ATP tidak habis karena merupakan sumber daya yang dapat diperbarui dengan menambahkan satu gugus fosfat pada ADP. Hal ini dapat dilakukan melalui respirasi sel pada hewan. Pada tumbuhan digunakan energi cahaya untuk membentuk ATP kembali.

Dalam proses transfer energi, terdapat beberapa jenis molekul energi lainnya yang berperan sebagai molekul penyimpan energi, yakni NADH₂, FADH, dan ATP. Semua molekul tersebut memiliki kesetaraan dengan produksi ATP. NADH setara dengan 3 ATP dan FADH setara dengan 2 ATP.

2. Enzim

Enzim merupakan protein pengkatalis. Katalis adalah agen kimiawi yang mempercepat laju reaksi tanpa mengubah struktur enzim itu sendiri. Tanpa adanya enzim, reaksi kimia pada jalur metabolisme akan terhenti.

a.      Struktur Enzim

Enzim memiliki sisi aktif, yakni bagian atau tempat pada enzim yang berfungsi sebagai tempat menempelnya substrat. Kerja enzim sangat spesifik karena sisi aktif dari enzim sangat selektif terhadap bentuk kimia dari substrat yang akan dikatalisis. Ikatan yang terbentuk antara enzim dengan substrat bersifat lemah sehingga reaksi dapat berlangsung bolak-balik. Substrat menempel pada sisi aktif enzim dan menghasilkan produk baru.

Tubuh enzim terdiri atas beberapa bagian. Bagian utama enzim berupa protein yang disebut apoenzim. Bagian lainnya adalah bagian yang tersusun atas materi anorganik, seperti senyawa logam yang disebut gugus prostetik. Beberapa enzim memerlukan molekul yang membantu kerja enzim menguatkan ikatan dengan substrat, yakni kofaktor. Banyak molekul logam anorganik yang berfungsi sebagai kofaktor, seperti ion logam Fe²⁺, Cu²⁺, dan Mg²⁺.

Beberapa komponen kimia enzim yang tersusun atas molekul organik nonprotein disebut koenzim. Koenzim membawa atom fungsional ketika enzim bereaksi. Contoh koenzim yang berada pada bagian gugus prostetik enzim adalah koenzim A, yang membawa sumber karbon ketika memecah piruvat dan asam lemak. Ikatan antara apoenzim dan kofaktor disebut holoenzim.

b.      Sifat Enzim

Enzim bekerja dengan cara menurunkan energi aktivasi sehingga energi awal minimun untuk sebuah reaksi dapat diperkecil. Untuk memahaminya, perhatikanlah Gambar 2.3 berikut.

Enzim bukanlah penambah energi awal dalam bereaksinya substrat, tetapi hanya sebagai pengikat sementara sehingga reaksi dapat berlangsung pada keadaan di bawah energi aktivasinya. Hal ini menyebabkan reaksi akan berjalan lebih cepat. Enzim merupakan protein yang dapat terdenaturasi (struktur dan sifatnya berubah) oleh suhu, pH, atau logam berat.

Empat sifat umum enzim sebagai berikut :

1) Enzim bukanlah penyebab reaksi, namun enzim hanya mempercepat reaksi. Tanpa adanya enzim, suatu reaksi tetap dapat terjadi. Akan tetapi, diperlukan energi yang besar dan berlangsung sangat lambat.

2) Enzim tidak berubah secara permanen atau habis bereaksi. Enzim yang sama dapat digunakan berulang-ulang.

3) Enzim yang sama dapat digunakan untuk reaksi kebalikannya. Suatu enzim dapat mengubah substrat A menjadi molekul B dan C. Enzim yang sama dapat bekerja sebaliknya membentuk substrat A dari molekul B dan C.

4) Setiap jenis enzim hanya bekerja pada zat tertentu saja.

c.      Cara Kerja Enzim

Terdapat dua teori yang menerangkan cara kerja enzim, yakni teori lock and key dan teori induced fit. Teori lock and key menganalogikan mekanisme kerja enzim seperti kunci dengan anak kunci. Substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim. Jadi, sisi aktif enzim seolah-olah kunci dan substrat adalah anak kunci. Adapun teori induced fit mengemukakan bahwa setiap molekul substrat memiliki permukaan yang hampir pas dengan permukaan sisi aktif enzim. Jika substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim, akan terbentuk kompleks enzim substrat yang pas (Keeton and Gould, 1986: 79). Perhatikan gambar berikut.

d.      Penamaan Enzim

Penamaan enzim umumnya disesuaikan dengan substrat yang diuraikan, lalu dibubuhi akhiran ase. Sebagai contoh, enzim amilase menguraikan amilum menjadi maltosa di mulut. Enzim lipase bekerja menguraikan lipid (lemak) menjadi asam lemak.

e.      Faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim

Seperti halnya protein yang lain, sifat enzim sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungannya. Kondisi yang tidak sesuai dapat menyebabkan kerja enzim terganggu. Berikut adalah beberapa faktor yang memengaruhi kerja enzim.

1)      Temperatur

Enzim memiliki rentang temperatur tertentu agar dapat bereaksi dengan optimal. Pada temperatur yang tinggi, enzim akan rusak (terdenaturasi) sebagai sifat umum dari protein. Pada kondisi ini, struktur enzim sudah berubah dan rusak sehingga tidak dapat digunakan lagi. Adapun pada temperatur yang rendah, enzim berada pada kondisi inaktif (tidak aktif). Enzim akan bekerja kembali dengan adanya kenaikan temperatur yang sesuai. Semua enzim memiliki kondisi temperatur yang spesifik untuk bekerja optimal. Enzim memiliki kecenderungan semakin meningkat seiring dengan kenaikan temperatur hingga pada batas tertentu. Setelah itu, enzim kembali mengalami penurunan kinerja. Pada saat kerja enzim optimal maka dapat dikatakan bahwa pada temperatur tersebut temperatur optimum.

2)      pH

Setiap enzim bekerja pada kondisi pH yang sangat spesifik. Hal ini berkaitan erat dengan lokasi enzim yang bekerja terhadap suatu substrat. Pada umumnya, enzim akan bekerja optimum pada pH 6-8. Perubahan pH lingkungan akan mengakibatkan terganggunya ikatan hidrogen yang ada pada struktur enzim. Jika enzim berada pada kondisi pH yang tidak sesuai, enzim dapat berada pada keadaan inaktif. Dengan adanya kondisi pH yang spesifik ini, enzim tidak akan merusak sel lain yang berada di sekitarnya. Contohnya, enzim pepsin yang diproduksi pankreas untuk mencerna protein dalam lambung, tidak akan mencerna protein yang ada di dinding pankreas karena enzim pepsin bekerja pada pH 2-4.

3)      Konsentrasi Substrat dan Konsentrasi Enzim

Jumlah substrat yang terlalu banyak dan konsentrasi enzim sedikit akan menyebabkan reaksi tidak optimal. Konsentrasi enzim membatasi laju reaksi. Enzim akan “jenuh” jika sisi aktif semua molekul enzim terpakai setiap waktu. Pada titik jenuh, laju reaksi tidak akan meningkat meskipun substrat ditambahkan. Jika konsentrasi enzim ditambahkan, laju reaksi akan meningkat hingga titik jenuh berikutnya.

4)      Kofaktor

Kofaktor dapat membantu enzim untuk memperkuat ikatan dengan substrat atau kebutuhan unsur anorganik, seperti karbon. Selain itu, kofaktor juga membantu proses transfer elektron.

5)      Inhibitor Enzim

Inhibitor merupakan senyawa yang dapat menghambat kerja enzim. Inhibitor secara alami dapat berupa bisa (racun) yang dikeluarkan oleh hewan, seperti ular atau laba-laba. Inhibitor akan mencegah sisi aktif untuk tidak bekerja. Beberapa obat-obatan juga berfungsi sebagai inhibitor, seperti penisilin yang berguna menghambat kerja enzim pada mikroorganisme.

Inhibitor terbagi atas dua macam, yakni inhibitor kompetitif dan inhibitor nonkompetitif. Pada inhibitor kompetitif, inhibitor ini akan bersaing dengan substrat untuk bergabung dengan enzim sehingga kerja enzim akan terganggu. Sementara itu, inhibitor nonkompetitif tidak akan bersaing dengan substrat untuk bergabung dengan enzim karena memiliki sisi ikatan yang berbeda (Keeton and Gould, 1986: 81).

6)      Kadar Air

Rendahnya kadar air dapat menyebabkan enzim tidak aktif. Sebagai contoh, biji tanaman yang dalam keadaan kering tidak akan berkecambah. Hal ini disebabkan oleh tidak aktifnya enzim sebagai akibat dari rendahnya kadar air dalam biji. Biji akan berkecambah jika direndam. Kadar air yang cukup dapat mengaktifkan kembali enzim.