BAB 13

SURVAI METABOLISME

Dalam tubuh makhluk hidup, baik yang bersel tunggal maupun kompleks,

terjadi berbagai macam reaksi kimia yang dikatalis oleh enzim. Reaksi yang terjadi

itu disebut dengan metabolism. Metabolisme adalah aktivitas sel yang amat

koordinasi, mempunyai tujuan, dan mencakup berbagai kerjasama banyak sistem

multienzim. Metabolisme memiliki empat fungsi spesifik, yaitu:

1. Untuk memperoleh energi kimia dari degradasi sari makanan yang kaya

energi dari lingkungan atau dari energi solar,

2. Untuk mengubah molekul nutrien menjadi prekursor (bahan dasar) unit

pembangun bagi makromolekul sel,

3. Untuk menggabungkan unit-unit pembangun menjadi protein, asam nukleat,

lipid, polisakarida, dan komponen sel lain, dan

4. Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan di dalam

fungsi khusus sel.

Organisasi Hidup Berpartisipasi di Dalam Daur Karbon dan Oksigen

Menurut energi kimia karbon yang diperlukan dari lingkungannya, organisme

hidup dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu:

a. Sel Autotrof.

Sel autotrof (memberi makan sendiri) adalah organisme yang dapat

menggunakan karbon dioksida dari atmosfer untuk membangun semua

biomolekul yang mengandung karbon. Contohnya adalah bakteri fotosintetik

dan sel hijau daun tumbuhan. Beberapa organisme autotrof, seperti

sianobakteri, dapat juga menggunakan nitrogen dari atmosfer untuk

menghasilkan komponen nitrogennya.

1

b. Sel Heterotrof.

Sel heterotrof (memperoleh makanan dari yang lain) adalah organisme

yang tidak dapat menggunakan karbon dioksida dari lingkungannya dalam

bentuk molekul organik yang relaitif kompleks, seperti glukosa. Hewan

tingkat tinggi dan hampir semua mikroorganisme adalah organism heterotrof.

Banyak organisme autotrof bersifat fotosintetik, dan memperoleh energinya

dari sinar matahari, sedangkan organisme heterotrof memperoleh energi dari

degradasi nutrien organik yang dibuat oleh organisme autotrof. Organisme autotrof

dan heterotrof hidup bersama-sama dalam daur yang luas dan saling tergantung, di

mana organisme autotrof menggunakan CO2 atmosfer untuk membangun biomolekul

organiknya dan beberapa diantaranya menghasilkan oksigen. Organisme heterotrof

akan menggunakan produk organik dari autotrof sebagai sari makanan dan

mengembalikan CO2 ke atmosfer. Jadi, karbon dan oksigen secara berkesinambungan

saling bertukar di antara dunia hewan dan tanaman, di mana proses tersebut

berlangsung dengan bantuan energi solar (energi matahari). Berikut daur karbon

dioksida dan oksigen.

2

O2

Produk

Organik

Fotosintetik Heterotrof

Autotrof

CO2

H2O

Sinar Matahar

i

Organisme autotrof dan heterotrof dibagi menjadi beberapa subkelas.

Misalnya organisme heterotrof terbagi menjadi dua kelas utama, yaitu golongan

aerob dan anaerob. Golongan aerob adalah golongan yang menggunakan molekul

oksigen untuk mengoksidasi molekul nutrien organiknya. Golongan anaerob adalah

golongan menguraikan nutrien yang masuk tanpa menggunakan oksigen, misalnya

mikroorganisme yang hidup dalam tanah, dalam atau dasar lautan. Banyak sel, seperti

ragi, dapat hidup secara aerob dan anaerob, organisme seperti itu disebut fakultatif.

Tidak semua sel pada suatu organisme tertentu termasuk di dalam kelas yang

sama. Sebagai contoh, pada tumbuhan tingkat tinggi, sel yang mengandung klorofil

hijau pada daun merupakan sel fotosintetik autotrof, tetapi sel-sel akar yang tidak

mengandung klorofil bersifat heterotrof. Sel daun yang hijau bersifat autotrof hanya

pada siang hari. Pada malam hari, sel-sel ini berfungsi sebagai golongan heterotrof

dan memperoleh energinya dengan mengoksidasi karbohidrat yang dibuat pada siang

hari.

Nitrogen Berdaur di Dalam Biosfer

Semua organisme hidup juga membutuhkan nitrogen. Nitrogen merupakan

suatu keharusan bagi biosintesis asam amino dan basa purin serta pirimidin, yang

merupakan unit pembangun protein dan asam nukleat bernitrogen. Karena kerak

bumi mengandung hanya sedikit nitrogen anorganik dalam bentuk garam-garam

terlarut, semua organisme hidup pada akhirnya tergantung pada nitrogen atmosfer

dan organisme yang melakukan fiksasi nitrogen. Nitrogen dapat difiksasi oleh

sianobakteri (ganggang hijau-biru). Sianobakteri tidak hanya dapat menggunakan

nitrogen atmosfer, tapi juga dapat melangsungkan fotosintesis, sehingga dapat

memperoleh semua kebutuhan karbonnya dari karbon dioksida atmosfer. Hampir

semua spesies pelaku fiksasi nitrogen terdapat dalam tanah. Beberapa diantaranya

hidup bersimbiosa dalam bintik-bintik akar tumbuhan tertentu, terutama anggota

keluarga leguminosa, dan melangsungkan fiksasi nitrogen secara simbiosa.

3

Organisme mikrobial lain (bakteri nitrifikasi) melangsungkan oksidasi amonia

menjadi nitrit dan nitrat, dan yang lain lagi (bakteri denitrifikasi) dapat mengubah

nitrat kembali menjadi amonia. Adapun daur Nitrogen dalam biosfer adalah sebagai

berikut:

Siklus karbon, oksigen, dan nitrogen melibatkan banyak spesies organisme

hidup, sehingga menciptakan keseimbangan yang baik di antara produsen dan

konsumen pada biosfer. Siklus besar ini berkaitan dengan aliran energi yang tinggi,

yang dimulai dengan tertangkapnya energi solar oleh organisme fotosintetik untuk

menghasilkan karbohidrat berenergi tinggi dan nutrien organik lainnya, yang

selanjutnya digunakan sebagai sumber energi oleh organisme heterotrof. Di dalam

metabolisme setiap organisme dan selama berlangsungnya berbagai jenis aktivitas

yang membutuhkan energi, terdapat kehilangan energi bebas (energi yang berguna),

dan terjadi peningkatan energi yang tidak dapat digunakan. Aliran energi melalui

biosfer ini bersifat satu arah dan bukan suatu siklus. Jadi, karbon, oksigen, dan

nitrogen berdaur secara terus-menerus, tetapi energi bebas atau energi yang

bermanfaat, selalu terubah menjadi bentuk yang tidak berguna.

Metabolisme sel seluruhnya berkaitan dengan transformasi enzimatik dari

senyawa dan energi, dimulai dari bahan baku mentah, sampai ke biosintesis senyawa

hidup.

4

Lintas Metabolik Dijalankan oleh Sistem Enzim yang Bertahap

Enzim berfungsi sebagai katalis dalam sebuah reaksi. Pada proses

metabolisme, enzim bekerja secara berurutan, saling berkaitan sehingga produk dari

enzim pertama menjadi substrat bagi enzim kedua, dan seterusnya (tahap katalik

bertahap). Transformasi produk berurutan pada lintas seperti itu dikenal sebagai

metabolik antara atau metabolit. Masing-masing tahap yang berurutan di dalam lintas

ini menyebabkan terjadinya perubahan kimia spesifik, seperti penarikan, pemindahan,

atau penambahan suatu atom, molekul, atau gugus fungsional. Perubahan bertahap itu

menyebabkan biomolekul substrat berubah menjadi produk akhir metabolik. Hampir

semua lintas metabolik bersifat linear, tetapi ada juga yang bersifat sirkular. Lintas

metabolik mempunyai cabang-cabang yang mengarah ke luar atau ke dalam.

Suatu lintas linear.

Prekursor A terubah menjadi produk E melalui 4 tahap reaksi enzimatik yang berurutan. Produk tahap yang satu menjadi substrat bagi tahap berikutnya.

Suatu lintas sirkulator atau siklik

Oksidasi residu asetil menjadi CO2 dan H2O

berlangsung dengan cara ini, yaitu pada

siklus asam sitrat.

Metabolisme Terdiri dari Lintas Katabolik (Penguraian) dan Lintas Anabolik

(Pembentukan)

5

A

B

C

D

E

E1

E2

E3

E4

Terdapat dua fase pada metabolisme antara, yaitu katabolisme dan

anabolisme. Katabolisme adalah fase metabolisme yang bersifat menguraikan, yang

menyebabkan molekul organik nutrien terurai menjadi produk akhir yang lebih kecil

dan sederhana. Katabolisme diikuti oleh pelepasan energi bebas. Pada tahap-tahap

tertentu dalam lintas katabolik, banyak energi bebas yang disimpan dalam bentuk

molekul pembawa energi adenosin trifosfat (ATP). Sejumlah energi juga tersimpan

dalam atom hidrogen berenergi tinggi yang dibawa oleh koenzim nikotinamida

adenin dinukleotida fosfat dalam bentuk tereduksinya, yaitu NADPH.

Pada anabolisme, molekul pemula atau unit pembangun yang lebih kecil

disusun menjadi makromolekul besar yang merupakan komponen sel, seperti protein

dan asam nukleat. Proses ini memerlukan input energi bebas, yang dihasilkan dari

pemecahan ATP menjadi ADP dan fosfat. Biosintesis beberapa komponen sel juga

memerlukan atom hidrogen berenergi tinggi yang disumbangkan oleh NADPH.

Lintas Katabolik Mengarah pada Sedikit Produk Akhir

Penguraian enzimatik dari masing-masing nutrien penghasil energi utama

pada sel berlangsung secara bertahap melalui sejumlah reaksi enzimatik yang

berurutan. Terdapat tiga tahap utama di dalam katabolisme aerobik. Pada tahap I,

makromolekul sel dipecahkan menjadi unit-unit pembangun utamanya. Pada tahap II,

molekul unit pembangun diuraikan menjadi satu jenis senyawa antara 3-karbon

(piruvat), yang lalu diubah menjadi satu jenis unit 2-karbon (produk yang bersifat

umum), yaitu gugus asetil dari asetil-KoA. Pada tahap III, katabolisme mengarah

pada siklus asam sitrat. Dalam tahap III, gugus asetil dari asetil-KoA dioksidasi oleh

siklus asam sitrat menjadi hanya dua produk, yaitu CO2 dan H2O. Amonia adalah

produk katabolisme yang lain.

6

Adapun tahap-tahap proses katabolisme dapat digambarkan sebagai berikut:

Tahap I

Tahap

II

Tahap III

Lintas Biosintetik (Anabolik) Menyebar Menghasilkan Berbagai Produk

7

Protein Polisakarida Lipid Biomolekul besar

Asam Amino

Glukosa Gliserol Asam Lemak

Pentosa Heksosa

Molekul unit

pembangun

Piruvat

Asetil-KoA

CO2H2ONH3

Produk degradasi

umum

Produk akhir katabolisme

yang sederhana & berukuran

kecil

Anabolisme juga berlangsung dalam tiga tahap, dimulai dengan molekul kecil

pemula. Contoh, sintesis protein dimulai dari pembentukan asam α-keto. Pada tahap

berikutnya asam α-keto teraminasi oleh donor gugus amino membentuk asam α-

amino. Pada tahap terakhir, asam amino disusun menjadi rantai polipeptida

membentuk berbagai jenis protein. Dengan cara yang sama, gugus asetil dibangun

menjadi asam lemak, dan selanjutnya dirangkaikan membentuk berbagai lipid.

Anabolisme bersifat menyebar, karena proses ini dimulai dengan sedikit

molekul pemula sederhana yang menyusun kebanyakan jenis-jenis makromolekul.

Lintas utama anabolisme mempunyai banyak cabang yang menuju ratusan jenis

komponen sel.

Terdapat Perbedaan-perbedaan Penting di antara Lintas Katabolik dan

Anabolik yang Berhubungan

Lintas katabolik dan lintas anabolik yang berhubungan, tetapi dengan arah

yang berlawanan di antara senyawa pemula tertentu dan produk tertentu biasanya

bersifat tidak identik. Sebagai contoh, serangkaian dari 11 enzim spesifik

mengkatalisis tahap-tahap yang berurutan pada degradasi glukosa menjadi asam

piruvat di dalam hati. Namun, biosintesis glukosa dalam hati berlangsung dengan

cara yang berbeda, tidak dengan cara kebalikan dari degradasi glukosa. Proses

biosintesis glukosa menggunakan hanya 9 dari 11 tahap enzimatik pada penguraian

glukosa, dan dua tahap lainnya digantikan oleh serangkaian reaksi enzimatik yang

sama sekali berbeda, dan digunakan hanya pada jalur sintesis glukosa.

Adapun alasan penting mengapa mengapa jalur katabolisme dan anabolisme

yang bersangkutan bisa berbeda yaitu,

1. Lintas yang terjadi pada proses degradasi biomolekul mungkin tidak dapat

mencukupi kebutuhan energi bagi biosintesa. Degradasi molekul organik yang

kompleks biasanya merupakan proses “menurun”, terjadi dengan melepaskan

8

energi. Sedangkan biosintesis adalah proses “menaik”, yang memerlukan

input energi.

2. Jika hanya satu lintas yang digunakan secara dapat balik pada kedua arah

jalur, penurunan kecepatan proses katabolik dengan menghambat satu di

antara enzim yang terlibat juga akan menghambat proses biosintesa.

Pengaturan yang terpisah dimungkinkan jika lintas yang berlawanan benar-

benar berbeda. Jika melibatkan tahap enzimatik yang sama, enzim harus

berada pada bagian yang tidak menjadi bagian lintas yang arahnya

berlawanan.

Kadang-kadang jalur katabolik dan anabolik yang arahnya berlawanan

terdapat pada bagian sel yang berlawanan. Contoh, oksidasi asam lemak sampai ke

tahap asetil-KoA di dalam hati dikatalis oleh enzim yang terutama berada dalam

mitokondria, yaitu tempat berlangsungnya reaksi oksidatif. Sedangkan biosintesis

asam lemak dari asetil-KoA yang memerlukan atom hidrogen sebagai tenaga reduksi,

berlangsung dengan bantuan enzim yang berada dalam sitosol, tempat reaksi-reaksi

reduksi terjadi.

ATP Membawa Energi dari Reaksi Katabolik ke Reaksi Anabolik

Jika molekul glukosa terurai oleh oksidasi membentuk produk akhir yang

sederhana (CO2 dan H2O), banyak energi bebas yang dilepaskan dan dapat digunakan

pada reaksi lain. Energi bebas adalah bentuk energi yang mampu bekerja pada

kondisi suhu dan tekanan tetap. Jika energi bebas yang dilepaskan saat glukosa

teroksidasi ini ditangkap dan dipertahankan, maka energi ini hanya muncul sebagai

panas. Energi panas berfungsi untuk mempertahankan suhu tubuh pada hewan tingkat

tinggi, namun energi itu tidak dapat digunakan untuk melakukan kerja mekanik pada

kontraksi otot atau kerja kimiawi pada biosintesis. Panas dapat melakukan kerja pada

tekanan tetap hanya jika bentuk ini dapat mengalir dari bagian tubuh yang lebih panas

ke bagian yang lebih dingin. Hal ini tidak mungkin terjadi, karena suhu sel hidup

bersifat isothermal (suhu tubuh sama pada semua bagian). Sebaliknya, sejumlah besar

9

energi yang dibebaskan dari glukosa dan bahan bakar selular lainnya pada proses

katabolisme disimpan oleh sintesis adenosin trifosfat (ATP) dari adenosin difosfat

(ADP) dan fosfat anorganik yang terjadi bersamaan. ATP, ADP, dan fosfat terdapat

dalam semua sel hidup dan berfungsi secara umum sebagai sistem pemindahan

energi. Energi kimia yang disimpan dalam bentuk ATP itu dapat melangsungkan

empat jenis kegiatan, yaitu:

1. ATP dapat memberikan energi yang diperlukan dalam proses biosintesis. Pada

proses ini gugus fosfat terminal atau gugus ATP dipindahkan secara enzimatik

kepada unit pembangun, sehingga menjadi kaya energi dan siap disintesis

menjadi makromolekul.

2. ATP merupakan sumber energi bagi motilitas dan kontraksi sel.

3. ATP melawan gradient konsentrasi pada transport nutrien melalui membrane.

4. Energi ATP juga digunakan secara tidak terlihat untuk menjamin pemindahan

informasi genetik secara tepat selama biosintesis DNA, RNA, dan protein.

Bila energi ATP digunakan untuk kerja sel, gugus fosfat terminalnya akan

dilepaskan sebagai fosfat anorganik dan ADP, bentuk miskin energi dari

sistem pembawa energi. ADP dapat diisi kembali oleh suatu gugus fosfat,

sehingga ATP dihasilkan kembali dalam reaksi degradasi bahan bakar sel

yang menghasilkan energi. Jadi, terdapat suatu siklus energi dalam sel, dan

ATP yang terkandung berperan sebagai mata rantai pembawa energi di antara

proses selular penghasil energi dan proses pemakai energi.

NADPH Membawa Energi dalam Bentuk Tenaga Pereduksi

Cara kedua untuk membawa energi kimia dari reaksi-reaksi katabolisme

menuju reaksi biosintesis adalah dalam bentuk atom hidrogen atau elektron. Pada

reaksi biosintesis, misalnya pembentukan glukosa dari CO2 pada proses fotosintesis,

tenaga pereduksi dalam bentuk atom hidrogen diperlukan bagi reaksi reduksi ikatan

ganda menjadi ikatan tunggal. Atom hidrogen harus memiliki energi bebas dan dapat

diperoleh dari bahan bakar sel oleh kerja dehidrogenase, yang mengkatalisis

pemindahan atom hidrogen dari molekul bahan bakar kepada koenzim spesifik,

10

terutama dalam bentuk teroksidasi nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADP+).

Bentuk tereduksi, atau yang membawa hidrogen dari koenzim ini disingkat sebagai

NADPH, yaitu pembawa elektron yang kaya akan energi dari reaksi katabolik menuju

reaksi biosintetik yang memerlukan elektron, seperti ATP yang merupakan pembawa

gugus fosfat yang kaya energi.

Diagram pemindahan tenaga pereduksi dari reaksi katabolik menuju reaksi

biosintesis melalui siklus NADP.

Metabolisme Sel Merupakan Proses Ekonomis yang Diatur Ketat

Kecepatan reaksi keseluruhan dari katabolisme penghasil energi tidak hanya

dikontrol oleh ketersediaan bahan bakar sel, tapi juga dikontrol oleh kebutuhan sel

pada energi (ATP dan NADPH). Sel mengkonsumsi nutrien dalam jumlah yang

cukup untuk mengatasi kecepatan penggunaan energi pada setiap waktu. Contohnya

dalam biosintesis sel pada sel yang sedang tumbuh, melakukan sintesis pada ke-20

jenis asam amino, pada kecepatan dan jumlah yang tepat untuk mencukupi

penyusunan dari hanya protein baru yang diperlukan.

Lintas katabolitik bersifat amat sensitif dan responsif terhadap perubahan

kebutuhan energi. Jadi, mekanisme pengaturan lintas metabolik utama, terutama

11

NADPH

NADP+

KatabolismeBahan bakar

tereduksiProduk

teroksidasi

Produk biosintetik tereduksi

Reaksi biosintetik

reduktif

Prekursor teroksidasi

lintas yang memberikan energi sebagai ATP mampu bereaksi terhadap kebutuhan

metabolik dengan cepat dan dengan sensitivitas tinggi.

Lintas Metabolik Diatur pada Tiga Tahap

Regulasi lintas metabolik dilaksanakan oleh tiga jenis mekanisme yang

berbeda.

1. Tahap 1

Bentuk regulasi pada tahap ini adalah melalui kerja enzim alosterik, yang

mampu mengubah aktivitas katalitiknya sebagai respon terhadap molekul efektor

pemberi rangsangan atau penghambat. Pada lintas katabolik, pembentukan ATP

dari ADP, produk akhir ATP berfungsi sebagai penghambat alosterik pada tahap

awal katabolisme. Pada lintas anabolik, produk akhir biosintesis seperti asam

amino, berfungsi sebagai penghambat alosterik pada tahap awal. Gambar  1. 

adalah  bagan  contoh  pengaturan 

metabolisme penghambatan oleh produk akhir terhadap  suatu  enzim  alosterik.

12

Dalam Gambar 1, dapat dijelaskan huruf J, K, L dan seterusnya menunjukkan

senyawa kimia antara pada lintas ini dan E1-E5 menunjukkan enzim yang

bekerja pada setiap tahap. Enzim pertama pada lintas ini (E1) adalah enzim

alosterik. Enzim ini dihambat oleh produk akhir urutan reaksi. Penghambatan

alosterik ditunjukkan oleh tanda panah titik-titik, yang berasal dari metabolit

penghambat menuju reaksi yang dikatalis oleh enzim alosterik (kotak hitam).

Tahap regulasi yang dikatalis oleh enzim E1 bersifat tidak balik di dalam sel.

2. Tahap 2

Pada tahap ini, kontrol metabolik pada organisme tingkat tinggi dilaksanakan

oleh pengaturan hormon. Hormon adalah pembawa pesan kimiawi yang di

sekresi oleh berbagai kelenjar endokrin dan di angkut oleh darah ke semua

jaringan dan organ. Contohnya hormon adrenalin, disekresi oleh medula dari

kelenjar adrenal, di angkut oleh darah menuju hati. Di sini adrenalin merangsang

penguraian glikogen menjadi glukosa sehingga meningkatkan kadar gula darah.

Adrenalin juga merangsang penguraian glikogen di dalam otot kerangka,

13

Tahap yang diatur, terlaksana oleh adanya enzim alosterik

Gambar 1.

Pengaturan lintas katabolik penghambatan kembali oleh produk akhir terhadap enzim alosterik.

menghasikan laktat dan energi dalam bentuk ATP. Berikut gambar regulasi

hormon terhadap suatu reaksi enzimatik.

3. Tahap 3

Tahap ketiga dari regulasi metabolik dilaksanakan melalui pengontrolan

konsentrasi enzim tertentu didalam sel. Kecepatan sintesis enzim-enzim tertentu

secara nyata ditingkatkan pada beberapa keadaan sehingga konsentrasi enzim

dalam sel juga meningkat. Sel hati dapat “menghidupkan” atau “mematikan”

biosintesis enzim-enzim tertentu, tergantung pada sifat zat makanan yang masuk.

Proses ini disebut induksi enzim.

14

Induksi enzim. Adanya substrat A pada

konsentrasi tinggi di dalam sel dapat

menginduksi peningkatan biosintesis enzim-

enzim E1, E2, dan E3, jadi meningkatkan

konsentrasinya di dalam sel menyebabkan

urutan reaksi berlangsung pada kecepatan yang

lebih tinggi untuk memindahkan atau mengubah

kelebihan substrat A. Kelebihan A akan

mengisyaratkan inti sel untuk “menghidupkan”

gen penentu enzim E1, E2, dan E3, “Messenger”

RNA yang dihasilkan memungkinkan ribosom

untuk meningkatkan kecepatan sintesis E1, E2,

dan E3.

Metabolisme Sekunder

Metabolisme sekunder merupakan lintas metabolik yang membentuk dan

menguraikan senyawa dalam jumlah sedikit. Lintas metabolik sekunder ini terlibat

dalam biosintesis koenzim dan hormon yang digunakan dalam jumlah sedikit.

Metabolisme sekunder ini menghasilkan ratusan biomolekul yang sangat khusus,

seperti : nukleotida, pigmen, toksin, antibiotik, dan alkaloid.

Terdapat Tiga Pendekatan Utama terhadap Identifikasi Urutan Metabolik

Identifikasi urutan metabolik dapat dilakukan dengan mempelajari lintas “in

vitro” yaitu ekstrak jaringan bebas sel yang mampu mengkatalisis proses metabolik

yang akan diselidiki secara keseluruhan. Contohnya: ragi dapat mengubah glukosa

menjadi etanol dan CO2. Awalnya fermentasi glukosa menjadi etanol dan CO2 dapat

terjadi di dalam ekstrak ragi bebas sel. Lalu ditemukan bahwa pemecahan glukosa

pada ekstrak tersebut memerlukan fosfat anorganik yang akan menghilang dari

ekstrak dengan terkonsumsinya glukosa. Lalu ditemukan bahwa turunan heksosa

fosfat yang memiliki semua sifat-sifat yang diharapkan dari senyawa antara yang

diperlukan untuk pengubahan glukosa. Jadi, dua senyawa antara pada pemecahan

glukosa telah diidentifikasi. Setelah teridentifikasi, suatu enzim ditemukan dalam

ekstrak ragi, yang bekerja untuk membentuk produk lain, yang akhirnya juga di

isolasi dan diidentifikasi. Jadi, dua senyawa antara pada pemcahan glukosa telah

teridentifikasi. Penambahan penghambat enzim ke dalam ekstrak ragi menyebabkan

senyawa antara lain terakumulasi. Dengan pendekatan tersebut akhirnya 11 metabolit

yang merupakan senyawa antara dalam pengubahan glukosa menjadi etanol pada ragi

dapat diisolasi dan diidentifikasi. Senyawa antara dan enzim yang membentuk dan

menguraikannya diidentifikasi satu persatu. Jika seluruh urutan reaksi telah diketahui,

dapat dilakukan pengujian kembali atau rekonstitusi dalam tabung reaksi dengan

menggunakan komponen-komponen yang telah dimurnikan.

15

Defisiensi genetik gen tunggal ditemukan pada metabolisme asam amino

fenilalanin pada beberapa penderita. Informasi mengenai kekurangan ini

memberikan bukti bagi sifat-sifat senyawa antara dalam metabolisme fenilalanin

Mutan Organisme Membantu Identifikasi Tahap-tahap Antara di dalam

Metabolisme

Pendekatan penting lain untuk menerangkan lintas metabolik adalah

penyelidikan mutasi genetik dari organisme yang kandungan salah satu enzimnya

tidak dapat disintesis dalam bentuk aktif. Kerusakan genetik pada lintas metabolisme

dapat dibuat pada mikroorganisme dengan memberikan senyawa mutagenik,

misalnya penyinaran dengan sinar-X atau perlakuan dengan senyawa kimia yang

dapat mengubah struktur gen spesifik pada DNA.

Pelacak Isotop Memberikan Metode Ampuh Bagi Penyelidikan Metabolisme

16

Metode lain untuk menentukan garis besar lintas metabolik adalah dengan

munggunakan suatu bentuk isotop unsur tertentu (Tabel 13-1) untuk mencirikan

metabolit tertentu. Contohnya : isotop radioaktif 14C digunakan untuk mencirikan

atom karbon tertentu pada molekul organik. Molekul berciri 14C tersebut tidak dapat

dibedakan secara kimia dari molekul normal yang tidak berciri, tetapi dapat dengan

mudah dideteksi dan diukur melalui sifat radioaktivitasnya.

Tabel 13-1. Beberapa Isotop yang Digunakan sebagai Pelacak

Unsur Berat atom

rata-rata

Isotop yang

bermanfaat

sebagai pelacak

Jenis

Isotop

Waktu

paruh

H 1,01 2H3H

Stabil

Radioaktif 12,2

tahun

C 12,01 13C14C

Stabil

Radioaktif 5700

tahun

N 14,01 15N Stabil

O 16,00 18O Stabil

Na 22,99 24Na Radioaktif 15 jam

P 30,97 32P Radioaktif 14,3 hari

S 32,06 35S Radioaktif 87,1 hari

K 39,10 42K Radioaktif 12,5 jam

Fe 55,85 59Fe Radioaktif 45 hari

I 126,90 132I Radioaktif 8 hari

Metode pelacakan isotop dapat juga digunakan untuk menentukan kecepatan

proses metabolik dalam organisme utuh. Dengan metode ini dapat diketahui bahwa

komponen makromolekular sel dan jaringan mengalami perputaran metaboliksecara

terus-menerus, yaitu komponen itu berada dalam keadaan tetap-dinamik di dalam sel,

17

di tengah-tengah terjadinya biosintesis dengan kecepatan degradasi yang sama.

Sebagai contoh pengukuran isotop telah memperlihatkan bahwa protein hati tikus

mempunyai waktu paruh kira-kira 5 sampai 6 hari.

Lintas Metabolik Dipisah-pisahkan di dalam Sel

Terdapat  dua  golongan 

sel: prokariotik dan eukariorik, yang amat berbeda pada

ukuran, struktur internal dan susunan genetik serta metaboliknya.  Sel prokariotik

yang mencakup bakteri dan ganggang biru berukuran amat kecil dan merupakan sel

sederhana dengan sistem membran tunggal yang mengelilingi sel.

Sel prokariotik tidak memiliki ruang-ruang yang dipisah oleh membran

internal  tetapi terdapat  pengelompokan  beberapa  sistim  enzim  sampai  tingkat

tertentu di dalam bakteri. Komponen-komponen sel prokariotik diantaranya ada

dinding sel, membran sel, nukleotida, sitosol, ribosom, granulla penyimpanan dan

flagella.

18

Sel eukaryotik yang mencakup hewan dan tumbuhan tingkat tinggi (selain jamur,

protozoa, dan ganggang tingkat tinggi), berukuran lebih jauh besar dan lebih

kompleks dibandingkan dengan sel prokaryotik. Selain pembungkus sel, sel

eukaryotik memiliki inti sel yang dikelilingi membran, yang mengandung beberapa

atau banyak kromosom. Sel ini mengandung organel internal bermembran. Didalam

sel eukaryotik, enzim yang mengkatalisis lintas metabolik seringkali terletak di dalam

organel spesifik atau kompartemen. Cara mengetahuinya dengan cara jaringan hewan

atau tumbuhan dihomogenasi secara perlahan-lahan didalam medium sukrosa isotonic

yang akan merusak membran plasma, tetapi hampir semua organel internalnya tetap

19

Sisi te

utuh. Sukrosa dipergunakan karena senyawa ini tidak dapat melalui membran dengan

mudah, dan karenanya  tidak menyebabkan organel internal seperti kloroplas dan

mitokondria menggelembung. Organela subseluler seperti inti sel dan mitokondria,

dan bagian lain dapat diuji kemampuannya dalam melakukan katalisis suatu ukuran

metabolik tertentu. Dari pendekatan ini, telah ditemukan bahwa berbagai lintas

metabolik berlangsung pada berbagai lokasi intraseluler di dalam eukaryotik. Contoh

seluruh urutan enzim yang terlibat di dalam pengubahan glukosa menjadi laktat di

dalam beberapa sel terletak di dalam sitosol, yang merupakan bagian terlarut dari

sitoplasma sel, sedangkan enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam

mitokondria. Seperti juga enzim-enzim transport elektron dan enzim-enzim yang

terlibat dalam penyimpanan energi oksidatif sebagai ATP.

20