enzim telah menyelenggarakan suatu perubahan zat yang beribu-ribu kali lebih berat daripada berat molekulnya sendiri. Sebagai contoh sebuah molekul enzim katalase mampu mengubah 5 juta molekul H 2O2 tanpa enzim itu mengalami perubahan. 2) Enzim adalah suatu protein, ini terbukti karena enzim di dalam larutan membentuk suatu koloid. Keadaan ini akan memungkinkan luasnya permukaan enzim sehingga bidang aktivitasnya juga besar. 3) Kerja enzim bersifat khusus/khas, artinya bahwa enzim tidak dapat bekerja pada semua zat, tetapi hanya mampu bekerja pada zat tertentu yang disebut sebagai substrat . Misalnya enzim katalase hanya mampu menghidrolisis H 2O2 menjadi H2O + O2. Enzim maltase hanya mampu menguraikan maltosa menjadi glukosa + glukosa, enzim protease hanya mampu mengubah protein menjadi asam amino. Di samping itu, suatu jenis enzim hanya dapat mengubah segolongan zat-zat yang mempunyai ikatan yang bersamaan. Misalnya enzim emulsin hanya dapat mengubah semua ikatan betaglikosida. 4) Kerja enzim dapat bolak-balik , artinya enzim tidak menentukan arah dari reaksi tetapi hanya sekadar mempercepat laju reaksi, sehingga reaksi mencapai keseimbangan. Sebagai contoh adalah kerja enzim lipase. Enzim ini dapat mengubah lemak menjadi asam lemak dan gliserol, tetapi lipase juga mampu menyatukan gliserol dan asam lemak menjadi lemak. Dengan kata lain jika dalam permulaannya larutan menggunakan lemak maka akan terjadi penguraian lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Jika permulaannya adalah asam lemak dan gliserol maka enzim akan menyintesanya menjadi lemak. Jika peristiwanya berlangsung lama maka dalam larutan akan terjadi keseimbangan antara lemak, asam lemak, dan gliserol. 5) Enzim tidak tahan panas. Aktivitas enzim sangat dipengaruhi oleh temperatur lingkungan dalam sel. Kebanyakan enzim akan aktif pada kisaran temperatur tertentu. Umumnya enzim akan bekerja baik pada suhu normal, yaitu antara 30°C sampai 37°C, sedangkan pada suhu 50°C atau lebih sedikit enzim akan menjadi tidak aktif dan akan binasa pada suhu 60°C dan 70°C.
8
d. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim
Banyak faktor yang mempengaruhi kerja enzim, di antaranya adalah: 1) Temperatur Seperti halnya reaksi kimia pada umumnya, reaksi kimia yang dikendalikan oleh enzim juga dipengaruhi oleh temperatur lingkungannya. Dalam batas-batas tertentu, makin tinggi suhu akan mengakibatkan reaksi kimia yang dipengaruhi enzim berlangsung makin cepat, sebaliknya semakin rendah temperatur reaksinya akan makin lambat. Pada suhu 0°C enzim tidak akan aktif, tetapi tidak rusak. Jika temperaturnya dikembalikan ke kondisi normal maka enzim akan aktif kembali. Sebaliknya dengan pemanasan hingga 40°C, enzim sudah tidak aktif bahkan beberapa jenis enzim sudah mati, tetapi reaksi kimia yang diatur enzim masih tetap berlangsung, asal pemanasannya tidak terlalu lama. 2) pH Konsentrasi ion H' atau pH larutan sangat mempengaruhi aktivitas enzim, Ada enzim yang bekerja baik pada lingkungan asam, atau pH-nya rendah. Jika pH lingkungannya dinaikkan maka aktivitasnya akan menurun atau bahkan enzim itu akan rusak. Sebaliknya enzim yang aktivitasnya baik pada lingkungan basa atau netral, jika pH diturunkan menjadi lebih asam maka enzim juga tidak akan mampu bekerja. Sebagai contoh enzim ptialin yang terdapat pada air liur hanya mampu bekerja baik selama masih berada pada lingkungan netral, yaitu di rongga mulut hingga kerongkongan. Setelah enzim ini bersama makanan masuk ke dalam lambung, lingkungannya bersifat asam maka enzim ini tidak akan mampu bekerja. 3) Konsentrasi enzim Jika faktor lain seperti temperatur lingkungan, kadar substrat dan pH-nya konstan maka pengaruh konsentrasi enzim terhadap kecepatan reaksi kimia adalah berbanding lurus, artinya makin tinggi konsentrasi enzim, makin cepat reaksi kimia berlangsung.
9
4) Hasil akhir Kecepatan reaksi kimia yang disokong oleh enzim pada permulaannya cepat, tetapi makin lama makin melemah. Penurunan kecepatan reaksi ini antara lain disebabkan oleh makin menimbunnya hasil reaksi kimia yang berlangsung. Jika hasil akhir ini dapat disingkirkan maka kegiatan reaksi kimia akan meningkat kembali. Dengan demikian, jelas bahwa hakikat hasil akhir dari suatu reaksi kimia yang disokong oleh enzim akan menghambat aktivitas enzim itu sendiri. 5) Zat penggiat Ada beberapa jenis zat seperti ion kobalt, mangan, nikel, magnesium, klor, dan garam-garam dari logam alkali tanah yang encer dapat menambah kegiatan suatu enzim atau suatu kelompok enzim. Mekanisme kerja zat penggiat tersebut hingga kini belum diketahui. 6) Zat penghambat Di samping ada zat penggiat ada pula zat penghambat (inhibitor) kegiatan enzim, misalnya garam-garam dari logam berat, seperti air raksa. 7) Konsentrasi substrat Ada hubungan linear antara konsentrasi substrat dengan kegiatan enzim. Artinya jika faktor-faktor seperti pH, temperatur dan kadar en zim tetap, dan konsentrasi substratnya ditingkatkan maka pada suatu ketika hasil akhir dari suatu reaksi kimia juga akan meningkat.
10
RANTAI RESPIRASI RESPIRASI
Respirasi atau pernapasan merupakan salah satu contoh proses katabolisme, yakni suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Zat sumber energi dalam tubuh organisme terdiri atas zat-zat organik seperti karbohidrat, lemak, protein, asam amino, dan lainlain. Melalui proses kimia yang memerlukan oksigen tersebut, zat-zat organik diuraikan menjadi karbon dioksida (CO 2) dan air (H 20) dengan membebaskan sejumlah energi yang akan digunakan untuk berbagai aktivitas kehidupan. Persamaan reaksi kimia respirasi merupakan penjumlahan rangkaian reaksi kimia, dan merupakan kebalikan dari reaksi kimia fotosintesis. Sebenarnya proses reaksi kimia penguraian zat sumber energi menjadi CO 2 dan H2O serta pembebasan sejumlah energi tersebut merupakan rangkaian proses reaksi yang kompleks. Reaksi yang kompleks tersebut melalui rentetan reaksi kimia, yang secara sederhana dapat dibedakan menjadi tiga tahap, yakni : a. Glikosis; b. Siklus krebs; c. Transpor elektron respirasi a. Glikolisis
Pada prinsipnya peristiwa glikolisis adalah pengubahan molekul sumber energi yaitu glukosa yang mempunyai 6 atom C menjadi senyawa yang lebih sederhana, yakni asam piruvat yang mempunyai 3 atom C. Peristiwa glikolisis amat panjang, yaitu terdiri atas 10 tahap. Secara sederhana proses glikolisis adalah sebagai berikut : 1. Langkah awal dari glikolisis adalah pemindahan gugus fosfat dari ATP ke atom karbon nomor 6 dari glukosa, sehingga terbentuk senyawa glukosa 6 fosfat. Senyawa ini memperoleh energi bebas yang dilepaskan oleh pelepasan gugus fosfat dari ATP. 2. Langkah selanjutnya, glukosa 6 fosfat dikatalisis oleh enzim menjadi senyawa fruktosa 6 fosfat. ATP lainnya memindahkan gugus P kedua kalinya kepada atom karbon nomor 1, sehingga dihasilkan senyawa fruktosa 1.6 difosfat. Penambahan
11
gugus fosfat pada senyawa fruktosa 6 fosfat berarti menambah kandungan energinya. 3. Langkah glikolisis selanjutnya adalah pemecahan secara enzimatik dari fruktosa 1.6 difosfat menjadi 2 senyawa beratom C tiga buah, yaitu dihidrosiaseton fosfat dan 3-fosfogliseraldehida atau PGAL. 4. Melalui liku-liku reaksi kimia yang panjang, akhirnya dihasilkan tiga senyawa penting yaitu: 2 molekul asam piruvat; 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi; dan 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa. Sebenarnya dalam glikolisis ini, setiap molekul glukosa akan menghasilkan empat molekul ATP, tetapi dua molekul yang terbentuk digunakan untuk beberapa reaksi kimia yang bersifat endergonik. b. Siklus Krebs
Siklus Krebs ini dikenal pula sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat . Peristiwa ini berlangsung di dalam mitokondria. Dua proses yang menentukan dalam respirasi ini adalah sebagai berikut : a) Oksidasi sempurna dari asam piruvat melalui pemisahan bertahap dari semua atom hidrogen sehingga menghasilkan 3 molekul CO 2. b) Pemindahan elektron yang dipisahkan dari atom hidrogen kepada molekul oksigen. Secara keseluruhan rangkaian langkah reaksi kimia siklus krebs yang berlangsung di dalam mitokondria. Secara ringkas rangkaian peristiwa reaksi kimia yang terjadi pada siklus krebs adalah sebagai berikut : 1. Asam piruvat hasil peristiwa glikolisis masuk ke siklus krebs. Sebelumnya asam piruvat bereaksi terlebih dahulu dengan Nikotinamin Adenina Dinukleotida (NAD) dan Koenzim A (Ko-A) membentuk senyawa Asetil Koenzim A. Dalam peristiwa ini terjadi perubahan jumlah atom C dari 3 atom C pada asam piruvat menjadi 2 atom C pada asetil Ko-A, serta dibebaskan CO 2.
12
2. Reaksi antara asetil Ko-A (2 C) dengan asam oksaloasetat (4 C), menghasilkan asam sitrat (6 C). Dalam peristiwa ini Ko-A dibebaskan kembali. 3. Reaksi antara asam sitrat (6 C) dengan NAD' membentuk asam alfa ketoglutarat (6 C) dengan membebaskan CO 2. 4. Rangkaian reaksi yang cukup kompleks, yakni pembentukan asam suksinat (4 C) setelah bereaksi dengan NAD dan membebaskan NADH, CO 2 dan menghasilkan ATP, setelah bereaksinya ADP dan gugus fosfat anorganik. 5. Terjadi oksidasi asam suksinat menjadi asam fumarat. Dalam peristiwa ini dibebaskan 2 atom H. Zat yang mengoksidasi adalah suatu koenzim yang disebut FAD (flavin adenina dinukleotida). Sedangkan FAD direduksi menjadi FAD.H2. 6. Dengan penyisipan satu molekul air, asam fumarat yang terbentuk akan diubah menjadi asam malat. 7. Selanjutnya asam malat (4 C) bereaksi denan NAD+ membentuk asam oksaloasetiat (4 C). Dengan demikian siklus krebs telah tuntas. Pada siklus krebs ini ada beberapa prinsip penting yaitu : a. Hakikatnya dalam setiap siklus ditempatkan satu molekul asam asetat dalam bentuk asetil Ko-A; b. Pada waktu siklus itu berputar terjadi penambahan dua molekul air; c. Terjadi dua dekarboksilasi dan pada tempat kejadian yang berlainan dipisahkan dua atom H. Hidrogen tersebut dipisahkan dari NAD. Selanjutnya hidrogen tersebut diikat oleh O2 sehingga terbentuk air. Dengan demikian asam asetat teroksidasi sempurna menjadi CO2 + H2O. c. Transpor Elektron dan Fosforilasi Oksidatif
Fosforilasi oksidatif adalah suatu lintasan metabolisme dengan penggunaan energi yang dilepaskan oleh oksidasi nutrien untuk menghasilkan ATP, dan mereduksi gas oksigen menjadi air. Transpor elektron berlangsung di dalam mitrokondria. Proses ini berakhir dengan +
elektron bersama H bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir membentuk air.
13
Reaksi rantai transpor elektron dalam respirasi amat kompleks, namun yang berperan dalam peristiwa tersebut adalah NADH, FAD dan molekul-molekul khusus yang berperan dalam proses respirasi, seperti : 1. Koenzim yang disebut koenzim Q, 2. Rangkaian enzim-enzim sitokrom, 3. Oksigen. Jenis sitokrom ada beberapa macam, di antaranya adalah sitokrom b, c, a, dan a3. Elektron berenergi, pertama-tama berasal dari NADH, kemudian d itransfer ke FADH, lalu ke koenzim Q, ke sitokrom b, c, dan akhimya ke sitokrom a. Selanjutnya elektron dari sitokrom a disampaikan ke O. Molekul O 2 menangkap elektron dari sitokrom a dan selanjutnya berikatan dengan H dari lingkungan dan terbentuklah molekul H2O. Dengan demikian, air sebagai hasil sampingan respirasi terbentuk. Hasil sampingan respirasi yang berupa CO 2 diangkut ke alat pernapasan untuk dikeluarkan. Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan 10 molekul NADH dan 2 molekul FADH2, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut :
Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP.
Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.
Hasil utama dan respirasi adalah energi. Energi tersebut akan digunakan untuk membentuk ATP yang selanjutnya akan digunakan untuk proses hidup yang selalu memerlukan energi. Energi terbesar yang dihasilkan oleh proses respirasi adalah pada reaksi transpor elektron.
14
RINGKASAN Glokolisis :
Glikolisis : perubahan glukose → asam piruvat
R/ Glukose + 2 ADP + 2 PO4 → 2 asam piruvat + 2 ATP + 4 H
Hasil utama glikolisis : asam piruvat
Energi dihasilkan : 2 ATP
Tempat reaksi glikolisis : sitoplasma
Terdiri 2 lintasan : Embden Meyerhof dan Heksosmonofosfat
Siklus Krebs :
Siklus Kreb: perubahan asetil Ko-A → H
R/ 2 Asetil Ko-A + 6 H 2O + 2 ADP → 4 CO2 + 16 H + 2 Ko-A + 2 ATP
Hasil utama : H
Energi dihasilkan : 2 ATP
Tempat berlangsung : mitokondria
Sisa metabolisme CO 2 berasal dari hasil samping Siklus Krebs/Siklus Asam Sitrat/Siklus Asam Trikarboksilat
Transpor Elektron dan Fosforilasi Oksidatif :
Fosforilasi oksidatif : proses perubahan ADP → ATP dengan cara mengambil energi yang dihasilkan Rantai Respirasi (reaksi H + O 2 → H2O)
R/ 2 H + ½ O 2 + 2e + ADP → H 2O + ATP
Energi yang dihasilkan : 34 ATP
Total hasil energi metabolisme karbohidrat : 38 ATP, dikurangi 2 ATP untuk transpor aktif maka hasil energi dari respirasi selulur adalah 36 ATP.
15
REFERENSI
D. Dwidjoseputro Prof. Dr. Dasar-dasar Mikrobiologi . Penerbit Djembantan, 1981 Junqueira LC, Carneiro J., Histologi Dasar Teks dan Atlas, 10th edition. Jakarta: EGC; 2007. p. 335-54. Kuehnel, Color Atlas of Cytology, Histology , and Microscopic Anatomy . 4th edition Stuttgart : Thieme; 2003. p. 340-51. Timotius, K.H., 1982, Mikrobiologi Dasar. Salatiga : Universitas Kristen Satya Wacana Wikipedia,
Enzim,
Fosforilase
Oksidatif
dan
Transfer
Elektron.
http://id.wikipedia.org/wiki/enzim ...
16
