BIOPSIKOLOGI

METABOLISME SEL

Pengertian Metabolisme Sel

Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Metabolisme sel merupakan aktivitas hidup yang dijalankan oleh sebuah sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena proses metabolisme selalu menggunakan katalisator enzim. Metabolisme sel dapat dibagi menjadi dua proses, yaitu:

·      Anabolisme

·      Katabolisme

ENZIM

a.    Komponen Enzim

·   Apoenzim, yaitu bagian enzim yang berupa protein, bersifat tidak tahan panas (termolabil), dan berfungsi menentukan kekhususan dari enzim.

·   Gugus prostetik, yaitu bagian yang bukan protein dan bersifat aktif, terdiri dari kofaktor (molekul anorganik, misalnya Fe, Zn, Cu) dan koenzim (senyawa organik kompleks, misalnya NAD+, FAD, Koenzim A, dan vitamin B). 

b.   Sifat-sifat Enzim

§  Merupakan protein.

§  Biokatalisator (mempercepat reaksi, tanpa ikut bereaksi).

§ Bekerja secara spesifik (hanya mempengaruhi substrat tertentu saja).

§  Diperlukan dalam jumlah sedikit.

§  Bekerja secara bolak-balik.

§  Termolabil (dipengaruhi oleh suhu). 

c.  Mekanisme Kerja Enzim

Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi. Enzim meningkatkan reaksi dengan cara menurunkan energi ativasi. Cara kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua teori, yaitu:

·    Teori gembok dan kunci ( Lock and key theory)

Teori gembok dan kunci menyatakan bahwa enzim diumpamakan sebagai gembok dan substrat diumpamakan sebagai kunci yang dapat berikatan dengan sisi aktif enzim.

                         

·    Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)

Pada teori ini sisi aktif enzim bersifat fleksibel, sehingga ikatan antara enzim dan substrat dapat berubah menyesuaikan substrat.

                           

·     Faktor-faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim

1)  Suhu, enzim hanya mampu bekerja optimum pada kisaran suhu tertentu (30-40)°C. Suhu yang tinggi dapat menyebabkan denaturasi, sedangkan suhu yang rendah dapat menghambat reaksi.

2) pH, pH optimum yang diperlukan tergantung pada jenis enzimnya.

3)  Konsentrasi enzim dan substrat, penambahan kosentrasi enzim mengakibatkan  kecepatan reaksi meningkat, sehingga dicapai kecepatan konstan.

4)   Inhibitor (zat penghambat), dibagi menjadi dua, yaitu:

- Inhibitor kompetitif adalah molekul penghambat yang bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim

-   Inhibitor nonkompetitif adalah molekil penghambat enzim yang bekerja dengan cara melekatkan diri pada luar sisi aktif enzim, sehingga bentuk enzim berubah dan sisi aktif enzim tidak dapat berfungsi. Hal ini menyebabkan substrat tidak masuk ke sisi aktif enzim.

Pelepasan Energi Dalam Sel

1.  Anabolisme
adalah proses sintesis senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.

a.  Fotosintesis 
Fotosintesis adalah peristiwa pembentukan zat organik (karbohidrat) dari CO2 dan H2O dengan bantuan energi cahaya matahari. Secara sederhana, reaksi fotosintesis sebagai berikut:
                         

Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil).

 

b.  Kemosintesis

Kemosintesis adalah reaksi penyusunan bahan organik yang dilakukan dengan energi yang diperoleh dari pemecahan senyawa kimia. Bakteri yang mampu melakukan kemosintesis adalah bakteri kemoautotrof. Beberapa macam bakteri kemoatotrof, yaitu:

·Bakteri Nitrit, mengoksidasi amonia (NH3) menjadi nitrit (HNO2). Misalnya Notrosomonas dan Nitrosococcus.

·Bakteri Nitrat, mengoksidasi nitrit (HNO2) menjadi (HNO3). Misalnya Nitrobacter.

·Bakteri Sulfur, mengoksidasi hidrogen sulfida (H2S) menjadi air (H2O) dan sulfur (S).

                                     

                                

2.   Katabolisme

adalah proses penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana untuk menghasilkan energi. Contoh katabolisme, yaitu proses respirasi. Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan. Ada dua macam respirasi, yaitu: 

a.  Respirasi Aerob

Tahapan-tahapan respirasi aerob:

·   Glikolis adalah peristiwa pengubahan molekul glukosa (6 atom C) menjadi 2 molekul yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat (3 atom C). Hasil dari glikolis adalah: 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH sebagai sumber elektron berenergi tinggi, 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa. 

                    

·     Dekarboksilasi oksidatif (reaksi transisi atau reaksi antara).

Pada tahap ini terjadi pengubahan asam piruvat menjadi asetil Co-A yang berlangsung di matriks mitokondria, menghasilkan 2 asetil Co-A dan CO2, serta NADH.
                                                                                       

·   Siklus Krebs (Asam sitrat) terjadi di matriks mitokondria. Dari siklus krebs, dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP dan 4 CO2.
               

·   Transpor elektron terjadi di membran dalam (krista) mitokondria dan berakhir setelah elektron dan H+ bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir, membentuk H2O. ATP yang dihasilkan pada tahap ini adalah 34 ATP.

                                 

b.  Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat. Contoh respirasi anaerob yaitu fermentasi. Fermentasi dibedakan menjadi dua, yaitu:

·   Fermentasi alkohol, dilakukan oleh jamur ragi (Saccharomyces sp.)

                                       

·   Fermentasi asam laktat, yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat. Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.

                               

·   Fermentasi asam cuka, merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol. Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.

Pembelahan Sel

Pembelahan sel adalah suatu proses pembelahan dari sel induk menjadi dua atau lebih sel anak. Dimana pembelahan sel bertujuan untuk pertumbuhan dan perkembangan, mengganti sel-sel yang telah rusak atau mati, berkembang biak, serta variasi individu baru dll. Ada dua cara pembelahan sel secara umumnya yaitu, pembelahan langsung (amitosis) dan pembelahan secara tak langsung yang terdiri atas Pembelahan Mitosis dan Pembelahan Meiosis (Pembelahan Reduksi).

A. Pembelahan Sel Secara Amitosis

Pembelahan amitosis adalah pembelahan sel secara langsung atau disebut juga dengan pembelahan sederhana yang didahului dengan pembelahan inti tanpa didahului pembentukan benang spindel, penampakan kromosom, peleburan membran inti dan ciri lainnya. Pembelahan secara langsung ini, biasanya terjadi pada makhluk hidup bersel satu (uniseluler) atau pada prokariota misalnya pada Amoeba, Paramecium, Alga biru dll. Pada pembelahan ini, sel anak mewarisi sifat induknya sehingga pembelahan amitosis menghasilkan turunan yang sifat sel anaknya identik dengan sel induknya.

Pada proses pembelahan amitosis, inti terbelah dahulu menjadi dua bagian, yang mana inti tersebut langsung didistribusikan pada sel anak, dan kemudian diikuti dengan pembelahan pada sitoplasmanya dan membran sel.

B. Pembelahan Sel Secara Mitosis

Pembelahan mitosis termasuk kedalam pembelahan sel secara tidak langsung, karena pembelahan inti (nukleus) didahului oleh pembentukan benang-benang kumparan sperma (kromosom). Biasanya terjadi pada sel-sel tubuh (sel somatic) dan sel nutfah. Sel yang membelah secara mitosis akan menghasilkan dua sel anak yang masing-masing memiliki sifat dan jumlah kromosom yang sama dengan induknya. Pada makhluk hidup bersel banyak mitosis merupakan mekanisme memperbanyak sel/pertumbuhan, sedangkan pada organisme bersel satu mitosis merupakan cara bereproduksi. 
Pembelahan mitosis berlangsung secara bertahap melalui beberapa fase yaitu profase, metafase, anafase, telofase, dan interfase.

1.      Profase

Pada fase ini, sel induk yang akan membelah memperlihatkan gejala terbentuknya dua sentriol dari sentrosom. Masing-masing sentriol memancarkan serabut-serabut berupa filamen. Lalu butiran kromatin memanjang menjadi benang kromatin yang kemudian memendekdan menebal menjadi kromosom. Di akhir profase selubung inti sel pecah dan setiap kromatid melekat di beberapa benang spindeldi kinetokor.

2.    Metafase

Membran inti sudah menghilang, kromosom berada di bidang ekuator , dengan sentromernya seolah kromosom berpegangan pada benang gelendong pembelahan. Pada fase ini kromosom tampak paling jelas.

3.    Anafase

Selama anafase, kromatid bergerak menuju ke arah kutub-kutub yang berlawanan. Kinetokor yang masih melekat pada benang spindel berfungsi menunjukan jalan, sedangkan lengan kromosom mengikuti di belakangnya.

4.    Telofase

Kromatid-kromatid mengumpul pada kutub-kutub. Benang gelendong menghilang, kromatid menjadi kusut dan butiran-butiran kromatid muncul kembali. Selaput inti terbentuk kembali dan nukleolus terlihat lagi. pada bagian bidang ekuator terjadi lekukan yang makin lama makin ke dalam hingga sel induk terbagi menjadi dua.

5.    Interfase

Pada fase ini inti sel mempersiapkan diri untuk pembelahan lagi dengan mengumpulkan materi dan energi. Akhirnya pembelahan sel secara mitosis menghasilkan dua sel anak yang masing-masing sel anakan memiliki jumlah dan kromosom yang sama dengan sel induknya. Pada pembelahan ini terjadi pembagian inti (kariokinesis) dan pembagian plasma/sitoplasma.

                 

C. Pembelahan Sel Secara Meiosis

Pembelahan sel ini berlangsung melalui dua tahap pembelahan tanpa melalui interfase, yang dikenal dengan meiosis I dan meiosis II.

Meiosis I

Fase-fasenya meliputi:

1.      Profase

·    Leptonema, benang-benang kromatin menjadi kromosom.

·  Zigonema, kromosom yang sama bentuknya atau kromosom homolog berdekatan atau bergandengan.

·   Pakinema, setiap bagian kromosom homolog menganda, tetapi masih dalam satu ikatan.

·  Diplonema, kromatid dari masing-masing belahan kromosom memendek dan membesar.

·  Diakinesis, sentrosom membentuk dua sentriol yang masing-masing membentuk benang gelendong pembelahan.

2.   Metafase

Tetrad berkumpul di bidang ekuator.

3.    Anafase

Benang gelendong pembelahan dari masing-masing kutub menarik kromosom homolog sehingga setiap pasangan kromosom homolog berpisah bergerak ke arah kutub berlawanan. Setiap kutub memperoleh campuran acak kromosom dari ibu bapak.

4.   Telofase

Kromatid memadat, selubung inti terbentuk, dan nukleolus muncul lagi, kemudian sitokinesis berlangsung.

                         

Meiosis II

Fase-fase dalam tahap pembelahan meiosis II meliputi:

1.    Profase

Sentrosom membentuk dua sentriol yang letaknya pada kutub yang berlawanan dan dihubungkan oleh benang gelendong.

2.    Metafase

Kromosom berada di bidang ekuator, kromatid berkelompok dua-dua. Belum terjadi pembelahan.

3.    Anafase

Kromosom melekat pada kinetokor benang gelendong, lalu ditarik oleh benang gelendong ke arah kutub yang berlawanan yang menyebabkan sentromer terbelah.

4.    Telofase

Kromatid berkumpul pada kutub pembelahan lalu berubah menjadi kromatin kembali. Bersamaan dengan itu membran inti dan anak inti terbentuk kembali, dan sekat pemisah semakin jelas sehingga akhirnya terjadilah dua sel anakan.