Metabolisme

Metabolisme (bahasa Yunani: μεταβολισμος, metabolismos, perubahan) adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular.

Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik,

• katabolisme, yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi
• anabolisme, yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.^[1]

Kedua arah lintasan metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada senyawa organik, penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu percepatan reaksi kimia disebut katalis.

Pada setiap arah metabolisme, reaksi kimiawi melibatkan sejumlah substrat yang bereaksi dengan dikatalisis enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan senyawa intermediat, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya. Keseluruhan pereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi disebut metabolom. Semua ini dipelajari pada suatu cabang ilmu biologi yang disebut metabolomika.

Jalur metabolisme

Jalur-jalur metabolisme penting mencakup:

Jalur umum

1. Metabolisme karbohidrat

Metabolisme karbohidrat mencakupi sintesis (anabolisme), penguraian (katabolisme) dan perubahan antarbentuk pada karbohidrat di dalam organisme.

Bentuk karbohidrat terpenting adalah glukosa, yaitu suatu senyawa gula sederhana (monosakarida), dipahami ada terdapat di setiap makhluk hidup untuk proses metabolisme ini. Glukosa dan bentuk karbohidrat lainnya memiliki tempatnya masing-masing di dalam proses metabolik antarspesies. Contohnya, tanaman menyimpan energi dengan membentuk karbohidrat dari karbon dioksida dan air melalui fotosintesis, biasanya dalam bentuk pati atau lipid. Tanaman lalu dimakan oleh binatang dan jamur, sebagai bahan bakarnya respirasi seluler. Oksidasi pada satu gram karbohidrat menghasilkan energy sebesar 4 kcal (kilokalori); sementara dari lipid, 9 kcal. Energi dari metabolisme (contohnya, oksidasi glukosa) biasanya disimpan sementara di sel-sel tubuh dalam bentuk adenosina trifosfat.^[1] Metabolisme pada makhluk hidup dengan respirasi aerob menguiraikan glukosa dengan oksigen untuk menghasilkan energi, dan hasil sampingnya, karbon dioksida dan air.

Semua bentuk karbohidrat kurang lebih memiliki rumus kimia C_nH_2nO_n; Rumus kimia glukosa adalah C₆H₁₂O₆. Setiap molekul monosakarida bisa membentuk senyawa disakarida, contohnya sukrosa, ataupun senyawa polisakarida yang lebih panjang, contohnya pati and selulosa.

Penghasilan energi

Lazimnya, penguiraian satu molekul glukosa yang melalui respirasi aerob (berarti, yang melibatkan glikolisis dan Siklus Kreb (Siklus asam sitrat)) menghasilkan sekitar 33 hingga 35 ATP.^[1] Pemecahannya:

• Penguraian anaerob melalui glikolisis, menghasilkan 8-10 ATP
• Respirasi aerob melalui Siklus Kreb - menghasilkan 25 ATP

Penyakit pada manusia yang melibatkan metabolisme karbohidrat

• Diabetes melitus
• Intoleransi laktosa

 2. Metabolisme lemak

 3. Metabolisme protein

4. Metabolisme asam nukleat
5. Metabolisme asam assetat

Katabolisme

Jalur katabolisme yang menguraikan molekul kompleks menjadi senyawa sederhana mencakup:

• Respirasi sel, jalur metabolisme yang menghasilkan energi (dalam bentuk ATP dan NADPH) dari molekul-molekul bahan bakar (karbohidrat, lemak, dan protein). Jalur-jalur metabolisme respirasi sel juga terlibat dalam pencernaan makanan.
  • Katabolisme karbohidrat
    • Glikogenolisis, pengubahan glikogen menjadi glukosa.
    • Glikolisis, pengubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa membutuhkan oksigen.
    • Jalur pentosa fosfat, pembentukan NADPH dari glukosa.
  • Katabolisme protein, hidrolisis protein menjadi asam amino.
• Respirasi aerobik
  • Transpor elektron
  • Fosforilasi oksidatif
• Respirasi anaerobik,
  • Daur Cori
  • Fermentasi asam laktat
  • Fermentasi
  • Fermentasi etanol

Anabolisme

Jalur anabolisme yang membentuk senyawa-senyawa dari prekursor sederhana mencakup:

• Glikogenesis, pembentukan glikogen dari glukosa.
• Glukoneogenesis, pembentukan glukosa dari senyawa organik lain.
• Jalur sintesis porfirin
• Jalur HMG-CoA reduktase, mengawali pembentukan kolesterol dan isoprenoid.
• Metabolisme sekunder, jalur-jalur metabolisme yang tidak esensial bagi pertumbuhan, perkembangan, maupun reproduksi, namun biasanya berfungsi secara ekologis, misalnya pembentukan alkaloid dan terpenoid.
• Fotosintesis
• Siklus Calvin dan fiksasi karbon

Metabolisme obat

Jalur metabolisme obat, yaitu modifikasi dan penguraian obat-obatan dan senyawa ksenobiotik lainnya melalui sistem enzim khusus mencakup:

• Sistem sitokrom P450 okidase
• Sistem monooksigenase berkandungan flavin
• Metabolisme alkohol

Lain-lain

• Metabolisme besi dalam tubuh manusia

Sejarah

Eksperimen terkontrol atas metabolisme manusia pertama kali diterbitkan oleh Santorio Santorio pada tahun 1614 di dalam bukunya, Ars de statica medecina yang membuatnya terkenal di Eropa. Dia mendeskripsikan rangkaian percobaan yang dilakukannya, yang melibatkan penimbangan dirinya sendiri pada sebuah kursi yang digantung pada sebuah timbangan besar (lihat gambar) sebelum dan sesudah makan, tidur, bekerja, berhubungan seksual, berpuasa makan atau minum, dan buang air besar. Dia menemukan bahwa bagian terbesar makanan yang dimakannnya hilang dari tubuh melalui perspiratio insensibilis (mungkin dapat diterjemahkan sebagai "keringatan yang tidak tampak").