ENERGI METABOLIK: JENIS, SUMBER DAN TRANSFORMASI - BIOLOGI - 2025

The energi metabolik adalah energi bahwa semua makhluk hidup yang diperoleh dari energi kimia yang terkandung dalam makanan (atau nutrisi). Energi ini pada dasarnya sama untuk semua sel; Namun cara mendapatkannya sangat beragam.

Makanan terdiri dari serangkaian biomolekul dari berbagai jenis, yang memiliki simpanan energi kimia dalam ikatannya. Dengan cara ini, organisme dapat memanfaatkan energi yang tersimpan dalam makanan dan kemudian menggunakan energi ini dalam proses metabolisme lainnya.

Semua organisme hidup membutuhkan energi untuk tumbuh dan berkembang biak, memelihara strukturnya, dan merespons lingkungan. Metabolisme mencakup proses kimiawi yang menopang kehidupan dan yang memungkinkan organisme mengubah energi kimia menjadi energi yang berguna bagi sel.

Pada hewan, metabolisme memecah karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat untuk menyediakan energi kimia. Tumbuhan, pada bagiannya, mengubah energi cahaya dari Matahari menjadi energi kimia untuk mensintesis molekul lain; mereka melakukan ini selama proses fotosintesis.

Jenis reaksi metabolisme

Metabolisme terdiri dari beberapa jenis reaksi yang dapat dikelompokkan menjadi dua kategori besar: reaksi degradasi molekul organik dan reaksi sintesis biomolekul lain.

Reaksi degradasi metabolik merupakan katabolisme seluler (atau reaksi katabolik). Ini melibatkan oksidasi molekul kaya energi, seperti glukosa dan gula lain (karbohidrat). Karena reaksi ini melepaskan energi, mereka disebut eksergonik.

Sebaliknya, reaksi sintesis membentuk anabolisme seluler (atau reaksi anabolik). Ini melakukan proses reduksi molekul untuk membentuk orang lain yang kaya akan energi yang tersimpan, seperti glikogen. Karena reaksi ini mengkonsumsi energi, mereka disebut endergonik.

Sumber energi metabolik

Sumber utama energi metabolik adalah molekul glukosa dan asam lemak. Ini merupakan sekelompok biomolekul yang dapat dengan cepat dioksidasi menjadi energi.

Molekul glukosa sebagian besar berasal dari karbohidrat yang dicerna dalam makanan, seperti nasi, roti, pasta, di antara turunan sayuran kaya pati lainnya. Ketika ada sedikit glukosa dalam darah, itu juga dapat diperoleh dari molekul glikogen yang disimpan di hati.

Selama puasa berkepanjangan, atau dalam proses yang membutuhkan pengeluaran energi tambahan, energi ini perlu diperoleh dari asam lemak yang dimobilisasi dari jaringan adiposa.

Asam lemak ini mengalami serangkaian reaksi metabolik yang mengaktifkannya, dan memungkinkan pengangkutannya ke bagian dalam mitokondria di mana asam tersebut akan teroksidasi. Proses ini disebut oksidasi β dari asam lemak dan menyediakan hingga 80% energi tambahan dalam kondisi ini.

Protein dan lemak adalah cadangan terakhir untuk mensintesis molekul glukosa baru, terutama dalam kasus puasa ekstrem. Reaksi ini merupakan tipe anabolik dan dikenal sebagai glukoneogenesis.

Proses transformasi energi kimia menjadi energi metabolik

Molekul makanan kompleks seperti gula, lemak, dan protein merupakan sumber energi yang kaya untuk sel, karena banyak energi yang digunakan untuk membuat molekul ini secara harfiah disimpan dalam ikatan kimia yang menyatukannya.

Ilmuwan dapat mengukur jumlah energi yang disimpan dalam makanan menggunakan alat yang disebut bom calorimeter. Dengan teknik ini, makanan dimasukkan ke dalam kalorimeter dan dipanaskan hingga gosong. Kelebihan panas yang dilepaskan oleh reaksi berbanding lurus dengan jumlah energi yang terkandung dalam makanan.

Kenyataannya, sel tidak berfungsi sebagai kalorimeter. Alih-alih membakar energi dalam satu reaksi besar, sel melepaskan energi yang tersimpan dalam molekul makanannya secara perlahan melalui serangkaian reaksi oksidasi.

Oksidasi

Oksidasi menggambarkan jenis reaksi kimia di mana elektron ditransfer dari satu molekul ke molekul lain, mengubah komposisi dan kandungan energi molekul donor dan akseptor. Molekul dalam makanan bertindak sebagai donor elektron.

Selama setiap reaksi oksidasi yang terlibat dalam penguraian makanan, produk reaksi memiliki kandungan energi yang lebih rendah daripada molekul donor yang mendahuluinya di jalur.

Pada saat yang sama, molekul akseptor elektron menangkap sebagian energi yang hilang dari molekul makanan selama setiap reaksi oksidasi dan menyimpannya untuk digunakan nanti.

Akhirnya, ketika atom karbon dalam molekul organik kompleks benar-benar teroksidasi (di akhir rantai reaksi), mereka dilepaskan sebagai karbon dioksida.

Sel tidak menggunakan energi dari reaksi oksidasi segera setelah dilepaskan. Apa yang terjadi adalah mereka mengubahnya menjadi molekul kecil yang kaya energi, seperti ATP dan NADH, yang dapat digunakan di seluruh sel untuk meningkatkan metabolisme dan membangun komponen seluler baru.

Daya siaga

Ketika energi melimpah, sel eukariotik membuat molekul yang lebih besar dan kaya energi untuk menyimpan kelebihan energi ini.

Gula dan lemak yang dihasilkan disimpan dalam endapan di dalam sel, beberapa di antaranya cukup besar untuk terlihat pada mikrograf elektron.

Sel hewan juga dapat mensintesis polimer bercabang glukosa (glikogen), yang pada gilirannya agregat menjadi partikel yang dapat diamati dengan mikroskop elektron. Sebuah sel dapat dengan cepat memobilisasi partikel-partikel ini kapan pun ia membutuhkan energi yang cepat.

Namun, dalam keadaan normal manusia menyimpan cukup glikogen untuk menyediakan energi sehari. Sel tumbuhan tidak menghasilkan glikogen, tetapi membuat polimer glukosa berbeda yang disebut pati, yang disimpan dalam butiran.

Selain itu, sel tumbuhan dan hewan menghemat energi dengan mengalihkan glukosa ke jalur sintesis lemak. Satu gram lemak mengandung energi hampir enam kali lipat dari jumlah glikogen yang sama, tetapi energi dari lemak kurang tersedia dibandingkan energi dari glikogen.

Namun, setiap mekanisme penyimpanan penting karena sel membutuhkan penyimpanan energi jangka pendek dan jangka panjang.

Lemak disimpan dalam tetesan di sitoplasma sel. Manusia umumnya menyimpan cukup lemak untuk memberi tenaga pada selnya selama beberapa minggu.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (edisi ke-6th). Ilmu Garland.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemistry (edisi ke-8th). WH Freeman dan Perusahaan
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biology (2nd ed.) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (edisi ke-8th). WH Freeman dan Perusahaan.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Life: the science of biologi (edisi ke-7). Sinauer Associates dan WH Freeman.
6. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (edisi ke-7) Cengage Learning.
7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (edisi ke-5). Wiley.