RUTE METABOLISME: JENIS DAN RUTE UTAMA - BIOLOGI - 2025

Sebuah jalur metabolisme adalah seperangkat reaksi kimia, dikatalisasi oleh enzim. Dalam proses ini, molekul X diubah menjadi molekul Y, melalui metabolit perantara. Jalur metabolisme terjadi di lingkungan seluler.

Di luar sel, reaksi ini akan memakan waktu terlalu lama, dan beberapa mungkin tidak terjadi. Oleh karena itu, setiap langkah membutuhkan keberadaan protein katalis yang disebut enzim. Peran molekul-molekul ini adalah untuk mempercepat kecepatan setiap reaksi di dalam jalur dengan beberapa kali lipat.

Rute metabolisme utama
Sumber: Chakazul (bicara · kontrib), melalui Wikimedia Commons.

Secara fisiologis, jalur metabolisme terhubung satu sama lain. Artinya, mereka tidak diisolasi di dalam sel. Banyak jalur terpenting berbagi metabolit yang sama.

Akibatnya, himpunan semua reaksi kimia yang terjadi di dalam sel disebut metabolisme. Setiap sel dicirikan dengan menunjukkan kinerja metabolisme tertentu, yang ditentukan oleh kandungan enzim di dalamnya, yang pada gilirannya ditentukan secara genetik.

Karakteristik umum jalur metabolisme

Di dalam lingkungan sel, sejumlah besar reaksi kimia terjadi. Rangkaian reaksi ini adalah metabolisme, dan fungsi utama dari proses ini adalah untuk mempertahankan homeostasis tubuh dalam kondisi normal, dan juga dalam kondisi stres.

Jadi, harus ada keseimbangan fluks dari metabolit-metabolit ini. Di antara karakteristik utama jalur metabolisme, kami memiliki yang berikut ini:

Reaksi dikatalisis oleh enzim

Reaksi yang dikatalisis oleh enzim siklooksigenase (Sumber: Pancrat via Wikimedia Commons)

Protagonis dari jalur metabolisme adalah enzim. Mereka bertanggung jawab untuk mengintegrasikan dan menganalisis informasi tentang keadaan metabolisme dan mampu memodulasi aktivitas mereka berdasarkan kebutuhan seluler saat itu.

Metabolisme diatur oleh hormon

Metabolisme diarahkan oleh serangkaian hormon, yang mampu mengkoordinasikan reaksi metabolisme, dengan mempertimbangkan kebutuhan dan kinerja tubuh.

Kompartementalisasi

Ada kompartementalisasi jalur metabolisme. Artinya, setiap jalur terjadi di kompartemen subseluler tertentu, sebut saja sitoplasma, mitokondria, dan lainnya. Rute lain dapat terjadi di beberapa kompartemen secara bersamaan.

Kompartementalisasi jalur membantu regulasi jalur anabolik dan katabolik (lihat di bawah).

Koordinasi aliran metabolisme

Koordinasi metabolisme dicapai melalui kestabilan aktivitas enzim yang terlibat. Perlu dicatat bahwa jalur anabolik dan rekan kataboliknya tidak sepenuhnya independen. Sebaliknya, mereka terkoordinasi.

Ada titik-titik enzimatik kunci dalam jalur metabolisme. Dengan laju konversi enzim ini, seluruh aliran jalur diatur.

Jenis jalur metabolisme

Dalam biokimia, tiga jenis jalur metabolisme dibedakan. Pembagian ini dilakukan mengikuti kriteria bioenergi: rute katabolik, anabolik dan amphibole.

Rute katabolik

Jalur katabolik mencakup reaksi degradasi oksidatif. Mereka dilakukan untuk mendapatkan energi dan daya reduksi, yang nantinya akan digunakan oleh sel dalam reaksi lain.

Sebagian besar molekul organik tidak disintesis oleh tubuh. Sebaliknya, kita harus mengkonsumsinya melalui makanan. Dalam reaksi katabolik, molekul-molekul ini didegradasi menjadi monomer yang menyusunnya, yang dapat digunakan oleh sel.

Rute anabolik

Jalur anabolik terdiri dari reaksi kimia sintesis, mengambil molekul kecil dan sederhana dan mengubahnya menjadi elemen yang lebih besar dan lebih kompleks.

Agar reaksi ini berlangsung, energi perlu tersedia. Darimana energi ini berasal? Dari jalur katabolik, terutama berupa ATP.

Dengan cara ini, metabolit yang dihasilkan oleh jalur katabolik (yang secara global disebut "kumpulan metabolit") dapat digunakan dalam jalur anabolik untuk mensintesis molekul yang lebih kompleks yang dibutuhkan tubuh saat ini.

Di antara kumpulan metabolit ini, ada tiga molekul kunci dari proses tersebut: piruvat, asetil koenzim A, dan gliserol. Metabolit ini bertanggung jawab untuk menghubungkan metabolisme berbagai biomolekul, seperti lipid, karbohidrat, dan lainnya.

Rute amfibi

Jalur amphibole berfungsi sebagai jalur anabolik atau katabolik. Artinya, ini adalah rute campuran.

Rute amphibole yang paling terkenal adalah siklus Krebs. Rute ini memiliki peran mendasar dalam degradasi karbohidrat, lemak, dan asam amino. Namun, ia juga berpartisipasi dalam produksi prekursor untuk rute sintetis.

Misalnya, metabolit siklus Krebs adalah prekursor dari setengah asam amino yang digunakan untuk membangun protein.

Jalur metabolisme utama

Di semua sel yang merupakan bagian dari makhluk hidup, dilakukan serangkaian jalur metabolisme. Beberapa di antaranya dimiliki oleh sebagian besar organisme.

Jalur metabolisme ini mencakup sintesis, degradasi, dan konversi metabolit yang sangat penting bagi kehidupan. Keseluruhan proses ini dikenal sebagai metabolisme perantara.

Sel secara permanen membutuhkan senyawa organik dan anorganik, dan juga energi kimia, yang terutama diperoleh dari molekul ATP.

ATP (adenosine triphosphate) adalah bentuk penyimpanan energi terpenting di semua sel. Dan perolehan energi serta investasi jalur metabolisme sering diekspresikan dalam bentuk molekul ATP.

Jalur terpenting yang ada di sebagian besar organisme hidup akan dibahas di bawah ini.

Glikolisis atau glikolisis

Gambar 1: glikolisis vs glukoneogenesis. Reaksi dan enzim terlibat.

Glikolisis adalah rute yang melibatkan degradasi glukosa hingga dua molekul asam piruvat, menghasilkan dua molekul ATP sebagai keuntungan bersih. Ini hadir di hampir semua organisme hidup dan dianggap sebagai cara cepat untuk mendapatkan energi.

Secara umum biasanya dibagi menjadi dua tahap. Yang pertama melibatkan bagian molekul glukosa menjadi dua molekul gliseraldehida, membalikkan dua molekul ATP. Pada fase kedua, senyawa berenergi tinggi dihasilkan, dan 4 molekul ATP dan 2 molekul piruvat diperoleh sebagai produk akhir.

Rute dapat dilanjutkan dengan dua cara berbeda. Jika ada oksigen, molekul akan menyelesaikan oksidasinya di rantai pernapasan. Atau, jika tidak ada ini, fermentasi terjadi.

Glukoneogenesis

AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Glukoneogenesis adalah jalur untuk sintesis glukosa, mulai dari asam amino (dengan pengecualian leusin dan lisin), laktat, gliserol atau salah satu dari perantara siklus Krebs.

Glukosa merupakan substrat penting untuk jaringan tertentu, seperti otak, sel darah merah, dan otot. Pasokan glukosa dapat diperoleh melalui penyimpanan glikogen.

Namun, ketika ini habis, tubuh harus memulai sintesis glukosa untuk memenuhi kebutuhan jaringan - terutama jaringan saraf.

Jalur ini terjadi terutama di hati. Ini penting karena, dalam situasi puasa, tubuh dapat terus memperoleh glukosa.

Aktivasi atau tidak jalur terkait dengan makanan organisme. Hewan yang mengonsumsi makanan tinggi karbohidrat memiliki tingkat glukoneogenik rendah, sedangkan diet rendah glukosa memerlukan aktivitas glukoneogenik yang signifikan.

Siklus glioksilat

Diambil dan diedit dari: Pengunggah asli adalah Adenosine di Wikipedia bahasa Inggris. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Siklus ini unik untuk tumbuhan dan jenis bakteri tertentu. Jalur ini mencapai transformasi unit dua karbon asetil menjadi unit empat karbon - yang dikenal sebagai suksinat. Senyawa terakhir ini dapat menghasilkan energi dan juga dapat digunakan untuk sintesis glukosa.

Pada manusia, misalnya, tidak mungkin hidup hanya dengan asetat. Dalam metabolisme kita, asetil koenzim A tidak dapat diubah menjadi piruvat, yang merupakan prekursor jalur glukoneogenik, karena reaksi enzim piruvat dehidrogenase tidak dapat diubah.

Logika biokimia dari siklus ini mirip dengan siklus asam sitrat, dengan pengecualian dua tahap dekarboksilasi. Ini terjadi pada organel tanaman yang sangat spesifik yang disebut glioksisom, dan sangat penting dalam benih beberapa tanaman seperti bunga matahari.

Siklus Krebs

Siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs). Diambil dan diedit dari: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (diterjemahkan ke dalam bahasa Spanyol oleh Alejandro Porto).

Ini adalah salah satu rute yang dianggap sebagai pusat metabolisme makhluk organik, karena menyatukan metabolisme dari molekul yang paling penting, termasuk protein, lemak, dan karbohidrat.

Ini adalah komponen respirasi sel, dan bertujuan untuk melepaskan energi yang tersimpan dalam molekul asetil koenzim A - prekursor utama siklus Krebs. Ini terdiri dari sepuluh langkah enzimatik dan, seperti yang kami sebutkan, siklus bekerja di jalur anabolik dan katabolik.

Pada organisme eukariotik, siklus berlangsung di matriks mitokondria. Pada prokariota - yang tidak memiliki kompartemen subseluler yang sebenarnya - siklus terjadi di wilayah sitoplasma.

Rantai transpor elektron

Pengguna: Rozzychan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Rantai transpor elektron terdiri dari serangkaian transporter yang berlabuh di membran. Rantai tersebut bertujuan untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Rantai tersebut mampu menciptakan gradien elektrokimia berkat aliran elektron, proses penting untuk sintesis energi.

Sintesis asam lemak

Asam lemak adalah molekul yang memainkan peran yang sangat penting dalam sel, terutama ditemukan sebagai komponen struktural dari semua membran biologis. Untuk alasan ini, sintesis asam lemak sangatlah penting.

Seluruh proses sintesis terjadi di dalam sitosol sel. Molekul pusat dari proses ini disebut malonil koenzim A. Bertanggung jawab untuk menyediakan atom yang akan membentuk kerangka karbon dari asam lemak dalam pembentukan.

Oksidasi beta asam lemak

Oksidasi beta adalah proses degradasi asam lemak. Ini dicapai melalui empat langkah: oksidasi rumpon, hidrasi, oksidasi NAD +, dan tiolisis. Sebelumnya, asam lemak perlu diaktifkan dengan integrasi koenzim A.

Produk reaksi tersebut adalah satuan-satuan yang dibentuk oleh sepasang karbon berupa asetil koenzim A. Molekul ini dapat memasuki siklus Krebs.

Efisiensi energi jalur ini bergantung pada panjang rantai asam lemak. Untuk asam palmitat, misalnya, yang memiliki 16 karbon, hasil bersihnya adalah 106 molekul ATP.

Jalur ini terjadi di mitokondria eukariota. Ada juga rute alternatif lain di kompartemen yang disebut peroksisom.

Karena sebagian besar asam lemak berada di dalam sel sitosol, mereka harus diangkut ke kompartemen di mana mereka akan teroksidasi. Transportasi bergantung pada kartinitan, dan memungkinkan molekul ini memasuki mitokondria.

Metabolisme nukleotida

Sintesis nukleotida adalah peristiwa kunci dalam metabolisme sel, karena ini adalah prekursor molekul yang merupakan bagian dari materi genetik, DNA dan RNA, dan molekul energi penting, seperti ATP dan GTP.

Prekursor sintesis nukleotida termasuk asam amino yang berbeda, ribosa 5 fosfat, karbon dioksida dan NH ₃ . Jalur pemulihan bertanggung jawab untuk mendaur ulang basa dan nukleosida bebas yang dilepaskan dari pemecahan asam nukleat.

Pembentukan cincin purin terjadi dari ribosa 5 fosfat, menjadi inti purin dan akhirnya diperoleh nukleotida.

Cincin pirimidin disintesis sebagai asam orotik. Diikuti dengan mengikat ribosa 5 fosfat, itu diubah menjadi nukleotida pirimidin.

Fermentasi

Penulis versi aslinya adalah Pengguna: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermentasi adalah proses metabolisme yang tidak bergantung oksigen. Mereka adalah tipe katabolik dan produk akhir dari proses tersebut adalah metabolit yang masih memiliki potensi oksidasi. Ada berbagai jenis fermentasi, tetapi fermentasi laktik terjadi di dalam tubuh kita.

Fermentasi laktik terjadi di dalam sitoplasma sel. Ini terdiri dari degradasi parsial glukosa untuk mendapatkan energi metabolik. Sebagai zat limbah, asam laktat diproduksi.

Setelah sesi latihan anaerobik yang intens, otot tidak dengan konsentrasi oksigen yang memadai dan fermentasi laktik terjadi.

Beberapa sel dalam tubuh dipaksa untuk berfermentasi, karena mereka kekurangan mitokondria, seperti halnya sel darah merah.

Dalam industri, proses fermentasi digunakan dengan frekuensi tinggi untuk menghasilkan serangkaian produk untuk konsumsi manusia, seperti roti, minuman beralkohol, yogurt, dan lain-lain.

Referensi

1. Baechle, TR, & Earle, RW (Eds.). (2007). Prinsip latihan kekuatan dan kondisi fisik. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokimia. Saya terbalik.
3. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokimia. Edisi keenam. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Buku teks biokimia. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Latihan biokimia. Kinetika Manusia.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokimia. Dasar-dasar untuk kedokteran dan ilmu kehidupan. Saya terbalik.
8. Poortmans, JR (2004). Prinsip latihan biokimia. 3 ^rd , edisi revisi. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia. Panamerican Medical Ed.