TaMu 3 Sel II SF Membran Metab 26-29 Sep

8/17/2019 TaMu 3 Sel II SF Membran Metab 26-29 Sep

1/21

30

26/29 September 2011

Tatap Muka 3: The Cell II

III. Struktur dan Fungsi Membran Sel(Membrane Structure and Function)Diambil Dari Campbell et al (2009), Biology 8th

Membran plasma merupakan tepi dari suatu kehidupan, batas yang memisahkansel hidup dari sekelilingnya. Membran merupakan lapisan yang hanya memiliki ketebalan

8 nm dan bersifat selektif permeabel yaitu membran hanya dapat ditembus dengan lebihmudah oleh substansi tertentu. Peran membran lebih jauh sebagai pembatas organel yang

mampu memberikan lingkungan berbeda dalam sel sehingga metabolisme yang berlawanan reaksi dapat terjadi dapat dipelajari pada bab selanjutnya. Pada Bab ini akan

dibahas bagaimana membran sel mengendalikan lalu lintas substansi dengan merujuk pada lima konsep inti yang terdiri dari:

1.

Cellular membrane are fluid mosaics of lipids and proteins2. Membran structure results in selective permeability

3.

Passive transport is diffusion of a substance across a membrane with no energyinvestment

4. Active transport uses energy to move solutes againts their gradients5. Bulk transport across the plasma membrane occurs by exocytosis and endocytosis

Setelah mempelajari Bab ini, mahasiswa diharapkan mampu memenuhi kompetensi

yang dirancang dibawah ini:

________________________________________________________________________

1.

Mahasiswa mampu mendeskripsikan struktur membran sel

2. Mahasiswa mampu membedakan protein membrane integral dari protein membrane peripheral

3. Mahasiswa mampu membedakan difusi terfasilitasi dari transport aktif4. Mahasiswa mampu membedakan larutan hipertonik, dan hipotonik dari isotonic

5. Mahasiswa mampu mendefinisikan difusi6. Mahasiswa mampu menerangkan pengaruh temperatur dan komposisi membran

terhadap fluiditas membran7. Mahasiswa mampu menerangkan bagaimana molekul besar ditransport melalui

membrane ________________________________________________________________________

1. Cellular membrane are fluid mosaics of lipids and proteinsLipid (fosfolipid) dan protein merupakan komponen utama dari membran

walaupun karbohidrat juga merupakan komponen penting. Bagaimanakah penataanfosfolipid dan protein di dalam membran sel? Fluid mosaic model menjelaskan bahwa

membran sel berbentuk cairan dan memiliki mosaik protein yang bervariasi dan menyisipatau menempel pada lapisan ganda (bilayer) fosfolipid (Figure 7.2 dan 7.3).


2/21

31

The Fluidity of Membranes

Membran bukan merupakan lembaran statis dari molekul-molekul yang terkuncisecara erat pada suatu tempat. Keutuhan sebuah membran dipertahankan oleh adanyainteraksi hidrofobik (lebih lemah dari ikatan kovalen). Sebagian besar lipid dan beberapa

jenis protein dalam membran dapat berpindah secara lateral (Figure 7.5a) (sangat jarangterjadi suatu molekul mampu berpindah secara transversal). Perpindahan secara lateral

dari fosfolipid dalam membran terjadi dengan sangat cepat. Fosfolipid berpindah posisiselama 107 kali per detik (berarti dapat berpindah sekitar 2 um, seperti panjang bakteria,


3/21

32

dalam 1 detik). Protein membran berbentuk lebih besar dari pada lipid sehingga bergeraklebih lambat dan sebagian besar protein membran adalah imobile.

Membran harus berbentuk cairan agar dapat berfungsi dengan baik (padaumumnya secair minyak salad). Jika membran membeku, permeabilitasnya berubah dan

protein enzim pada membran menjadi tidak aktif. Komposisi lipid dalam membran sel

dapat berubah sebagai bentuk penyesuaian terhadap perubahan cuaca. Sebagai contoh, pada tumbuhan yang toleran cuaca dingin, prosentasi fosfolipid tak jenuh meningkat padasaat musim gugur dimana temperatur menurun (suatu bentuk adaptasi yang melindungi

membran dari bentuk padat).


4/21

33

Membrane Protein and Their FunctionsMembran memiliki sekumpulan protein yang tertanam pada cairan matriks lipid

bilayer (Figure 7.7). Lebih dari 50 macam protein ditemukan pada membran sel darahmerah. Fosfolipid memang merupakan materi membran tetapi proteinlah yang

menentukan sebagian besar dari fungsi membran. Sel yang berbeda memiliki kelompok

protein membran yang berlainan. Terdapat dua kelompok protein membran yaitu proteinintegral dan protein peripheral. Protein integral memasuki/menembus bagian hidrofobikdari lipid bilayer pada membran. Protein peripheral sama sekali tidak tertanam dalam

lipid bilayer membran; hanya terikat secara lepas pada permukaan membran.

2. Membran structure results in selective permeability

The Permeability of the Lipid BilayerMolekul nonpolar seperti hidrokarbon, karbon dioksida dan oksigen adalah

hidrofobik dan oleh karenanya dapat larut dalam lipid bilayer membran dan melewatimembran dengan mudah tanpa bantuan dari protein membran. Namun demikian inti

hidrofobik dari membran menghalangi lalu lintas ion dan molekul polar (bersifathidrofilik). Molekul polar seperti glukosa dan gula yang lain melewati lipid bilayer

dengan lambat demikian juga molekul air walaupun merupakan molekul polar yangsangat kecil.

Transport Proteins


5/21

34

Membran sel adalah permeabel terhadap ion tertentu dan terhadap berbagaimolekul polar. Molekul polar yang hidrofilik ini dapat menghindari kontak dengan lipid

bilayer melalui transport proteins yang tersebar diseluruh membran.Sebagian dari protein transpot (saluran proteins) memiliki saluran hidrofilik yang

dapat dilalui oleh molekul tertentu atau ion-ion untuk melewati membran. Sebagai

contoh, berlalunya molekul air melewati membran pada sel-sel tertentu difasilitasi olehsaluran protein yang disebut aquaporin. Protein pembawa memegang molekul yang akandipindahkan dan mengubah bentuknya sedemikian rupa sehingga dapat dibawa melewati

membran.

3. Passive transport is diffusion of a substance across a membrane with no

energy investmentMolekul memiliki tipe energi yang disebut thermal motion (panas). Salah satu

hasil dari thermal motion adalah difusi yaitu perpindahan molekul sedemikian rupa

sehingga menyebar secara merata pada tempat-tempat yang kosong. Untuk memahami proses ini, bayangkanlah membran sintetik yang memisahkan air murni dari larutan

berwarna. Anggaplah bahwa membran tersebut memiliki pori-pori mikroskopik dan bersifat permeable terhadap molekul zat warna (Figure 7.11a). Tiap-tiap molekul zatwarna bergerak secara random, dan molekul tersebut bergerak menembus membran

menuju sisi air murni. Molekul zat warna akan terus menyebar menembus membranhingga kedua jenis larutan tersebut mempunyai konsentrasi molekul zat warna yang

sama. Ketika level tersebut tercapai maka akan terjadi keseimbangan dinamis dimanamolekul zat warna menyeberangi memban dengan kecepatan serupa setiap detiknya dari

dua arah berlawanan.Dalam kondisi tidak ada kekuatan lain, suatu substansi akan berdifusi dari kondisi

yang memiliki konsentrasi tinggi menuju ke kondisi yang memiliki konsentrasi rendahatau dengan kata lain tiap-tiap substansi akan berdifusi menuju gradien konsentrasi yang

lebih rendah. Difusi merupakan proses spontan yang tidak membutuhkan input energi.Ingatlah bahwa suatu substansi berdifusi atas konsentrasinya sendiri dan tidak

dipengaruhi oleh konsentrasi substansi lain (Figure 7.11b).Banyak dari lalu lintas yang melewati/menembus membran sel terjadi melalui

proses difusi. Jika suatu substansi memiliki konsentrasi lebih tinggi di suatu sisi membranmaka akan ada kecenderungan bagi substansi tersebut untuk berdifusi melewati membran

menuju konsentrasi lebih rendah (dengan asumsi membran bersifat permeable terhadapsubstansi tersebut).


6/21

35

Difusi suatu substansi yang menembus membran biologi disebut transport pasif

karena sel tidak menggunakan energi dalam melakukan proses tersebut. Membran bersifat selektif permeable sehingga memberikan efek yang berlainan terhadap laju difusi

pada molekul yang berlainan pula. Pada molekul air, aquaporin menyebabkan air berdifusi dengan cepat. Perpindahan air melalui membran plasma memberikan

konsekuensi pada sel. Air berdifusi melewati membran dari lokasi yang memiliki zatterlarut rendah (konsentrasi air bebas lebih tinggi) menuju ke lokasi yang memiliki

konsentrasi zat terlarut tinggi (konsentrasi air bebas lebih rendah). Air akan berdifusihingga kedua lokasi yang dibatasi membran memiliki konsentrasi yang sama. Difusi air

menembus membran selektif permeable disebut osmosis. Perpindahan air melewatimembran sel dan keseimbangan air antara sel dan lingkungannya merupakan hal penting

bagi organisme.

Water Balance of Cells Without WallsKetika mengamati tingkah laku sel dalam cairan dua hal yang perlu diperhatikan

adalah konsentrasi zat terlarut dan permebilitas membran. Kedua faktor ini penting dalam

konsep tonicity yaitu kapasitas suatu larutan yang menyebabkan suatu sel memperolehatau kehilangan air.

Jika sel hewan direndam dalam suatu larutan isotonik terhadap sel, maka tidakakan terjadi perpindahan melewati membran plasma. Air mengalir melewati membran

plasma dari kedua arah (luar dan dalam sel) dengan laju yang sama. Pada lingkunganisotonik volume sel hewan tidak berubah (Figure 7.13a). Jika sel dipindahkan ke larutan

hipertonik terhadap sel, maka sel akan kehilangan air (karena berpindah keluar sel), selmengkerut dan mati. Hal ini dapat dilihat pada air yang meningkat salinitasnya (misalnya

danau menjadi lebih asin) dan menyebabkan organisme yang tinggal di danau tersebutmati. Air danau menjadi hipertonik terhadap sel-sel organisme, sel-sel mengkerut dan


7/21

36

organisme mati. Mengabsorsi air terlalu banyak juga berbahaya bagi sel hewansebagaimana bahayanya terhadap kehilangan air. Jika sel hewan diletakkan pada larutan

hipotonik terhadap sel air akan memasuki sel hewan lebih cepat dari pada air yangmeninggalkan sel. Sel kemudian akan membengkak dan lisis seperti balon yang terlalu

banyak diisi air.

Hewan yang hidup di lingkungan hipertonik atau hipotonik terhadap sel hewantersebut harus memiliki adaptasi osmoregulasi, untuk mengendalikan keseimbangan air.

Sebagai contoh, Paramaecium hidup di air yang hipotonik terhadap selnya memilikimembran plasma yang permeabilitasnya terhadap air sangat rendah (memperlambat

masuknya air ke dalam sel). Paramaecium juga memiliki vakuola kontraktil yang berfungsi memompa air keluar dari sel dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan

air yang masuk melalui osmosis (Figure 7.14).

Water Balance in Cells with WallsSel tanaman, prokariot dan fungi memiliki dinding. Jika sel tersebut terendam

dalam larutan hipotonik terhadap sel, dinding selnya akan membantu menjaga

keseimbangan air. Sel tanaman akan membengkak jika air memasuki sel secara osmosis(Figure7.13). Namun demikian, dinding yang tidak elastik akan membesar tetapi

kemudian melakukan tekanan kembali terhadap sel dan mampu melawan penyerapan airlebih jauh. Pada posisi ini sel dikatakan turgid (sangat padat/kaku) yang merupakan

tanda bahwa sel dalam kondisi sehat. Jika lingkungan dari sel tumbuhan isotonik makatidak ada kecenderungan bagi air untuk memasuki sel dan sel menjadi flaccid. Jika sel

berada pada lingkungan hipertonik, sel akan kehilangan banyak air, mengkerut, membran plasma terlepas dari dinding. Fenomena ini disebut plasmolisis (menyebabkan tumbuhan

layu dan mati). Bakteria dan fungi yang memiliki dinding sel juga mengalami plasmolisis pada lingkungan hipertonik.


8/21

37

4. Active transport uses energy to move solutes againts their gradients

The need of Energy in Active TransportDisebut transport aktif sebab didalam memindahkan molekul melewati

membran plasma melawan gradien (dari sisi yang kurang ke sisi yang lebihterkonsentrasi) sel menggunakan energi. Seluruh protein transport yang memindahkan zatterlarut melawan gradien adalah protein pembawa (carrier protein). Mengapa demikian?

ATP menyediakan energi bagi membran sel untul melakukan transport aktif.Salah satu cara ATP memberikan energi adalah dengan memindahkan gugus fosfat

langsung kepada protein transpot. Hal ini menyebabkan protein mengubah bentuknya danmemindahkan zat terlarut yang terikat protein melewati membran plasma. Salah satu

contoh adalah pemindahan Na dan K melewati membran sel hewan (Figure 7.16).


9/21

38


10/21

39

5. Bulk transport across the plasma membrane occurs by exocytosis and

endocytosisMolekul air dan molekul dari zat terlarut yang kecil keluar masuk membran

plasma dengan cara difusi atau melalui protein transport. Molekul besar pada umumnya

melewati membran dalam bentuk masa melalui mekanisme yang melibatkan pengepakanmolekul dalam suatu vesikel. Sebagaimana transport aktif proses ini juga membutuhkan

energi.

ExocytosisSel mensekresi molekul biologi tertentu dengan cara menggabungkan vesikel

dengan membran plasma. Cara ini disebut dengan eksositosis. Vesikel transpot yang

berasal dari badan Golgi bergerak sepanjang mikrotubula sitoskeleton menuju membran plasma. Ketika membran vesikel dan membran plasma bersentuhan maka molekul lipid

dari kedua bilayer mengatur diri sedemikian rupa sehingga dua membran bergabung. Isidalam vesikel kemudian dikeluarkan dari sel, dan membran vesikel menjadi bagian dari

membran plasma.Banyak dari sel sekresi menggunakan proses eksositosis untuk mengeluarkan

produknya dari sel. Sebagai contoh, sel-sel pankreas yang menghasilkan insulin


11/21

40

mensekresi insulin tersebut ke tubuh melalui eksositosis. Contoh lain adalah neuron (selsaraf) yang menggunakan eksositosis untuk melepaskan neurotransmiter yang

menghantarkan signal ke neuron lain atau ke sel otot. Ketika sel tanaman membentukdinding sel, eksositosis membawa karbohidrat dan protein dari vesikel badan Golgi

menuju luar sel.

EndocytosisPada endositosis, sel mengambil molekul biologi dengan membentuk vesikel baru

dari membran plasma. Area kecil pada membran plasma melekuk kedalam sel untukmembentuk kantong. Lekukan menjadi semakin dalam dan akhirnya terlepas dari

membran membentuk vesikel yang berisi materi yang berasal dari luar sel. Terdapat tiga jenis endositosis yaitu pagositosis (“cellular eating”), pinositosis (“cellular drinking”),

dan receptor-mediated endocytosis (Figure 7.20).


12/21

41

RINGKASAN Protein integral tertanam dalam lipid bilayers; protein periferal menempel pada

bagian permukaan. Protein membran berfungsi dalam transport, aktifitas enzim,

pengenalan antar sel, penggabungan antar sel, pelekatan pada sitoskeleton, danECM

Gula berantai pendek melekat pada protein dan lipid membran sel bagian luar, berinteraksi dengan molekul permukaan sel lain dalam pengenalan antar sel

Sel harus melakukan pertukaran molekul dan ion dengan lingkungannya dan proses ini dikendaloikan oleh membran plasma

Difusi merupakan pergerakan spontan dari suatu substansi menuju gradien

konsentrasinya sendiri yang lebih rendah

Air mengalir menembus membran dari sisi yang memiliki konsentrasi zat terlarutrendah (hipotonik) menuju sisi yang memiliki konsentrasi zat terlarut tinggi

(hipertonik)

Protein membran tertentu menggunakan energi, biasanyadalam bentuk ATP untuk

melakukan kerja dalam transport aktif

Dalam exositosis, vesikel transport berpindah menuju membran plasma, bergabung, kemudian melepaskan isinya

Dalam endositosis, molekul memasuki sel dalam vesikel yang terbentuk dari

membran plasma

QUIZ1. . Membran biologi memiliki struktur

a. Permeabel b. Lipid bilayerc. Mozaik lipid dan protein dinamis d. Model mozaik cair

2. Transpot sejumlah besar molekul ke dalam sel berlangsung melaluia. Transpot aktif b. Transpot pasif

c. Exocitosis d. Endositosis3. Pernyataan di bawah ini merupakan beberapa fungsi dari membran plasma sel, kecuali

a. Sebagai membran transport b. Melakukan pengenalan sel lain

c. Melakukan seleksi terhadap keluar masuknya molekul dalam seld. Melakukan transformasi

4. Perpindahan molekul pada sel di bawah ini dilakukan melalui transport pasif, kecualia. Osmosis b. Difusi c. Difusi yang terfasilitasi

d. Transport ion menuju gradien yang lebih tinggi5. Proses keluarnya substansi secara masal dari dalam sel menuju keluar dari sel

dilakukan dengana. Transpot pasif b. Eksositosis

c. Endositosis d. Phagositosis


13/21

42

IV. Metabolisme(An Introduction to Metabolism)Diambil Dari Campbell et al (2009), Biology 8th

Sebuah sel hidup merupakan miniatur pabrik kimia dimana ribuan reaksi berlangsung dalam skala mikroskopis. Komponen gula dapat diuraikan dan jikadibutuhkan dapat disusun kembali menjadi komponen berbeda, seperti asam amino.

Protein dapat dibongkar menjadi asam amino yang dapat diuraikan lebih jauh dan disusunkembali menjadi komponen lain seperti gula. Molekul sederhana disintesis menjadi

polimer yang dapat pula dihidrolisis sesuai kebutuhan sel. Pada organisme multiseluler, banyak sel yang mengeksport produk kimiawinya yang digunakan oleh bagian lain

organisme. Suatu proses yang dikenal sebagai respirasi sel mengendalikan sistem seldengan cara mengekstrak energi yang tersimpan dalam gula dan bahan bakar lain. Sel

menggunakan energi tersebut untuk melakukan kerja seperti memindahkan zat terlarutmelalui membran plasma (diuraikan pada Bab III). Dalam bab ini mahasiswa akan

mempelajari konsep metabolisme yang dapat membantu memahami bagaimana aliranmateri dan energi diproses dan bagaimana aliran diatur. Konsep kunci yang diuraikan

meliputi:1. An organism’s metabolism transforms matter and energy, subject to the law of

thermodynamics2. Enzymes speed up metabolic reactions by lowering energy barriers

3. Regulation of enzyme activity helps control metabolism

Setelah menyelesaikan Bab IV ini mahasiswa diharapkan: ________________________________________________________________________

1.

Mahasiswa mampu membedakan katabolisme dari anabolisme2. Mahasiswa mampu membedakan energi kinetik dari energi potensial3. Mahasiswa mampu membedakan reaksi exergonik dari reaksi endergonik

4. Mahasiswa mampu menerangkan bagaimana sel mendapatkan energy untukmelakukan kerja

5. Mahasiswa mampu mendeskripsikan mekanisme penurunan energi aktifasi olehenzim

________________________________________________________________________

1. An organism’s metabolism transforms matter and energy, subject to

the law of thermodynamicsOrganization of the Chemistry of Life into Metabolic Pathway

Suatu jalur metabolisme berawal dari satu molekul spesifik yang kemudiandiubah dalam suatu rangkaian reaksi tertentu dan menghasilkan suatu produk. Setiaplangkah dalam reaksi dikatalisis oleh enzim yang spesifik pula (lihat gambar dibawah

ini).


14/21

43

Jalur metabolisme yang melepaskan energi dengan cara memecah molekulkompleks menjadi molekul yang lebih sederhana disebut jalur katabolisme. Jalurkatabolisme utama adalah respirasi dimana glukosa dipecah menjadi bahan bakar organik

dengan bantuan oksigen menjadi karbon dioksida dan air. Energi yang tersimpan didalam molekul organik menjadi tersedia bagi sel untuk melakukan kerja, seperti

pergerakan cilia atau transport membran. Jalur anabolisme menggunakan energi untukmenyusun molekul komplek dari molekul-molekul sederhana. Apakah contohnya?

Form of EnergyEnergi adalah kapasitas untuk melakukan perubahan (kerja). Dengan kata lain

energi adalah kemampuan untuk menata kembali suatu koleksi materi. Energi ada dalam

bentuk yang bervariasi, dan hidup bergantung pada kemampuan sel dalammentransformasikan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Energi dapat diasosiasikan dengan pergerakan materi; energi ini disebut energi

kinetik. Panas atau energi thermal adalah energi kinetik yang berhubungan dengan perpindahan atom atau molekul secara random. Cahaya juga merupakan energi yang

dapat digunakan untuk melakukan kerja seperti pada fotosintesis tumbuhan hijau.Suatu obyek yang tidak bergerak dapat pula meyimpan energi. Energi yang tidak

berasosiasi dengan gerak disebut energi potensial; yaitu energi yang dimiliki oleh bendakarena lokasi atau struktur benda tersebut. Sebagai contoh, air dalam bendungan

memiliki energi karena ketinggiannya di atas ketinggian permukaan laut. Molekul-molekul memiliki energi karena struktur dari atom-atomnya. Energi kimia adalah istilah

yang digunakan oleh para biolog dan mengacu pada pengertian energi potensial tersediayang dapat dilepaskan dalam suatu reaksi kimia. Jalur katabolisme melepaskan energi

dengan cara memecah molekul kompleks. Para biolog mengatakan bahwa molekulkompleks tersebut (glukosa) memiliki energi kimia yang tinggi.

The Laws of Energy Transformation

The First law of ThermodynamicsMenurut hukum pertama termodinamika energi di alam raya adalah konstan.

Energi dapat ditransfer dan ditransformasikan tetapi energi tidak dapat diciptakan ataudimusnahkan. Cheetah pada Figure 8.3a mengkonverikan energi kimia molekul organik

dalam makanannya menjadi energi kinetik dan bentuk energi lain untuk melakukan proses-proses biologi. Apa yang terjadi dengan energi sesudah digunakan untuk

melakukan kerja?


15/21

44

The second law of ThermodynamicsDalam setiap transfer energi sebagian dari energi menjadi energi yang tidak dapat

digunakan. Pada sebagian besar transformasi energi, sebagian dari energi diubah menjadi

panas; dan hanya sebagian dari energi kimia pada makanan yang ditransformasikandalam bentuk gerak (Figure 8.3b).

Di dalam proses reaksi kimia, perubahan energi menjadi panas pada sel hiduptidak dapat dihindari. Suatu sistem dapat menggunakan/memanfaatkan panas ini jika

terjadi perbedaan temperatur sedemikian rupa sehingga menghasilkan pergerakan panasdari lokasi yang lebih panas ke lokasi yang lebih dingin. Jika temperatur seragam seperti

temperatur di dalam sel hidup, maka panas yang dihasilkan dari reaksi kimia hanyadigunakan untuk menghangatkan organisme.

Konsekuensi logis dari hilangnya energi selama transfer energi adalah bahwasetiap transfer energi menjadikan alam raya lebih tidak teratur (disordered). Para ilmuwan

menggunakan istilah entropi untuk menghitung kuantitas disorder (ketidakteraturan).Hukum kedua termodinamika berbunyi setiap transfer energi meningkatkan entropi

alam raya. Cheetah pada Figure 8.3b mengubah energi kimia menjadi energi kinetik. Halini akan meningkatkan disorder terhadap lingkungan sekelilingnya dengan

menghasilkan/melepaskan panas dan molekul kecil karbon dioksida (pada proses pemecahan molekul pada makanan).

Biolgical Order and DisorderMahluk hidup meningkatkan entropi lingkungan sebagimana disebutkan pada

hukum kedua termodinamika. Sel membentuk struktur yang sangat teratur dari materi

yang memiliki struktur kurang teratur. Sebagai contoh, asam amino diatur dalam suatustruktur dan urutan tertentu untuk membentuk rantai polipeptida. Pada tingkat organisme,

Figure 8.4 menunjukkan anatomi yang simetri dari akar tanaman. Akar tanaman inidibentuk melalui proses biologi dari materi yang lebih sederhana. Organisme juga

mengambil energi dan materi teratur dari lingkungan sekitarnya dan menggantinyadengan materi yang tidak teratur. Sebagai contoh hewan mengambil starch (pati), protein


16/21

45

dan molekul komplek lain dari makanan yang dimakannya. Pada proses katabolisme,molekul tersebut dipecah dan hewan melepaskan molekul air dan karbondisoksida (suatu

molekul yang memiliki energi kimia lebih kecil dari pada molekul pada makanan).

Exergonic and Endergomic Reactions in MetabolismsEksergonik adalah reaksi kimia yang melepaskan energi bebas (Figure 8.6a).

Reaksi eksergonik terjadi spontan secara lambat atau secara cepat. Reaksi endergonikadalah reaksi kimia yang mengabsorsi energi bebas yang terdapat disekelilingnya (Figure8.6b). Reaksi endergonik bukanlah reaksi spontan. Jika suatu proses kimia adalah

eksergonik (melepaskan energi) maka proses kimia yang terjadi sebaliknya haruslahendergonik yang menggunakan energi. Proses yang berlawanan tidaklah mungkin kedua-

duanya melepaskan energi atau menyerap energi.


17/21

46

2. Enzymes speed up metabolic reactions by lowering energy barriersReaksi kimia yang terjadi secara spontan dapat berlangsung sangat lama. Sebagai

contoh, walaupun hidrolisis sukrose menjadi glukosa dan fruktose terjadi secara spontan

dengan melepas energi, suatu larutan gula akan melarutkan gula dalam waktu tahunan pada temperatur ruangan. Tetapi jika ditambahkan enzim sukrase pada larutan tersebut,

maka sukrosa akan terhidrolisa dalam hitungan detik (Figure 8.13). Enzim adalahmakromolekul yang bertindak sebagai katalis yaitu suatu agen kimiawi yang

mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi.


18/21

47

The Activation Energy BarrierSetiap reaksi kimia antara molekul-molekul melibatkan pelepasan dan

pembentukan ikatan. Sebagai contoh, hidrolisis sukrose melibatkan pemisahan ikatan

antara glukose dan fruktose dan satu ikatan molekul air kemudian membentuk dua ikatan baru (Figure 8.13). Perubahan satu bentuk molekul menjadi molekul yang lain

melibatkan perubahan molekul menjadi molekul yang tidak stabil sebelum proses berikutnya berlangsung. Untuk meraih kondisi ini molekul mengabsorbsi energi dari

sekelilingnya. Ketika ikatan baru dari molekul terbentuk, energi dilepaskan dalam bentuk panas dan molekul menjadi stabil kembali dengan energi potensial yang lebih rendah.

Energi awal yang digunakan untuk memulai reaksi disebut energi aktifasi(disingkat EA). EA adalah sejumlah energi yang dibutuhkan untuk mendorong reaktan

agar melampaui barier energi sehingga sebagian reaksi dapat dimulai (lihat Figure 8.14).EA pada umumnya berada dalam bentuk panas yang diabsorsi oleh molekul reaktan dari

sekelilingnya. Ikatan dari reaktan akan terlepas hanya jika molekul mengabsorbsi cukupenergi untuk menjadikan molekul tidak stabil dalam memasuki kondisi transisi. Pada

umumnya, EA yang dibutuhkan sangat tinggi sehingga kondisi transisi sangat jarangtercapai dan reaksi tidak terjadi sama sekali. Dalam hal ini reaksi akan terjadi jika reaktan

dipanaskan. Sebagai contoh, reaksi dari gasoline (bensin) dan oksigen adalah eksergonikdan akan terjadi spontan, tetapi energi dibutuhkan oleh molekul tersebut untuk mencapai

transisi dan bereaksi.


19/21

48

How Enzymes Lower the EA BarrierProtein, DNA dan molekul kompleks lain dari sel memiliki energi bebas yang

tinggi dan memiliki potensi menguraikan secara spontan. Molekul tersebut bertahan tidak

melakukan reaksi karena pengaruh temperatur di dalam sel (beberapa molekul mampumelampaui EA). Panas mempercepat reaksi karena reaktan mampu mencapai transisi

lebih cepat namum panas tinggi dapat mendenaturasi protein dan membunuh sel. Panas juga mempercepat semua reaksi di dalam sel (tidak selektif) sehingga akan

membahayakan sel. Organisme menggunakan enzim (bukan panas) sebagai katalis.Enzim mengkatalis suatu reaksi dengan cara merendahkan barier EA (Figure

8.15), menjadikan molekul reaktan mengabsorpsi energi yang cukup untuk mencapaitransisi pada temperatur sedang. Enzim tidak mampu merubah reaksi endergonik menjadi

eksergonik. Karena enzim sangat spesifik untuk reaksi yang dikatalisis, enzimmenentukan proses kimiawi dalam sel dalam waktu tertentu.


20/21

49

RINGKASAN Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme dengan

bantuan enzim. Jalur reaksi tersebut dapat katabolik struktur (memecah molekul danmelepaskan energi) atau anabolik (membentuk molekul dan membutuhkan energi)

Energi adalah suatu kapasitas untuk menyebabkan terjadinya perubahan; beberapa

bentuk energi melakukan kerja dengan cara memindahkan materi. Energi kinetik berasosiasi dengan pergerakan. Energi potensial berhubungan dengan lokasi atau

struktur materi dan meliputi energi kimia yang dimiliki oleh molekul karenastrukturnya

Hukum termodinamika I menyebutkan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataudimusnahkan, hanya dapat ditransfer atau ditransformasikan. Hukum keduamenyatakan bahwa perubahan spontan (yang tidak membutuhkan input energi dari

luar) meningkatkan entropi (disorder) alam semesta

Di dalam reaksi kimia, energi yang dibutuhkan untuk memecahkan ikatan dalamreaktan disebut energi aktifasi (EA)


21/21

QUIZ 1. Perubahan bentuk energi dari energi kimia dalam makanan menjadi energi untuk

melakukan gerak merupakan contoh daria. Hukum termodinamika II b. Hukum termodinamikan I dan II

c. Hukum termodinamika I d. Hukum konversi energi

e. Hukum transformasi energi

2. Bentuk energi apakah yang dimiliki oleh buah jeruk masak yang terletak di meja

makan Anda?a. Energi potensial bersifat fisik b. Energi kinetik bersifat fisik

c. Energi potensial dan kinetik d. Energi potensial bersifat kimiawie. Energi kinetik yang bersifat kimiawi

3. Mengapa enzim hanya bekerja pada substrat tertentu saja?

a. Karena hanya substrat tertentu saja yang mampu berikatan dengan sisi aktifenzim

b.

Karena sisi aktif enzim saja yang mampu berubah bentuk sesuai dengansubstrat

c. Karena hanya enzim tertentu saja yang bekerja pada substrat tertentu untuk

menghasilkan produkd. Karena hanya substrat tertentu saja yang mampu bekerja dalam enzim tertentu

sehingga menghasilkan produk barue. Karena sisi aktif enzim mampu menurunkan barier energi aktifasi

TaMu 3 Sel II SF Membran Metab 26-29 Sep

Documents

Transcript of TaMu 3 Sel II SF Membran Metab 26-29 Sep