1. Definisi dan Tujuan Metabolisme

Metabolisme ($\mu \epsilon \tau \alpha \beta o \lambda \eta$ yang berarti “perubahan”) adalah seluruh rangkaian reaksi kimia dan proses fisik yang terjadi di dalam sel hidup. Ini adalah ciri fundamental dari kehidupan yang memungkinkan organisme untuk tumbuh, bereproduksi, menjaga strukturnya, dan merespons lingkungannya.

Tujuan utama dari metabolisme meliputi:

1. Ekstraksi Energi: Mengambil energi dari lingkungan (dari nutrisi atau cahaya matahari).
2. Konversi Energi: Mengubah energi tersebut menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh sel (Adenosin Trifosfat/ATP).
3. Biosintesis: Mengubah nutrisi eksternal menjadi blok bangunan makromolekul (seperti asam amino, nukleotida, dan lipid).
4. Degradasi: Membentuk dan memecah biomolekul yang diperlukan untuk fungsi seluler spesifik.

Semua reaksi metabolik diatur secara ketat, terorganisir dalam jalur metabolik (serangkaian reaksi berurutan), dan hampir selalu dikatalisis oleh enzim spesifik.

---

2. Katabolisme (Jalur Disimilasi) 📉

Katabolisme adalah jalur metabolik yang melibatkan pemecahan atau degradasi molekul-molekul kompleks yang besar menjadi unit-unit yang lebih kecil dan sederhana. Proses ini bersifat eksergonik, artinya melepaskan energi.

A. Tujuan Katabolisme

• Menghasilkan energi kimia (terutama ATP) yang digunakan untuk semua aktivitas seluler.
• Menyediakan prekursor kimia (blok bangunan) untuk jalur anabolik.

B. Tahapan Utama Katabolisme

Katabolisme nutrisi (karbohidrat, lipid, protein) umumnya berlangsung dalam tiga tahap utama:

Tahap	Proses	Hasil Utama
Tahap I	Pencernaan dan Hidrolisis	Biomolekul dipecah menjadi unit monomernya (protein $\to$ asam amino; polisakarida $\to$ glukosa; lipid $\to$ gliserol dan asam lemak).
Tahap II	Konversi Unit Primer	Unit-unit monomer sederhana diubah menjadi molekul dua atau tiga karbon yang lebih sederhana, yang paling umum adalah Asetil KoA (Acetyl-CoA). Sedikit ATP dihasilkan.
Tahap III	Oksidasi Akhir	Asetil KoA memasuki Siklus Asam Sitrat (Siklus Krebs), menghasilkan NADH dan $\text{FADH}_2$. Pembawa elektron ini kemudian memasuki Fosforilasi Oksidatif (Rantai Transpor Elektron), di mana sebagian besar ATP dihasilkan melalui gradien proton.

C. Contoh Katabolisme Rinci

1. Glikolisis (Katabolisme Glukosa)

• Glukosa dipecah menjadi dua molekul Piruvat di sitosol.
• Jalur ini menghasilkan total 2 molekul ATP bersih dan 2 molekul NADH.
• Jika tersedia oksigen (aerobik), piruvat diubah menjadi Asetil KoA.
• Jika tidak tersedia oksigen (anaerobik), piruvat difermentasi menjadi laktat (pada sel otot) atau etanol (pada ragi).

2. $\beta$-Oksidasi (Katabolisme Asam Lemak)

• Asam lemak dipecah secara bertahap di mitokondria, melepaskan unit-unit dua karbon dalam bentuk Asetil KoA.
• Proses ini juga menghasilkan $\text{NADH}$ dan $\text{FADH}_2$, menjadikannya sumber energi yang jauh lebih padat daripada karbohidrat.

---

3. Anabolisme (Jalur Asimilasi) 📈

Anabolisme adalah jalur metabolik yang melibatkan sintesis molekul-molekul kompleks dari prekursor yang lebih sederhana. Proses ini bersifat endergonik, artinya membutuhkan input energi (biasanya dalam bentuk ATP atau daya reduksi seperti NADPH).

A. Tujuan Anabolisme

• Menciptakan dan memelihara struktur seluler (membran, dinding sel, organel).
• Sintesis biomolekul fungsional (enzim, hormon, DNA, RNA).
• Penyimpanan energi (misalnya, sintesis glikogen atau triasilgliserol).

B. Sumber Energi dan Daya Reduksi

• ATP: Hidrolisis ATP ($\text{ATP} \to \text{ADP} + \text{P}_i$) memberikan energi bebas yang dibutuhkan untuk mendorong reaksi anabolik yang tidak spontan.
• NADPH: Berbeda dengan NADH (yang sebagian besar untuk katabolisme), $\text{NADPH}$ adalah pembawa elektron utama untuk reaksi biosintesis, menyediakan daya reduksi (hidrogen dan elektron) untuk membangun molekul.

C. Contoh Anabolisme Rinci

1. Biosintesis Protein (Translasi)

• Ini adalah proses paling fundamental di mana asam amino dirangkai menjadi rantai polipeptida (protein) berdasarkan instruksi genetik dari mRNA.
• Proses ini sangat membutuhkan energi dalam bentuk hidrolisis ATP dan GTP (Guanosin Trifosfat) untuk mengaktifkan asam amino, memuat tRNA, dan translokasi ribosom.

2. Glukoneogenesis

• Proses sintesis glukosa dari prekursor non-karbohidrat (seperti laktat, gliserol, atau asam amino) terutama di hati.
• Glukoneogenesis adalah jalur yang sangat penting untuk menjaga kadar gula darah selama puasa dan merupakan jalur yang mahal secara energik, membutuhkan ATP dan GTP.

3. Biosintesis Asam Lemak

• Sintesis asam lemak dari unit-unit $\text{Asetil KoA}$ yang terjadi di sitosol.
• Proses ini sangat bergantung pada $\text{NADPH}$ sebagai sumber daya reduksi.

---

4. Regulasi dan Keterkaitan (Amfibolisme)

Jalur metabolik tidak berjalan sendiri-sendiri; keduanya sangat terintegrasi dan diatur secara ketat.

A. Regulasi Utama

Metabolisme diatur melalui beberapa mekanisme:

1. Kontrol Alosterik: Produk akhir jalur sering menghambat enzim pertama pada jalur tersebut (inhibisi umpan balik).
2. Modifikasi Kovalen: Penambahan atau pelepasan gugus kimia (misalnya, fosforilasi oleh hormon) dapat mengaktifkan atau menonaktifkan enzim.
3. Kontrol Genetik: Sel dapat menyesuaikan laju metabolisme dengan mengubah jumlah enzim yang diproduksi (induksi atau represi sintesis enzim).

B. Amfibolisme

Beberapa jalur berfungsi ganda, berpartisipasi dalam katabolisme dan anabolisme. Jalur-jalur ini disebut amfibolik.

• Contoh terbaik adalah Siklus Asam Sitrat (Siklus Krebs). Meskipun secara umum dianggap sebagai jalur katabolik karena menghasilkan energi, banyak senyawanya berfungsi sebagai prekursor untuk biosintesis (misalnya, $\alpha$-ketoglutarat untuk sintesis asam amino; sitrat untuk sintesis asam lemak).

Kesimpulan:

Metabolisme adalah sistem jaringan yang sangat terorganisir di mana Katabolisme berfungsi untuk mendegradasi molekul dan menghasilkan ATP, sementara Anabolisme berfungsi untuk membangun molekul dan menggunakan ATP. Kedua proses ini harus seimbang sempurna untuk mempertahankan homeostasis seluler dan kehidupan.