Metabolisme ATP

Bila ditinjau pada tingkat sel, tubuh manusia disusun dari 100 triliun sel dan mempunyai sifat dasar tertentu yang sama. Setiap sel digabung oleh struktur penyokong intrasel, dan secara khusus beradaptasi untuk melakukan fungsi tertentu. Dari total sel yang ada tersebut, 25 triliun sel merupakan sel darah merah yang mempunyai fungsi sebagai alat transportasi bahan makanan dan oksigen di dalam tubuh dan membawa karbon dioksida menuju paru-paru untuk dikeluarkan. Semua sel menggunakan oksigen sebagai salah satu zat utama untuk membentuk energi, dimana mekanisme umum perubahan zat gizi menjadi energi di semua sel pada dasarnya sama.

Bahan makanan yang berupa karbohidrat, lemak, dan protein yang dioksidasi akan menghasilkan energi, dimana energi tersebut digunakan untuk membentuk sejumlah besar Adenosine TriPosphate (ATP), dan selanjutnya ATP tersebut digunakan sebagai sumber energi bagi banyak fungsi sel. Sehingga ATP merupakan senyawa kimia labil yang terdapat di semua sel, dan semua mekanisme fisiologis yang memerlukan energi untuk kerjanya mendapatkan energi langsung dari ATP.

ATP adalah suatu nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen adenin, gula pentosa ribosa dan tiga rantai fosfat. Dua rantai fosfat yang terakhir dihubungkan dengan bagian sisa molekul oleh ikatan fosfat berenergi tinggi yang sangat labil sehingga dapat dipecah seketika bila dibutuhkan energi untuk meningkatkan reaksi sel lainnya. Enzim-enzim oksidatif yang mengkatalis perubahan Adenosine Diphospate (ADP) menjadi ATP dengan serangkaian reaksi menyebabkan energi yang dikeluarkan dari pengikatan hidrogen dengan oksigen digunakan untuk mengaktifkan ATPase dan mengendalikan reaksi untuk membentuk ATP dalam jumlah besar dari ADP. Bila ATP di urai secara kimia sehingga menjadi ADP akan menghasilkan energi sebesar 8 kkal/mol, dan cukup untuk berlangsungnya hampir semua langkah reaksi kimia dalam tubuh.

Beberapa reaksi kimia yang memerlukan energi ATP hanya menggunakan beberapa ratus kalori dari 8 kkal yang tersedia, sehingga sisa energi ini hilang dalam bentuk panas. Beberapa fungsi utama ATP sebagai sumber energi antara lain:
1. Mensintesis komponen sel yang penting
2. Kontraksi otot
3. Transport aktif untuk melintasi membran sel :
a. Absorpsi dari traktus intestinalis (usus)
b. Absorpsi dari tubulus ginjal
c. Pembentukan sekreksi kelenjar
d. Membentuk perbedaan konsentrasi ion di dalam syaraf yang memberikan energi untuk
transmisi impuls syaraf.

ATP bukan zat yang terbanyak disimpan sebagai ikatan phospate berenergi tinggi dalam sel, melainkan Creatine Phospate (CP) yang mengandung ikatan phospate berenergi tinggi lebih banyak (9,5 kkal/mol pada suhu tubuh) terutama di otot. CP dapat memindahkan energi dengan saling bertukar dengan ATP, dimana bila ATP mulai digunakan, energi dari CP dipindahkan dengan cepat kembali ke ATP. Dengan kandungan energi lebih tinggi antara CP terhadap ATP menyebabkan reaksi sangat menguntungkan ATP, dimana pengunaan ATP yang paling kecilpun dalam sel mengeluarkan energi dari CP untuk mensistesis ATP baru. Efek ini mempertahankan konsentrasi ATP hampir pada tingkat puncak selama CP tetap di dalam sel.

Karena itu, CP merupakan senyawa “bufer/penyangga” ATP.
ATP + H2O ADP + ENERGY (Output)
ADP + CP + ENERGY (Input) ATP + H2O

Dalam produksi energi, terdapat dua macam metabolisme, yaitu:
a. Anaerob (tanpa oksigen), hanya untuk karbohidrat, terjadi di sitosol.
b. Aerob (dengan oksigen), karbohidrat, lemak, dan protein, terjadi di mitokondria.

Setiap mol glukosa dalam proses anaerob yang terjadi di sitoplasma/sitosol menghasilkan 2 ATP, sedangkan pada proses aerob yang terjadi di mitokondria menghasilkan 36 ATP, sehingga total produksinya sebanyak 38 ATP (304 kkal/mol). Tiap mol glukosa dapat memberikan energi sebesar 686 kkal, sehingga energi yang tersisa menghilang dalam bentuk panas. Sedangkan untuk setiap mol lemak menghasilkan 2340 kkal (3,5 kali dibanding glukosa) atau sebanyak 146 ATP.
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H20 + ENERGY

Mitokondria dinamakan “pusat energi” bagi sel, karena menyaring energi dari zat gizi dan oksigen dan selanjutnya menyediakan sebagian besar energi (95%) yang diperlukan agar sel dapat melakukan fungsinya. Jumlahnya dalam setiap sel berbeda (dari puluhan sampai ribuan), dimana tergantung pada jumlah energi yang diperlukan oleh setiap sel, dan mitokondria mengadakan replikasi sendiri sampai jumlah yang dapat memenuhi kebutuhan energi sel.

Komponen utama sel memperoleh energi adalah oksigen dan satu atau lebih bahan makanan
(nutrisi). Di dalam sel, bahan makanan secara kimia bereaksi dengan oksigen dibawah pengaruh berbagai enzim (puluhan enzim) yang mengawasi kecepatan reaksi dan menyalurkan energi yang dikeluarkan dalam arah yang tepat. Energi yang dihasilkan membentuk ATP. ATP kemudian ditransfer keluar mitokondria menuju semua bagian sitoplasma dan nukleoplasma, dimana energinya digunakan untuk memberi tenaga pada fungsi-fungsi sel. Oleh karena itu, ATP dinamakan sebagai bentuk energi sel karena dapat disimpan dan dibentuk kembali.

Bila dilihat secara persentase, energi yang menjadi panas sebesar 60% selama pembentukan ATP, kemudian lebih banyak lagi energi yang menjadi panas (15%) sewaktu dipindahkan dari ATP ke sistem fungsional sel. Sehingga hanya 25% dari seluruh energi dari makanan yang digunakan oleh sistem fungsional sel.

Dan walaupun demikian, sebagian besar energi ini juga menjadi panas karena:
• Energi untuk sistesis protein dan unsur-unsur pertumbuhan lain. Bila protein disintesis menyebabkan banyak ATP digunakan untuk membentuk ikatan peptida dan ia menyimpan energi dalam rantai ini, terdapat pertukaran protein secara terus-menerus, sebagian didegradasi dan sementara protein lainnya dibentuk. Energi yang disimpan dalam ikatan peptida dikeluarkan dalam bentuk panas ke dalam tubuh.
• Energi untuk aktivitas otot. Sebagian besar energi ini dengan mudah melawan viskositas otot itu sendiri atau jaringan sekelilingnya sehingga anggota badan dapat bergerak.
Pergerakan liat ini menyebabkan gesekan dalam jaringan akan menimbulkan panas.
• Energi untuk jantung memompa darah. Darah merenggangkan sistem arteri sehingga
menyebabkan resevoar energi potensial. Pada saat darah mengalir melalui pembuluh darah kapiler, gesekan dari lapisan darah yang mengalir satu sama lain terhadap dinding pembuluh mengubah energi ini menjadi panas.

Oleh karena itu, panas merupakan energi kinetik pergerakan molekul-molekul. Bila semua ADP dalam sel telah diubah menjadi ATP, seluruh proses glikolisis dan oksidasi terhenti, dan sebaliknya bila lebih banyak ATP digunakan untuk melakukan berbagai fungsi fisiologis dalam sel, dibentuklah ADP baru, yang secara otomatis menggiatkan kembali proses glikolisis dan oksidasi. Sehingga cadangan ATP secara otomatis dipertahankan setiap saat.

Oleh : Marsidi

Sumber:
5. Guyton A.C,”Fisiologi Manusia dan Mekanisme Penyakit”, ECG, Jakarta, 1987.
6. Kroemer,etal,”Engineering Physiology”, 2nd Edition, VanNostrand,NewYork, 1990
7. Schumm D.E,“Intisari Biokimia”, Binarupa Aksara, Jakarta, 1993.
8. Vanders, et al,”Human Physiology”, 6Th Edition, McGraw-Hill, 1994