Pengertian Metabolisme Energi dan kecepatan Energi Pada Perpindahan Panas

PENGERTIAN METABOLISME ENERGI SECARA PERPINDAHAN PANAS

Manusia memerlukan energi yang berasal dari lingkungannya untuk kehidupannya. Energi, didefinisikan sebagai kapasitas untuk melakukan kerja. Sumber energi tubuh adalah karbohidrat, lemak, protein (termasuk vitamin, mineral dan air). Agar dapat digunakan, sumber energi harus dirubah menjadi ATP (adenosin triphosphat) melalui bantuan katalisator berupa enzim. ATP merupakan komponen berenergi tinggi yang diperlukan untuk kontraksi otot dan melaksanakan fungsi sel yang lain. Perubahan sumber energi dilaksanakan melalui rantai metabolisme. Metabolisme merupakan transformasi energi dari berbagai reaksi kimia. Metabolisme dibagi menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme (Anonim1, 2015).

Metabolisme merupakan salah satu ciri dari mahkluk hidup. Metabolisme berasal dari bahasa yunani yaitu dari kata metabole yang berarti “perubahan” yang dipakai untuk menunjukan semua transformasi kimia dan tenaga yang timbul didalam tubuh. Metabolisme adalah suatu proses komplek yang terjadi didalam sel dimana terjadi perubahan makanan menjadi energi dan panas melalui suatu proses kimia, berupa proses pembentukan dan penguraian zat didalam tubuh. Metabolisme bertujuan untuk menghasilkan energi yang berguna bagi kelangsungan hidup, baik tingkat seluler (pembelahan sel, transpor molekul ke luar dan ke dalam sel) maupun tingkat individu (membaca, menulis, berjalan, berlari, dsb). Metabolisme sering disebut dengan reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim (Anonim2, 2015).

Energi dalam tubuh dibutuhkan untuk :

  1. kinerja (bio)-kimiawi, untuk mensintesis komponen sel yang diperlukan, menempertahankan dan mengubah sumber energi di dalam tubuh.
  2. Kinerja mekanis, untuk kerja otot.
  3. Transport work pumping of substances across membranes.
  4. Kinerja elektrokimia, untuk kerja saraf, otot, transpor aktif, pertukaran ion, membentuk perbedaan konsentrasi ion, dan transmisi impuls syaraf.

Energi dapat dijumpai dalam beberapa macam, antara lain :

  1. Energi potensial : adalah kapasitas melakukan kerja,
  2. Energi kinetik : adalah energi untuk bergerak,
  3. Energi termal : berupa panas (berasal dari transfer energi ke ATP),
  4. Energi kimia: adalah energi potential molekules yang dapat diukur dengan satuan Kalori (=Kal).

Beberapa reaksi kimia yang memerlukan energi ATP hanya menggunakan beberapa ratus kalori dari 8 kkal yang tersedia untuk kerja, sehingga sisa energi ini akan dirubah dalam bentuk panas.

Mekanisme umum perubahan zat gizi (karbohidrat, lemak dan protein) menjadi energi di semua sel pada dasarnya sama, yaitu menggunakan oksigen sebagai salah satu zat utama untuk membentuk energi. Energi digunakan untuk membentuk sejumlah besar Adenosine TriPosphate (ATP). Selanjutnya, ATP tersebut digunakan sebagai sumber energi bagi banyak fungsi sel. 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.

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.

Dalam produksi energi, terdapat dua macam metabolisme, yaitu:

  1. Anaerob (tanpa oksigen), hanya untuk karbohidrat, terjadi di sitosol.
  2. 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 dirubah dalam bentuk panas, kecuali di otot yang digunakan untuk melakukan beberapa bentuk kerja di luar tubuh. Hasil dari proses metabolisme yang terjadi di otot, berupa kumpulan proses kimia yang mengubah bahan makanan menjadi dua bentuk, yaitu energi mekanik dan energi panas. Proses dari pengubahan makanan dan air menjadi bentuk energi. Sedangkan untuk setiap mol lemak menghasilkan 2340 kkal (3,5 kali dibanding glukosa) atau sebanyak 146 ATP.

Artikel Lain :  Jenis Sensor Pada Smartphone

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H20 + ENERGY

Sebagian besar energi yang dirubah menjadi panas digunakan untuk :

  • membentuk panas inti di dalam tubuh.
  • menyiapkan suhu optimal untuk kerja enzim.
  • merenggangkan sistem arteri sehingga menyebabkan reservoar 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.

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

Berdasarkan hukum termodinamik I – Jumlah energi selalu tetap, tidak dapat dibuat atau dihilangkan, tetapi dapat dirubah bentuk. Perubahan bentuk (konversi) energi umumnya bersifat reversibel. Berdasarkan energi panas yang dihasilkan energi dapat dikelompokkan dalam:

  1. Endergonic – energi panas berada di dalam tubuh; dan
  2. Exergonic – energi panas dikeluarkan dari dalam tubuh.

(Anonim2, 2015).

  1. JALUR REAKSI METABOLISME

Sebagian besar jalur reaki metabolisme terjadi secara reversibel. Berdasarkan reaksi metabolisme ini dikelompokkan dalam 2 jenis, yaitu :

  1. Biosynthetic atau ANABOLISME – sintesis molekul menjadi molekul yang lebih besar; mem-butuhkan energi; dan merupakan reaksi endergonik.
  2. Degradative atau KATABOLISME – memecah molekul besar menjadi mulekul yang lebih kecil; menghasilkan energi; merupakan reaksi eksergonik; dan respirasi aerobik.

Enzim merupakan molekul katalitik (biological catalysts) yang berfungsi mempercepat reaksi biokimiawi, tersusun dari protein dan beberapa dari RNA. Fungsi enzim semakin meningkat ketika lingkungan sel berada dalam temperatur, pH dan salinitas yang sesuai dengan kerja masing-masing enzim.

  1. Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme karbohidrat meliputi : (1) Glikolisis (2) Glukoneogenesis, (3) glikogenolisis, (4) Glicogen synthesis, (5) metabolism Galaktose, (6) metabolism fruktose and manose, (7) Glyoxylate pathway, dan (8) siklus asam sitrat (Kreb’s) (lihat teksbook biokimia).

  1. Metabolisme Lemak

Reaksi metabolisme lemak meliputi : (1) Lipolisis (hormone sensitive lipase), (2) Carnitine shuttle (fatty acid uptake), (3) Mitochondrial β-oxidation, (4) Peroxisomal β-oxidation, (5) Glycerol catabolism, (6) Fatty acid synthesis, (7) Fatty acid elongation and desaturation, (8) Triacylglyceride synthesis, (9) Phospholipids biosynthesis, (10) Synthesis and utilization of ketone bodies, (11) Sphingolipid and ceramide synthesis (lihat teksbook biokimia).

  1. Metabolisme Energi

Reaksi metabolisme energi terjadi melalui : (1) Posporilasi Oksidative, dan (2) sintesis ATP (lihat teksbook biokimia).

(Anonim2, 2015).

KECEPATAN METABOLISME

Kecepatan metabolisme adalah jumlah energi total yang dibutuhkan per unit waktu. Pengukuran kecepatan metabolisme menggunakan Basal metabolic rate (BMR). BMR adalah kecepatan metabolisme dalam keadaan standar (subjek dalam keadaan fisik dan mental istirahat tetapi tidak tidur dalam temperatur nyaman dan tidak makan selama 12 jam).  Pada kondisi BMR, energi sebagian besar digunakan untuk mempertahankan kondisi vegetatif tubuh atau untuk aktivitas kelenjar, jantung, liver, ginjal dan otak.

Proses metabolisme juga dikontrol oleh hormon-hormon. Hormon yang ikut meregulasi metabolisme adalah hormon tiroid, glukagon, epinephrine, kortisol, dan hormon pertumbuhan.

  1. Hormon Tiroid, dapat meningkatkan konsumsi oksigen dan produksi panas pada sebagian besar jaringan tubuh, yang disebut dengan efek kalorigenik, melalui mengurangan produksi ATP.
  2. Epinephrine, meningkatkan BMR dengan efek kalorigenik. Epinephrine menstimulasi katabolisme glikogen dan triasilgliserol.
  3. Glukagon, merangsang pembongkaran simpanan glukosa hingga gula darh kembali normal (glikogenolisis), dan meningkatkan penggunaan lemak (lipolisis).
  4. Kortisol, menghambat metabolisme lemak dan karbohidrat, dengan menstimulasi proses glukoneogenesis dan lipolisis, meningkatkan protein katabolisme, menurunkan penyerapan glukose pada sel otot dan sel lemak, dan  meningkatkan pemecahan triasilgliserol.
  5. Growth hormone, menstimulasi pertumbuhan dan anabolisme protein.
Artikel Lain :  5 Trik Menghemat Baterai iPhone Agar Lebih Awet

REGULASI SUHU TUBUH

Manusia mempunyai komponen dalam menjaga keseimbangan energi dan keseimbangan suhu tubuh pada kisaran 37,0 ± 2°C, diantaranya adalah hipotalamus, asupan makanan, kelenjar keringat, pembuluh darah kulit dan otot rangka. Pemakaian energi oleh tubuh menghasilkan panas yang penting dalam pengaturan suhu tubuh. Manusia dapat hidup di beberapa wilayah dengan suhu yang berbeda, oleh karena itu mereka harus terus-menerus mengatur panas internal untuk mempertahankan suhu tubuh, karena kecepatan reaksi kimia sel bergantung pada suhu tubuh. Panas yang berlebihan dapat merusak protein sel.

Hipotalamus

Hipotalamus adalah bagian yang sangat peka, yang  merupakan pusat integrasi utama untuk memelihara keseimbangan energi dan suhu tubuh. Hipotalamus berfungsi sebagai termostat tubuh, dengan menerima informasi dari berbagai bagian tubuh di kulit. Penyesuaian dikoordinasi dengan sangat rumit dalam mekanisme penambahan dan pengurangan suhu sesuai dengan keperluan untuk mengorekasi setiap penyimpangan suhu inti dari nilai patokan normal. Hipotalamus mampu berespon terhadap perubahan suhu darah sekecil 0,01ºC.

Hipotalamus terus-menerus mendapat informasi mengenai suhu kulit dan suhu inti melalui reseptor khusus yang peka terhadap suhu yang disebut termoreseptor (reseptor hangat, dingin dan nyeri di perifer). Reseptor suhu sangat aktif selama perubahan temperatur. Sensasi suhu primer diadaptasi dengan sangat cepat. Suhu inti dipantau oleh termoreseptor sentral yang terletak di hipotalamus serta di susunan syaraf pusat dan organ abdomen.

Di hipotalamus diketahui terdapat 2 pusat pengaturan suhu, yaitu di regio posterior dan anteror. Regio posterior diaktifkan oleh suhu dingin dan kemudian memicu refleks yang memperantarai produksi panas dan konservasi panas. Sedang, regio anterior yang diaktifkan oleh rasa hangat, memicu refleks yang memperantarai pengurangan panas.

  • Mekanisme Kehilangan panas

Tubuh akan kehilangan panas melalui mekanisme:

  1. radiation (60%),
  2. konduksi (10-15%),
  3. konveksi, dan
  4. evaporasi/penguapan air (20-27%).
  • Refleks pengaturan suhu

Perubahan suhu tubuh dideteksi oleh 2 jenis reseptor, yaitu oleh (1) termoreseptor di kulit (peripheral thermoreceptors) dan (2) termoreseptor sentral di hipotalamus, korda spinalis, dll. (central thermoreceptors). Termoreseptor sentral memiliki umpan balik negatif esensial untuk mempertahankan suhu inti sedang termoreseptor periper berfungsi menghantar sinyal ke pusat integrasi dingin di hipotalamus. Hipotalamus melayani seluruh refleks integrasi suhu dan mengirimkan sinyal kembali melalui saraf simpatis autonom ke kelenjar keringat,  pembuluh darah kulit, kelenjar adrenalis, dan melalui neuron motoris pada otot skeletal.

  • Kontrol produksi panas

Perubahan aktivitas otot merupakan kontrol produksi panas utama dan menurunkan suhu inti. Pada suhu panas, tubuh akan mengurangi gerakan otot, sedang pada suhu dingin, akan terjadi stimulasi pada gerakan otot yang disebut dengan menggigil (rhythmical muscle contractions/ shivering thermogenesis).

Produksi panas dapat meningkat dan menurun, bahkan dapat meningkat sampai 15-20 kali BMR melalui aktivitas saraf autonomik atau muskular. Sedang, temperatur tubuh dapat meningkatkan BMR 10-15% (Ganong, 1997; dll). Produksi panas pada basal metabolic rate (rata-rata BMR pada dewasa muda adalah 75-110W) dan kerja fisik (otot). Liver dan organ dalam abdominal menghasilkan 50%  BMR, otak dan susunan saraf pusat 15-20%, Jantung dan sistem sirkulasi 10% dan pada otot yang istirahat 20-25%.

Produksi panas dapat dipengaruhi oleh :

  1. Suhu Lingkungan,
  2. Produksi suhu karena makanan – Makan dan makan makanan yang kaya protein akan menghasilkan peningkatan produksi panas,
  3. Aktivitas otot – aktivitas otot akan meningkatkan kontraksi otot. Selama bergerak atau berolahraga atau menggigil, akan menstimulasi peningkatan BMR.
  • Regulasi Penyimpanan Energi total tubuh

Simpanan energi = Energi dari sumber makanan – (produksi panas internal+ kerja luar).

Referensi Makalah:

Anonim2. 2015. //www.academia.edu/8478287/Makalah_Metabolisme_Energi. Diakses pada tanggal 26 Maret 2015.

 

Silahkan di bagikan .. Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedInPin on PinterestPrint this page
Pengertian Metabolisme Energi dan kecepatan Energi Pada Perpindahan Panas | admin | 4.5

Leave a Reply