ATP adalah Sumber Energi Universal Tubuh, Benarkah?

Energi adalah satu kata yang tidak asing lagi di telinga. Kita seringkali menggunakan kata ini dalam percakapan sehari-hari. Misalnya, saat kelelahan setelah berlari keliling lapangan sebanyak sepuluh putaran, kita biasanya berkata "Saya sudah kehabisan energi." Atau, saat diminta melakukan sesuatu, lalu menolak karena tidak tidak ingin membuang-buang energi untuk itu, "Saya tidak mau membuang-buang energi untuk itu."

Meskipun sudah familiar dengan kata "energi", banyak yang belum paham tentang bagaimana sebenarnya tubuh memproduksi energi. Nah, di tulisan kali ini, saya akan bercerita tentang apa itu energi, bagaimana energi diproduksi di dalam tubuh manusia.

***

Dalam percakapan sehari-hari, kita menggunakan kata "energi" untuk mengungkapkan "kemampuan untuk melakukan kerja." Misalnya, saat berkata "saya sudah kehabisan energi", seseorang bermaksud menyampaikan bahwa dia tidak lagi memiliki kemampuan untuk melakukan sesuatu, baik itu untuk melanjutkan kegiatannya taupun untuk melakukan kegiatan yang lain.

Sejalan dengan makna kata energi dalam percakapan sehari-hari, para ilmuan mendefinisikan "energi" sebagai "kemampuan untuk melakukan kerja" atau "kemampuan untuk mengatur ulang suatu kumpulan materi" (Campbell, et al., 2002: 81). Saaat melakukan kerja, kita sebenarnya sedang mengatur ulang kumpulan materi. Misalnya, saat merapikan kamar, melempar bola, menulis, dan berbagai aktivitas lainnya. 

Kemampuan untuk mengatur ulang kumpulan materi tidak hanya penting bagi manusia sebagai individu, tetapi juga penting bagi sel-sel penyusun tubuh. Dengan kemampuan tersebut, sel-sel tubuh dapat menggunakan dan menghasilkan sejumlah energi. Hal ini tentu saja penting, karena, kemampuan individu untuk melakukan berbagai hal, termasuk untuk membaca tulisan ini, pada dasarnya bergantung pada kemampuan sel untuk menghasilkan energi. Tanpa energi, tidak akan ada hal yang dapat kita lakukan, bahkan untuk sekadar mengedipkan mata.

***

Mengapa sel-sel tubuh butuh energi? Energi diperlukan oleh sel-sel tubuh untuk melakukan berbagai aktivitas pendukung kehidupan. Berbagai aktivitas yang dilakukan oleh sel, secara umum dikelompokkan menjadi tiga, yaitu: (1) kerja mekanis, misalnya kontraksi sel-sel otot, (2) kerja transport, misalnya pemompaan zat-zat melintasi membran melawan gradien konsentrasi, dan (3) kerja kimiawi, seperti produksi senyawa tertentu yang bersifat endergonik (membutuhkan energi). Sel-sel tubuh harus mampu melakukan kerja mekanis, transpot, dan kimiawi tersebut untuk mendukung kehidupan. Untuk itu, sel-sel tubuh butuh energi. 

Jika sel-sel butuh energi, dari mana energi itu didapatkan? Nah, saat merasa kehabisan energi, hal pertama yang akan kita pikirkan adalah makanan. Sebagai orang Indonesia, nasi tentu menjadi pilihan utama. Nasi, merupakan sumber energi bagi tubuh, tetapi tidak dapat digunakan secara langsung oleh sel tubuh. Nasi sebenarnya adalah suatu molekul besar yang disebut polisakarida. Polisakarida ini tersusun atas ribuan monosakarida yang saling berikatan yang disebut glukosa. Rangkaian glukosa yang membentuk polisakarida ini analog dengan ribuan batu bata yang disusun sedemikian rupa hingga membentuk suatu bangunan.  

Meskipun kita mengonsumsi nasi saat merasa kehabisan energi, nasi yang merupakan polisakarida ini tidak digunakan secara langsung oleh sel-sel tubuh untuk melakukan kerja. Mengapa? Karena, sumber energi utama bagi sel tubuh adalah glukosa. Polisakarida pada nasi yang anda makan harus diproses melalui sistem pencernaan, hingga akhirnya terpotong-potong menjadi penyusun terkecilnya, yaitu glukosa. 

Nah, setelah diperoleh glukosa, apakah sel sudah dapat menggunakannya untuk melakukan kerja? Sayangnya, belum. Glukosa ini masih harus diproses dalam suatu organel sel yang berperan sebagai mesin produksi energi, yang disebut mitokondria. Proses pengubahan glukosa menjadi satuan energi yang dapat digunakan sel dikenal dengan sebutan respirasi seluler.  

Respirasi selular berlangsung melalui tiga tahapan utama, yaitu, glikolisis, siklus krebs, dan rantai transport elektron. Melalui ketiga tahapan ini, energi yang tersimpan dalam ikatan kimiawi molekul glukosa diproses sedemikian rupa hingga akhirnya dapat dipindahkan pada suatu molekul yang dapat digunakan secara langsung oleh sel untuk menggerakkan kerja seluler. Molekul ini disebut Adenosin Triphosphat (ATP).

ATP merupakan suatu molekul yang terdiri atas satu basa nitrogen (adenin), satu monosakarida (ribosa), dan tiga gugus fostat. Nama Adenosine Triphosphate pada dasarnya menunjukkan molekul penyusunnya, yaitu adenosine (adenin + ribosa), dan triphosphate (tiga gugus fosfat).

Mengapa molekul ATP dapat menggerakkan kerja sel? Hal ini, dikarenakan hampir semua kerja sel bergantung pada transfer energi yang dihasilkan dari hidrolisis ATP. Tiga gugus fosfat pada ekor molekul ATP ini memiliki ikatan berenergi tinggi, sehingga bersifat reaktif. Jika gugus fosfat terminal (gugus fosfat terluar) diputus, maka akan dilepaskan energi sebesar 7,3 kkal/mol (dalam kondisi laboratorium). Sejumlah energi itulah yang kemudian dapat dimanfaat sel untuk menggerakkan kerja seluler.

Selain pembebasan energi sebesar 7,3 kkal/mol, pemutusan ikatan pada gugus fosfat terminal tersebut, mengakibatkan lepasnya satu molekul fosfat anorganik (Pi), sehingga molekul adenin dan ribosa kini hanya berikatan dengan dua gugus fosfat, yang kemudian disebut ADP (Adenosine Diphosphate). ADP dan Pi hasil hidrolisis ATP merupakan suatu produk yang lebih stabil. Jika suatu sistem (suatu molekul) berubah ke arah yang lebih stabil, maka perubahan tersebut bersifat eksergonik (menghasilkan energi). 

Sekarang, kita sudah mengetahui sejumlah energi yang dapat diperoleh dengan menghidrolisis ATP. Lalu, bagaimana sejumlah energi tersebut dapat digunakan untuk kerja sel? Di dalam sel, dengan bantuan enzim spesifik, sel dapat menyalurkan energi hasil hidrolisis ATP secara langsung ke proses endergonik, yaitu suatu proses kimiawi yang hanya dapat terjadi jika menerima sejumlah energi. Energi tersebut disalurkan ke proses endergonik dengan cara memfosforilasi (memberi molekul fosfat) molekul tertentu. Misalnya, ATP dapat menggerakkan (memberi energi) pada pergerakan otot dengan cara mentransfer fosfat ke protein kontraktil otot.

Struktur ATP dan ADP (Solomon et al., 2008)

***

Mengapa hanya ATP yang dapat menggerakkan kerja seluler? Hal ini dikarenakan mekanisme kimiawi di dalam sel yang sifatnya sangat spesifik. Beberapa proses seluler terjadi dengan menggunakan energi dari hasil hidrolisis GTP (Guanosine Triphosphate), tetapi jumlahnya sangat sedikit. Mayoritas kerja seluler di dalam tubuh digerakkan oleh energi hasil hidrolisis ATP menjadi ADP. Karenanya, makanan yang mengandung sejumlah energi harus diproses sedemikian rupa agar energinya disimpan dalam bentuk ATP yang siap untuk digunakan sel. Hal ini analog dengan baterai handphone yang sumber energinya berasal dari sumber energi yang lebih besar. Berbagai alat elektronik hanya dapat dioperasikan dengan menggunakan baterai tertentu, meskipun jumlah energinya yang dikandungnya terbatas.

ATP sebagai penggerak kerja seluler juga analog dengan uang yang dapat kita gunakan untuk membeli barang di pasar tradisional. Sementara itu, glukosa analog dengan kartu ATM dan mutokondria analog dengan mitokondria. Meskipun kartu ATM memiliki sejumlah uang yang banyak, namun kartu itu tidak dapat digunakan untuk melakukan transaksi di pasar tradisional. Kartu ATM harus diproses di mesin ATM, sehingga diperoleh lembaran uang yang dapat secara langsung digunakan untuk melakukan transaksi di pasar tradisional.

Meskipun analog dengan baterai dan lembaran uang, ATP ini bahkan lebih spesial. Coba pikirkan, ATP dapat menggerakkan hampir seluruh kerja seluler di dalam tubuh, sedangkan baterai tertentu hanya dapat digunakan untuk jenis alat elektronik tertentu. Bahkan, setiap smartphone memiliki jenis baterai yang berbeda, kan? Jika ada satu jenis baterai yang cocok untuk seluruh jenis alat elektronik, barulah dia dapat disebut baterai universal dan menyaingi keunikan ATP. Lalu, lembaran uang yang kita miliki juga tidak seunik ATP. Lembaran rupiah yang baru saja ditarik dari mesin ATM itu hanya dapat digunakan di Indonesia saja. Jika kita sudah memiliki lembaran mata uang yang dapat digunakan di seluruh dunia, barulah lembaran itu dapat menyaingi keunikan ATP sebagai sumber energi universal tubuh.

Sumber Bacaan:

1. Campbell, N. A., Reece, J. B., Mitchell, L. G. 2002. Biologi. Jakarta: Erlangga.

2. Solomon, E. P., Berg, L. R., Martin, D. W. 2008. Biology. USA: Thomson Brooks.