Gambar Sampul Biologi · BAB 2 METABOLISME
Biologi · BAB 2 METABOLISME
IdunKistinnah

24/08/2021 17:04:16

SMA 12 K-13

Lihat Katalog Lainnya
Halaman

Biologi SMA/MA Kelas XII

33

Perhatikan Gambar 2.1!

Gambar 2.1 Orang berteduh di bawah pohon

Sumber: Haryana, 2007

METABOLISME

2

Tujuan Pembelajaran

Pada bab ini Anda akan mempelajari materi tentang metabolisme. Dengan

mempelajari materi ini diharapkan Anda dapat mendeskripsikan fungsi, proses,

dan keterkaitan yang terjadi dalam proses metabolisme.

Kata Kunci

enzim

ATP

oksidasi

reduksi

metabolisme

katabolisme

anabolisme

fotosintensis

respirasi

Tuhan telah menciptakan beraneka ragam makhluk hidup yang saling

bergantung. Seperti tampak pada gambar 2.1. Gambar itu memperlihatkan

orang yang sedang berteduh di bawah pohon pada siang hari yang dapat

merasakan kesejukan dan kesegaran udara di sekitarnya. Udara di sekitarnya

terasa sejuk karena banyak oksigen murni yang berasal dari hasil fotosintesis

yang terjadi pada daun tumbuhan, demikian pula tumbuh-tumbuhan yang

memerlukan CO

2

(karbon dioksida) yang berasal dari udara bebas dan perna-

pasan manusia untuk fotosintesis.

Biologi SMA/MA Kelas XII

34

PETA KONSEP

Katabolisme

Metabolisme

Enzim

Anabolisme

Apoenzim

Gugus Prostatik

Glukosa

Kemosintesis

Gerak

Anaerob

Glikolisis

Siklus

Krebs

Rantai

elektron

Fermentasi

dikenal dengan

terdiri atas

sebagai katalisator

tersusun dari

matahari

sumber energi

reaksi pemecahan

meliputi

merupakan proses

melalui 3 tahap

melalui 3 tahap

reaksi penyusunan

Respirasi

kimia

Fotosintesis

Aliran elektron

Siklus Calvin

Glukosa

Fotosintesis

Biologi SMA/MA Kelas XII

35

Fotosintesis sebenarnya merupakan suatu proses pembentukan senyawa

kimia kompleks dari senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan

sinar matahari. Hasil akhir dari fotosintesis berupa karbohidrat yang akan

digunakan sebagai sumber makanan dan oksigen yang terlepas ke udara

bebas sehingga orang yang berada di sekitarnya dapat menghirup udara segar.

Oksigen yang dihasilkan tumbuhan diperlukan manusia dan hewan

untuk bernapas. Pernapasan atau respirasi sebenarnya merupakan proses

penguraian ikatan kimia molekul kompleks menjadi molekul sederhana yang

terjadi dalam sel tubuh. Untuk mengetahui proses fotosintesis dan respirasi

yang terjadi dalam sel makhluk hidup, pelajari materi berikut dengan cermat!

Coba pikirkan, dari manakah tumbuhan dan manusia mendapatkan

energi? Tumbuhan merupakan makhluk hidup yang

autotrof

, yaitu makhluk

hidup yang mampu menghasilkan makanannya sendiri. Makanannya itu

dalam bentuk senyawa kimia, yang diperoleh melalui proses fotosintesis

dalam daun.

Ingatlah kembali proses fotosintesis yang sudah Anda pelajari di SMP/

MTs! Fofosintetis merupakan suatu peristiwa penggabungan zat anorganik

(seperti unsur C, H, dan O) menjadi zat organik berupa senyawa glukosa

(karbohidrat), dengan menggunakan energi matahari. Secara sederhana,

reaksi fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut:

Sinar matahari

6CO

2

+ 6H

2

OC

6

H

12

O

6

+ 6O

2

Klorofil

Peristiwa fotosintesis hanya terjadi dan berlangsung jika terdapat klorofil

dan sinar matahari. Klorofil merupakan pigmen hijau berbentuk butiran-

butiran, terletak di dalam kloroplas yang terdapat di daun. Klorofil memiliki

sifat mampu menangkap dan memantulkan sinar dalam gelombang yang

berbeda (

fluoresen

). Klorofil kadang-kadang dapat juga dijumpai pada

batang tumbuhan, karena daunnya telah mengalami modifikasi bentuk dan

fungsi dari daun ke batang, contohnya tanaman kaktus.

Biologi SMA/MA Kelas XII

36

2. Manusia

Manusia hidup selalu membutuhkan energi, bagaimana caranya menda-

patkan energi? Makan dan bernapas (respirasi) merupakan cara yang dilaku-

kan manusia untuk memperoleh energi. Respirasi merupakan suatu proses

menghasilkan energi yang diperlukan untuk memecah molekul kompleks

menjadi molekul yang lebih sederhana, utamanya molekul gula sederhana

menjadi karbondioksida dan uap air serta energi.

Secara sederhana, reaksi respirasi dapat dituliskan sebagai berikut.

C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

6H

2

O + 6CO

2

+ energi

Perhatikan reaksi kimianya, jika kita lihat reaksinya berkebalikan dengan

reaksi fotosintesis. Tahukah Anda proses kimia yang menyangkut respirasi

sebenarnya adalah kompleks, yaitu proses kimia yang ditandai dengan

rentetan reaksi kimia yang akan kita pelajari pada sub bab berikutnya.

A METABOLISME

Seperti yang Anda ketahui dalam proses penyediaan energi, baik pada

tumbuhan maupun manusia, melalui rentetan reaksi kimia. Jika seluruh reaksi

kimia terjadi dalam sel makhluk hidup, maka reaksinya disebut reaksi biokima.

Seluruh proses atau reaksi biokimia yang terjadi dalam sel disebut

metabolisme

.

Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat

awal dan diakhiri dengan produk akhir, yang terjadi dalam sel. Perlu Anda

ketahui reaksi tersebut meliputi reaksi penyusunan energi (

anabolisme

) dan

reaksi penggunaan energi (

katabolisme

). Dalam reaksi biokimia terjadi

perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain, misalnya energi kimia

dalam bentuk senyawa Adenosin Trifosfat (

ATP

) diubah menjadi energi gerak

untuk melakukan suatu aktivitas seperti bekerja, berlari, jalan, dan lain-lain.

Proses metabolisme yang terjadi di dalam sel makhluk hidup seperti pada

tumbuhan dan manusia pada Gambar 2.1 di depan, melibatkan sebagian be-

sar enzim (

katalisator

) baik berlangsung secara sintesis (

anabolisme

) dan respirasi

(

katabolisme

). Apa peran enzim di dalam reaksi kimia yang terjadi di dalam

sel? Pada saat berlangsungnya peristiwa reaksi biokimia di dalam sel, enzim

bekerja secara spesifik. Enzim mempercepat reaksi kimia yang menghasilkan

senyawa ATP dan senyawa-senyawa lain yang berenergi tinggi seperti pada

proses respirasi, fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, dan lemak.

Biologi SMA/MA Kelas XII

37

Senyawa Adenosin Trifosfat (

ATP

) merupakan molekul kimia berenergi

tinggi. Berasal dari manakah energi itu? Molekul Adenosin Trifosfat (

ATP

)

berasal dari perubahan glukosa melalui serangkaian reaksi kimia yang pan-

jang dan kompleks. Energi yang terkandung dalam glukosa tersebut berupa

energi ikatan kimia yang berasal dari proses transformasi energi sinar mata-

hari. Transformasi energi tersebut dalam biologi dapat digambarkan melalui

Gambar 2.2 sebagai berikut.

Bagan itu dapat dijelaskan sebagai berikut.

1. Selama proses fotosintesis, energi matahari yaitu dalam bentuk radiasi

atau pancaran cahaya matahari matahari berubah menjadi energi kimia

dalam ikatan senyawa organik. Lambang f merupakan frekuensi cahaya

dan lambang h merupakan konstanta Planch, yang berkaitan dengan

energi dan frekuensi.

2. Pada waktu dalam respirasi sel, energi kimia dalam senyawa kimia ber-

ubah menjadi persenyawaan yang berupa ATP.

3. Dalam sel, energi kimia ikatan fosfat yang kaya akan energi (ATP) dapat

difungsikan untuk kerja mekanis, listrik, dan kimia.

4. Pada akhirnya energi mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi

panas dalam bentuk “entropi”.

Gambar 2.2 Bagan transformasi energi dalam biologi

Sumber: Ilustrasi Haryana

4H ---> He + 2e + Energi hf

Cahaya

Matahari

Energi Matahari

6CO

2

+ 6H

2

O + nhf

C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

6CO

2

+ 6H

2

O + np

(3)

biologis

(2)

(1)

Energi Kimia

Tumbuhan hijau

Hewan

Panas

Entropi

(4)

Biologi SMA/MA Kelas XII

38

Bagan transformasi energi dalam biologi dapat dibedakan menjadi tiga

proses berikut.

1. Transformasi Energi oleh Klorofil

Energi radiasi sinar matahari yang ditangkap oleh klorofil kemudian

diubah menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis. Energi kimia tersebut

digunakan untuk mensintesis CO

2

dan H

2

O menjadi glukosa dan senyawa

kompleks lainnya sebagai energi pengikat dan penghubung inti-inti atom yang

tersimpan dalam bentuk senyawa karbohidrat (sebagai bahan makanan). Jadi,

energi radiasi matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi energi

potensial dan energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan

bahan makanan lainnya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atom-

atom bakunya.

2. Transformasi Energi oleh Mitokondria

Di dalam mitokondria energi kimia digunakan untuk mengubah karbohi-

drat dan senyawa lainnya sebagai energi ikatan fosfat melalui respirasi sel

untuk oksidasi DNA, RNA, protein, dan lemak. Mitokondria banyak terdapat

pada sel-sel otot makhluk hidup dan sel-sel saraf.

3. Transformasi Energi oleh Sel

Jika sel melakukan kegiatan, maka energi kimiawi dari ikatan fosfat akan

terlepas dan berubah menjadi energi bentuk lain seperti energi mekanik

untuk kerja kontraksi otot, energi listrik untuk meneruskan impuls saraf,

energi sintesis untuk membangun senyawa pertumbuhan, serta sisanya akan

mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi panas.

Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, pada saat berlangsungnya

proses metabolisme dalam sel makhluk hidup, ada beberapa komponen penting

yang berperan di dalamnya yaitu adanya aktivitas enzim, dihasilkan energi

tinggi berupa

Adenosin Trifosfat

(ATP) dan reaksi oksidasi reduksi (pelepasan

dan pembebasan) elektron.

Biologi SMA/MA Kelas XII

39

B KOMPONEN-KOMPONEN YANG BERPERAN

DALAM METABOLISME

Untuk memperlancar berlangsungnya proses reaksi metabolisme dalam

sel makhluk hidup melibatkan komponen-komponen penting yang sangat

berperan sebagai penunjangnya. Tanpa komponen-komponen penunjang itu,

maka proses reaksinya tidak akan berjalan dengan lancar. Komponen-kom-

ponen yang sangat berperan dalam proses metabolisme sel makhluk hidup

terdiri atas enzim, Adenosin Trifosfat (ATP), reaksi oksidasi reduksi dengan

penjelasan sebagai berikut.

1. Enzim

Enzim merupakan senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan

oleh sel dan berperan sebagai katalisator yang dinamakan

biokatalisator

. Jadi,

enzim dapat mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang

berlangsung di dalam sel. Perlu Anda ingat, walaupun enzim dibuat di dalam

sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel.

Reaksi yang dapat dikendalikan oleh enzim antara lain respirasi, fotosintesis,

pertumbuhan, dan perkembangan, kontraksi otot, pencernaan dan fiksasi

nitrogen.

Secara kimia enzim terdiri atas dua bagian (enzim lengkap/

holoenzim

),

yaitu bagian protein (

apoenzim

) dan bagian bukan protein (

gugus prostetik

)

yang dihasilkan dalam sel makhluk hidup. Jika gugus prostetiknya berasal

dari senyawa organik kompleks (misalnya, NADH, FADH, koenzim A dan

vitamin B) disebut koenzim, apabila berasal dari senyawa anorganik (misal-

nya, besi, seng, tembaga) disebut

kofaktor

. Apakah semua senyawa organik

yang dihasilkan oleh makhluk hidup adalah enzim? Apa ciri-cirinya?

Senyawa organik yang merupakan enzim memiliki ciri-ciri yaitu enzim

adalah protein, diperlukan dalam jumlah yang sedikit, dapat digunakan

berulang kali, bekerja secara khusus, rusak oleh panas, dan sensitif terhadap

keadaan lingkungan yang terlalu asam atau terlalu basa.

Enzim memiliki sifat khusus, yaitu hanya dapat mengakatalisis suatu

reaksi tertentu, sebagai contoh enzim lipase hanya dapat mengkatalisis reaksi

perubahan dari lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Reaksinya sebagai

berikut.

Lipase

Lemak

Gliserol + Asam lemak

Biologi SMA/MA Kelas XII

40

Sifat khusus enzim lainnya

adalah tidak ikut bereaksi, artinya

enzim hanya memproses substrat

(contohnya, lemak) menjadi produk

(contohnya, gliserol dan asam lemak)

tanpa ikut mengalami perubahan

dalam reaksi itu.

Bahan tempat kerja enzim dise-

but substrat dan hasil dari reaksi

disebut produk. Dengan demikian

enzim dapat digunakan kembali un-

tuk mengkatalisis reaksi yang sama,

berikutnya. Mekanisme kerja enzim

dapat Anda lihat pada Gambar 2.3.

Secara sederhana cara kerja

enzim dapat digambarkan dengan kunci dan gembok. Kompleks enzim dapat

tumbuh pada substrat karena pada permukaan enzim terdapat sisi aktif. Sisi

aktif tersebut mempunyai konfigurasi aktif tertentu dan hanya substrat

tertentu yang dapat bergabung dan menyebabkan enzim dapat bekerja secara

spesifik. Secara sederhana reaksi enzim dituliskan:

E

+

S

ES

E + P

(Enzim) (Substrat) (

Kompleks enzim-substrat)

(Enzim)

(Hasil)

Sifat-sifat enzim selain sebagai biokatalisator dan sebagai suatu protein,

enzim mempunyai sifat yaitu berperan tidak bolak-balik. Artinya enzim dapat

bekerja menguraikan suatu substrat menjadi substrat tertentu dan tidak

sebaliknya dapat menyusun substrat sumber dari hasil penguraian, misalya

enzim

protease

dapat menguraikan protein menjadi asam amino, tetapi tidak

menggabungkan asam aminonya menjadi protein.

Enzim menjadi rusak apabila berada pada suhu yang terlalu panas atau

terlalu dingin. Sebagian besar enzim akan rusak pada suhu di atas 60

o

C

karena proteinnya (gugus prostetik) menggumpal (koagulasi). Jika telah

rusak maka tidak akan berfungsi lagi meskipun berada pada suhu normal,

rusaknya enzim oleh panas disebut

denaturasi

. Selain itu, kerja enzim juga

dapat terhalang oleh zat lain. Zat yang dapat menghambat kerja enzim

disebut

inhibitor

, contohnya CO, Arsen, Hg, dan Sianida. Sebaliknya zat

yang dapat mempercepat jalannya reaksi disebut

aktivator

, contohnya ion

Mg

2+

, Ca

2+

, zat organik seperti koenzim-A.

Sumber: Ilustrasi Haryana

Gambar 2.3 Hubungan enzim dan substrat

Biologi SMA/MA Kelas XII

41

KEGIATAN

KELOMPOK 1

Enzim dapat bekerja optimal pada pH tertentu, misalnya enzim lipase,

pH optimal 5,7–7,5. Aplikasi pH yang tidak cocok maka sifat kerja enzim

dapat menyebabkan ionisasi dari gugus karboksil dan amino dari bagian-

bagian enzim yang tersusun atau apoenzim dan dapat menyebabkan dena-

turasi, oleh karena itu akan terjadi tambahan struktur enzim sehingga tidak

dapat bekerja dengan baik. Agar lebih jelas lakukan kegiatan kelompok 1

berikut.

Tujuan

: Mengetahui sifat-sifat enzim

Alat dan Bahan

:

1. Air jeruk

3. Gelas

2. Air susu

Cara Kerja

:

1. Sediakan terlebih dahulu bahan-bahan dan alat tersebut.

2. Tuangkan air susu ke dalam gelas, lalu amatilah larutan tersebut.

3. Masukkan air jeruk secukupnya ke dalam air susu yang sudah

dituangkan dalam gelas tadi.

4. Amatilah dan perhatikan perubahan yang terjadi.

5. Apakah air susu tersebut akan mengental atau akan lebih encer?

Mengapa hal tersebut bisa terjadi?

6. Setelah Anda amati kesimpulan apa yang Anda dapatkan,

diskusikan dengan teman-teman sekelmpok Anda!

7. Bandingkan hasil Anda dengan kelompok lain kemudian presenta-

sikan di depan kelas!

Perlu Anda ketahui juga penamaan enzim pada umumnya disesuaikan

oleh nama substrat yang dipecah atau dikatalisis oleh enzim dan biasanya

diberi akhiran -

ase

. Beberapa jenis enzim dan peranannya dapat Anda lihat

pada Tabel 2.1

Biologi SMA/MA Kelas XII

42

Tabel 2.1 Jenis-Jenis Enzim dan Peranannya

2. Adenosin Trifosfat (ATP)

Adenosin Trifosfat

(ATP) merupakan senyawa kimia berenergi tinggi,

tersusun dari ikatan adenin purin terikat pada gula yang mengandung 5 atom

C, yaitu ribose dan tiga gugus fosfat. Meskipun digolongkan sebagai molekul

berenergi tinggi, ikatan kimianya labil dan mudah melepaskan gugus fosfatnya.

Pada saat sel membutuhkan energi, ATP dapat segera dipecah melalui reaksi

hidrolisis (reaksi dengan air) dan terbentuk energi yang sifatnya mobil sehingga

dapat diangkut dan digunakan oleh seluruh bagian sel tersebut.

No.

Golongan Enzim

Jenis Enzim

Peranan Enzim

1.

Karbohidrase

a. Selulose

Meng

uraikan selulosa (polisakarida)

menjadi selabiosa (disakarida)

b. Amilase

Menguraikan amilum (polisakarida)

menjadi maltosa (disakarida)

c. Pektinase

Menguraikan pektin menjadi asam

pektin

d. Maltose

Menguraikan maltosa menjadi

glukosa

e. Sukrose

Mengubah sukrosa menjadi glukosa

dan fruktosa

f. Laktose

Mengubah laktosa menjadi glukosa

dan galaktosa

2.

Protease

a. Pepsin

Memecah protein menjadi pepton

b. Tripsin

Menguraikan pepton menjadi asam

amino

c. Entrokinase Meng

uraikan pepton menjadi asam

amino

d. Peptidase

Menguraikan peptida menjadi asam

amino

e. Renin

Meng

uraikan kasein dan susu

f. gelatinase

Menguraikan gelatin

3.

Esterase

a. Lipase

Menguraikan lemak menjadi

gliserol dan asam lemak

b. Fostatase

Menguraikan suatu ester hingga

terlepas asam fosfornya

Biologi SMA/MA Kelas XII

43

Agar lebih jelas untuk memahami

struktur molekul ATP, perhatikan

baik-baik Gambar 2.4!

Energi yang dikandung ATP, jika

akan digunakan terlebih dahulu di-

pecah melalui reaksi hidrolisis de-

ngan cara melepaskan 2 ikatan fosfat,

yaitu antara ikatan fosfat kedua dan

ketiga kemudian dihasilkan

Adenosin

Difosfat

(ADP). Pada reaksi hidrolisis

tersebut akan dihasilkan energi yang

dapat digunakan oleh sel untuk ber-

bagai aktivitasnya. Perubahan ATP

menjadi ADP diikuti dengan pembe-

basan energi sebanyak 7,3 kalori/

mol. Peristiwa perubahan ATP men-

jadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik, reaksinya sebagai berikut.

ATP ADP + P + 7,3 kalori/mol

Karena fungsi ATP sebagai penyimpan energi yang sewaktu-waktu siap

digunakan dan bersifat universal (reaksi bolak balik), maka disebut sebagai

universal energy carrier

. Sel dalam menggunakan energi ATP tersebut sangat

efektif karena hanya berlangsung satu sistem yaitu dengan hanya mengambil

energi dari sumber ATP.

3. Reaksi Oksidasi-Reduksi (Redoks)

Reaksi metabolik yang terjadi dalam sel melibatkan reaksi oksidasi dan

reaksi reduksi. Apa yang dimaksud reaksi oksidasi dan reaksi reduksi itu?

Reaksi oksidasi

adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan pelepasan

elektron dari satu atom atau senyawa, sebaliknya

reaksi reduksi

adalah suatu

reaksi yang melibatkan oksigen dengan penambahan elektron dari satu atom

atau senyawa.

Di dalam sel, kedua reaksi tersebut terjadi secara bersamaan (

simultan

),

artinya jika elektron dipindahkan dari molekul sebagai pemberi (

donor

)

elektron maka ada molekul lain yang bertindak sebagai penerima (

akseptor

)

elektron. Dengan demikian, donor elektron menjadi molekul yang teroksidasi

sedangkan akseptor menjadi molekul yang tereduksi. Reaksi simultan antara

oksidasi dan reduksi disebut dengan

reaksi redoks

. Terjadinya

reaksi redoks

dalam sel, dapat Anda lihat pada Gambar 2.5 berikut ini.

Gambar 2.4 Struktur molekul ATP

Sumber: Ilustrasi Haryana

Biologi SMA/MA Kelas XII

44

Pada umumnya, reaksi redoks

yang terjadi di dalam sel merupakan

reaksi dengan terjadinya pemin-

dahan elektron dalam bentuk

hidrogen (H

+

) yang mengandung satu

proton (e

-

). Ada dua koenzim yang

penting dalam reaksi Redoks pada

metabolisme sel yang bertindak

sebagai pembawa elektron (elektron

carriers), yaitu koenzim Nikotina-

mid Adenin Dinukleotida (NAD)

dan Flavin Adenin Dinukleotida

(FAD). Per-hatikanlah struktur NAD

seperti pada Gambar 2.6.

Kedua koenzim tersebut mem-

punyai struktur yang serupa (iden-

tik), jika molekul NAD direduksi

menjadi molekul NADH

2

maka

dua elektron (H

2+

) dan satu proton

(e

-

) akan ditambahkan ke dalam molekul NAD menjadi NADH

2

. Selama

perpindahan elektron tersebut dalam suatu seri reaksi berantai akan

menghasilkan energi tinggi dalam bentuk ATP yang siap digunakan oleh sel.

Berdasarkan uraian di atas, dapat diketahui bahwa proses metabolisme

dalam sel makhluk hidup terjadi reaksi yang sifatnya pemecahan senyawa

ikatan kimia kompleks menjadi senyawa ikatan kimia sederhana, yang

disebut reaksi

katabolisme.

Gambar 2.5 Reaksi oksidasi reduksi (redoks)

Sumber: Ilustrasi Haryana

Gambar 2.6 Struktur NAD

Sumber: Ilustrasi Haryana

a. Pemindahan suatu elektron

b. Suatu atom H dapat dipindahkan bersama

elektron

Biologi SMA/MA Kelas XII

45

C KATABOLISME

Telah dijelaskan sebelumnya, bahwa katabolisme merupakan reaksi

pemecahan atau penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi senyawa

yang lebih sederhana (anorganik). Dalam reaksi penguraian tersebut dapat

dihasilkan energi yang berasal dari terlepasnya ikatan-ikatan senyawa kimia

yang mengalami penguraian. Tetapi energi yang dihasilkan itu tidak dapat

langsung digunakan oleh sel, melainkan harus diubah dalam bentuk senyawa

Adenosin Trifosfat

(ATP) yang mengandung energi tinggi. Tujuan utama

reaksi katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di

dalam senyawa sumber, yaitu

Adenosin Trifosfat

(ATP). Reaksi penguraian

energi pada katabolisme, secara umum dikenal dengan proses

respirasi

.

1. Respirasi

Respirasi merupakan proses pembebasan energi kimia dalam tubuh

organisme melalui reaksi oksidasi (penambahan oksigen) pada molekul

organik. Dari peristiwa tersebut akan dihasilkan energi dalam bentuk

Adenosin Trifosfat (ATP) dan CO

2

serta H

2

O (sebagai hasil sisa).

C

6

H

12

0

6

+ 6O

2

6CO

2

+ 6H

2

O + 38 ATP

Jika molekul yang digunakan

sebagai substrat untuk dioksidasi adalah

gula yaitu glukosa, maka prosesnya

terdiri atas tiga tahap, yaitu

glikolisis,

dekarboksilasi oksidatif

(

siklus Krebs

) dan

fosforilasi oksidatif

(

transpor elektron

).

a. Glikolisis (Respirasi Aerob)

Glikolisis merupakan reaksi

tahap pertama sec

ara aerob (cukup

oksigen) yang berlangsung dalam

mitokondria. Glikolisis

ini terjadi pada

saat sel memecah molekul glukosa

yang mengandung 6 atom C (6C)

menjadi 2 molekul asam piruvat

yang mengandung 3 atom C (3C)

yang melalui dua rangkaian reaksi

yaitu rangkaian I (pelepasan energi)

dan rangkaian II (membutuhkan

oksigen) dengan uraian sebagai

berikut.

Gambar 2.7 Reaksi glikolisis

Sumber: Ilustrasi Haryana

Biologi SMA/MA Kelas XII

46

Rangkaian I

Rangkaian I (pelepasan energi) berlangsung di dalam sitoplasma (dalam

kondisi anaerob) yaitu diawali dari reaksi penguraian molekul glukosa menjadi

glukosa-6-fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP dan melepas 1 P. Jika

glukosa-6-fosfat mendapat tambahan 1 P menjadi fruktosa-6-fosfat kemudian

menjadi fruktosa 1,6 fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP yang

melepas 1 P. Jadi untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa 1,6 fosfat, energi

yang dibutuhkan sebanyak (-2) ATP. Selanjutnya fruktosa 1,6 fosfat masuk ke

mitokondria dan mengalami lisis (pecah) menjadi dehidroksik aseton fosfat dan

fosfogliseraldehid.

Rangkaian II

Rangkaian II (membutuhkan oksigen) berlangsung di dalam mitokondria

(dalam kondisi awal), molekul fosfogliseraldehid yang mengalami reaksi

fosforilasi (penambahan gugus fosfat) dan dalam waktu yang bersamaan,

juga terjadi reaksi dehidrogenasi (pelepasan atom H) yang ditangkap oleh

akseptor hidrogen, yaitu koenzim NAD. Dengan lepasnya 2 atom H,

fosfogliseraldehid berubah menjadi 2x1,3-asam difosfogliseral kemudian

berubah menjadi 2

u

3-asam fosfogliseral yang menghasilkan (+2) energi ATP.

Selanjutnya 2

u

3-asam fosfogliseral tersebut berubah menjadi 2

u

asam

piruvat dengan menghasilkan (+2) energi ATP serta H

2

O (sebagai hasil sisa).

Jadi, energi hasil akhir bersih untuk mengubah glukosa menjadi 2 x asam

piruvat, adalah:

Energi yang dibutuhkan Tahap I : (-2) ATP

Energi yang dihasilkan Tahap II

: (+4) ATP

Energi hasil akhir bersih

: 2 ATP

Pada perjalanan reaksi berikutnya, asam piruvat tergantung pada

ketersediaan oksigen dalam sel. Jika oksigen cukup tersedia, asam piruvat

dalam mitokondria akan mengalami

dekarboksilasi oksidatif

yaitu mengalami

pelepasan CO

2

dan reaksi oksidasi dengan pelepasan 2 atom H (

reaksi

dehidrogenasi

). Selama proses tersebut berlangsung, maka asam piruvat akan

bergabung dengan koenzim A (

KoA–SH

) yang membentuk asetil koenzim

A (asetyl KoA). Dalam suasana aerob yang berlangsung di membran krista

mitakondria terbentuk juga hasil yang lain, yaitu NADH

2

dari NAD yang

menangkap lepasnya 2 atom H yang berasal dari reaksi dehidrogenasi.

Kemudian kumpulan NADH

2

diikat oleh rantai respirasi di dalam mitokon-

dria. Setelah asam piruvat bergabung dengan koenzim dan membentuk asetil

Co-A kemudian masuk dalam tahap siklus Krebs.

Biologi SMA/MA Kelas XII

47

b. Siklus Krebs/Siklus Asam Sitrat

Penjabaran selanjutnya, asetil Ko-A yang masuk dalam tahap kedua

yaitu siklus Krebs atau siklus asam sitrat. Mengapa pada tahapan kedua ini

dinamakan siklus Krebs? Siklus Krebs berasal dari nama penemuannya yaitu

Sir Hans Krebs (1980-1981), seorang ahli biokimia Jerman yang menge-

mukakan bahwa glukosa secara perlahan dipecah di dalam mitokondria

sel dengan suatu siklus dinamakan siklus Krebs.

Asetil koenzim A masuk siklus Krebs melalui reaksi hidrolisis dengan

melepas koenzim A dan gugus asetil (mengadung 2 atom C), kemudian

bergabung dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6

atom C). Energi yang digunakan untuk pembentukan asam sitrat berasal

dari ikatan asetil koenzim A. Selanjutnya, asam sitrat (C6) secara bertahap

menjadi asam oksaloasetat (C4) lagi yang kemudian akan bergabung dengan

asetil Ko–A. Peristiwa pelepasan atom C diikuti dengan pelepasan energi

tinggi berupa ATP yang dapat langsung digunakan oleh sel. Selama

berlangsungnya reaksi oksigen yang diambil dari air untuk digunakan

mengoksidasi dua atom C menjadi CO

2

, proses tersebut disebut

dekarboksilasi

oksidatif

. Dalam setiap oksidasi 1 molekul asetil koenzim A akan dibebaskan

1 molekul ATP, 8 atom H, dan 2 molekul CO

2

. Atom H yang dilepaskan itu

kemudian ditangkap

oleh

Nikotinamid Adenin

Dinukleotida

(NAD) dan

Flavin Adenin Dinukleo-

tida

(FAD) untuk dibawa

menuju sistem transpor

yang direaksikan dengan

oksigen menghasilkan

air. Secara skematis siklus

Krebs dapat dilihat pada

Gambar 2.8.

Tampak pada Gam-

bar 2.8 bahwa asetil Ko–

A melepas 2 atom C-nya

yang ditangkap oleh ok-

saloasetat menjadi asam

sitrat. Karena adanya

penambahan dan pele-

pasan H

2

O, selanjutnya

asam sitrat diubah men-

jadi asam isositrat. Asam

isositrat kemudian mele-

paskan gugus karboksil

Sumber: Ilustrasi Haryana

Gambar 2.8 Siklus Krebs

Biologi SMA/MA Kelas XII

48

(CO

2

) terbentuk asam

D

-Ketoglutamat yang disertai dengan pelepasan

hidrogen dan elektron yang ditangkap NAD membentuk NADH. Selanjut-

nya asam

D

-Ketoglutamat juga melepaskan gugus karboksit (CO

2

) disertai

dengan pelepasan hidrogen dan elektron yang ditangkap NAD membentuk

NADH. Asam

D

-Ketoglutamat lalu berikatan dengan molekul Ko-A mem-

bentuk suksinat Ko–A. KoA kemudian dilepas dan digantikan oleh fosfat

(P) berasal dari GTP, terikat pada ADP membentuk ATP, menyebabkan

suksinil Ko-A berubah menjadi asam suksinat. Asam suksinat melepaskan

2 hidrogen (2H) dan elektron yang ditangkap FAD membentuk FADH2,

asam suksinat berubah menjadi asam fumarat. Kemudian asam fumarat

dapat menggunakan air (H

2

O) menjadi asam malat, selanjutnya asam malat

melepaskan hidrogen dan elektron ditangkap oleh NAD

+

membentuk

NADH. Dan akhirnya asam malat berubah menjadi asam oksaloasetat. Asam

aksaloasetat yang mendapat transfer 2 atom karbon (2C) dari asetil Ko-A

akan menjadi siklus Krebs kembali.

Pada akhir siklus Krebs ini akan terbentuk kembali asam oksaloasetat

yang berikatan dengan molekul asetil koenzim A yang lain dan berlangsung

kembali siklus Krebs, karena selama reaksi oksidasi pada molekul glukosa

hanya dihasilkan 2 molekul asetil koenzim A, maka siklus Krebs harus ber-

langsung sebanyak dua kali. Jadi hasil bersih dari oksidasi 1 molekul glukosa

akan dihasilkan 2 ATP dan 4 CO

2

serta 8 pasang atom H yang akan masuk

ke rantai transpor elektron.

c. Rantai Transpor Elektron

Sebelum masuk rantai tanspor elektron yang berada dalam mitokondria,

8 pasang atom H yang dibebaskan selama berlangsungnya siklus Krebs akan

ditangkap oleh NAD dan FAD menjadi NADH dan FADH. Pada saat masuk

ke rantai transpor elektron, molekul tersebut mengalami rangkaian reaksi

oksidasi-reduksi (Redoks) yang terjadi secara berantai dengan melibatkan

beberapa zat perantara untuk menghasilkan ATP dan H

2

O. Beberapa zat

perantara dalam reaksi redoks, antara lain flavoprotein, koenzim A dan Q

serta sitokrom yaitu sitokrom a, a

3

, b, c, dan c

1

. Semua zat perantara itu

berfungsi sebagai pembawa hidrogen/pembawa elektron (

electron carriers

).

Apakah yang dihasilkan dari reaksi rantai transpor elektron? Jika Anda

lihat dengan baik pada gambar reaksi rantai transpor elektron, bahwa untuk

1 molekul NADH

2

yang masuk ke rantai transpor elektron dapat dihasilkan

3 molekul ATP sedangkan dari 1 molekul FADH

2

dapat dihasilkan 2 molekul

ATP.

Biologi SMA/MA Kelas XII

49

Jadi, selama reaksi oksidasi dari 1 molekul glukosa dapat dihasilkan 38

ATP, terdiri atas 2 ATP dari glikolisis, 2 ATP dari dekarboksilasi oksidatif

dan 6 ATP dari siklus Krebs (berasal dari 10 NADH

2

) serta 4 ATP dari siklus

Krebs (berasal dari FADH

2

), jika dijumlahkan akan diperoleh hasil seperti

berikut.

1) Energi ATP berasal dari 10 NADH

2

selama 3 kali = 3 x (2+2+6)

= 34

2) Energi ATP berasal dari 2 NADH

2

selama 2 kali

= 2 x 2

= 4

d. Respirasi Anaerob (Fermentasi)

Pada kebanyakan tumbuhan dan hewan, respirasi yang berlangsung

adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob

terhambat karena sesuatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut melang-

sungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya

oksigen, yang disebut respirasi anaerob.

Respirasi anaerob merupakan reaksi pemecahan karbohidrat untuk

mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Perlu Anda ketahui sel

jamur dan bakteri dapat melakukan respirasi anorganik. Demikian juga apabila

kita melakukan konstraksi otot terlalu kuat misalnya berlari-lari, maka sel-sel

jaringan otot kita juga melakukan respirasi anaerob. Pada keadaan oksigen

yang tidak mencukupi untuk respirasi maka terjadi penimbunan asam laktat

di dalam sel dan akan menimbulkan kelelahan. Proses penguraian pada

respirasi anaerob disebut

fermentasi

.

Sumber: Ilustrasi Haryana

Gambar 2.9 Bagan transformasi energi dalam Biologi

Biologi SMA/MA Kelas XII

50

Dari hasil akhir fermentasi, jenis fermentasi dibedakan menjadi

fermentasi asam laktat/asam susu, dan fermentasi alkohol.

1) Fermentasi Asam Laktat

Jika dilihat dari namanya maka hasil akhir dari fermentasi adalah asam

laktat atau asam susu. Kelelahan yang terjadi pada manusia karena bergerak

melebihi kemampuan, sehingga terbentuk asam laktat sebagai akhir dari

fermentasi pada tubuh.

Reaksinya : C

6

H

12

O

6

2 C

2

H

5

OCOOH + Energi

enzim

Prosesnya :

a) Glukosa

asam piruvat (proses glikolisis).

enzim

C

6

H

12

O

6

2 C

2

H

3

OCOOH + Energi

b) Dehidrogenasi asam piruvat akan terbentuk asam laktat.

2 C

2

H

3

OCOOH + 2 NADH

2

2 C

2

H

5

OCOOH + 2 NAD

piruvat dehidrogenasi

Energi yang terbentuk dari glikolisis akan menghasilkan asam piruvat,

selanjutnya asam piruvat menjadi asam laktat:

8ATP - 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

2) Fermentasi Alkohol

Pernahkah Anda makan “peuyem”? Peuyem adalah makanan khas dari

daerah Jawa Barat. Makanan ini merupakan hasil fermentasi yaitu makanan

dari singkong yang diberi ragi, melalui fermentasi alkohol.

Proses fermentasi ini dimulai dengan glikosis yang menghasilkan asam

piruvat. Reaksi ini tidak ada oksigen, sehingga asam piruvat diubah menjadi

asam laktat, yang mengakibatkan elektron tidak meneruskan perjalanannya

sehingga tidak lagi menerima eletron dari NADH dan FAD. Berarti NADH

yang diperlukan dalam siklus Krebs juga tidak terbentuk, akibatnya siklus

krebs terhenti. Tetapi NADH di luar mitokondria dapat dibentuk dari

NADH melalui proses pembentukan asam laktat dari asam piruvat. Perlu

Anda ketahui asam laktat adalah zat kimia yang merugian karena bersifat

racun.

Biologi SMA/MA Kelas XII

51

Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena

asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO

2

, selanjutnya asam asetat

diubah menjadi alkohol.

Pada fermentasi alkohol, 1 molekul glukosa hanya dapat menghasil-

kan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa

mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Pada peristiwa ini terjadi pengubahan NADH menjadi NAD + sehingga

proses glikolisis dapat terjadi, dengan demikian asam piruvat yang tersedia

untuk diubah menjadi energi.

Reaksinya :

a) Gula (C

6

H

12

O

6

)

asam piruvat (glikolisis)

b) Dekarboksilasi asam piruvat.

Asam piruvat

asetaldehid + CO

2

.

piruvat dekarboksilase

(CH

3

CHO)

c) Asetaldehid oleh alkohol dehidrogenase diubah menjadi alkohol

(etanol).

2 CH

3

CHO + 2 NADH

2

2 C

2

H

5

OH + 2 NAD.

alkohol dehidrogenase

enzim

Ringkasan reaksi :

C

6

H

12

O

6

2 C

2

H

5

OH + 2 CO

2

+ 2 NADH

2

+ Energi

3) Fermentasi Asam Cuka

Fermentasi asam cuka merupakan fermentasi yang berlangsung dalam

keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (

Acetobacter

aceti

) dengan substrat etanol.

Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan

oleh fermentasi alkohol secara anaerob.

Reaksi:

aerob

C

6

H

12

O

6

2 C

2

H

5

OH

2 CH

3

COOH + H

2

O + 116 kal

(glukosa)

asam cuka

Biologi SMA/MA Kelas XII

52

2. Katabolisme Lemak dan Protein

Tahukah Anda bahwa sel-sel dalam tubuh mendapatkan energi bukan

hanya dari karbohidrat, tetapi berasal juga dari protein dan lemak. Ingatlah

kembali sumber dan fungsi dari protein, serta lemak! Protein dan lemak

yang masuk dalam tubuh harus dipecah terlebih dahulu yang dibantu oleh

suatu enzim untuk digunakan sel.

Protein melalui proses hidrolisis diubah menjadi asam amino. Beberapa

asam amino dapat diubah menjadi asam piruvat dan asetil koenzim A setelah

terlepasnya gugus amin dari asam amino yang dilepas, kemudian gugus

amin tersebut akan dibawa ke hati dan akan dirombak menjadi amoniak

(NH

3

) yang nantinya dibuang bersama dengan urin, 1 gram protein dapat

menghasilkan energi yang setara dengan 1 gram karbohidrat.

Tentu Anda masih ingat bahwa masuknya lemak ke dalam tubuh harus

dipecah terlebih dahulu menjadi gliserol dan asam lemak. Gliserol tersebut

merupakan suatu senyawa yang mempunyai 3 atom C adalah hasil pemecah-

an lemak kemudian diubah menjadi gliseraldehid 3-fosfat, selanjutnya

gliseraldehid 3-fosfat mengikuti jalur glikolisis akan menjadi piruvat.

Bagaimana dengan asam lemak? Asam lemak sendiri akan pecah menjadi

molekul-molekul yang mempunyai 2 atom C, selanjutnya akan diubah lagi

menjadi asetil koenzim A. Dengan demikian satu molekul glukosa akan

menghasilkan 2 asetil koenzim A dan 1 molekul lemak yang mempunyai C

sejumlah 18 dapat menghasilkan 10 asetil koenzim A, sehingga kita dapat

mengetahui bahwa selama dalam proses katabolisme, energi yang dihasilkan

lemak jauh lebih besar dibandingkan dengan energi yang dihasilkan karbohi-

drat. Perlu Anda ingat bahwa 1 gram karbohidrat dapat menghasilkan energi

sebesar 4,1 kalori, sedangkan 1 gram lemak dapat menghasilkan energi sebe-

sar 9 kalori.

D ANABOLISME

Anabolisme merupakan reaksi proses penyusunan (

sintesis

) senyawa

kompleks dari senyawa sederhana yang berlangsung di dalam sel. Dalam

proses penyusunan senyawa kimia tersebut diperlukan energi. Jika energi

berasal dari sinar matahari akan digunakan untuk proses

fotosintesis

adapun

jika energi berasal dari energi kimia digunakan untuk proses

kemosintesis

.

Biologi SMA/MA Kelas XII

53

KEGIATAN

KELOMPOK 2

1. Fotosintesis

Ingatlah kembali fotosintesis! Persamaan reaksi fotosintesis dapat ditulis-

kan kembali sebagai berikut:

Sinar matahari

6CO

2

+ 6H

2

O C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

Klorofil

Reaksi fotosintesis akan menghasilkan karbohidrat dan oksigen. Untuk

mengetahui bahwa proses fotosintesis menghasilkan karbohidrat, lakukan

Kegiatan Kelompok 2 berikut!

Tujuan

:

Mengetahui proses fotosintesis menghasilkan karbohidrat.

Alat dan Bahan

:

1. Daun tumbuhan hijau

6. Alkohol 94 %

2. Kertas aluminium foil

7. Yodium

3. Gunting

8. Air

4. Gelas

9.

Panci

5. Lem

10.

Kompor/pemanas air

Cara Kerja

:

1. Potonglah kertas ukuran panjangnya kira-kira bisa untuk

membungkus daun tumbuhan yang dijadikan percobaan dan lebar

2 cm, kemudian lubangilah bagian tengahnya dengan diameter

0,5 cm.

2. Bungkuslah sebagian daun tumbuhan yang terkena sinar matahari

langsung dengan kertas timah (dilakukan pada pagi hari).

3. Pada sore hari, petiklah daun itu.

4. Rebuslah air kemudian masukkan daun ke dalam air mendidih

selama 2 manit dan angkatlah

5. Selanjutnya bukalah bungkus aluminium foil, kemudian masuk-

kan daun itu ke dalam alkhohol selama 5 menit kemudian angkat

dan tiriskan.

6. Tetesilah permukaan daun dengan yodium sampai merata.

7. Amatilah perubahan warnanya, jika daun berwarna pucat berarti

tidak terjadi proses fotosintesis sedangkan jika daun berwarna biru

kehitaman berarti terjadi proses fotosintesis.

Biologi SMA/MA Kelas XII

54

8. Buatlah kesimpulan dari kegiatan ini!

9. Diskusikan dengan kelompok Anda kemudian presentasikan di

depan kelas!

Dari Kegiatan Kelompok 2 ini terlihat, bahwa proses fotosintesis yang

terjadi di dalam daun dapat menghasilkan senyawa karbohidrat (

amilum

)

dengan bantuan energi cahaya (

foton

). Sumber energi cahaya (foton) adalah

matahari.

Tahukah Anda bahwa proses fotosintesis terjadi di dalam kloroplas?

Kloroplas terdapat di dalam daging daun (

mesofil

) dan juga dapat ditemukan

pada bagian-bagian lain seperti batang dan ranting yang berwarna hijau.

Di dalam kloroplas terdapat pigmen berwarna hijau yang disebut

klorofil

.

Pigmen inilah yang dapat menyerap energi spektrum cahaya matahari.

Susunan kloroplas terdiri atas membran ganda yang menyelubungi

ruangan berisi cairan (

stroma

). Membran tersebut membentuk suatu sistem

disebut membram

tilakoid

dan bentuknya seperti suatu bangunan kantung

disebut

kantung tilakoid

. Kantung-kantung telakoid itu dapat berbentuk

berlapis-lapis disebut

grana

.

Karena letak klorofil berada pada membran tilakoid, maka proses pengu-

bahan energi cahaya (foton) menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid,

sedangkan proses fotosintesis dengan produk akhir glukosa dan senyawa lain

berlangsung di dalam stroma.

Tahap apa saja yang ada dalam proses fotosintesis? Tahapan dalam

proses fotosintesis merupakan rangkaian dari suatu proses penangkapan

energi cahaya (fotosistem), aliran elektron dan penggunaannya. Klorofil

hanyalah sebagian dari perangkat

fotosistem

untuk menangkap energi cahaya

dalam proses fotosintesis.

a. Fotosistem

Fotosistem

merupakan suatu unit yang terdiri atas klorofil a, kompleks

antene dan akseptor elektron yang mampu menangkap energi cahaya (foton)

matahari. Jika klorofil hanya menyerap cahaya merah, ungu, dan biru kemu-

dian dipantulkan kembali maka terlihat warna hijau. Warna klorofil dapat

berbeda-beda tergantung dari jenis klorofil dan cahaya yang terserap kemu-

dian dipantulkan.

Ada dua macam klorofil, yaitu sebagai berikut.

1) Klorofil a, yaitu klorofil yang memiliki pigmen warna hijau, pigmen me-

rupakan senyawa kimia yang dapat menyerap cahaya tampak.

2) Klorofil b, klorofil yang memiliki pigmen warna kuning sampai jingga

disebut

karoten

memiliki struktur mirip dengan klorofil a.

Biologi SMA/MA Kelas XII

55

Klorofil a dan pigmen-pigmen lain mengelompok di dalam tilakoid

membentuk bangunan unit pigmen, klorofil a terletak di tengah bangunan

yang disebut sebagai

pusat reaksi

. Klorofil a memperoleh energi cahaya dari

akseptor elektron berasal dari sekelompok molekul pada perangkat pigmen

yang dapat menangkap elektron cahaya berenergi tinggi disebut

antene

.

Cahaya yang terserap klorofil a merupakan cahaya yang berenergi tinggi,

sehingga dapat menyebabkan terlemparnya elektron yang ada pada pigmen.

Elektron yang terlempar keluar orbit berada dalam keadaan tidak stabil yang

menyimpan energi tinggi disebut

tereksitasi

. Dalam keadaan demikian,

klorofil berusaha mensuplai elektron dari molekul lain dan dalam waktu

bersamaan H

2

O terpecah menjadi 2H

+

, OH

-

dan elektron (fotolisis), elektron

dari air ini diambil untuk menstabilkan keadaan klorofil kembali.

Pada klorofil a terdapat dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I atau

disebut P700 karena sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang

gelombang 700 nm dan fotosistem II atau disebut P680 yang sensitif terhadap

energi cahaya dengan panjang gelombang 680 nm.

Proses penyerapan energi cahaya dapat mengakibatkan terlepasnya

elektron berenergi tinggi dari klorofil a, selanjutnya disalurkan dan ditangkap

oleh akseptor elektron, maka proses tersebut merupakan awal dari proses

terjadinya proses fotosintesis. Proses berikutnya elektron masuk dalam aliran

elektron, jika elektronnya berasal dari fotosistem I bersifat nonsiklus dan

apabila elektronnya berasal dari fotosistem II bersifat siklus. Di mana letak

perbedaan aliran elektron antara fotosistem I dengan fotosistem II?

b. Aliran Elektron

Perjalanan yang ditempuh oleh elektron ada dua yaitu sebagai berikut.

1) Aliran Elektron Fotosistem I Bersifat Siklus

Cahaya berenergi ting-

gi yang terserap klorofil a

dapat menyebabkan elek-

tron (e

-

) berasal dari foto-

sistem I atau P700 terlempar

keluar orbitnya. Pada saat

perjalanan elektron (e

-

)

berasal dari P700 yang

terlempar keluar orbit ter-

sebut lalu ditangkap oleh

akseptor penerima elektron

seperti plastokuinon atau

sitokrom. Kemudian elek-

tron itu pindah ke akseptor

Gambar 2.10 Pembentukan ATP melalui fotofosforilasi siklik

Sumber: Ilustrasi Haryana

e

e

e

Biologi SMA/MA Kelas XII

56

lain, lalu pindah kembali ke klorofil P700 semula. Selama proses perpindahan

dari akseptor satu ke akseptor lain terdapat energi yang terlepas dari elektron,

energi tersebut digunakan dalam fotofosforilasi siklik dengan produk akhir

berupa ATP, dan tidak dihasilkan NADPH serta O

2

.

ATP digunakan sebagai energi yang dapat dimanfaatkan dalam proses

biologis sel-sel organisme, seperti yang telah kita pelajari sebelumnya. Dalam

hal ini ATP berguna dalam pembentukan karbohidrat. Perlu Anda ketahui

sintesis ATP dalam kloroplas disebut sebagai

fotofosforilasi

.

Apa yang dimaksud fotofosforilasi? Fotofosforilasi adalah peristiwa

bereaksinya senyawa ADP dan asam fosfat menjadi ATP, seperti berikut.

ADP + Pi ---> ATP

2) Aliran Elektron Fotosistem II Bersifat Nonsiklus

Perjalanan aliran elektron fotosistem II, elektronnya (e-) juga berasal dari

P700. Elektron (e

-

) yang terlempar keluar orbit dan ditangkap oleh akseptor

elektron yaitu NADPH

2

kemudian elektron (e

-

) bersamaan dengan 2H

-

berasal

dari pecahan H

2

O mengikuti jalannya elektron siklik pindah ke akseptor lain

seperti plastosianin atau feredoksin.

Selanjutnya elektron itu pindah dan tidak kembali ke klorofil P700, tetapi

mengalir melalui membran tilakoid. Dengan pelepasan elektron tersebut,

maka P700 menjadi molekul yang teroksidasi sehingga menyedot elektron

dari P680 berenergi tinggi yang berasal dari energi cahaya (foton) matahari.

Molekul NADPH

2

dan ATP yang berenergi tinggi digunakan untuk

mengubah CO

2

dan H

2

O menjadi produk gula (seperti glukosa, maltosa,

fruktosa dan amilum) dan O

2

. Proses pembentukan gula (karbohidrat) dapat

Anda lihat pada siklus Calvin.

c. Siklus Calvin

Siklus Calvin terdiri atas dua

tahap reaksi, yaitu reaksi terang akan

menghasilkan produk akhir berupa

ATP dan NADPH

2

dan reaksi gelap

akan menghasilkan gula (karbohi-

drat), kedua reaksi tersebut terjadi

dalam kloroplas yang terdapat di

dalam daging daun (mesofil).

Tahapan reaksi siklus Calvin adalah

karboksilasi, reduksi dan regenerasi

sebagai berikut.

Sumber: Ilustrasi Haryana

Gambar 2.11 Siklus Calvin

(Pi adalah fosfat anorganik)

Biologi SMA/MA Kelas XII

57

1) Karboksilasi (Fiksasi) CO

2

CO

2

diikat (fiksasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memiliki

atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat satu atom C (C-1) maka

terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan

yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).

2) Reduksi

Selanjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) bereaksi dengan ATP,

membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H

2

berasal

dari NADPH

2

. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil

akhir yaitu 6 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).

3) Regenerasi

Regenerasi atau pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP)

digunakan untuk mengikat CO

2

. Pembentukan kembali senyawa rebulosa

bifosfat (RuBP) dan pecah menjadi 2 senyawa (G3P) bereaksi dengan ATP

membentuk asam fosfogliseraldehid dan NADPH

2

. Siklus reaksinya berjalan

3 kali, dan kembali regenerasi lagi. Jadi untuk membentuk 1 molekul glukosa

maka dibutuhkan sebanyak 6 kali siklus (

siklus Calvin

) dengan menangkap

sebanyak 6 molekul 6CO

2

, reaksinya sebagai berikut.

6CO

2

+ 6H

2

O ---------> C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

2. Kemosintesis

Sebagaimana telah Anda ketahui, bahwa sumber energi pada proses

reaksi penyusunan (sintesis) molekul gula (karbohidrat) dari molekul CO

2

dan H

2

O yang berlangsung di dalam sel makhluk hidup, adalah cahaya (foton)

matahari, tetapi tidak semua makhluk hidup menggunakan cahaya sebagai

sumber energinya. Contohnya pada beberapa mikroorganisme seperti bakteri

belerang, bakteri nitrit, bakteri nitrat, dan bakteri besi memperoleh energi

dengan cara mengoksidasi senyawa kimia. Jadi, jika pada proses penyusunan

bahan organik yang menggunakan sumber energi dengan cara pengoksidasian

(pemecahan) senyawa kimia disebut

kemosintesis

. Berikut pengoksidasian

beberapa bakteri untuk memperoleh energi kimia.

a. Bakteri belerang, misalnya bakteri sulfur tak berwarna (

Thiobacillus

)

memperoleh energi dengan cara mengoksidasi H

2

S, reaksinya:

Cahaya

2H

2

S + O

2

o

2H

2

O + 2S + energi

Klorofil

Biologi SMA/MA Kelas XII

58

TUGAS INDIVIDU

Selanjutnya energi tersebut digunakan untuk fiksasi CO

2

menjadi gula

(karbohidrat), reaksinya:

Cahaya matahari

CO

2

+ 2H

2

S

o

CH

2

O + 2S

+ H

2

O

Klorofil

b. Bakteri nitrit, misalnya bakteri

Nitrosomonas

dan

Nitrococcus

memperoleh

energi dengan cara mengoksidasi NH

3

dalam bentuk senyawa amonium

karbonat menjadi asam nitrit, reaksinya:

Nitrosomonas

(NH

4

)

2

+ CO

3

+ 3O

2

2HNO

2

+ CO

2

+ 3H

2

O + energi

Nitrococcus

(Asam Nitrit)

c.

Bakteri nitrat, misalnya bakteri

Nitrobacter

memperoleh energi dengan

cara mengoksidasi nitrit menjadi nitrat, reaksinya:

Nitrobacter

Ca (NO

2

)

2

+ O

2

Ca(NO

3

)

2

+ energi

d. Bakteri besi, misalnya

lipotrik

memperoleh energi dengan cara

mengoksidasi ferro menjadi ferri, reaksinya:

oksigen

Fe

2+

Fe

3+

+ energi

Setelah Anda memahami tentang proses katabolisme dan anabolisme,

buatlah bagan rangkuman proses respirasi fotosintesis agar bisa

memahami konsep tersebut lebih jelas. Presentasikan hasilnya di depan

kelas!

E HUBUNGAN ANTARA METABOLISME

KARBOHIDRAT, LEMAK, DAN PROTEIN

Anda sudah mengetahui bahwa di dalam sel reaksi metabolisme tidak

terpisah satu sama lain yaitu membentuk suatu jejaring yang saling berkaitan.

Di dalam tubuh manusia terjadi metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak.

Bagaimana keterkaitan ketiganya?

Biologi SMA/MA Kelas XII

59

Perhatikan Gambar 2.11 di bawah ini!

Pada bagan terlihat kar-

bohidrat, protein, dan lemak

bertemu pada jalur siklus

Krebs dengan masukan asetil

koenzim A. Tahukah Anda

bahwa Asetil Ko-A sebagai

bahan baku dalam siklus

Krebs untuk menghasilkan

energi yang berasal dari kata-

bolisme karbohidrat, protein,

maupun lemak. Titik temu

dari berbagai jalur metabolis-

me ini berguna untuk saling

menggantikan “bahan bakar”

di dalam sel, Hasil katabolisme

karbohidrat, protein, dan

lemak juga bermanfaat

untuk menghasilkan senya-

wa-senyawa lain yaitu dapat membentuk ATP, hormon, komponen

hemoglobin ataupun komponen sel lainnya.

Lemak (asam heksanoat) lebih banyak mengandung hidrogen terikat

dan merupakan senyawa karbon yang paling banyak tereduksi, sedangkan

karbohidrat (glukosa) dan protein (asam glutamat) banyak mengandung

oksigen dan lebih sedikit hidrogen terikat adalah senyawa yang lebih

teroksidasi. Senyawa karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan energi

dan apabila ada pembakaran sempurna akan membebaskan energi lebih

banyak karena adanya pembebasan elektron yang lebih banyak. Jumlah

elektron yang dibebaskan menunjukkan jumlah energi yang dihasilkan.

Perlu Anda ketahui pada jalur katabolisme yang berbeda glukosa dan

asam glutamat dapat menghasilkan jumlah ATP yang sama yaitu 36 ATP.

Sedangkan katabolisme asam heksanoat dengan jumlah karbon yang sama

dengan glukosa (6 karbon) menghasilkan 44 ATP, sehingga jumlah energi

yang dihasilkan pada lemak lebih besar dibandingkan dengan yang

dihasilkan pada karbohidrat dan protein. Sedangkan jumlah energi yang

dihasilkan protein setara dengan jumlah yang dihasilkan karbohidrat dalam

berat yang sama.

Sumber: Ilustrasi Haryana

Gambar 2.11 Hubungan antara metabolisme

karbohidrat, lemak, dan protein.

Biologi SMA/MA Kelas XII

60

F TEKNOLOGI YANG BERKAITAN DENGAN

METABOLISME MAKANAN

Mengapa tubuh kita memerlukan makanan? Makanan dalam tubuh

kita gunakan sebagai sumber energi. Perkembangan teknologi telah mempe-

ngaruhi proses pengolahan makanan. Berikut ini beberapa hasil teknologi

yang menghasilkan produk-produk makanan.

1. Makanan Berkadar Gula Rendah

Tubuh memerlukan makanan yang sehat. Saat ini banyak orang yang

mengabaikan pola makanan sehat serta makan dengan porsi berlebih. Makan

berlebih tanpa disertai dengan gerak dan olahraga yang cukup akan

menimbulkan kelebihan berat badan. Makanan yang dikonsumsi orang saat

ini umumnya berenergi tinggi yaitu makanan yang kaya lemak dan

mengandung kadar gula tinggi. Akibatnya banyak sekali orang yang menderita

penyakit

diabetis mellitus

. Untuk itulah kita dianjurkan menghindari makanan

dan minuman yang berkadar gula tinggi. Makanan apa yang cocok untuk

dikonsumsi? Makanan yang cocok adalah makanan yang berkadar gula

rendah yaitu jenis makanan yang mengandung karbohidrat dan berserat tinggi

dan tidak terlalu panas, misalnya ubi jalar, talas, biskuit berserat, sayur-

sayuran, buah segar, kacang-kacangan, roti. Tahukah Anda bahwa makanan

yang berserat tinggi akan cepat memberikan rasa kenyang, sehingga dapat

mengurangi keinginan untuk makan. Makanan berserat tinggi menghasilkan

jumlah kalor yang dibutuhkan tubuh, tetapi kadar gulanya rendah maka

proses penyerapan di usus berlangsung lama.

Serat makanan merupakan unsur dari dinding sel tanaman yang tidak

dapat dicerna oleh enzim-enzim saluran pencernaan. Perlu Anda ketahui

serat makanan berdasarkan sifat kimianya dapat dikelompokkan menjadi

dua.

Dari penjelasan itu dapat disimpulkan jika kita makan dengan mengkon-

sumsi makanan yang mengandung lemak akan lebih memberikan rasa

kenyang jika dibandingkan dengan protein dan karbohidrat. Karena rasa

kenyang tersebut disebabkan oleh kemampuan metabolisme lemak untuk

menghasilkan energi yang lebih besar.

Biologi SMA/MA Kelas XII

61

TUGAS KELOMPOK

a. Kelompok serat yang tidak larut terdiri atas:

1)

lignin

, sumber dari wortel, gandum, buah arbei,

2)

selulosa

, sumber pada gandum, kacang polong, root vegetables, buah-

buahan yang berbiji,

3)

hemiselulosa

, sumber pada bekatul, serelia.

b. Kelompok serat yang larut misalnya apel, gandum (oatmeal), bekatul

(oatbrand), rumput laut, kacang kedelai, kacang polong, jeruk, kacang

hijau, kacang kapri, dan kacang tolo.

Orang dewasa dianjurkan untuk makan makanan yang berserat

sebanyak 20–30 gram setiap hari, 6 gram di antaranya berasal dari serat

larut.

Carilah informasi mengenai jenis-jenis makanan yang mempunyai

kadar gula rendah dari TV, majalah, internet, koran, dan sumber lain-

lain. Kumpulkan informasi tentang komposisi makanan tersebut,

keuntungannya dan bila perlu cara pembuatannya!

Berdiskusilah dengan teman Anda, tuliskan hasilnya di buku tugas

Anda, kemudian presentasikan di depan kelas!

2. Teknologi Pengawetan Makanan

Saat ini banyak dikembangkan cara-cara baru untuk mengawetkan

makanan. Teknologi pengawetan dan pengolahan makanan dikembangkan

agar memperoleh kualitas yang baik. Berikut ini beberapa langkah dalam

pengawetan makanan.

a. Pengawetan secara Fisika

1) Pengeringan (

desikasi

), dengan cara mengurangi kandungan kadar

air yang bertujuan agar bakteri tidak bisa hidup. Misalnya: makanan

kismis, selai pisang.

2) Suhu tinggi, penggunaan suhu yang tinggi bertujuan untuk merusak

enzim-enzim metabolisme sehingga bakteri tidak dapat aktif kembali.

Misalnya pembuatan dodol.

3) Suhu rendah, dengan menggunakan suhu rendah pertumbuhan

bakteri dapat terhambat, sehingga makanan akan awet. Misalnya

telur, sayuran, daging dimasukkan dalam kulkas.

Biologi SMA/MA Kelas XII

62

b. Pengawetan secara Kimia

1) Pemanisan, dengan memberikan konsentrasi larutan gula yang lebih

pekat sehingga bakteri akan mati. Misalnya manisan buah-buahan.

2) Pengasinan, dengan memberikan konsentrasi larutan garam yang

lebih pekat sehingga bakteri menjadi mati. Misalnya pembuatan ikan

asin.

3) Pengasaman (pH rendah), dengan penambahan asam organik yaitu

asam laktat dan asam benzoat. Misalnya pembuatan asinan buah-

buahan.

4) Fumigasi, dengan menggunakan gas

propilenoksida

dan

etinolaksida

yang menyebabkan mikroba akan mati karena oksidasinya sangat

kuat.

5) Antiobiotik, yang dapat menghambat pertumbuhan jamur dan

bakteri misalnya

klortetrasiklin

,

hetrasiklin

, dan

oksitrasiklin

.

c. Pengawetan secara Biologi

Pada saat ini teknik fermentasi sudah banyak digunakan dalam menga-

wetkan makanan, misalnya sosis dan miso.

d. Pengalengan

Tahukah Anda pengalengan merupakan salah satu cara untuk menga-

wetkan makanan. Pengalengan merupakan gabungan pengawetan

secara kimia yaitu diberi rasa asam manis, dan sebagainya, serta secara

fisika sebab dilakukan pada kondisi hampa udara.

e. Pengawetan secara Radiasi

Penggunaan sinar X, ultraviolet, dan gamma adalah salah satu cara

untuk melakukan pengawetan secara radiasi. Sinar-sinar ini dapat

membunuh mikroba karena terjadi ionisasi materi genetik bakteri dan

menghambat pertunasan misalnya pengawetan buah-buahan, umbi-

umbian, dan biji-bijian.

Biologi SMA/MA Kelas XII

63

R A N G K U M A N

1.

Metabolisme

merupakan reaksi biokimia yang terjadi dalam sel hidup,

meliputi katabolisme (reaksi penyusunan energi) dan anabolisme

(reaksi pelepasan energi).

2. Pada reaksi metabolisme, terdapat komponen-komponen yang

berperan penting sebagai penunjang terjadinya proses metabo-

lisme, meliputi enzim, ATP, dan reaksi oksidasi atau

reaksi redoks

.

3.

Katabolisme

merupakan reaksi pemecahan atau penguraian

senyawa ikatan kimia kompleks menjadi senyawa lebih sederhana

yang secara umum dikenal dengan respirasi.

4.

Respirasi

merupakan proses pembebasan energi kimia melalui

reaksi oksidasi pada molekul organik.

5. Jika respirasi terjadi dalam sel, maka ada tiga tahap yang harus

dilalui, yaitu glikolisis, siklus Krebs, dan transpor elektron.

6. Apabila proses respirasi terjadi dalam lingkungan yang cukup

oksigen disebut respirasi aerob, tetapi apabila respirasi terjadi tanpa

oksigen disebut

respirasi anaerob

.

7.

Anabolisme

merupakan reaksi penyusunan senyawa kompleks dari

senyawa sederhana yang berlangsung dalam sel. Energi yang

digunakan dalam proses penyusunan itu berasal dari matahari,

sering kita kenal dengan fotosintesis, sedangkan yang berasal dari

energi kimia disebut

kemosintesis

.

8. Metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak saling berkaitan satu

sama lain. Metabolisme lemak menghasilkan energi yang lebih besar

dibandingkan karbohidrat dan protein.

9. Teknologi yang berkaitan dengan metabolisme makanan yaitu pola

makanan yang berkadar gula rendah, teknologi pengawetan

makanan dapat dilakukan secara fisika, kimia, biologi, pengalengan

dan secara radiasi.

Biologi SMA/MA Kelas XII

64

L

A

T

I

H

A

N

I.

Pilihlah jawaban yang paling benar!

1. Seluruh reaksi yang terjadi di dalam sel makhluk hidup, dan

terjadi secara reaksi kimia disebut ....

a.

anabalisme

b.

metabolisme

c.

katabolisme

d.

katalisator

e.

fotosintesis

2. Sumber energi yang digunakan untuk berlangsungnya seluruh

reaksi kimia yang terjadi di dalam sel makhluk hidup adalah ....

a.

penyusunan zat makanan

b.

penguraian zat makanan

c.

sinar matahari

d.

senyawa ATP

e.

senyawa ADP

3. Pada proses fotosintesis, tumbuhan hijau mengambil oksigen

yang ada dalam karbondioksida dari udara bebas, kemudian

diubah menjadi ....

a.

H

2

O

b.

senyawa ATP

c.

senyawa ADP

d.

glikolisis

e.

glukosa

4. Fermentasi merupakan suatu proses pemecahan molekul gula

menjadi molekul yang lebih sederhana dengan menggunakan ....

a.

enzim dan oksigen

b.

enzim tanpa oksigen

c.

enzim

d.

oksigen

e.

karbondioksida

Biologi SMA/MA Kelas XII

65

5. Energi yang terkandung dalam glukosa merupakan energi ikatan

kimia yang berasal dari transformasi energi sinar matahari. Proses

transformasi energi dalam biologi dilakukan oleh ....

a.

enzim

b.

bakteri belerang

c.

bakteri nitrat

d.

mitokondria

e.

H

2

O

6. Enzim adalah senyawa organik yang memiliki ciri-ciri sebagai

berikut,

kecuali

....

a.

diperlukan dalam jumlah yang tidak sedikit

b.

hanya dapat mengkatalis suatu reaksi tertentu

c.

hanya digunakan satu kali

d.

hanya bekerja pada suhu yang terlalu panas atau dingin

e.

ikut bereaksi dengan substratnya

7. Bagian bukan protein pada enzim yang berasal dari senyawa

anorganik disebut ....

a.

kofaktor

b.

koenzim

c.

apoenzim

d.

akseptor

e.

inhibitor

8

Komponen-komponen yang sangat berperan dalam proses

metabolisme di dalam sel makhluk hidup adalah ....

a.

asam piruvat

b.

glikolisis

c.

asam laktat

d.

reaksi oksidasi-reduksi

e.

transpor elektron

9. Pada respirasi terjadi proses pemakaian karbohidrat menjadi

piruvat yang disebut ....

a.

siklus Krebs

b.

siklus Calvin

c.

fermentasi

d.

glikolisis

e.

fiksasi

Biologi SMA/MA Kelas XII

66

UJI KOMPETENSI

Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan benar!

1. Perhatikan orang yang duduk di bawah pohon pada Gambar 2.1

di depan! Orang tersebut dapat merasakan kesejukan dan

kesegaran udara di sekitar. Mengapa udara di sekitar orang itu

terasa segar? Jelaskan jawaban Anda disertai alasan yang tepat!

2. Suatu saat seorang pelayan restoran tidak sengaja memasukkan

perasan air jeruk ke dalam air susu. Setelah itu, ternyata minuman

itu menggumpal, kemudian ia menjadi heran. Mengapa air susu

yang dicampur dengan air jeruk menjadi menggumpal? Beri

penjelasan disertai alasan yang tepat!

3. Gambarlah siklus Krebs dan siklus Calvin! Apakah perbedaan

antara kedua siklus tersebut? Jelaskan pendapat Anda disertai

alasan yang tepat!

10. Pada tahap I reaksi glikolisis energi yang digunakan untuk

mengubah glukosa menjadi asam piruvat sebesar ....

a.

2 ATP

b.

–2 ATP

c

–4 ATP

d.

4 ATP

e.

6 ATP

II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!

1. Metabolisme merupakan suatu proses perubahan yang terjadi

dalam sel makhluk hidup. Jelaskan perubahan-perubahan tersebut!

2. Transformasi energi biologis pada proses fotosintesis dapat dibeda-

kan menjadi tiga. Sebut dan jelaskan!

3. Sebutkan komponen-komponen yang berperan dalam proses meta-

bolisme!

4. Enzim merupakan senyawa organik atau katalis protein yang diha-

silkan oleh sel yang berperan sebagai biokatalisator. Apakah yang

dimaksud enzim?

5. Suatu senyawa organik dapat disebut sebagai enzim, bila memiliki

ciri-ciri enzim. Sebutkan ciri-ciri tersebut!