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!