Halaman
Biologi Kelas XII
15
Metabolisme
Bab II
Metabolisme
Mampu menganalisis proses metabolisme organisme dan
penerapannya pada sains, lingkungan, teknologi, dan masyarakat.
Sifat Enzim
Peranan
1. Biokatalisator
2. Bekerja spesifik
3. Berupa koloid
4. Termolabil
5. Reversibel
1. Respirasi
2. Fermentasi
1. Fotosintesis
2. Fotorespirasi
3. Kemosintetis
1. Makanan
rendah gula
2. Pengawetan
makanan
3. Makanan
suplemen
Katabolisme
Anabolisme
16
Metabolisme
metabolisme
katabolisme
anaerob
glikolisis
sistem transpor elektron
anabolisme
aerob
fermentasi
siklus Krebs
respirasi
Tubuh kita memerlukan energi untuk melakukan berbagai
aktivitas, misalnya berolahraga. Saat berlari kita memerlukan banyak
energi. Tubuh kita memerlukan asupan makanan sebagai sumber
energi untuk memenuhi kebutuhan energi. Di dalam tubuh, makanan
tersebut akan mengalami katabolisme sehingga dihasilkan energi.
Katabolisme merupakan salah satu bagian dari metabolisme yang
menghasilkan energi. Apakah yang dimaksud katabolisme dan
metabolisme?
Pada bab ini akan dipelajari mengenai pengertian metabolisme
serta macamnya. Selain itu, Anda juga dapat mempelajari proses
yang berlangsung dalam metabolisme. Setelah mempelajari bab ini
Anda diharapkan dapat memahami berbagai proses metabolisme
dalam makhluk hidup dan dapat memanfaatkannya dalam kehidupan
sehari-hari.
Sumber:
Tubuh Manusia, Widyadara
Biologi Kelas XII
17
Semua aktivitas hidup memerlukan energi. Berpikir, berolahraga,
bahkan tidur pun memerlukan energi. Dari mana energi berasal?
Mobil mendapat energi dari bensin, sementara itu tubuh organisme
mendapat energi dari bahan makanan. Sumber energi untuk segala
kehidupan kita berasal dari cahaya matahari yang ditangkap oleh
tumbuhan melalui klorofil. Selanjutnya, dalam proses jaring-jaring
makanan, energi yang terdapat dalam makanan masuk dalam sistem
pencernaan dan setelah dicerna menghasilkan zat-zat makanan. Zat-
zat makanan ini akan diangkut menuju sel-sel dan jaringan tubuh
baik pada konsumen pertama atau berikutnya. Nah, zat makanan
ini di dalam sel-sel tubuh akan mengalami proses katabolisme.
Metabolisme berasal dari kata
metabole
yang artinya perubahan.
Berubah di sini memiliki dua pengertian. Pertama, berubah menjadi
lebih kompleks disebut
anabolisme
,
asimilasi
, atau
sintesis
. Kedua,
berubah menjadi lebih sederhana disebut
katabolisme
atau
disimilasi
.
Dengan demikian metabolisme meliputi dua macam reaksi, yaitu
anabolisme dan katabolisme. Anabolisme (biosintesis) merupakan
proses pembentukan makromolekul (lebih kompleks) dari molekul
yang lebih sederhana. Makromolekul yang dimaksud misalnya
komponen sel (prot
ein, karbohidrat, lemak, dan
asam nukleat). Oleh
karena proses
pembentukannya memerlukan energi bebas maka
disebut
reaksi endergonik
.
Katabolisme merupakan proses pemecahan makromolekul
kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana. Misalnya
pengubahan karbohidrat menjadi CO
2
dan H
2
O dalam proses
respirasi. Proses ini menghasilkan energi bebas sehingga disebut
reaksi eksergonik
. Energi tersebut tersimpan dalam bentuk molekul
pembawa energi tinggi antara lain
adenosin triphosphat
(ATP) dan
nikotinamida adenin dinukleotida phosphat
(NADPH). Semua proses
metabolisme (anabolisme dan katabolisme) merupakan reaksi
enzimatis. Artinya, reaksi itu terjadi melalui keterlibatan enzim.
Sebelum membahas lebih lanjut mengenai metabolisme marilah kita
bahas terlebih dulu mengenai enzim.
A. Peran Enzim dalam Metabolisme
Enzim merupakan senyawa protein yang berfungsi sebagai
katalisator reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologi
(makhluk hidup). Oleh karena merupakan katalisator dalam sistem
biologi, enzim sering disebut
biokatalisator
.
Katalisator adalah suatu
zat yang mempercepat reaksi kimia, tetapi tidak mengubah
kesetimbangan reaksi atau tidak mempengaruhi hasil akhir reaksi.
Zat itu sendiri (enzim) tidak ikut dalam reaksi sehingga bentuknya
tetap atau tidak berubah.
Tanpa adanya enzim, reaksi-reaksi kimia dalam tubuh akan
berjalan lambat. Apakah sebenarnya enzim itu dan bagaimanakah
cara kerjanya?
18
Metabolisme
1. Komponen Enzim
Enzim (biokatalisator) adalah senyawa protein sederhana
maupun protein kompleks yang bertindak sebagai katalisator spesifik.
Enzim yang tersusun dari protein sederhana jika diuraikan hanya
tersusun atas asam amino saja, misalnya pepsin, tripsin, dan
kemotripsin. Sementara itu, enzim yang berupa protein kompleks
bila diuraikan tersusun atas asam amino dan komponen lain.
Enzim lengkap atau sering disebut
holoenzim
, terdiri atas
komponen protein dan nonprotein. Komponen protein yang
menyusun enzim disebut
apoenzim
. Komponen ini mudah
mengalami denaturasi, misalnya oleh pemanasan dengan suhu
tinggi. Adapun penyusun enzim yang berupa komponen non-
protein dapat berupa komponen organik dan anorganik.
Komponen organik yang terikat kuat oleh protein enzim disebut
gugus prostetik
, sedangkan komponen organik yang terikat
lemah disebut
koenzim
. Beberapa contoh koenzim antara lain:
vitamin (vitamin B
1
, B
2
, B
6
, niasin, dan biotin), NAD (nikotinamida
adenin dinukleotida), dan koenzim A (turunan asam pentotenat).
Komponen anorganik yang terikat lemah pada protein enzim
disebut
kofaktor
atau aktivator, misalnya beberapa ion logam
seperti Zn
2+
, Cu
2+
, Mn
2+
, Mg
2+
, K
+
, Fe
2+
, dan Na
+
.
2. Cara Kerja Enzim
Salah satu ciri khas enzim yaitu bekerja secara spesifik.
Artinya, enzim hanya dapat bekerja pada substrat tertentu.
Bagaimana cara kerja enzim? Beberapa teori berikut
menjelaskan tentang cara kerja enzim.
a.
Lock and Key Theory
(Teori Gembok dan Kunci)
Teori ini dikemukakan oleh
Fischer
(1898).
Enzim di-
umpamakan sebagai gembok yang mempunyai bagian kecil
dan dapat mengikat substrat. Bagian enzim yang dapat
berikatan dengan substrat disebut
sisi aktif
. Substrat
diumpamakan kunci yang dapat berikatan dengan sisi aktif
enzim. Perhatikan Gambar 2.1 berikut.
Selain sisi aktif, pada enzim juga ditemukan adanya sisi
alosterik. Sisi alosterik dapat diibaratkan sebagai
sakelar
yang
dapat menyebabkan kerja enzim meningkat ataupun menurun.
Apabila sisi alosterik berikatan dengan penghambat (inhibi-
tor), konfigurasi enzim akan berubah sehingga aktivitasnya
berkurang. Namun, jika sisi alosterik ini berikatan dengan
aktivator (zat penggiat) maka enzim menjadi aktif kembali.
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.1
Cara kerja enzim
Lock and Key Theory
Sisi aktif
Enzim Substrat
Kompleks Enzim-
Substrat
Enzim
Produk
Biologi Kelas XII
19
Sisi aktif
Enzim
Substrat
1
2
3
4
5
b.
Induced Fit Theory
(Teori Ketepatan Induksi)
Sisi aktif enzim bersifat fleksibel sehingga dapat berubah
bentuk men
yesuaikan bentuk substrat. Perhatikan Gambar
2.2 dan diskusikan dengan teman sebangku.
Lakukanlah kegiatan diskusi berikut, agar Anda lebih memahami
cara kerja enzim.
Pada umumnya sebuah enzim hanya mampu menjadi katalisator
pada sebuah atau beberapa reaksi kimia, dengan catatan substrat
itu mempunyai struktur umum sama, sesuai dengan Teori Gembok
dan Kunci. Nah, sekarang perhatikan gambar berikut.
Diskusikan dengan kelompok Anda di antara kelima substrat tersebut.
Manakah yang dapat bereaksi dengan enzim? Jelaskan alasannya
dan presentasikan di depan kelas.
3. Penghambatan Aktivitas Enzim
Telah dijelaskan bahwa mekanisme kerja enzim dalam suatu
reaksi kimia dilakukan melalui pembentukan kompleks enzim-
substrat. Adakalanya reaksi kimia yang dikatalisir enzim
mengalami gangguan, yaitu jika enzim itu sendiri mengalami
penghambatan. Molekul atau ion yang menghambat kerja enzim
disebut
inhibitor
. Terdapat tiga jenis inhibitor, yaitu inhibitor
reversibel, inhibitor tidak reversibel, dan inhibitor alosterik.
Substrat
Sisi aktif
fleksibel
Enzim
Kompleks
enzim-substrat
Enzim yang sisi aktif-
nya telah berubah se-
suai substrat
Produk
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.2
Cara kerja enzim
Induced Fit Theory
20
Metabolisme
Penghambat
Substrat
Enzim
+
Sisi
alosterik
Tidak menghasilkan
produk
Penghambat
Substrat
Enzim
a. Inhibitor Reversibel
Inhibitor reversibel meliputi tiga jenis hambatan berikut.
1)
Inhibitor kompetitif (hambatan bersaing)
Pada penghambatan ini zat-zat penghambat
mempunyai struktur mirip dengan struktur substrat.
Dengan demikian, zat penghambat dengan substrat
saling berebut (bersaing) untuk bergabung dengan sisi
aktif enzim (Gambar 2.3).
2)
Inhibitor nonkompetitif (hambatan tidak bersaing)
Penghambatan ini dipicu oleh terikatnya zat peng-
hambat pada sisi alosterik sehingga sisi aktif enzim berubah.
Akibatnya, substrat tidak dapat berikatan dengan enzim
untuk membentuk kompleks enzim-substrat (Gambar 2.4).
3)
Inhibitor umpan balik
Hasil akhir (produk) suatu reaksi dapat menghambat
bekerjanya enzim. Akibatnya, reaksi kimia akan berjalan
lambat. Apabila produk disingkirkan, reaksi akan berjalan
lagi.
b. Inhibitor Tidak Reversibel
Hambatan ini terjadi karena inhibitor bereaksi tidak
re
versibel dengan bagian tertentu pada enzim sehingga
mengakibatkan bentuk enzim berubah. Perubahan bentuk
enzim ini mengakibatkan berkurangnya aktivitas katalitik enzim
tersebut. Hambatan tidak reversibel umumnya disebabkan
oleh terjadinya proses destruksi atau modifikasi sebuah gugus
enzim atau lebih yang terdapat pada molekul enzim.
Penghambat
Substrat
Enzim
Kompleks enzim peng-
hambat (tidak aktif)
+
→
→
Tidak menghasil-
kan produk
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.3
Inhibitor kompetitif
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.4
Inhibitor nonkompetitif
Biologi Kelas XII
21
c. Inhibitor Alosterik
Pada penghambatan alosterik, molekul zat penghambat
tidak ber
ikatan pada sisi aktif enzim, melainkan berikatan pada
sisi alosterik. Akibat penghambatan ini sisi aktif enzim menjadi
tidak aktif karena telah mengalami perubahan bentuk.
4. Sifat-Sifat Enzim
Secara ringkas sifat-sifat enzim dijelaskan sebagai berikut.
a. Enzim merupakan biokatalisator.
Enzim dalam jumlah sedikit saja dapat mempercepat reaksi
beribu-ribu kali lipat, tetapi ia sendiri tidak ikut bereaksi.
b. Enzim bekerja secara spesifik.
Enzim tidak dapat bekerja pada semua substrat, tetapi hanya
bekerja pada substrat tertentu saja. Misalnya, enzim katalase
hanya mampu menghidrolisis H
2
O
2
menjadi H
2
O dan O
2
.
c. Enzim berupa koloid.
Enzim merupakan suatu protein sehingga dalam larutan
enzim membentuk suatu koloid. Hal ini menambah luas
bidang permukaan enzim sehingga aktivitasnya lebih besar.
d. Enzim dapat bereaksi dengan substrat asam maupun basa.
Sisi aktif enzim mempunyai gugus R residu asam amino
spesifik yang merupakan pemberi atau penerima protein
yang sesuai.
e. Enzim bersifat termolabil.
Aktivitas enzim dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu rendah,
kerja enzim akan lambat. Semakin tinggi suhu, reaksi kimia
yang dipengaruhi enzim semakin cepat, tetapi jika suhu
terlalu tinggi, enzim akan mengalami denaturasi.
f.
Kerja enzim bersifat bolak-balik (reversibel).
Enzim tidak dapat menentukan arah reaksi, tetapi hanya
mempercepat laju reaksi mencapai kesetimbangan. Misalnya
enzim lipase dapat mengubah lemak menjadi asam lemak
dan gliserol. Sebaliknya, lipase juga mampu menyatukan
gliserol dan asam lemak menjadi lemak.
Enzim tidak hanya menguraikan molekul kompleks, tetapi juga
dapat membentuk molekul kompleks dari molekul-molekul
sederhana penyusunnya (reaksi bolak-balik). Perhatikanlah skema
pada Gambar 2.5 berik
ut agar Anda dapat memahami sifat enzim
dengan lebih jelas.
Gambar 2.5
Kerja enzim bersifat bolak-balik (reversibel)
Sumber:
Biology, Mader, S. S.
Substrat
Produk
Enzim
Enzim
Kompleks
enzim-substrat
Bagian aktif
Substrat
Produk
Enzim
Enzim
Kompleks
enzim-substrat
Bagian aktif
Reaksi pemecahan
Reaksi pembentukan
22
Metabolisme
Seperti halnya reaksi kimia, reaksi enzimatis juga di-
pengaruhi oleh faktor-faktor tertentu, contoh enzim laktase. Enzim
ini terdapat pada organ hati. Laktase berfungsi mengubah
hidrogen peroksida (H
2
O
2
) menjadi H
2
O dan O
2
. Lakukanlah
kegiatan berikut agar Anda mendapat gambaran tentang faktor-
faktor yang mempengaruhi kerja enzim.
Hasil Pengamatan:
Tabung
Jaringan
Perlakuan
Ban
yak Gelembung
Tingkat Reaksi
I
Hati yang telah direbus
II
Hati segar A
III
Hati segar B
IV
Kentang
V
Daging kambing atau
sapi segar
Catatan:
Isilah pada kolom tingkat reaksi dengan: tidak terjadi reaksi, reaksi lambat, dan reaksi cepat.
Mengetahui Faktor-Faktor yang
Mempengaruhi Kerja Enzim
6. Potonglah hati yang ketiga menjadi dua
bagian sama besar. Kemudian masukkan
dalam tabung III.
7. Potonglah kentang dan daging kambing atau
sapi segar sebesar dadu. Selanjutnya,
masukkan dalam tabung IV dan V.
8. Amatilah adanya reaksi pada kelima tabung.
Jika terjadi reaksi enzimatis, akan terbentuk
gelembung udara yang keluar dari larutan
hidrogen peroksida.
Pertanyaan:
1. Pada tabung nomor berapakah tidak terjadi
reaksi kimia? Mengapa demikian?
2. Pada tabung nomor berapakah terjadi reaksi
kimia? Mengapa demikian?
3. Di antara tabung-tabung yang di dalamnya
terjadi reaksi kimia, pada tabung manakah
yang reaksi kimianya paling cepat? Mengapa
demikian?
4. Apa kesimpulan dari kegiatan ini?
Buatlah laporan hasil eksperimen ini dan
presentasikan.
1. Siapkan tabung reaksi dan berilah label nomor
1 sampai dengan 5.
2. Ambillah 2 ml larutan hidrogen peroksida
menggunakan pipet. Kemudian masukkan ke
dalam setiap tabung.
3. Potonglah hati sebanyak tiga potong dengan
ukuran sama, misalnya sebesar dadu.
4. Rebuslah sepotong hati, kemudian dinginkan.
Setelah dingin masukkan ke dalam tabung I.
5. Masukkan sepotong hati segar ke dalam
tabung II.
Berdasarkan kegiatan di depan, kita dapat mengetahui dua
faktor yang mempengaruhi kerja enzim, yaitu suhu dan
konsentrasi enzim. Berikut akan dijelaskan faktor-faktor yang
mempengaruhi kerja enzim.
Biologi Kelas XII
23
a. Suhu (Temperatur)
Aktivitas enzim dipengaruhi oleh suhu. Enzim pada suhu
0°C tidak aktif
, akan tetapi juga tidak rusak. Jika suhu
dinaikkan sampai batas optimum, aktivitas enzim semakin
meningkat. Jika suhu melebihi batas optimum, dapat
menyebabkan denaturasi protein yang berarti enzim telah
rusak. Suhu optimum untuk aktivitas enzim pada manusia dan
hewan berdarah panas ± 37°C, sedangkan pada hewan
berdarah dingin ± 25°C. Hubungan antara suhu dengan
kecepatan reaksi (enzimatis) dijelaskan dalam Gambar 2.6 di
samping.
b. pH (Derajat Keasaman)
Enzim mempunyai pH optimum yang dapat bersifat
asam maupun basa.
Sebagian besar enzim pada manusia
mempunyai pH optimum antara 6–8, misalnya enzim tripsin
yang mendegradasi protein. Namun, ada beberapa enzim
yang aktif pada kondisi asam, misalnya enzim pepsin.
Perubahan pH dapat mempengaruhi efektivitas sisi aktif
enzim dalam membentuk kompleks enzim-substrat. Selain
itu, perubahan pH dapat menyebabkan terjadinya proses
denaturasi sehingga menurunkan aktivitas enzim. Grafik
hubungan antara pH dengan kecepatan reaksi dapat dilihat
pada Gambar 2.7.
c. Konsentrasi Enzim
Pada umumnya konsentrasi enzim berbanding lurus
dengan k
ecepatan reaksi. Hal ini berarti penambahan
konsentrasi enzim mengakibatkan kecepatan reaksi me-
ningkat hingga dicapai kecepatan konstan. Kecepatan
konstan tercapai apabila semua substrat sudah terikat oleh
enzim. Perhatikan grafik pada Gambar 2.8 di atas.
d. Zat-zat Penggiat (Aktivator)
Terdapat zat kimia tertentu yang dapat meningkatkan
aktivitas enzim.
Misalnya, garam-garam dari logam alkali
dalam kondisi encer (2%–5%) dapat memacu kerja enzim.
Demikian pula dengan ion logam Co, Mg, Ni, Mn, dan Cl.
Akan tetapi, mekanisme kerja zat penggiat ini belum di-
ketahui secara pasti.
Sumber:
Biology, Mader, S. S.
Gambar 2.8
Grafik hubungan antara konsentrasi enzim
dengan k
ecepatan reaksi
Sumber:
Biology, Mader, S. S.
Gambar 2.7
Grafik hubungan antara pH dengan
k
ecepatan reaksi
Semua substrat terikat
Konstan
Konsentrasi enzim
Kecepatan reaksi
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pepsin
Tripsin
Kecepatan reaksi
(produk per unit/waktu)
pH
Gambar 2.6
Grafik hubungan antara
temper
atur dengan kecepatan
reaksi
Sumber:
Biology, Mader, S. S.
0102030405060
Kecepatan reaksi
(produk per unit/waktu)
Temperatur
°
C
24
Metabolisme
Jawablah soal-soal berikut.
1. Apa maksud pernyataan bahwa enzim
merupakan biokatalisator?
2. Perhatikan skema berikut.
Jika potongan hati dianggap sebanding
dengan banyaknya enzim laktase, apa
kesimpulan Anda dari kegiatan di atas?
3. Enzim ptialin mampu mengubah karbohidrat
menjadi glukosa dalam suasana netral. Enzim
ini selanjutnya bersama makanan menuju
lambung yang bersuasana asam. Bagaimana
kerja enzim ptialin tersebut dalam lambung?
Jelaskan.
4. Jelaskan perbedaan penghambat kompetitif
dengan penghambat nonkompetitif.
5. Jelaskan maksud dari kerja enzim bersifat
spesifik.
e. Zat-Zat Penghambat (Inhibitor)
Beberapa zat kimia dapat menghambat aktivitas enzim,
misaln
ya garam-garam yang mengandung merkuri (Hg) dan
sianida. Dengan adanya zat penghambat ini, enzim tidak
dapat berikatan dengan substrat sehingga tidak dapat
menghasilkan suatu produk.
→
→
A
B
Potongan
hati
B. Katabolisme
Ketika kita melakukan aktivitas, misalnya berolahraga, dalam
tubuh terjadi pembakaran glukosa dan lemak menjadi energi atau
panas. Pemecahan glukosa dan lemak atau bahan makanan lain
yang menghasilkan energi atau panas disebut
katabolisme
. Dengan
kata lain, katabolisme dapat diartikan sebagai proses pemecahan
molekul-molekul kompleks menjadi molekul-molekul yang lebih
sederhana dengan menghasilkan sejumlah energi.
1. Respirasi
Respirasi adalah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi,
baik menggunakan oksigen maupun tidak dari senyawa organik
kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam proses
tersebut dibebaskan sejumlah energi. Tenaga yang dibebaskan
dalam respirasi berasal dari tenaga potensial kimia yang berupa
ikatan kimia.
Respirasi yang memerlukan oksigen disebut respirasi aerob
dan respirasi yang tidak memerlukan oksigen disebut respirasi
anaerob. Respirasi anaerob hanya dapat dilakukan oleh
kelompok mikroorganisme tertentu (bakteri), sedangkan pada
organisme tingkat tinggi belum diketahui kemampuannya untuk
melakukan respirasi anaerob. Dengan demikian bila tidak tersedia
oksigen, organisme tingkat tinggi tidak akan melakukan respirasi
anaerob melainkan akan melakukan proses fermentasi.
Sementara itu, terdapat respirasi sempurna yang hasil akhirnya
berupa CO
2
dan H
2
O dan respirasi tidak sempurna yang hasil
akhirnya berupa senyawa organik.
Potongan
hati
Larutan H
2
O
2
Gelembung
banyak
Gelembung
sedikit
Biologi Kelas XII
25
Sumber:
Inquiry Into Life, Mader, S. S.
Di manakah reaksi respirasi berlangsung? Sebagian reaksi
respirasi berlangsung dalam mitokondria dan sebagian yang lain
terjadi di sitoplasma. Mitokondria mempunyai membran ganda
(luar dan dalam) serta ruangan intermembran (di antara
membran luar dan dalam). Krista merupakan lipatan-lipatan dari
membran dalam. Ruangan paling dalam berisi cairan seperti gel
yang disebut
matriks
. Perhatikan Gambar 2.9. ATP paling banyak
dihasilkan selama respirasi pada mitokondria sehingga
mitokondria sering disebut
mesin sel
.
Pada awal bab ini telah dijelaskan bahwa berdasarkan
kebutuhan oksigen, terdapat dua jenis respirasi yaitu respirasi
aerob dan respirasi anaerob. Bagaimanakah proses kimia pada
masing-masing jenis respirasi? Marilah kita pelajari dalam uraian
berikut.
a. Respirasi Aerob
Berdasarkan jalur reaksinya, respirasi aerob dibedakan
menjadi dua y
aitu respirasi aerob melalui jalur daur Krebs dan
jalur oksidasi langsung atau jalur pentosa fosfat (
Hexose
Monophosphat Shunt
= HMS). Apa perbedaan kedua jalur itu?
1)
Respirasi Aerob Melalui Jalur Daur Krebs
Respirasi aerob melalui daur Krebs memiliki empat
tahap yaitu glikolisis, pembentukan asetil Co-A, daur
Krebs, dan sistem transpor elektron.
a)
Glikolisis
Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan hasil
akhirnya berupa senyawa asam piruvat. Selain
menghasilkan 2 molekul asam piruvat, dalam glikolisis
juga dihasilkan 2 molekul NADH
2
dan 2 ATP jika
tumbuhan dalam keadaan normal (melalui jalur
AT P
fosfofruktokinase
) atau 3 ATP jika tumbuhan dalam
keadaan stress atau sedang aktif tumbuh (melalui
jalur
pirofosfat fosfofruktokinase
). ATP yang dihasilkan
dalam reaksi glikolisis dibentuk melalui reaksi
fosforilasi tingkat substrat. Bagaimanakah reaksi kimia
yang terjadi dalam glikolisis? Coba pelajari skema
proses glikolisis
pada Gambar 2.10 berikut.
Apakah Reaksi
Fosforilasi Itu?
Reaksi fosforilasi adalah reaksi
penggabungan gugus fosfat
organik ke dalam senyawa organik
(ADP) menggunakan sejumlah
energi, sehingga dapat membentuk
ikatan fosfat berenergi tinggi (ATP).
Energi yang digunakan untuk mem-
bentuk ikatan fosfat tersebut pada
keadaan standar s
ebesar 7.000 kal/
mol.
Krista
Matriks
Membran
luar
Ruang
intermembran
Membran
dalam
Sitosol
: tempat berlangsungnya
glikolisis
Matriks
: tempat reaksi transisi dan
siklus Krebs
Krista
: tempat sistem transpor
elektron
Gambar 2.9
Struktur mitokondria
26
Metabolisme
glukosa
2 asam piruvat
2 NAD
+
2 NADH
2 AT P
4 AT P
2 ADP + 2 P
Input
Output
Cermati dan pelajari kembali skema glikolisis di depan.
Diskusikan dengan kelompok Anda untuk menjelaskan glikolisis
secara sederhana dan mudah. Jangan lupa sebutkan enzim yang
berperan dalam setiap tahap glikolisis. Paparkan hasil diskusi di kelas.
Piruvat merupakan hasil akhir jalur glikolisis. Jika
berlangsung respirasi aerobik, piruvat memasuki
mitokondria dan segera mengalami proses lebih
lanjut. Hasil akhir glikolisis sebagai berikut.
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.10
Rangkaian proses glikolisis, diawali dengan glukosa dan diakhiri dengan piruvat
Glukosa
2 ATP
2 ADP
Isomerisasi
DHAP
PGAL
Secara ringkas glikolisis dapat digambarkan
dalam reaksi kimia berikut.
Glukosa + 2 NAD
+
+ 2 ATP + 2 ADP + 2 P
⎯→
2 asam piruvat + 2 NADH + 4 ATP
2 NAD
4 ADP
2 NADH
2
4 ATP
Asam piruvat
Biologi Kelas XII
27
2 C
3
H
4
O
3
+ 2 Co A
2 C
2
H
3
O-Co A + 2 CO
2
Asam piruvat
Co-enzim A
Karbon dioksida
2NADH + H
+
2NAD
+
Asetil Co-A
Daur Krebs
disebut juga daur asam
sitrat atau daur asam
trikarboksilat.
b)
Pembentukan Asetil Co-A atau Reaksi Transisi
Reaksi pembentukan asetil Co-A sering disebut
reaksi transisi
karena menghubungkan glikolisis
dengan daur Krebs. Pembentukan asetil Co-A pada
organisme eukariotik berlangsung dalam matriks
mitokondria, sedangkan pada organisme prokariotik
berlangsung dalam sitosol.
Pada reaksi ini, asam piruvat dikonversi menjadi
gugus asetil (2C) yang bergabung dengan Co-
enzim A membentuk asetil Co-A dan melepaskan
CO
2
. Reaksi ini terjadi 2 kali untuk setiap 1 molekul
glukosa. Perhatikan reaksi pembentukan asetil
Co-A berikut.
c)
Daur Krebs
Daur Krebs terjadi di dalam matriks mitokondria.
Daur Krebs menghasilkan senyawa antara yang
berfungsi sebagai penyedia kerangka karbon untuk
sintesis senyawa lain. Selain sebagai penyedia
kerangka karbon, daur Krebs juga menghasilkan 3
NADH
2
,
1 FADH
2
, dan 1 ATP untuk
setiap satu asam
piruvat. Senyawa NADH dan FADH
2
selanjutnya
akan dioksidasi dalam sistem transpor elektron
untuk menghasilkan ATP. Oksidasi 1 NADH
menghasilkan 3 ATP, sedangkan oksidasi 1 FADH
2
menghasilkan 2 ATP. Berbeda dengan glikolisis,
pembentukan ATP pada daur Krebs terjadi melalui
reaksi fosforilasi oksidatif. Reaksi yang terjadi pada
daur Krebs dapat Anda pelajari melalui Gambar 2.11
berikut.
Asetil Co-A
NADH
2
Oksaloasetat
Sitrat
NAD
+
Siklus
Krebs
NAD
+
NADH
2
Fumarat ATP
ADP
α
-katoglutarat
FADH
2
FAD
NAD
+
NADH
2
Gambar 2.11
Daur Krebs
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
28
Metabolisme
d)
Sistem transpor elektron
Sistem transpor elektron merupakan suatu rantai
pembawa elektron yang terdiri atas NAD, FAD, koenzim
Q, dan sitokrom. Sistem transpor elektron terjadi dalam
membran mitokondria. Sistem transpor elektron ini
berfungsi untuk mengoksidasi senyawa NADH
atau
NADPH
2
dan
FADH
2
untuk menghasilkan ATP. Perhati-
kan skema sistem transpor elektron pada Gambar
2.12 berikut.
Hasil samping
daur Krebs
NADH + H
NAD
+
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.12
Sistem transpor elektron
AA
H
2
ADP + P
AT P
FAD
FADH + H
+
CoQH
2
CoQ
2H
+
Fe
+3
Fe
+2
AT P
ADP + P
CYTb
CYTc
Fe
+2
Fe
+3
Fe
+3
Fe
+2
CYTa
AT P
ADP + P
Fe
+3
Fe
+2
CYTa
3
1
2
O
2
O
-2
2H
+
H
2
O
2 Asetil
4 CO
2
2 ADP + 2 P
2 ATP
6 NAD
+
6 NADH
2 FAD
2 FADH
2
Input
Output
Mengingat oksidasi NADH atau NADPH
2
dan
FADH
2
terjadi di dalam membran mitokondria,
sedangkan ada NADH yang dibentuk di sitoplasma
(dalam proses glikolisis), maka untuk memasukkan
setiap 1 NADH dari sitoplasma ke dalam mitokondria
diperlukan 1 ATP. Keadaan ini akan mempengaruhi
total hasil bersih respirasi aerob pada organisme
eukariotik. Organisme prokariotik tidak memiliki
sistem membran dalam sehingga tidak diperlukan
ATP lagi untuk memasukkan NADH ke dalam
mitokondria. Akibatnya total hasil bersih ATP yang
dihasilkan respirasi aerob pada organisme
prokariotik lebih tinggi daripada eukariotik.
Energi (ATP) dalam sistem transpor elektron
terbentuk melalui reaksi fosforilasi oksidatif. Energi
yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol NADH atau
NADPH
2
dapat digunakan untuk membentuk 3 mol
ATP. Reaksinya sebagai berikut.
NADH + H
+
+
1
2
O
2
+ 3ADP + 3H
3
PO
4
→
NAD
+
+
3ATP + 4H
2
O
Di Mana Tempat Terjadinya
Reaksi Fosforilasi?
Reaksi fosforilasi dalam glikolisis
dan daur Krebs terjadi pada
pengubahan senyawa berikut.
1. 3 fosfogliseraldehid
→
1,3-
difosfogliserat
2. Piruvat
→
asetil Co-A
3. Isositrat
→
α
-ketoglutarat
4.
α
-ketoglutarat
→
suksinil Co-A
5. Suksinat
→
fumarat
6. Malat
→
oksaloasetat
Adapun hasil akhir daur Krebs ditampilkan sebagai
berikut.
Biologi Kelas XII
29
Sementara itu, energi yang dihasilkan oleh
oksidasi 1 mol FADH
2
dapat menghasilkan 2 mol
AT P.
Berapakah jumlah total ATP yang dihasilkan
selama proses respirasi aerob pada organisme
eukariotik? Perhatikan Gambar 2.13 berikut.
Berdasarkan Gambar 2.13 tersebut tampak
bahwa pada organisme eukariotik setiap molekul
glukosa akan menghasilkan 36 ATP dalam respirasi.
Hasil ini berbeda dengan respirasi pada organisme
prokariotik. Telah diketahui bahwa oksidasi NADH
atau NADPH
2
dan FADH
2
terjadi dalam membran
mitokondria, namun ada NADH yang dibentuk di
sitoplasma (dalam proses glikolisis). Pada organisme
eukariotik, untuk memasukkan setiap 1 NADH dari
sitoplasma ke dalam mitokondria diperlukan 1 ATP.
Dengan demikian, 2 NADH dari glikolisis
menghasilkan hasil bersih 4 ATP setelah dikurangi
2 ATP. Sementara itu, pada organisme prokariotik,
karena tidak memiliki sistem membran dalam maka
tidak diperlukan ATP lagi untuk memasukkan NADH
ke dalam mitokondria sehingga 2 NADH
menghasilkan 6 ATP. Akibatnya total hasil bersih ATP
yang dihasilkan respirasi aerob pada organisme
prokariotik, yaitu 38 ATP.
Glukosa
Glikolisis
2 piruvat
2ATP
2ATP
2 asetil – Co-A
Siklus
Krebs
2NADH
2NADH
6NADH
2FADH
2
2 CO
2
4 CO
2
4A
TP
6A
TP
18
ATP
4A
TP
Sistem transpor elektron
Mitokondria
Sitoplasma
4 ATP
O
2
H
2
O
32 ATP
= 36 ATP
+
Hasil ATP:
Gambar 2.13
Jumlah energi yang dihasilkan dari setiap molekul glukosa pada organisme eukariotik
Sumber:
Biology, Mader, S. S.
30
Metabolisme
Bagaimanakah efisiensi respirasi? Pembakaran
glukosa secara sempurna menghasilkan CO
2
dan
H
2
O di luar tubuh makhluk hidup dan dihasilkan pula
energi sebesar 680 kkal. Dari uraian di depan telah
diketahui bahwa melalui respirasi 1 molekul glukosa
menghasilkan 36 ATP. Sebuah ATP setara dengan
10 kkal energi sehingga perombakan glukosa dalam
tubuh makhluk hidup melalui respirasi menghasilkan
= 10 kkal x 36 = 360 kkal. Jika jumlah energi itu
dibandingkan, akan diperoleh hasil efisiensi respirasi
sebesar:
360 kkal
680 kkal
× 100 % = 53%
2)
Respirasi Aerob Melalui Oksidasi Langsung atau Jalur
Pentosa Fosfat (Hexose Monophosphat Shunt = HMS)
Daur ini diawali dengan proses fosforilasi glukosa
dengan fosfor yang berasal dari ATP sehingga terbentuk
glukosa 6-fosfat. Selanjutnya, glukosa 6-fosfat dioksidasi
dengan NADP terbentuk 6-fosfoglukonat. Tahap
selanjutnya, 6-fosfoglukonat didekarboksilasi dan
dioksidasi dengan NADP sehingga terbentuk ribulosa
5-fosfat. Ribulosa 5-fosfat melanjutkan siklus sehingga
terbentuk kembali glukosa 6-fosfat. Perhatikan skema
pada Gambar 2.14 berikut untuk membantu pemahaman
Anda.
Pada daur HMS, setiap keluar 1 CO
2
akan dihasilkan
2 NADPH
2
. Selanjutnya, NADPH
2
dioksidasi dalam
sistem transpor elektron. Pada daur ini, dihasilkan
senyawa antara berupa gula, sedangkan pada daur
Krebs berupa asam organik. Pada daur HMS dihasilkan
gula ribulosa 6-fosfat (gula beratom C=5) yang
merupakan gula penting untuk membentuk nukleotida.
Nukleotida merupakan senyawa yang sangat penting
karena berperan antara lain sebagai penyusun ATP dan
DNA.
NADPH
+
+ H
+
NADP
+
NADPH
+
+ H
+
NADP
+
CO
2
Glukosa
Glukosa 6-P
Ribulosa 5-P
AT P
Asam 6-fosfoglukonat
ADP
Siklus
HMS
Gambar 2.14
Jalur pentosa fosfat (HMS)
Biologi Kelas XII
31
b. Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob terjadi bila tidak ada oksigen. Perlu
diingat, bahwa dalam respir
asi aerob oksigen berperan
sebagai penerima elektron terakhir. Bila peran oksigen di-
gantikan oleh zat lain, terjadilah respirasi anaerob. Organela-
organela dan reaksi-reaksi yang terlibat dalam proses
respirasi aerob sama dengan respirasi anaerob. Adapun zat
lain yang dapat menggantikan peran oksigen antara lain NO
3
dan SO
4
. Sejauh ini baru diketahui bahwa yang dapat
menggunakan zat pengganti oksigen merupakan golongan
mikroorganisme. Dengan demikian, organisme tingkat tinggi
tidak dapat melakukan respirasi anaerob. Bagaimana
organisme tingkat tinggi mengubah energi potensial kimia
menjadi energi kinetik jika tidak ada oksigen? Apabila tidak
tersedia oksigen, organisme tingkat tinggi mengubah energi
potensial kimia menjadi energi kinetik melalui proses
fermentasi.
2. Fermentasi
Fermentasi terjadi bila tidak tersedia cukup oksigen. Respirasi
anaerob juga terjadi bila tidak terdapat oksigen. Akan tetapi,
bukan berarti fermentasi sama dengan respirasi anaerob. Salah
satu perbedaannya antara lain terletak pada keterlibatan organela
mitokondria pada respirasi anaerob yang berfungsi untuk
mengoksidasi NADH
2
atau NADPH
2
. Sementara itu, pada
fermentasi tidak melibatkan mitokondria. Dengan demikian
perbedaan respirasi anaerob dengan fermentasi juga terletak
pada proses-proses yang terjadi dalam mitokondria. Perhatikan
skema Gambar 2.15.
Glukosa C
6
Alkohol C
2
ADP
AT P
PGA
PGAL
2P
2X Piruvat C
3
Laktat C
3
2 NAD
+
2 NADH
2
CO
2
Gambar 2.15
Fermentasi
Sumber:
Biology, Mader, S. S.
2X Gliseraldehid 3 – fosfat P – C
3
2X 1,3 – Difosfogliserat P – C
3
– P
32
Metabolisme
a. Fermentasi Asam Laktat
Bagaimana fermentasi asam laktat berlangsung? Telah
dik
etahui bahwa glikolisis menghasilkan asam piruvat. Tanpa
adanya oksigen, asam piruvat tidak dapat masuk ke siklus
Krebs di mitokondria. Namun, asam piruvat akan mengalami
reduksi secara langsung oleh NADH membentuk senyawa
3C, yaitu asam laktat, tanpa melepaskan CO
2
.
Fermentasi asam laktat dari jamur dan bakteri tertentu
dimanfaatkan dalam pembuatan keju dan yoghurt. Sel otot
juga mampu melakukan fermentasi asam laktat, jika asam
piruvat mengalami proses reduksi, bukan oksidasi seperti
dalam siklus Krebs. Kapan sel otot melakukan fermentasi
asam laktat? Ketika tubuh membutuhkan energi yang besar
dalam waktu singkat, otot akan melakukan fermentasi.
Misalnya pada atlet lari cepat (
sprint
). Atlet tersebut mem-
butuhkan oksigen sangat besar saat lari. Selanjutnya, dengan
oksigen yang banyak asam piruvat akan masuk siklus Krebs
seperti kondisi normal, sehingga pembentukan ATP (energi)
juga besar. Ketika berlari, pasokan oksigen untuk tubuh
berkurang. Padahal masih dibutuhkan energi (ATP) yang
besar untuk berlari. Oleh karena itu asam piruvat diubah
menjadi asam laktat. Hal ini karena asam laktat tetap dapat
menghasilkan ATP meskipun jumlah oksigen dalam tubuh
terbatas. Laktat sebenarnya merupakan racun bagi sel,
sehingga laktat yang terbentuk dalam sel otot akan dibawa
keluar oleh darah menuju hati. Laktat selanjutnya diubah
menjadi asam piruvat. Oleh karenanya, ATP dapat segera
diperoleh kembali melalui daur Krebs
. Apabila atlet tersebut
sudah selesai beraktivitas kemudian melakukan istirahat yang
cukup serta jumlah O
2
dalam tubuh terpenuhi, asam laktat
yang telah diubah menjadi asam piruvat dapat memasuki daur
krebs kembali. Selanjut
nya, pelari tersebut
dapat memperoleh
ATP dari respirasi aerob seperti kondisi semula.
b. Fermentasi Alkohol
Fermentasi alkohol, misalnya terjadi pada khamir.
Mikroorganisme ini mempun
yai enzim yang mendekarboksilasi
piruvat menjadi asetaldehid (senyawa dengan 2C) dengan
melepaskan CO
2
.
Selanjutnya oleh NADH, asetaldehid
direduksi menjadi etilalkohol.
Khamir (
yeast
) merupakan salah satu contoh organisme
yang menghasilkan alkohol dan CO
2
.
Yeast
digunakan dalam
pembuatan roti. CO
2
yang dihasilkan mengakibatkan roti me-
ngembang.
Yeast
juga digunakan untuk memfermentasikan
gula dalam pembuatan anggur, dalam hal ini dihasilkan
etilalkohol. Sebutkan contoh lain dari fermentasi alkohol.
Lakukanlah kegiatan diskusi berikut agar pemahaman
Anda tentang fermentasi menjadi lebih jelas.
Biologi Kelas XII
33
Bandingkan reaksi yang berlangsung dalam fermentasi asam
laktat dan fermentasi alkohol. Setelah itu, diskusikan beberapa
pertanyaan berikut.
1. Berapa jumlah ATP yang dihasilkan dalam pemecahan glukosa
melalui fermentasi?
2. Tuliskan reaksi kimia fermentasi asam laktat dan fermentasi
alkohol.
3. Lebih efektif manakah, penghasilan ATP melalui respirasi aerob
atau melalui fermentasi?
Tulislah hasil diskusi Anda dalam buku kerja. Selanjutnya, presentasi-
kan di depan kelas.
Bagaimana efisiensi energi dalam fermentasi? Telah
Anda ketahui bahwa selama fermentasi dihasilkan 2 ATP
yang setara dengan 20 kkal energi. Sementara itu,
pembakaran glukosa menjadi CO
2
dan H
2
O menghasilkan
energi sebesar 680 kkal. Dengan demikian efisiensi
fermentasi sebesar:
20 kkal
680 kkal
× 100% = 2,9 %
Berdasarkan perhitungan di atas, diketahui bahwa tingkat
efisiensi fermentasi jauh lebih rendah dibandingkan tingkat
efisiensi respirasi.
Jawablah soal-soal berikut.
1. Jelaskan reaksi glikolisis pada tahap
fosforilasi. Lengkapi dengan bagan.
2. Jelaskan perolehan ATP pada setiap tahap
respirasi aerob melalui jalur daur Krebs.
3. Samakah pengertian fermentasi dengan
respirasi anaerob? Jelaskan.
4. Berapa jumlah ATP yang dihasilkan oleh
satu molekul glukosa melalui fermentasi?
5. Jelaskan dua tahapan dalam fermentasi
alkohol.
6. Kapan sel otot melakukan fermentasi asam
laktat?
C. Anabolisme
Anabolisme adalah peristiwa penyusunan zat dari senyawa
sederhana menjadi senyawa lebih kompleks yang berlangsung dalam
tubuh makhluk hidup. Penyusunan senyawa kimia umumnya
memerlukan energi, misalnya energi cahaya dalam fotosintesis dan
energi kimia dalam kemosintesis.
34
Metabolisme
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.16
Daun pisang dapat melakukan
f
otosintesis
6 CO
2
+ 6 H
2
OC
6
H
12
O
6
+ 6 O
2
Reduksi
Energi cahaya
Klorofil
1. Fotosintesis
Apa yang ada dalam pikiran Anda tentang sebuah daun?
Puji syukur seharusnya kita panjatkan kepada Tuhan pencipta
alam semesta dengan segala isinya. Mengapa? Dalam daun ini
Tuhan menciptakan pengolah bahan makanan pertama di dunia
melalui proses fotosintesis. Daun pisang seperti pada Gambar
2.16 di samping dapat melakukan fotosintesis sehingga
menghasilkan karbohidrat yang disimpan di dalam buahnya. Buah
pisang dapat menjadi bahan makanan bagi manusia. Sebuah
bukti keagungan Tuhan yang telah menciptakan sistem yang
sempurna dalam tubuh makhluk hidup, termasuk tumbuhan.
Mudah-mudahan uraian ini semakin menambah wawasan kita
akan keagungan Tuhan.
Organisme yang dapat melakukan proses fotosintesis seperti
tumbuhan dan algae menghasilkan bahan organik untuk biosfer.
Bahan organik sebagai sumber energi untuk pertumbuhan,
perkembangan, dan pemeliharaan.
Fotosintesis berasal dari kata
foton
yang artinya cahaya dan
sintesis
yang artinya penyusunan. Jadi, fotosintesis adalah proses
penyusunan bahan organik (karbohidrat) dari H
2
O dan CO
2
dengan bantuan energi cahaya. Proses ini hanya dapat terjadi
pada tumbuhan yang mempunyai klorofil, yaitu pigmen yang
berfungsi sebagai penangkap energi cahaya matahari. Jadi,
fotosintesis merupakan transformasi energi dari energi cahaya
matahari dikonversi menjadi energi kimia yang terikat dalam
molekul karbohidrat. Proses ini berlangsung melalui reaksi
berikut.
Ingenhousz
(1799) melakukan eksperimen untuk
membuktikan bahwa peristiwa fotosintesis melepaskan O
2
.
Ingenhousz dalam percobaannya menggunakan tanaman
Hydrilla verticillata
di dalam gelas piala kemudian ditutup corong
terbalik yang dihubungkan dengan tabung reaksi yang telah diisi
penuh dengan air. Perangkat percobaan tersebut diletakkan di
tempat yang terkena cahaya matahari. Setelah beberapa saat
akan terbentuk gelembung udara (O
2
) yang keluar dari tanaman
Hydrilla verticillata
. Marilah kita mencoba melakukan eksperimen
yang pernah dilakukan Ingenhousz berikut.
Biologi Kelas XII
35
Organela yang berperan dalam fotosintesis ialah kloroplas.
Kloroplas mengandung pigmen klorofil dan menyebabkan warna
hijau pada daun. Kloroplas mempunyai membran ganda (luar
dan dalam) yang mengelilingi matriks fluida yang disebut
stroma
.
Stroma mengandung enzim yang berperan untuk menangkap
CO
2
dan mereduksinya. Sistem membran di dalam stroma
membentuk kantung-kantung datar yang disebut
tilakoid
. Pada
beberapa tempat tilakoid bertumpuk membentuk grana.
Klorofil dan pigmen lainnya terdapat pada membran tilakoid.
Pigmen yang terdapat pada kloroplas, yaitu klorofil
a
(berwarna
hijau), klorofil
b
(berwarna hijau tua), dan karoten (berwarna
kuning sampai jingga). Pigmen tersebut mengelompok dalam
membran tilakoid membentuk perangkat pigmen yang penting
dalam fotosintesis. Perhatikan gambar berikut.
Mengamati Pengaruh Intensitas Cahaya
terhadap Kecepatan Fotosintesis
1. Coba siapkan beberapa alat dan bahan
berikut.
a. tabung reaksi,
b. gelas piala,
c. corong kecil,
d. akuades,
e. larutan Na-Bikarbonat 0,5%, dan
f.
tanaman
Hydrilla verticillata
(Hidrilla).
2. Buatlah medium berupa air dalam 2 buah
gelas piala dan tambahkan beberapa tetes
0,5% Na-Bikarbonat.
3. Setelah itu potonglah cabang tanaman
Hydrilla verticillata
sepanjang 10 cm. Letakkan
tanaman
Hydrilla verticillata
di bawah corong,
pangkal tanaman menghadap ke arah pipa
corong yang ditutup tabung reaksi yang telah
diisi penuh dengan air.
4. Susunlah dua perangkat gelas piala, tabung
reaksi, corong, dan tanaman hidrilla seperti
gambar berikut.
5. Setelah tersusun, satu perangkat gelas piala
diletakkan di dalam ruangan dengan intensitas
cahaya rendah dan perangkat yang lain
diletakkan di luar ruangan dengan intensitas
cahaya tinggi.
6. Amati gelembung oksigen yang terjadi. Hitung
banyaknya gelembung setiap 5 menit selama
15 menit.
7. Buat grafik hubungan antara intensitas cahaya
dengan gelembung dan waktu.
Pertanyaan:
1. Bagaimana perbedaan jumlah gelembung
pada kedua perlakuan tersebut?
2. Apa yang menyebabkan terjadinya peristiwa
tersebut (soal nomor 1)?
3. Apa fungsi NaHCO
3
pada percobaan
tersebut?
4. Gelembung yang terjadi menunjukkan apa?
5. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi pada
peristiwa tersebut.
6. Apa kesimpulan dari kegiatan ini?
Buatlah laporan tertulis hasil eksperimen ini dan
kumpulkan kepada bapak atau ibu guru.
Hydrilla verticillata
Tabung reaksi
Gelas piala
Corong kaca
36
Metabolisme
Cahaya dan Karbon Dioksida
Seorang doktor Belanda,
Jan
Ingenhousz
(1730–1799) berhasil
menemukan peran karbon dioksida
bagi proses fotosintesis tumbuhan.
Berdasarkan hasil percobaannya,
Ingenhousz mengetahui bahwa
tumbuhan menyerap karbon
dioksida jika ada cahaya. Temuan
ini menunjukkan bahwa cahaya
mempunyai peran kunci dalam
fotosintesis. Apabila lingkungan
tanpa cahaya, tumbuhan me-
ngeluarkan karbon dioksida dan
mengambil oksigen ketika ber-
napas untuk memperoleh energi.
Sumber:
Jendela Iptek
Jan Ingenhousz (1730–1799)
Fotosintesis berlangsung dalam 2 tahap reaksi, yaitu reaksi
terang (
light-dependent reaction
) dan reaksi gelap (
light-inde-
pendent reaction
). Reaksi terang berlangsung jika ada cahaya,
sedangkan reaksi gelap berlangsung tanpa memerlukan cahaya.
Bagaimana kedua reaksi ini berlangsung? Marilah kita ikuti uraian
berikut.
a. Reaksi Terang (
Light-Dependent Reaction
)
Reaksi terang terjadi dalam membran tilakoid yang di
dalamn
ya terdapat pigmen klorofil
a
, klorofil
b
, dan pigmen
tambahan yaitu karoten. Pigmen-pigmen ini menyerap
cahaya ungu, biru, dan merah lebih baik daripada warna
cahaya lain.
Reaksi terang merupakan reaksi penangkapan energi
cahaya. Energi cahaya yang diserap oleh membran tilakoid
akan menaikkan elektron berenergi rendah yang berasal dari
H
2
O. Elektron-elektron bergerak dari klorofil
a
menuju sistem
transpor elektron yang menghasilkan ATP (dari ADP + P).
Elektron-elektron berenergi ini juga ditangkap oleh NADP
+
.
Setelah menerima elektron, NADP
+
segera berubah menjadi
NADPH. Molekul-molekul ini (ATP dan NADPH) menyimpan
energi untuk sementara waktu dalam bentuk elektron
berenergi yang akan digunakan untuk mereduksi CO
2
.
Reaksi terang melibatkan dua jenis fotosistem, yaitu
fotosistem I dan fotosistem II. Apakah sebenarnya fotosistem
itu?
Telah dijelaskan di depan bahwa dalam tilakoid terdapat
beberapa pigmen yang berfungsi menyerap energi cahaya.
Pigmen-pigmen itu antara lain klorofil
a
, klorofil
b
,
dan pigmen
Gambar 2.17
Organela yang terlibat dalam fotosintesis
Sumber:
Biology, Raven and Johnson
Jaringan daun hasil pe-
motongan melintang
Tilakoid
Grana
Daun
Sel daun
Ruang
tilakoid
Stroma
Kloroplas
Biologi Kelas XII
37
tambahan karotenoid. Setiap jenis pigmen menyerap cahaya
dengan panjang gelombang tertentu.
Molekul klorofil dan pigmen asesori (tambahan) mem-
bentuk satu kesatuan unit sistem yang dinamakan
fotosistem
.
Setiap fotosistem menangkap cahaya dan memindahkan
energi y
ang dihasilkan ke pusat rea
ksi, yaitu suatu kom
pleks
klorofil dan protein-protein yang berperan langsung dalam
fotosintesis.
Fotosistem I terdiri atas klorofil
a
dan pigmen tambahan
yang menyerap kuat energi cahaya dengan panjang
gelombang 700 nm sehingga sering disebut
P700
.
Sementara itu, fotosistem II tersusun atas klorofil
a
yang
menyerap kuat energi cahaya dengan panjang gelombang
680 nm sehingga sering disebut
P680
.
Ketika suatu molekul pigmen menyerap energi cahaya,
energi itu dilewatkan dari suatu molekul pigmen ke molekul
pigmen lainnya hingga mencapai pusat reaksi. Setelah energi
sampai di P700 atau di P680 pada pusat reaksi, sebuah elektron
kemudian dilepaskan menuju tingkat energi lebih tinggi. Elektron
berenergi ini akan disumbangkan ke akseptor elektron.
Dalam reaksi terang, terdapat 2 jalur perjalanan elektron,
yaitu jalur elektron siklik dan jalur elektron nonsiklik.
1) Jalur elektron siklik
Jalur elektron siklik dimulai setelah kompleks pigmen
fotosistem I menyerap energi matahari. Pada jalur ini,
elektron berenergi tinggi (e-) meninggalkan pusat reaksi
fotosistem I, tetapi akhirnya elektron itu kembali lagi.
Elektron berenergi (e-) meninggalkan fotosistem I
(pusat reaksi klorofil
a
) dan ditangkap oleh akseptor
elektron kemudian melewatkannya dalam sistem
transpor elektron sebelum kembali ke fotosistem I. Jalur
elektron siklik hanya menghasilkan ATP.
Namun, sebelum kembali ke fotosintem I, elektron-
elektron itu memasuki sistem transpor elektron, yaitu
suatu rangkaian protein pembawa yang mengalirkan
elektron dari satu protein pembawa ke protein pembawa
berikutnya. Ketika elektron melalui protein pembawa ke
protein pembawa berikutnya, energi yang akan diguna-
kan untuk membentuk ATP dilepaskan dan disimpan
dalam bentuk gradien hidrogen (H
+
). Saat ion hidrogen
ini melalui gradien elektrokimia melalui kompleks ATP-
sintase, terjadilah pembentukan ATP.
ATP terbentuk karena adanya penambahan gugus
fosfat pada senyawa ADP yang diatur oleh energi cahaya
sehingga prosesnya disebut
fotofosforilasi
.
Pembentukan ATP terjadi melalui rute transpor elektron
siklis maka disebut juga
fotofosforilasi siklis
. Coba
amatilah Gambar 2.18 untuk mempermudah memahami
jalur elektron ini.
Jalur elektron siklik
terjadi dari fotosistem I
kembali ke fotosistem I dan
hanya menyebabkan
terbentuknya ATP.
38
Metabolisme
2) Jalur elektron nonsiklik
Reaksi ini dimulai ketika kompleks pigmen
fotosistem II (P 680) menyerap energi cahaya dan
elektron berenergi tinggi meninggalkan molekul pusat
reaksi (klorofil
a
). Fotosistem II mengambil elektron dari
hasil penguraian air (fotolisis) dan menghasilkan oksigen
melalui reaksi berikut.
H
2
O2
H
+
+2e
–
+
1
2
O
2
Oksigen dilepaskan oleh kloroplas sebagai gas oksigen.
Sementara itu, ion hidrogen (H
+
) untuk sementara waktu
tinggal di ruang tilakoid.
Elektron-elektron berenergi tinggi yang meninggalkan
fotosistem II ditangkap oleh akseptor elektron dan
mengirimnya ke sistem transpor elektron. Elektron-elektron
ini melewati satu pembawa ke pembawa lainnya dan energi
untuk pembentukan ATP dikeluarkan dan disimpan dalam
bentuk gradien hidrogen (H
+
). Ketika ion-ion hidrogen
melewati gradien elektrokimia serta kompleks sintase ATP,
terbentuklah ATP secara kemiosmosis. Sementara itu,
elektron-elektron berenergi rendah meninggalkan sistem
transpor elektron menuju fotosistem I. Ketika fotosistem I
menyerap energi cahaya, elektron-elektron berenergi tinggi
meninggalkan pusat reaksi (klorofil
a
) dan ditangkap oleh
akseptor elektron. Selanjutnya, sistem transpor elektron
membawa elektron-elektron ini ke NADP
+
. Setelah itu,
NADP
+
mengikat ion H
+
terjadilah NADPH
2
, seperti reaksi
berikut.
NADP
+
+ 2e- + 2H
+
NADPH
2
Gambar 2.18
Jalur elektron siklis dan nonsiklis
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Penerima
elektron
Penerima
elektron
AT P
ADP
e
–
e
–
e
–
e
–
NADP
NADPH
2
ADP
AT P
Sitokrom
Fotosistem I (P 700)
e
–
Fotosistem II (P 680)
H
2
O
e
–
H
+
O
2
Siklis
Biologi Kelas XII
39
Dengan demikian jalur elektron nonsiklis menghasilkan
ATP dan NADPH
2
. NADPH
2
dan ATP yang dihasilkan dalam
elektron nonsiklik akan digunakan dalam reaksi tahap kedua
(reaksi gelap) sintesis karbohidrat.
b. Reaksi Gelap (
Light-Independent Reaction
)
Reaksi gelap merupakan reaksi tahap kedua dari
f
otosintesis. Disebut reaksi gelap karena reaksi ini tidak me-
merlukan cahaya. Reaksi gelap terjadi di dalam stroma
kloroplas.
Reaksi gelap pertama kali ditemukan oleh Malvin Calvin
dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi gelap
fotosintesis sering disebut
siklus Calvin-Benson
atau
siklus Calvin
. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap,
yaitu fase fiksasi, fase reduksi, dan fase regenerasi. Pada
fase fiksasi terjadi penambatan CO
2
oleh ribulose bifosfat
(
Ribulose biphosphat
= RuBP) menjadi 3-fosfogliserat (
3-
phosphoglycerate
= PGA). Reaksi ini dikatalisis oleh enzim
ribulose bifosfat karboksilase (Rubisco).
RuBP karboksilase (Rubisco)
CO
2
+
RuBP –––––––––––––––––––––– PGA
Pada fase reduksi diperlukan ATP dan ion H
+
dari
NADPH
2
untuk mereduksi 3-fosfogliserat (PGA) menjadi 1,3-
bifosfogliserat (PGAP) kemudian membentuk
fosfogliseraldehid (
glyceraldehyde-3-phosphat
= PGAL atau
G3P = glukosa 3-fosfat).
ATP
ADP + P
PGA –––––––– PGAP –––––––– PGAL/G3P
NADPH + H
+
NADP
+
Pada fase regenerasi, terjadi pembentukan kembali
RuBP dari PGAL atau G3P. Dengan terbentuknya RuBP,
penambatan CO
2
kembali berlangsung.
12 PGL atau G3P ––– 10 PGA atau G3P ––– 6 ribulosa fosfat (RD) ––– RuBP
Secara ringkas reaksi gelap atau siklus Calvin dijelaskan
dalam skema pada Gambar 2.19 berikut.
Aliran elektron
nonsiklik menguraikan
air menjadi H
+
, e-, dan O
2
.
Selain itu juga dihasilkan
ATP dan mengubah NADP
+
menjadi NADPH
2
.
6 ADP
2 G3P
6 ATP
CO
2
+ RUBP
⎯→
PGA
Daur
Calvin
KH
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.19
Siklus Calvin
40
Metabolisme
Sudah jelaskah Anda tentang siklus Calvin? Jika belum,
coba diskusikan kembali materi di atas dengan kelompok
Anda atau mintalah penjelasan kepada teman Anda yang
sudah paham tentang materi tersebut.
Kapan glukosa terbentuk? Setiap 6 atom karbon yang
memasuki siklus Calvin sebagai CO
2
, 6 atom karbon
meninggalkan siklus sebagai 2 molekul PGAL atau G3P,
kemudian digunakan dalam sintesis glukosa atau karbohidrat
lain (perhatikan kembali siklus Calvin di atas).
Reaksi endergonik antara 2 molekul G3P atau PGAL
menghasilkan glukosa atau fruktosa. Pada beberapa
tumbuhan, glukosa dan fruktosa bergabung membentuk
sukrosa atau gula pada umumnya. Sukrosa dapat dipanen
dari tanaman tebu atau bit. Selain itu, sel tumbuhan juga
menggunakan glukosa untuk membentuk amilum atau
selulosa.
Berdasarkan tipe pengikatan terhadap CO
2
selama proses
fotosintesis terdapat tiga jenis tumbuhan, yaitu tanaman C
3
,
tanaman C
4
, dan tanaman CAM.
Jalur fiksasi CO
2
yang telah kita pelajari di depan merupakan
jalur fiksasi CO
2
pada tanaman C
3
, misalnya pada tanaman
kedelai. Pada tanaman C
3
siklus Calvin terjadi di sel-sel mesofil.
Bagaimana dengan tanaman C
4
dan CAM? Apakah siklus Calvin
juga terjadi dalam sel-sel mesofil? Apa perbedaan ketiga jenis
tanaman tersebut dalam fiksasi CO
2
?
Diskusikan dengan teman sebangku Anda perbedaan antara
C
3
, C
4
, dan CAM dalam fiksasi CO
2
.
Pada tanaman C4, CO
2
yang diikat sel-sel mesofil akan
diubah terlebih dulu menjadi oksaloasetat (senyawa 4C),
setelah bereaksi dengan PEP (fosfoenolpiruvat). Peng-
gabungan ini dikatalisir oleh PEP karboksilase. Selanjutnya
dengan bantuan NADPH
2
, oksaloasetat diubah menjadi
malat (senyawa 4C). Senyawa ini kemudian memasuki
sarung berkas pembuluh. Malat, dalam sel-sel sarung berkas
pembuluh, mengalami dekarboksilasi menjadi piruvat dan
CO
2
. Selanjutnya, CO
2
memasuki jalur siklus Calvin.
Perhatikan skema reaksi penangkapan CO
2
pada
tanaman C
4
berikut.
Biologi Kelas XII
41
1) Di daerah mesofil:
2) Di sarung berkas pengangkut:
Jalur C
4
lebih efisien daripada tanaman C
3
dalam hal
fiksasi CO
2
. Mengapa demikian? Sistem fiksasi CO
2
pada
tanaman C
4
bekerja pada konsentrasi CO
2
jauh lebih rendah
(sebesar 1–2 ppm) daripada pada sistem C
3
(> 50 ppm).
Dengan demikian, pada hari yang amat panas, tanaman C
4
menutup stomatanya untuk mengurangi kehilangan air, tetapi
tetap dapat memperoleh CO
2
untuk keperluan fotosintesis-
nya. Alasan inilah yang menyebabkan tanaman C
4
mampu
beradaptasi pada habitat dengan suhu tinggi, kelembapan
rendah, dan sinar matahari terik pada siang hari.
Beberapa tanaman yang hidup di daerah kering dan
panas, misalnya kaktus, lili, dan anggrek memiliki cara khusus
dalam penambatan CO
2
untuk proses fotosintesis. Pada
umumnya tanaman mengikat (memfiksasi) CO
2
pada siang
hari, tetapi pada tanaman yang hidup di daerah kering
pengikatan CO
2
terjadi pada malam hari sehingga tanaman-
tanaman tersebut memiliki tipe khusus yang dinamakan
crassulacean acid metabolism
(
CAM
). Crassulaceae
merupakan suatu
familia
dalam taksonomi tubuh. Tanaman
ini memiliki batang yang mengandung air atau sukulen.
Seperti halnya tanaman C
4
, tanaman yang termasuk
dalam familia Crassulaceae
menambat CO
2
dengan bantuan
enzim PEP karboksilase dan mengubahnya menjadi
oksaloasetat, tetapi dalam waktu berlainan. Pada tanaman
familia Crassulaceae
penambatan CO
2
terjadi pada malam
hari ketika stomatanya membuka. Oksaloasetat yang diubah
menjadi malat akan disimpan dalam vakuola. Ketika stomata
menutup pada siang hari, malat mengalami reaksi
dekarboksilasi dan menghasilkan piruvat dan CO
2
.
Piruvat
PEP
Oksaloasetat
Malat
Aspartat
Sarung berkas pengangkut
ADP
AT P
CO
2
Gambar 2.20
Nanas merupakan salah satu
jenis tanaman C
4
Sumber:
Biology, Campbell
Malat
Asparat
CO
2
RuBP
PGA
PGAL
NADPH
2
NADP
ADP
AT P
Daur Calvin
Dinding sel
dan lain-lain
KH
42
Metabolisme
Selanjutnya, CO
2
memasuki siklus Calvin untuk membentuk
PGAL (G3P). Perhatikan skema fiksasi CO
2
pada tanaman
CAM berikut.
1) Pada malam hari:
CO
2
+ PEP Oksaloasetat Malat Vakuola
di sitoplasma
di vakuola
2) Pada siang hari:
Malat
CO
2
+ RuBP
daur Calvin
di vakuola di kloroplas
2. Fotorespirasi
Beberapa tanaman C
3
, misalnya kedelai dan kentang, tidak
banyak menghasilkan karbohidrat melalui fotosintesis pada hari
yang sangat panas. Mengapa? Pada hari yang sangat panas,
tanaman C
3
menutup stomatanya untuk mengurangi penguapan.
Selama stomata menutup, fotosintesis tetap berlangsung
menggunakan sisa CO
2
dalam daun dan menghasilkan O
2
yang
terakumulasi dalam kloroplas. Telah diketahui bahwa Rubisco
sangat diperlukan dalam fiksasi CO
2
dalam siklus Calvin untuk
menggabungkan CO
2
dengan RuBP. Sementara itu, O
2
hasil
fotosintesis bersaing dengan CO
2
untuk memperebutkan sisi
aktif Rubisco. Ketika kadar O
2
lebih tinggi dari kadar CO
2
,
Rubisco cenderung mengkatalis reaksi O
2
dengan RuBP
daripada dengan CO
2
. Ketika hal ini terjadi, senyawa antara
dalam siklus Calvin banyak dipecah menjadi CO
2
dan H
2
O
daripada membentuk glukosa (karbohidrat). Proses inilah yang
disebut
fotorespirasi
.
Dinamakan fotorespirasi karena dalam peristiwa tersebut
memerlukan cahaya, memerlukan oksigen seperti halnya
respirasi aerob, serta menghasilkan CO
2
dan H
2
O.
Perbedaannya dengan respirasi aerob, dalam fotorespirasi tidak
dihasilkan ATP.
Fotorespirasi mengurangi efisiensi fotosintesis pada
tanaman C
3
karena banyak menghilangkan senyawa antara
(RuBP) yang dipakai dalam siklus Calvin. Sebaliknya,
fotorespirasi tidak berpengaruh terhadap tanaman C
4
, karena
konsentrasi CO
2
dalam sel-sel sarung berkas pengangkut selalu
tinggi.
3. Kemosintesis
Telah diketahui bahwa tumbuhan hijau mampu mensintesis
karbohidrat menggunakan energi cahaya melalui proses
fotosintesis. Karbohidrat dapat dibentuk dari CO
2
dan H
2
O meng-
gunakan energi kimia yang dihasilkan selama oksidasi biologi
terhadap substansi kimia tertentu. Bakteri yang tidak berklorofil
juga dapat menghasilkan karbohidrat menggunakan energi kimia.
Oleh karena itu, porses tersebut dinamakan
kemosintesis
.
Dengan demikian, kemosintesis dapat diartikan sebagai salah
Biologi Kelas XII
43
bentuk asimilasi karbon di mana reduksi CO
2
berlangsung dalam
gelap (tanpa cahaya), menggunakan energi murni hasil oksidasi.
Salah satu hal penting dari kemosintesis yaitu energi hasil reaksi
oksidasi digunakan oleh bakteri dalam fosforilasi dan selanjutnya
mereduksi CO
2
menjadi senyawa organik.
Kemosintesis terjadi pada bakteri nitrifikasi, bakteri belerang,
bakteri besi, serta bakteri hidrogen dan bakteri metan.
a. Kemosintesis oleh Bakteri Nitrifikasi
Beberapa bakteri nitrifikasi antara lain: bakteri
Nitrosomonas
,
Nitrosococcus
,
Nitrobacter
, dan
Bactoderma
.
Nitrosococcus
dan
Nitrosomonas
(bakteri nitrat)
mengoksidasi amonia menjadi nitrit.
Nitrosomonas
2NH
2
+ 3O
2
HNO
2
+ 2H
2
O + energi (158 kkal)
Bactoderma
dan
Nitrobacter
(bakteri nitrat)
mengoksidasi nitrit menjadi nitrat dalam keadaan aerob.
Nitrobacter
2HNO
2
+ O
2
2HNO
3
+ energi (43 kkal)
b. Kemosintesis oleh Bakteri Belerang
Berdasarkan aspek kemosintesis, bakteri belerang
dik
elompokkan menjadi tiga sebagai berikut.
Bakteri belerang ototrofik tanpa pigmen, contoh
Beggiatoa
dan
Thiospirillum.
Beggiatoa
dan
Thiospirillum
ditemukan pada sumber mata
air panas yang mengandung hidrogen sulfida. Kelompok
bakteri ini mengoksidasi logam sulfida menjadi sulfur menurut
reaksi berikut.
Beggiatoa
/
Thiospirillum
2H
2
S + O
2
2S + 2H
2
O + energi (122,2 kkal)
Ketika cadangan sulfida habis, endapan sulfur akan
dioksidasi menjadi sulfat.
2S + 2H
2
+ 3O
2
2H
2
SO
4
+ energi (284,4 kkal)
c. Kemosintesis oleh Bakteri Besi
Beberapa bakteri besi pada umumnya, misalnya
Leptothrix, Crenothrix, Cladothrix, Galionella, Spiruphyllum,
dan
Ferrobacillus
mengoksidasi ion ferro menjadi ion ferri.
2Fe (HCO
3
)
2
+ H
2
O + O 2Fe (OH)
3
+ 4CO
2
+ energi (29 kkal)
4FeCO
3
+ O
2
+ 6H
2
O 4Fe (OH)
3
+ 4 CO
2
+ energi (81 kkal)
d. Kemosintesis oleh Bakteri Hidrogen dan Bakteri Metana
1)
Bakteri Hidrogen
Salah satu jenis bakteri hidrogen, yaitu
Bacillus
panctotrophus
dapat tumbuh dalam medium anorganik
yang mengandung hidrogen, CO
2
, dan O
2
serta dapat
mengoksidasi hidrogen dengan membebaskan energi.
Energi ini dapat digunakan dalam proses kemosintesis
berikut.
44
Metabolisme
Jawablah soal-soal berikut.
1. Gambarkan struktur kloroplas dan lengkapi
dengan keterangan gambar.
a. Tunjukkan tempat terjadinya reaksi terang.
b. Tunjukkan tempat terjadinya reaksi gelap.
2. Jelaskan fungsi setiap molekul pigmen daun
yang berperan dalam reaksi terang foto-
sintesis.
3. Jelaskan secara ringkas tentang siklus
elektron siklik dan siklus elektron nonsiklik.
4. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap-
an. Sebutkan ketiga tahapan tersebut dan beri
penjelasan tentang tiap-tiap tahapan.
5. Apa perbedaan fotosintesis dengan
kemosintesis ditinjau dari sumber energi dan
hasil akhirnya?
2H
2
+ O
2
2H
2
O + energi (137 kkal)
2H
2
+ CO
2
+ energi (115 kkal)
(CH
2
O) + H
2
O
2)
Bakteri Metana
Methanonas
merupakan salah satu contoh bakteri
metana yang mampu mengoksidasi metana menjadi
CO
2
. Metana menyediakan karbon dan energi bagi
bakteri aerob ini. Perhatikan reaksi berikut.
CH
4
+ 2O
2
CO
2
+ 2H
2
O + energi
Energi yang diperoleh pada kemosintesis digunakan
untuk proses fosforilasi dan reduksi CO
2
menjadi karbohidat.
Anda telah mempelajari fotosintesis dan kemosintesis.
Dapatkah Anda membedakan kedua jenis anabolisme
tersebut? Nah, cobalah Anda menemukan perbedaan itu
melalui kegiatan diskusi berikut.
Diskusikan perbedaan antara kedua proses anabolisme tersebut.
Mengenai sumber energi, organisme pelaku, bahan dasar, dan hasil.
Tuliskan hasil diskusi Anda dalam tabel berikut.
Tabel perbandingan antara kemosintesis dengan fotosintesis.
Fotosintesis
Kemosintesis
1. Sumber energi
. . .
. . .
2. Pelaku
. . .
. . .
3. Bahan dasar
. . .
. . .
4. Hasil
. . .
. . .
D. Keterkaitan Metabolisme
Seperti dijelaskan di depan, bahwa metabolisme meliputi
anabolisme dan katabolisme. Anabolisme memerlukan energi
(endergonik), sedangkan katabolisme menghasilkan energi
(eksergonik). Bagaimanakah hubungan antara anabolisme dengan
katabolisme? Marilah kita pelajari dalam bahasan berikut.
Biologi Kelas XII
45
1. Keterkaitan Antara Anabolisme dengan Katabolisme
Karbohidrat
Telah dipelajari di depan bahwa anabolisme merupakan
proses pembentukan senyawa kompleks dari senyawa
sederhana dengan memerlukan energi. Jadi, reaksi anabolisme
bersifat endergonik. Sementara itu, katabolisme merupakan
proses pemecahan atau penguraian senyawa kompleks menjadi
senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi.
Jadi, reaksi katabolisme bersifat eksergonik. Perhatikan skema
Gambar 2.21 berikut.
Salah satu proses anabolisme yaitu sintesis atau pem-
bentukan karbohidrat melalui fotosintesis yang terjadi pada
tumbuh-tumbuhan. CO
2
dan H
2
O, dalam reaksi ini, dengan
bantuan energi cahaya diubah menjadi karbohidrat yang di
dalamnya mengandung energi dalam bentuk ikatan kimia.
Sementara itu dalam sel-sel makhluk hidup, karbohidrat
(dalam hal ini glukosa) akan mengalami serangkaian reaksi
respirasi sehingga dihasilkan energi. Selain dibebaskan energi,
reaksi pemecahan (katabolisme) glukosa ini juga menghasilkan
CO
2
dan H
2
O, apabila digambarkan seperti Gambar 2.20 di atas.
2. Keterkaitan Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan
Protein
Karbohidrat bukanlah satu-satunya zat makanan yang dapat
dimanfaatkan sebagai sumber energi. Zat makanan lain, seperti lemak
dan protein dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi. Tentu saja
tahap-tahap reaksinya tidak sama dengan metabolisme karbohidrat.
Hidrolisis lemak menghasilkan asam lemak dan gliserol.
Asam lemak akan mengalami beta-oksidasi menjadi asetil
Co-A. Selanjutnya, asetil Co-A akan memasuki daur atau siklus
Krebs. Sementara itu, gliserol akan diubah menjadi senyawa
fosfogliseraldehid (G3P) agar dapat memasuki reaksi glikolisis.
Bagaimana jika protein digunakan sebagai sumber energi?
Protein yang memiliki sistem pencernaan akan dipecah oleh enzim
protease menjadi asam amino. Selanjutnya, asam amino mengalami
reaksi deaminasi sehingga dihasilkan NH
3
atau gugus amin dan
asam keto. Pada mamalia dan beberapa hewan pada umumnya,
gugus Amin atau NH
3
diubah menjadi urea dan dikeluarkan sebagai
urine. Sementara itu, asam keto dapat memasuki reaksi glikolisis
atau daur Krebs. Pelajari bagan
pada Gambar 2.22 berikut untuk
lebih jelasnya.
Energi
Anabolisme
Karbohidrat
Katabolisme
Energi
CO
2
dan H
2
O
Energi
Anabolisme
Senyawa
Kompleks
Katabolisme
Senyawa
Sederhana
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.21
Hubungan katabolisme dan anabolisme karbohidrat
Energi
46
Metabolisme
Pada bagan tampak jelas adanya keterkaitan antara
metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Hal lain yang dapat
dijelaskan dari bagan tersebut yaitu bahwa lemak yang ada
dalam tubuh kita tidak hanya berasal dari makanan yang
mengandung lemak, tetapi dapat juga berasal dari karbohidrat
dan protein.
Telah dijelaskan bahwa oksidasi karbohidrat, lemak, dan pro-
tein akan menghasilkan energi. Dari ketiga jenis zat makanan
tersebut, manakah yang menghasilkan energi paling banyak?
Dibandingkan dengan karbohidrat dan protein, lemak lebih
banyak menghasilkan energi ketika dioksidasi. Suatu contoh:
satu molekul asam lemak dengan atom 6C (asam heksanoat)
yang dioksidasi secara sempurna dapat menghasilkan 44 ATP.
Sementara itu, glukosa yang juga mempunyai 6 atom C hanya
menghasilkan 36 ATP. Mengapa demikian?
Asam lemak akan memasuki siklus Krebs setelah diubah
menjadi asetil Co-A melalui reaksi beta-oksidasi. Asam lemak
dengan jumlah atom C = 2n, akan menghasilkan sejumlah n
asetil Co-A. Dengan demikian, asam heksanoat (6C)
menghasilkan 3 molekul asetil Co-A. Mula-mula, asam heksanoat
yang telah teraktivasi (memerlukan 2 ATP) menjadi asil Co-A
akan memasuki mitokondria. Asil Co-A dalam mitokondria
Gambar 2.22
Metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein
Protein
Karbohidrat
Lemak
Asam amino
Gula
Gliserol
Asam
lemak
Glikolisis
Piruvat
Gliseraldehid –
Asetil Co-A
Siklus
Krebs
Glukosa
Rantai transpor
elektron
dan fosforilasi
oksidatif
NH
3
Asam keto
Deaminasi
Urea
Dikeluarkan
dalam bentuk
urine
Beta-oksidasi
3P
Sumber:
Biology, Solomon
Biologi Kelas XII
47
mengalami beta-oksidasi. Pada reaksi ini asil Co-A yang berasal
dari asam heksanoat (C = 6) mengalami dua kali siklus dan
menghasilkan 3 asetil Co-A (C = 2). Siklus pertama menghasilkan
1 molekul asetil Co-A, 1 FADH, 1 NADH, dan butiril Co-A (4
atom C). Pada siklus 2 butiril Co-A dioksidasi menjadi 2 molekul
asetil Co-A dengan menghasilkan 1 FADH
2
dan 1 NADH. Adapun
jumlah ATP yang dihasilkan pada beta-oksidasi dapat dihitung
sebagai berikut.
2 FADH
2
→
2 × 2 ATP = 4 ATP
2 NADH
→
2 × 3 ATP = 6 ATP
–––––––––––––––––––––––––––
Jumlah
= 10 ATP
Oleh karena aktivasi asam heksanoat menjadi heksanoil Co-
A memerlukan 2 ATP, maka hasil bersih ATP = (10 – 2) ATP = 8
ATP. Selanjutnya, 3 molekul asetil Co-A akan memasuki daur
Krebs dan mengalami oksidasi sempurna menjadi CO
2
dan H
2
O.
Pada oksidasi 3 molekul asetil Co-A ini dihasilkan 3 × 12 ATP =
36 ATP. Jadi, oksidasi asam lemak menghasilkan 44 ATP.
Hal ini juga menunjukkan bahwa makin panjang rantai karbon
yang menyusun asam lemak, energi yang dihasilkan makin besar.
Misalnya pada asam palmitat yang mempunyai 15 atom C
menghasilkan 129 ATP. Bukan hanya itu, senyawa lain hasil
hidrolisis lemak yaitu gliserol dapat memasuki jalur glikolisis
setelah diubah menjadi gliseraldehid 3-fosfat (PGAL).
Selanjutnya, PGAL akan diubah menjadi PEP. PEP harus diubah
menjadi asetil Co-A agar dapat memasuki daur Krebs. Dari reaksi
oksidasi, gliserol juga dihasilkan cukup banyak energi yaitu
sekitar (36 ATP). Perhatikan skema pada Gambar 2.23 berikut.
Glukosa
Asil Co-A
Piruvat
3 Asetil Co-A
STE
2 FAD
+
2 FADH
2
2 NAD
+
2 NADH
2
Siklus
Krebs
Beta-oksidasi
Asam heksanoat
2 ATP
2 ADP
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.23
Jalur beta-oksidasi asam lemak
48
Metabolisme
3. Teknologi yang Berkaitan dengan Metabolisme
Makanan
Saat ini, teknologi di bidang pengolahan makanan telah
berkembang pesat. Para produsen telah menemukan celah pasar
yang luar biasa di bidang ini. Terbukti dengan beredarnya
makanan-makanan substitusi dan suplemen bagi orang-orang
yang mempunyai masalah dengan metabolisme.
a. Makanan Berkadar Gula Rendah
Telah dijelaskan di depan bahwa tujuan utama
metabolisme dalam tub
uh untuk memperoleh energi. Kita
ambil contoh saat kita makan sepiring nasi. Nasi yang kita
kunyah dalam mulut, segera mengalami pencernaan
enzimatis oleh ptialin. Pada saat itu, nasi (karbohidrat)
dipecah menjadi glukosa dan maltosa. Selanjutnya, maltosa
mengalami pencernaan lanjutan dalam usus halus. Maltosa
tersebut kemudian dipecah oleh enzim maltase sehingga
menghasilkan 2 molekul glukosa. Glukosa yang dihasilkan
terlarut dalam darah dan diangkut menuju sel-sel tubuh.
Pada tubuh kita terdapat hormon insulin yang bertugas
mengendalikan kadar gula dalam darah. Pada orang dewasa
normal, kadar gula dalam darah berkisar antara 110 mg/
dL–200 mg/dL. Jika gula dalam darah kadarnya melebihi
angka tersebut (misalnya > 300 mg/dL), aktivitas tubuh akan
terganggu. Seseorang yang kadar gulanya melebihi normal
dikatakan orang tersebut menderita
diabetes millitus
(DM).
Mengapa kadar gulanya dapat melebihi angka normal? Salah
satu sebabnya kelenjar penghasil insulin tidak dapat bekerja
dengan baik. Bagi penderita DM tidak dianjurkan me-
ngonsumsi makanan yang mengandung banyak gula. Hal
ini bertujuan agar kadar gulanya terkendali. Oleh karena itu
diperlukan terapi makanan khusus untuk membantu
penderita DM.
Lain halnya jika penderita DM mengonsumsi gula rendah
kalori, misalnya dengan pemanis buatan (aspartam dan sor-
bitol), ia akan baik-baik saja. Mengapa demikian? Bahan
pemanis buatan, seperti aspartam dan sorbitol tidak
mengalami metabolisme dalam sel-sel tubuh sehingga tidak
menambah kadar gula dalam darah. Meskipun demikian
makanan maupun minuman yang diberi pemanis buatan
tetap terasa manis. Bahkan pemanis buatan ini rasa
manisnya 10 hingga ratusan kali lebih manis dibandingkan
dengan gula tebu.
Lakukan kegiatan berikut agar Anda menjadi lebih
paham tentang macam-macam pemanis buatan yang
beredar di pasaran.
Macam-Macam
Diabetes
Millitus
Diabetes militus
diklasifikasikan
dalam 4 kelompok berikut.
1. Diabetes Tipe I
Penderita mengalami kerusakan
pada sel b pankreasnya.
2. Diabetes Tipe II
Kemampuan insulin penderita
menurun dan terjadi disfungsi sel
beta. Akibatnya,
pankreas tidak
mampu memproduksi insulin
yang cukup.
3.
Diabetes Militus
dalam Kehamilan
Terjadi peningkatan
insulin resis-
tance
pada ibu hamil. Hal ini
terjadi karena bayi mensekresi
insulin lebih besar daripada ibu.
4. Diabetes Tipe Lain
Penderita mengalami hiper
glikemia
akibat kelainan genetik fungsi sel
beta, endokrinopati, penggunaan
obat yang menggangu fungsi sel
beta, penggunaan obat yang
mengganggu kerja insulin, dan
sindroma genetik.
Biologi Kelas XII
49
Kumpulkan beberapa kemasan produk makanan dan minuman
yang menjanjikan adanya rendah kalori. Amati bahan pemanis yang
tercantum dalam label pada kemasannya. Catatlah nama produk,
jenis produk, dan pemanis yang digunakan. Selanjutnya, masukkan
data yang diperoleh dalam tabel berikut.
Lakukan analisis pada setiap jenis produk yang berhasil
diidentifikasi mengenai keamanan produk tersebut bagi kesehatan
sehubungan dengan jenis bahan pemanis yang digunakan dan dosis
yang tercantum. Carilah data pendukung (batas aman penggunaan
bahan pemanis dan efek bagi kesehatan) dari majalah sains, buku
pelajaran, atau
internet
. Presentasikan hasil laporan Anda di kelas
pada pertemuan berikutnya.
b. Teknologi Pengawetan Makanan
Pada awalnya manusia kebingungan mencari cara
men
yimpan makanan. Hal ini karena beberapa jenis
makanan akan menjadi busuk atau rusak jika lama tidak
dimanfaatkan. Akhirnya ditemukanlah beberapa cara
mengawetkan makanan, misalnya dengan pemanasan
(
pasteurisasi
dan
sterilisasi
), penambahan bahan kimia,
pendinginan, dan dengan pengolahan tertentu.
Pengawetan dengan pemanasan, seperti pasteurisasi
dan sterilisasi, terbukti efektif membunuh berbagai bakteri
pembusuk. Bahkan beberapa jenis racun yang terkandung
dalam makanan dapat dihilangkan dengan pemanasan.
Akan tetapi, akibat pemanasan itu zat gizi dalam makanan
menjadi rusak, misalnya vitamin dan protein.
Selain pemanasan, pembekuan juga banyak dipakai
dalam mengawetkan makanan. Perhatikan Gambar 2.24.
Pembekuan merupakan cara pengawetan yang paling baik.
Namun demikian, sayuran dan buah-buahan akan
kehilangan 6% vitamin C selama penyimpanan dalam lemari
es. Bukan hanya vitamin saja, kandungan protein dalam
daging juga akan menyusut selama penyimpanan beku ini.
Selain cara-cara tersebut di depan terdapat cara lain
untuk mengawetkan bahan makanan, yaitu fermentasi.
Apakah dengan cara fermentasi suatu bahan makanan juga
akan mengalami susut gizi selama pengolahan?
No. Nama Produk
Jenis
Pemanis
Keterangan
1.
2.
3.
4.
dst.
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.24
Pengawetan makanan dengan
pendinginan
50
Metabolisme
Tentu Anda mengenal makanan hasil fermentasi pada
Gambar 2.25 berikut. Tempe, yoghurt, dan asinan merupakan
makanan hasil fermentasi.
Dari berbagai penelitian menunjukkan bahwa makanan dan
minuman hasil fermentasi nilai gizinya lebih tinggi daripada bahan
mentahnya. Selain itu, juga memiliki sifat sebagai antibiotika.
Kita ambil contoh makanan dan minuman yang difermentasi
menggunakan jasa bakteri laktat. Aktivitas bakteri asam laktat
selama fermentasi mengakibatkan pH bahan makanan di bawah
5. Bakteri fekal (bakteri
Coli
dalam usus) dalam kondisi ini tidak
dapat hidup sehingga makanan menjadi awet (tidak cepat rusak
atau membusuk). Selain itu, bakteri tersebut juga menghasilkan
metabolit yang berupa antibiotik, yaitu laktobasilin dan senyawa
NI (
Not yet Idential
atau belum diketahui). Senyawa ini dipercaya
dapat mencegah timbulnya kanker.
c. Teknologi Substitusi Energi (Makanan Suplemen)
Pada keadaan tertentu, misalnya sedang sakit, manusia
memb
utuhkan makanan yang siap diserap tanpa melalui
proses pencernaan. Kondisi ini tentu saja tidak berlaku bagi
orang sehat. Sebagai contoh, seorang pasien di rumah sakit
di mana kondisi kesehatannya tidak memungkinkan untuk
mengunyah makanan, ia sangat perlu mendapatkan
masukan zat-zat makanan untuk menjaga kondisi tubuhnya.
Pasien itu biasanya diberi cairan infus (Gambar 2.26).
Dengan memasukkan infus ke tubuh pasien kebutuhan zat
makanannya akan terpenuhi, terutama glukosa sebagai
sumber energi dan ion-ion dalam bentuk garam mineral,
seperti Na
+
, K
+
, Ca
2+
, Cl
-
, dan laktat.
Apa sajakah sebenarnya yang terdapat dalam sebotol
infus itu? Anda dapat mengetahui dari beberapa contoh infus
dalam tabel berikut.
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Gambar 2.26
Cairan infus
Tempe
Yoghurt
Asinan
Gambar 2.25
Makanan hasil fermentasi
Sumber:
109 Jus untuk Terapi
Sumber:
www.biwa.ne.jp
Sumber:
Dokumentasi Penerbit
Biologi Kelas XII
51
Dengan melihat contoh di atas tampak bahwa pemberian
infus sangat membantu pasien dalam memperoleh energi,
khususnya cairan infus yang mengandung glukosa. Cairan
infus diberikan sesuai petunjuk dokter atau dalam
pengawasan dokter karena setiap pasien memerlukan jenis
infus yang berbeda. Hal ini tergantung pada kondisi pasien
dan penyakit yang dideritanya.
Membuat Yoghurt
Cairkan susu bubuk atau susu skim sesuai
anjuran pada kemasan dalam panci
stainless
steel
. Panaskan dengan api sedang hingga 50°–
60°C selama 1–2 menit, sampai susu beruap
tetapi jangan sampai mendidih. Bila ingin yoghurt
dengan tekstur lebih padat, maka pada saat
pemanasan volume susu disisakan hingga
4
3
-nya
atau dapat melarutkan susu 3–4% lebih banyak
dari anjuran pada kemasan. Aduk dengan sendok
kayu. Setelah itu, angkat dan tutup rapat, tunggu
hingga suam-suam kuku (30°–45°C). Campurkan
bibit yoghurt yang mengandung bakteri
Lactoba-
cillus bulgaricus
dan
Streptococcus thermophillus
,
kira-kira 1 sendok teh untuk setiap 500 ml susu.
Aduk hingga rata.
Tuang susu ke dalam gelas-gelas plastik, tutup
dengan plastik lengket atau lembaran plastik yang
diberi karet. Diamkan sekitar 8 jam pada suhu kamar,
kemudian simpan dalam lemari es sampai dikonsumsi.
Catatan:
•
Bibit yoghurt dapat dibeli di laboratorium
mikrobiologi dan sebaiknya disimpan dalam
lemari es.
•
Pada saat merebus sampai mencampur bibit
yoghurt pada susu, sebaiknya jangan
berbicara atau tertawa agar bakteri mulut tidak
mencemari susu dan fermentasi tidak gagal.
Cara untuk memastikan fermentasi yoghurt
tidak gagal, yaitu setelah disimpan 4–5 jam
susu telah membentuk gumpalan-gumpalan
dan aromanya masam.
Produk
Glukosa
(g/L)
Komposisi dalam Satuan mEq/L
Na
K
Ca
Cl
Laktat
Kalori
Kkal/L
Osmolaritas
(mOsm/L)
WIDA D10
TM
(Glukosa 10%)
WIDA D5
TM
(Glukosa 5%)
WIDA D5 -NS
TM
(Glukosa 5% dan Natrium Klorida
0,9%)
WIDA NS
TM
(Natrium Klorida 0,9%)
WIDA RS
TM
(Ringer’s Solution)
WIDA RD
TM
(5% Dextrose in Ringer’s Solution)
100
-
-
-
-
-
400
555
55
-
-
-
-
-
200
277
55
154
-
-
154
-
200
585
-
154
-
-
154
-
-
308
-
147,1
4
4,5
155,6
-
-
311
55
147,5
4
4,5
155,6
-
200
588
Tabel 2.1
Komposisi Zat dalam Cairan Infus
52
Metabolisme
Produk-Produk untuk Mengatasi Gangguan
Metabolisme
Dewasa ini, banyak produk makanan suplemen
untuk mengatasi gangguan
metabolisme. Beberapa
produk di antaranya untuk mengatasi kegemukan
(obesitas), penyakit diabetes (gula), dan pe-
nambah stamina. Bentuk produk pun bermacam-
macam, ada yang berbentuk tablet, kapsul,
serbuk, dan cairan. Agar produknya laris di
pasaran, para produsen memanfaatkan segala
media untuk promosi, baik media cetak maupun
elektronik Walhasil, produk-produk itu laris manis
bak menjual kacang goreng. Benarkah produk-
produk itu bermanfaat bagi konsumen?
Jawablah soal-soal berikut.
1. Jelaskan hubungan fotosintesis (anabolisme)
dengan respirasi (katabolisme) dalam
tumbuhan.
2. Selain karbohidrat, senyawa organik apa saja
yang dapat dipakai sebagai sumber energi
dalam respirasi? Beri penjelasan secara
singkat.
3. Jelaskan keterkaitan antara anabolisme
dengan katabolisme karbohidrat.
4. Di antara senyawa organik karbohidrat, lemak,
dan protein, manakah yang menghasilkan
energi paling besar saat terjadi oksidasi
biologi? Jelaskan alasannya.
5. Sebutkan berbagai macam teknologi yang
berkaitan dengan metabolisme makanan.
1. Enzim adalah senyawa protein sederhana
maupun kompleks yang bertindak sebagai
katalisator spesifik.
2. Enzim bekerja secara spesifik, hanya bekerja
pada substrat tertentu. Menurut cara kerjanya,
enzim dapat dikelompokkan berdasarkan teori
Lock and Key Theory
serta
Induced Fit Theory
.
3. Enzim dapat mengalami gangguan atau
hambatan yang disebut inhibitor.
4. Terdapat tiga jenis inhibitor yaitu inhibitor re-
versible, inhibitor tak reversible dan inhibitor
umpan balik.
5. Pada metabolisme terdapat dua reaksi yaitu
katabolisme dan anabolisme.
6. Katabolisme merupakan reaksi pemecahan
molekul kompleks seperti karbohidrat, protein
dan lemak menjadi molekul yang lebih
sederhana dan menghasilkan sejumlah energi.
7. Katabolisme terjadi dengan oksigen maupun
tanpa oksigen.
8. Terdapat dua macam katabolisme yaitu
respirasi dan fermentasi.
9. Respirasi menggunakan oksigen disebut
respirasi aerob dan respirasi tanpa adanya
oksigen dikenal dengan respirasi anaerob
(hanya dilakukan oleh mikroorganisme).
10. Pada respirasi aerob energi yang dihasilkan
sebesar 36 ATP pada organisme eukariotik
dan 38 ATP pada organisme prokariotik.
Sementara itu fermentasi menghasilkan
energi sebanyak 20 ATP.
11. Anabolisme adalah peristiwa penyusunan zat
dari senyawa sederhana menjadi senyawa
yang lebih kompleks dan memerlukan se-
jumlah energi.
12. Fotosintesis berlangsung menggunakan
energi dari cahaya matahari yang dikonversi
menjadi energi kimia yang terikat dalam
molekul karbohidrat.
Biologi Kelas XII
53
A.
Pilihlah salah satu jawaban yang tepat.
1. Enzim dalam jumlah sedikit saja dapat mem-
percepat reaksi beribu-ribu kali lipat, tetapi ia
sendiri tidak ikut bereaksi. Oleh karenanya,
enzim disebut juga sebagai . . . .
a. biokatalisator
d. alosterik
b. koloid
e. termolabil
c. protein
2. Perhatikan gambar di bawah ini.
Pernyataan yang benar mengenai sifat enzim
berdasarkan gambar yaitu . . . .
a. terdiri atas protein
b. menghambat reaksi kimia
c. bekerja satu arah
d. mempercepat reaksi kimia
e. kerja enzim spesifik
3. Inhibitor kompetitif dari suatu senyawa
fermentasi memiliki . . . .
a. struktur yang sama dengan molekul
senyawa produk fermentasi
b. struktur yang sama dengan molekul
senyawa substratnya
c. struktur yang sama dengan gen yang
mengkode senyawa fermentasi
d. kemampuan untuk berhubungan dengan
molekul senyawa fermentasi dan
substratnya
e. kemampuan menghambat enzim
4. Enzim dan hasil kerjanya yang berperan
dalam metabolisme sel yaitu . . . .
a. maltase, pembentukan glukosa
b. katalase, menguraikan peroksida air
c. protease, pembentukan protein
d. lipase, sintesis lemak
e. glukase, pembentukan glukosa
A. Tujuan
Mengetahui sejauh mana manfaat produk
makanan suplemen melalui kajian pustaka.
B. Alat dan Bahan
1. artikel dari berbagai sumber (majalah,
koran, atau internet)
2. buku referensi yang mendukung
3. buku kliping
C. Cara kerja
1. Membuat makalah
a. Kumpulkan beberapa artikel dengan
tema yang sama, misalnya tentang
makanan suplemen untuk mengatasi
kegemukan.
b. Carilah literatur yang mendukung
untuk membahas permasalahan yang
akan dibahas.
c. Buatlah tulisan atau makalah dengan
bahasa Anda sendiri. Gunakan
literatur secukupnya untuk mem-
pertajam ulasan Anda.
2. Membuat kliping
a. Guntinglah beberapa artikel tentang
cara mengatasi permasalahan
gangguan metaboli
sme. Ingat: jangan
lupa mencatat sumber artikel tersebut.
b. Siapkan buku kliping. Tempelkan
potongan artikel dan tuliskan sumber
artikel di bawahnya (nama sumber/
nomor/tanggal penerbitan).
c. Berilah ulasan singkat pada setiap
artikel. Gunakan literatur secukupnya
dalam memberi ulasan.
D. Pelaporan
1. Bentuk laporan berupa makalah atau
kliping, tergantung bentuk tugas yang
diambil.
2. Jika bentuk laporan berupa makalah,
sistematikanya sebagai berikut.
Bab I
Pendahuluan
Bab II Isi
Bab III Kesimpulan dan Saran
Enzim
Substrat
54
Metabolisme
A
B
C
D
E
5. Berikut ini pernyataan pengaruh suhu ter-
hadap enzim.
1) Enzim menjadi nonaktif pada 0°C.
2) Enzim rusak pada suhu > 50°C.
3) Berapa pun suhunya enzim tetap aktif.
4) Enzim hewan berdarah dingin bekerja op-
timum pada suhu 25°C.
5) Semua enzim mempunyai suhu
optimum yang sama.
Pernyataan-pernyataan yang benar ter
dapat
pada nomor . . . .
a. 1), 2), dan 4)
b. 1), 2), dan 3)
c. 3), 4), dan 5)
d. 2), 3), dan 4)
e. 2), 3), dan 5)
6. Peranan enzim katalase sebagai biokatalisator
yang mengubah . . . .
a. C
6
H
12
O
2
menjadi CH
3
CH
2
OH dan CO
2
b. C
6
H
12
O
6
dan O
2
menjadi CO
2
dan H
2
O
c. CO
2
dan H
2
O menjadi C
6
H
12
O
6
dan CO
2
d. O
2
dan H
2
O menjadi H
2
O
2
e. H
2
O
2
menjadi O
2
dan H
2
O
7. Pernyataan yang benar tentang pengaruh pH
terhadap aktivitas enzim pepsin adalah . . .
a. Pepsin hanya dapat bekerja pada pH
asam saja.
b. Pepsin hanya dapat bekerja pada pH biasa.
c. Pepsin tidak terpengaruh oleh pH
lingkungan.
d. Pepsin aktif pada pH netral = 7.
e. Pada pH 4 pepsin tidak aktif.
8. Perhatikan tabel berikut.
Berdasarkan tabel di atas, kesimpulan yang
tepat tentang sifat enzim yaitu . . . .
a. bekerja spesifik/khas
b. sejenis dengan protein
c. bekerja bolak-balik
d. bekerja pada suhu optimum
e. berfungsi sebagai katalisator
9. Penambahan garam alkali sebanyak 2–5%
dalam suatu reaksi yang melibatkan enzim
akan mengakibatkan . . . .
maltosa
maltase
glukosa
amilum
amilase
maltosa
protein
protease
asam amino
lemak
lipase
asam lemak +
gliserol
Enzim
Bentuk yang
Dihasilkan
Substrat
a. enzim mengalami fase istirahat
b. aktivitas enzim meningkat
c. aktivitas enzim menurun
d. tidak mempengaruhi kerja enzim
e. molekul produk bertambah dua kali lipat
10. Kondisi yang menunjukkan bahwa semua
substrat sudah terikat enzim terdapat pada
posisi . . . .
a. A
b. B
c. C
d. D
e. E
11. Perhatikan reaksi enzimatis berikut.
A + B
→
C + D + Energi
Berdasarkan reaksi di atas, maka . . . .
a. reaksi ini bersifat eksergonik
b. enzim tidak dapat mempercepat reaksi
c. ATP tidak diperlukan di dalam reaksi ini
d. A dan B adalah reaktan, C dan D adalah
produk
e. A dan B membutuhkan energi untuk
menghasilkan C dan D
12. Jika kita ingin menambah jumlah produk per
unit waktu pada reaksi enzimatiks, jangan
menambah . . . .
a. jumlah substrat
b. jumlah enzim
c. suhu
d. pH
e. semua jawaban benar
13. Pernyataan-pernyataan mengenai respirasi
berikut ini yang benar yaitu . . .
a. Oksigen berperan sebagai penerima
elektron terakhir.
b. Peran oksigen tidak dapat digantikan oleh
zat lain.
c. Dapat dilakukan oleh organisme tingkat
tinggi.
d. Menghasilkan asam laktat.
e. Sebagian besar terjadi di dalam
mitokondria.
Biologi Kelas XII
55
14. Pembebasan air pada glikolisis berasal dari . . . .
a. glukosa
d. sitrat
b. piruvat
e. oksaloasetat
c. 2 fosfogliserat
15. Sebelum siklus asam sitrat, asam piruvat yang
diproduksi pada glikolisis pertama kali
dikonversi menjadi . . . .
a. koenzim A
b. asam sitrat
c. etanol
d. asetil koenzim A
e. asam oksalat
16. Respirasi sel berlangsung melalui glikolisis.
Glikolisis adalah . . . .
a. fermentasi asam piruvat menjadi etanol
dan CO
2
b. oksidasi asam piruvat menjadi CO
2
dan
HO
2
c. produksi asam piruvat dari glukosa
d. pengubahan glikolisis menjadi glukosa
e. perombakan asam amino menjadi asam
laktat
17. Tiga hasil terpenting dari peristiwa glikolisis
pada proses respirasi yaitu . . . .
a. asam laktat, asam amino, dan ATP
b. asam laktat, asam piruvat, dan ATP
c. asam laktat, NADH, dan glukosa
d. asam piruvat, glukosa, dan ATP
e. asam piruvat, NADH, dan ATP
18. Tahap respirasi yang paling banyak meng-
hasilkan ATP yaitu . . . .
a. glikolisis
b. siklus Krebs
c. dekarboksilasi oksidatif
d. fosforilasi oksidatif
e. transpor elektron
19. Pernyataan yang paling tepat tentang proses
yang terjadi pada respirasi aerob yaitu . . . .
20. Prekursor dari siklus Krebs yang berasal dari
asam piruvat yaitu . . . .
a. oksaloasetat
b. asam-
α
-ketoglutarat
c. asetil Co-A
d. suksinil Co-A
e. asam suksinat
21. Produk samping respirasi pada tumbuhan
dibuang keluar melalui . . . .
a. kutikula
b. epidermis
c. endodermis
d. parenkim
e. stomata
22. Pada proses respirasi aerob, sebagai akseptor
terakhir H
2
yaitu . . . .
a. CO
2
b. H
2
O
c. H
2
O
2
d. O
2
e. CH
2
23. Tempat terjadinya dan jumlah ATP yang
dihasilkan dari sistem transpor elektron berikut
ini yang benar yaitu . . . .
a. mitokondria dengan 24 ATP
b. mitokondria dengan 4 ATP
c. mitokondria dengan 34 ATP
d. sitoplasma dengan 30 ATP
e. nukleus dengan 34 ATP
24. Asam piruvat untuk memasuki siklus Krebs
dari proses glikolisis terlebih dahulu mem-
bentuk . . . .
a. asetil Co-A
b. suksinil Co-A
c. asam-
α
-ketoglutarat
d. asam oksaloasetat
e. asam suksinat
25. Setelah berolahraga tubuh terasa pegal-pegal.
Hal ini terjadi akibat . . . .
a. fermentasi asam piruvat menjadi alkohol
b. berkurangnya persediaan glukosa dalam
darah
c. fermentasi asam piruvat menjadi asam
laktat
d. terurainya asam laktat menjadi CO
2
dan
H
2
O
e. melemahnya oksidasi dalam sel otot
Tahap
Tempat
Hasil
a.
Glikolisis
sitosol
2 ATP
Siklus Krebs
mitokondria
4 ATP
b.
Glikolisis
mitokondria
4 ATP
Siklus Krebs
mitokondria
2 ATP
c.
Glikolisis
sitosol
2 ATP
Siklus Krebs
mitokondria
2 ATP
d.
Siklus Krebs
mitokondria
4 ATP
Transpor elektron mi
tokondria
34 ATP
e.
Siklus Krebs
sitosol
2 ATP
Transpor elektron mi
tokondria
34 ATP
56
Metabolisme
26. Perbedaan fermentasi asam laktat dan
fermentasi alkohol berdasarkan . . . .
a. jenis organisme
b. energi yang dihasilkan
c. jumlah ATP yang terbentuk
d. ketersediaan O
2
e. hasil akhir
27. Di antara peristiwa berikut yang benar
mengenai reaksi transisi . . . .
a. menghubungkan glikolisis menuju siklus
Krebs
b. menghasilkan CO
2
c. menggunakan NAD
+
d. menghasilkan gugus asetil
e. semua jawaban benar
28. Kontribusi elektron terbesar dalam sistem
transpor elektron berasal dari . . . .
a. oksigen
d. reaksi transisi
b. glikolisis
e. fermentasi
c. siklus Krebs
29. Di antara hal-hal berikut y
ang benar mengenai
fermentasi yaitu . . . .
a. hasil akhir hanya 4 ATP
b. terjadi di mitokondria
c. NADH membentuk senyawa 6C
d. dimulai dengan glukosa
e. dilakukan oleh organisme tingkat tinggi
30. Asam lemak dipecah menjadi . . . .
a. molekul piruvat yang memberikan elektron
menuju sistem transpor elektron
b. gugus asetil yang masuk ke siklus Krebs
c. asam amino yang menghasilkan amonia
d. gliserol yang ditemukan di dalam lemak
e. semua jawaban benar
31. Hasil dari reaksi terang yang digunakan dalam
reaksi pembentukan glukosa pada proses
fotosintesis yaitu . . . .
a. ATP dan NADPH
2
b. ATP dan RuBP
c. RuBP dan APG
d. APG dan NADH
2
e. RuBP dan NADPH
2
32. Fotosintesis diawali dengan terjadinya . . . .
a. terurainya klorofil
b. fiksasi O
2
c. teraktivasinya klorofil
d. penguraian air
e. pembentukan ALPG
33. Tahapan-tahapan reaksi kimia pada
fotosintesis yaitu . . . .
a. fotolisis–fiksasi CO
2
–PGA–glukosa–
PGAL
b. fotolisis–fiksasi CO
2
–PGAL–PGA–
glukosa
c. fotolisis–fiksasi CO
2
–PGA–PGAL–
glukosa
d. PGA–PGAL–fotolisis–fiksasi CO
2
–
glukosa
e. PGA–PGAL–fiksasi CO
2
–fotolisis–
glukosa
34. Pembentukan O
2
pada proses fotosintesis
terjadi pada tahapan . . . .
a. reaksi terang
b. reaksi gelap
c. siklus Calvin
d. fotosistem I
e. fotosistem II
35. Perhatikan reaksi proses kemosintesis berikut
ini.
2S + 3O
2
+ 2H
2
O
→
2H
2
SO
4
+ energi
Reaksi ini berlangsung karena kemampuan
bakteri mengadakan kemosintesis. Bakteri
tersebut dinamakan . . . .
a.
Nitrobacter
b.
Nitrococcus
c.
Lactobacillus
d.
Thiobacillus
e.
Acetobacter
36. Perbedaan antara fotosintesis dan kemosintesis
terletak pada . . . .
a. sumber energi dan zat yang dihasilkan
b. sumber energi dan sumber karbon
c. waktu berlangsung dan penggunaan
cahaya
d. sumber energi dan organisme yang
melakukannya
e. organisme dan bahan yang diperlukan
37. Akseptor elektron terakhir selama jalur
elektron nonsiklik pada reaksi terang yaitu
. . . .
a. PS I
b. PS II
c. ATP
d. NADP
+
e. air
Biologi Kelas XII
57
38. Sebuah fotosistem mengandung . . . .
a. pigmen-pigmen pusat reaksi dan akseptor
elektron
b. ADP, P, dan ion hidrogen (H
+
)
c. proton, foton, dan pigmen
d. hanya sitokrom
e. jawaban b dan c benar
39. Faktor-faktor di bawah ini yang tidak ber-
hubungan dengan sistem transpor elektron
yaitu . . . .
a. kloroplas
b. sitokrom
c. perpindahan H
+
ke dalam ruang tilakoid
d. pembentukan ATP
e. penyerapan energi cahaya
40. NADPH dan ATP dari reaksi terang diguna-
kan untuk . . . .
a. menguraikan air
b. menyebabkan RuBP menangkap CO
2
c. membentuk fotosistem kembali
d. menyebabkan elektron berpindah sesuai
jalurnya
e. konversi PGA menjadi PGAL
B.
Jawablah soal-soal berikut.
1. Jelaskan perbedaan anabolisme dengan
katabolisme.
2. Bagaimana suhu dapat mempengaruhi
aktivitas enzim?
3. Bagaimana asam piruvat dapat masuk siklus
Krebs?
4. Berapa jumlah energi yang dihasilkan dari
oksidasi NADH
2
dan FADH
2
dalam sistem
transpor elektron?
5. Jelaskan mengenai fotosistem.
6. Jelaskan perbedaan kemosintesis dengan
fotosintesis.
7. Jelaskan proses fosforilasi siklik dan nonsiklik
pada reaksi terang.
8. a. Apakah fotorespirasi itu?
b. Mengapa fotorespirasi menurunkan
efisiensi fotosintesis pada tanaman C
3
?
9. Bagaimana proses fermentasi terjadi di dalam
sel otot? Jelaskan.
10. Jelaskan hubungan antara fotosintesis dan
respirasi yang terjadi pada tumbuhan.
C.
Berpikir kritis
Wati mencoba resep kue donat yang baru
dibeli dari toko roti. Wati bersama adiknya mulai
membuat adonan kue donat. Setelah adonan
selesai dibuat, Wati memberi penutup dan mem-
biarkannya selama 1 jam sesuai petunjuk pem-
buatan. Berbeda halnya dengan adik Wati. Ia
mengambil adonan yang mereka buat dan
membiarkannya di udara terbuka. Ternyata adonan
itu tidak mengembang. Wati mencoba mencari
tahu penyebabnya dengan meneliti setiap bungkus
bahan adonan itu. Namun, ia tidak mendapat
petunjuk apa pun. Coba bantulah Wati menjawab
teka-teki itu. Jelaskan pula proses mengembang-
nya adonan kue donat tersebut.
58
Metabolisme
Metabolisme
Pelajari kembali
Jawaban betul
≥
60%
Jawaban betul
<
60%
Jawablah beberapa pertanyaan berikut.
1. Apa maksud metabolisme
2. Apakah enzim itu?
3. Bagaimana metabolisme berlangsung?
59
B
iologi
K
elas
XII
3
. Perhatikan
gambar
berikut.
Peristiwa
pada
gambar
di
atas
dipengaruhi
oleh
aktivitas
hormon
.
.
.
.
a. auksin
d. asam
absisat
b. sitokinin e. gas
etilen
c. giberelin
4
. Perhatikan
faktor-faktor
eksternal
(
lingkungan
)
yang
mempengaruhi
pertumbuhan
berikut.
1) S
uhu
2)
Cahaya
3)
Air
dan
mineral
4)
Ketersediaan
oksigen
F
aktor
lingkungan
yang
merupakan
bahan
utama
berlangsungnya
fotosintesis
di-
tunjukkan
pada
nomor
.
.
.
.
a.
1)
dan
2)
d.
3)
dan
4)
b.
2)
dan
3)
e.
4)
saja
c.
2)
dan
4)
5
.
S
ebelum
melakukan
percobaan,
sebaiknya
membuat
.
.
.
.
a
. rancangan
percobaan
b. kesimpulan
percobaan
c. perkiraan
hasil
percobaan
d. analisis
data
e. laporan
percobaan
6
.
F
aktor-faktor
yang
diukur
untuk
mengetahui
pertumbuhan
adalah
.
.
.
.
a. tinggi
batang
dan
warna
daun
b. warna
batang
dan
panjang
daun
c. panjang
akar
dan
tinggi
batang
d. berat
tumbuhan
dan
keadaan
akar
e.
warna
daun
dan
warna
batang
A.
P
ilihlah
salah
satu
j
awaban
yang
tepat
.
1
. Perhatikan
grafik
berikut.
Berdasarkan
grafik
di
atas,
fase
yang
di-
tunjukkan
oleh
huruf
(
c
)
merupakan
fase
.
.
.
.
a. pertumbuhan
secara
lambat
b. perlambatan
c. pertumbuhan
mencapai
maksimum
d. pertumbuhan
terhenti
e. stasioner
2
. Berdasarkan
tabel
hormon
beserta
fungsinya
berikut,
hormon
asam
absisat
ditunjukkan
pada
.
.
.
.
Parameter
pertumbuhan
(
a
)(
b
) (
c
)(
d
)
Waktu
Hormon
Fungsi
A
B
C
D
E
•M
empercepat
pemasakan
buah
•
Pengguguran
bunga
•M
enyebabkan
tanaman
ber-
bunga
sebelum
waktunya
•M
enyebabkan
tanaman
tumbuh
tinggi
•M
erangsang
pertumbuhan
akar
•M
empercepat
pelebaran
daun
•M
embantu
perkecambahan
biji
•
Pembentangan
sel
•
Pembelahan
sel
•M
erangsang
pembentukan
buah
dan
bunga
•M
engurangi
kecepatan
pem-
belahan
•M
enyebabkan
dormansi
Auksin
seimbang
Pemanjangan
seimbang
T
unas
tumbuh
lurus
60
L
atihan
U
langan
B
lok
1
E
B
A
C
D
7
.
M
etabolisme
terbagi
menjadi
dua,
yaitu
Anabolisme
dan
Katabolisme.
Katabolisme
disebut
juga
.
.
.
.
a. asimilasi
b. disimilasi
c. sintesis
d. biosintesis
e. fotosintesis
8
. Perhatikan
gambar
berikut.
M
enurut
jenisnya,
inhibitor
pada
gambar
di
atas
termasuk
inhibitor
.
.
.
.
a. kompetitif
b. nonkompetitif
c. umpa
balik
d. tidak
reversibel
e. alosterik
9
. Perhatikan
grafik
berikut.
Berdasarkan
grafik
hubungan
antara
temperatur
dengan
kecepatan
reaksi
di
atas,
jika
en
z
im
berada
pada
lingkungan
dengan
suhu
E
,
en
z
im
tersebut
akan
mengalami
ber-
ada
dalam
kondisi
.
.
.
.
a
. ionisasi
b. denaturasi
c. mutarotasi
d. kristalisasi
e. hidrolisis
10
.Perhatikan
gambar
berikut.
R
eaksi
transisi
dan
siklus
krebs
terjadi
pada
bagian
.
.
.
.
a. A
b. B
c. C
d. D
e.
E
11
.Jumlah
A
T
P
yang
dihasilkan
pada
saat
glikolisis
jika
tumbuhan
dalam
keadaan
stres
maupun
sedang
aktif
tumbuh
yaitu
.
.
.
.
a.
2
b.
3
c.
4
d.
5
e.
6
12
.
R
eaksi
pembentukan
asetil
Co-A
sering
disebut
reaksi
transisi
karena
.
.
.
.
a.
menghubungkan
glikolisis
dengan
daur
krebs.
b. berlangsung
dalam
matriks
mitokondria
c. berlangsung
dalam
mitosol
d. asam
asetil
(2
C
)
dikonversi
menjadi
asam
pirurat
e. terjadi
penggabungan
dengan
Co-en
z
im
A
13
.Pada
oksidasi
aerob,
oksigen
berperan
se-
bagai
.
.
.
.
a.
katalisator
b. donor
elektron
akhir
c. penerima
elektron
akhir
d. mengubah
energi
e. sumber
energi
Penghambat
S
ubstrat
E
n
z
im
+
S
isi
alosterik
T
idak
menghasilkan
produk
Penghambat
S
ubstrat
E
n
z
im
ABCD
E
Kecepatan
reaksi
(
produk
per
unit
/
waktu
)
T
emperatur
°
C
61
B
iologi
K
elas
XII
14
.
Berdasar
skema
reaksi
tersebut
z
at
X,
berupa
.
.
.
.
a. asetil
co-A
b. asam
laktat
c. asam
-
α
-ketoglutarat
d. asam
pirurat
e. oksaloasetat
15
.Pada
proses
fermentasi
alkohol,
asetaldehid
direduksi
menjadi
.
.
.
.
a. etil
alkohol
b. metil
alkohol
c. pirurat
d.
N
AD
H
e. A
T
P
16
.
M
ikoorganisme
yang
memiliki
en
z
im
untuk
mendekarboksilasi
piruvat
menjadi
asetal
dehid
yaitu
.
.
.
.
a.
R
hy
z
opus
b.
Y
east
c.
L
actobacillus
d.
N
itrosomonas
e.
N
itrosobacter
17
.
Perhatikan
reaksi
berikut.
R
eaksi
di
atas
dapat
terjadi
jika
Y
diganti
dengan
.
.
.
.
a.
H
2
O
b. C
O
2
c.
O
2
d. Cahaya
e. karbohidrat
18
.Pigmen
yang
berfungsi
menyerap
energi
cahaya
terdapat
dalam
.
.
.
.
a. membran
luar
kloroplas
b. membran
dalam
kloroplas
c. matriks
fluida
d. cairan
yang
disebut
stroma
e. kantung-kantung
yang
disebut
tilakoid
19
.Pusat
reaksi
pada
fotosistem
I
terdapat
pada
.
.
.
.
a. P
700
b. P
680
c.
kloro
f
il
b
d. kompleks
antena
e. penerima
elektron
20
.Perhatikan
gambar
berikut.
F
iksasi
C
O
2
siklus
Calvin
pada
gambar
di
atas
terjadi
pada
tanaman
.
.
.
.
a. tebu
b. nanas
c. padi
d. pisang
e. kaktus
B.
J
awablah
soal
-
soal
berikut
.
1
.
S
ebutkan
hormon-hormon
yang
mem-
pengaruhi
pertumbuhan
pada
tumbuhan.
2
.
S
ebutkan
faktor-faktor
lingkungan
yang
mem-
pengaruhi
pertumbuhan
pada
tumbuhan.
3
.Apakah
makroelemen
dan
mikroelemen
itu
?
4
.Bagaimana
cara
untuk
merumuskan
suatu
masalah
dalam
metode
ilmiah
?
5
.
S
ebutkan
bagian-bagian
yang
terdapat
dalam
susunan
laporan
penelitian.
Glukosa
2
ADP
2
A
T
P
G
L
I
K
O
L
I
S
I
S
2 N
AD
+
2 N
AD
H
2 L
aktat
R
eduksi
6
C
O
2
+ 6H
2
O
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
Klorofil
Y
2
X
S
iklus
Calvin
PGA
L/
G
3
P
C
O
2
C
4
C
O
2
F
iksasi
C
O
2
pada
tanaman
CA
M
M
alam
S
iang
62
L
atihan
U
langan
B
lok
1
6
.
S
ebutkan
dan
jelaskan
teori
yang
menjelaskan
laporan
penelitian.
7
.
S
ebutkan
sifat-sifat
en
z
im.
8
.Apa
sebabnya
respirasi
anaerob
hanya
dapat
dilakukan
oleh
mikroorganisme
?
9
.Jelaskan
perbedaan
respirasi
anaerob
dan
fermentasi.
10
.Apa
perbedaan
katabolisme
dan
anabolisme
?
11
.Pada
percobaan
mengamati
pengaruh
intensitas
cahaya
terhadap
kecepatan
fotosintesis
pada
gambar
berikut,
apa
yang
menyebabkan
timbulnya
gelembung-
gelembung
dalam
tabung
reaksi
?
H
ydrilla
v
erticillata
T
abung
reaksi
Gelas
piala
Corong
kaca
12
.Apa
yang
dimaksud
dengan
reaksi
terang
dan
reaksi
gelap
pada
proses
fotosintesis
?
13
.
S
ebutkan
bagian-bagian
yang
terdapat
dalam
suatu
fotosistem.
14
.Apakah
maksud
dari
fosforilasi
?
15
.Bagaimana
cara
menghindari
kelebihan
gula
dalam
makanan
untuk
penderita
D
iabetes
mellitus
?