Halaman
Metabolisme
31
A
ktivitas kehidupan seperti berolah raga, berpikir, berjalan, berlari,
tertawa, tidur, atau bekerja memerlukan
energi. Energi tersebut
diperoleh dari hasil penguraian makanan yang dicerna. Proses
penguraian zat makanan ini disebut katabolisme. Baik tumbuhan,
hewan, maupun
manusia memerlukan proses tersebut untuk
melangsungkan kehidupannya. Proses fotosintesis pada tumbuhan
hijau menghasilkan suatu senyawa organik sebagai sumber energi
kimia. Proses penyusunan energi ini disebut anabolisme. Katabolisme
dan anabolisme itulah yang disebut metabolisme. Nah, kalian perlu
mengetahui proses-proses yang terjadi selama metabolisme tersebut.
Mari pelajari bersama.
Metabolisme
dok. PIM
II
Bab
32
Biologi Kelas XII
• Metabolisme
• Katabolisme
• Anabolisme
• Enzim
• Respirasi
• Fotosintesis
• Kemosintesis
KataKunci
Kilas
Pada bab sistem pencer-
naan yang telah kalian
pelajari di kelas XI, makanan
yang masuk ke dalam organ
pencernaan dicerna secara
kimia dan secara fisika.
Pencernaan makanan secara
kimia dilakukan oleh enzim-
enzim pencernaan seperti
enzim amilase, protase, li-
pase, tripsin maupun pepsin.
Pada bab berikut, kalian akan mempelajari enzim pada proses
metabolisme ( katabolisme dan anabolisme). Kalian juga akan mem-
pelajari katabolisme karbohidrat, lemak, dan protein, serta hubungan
katabolisme ketiga molekul tersebut.
Selanjutnya, kalian diharapkan dapat menjelaskan pengertian me-
tabolisme, menemukan faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim,
dan proses respirasi sel. Selain itu kalian diharapkan dapat menjelaskan
tahapan masuknya senyawa sederhana terhadap siklus glikolisis.
A. Enzim pada Proses Metabolisme
Kalian telah mengetahui sekelumit tentang metabolisme, bu-
kan?
Metabolisme
(dari bahasa Yunani,
metabole
= ‘berubah’), meru-
pakan suatu rangkaian atau proses yang terarah dan teratur di dalam
sel tubuh melalui reaksi-reaksi kimiawi, sehingga diperlukan atau di-
hasilkan bahan-bahan tertentu seperti unsur, molekul, senyawa, atau
energi.
Berdasarkan proses dan hasilnya, metabolisme dibedakan menjadi
dua yaitu katabolisme dan anabolisme. Sebagaimana telah kalian keta-
hui bahwa
katabolisme
adalah proses perombakan senyawa-senyawa
yang kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana melalui reaksi-
reaksi kimiawi, sehingga dihasilkan energi. Sementara itu,
anabolisme
adalah proses pembentukan senyawa-senyawa kompleks dari senyawa-
senyawa yang lebih sederhana melalui reaksi-reaksi kimiawi sehingga
diperlukan adanya energi.
Selanjutnya, tahukah kalian apakah enzim itu?
Enzim
merupa-
kan senyawa organik yang tersusun oleh protein (spesialisasi protein)
untuk menjalankan proses-proses biokimiawi dalam sisitem hayati.
Dengan demikian, reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh, baik
anabolisme maupun katabolisme selalu melibatkan enzim. Kom-
ponen-komponen, fungsi, cara kerja, sifat-sifat, faktor-faktor yang
mempengaruhi kerja enzim, penamaan dan pengelompokkan enzim,
serta bagaimana pembentukan enzim akan kalian pelajari pada ma-
teri berikut.
1. Komponen-komponen Enzim
Sebagian besar enzim tersusun oleh dua bagian, yaitu bagian yang
berupa protein, disebut
apoenzim
dan bagian non protein yang dise-
but
kofaktor
. Ada juga beberapa enzim yang hanya terdiri dari kom-
ponen protein saja. Kofaktor dapat berupa molekul anorganik mau-
pun molekul organik. Molekul anorganik berupa mineral seperti ion
Fe, ion Zn, dan ion Mn. Molekul organik misalnya NAD
+
, vitamin
B1, B2, B6, niasin, dan biotin. Kofaktor yang berupa molekul organik
disebut
koenzim
, sedangkan kofaktor yang berupa molekul anorganik
disebut
gugus prostetik
. Apoenzim dan koenzim yang bersatu mem-
bentuk enzim yang lengkap, disebut
holoenzim
. Perhatikan Gambar
2.2. dan 2.3.
Galeri
Sejarah Enzim
Tahukah kalian, kapan istilah
enzim dipakai oleh orang?
Pada awalnya, Kuhne (1878)
memberi nama zat yang
berperan dalam proses
pengubahan atau pembong-
karan dan penyusunan yaitu
ferment atau enzim. Enzim
dari kata “in” dan “zyme”
yang artinya sesuai yang
ada di dalam ragi.
Buchner (1896), memberi
nama zat yang diperoleh
dari sel-sel ragi yang telah
dihancurkan yaitu zimase
karena zat itu berasal dari
ragi (
zyme
).
Pada tahun 1926, Sumner
berhasil memisahkan enzim
dari biji polong-polongan
tumbuhan Canavalia ensifor-
mis dalam bentuk kristal.
Setelah itu, berhasil dipisah-
kan beberapa enzim seperti
katalase, papain, tripsin, dan
pepsin. Semuanya dalam
bentuk kristal.
suharjawanasuria.tripod.com
Metabolisme
33
2. Fungsi dan Cara Kerja Enzim
Di dalam reaksi kimia, antara suatu bahan (zat, unsur, molekul
atau senyawa) yang satu dapat mengadakan reaksi dengan bahan (zat,
unsur, molekul atau senyawa) yang lain sehingga dihasilkan suatu se-
nyawa yang baru. Hal tersebut terjadi di dalam proses metabolisme,
sehingga dihasilkan bahan yang diperlukan untuk tubuh. Nah, dalam
proses metabolisme tersebut, tentunya diperlukan waktu tertentu un-
tuk dapat mengubah bahan baku menjadi bahan yang baru (produk).
AB + CD
AC + BD
(reaktan) (produk)
Selama terjadi reaksi kimia tersebut, diperlukan adanya
suatu bahan yang berperan dalam mengatur waktu untuk ter-
jadinya reaksi yaitu enzim. Enzim tersebut diperlukan untuk
mempercepat terjadinya reaksi kimia (katalis), sehingga enzim
disebut sebagai
katalisator
. Enzim yang berperan untuk mem-
percepat reaksi kimia dalam metabolisme suatu sistem hayati
atau organisme disebut sebagai
biokatalisator
. Molekul-
molekul yang dikatalis oleh enzim dinamakan
substrat
.
Reaktan memerlukan energi (panas) untuk memutuskan ikatan-
ikatan antar atomnya, sehingga atom-atom tersebut dapat membentuk
ikatan baru (produk). Energi bebas yang diperlukan untuk memu-
tuskan ikatan ini disebut
energi aktivasi
(E
A
), sedangkan perbedaan
antara energi bebas produk dengan energi bebas reaktan disimbolkan
dengan ΔG.
Reaksi kimia yang dikatalis oleh enzim, menunjukkan bahwa
reaksi tersebut membutuhkan energi untuk reaksi lebih sedikit diban-
ding reaksi yang tidak dikatalis oleh enzim. Oleh karena itu, enzim
berperan penting dalam menurunkan energi aktivasi untuk memulai
suatu reaksi, sehingga reaksi dapat berjalan sangat cepat, efi
sien, dan
tidak menimbulkan suhu yang tinggi. Perhatikan Gambar 2.1.
Setelah mengetahui fungsi enzim dalam metabolisme, tahukah ka-
lian di mana enzim dihasilkan atau ditemukan?
Enzim dihasilkan di dalam sel dan dapat bekerja di dalam sel mau-
pun di luar sel. Enzim yang bekerja di dalam sel disebut
enzim intra-
seluler
. Misalnya, enzim yang berfungsi menawarkan racun sel H
2
O
2
(hidrogen peroksida) menjadi H
2
dan O
2
yang bersifat netral. Enzim
pernafasan selalu terdapat dalam sel. Sementara itu, enzim yang bekerja
di luar sel disebut
enzim ekstraseluler
, yaitu enzim- enzim pencernaan.
Sebagian besar enzim terdapat pada protoplasma sel. Namun, pada sel
tertentu enzim ditemukan di dalam vakuola dan dinding sel.
Selanjutnya, bagaimanakah enzim bekerja? Ada dua teori yang
menjelaskan kerja enzim tersebut, yaitu:
Gambar 2.2
Enzim yang terdiri
atas bagian protein (apoenzim)
dan bagian non protein (gugus
prostetik)
bagian non protein atau
kofaktor (gugus prostetik)
enzim
substrat
Gambar 2.1
Penurunan energi
aktivasi oleh enzim.
Urutan reaksi oleh enzim mengurangi penggunaan E
A
Urutan reaksi tanpa enzim memerlukan
lebih banyak E
A
bagian protein
(apoenzim)
34
Biologi Kelas XII
a. Model Gembok – Kunci (
Lock and Key
)
Dari nama teorinya, kalian tentu dapat membayangkan bentuk
antara kunci dan gembok pintu rumah kalian. Teori ini dikemukakan
oleh seorang ahli yang bernama
Fisher
. Menurutnya, enzim bagaikan
sebuah gembok, memiliki bagian yang berhubungan dengan kunci
yang disebut lubang kunci. Bagian lubang kunci ini diibaratkan seba-
gai
sisi aktif enzim
, yaitu suatu tempat yang spesifi k untuk mengikat
substratnya. Substrat digambarkan sebagai sebuah kunci. Mata kunci
memiliki struktur yang khas dan cocok dengan struktur lubang kunci
pada gembok. Kunci tertentu hanya cocok dengan gembok tertentu,
artinya enzim tertentu hanya bekerja pada subs-
trat tertentu. Apabila sisi aktif bergabung dengan
substrat maka enzim tidak aktif lagi. Bergabung-
nya enzim dengan substrat membentuk
kom-
pleks enzim substrat
. Kompleks enzim substrat
digambarkan sebagai gembok dimana pada lu-
bang kuncinya terdapat kunci. Setelah reaksi
berlangsung, kompleks enzim substrat lepas dan
terbentuklah produk.
Pada sistem kerja enzim, enzim tidak pernah
ikut bereaksi karena setelah terbentuk produk,
enzim akan terlepas dan dapat menjalankan
fungsi enzim untuk berikatan dengan substrat
lain yang sesuai. Artinya, enzim tidak akan di-
ubah menjadi produk atau enzim hanya berperan
sebagai perantara dalam membentuk produk.
Produk tersebut berasal dari substrat yang telah bereaksi. Perhatikan
Gambar 2.4.
Berikut adalah persamaan reaksi enzimatis sederhana:
b. Teori Ketepatan Induksi (
Induced Fit Th
eory
)
Teori ini menyatakan bahwa enzim memiliki sisi aktif yang mu-
dah menyesuaikan dengan bentuk substratnya. Dengan kata lain, ben-
tuk sisi aktif enzim bersifat fl
eksibel. Pada saat substrat bertemu dengan
enzim, maka sisi aktif enzim berubah sedemikian rupa sehingga cocok
dengan substrat dan terbentuklah kompleks enzim substrat. Setelah
terjadi reaksi dan produk telah terbentuk, enzim akan lepas. Pada saat
ini tidak menutup kemungkinan, substrat lain bergabung dengan en-
zim. Pada saat ini pula enzim tidak aktif lagi. Perhatikan Gambar 2.5.
Setelah kalian mengetahui komponen penyusun enzim serta fung-
si dan peran enzim, kalian akan mempelajari tentang sifat-sifat enzim
berikut ini.
Gambar 2.3
Apoenzim dan
koenzim bersatu membentuk
holoenzim.
Enzim + substrat
Kompleks Enzim - substrat
Enzim - produk
Enzim + produk
apoenzim
substrat
koenzim
substrat
kompleks enzim
substrat
produk
enzim
tempat
aktif
reaksi
enzimatis
Gambar 2.4
P
rinsif kerja enzim
menurut teori gembok-kunci.
holoenzim
Metabolisme
35
3. Sifat-sifat Enzim
Setiap struktur (senyawa maupun molekul tertentu) yang berbeda,
selalu mempunyai sifat-sifat khas masing-masing. Sebelumnya, kalian
telah mengetahui bahwa enzim sebagai biokatalisator. Selama men-
jalankan fungsinya tersebut, enzim memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
a. Enzim sebagai biokatalisator suatu reaksi
Biokatalisator merupakan salah satu sifat spesifi k dari enzim. Arti-
nya,
enzim dapat mempercepat suatu reaksi namun tidak ikut bereaksi.
Contoh: saat amilase mempercepat reaksi perombakan amilum, amilase
tidak bereaksi dengan substrat menjadi bentuk lain (bentuknya tetap),
sehingga amilase dapat berfungsi kembali.
b. Enzim bekerja secara khusus
Reaksi kimia yang ada di dalam sel banyak sekali, bukan? Kemudian,
bagaimana dengan enzim? Enzim bersifat sangat spesifi
k, artinya enzim
hanya bekerja pada substrat tertentu saja, tidak dapat untuk sembarang
substrat. Enzim tertentu hanya mengkatalis reaksi kimia tertentu pula.
Contoh: enzim
ptialin
mengkatalis reaksi pengubahan zat tepung menjadi
maltosa. Dengan demikian, enzim ptialin hanya bekerja pada substrat zat
tepung (amilum). Enzim
katalase
bekerja pada substrat H
2
O
2
(hidrogen
peroksida). H
2
O
2
diuraikan oleh katalase menjadi H
2
dan O
2
(produk).
c. Enzim dapat bekerja secara bolak balik (reversibel)
Sebagian besar reaksi kimia dalam tubuh organisme (biokimiawi)
bersifat
reversibel
. Demikian juga kerja enzim sebagai biokatalisator.
Artinya, enzim dapat mengkatalisis reaksi maju maupun reaksi keba-
likannya. Dengan demikian, enzim tidak mempengaruhi arah suatu
reaksi. Enzim dapat membentuk senyawa baru maupun menguraikan
suatu senyawa baru tersebut menjadi senyawa lain. Contoh: enzim
li-
pase
mengubah gliserol dan asam lemak menjadi lemak. Enzim lipase
juga dapat mengubah lemak menjadi gliserol dan asam lemak.
d. Wujud enzim adalah koloid
Kalian telah mengetahui komponen enzim, bukan? Secara keselu-
ruhan, enzim merupakan protein. Oleh karena itu, enzim dapat mem-
bentuk koloid.
e. Enzim rusak jika kena panas
Komponen protein penyusun enzim akan sangat menentukan si-
fat enzim. Salah satu sifat dari protein adalah tidak tahan terhadap pa-
nas (
termolabil
). Apoenzim bersifat termolabil. Oleh karena itu, enzim
akan rusak jika terkena panas atau suhu yang tinggi. Kerusakan enzim
akibat suhu tersebut dinamakan
denaturasi
. Pada suhu di atas 50
o
C,
enzim akan mengalami denaturasi. Enzim yang telah rusak menyebab-
kan aktivitas atau fungsi enzim hilang. Denaturasi bersifat
irreversibel
.
Walaupun suhunya diturunkan atau dinormalkan, enzim yang rusak
tidak akan dapat berfungsi kembali.
Gambar 2.5
Prinsip kerja enzim
menurut teori ketepatan induksi.
substrat
tempat aktif
bersifat fl
eksibel
enzim
36
Biologi Kelas XII
f. Enzim dapat diekstraksi dari sel tanpa kehilangan aktivitas
katalitiknya
Struktur dan mekanisme kerja enzim yang terdapat di dalam sel
dapat dipelajari secara mendalam melalui suatu teknik khusus. Enzim
yang akan dipelajari tersebut dapat diekstraksi dari sel yang mem-
produksinya tanpa kehilangan aktivitas katalitiknya.
Apakah setiap enzim selalu melakukan fungsinya secara lancar
tanpa ada yang menghalanginya? Nah, untuk mengetahui jawaban
tersebut secara lengkap, simaklah uraian berikut.
4. Penghambat Kerja Enzim
Kerja suatu enzim selama metabolisme tidak selalu berjalan lancar
tanpa ada yang menghalanginya. Suatu zat tertentu yang dapat meng-
halangi kerja enzim ini disebut
inhibitor
. Zat-zat penghambat (inhibi-
tor) berupa zat-zat kimia yang dapat menghambat kerja enzim. Con-
toh: garam-garam logam berat seperti air raksa, iodium-asetat, fl
uorida,
sianida, azida, dan karbon monoksida.
Nah, sebelum kalian mempelajari lebih lanjut tentang inhibitor
tersebut, ikutilah rubrik
Diskusi
berikut ini.
Inhibitor dibedakan menjadi inhibitor reversibel dan inhibitor
irreversibel. Inhibitor reversibel meliputi inhibitor kompetitif dan in-
hibitor non kompetitif.
a. Inhibitor kompetitif
Zat penghambat ini mempunyai struktur yang mirip dengan subs-
trat. Oleh karena itu, zat penghambat dan substrat bersaing untuk
dapat bergabung dengan enzim membentuk kompleks enzim- subs-
trat. Selain menghambat ikatan antara enzim dengan substrat, inhibi-
tor dapat menghambat penguraian dan pembentukan senyawa baru.
Inhibitor berikatan lemah (ikatan ion) dengan enzim pada sisi aktifnya
sehingga inhibitor ini bersifat reversibel. Dengan menambah kepekatan
substrat, inhibitor tidak mampu lagi bergabung dengan enzim. Con-
toh inhibitor kompetitif yaitu asam malonat, yang menghambat ikatan
antara enzim dengan asam suksinat. Perhatikan Gambar 2.6(c).
b. Inhibitor non-kompetitif
Pada umumnya, inhibitor ini tidak memiliki struktur yang mirip
dengan substrat dan bergabung dengan enzim pada bagian selain sisi aktif
enzim. Jika inhibitor ini bergabung dengan enzim maka akan mengubah
Menurut kalian, apa yang dapat dimanfaatkan (diimplementasikan) dari konsep inhibitor tersebut dalam
metabolisme? Berikan contoh pemanfaatannya, terutama dalam bidang kedokteran atau kesehatan.
Carilah literatur yang mendukung. Diskusikan dan presentasikan jawaban dan penjelasan kalian di depan
guru atau kelompok kalian!
Diskusi
Metabolisme
37
bentuk sisi aktif enzim. Dengan demikian, bentuk sisi aktif tidak sesuai
lagi dengan bentuk substrat (ingat model kerja enzim teori gembok–
kunci). Contoh inhibitor non-kompetitif, antara lain: pestisida (DDT)
dan paration yang menghambat kerja enzim dalam sistem syaraf, serta
antibiotik dan penisilin pada sel bakteri. Perhatikan Gambar 2.6(b).
Berbeda dengan dua macam inhibitor yang lain, inhibitor irreversi-
bel melekat pada sisi aktif enzim dengan sangat kuat (ikatan kovalen)
sehingga tidak dapat lepas dari enzim (irreversibel). Akibatnya, enzim
menjadi tidak aktif.
Selanjutnya, apakah hanya inhibitor saja yang dapat mempenga-
ruhi kerja enzim? Berikut kalian akan mempelajari faktor-faktor yang
memengaruhi kerja enzim tersebut.
5. Faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim
Selain adanya zat penghambat (inhibitor), kerja enzim dapat di-
pengaruhi oleh beberapa faktor antara lain: adanya zat pengaktif (akti-
vator), suhu, hasil akhir, pH, konsentrasi enzim atau substrat, dan air.
Secara rinci dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Zat-zat pengaktif (aktivator)
Zat-zat kimia tertentu dapat memacu atau mengaktifkan kegiatan
enzim. Contoh: garam-garam dari logam alkali dan logam alkali tanah
dengan konsentrasi encer, ion kobalt (Co), mangan (Mn), nikel (Ni),
magnesium (Mg), dan klor (Cl).
b. Suhu
Setiap enzim dapat bekerja dengan efektif pada suhu tertentu dan
aktivitasnya akan berkurang jika berada pada kondisi di bawah atau
di atas titik tersebut. Kondisi yang menyebabkan kerja enzim menjadi
efektif ini disebut kondisi optimal. Sebagian besar enzim pada manusia
mempunyai suhu optimal yang mendekati suhu tubuh (35
o
C - 40
o
C).
Pada suhu tinggi (>50
o
C), enzim dapat rusak dan pada suhu rendah
(0
o
C), enzim menjadi tidak aktif. P
erhatikan Gambar 2.7. Suhu yang
tidak sesuai tersebut akan menyebabkan terjadinya perubahan bentuk
sisi aktif enzim. Sifat en zim yang tidak tahan panas atau dapat berubah
karena pengaruh suhu ini disebut
termolabil
.
c. pH
Selain suhu, faktor lingkungan yang mempengaruhi kerja enzim
adalah derajat keasaman (pH). Sebagaimana faktor suhu, enzim juga
mempunyai pH tertentu agar dapat bekerja secara efektif. Enzim dapat
bekerja optimal pada pH netral (pH = 7), pH basa (>7) atau pH asam
(<7) tergantung pada jenis enzim masing-masing. Perhatikan Gambar
2.8. Enzim pencerna protein misalnya, mempunyai pH paling optimal
1-2, sedangkan enzim pencernaan yang lain mempunyai pH optimal
8. Pada pH tertentu, enzim dapat mengubah substrat menjadi hasil
akhir. Kemudian, apabila pH tersebut diubah, enzim dapat mengubah
kembali hasil akhir menjadi substrat.
Gambar 2.6
(a) Bentuk substrat
dan enzim normal, (b) Inhibitor
non-kompetitif, dan (c) Inhibitor
kompetitif.
substrat
tempat aktif
inhibitor
kompetitif
inhibitor non-kompetitif
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.7
Grafik pengaruh
suhu terhadap aktivitas enzim.
!
"
Suhu
38
Biologi Kelas XII
d. Hasil akhir
Kalian telah mengetahui bahwa dalam suatu reaksi kimia diperlukan
adanya reaktan yang akan diubah menjadi produk atau hasil akhir. Ha-
sil akhir merupakan senyawa baru sebagai hasil pembentukan maupun
penguraian reaktan. Apabila hasil akhir ini banyak, enzim akan sulit ber-
gabung dengan substrat sehingga reaksi kimianya berlangsung lambat.
e. Konsentrasi enzim
Konsentrasi enzim yang tinggi akan mempengaruhi kecepatan
reaksi secara linear (kecepatan bertambah secara konstan). Dapat di-
katakan bahwa hubungan antara konsentrasi enzim dengan kecepatan
reaksi enzimatis berbanding lurus. Kecepatan reaksi suatu enzim satu
dengan yang lain berbeda-beda meskipun mempunyai konsentrasi
enzim yang sama. Konsentrasi enzim yang sangat tinggi dalam suatu
sistem yang kompleks akan berpengaruh terhadap kecepatan reaksi.
f. Konsentrasi substrat
Pada konsentrasi substrat yang rendah, kenaikan substrat akan
meningkatkan kecepatan reaksi enzimatis hampir secara linear. Jika
konsentrasi substrat tinggi, maka peningkatan kecepatan reaksi enzim-
atis akan semakin menurun sejalan dengan peningkatan jumlah subs-
tratnya. Kecepatan maksimum (Vmax) reaksi enzimatis ditunjukkan
dengan garis mendatar yang menggambarkan peningkatan kecepatan
reaksi yang rendah seiring penambahan konsentrasi substrat.
g. Air
Menurut penelitian, di dalam biji terdapat bermacam-macam en-
zim. Masih ingatkah kalian dengan perkecambahan biji? Ya, pada pro-
ses perkecambahan, imbibisi air pada biji yang sehat dan telah tua akan
mengaktifkan enzim- enzim dalam biji sehingga biji berkecambah.
6. Penamaan dan Pengelompokan Enzim
Nama suatu enzim biasanya dengan menggunakan akhiran ase.
Akhiran ase ditambahkan pada nama substrat yang diubah oleh enzim
Gambar 2.8
Grafik pengaruh
pH terhadap aktivitas satu jenis
enzim
Gambar 2.9
Hubungan laju
reaksi dengan konsentrasi
beberapa
enzim.
# $
%
#
&'
Gambar 2.10
Hubungan V
dengan [E] sangat tinggi pada
sistem yang kompleks.
# $%
( $ %
! )
pH
Gambar 2.11
Hubungan [S]
dengan V.
# $
%
&*'$ +%
,
,
Metabolisme
39
tersebut. Contoh: enzim yang merubah substrat maltosa disebut mal-
tase, yang merubah protein disebut protease, yang merubah lipida (le-
mak) disebut lipase.
Enzim digolongkan berdasarkan apa yang terjadi di dalam reaksi.
Agar lebih jelas, perhatikan Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Penggolongan dan fungsi enzim
No
Golongan enzim
Fungsi atau sifat
1
O
ksidoreduktase
Mengkatalisis reaksi dimana salah satu substrat mengalami oksidasi (donor
hidrogen) dan substrat lain mengalami reduksi (penerima hidrogen).
a. Dehidrogenase
Mengubah ikatan tunggal menjadi ikatan rangkap.
b. Oksidase
Melakukan oksidasi (menerima oksigen atau melepas elektron).
c. Hidroksilase
Menggabungkan gugus hidroksil.
2
Transferase
Mengkatalisis perpindahan 1 gugus karbon (misalnya metil), gugus alde-
hid, keton, gugus fosforil, atau gugus amino dari satu substrat ke substrat
yang lain.
3
Hidrolase
Mengkatalisis hidrolisis (penambahan air) untuk memecah ikatan kova-
len C-O, C-N, C-C, P-O, dan ikatan tunggal lainnya.
a. Peptidase
Memecah ikatan peptida pada protein.
b. Esterase
Memecah ikatan ester.
c. Glikosidase
Memecah ikatan glikosida pada polisakarida.
d. Fosfatase
Memecah ikatan fosfat.
4
Liase
Mengkatalisis penambahan gugus pada ikatan rangkap atau pembentuk-
an ikatan rangkap dengan menghilangkan gugus C=C, C=O, atau C=N.
Misalnya: dekarboksilase, aldolase, dan dehidratase.
5
Ligase
Mengkatalisis reaksi penggabungan antara satu molekul dengan molekul
lain melibatkan hidrolisis dari ATP. Misalnya: RNA ligase dan DNA ligase.
6
Isomerase
Mengkatalisis perpindahan suatu gugus ke tempat lain dalam satu
molekul. Misalnya: racemase, fosfoglukoisomerase, mutase, dan oksido-
reduktase.
7. Pembentukan Enzim
Menurut hasil penelitian
Beadle
dan
Tatum
, pembentukan enzim
berdasarkan pada teori “
one gene one enzyme
”. Artinya, pembentukan
satu enzim dikendalikan oleh satu gen. Oleh karena itu, gen atau ke-
lompok gen dalam kromosom akan mengendalikan pembentukan
enzim.
Setelah kalian mempelajari tentang enzim, ikutilah rubrik
Perco-
baan
dan
Uji Kompetensi
berikut ini agar kalian benar-benar mema-
hami tentang enzim.
Prastiwi, Biokimia
40
Biologi Kelas XII
Percobaan
Mengetahui Kerja Enzim Katalase
A. Dasar Teori
Enzim dihasilkan di dalam sel dan dapat bekerja di dalam sel ( enzim intraseluler) maupun di
luar sel ( enzim ekstraseluler). Contoh enzim intraseluler adalah enzim katalase yang berfungsi
menawarkan racun sel H
2
O
2
(hidrogen peroksida) menjadi H
2
dan O
2
yang bersifat netral. Enzim
katalase tersebut terdapat pada organ hati maupun organ jantung.
B. Tujuan
Mengetahui dan mempelajari kerja enzim katalase
C. Alat dan Bahan
1. Mortir atau blender 6. HCL 10%
2.
Organ hati dan jantung ayam
7.
NaOH 10%
3.
Dua belas tabung reaksi
8.
Es batu
4. Air 9. H
2
O
2
10%
5. Kapas 10. Arang (bara api)
D. Cara Kerja
1.
Haluskan organ hati dan jantung ayam dengan mortir atau blender. Tambahkan 30 ml air
untuk hati dan 10 ml untuk jantung, kemudian saringlah menggunakan kapas. Hasil yang
kalian peroleh sebagai ekstrak hati dan ekstrak jantung.
2.
Bagilah ekstrak hati ke dalam 5 buah tabung reaksi dengan volume yang sama (nomorilah
tabung tersebut). Tuangkan ekstrak jantung pada tabung 6.
3.
Tambahkan 7 tetes HCl 10% ke dalam tabung 2 dan 7 tetes NaOH 10% ke dalam tabung
4. Masukkan tabung 4 ke dalam es batu dan tabung 5 ke dalam air mendidih selama 10
menit.
4.
Berilah label a, b, c, d, e, dan f pada 6 tabung reaksi yang lain. Masukkan 3 ml H
2
O
2
10%
pada masing-masing tabung. Tutuplah rapat-rapat dengan kapas.
5.
Tuangkan isi tabung 1 ke dalam tabung a. Demikian juga isi tabung 2 ke dalam tabung b,
tabung 3 ke dalam tabung c, dan seterusnya.
6.
Amati jumlah gelembungnya (amat banyak, banyak, sedang, sedikit, atau tidak ada). Ma-
sukkan bara api di atas campuran, jangan sampai menyentuh campuran. Amati apakah
bara api menyala?
7.
Catat hasilnya pada tabel pengamatan.
E. Pembahasan
1.
Tuliskan reaksi yang terjadi.
2.
Pada percobaan tersebut, substratnya adalah . . . .
Enzim katalase pada percobaan ini terdapat pada . . . .
3.
Pada tabung yang manakah dihasilkan gelembung paling banyak? Apa maksudnya?
4.
Pada tabung yang manakah tidak dihasilkan gelembung dan manakah gelembung yang
paling sedikit? Apa artinya?
5.
Buatlah kesimpulan percobaanmu.
Catatan dan Perhatian:
a.
Usahakan proses penuangan tiap tabung dilakukan bersama-sama, sehingga kalian dapat
membandingkannya.
b. Hati-hatilah menggunakan larutan asam HCl dan NaOH
Metabolisme
41
Setelah mengikuti rubrik
Percobaan
dan
Uji Kompetensi
, tentu-
nya kalian telah memahami tentang enzim, bukan? Selanjutnya, kalian
akan mempelajari lebih jauh tentang katabolisme dan anabolisme. Si-
maklah dengan saksama.
B. Katabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein
Pada sub bab sebelumnya, kalian telah mengetahui bahwa pada
makanan yang kalian konsumsi tersimpan energi atau tenaga yang diper-
lukan untuk aktivitas kehidupan. Selanjutnya, bagaimana energi terse-
but terbentuk dari makanan atau senyawa organik yang masuk ke dalam
tubuh kita? Pada umumnya, sebelum senyawa organik diubah menjadi
energi, senyawa-senyawa tersebut (mempunyai banyak atom karbon)
dipecah atau diuraikan menjadi senyawa-senyawa berukuran kecil atau
sederhana (mempunyai 2-4 atom karbon) melalui proses katabolisme.
Senyawa atau zat yang kompleks terurai menjadi senyawa atau zat
yang sederhana dengan melepaskan ikatan-ikatan kimia yang menyusun
suatu senyawa. Bersamaan dengan lepasnya ikatan kimia, dibebaskanlah
energi. Energi yang dibebaskan ini kemudian diubah menjadi senyawa
yang siap digunakan sebagai sumber energi bagi sel yaitu
adenosin trifos-
fat
( ATP). Senyawa ATP memiliki gugus fosfat sebanyak 3 buah. Setiap
melepaskan fosfatnya, akan dibebaskan energi yang langsung dapat digu-
nakan oleh sel. Oleh karena itu, katabolisme disebut juga
disimilasi
atau
bioenergi
atau
reaksi eksergonik
. Di dalam katabolisme sel organisme,
terjadi proses oksidasi atau reduksi senyawa (biooksidasi).
Kalian telah mengatahui bahwa bahan makanan yang kalian kon-
sumsi dapat mengandung karbohidrat, lemak, maupun protein (pro-
tein). Bagaimanakah katabolisme dari karbohidrat, lemak, dan protein
tersebut? Untuk penjelasan lebih lanjut cermatilah uraian berikut ini.
1. Katabolisme Karbohidrat
Salah satu proses yang merupakan katabolisme adalah respirasi,
merupakan reaksi kimia sel untuk merombak senyawa kompleks men-
jadi senyawa sederhana dengan menghasilkan energi. Kegiatan respirasi
dilakukan setiap saat oleh setiap sel hidup, baik sel tumbuhan mau-
pun sel hewan. Berdasarkan kebutuhan akan oksigen atau penerima
elektronnya, respirasi dibedakan menjadi dua macam yaitu
respirasi
aerobik
dan
respirasi anaerobik
.
Kerjakanlah soal-soal berikut ini!
1.
Apa yang dimaksud dengan:
a. metabolisme
b.
katabolisme
c.
anabolisme
2.
Jelaskan fungsi enzim dalam metabolisme?
3.
Sebutkan dan jelaskan 6 sifat-sifat enzim.
4.
Sebutkan 7 macam hal yang dapat mem-
pengaruhi kerja enzim?
5.
Jelaskan tentang cara penamaan enzim.
6.
Sebutkan dan berilah contoh pengelompok-
kan
enzim berdasarkan terjadinya reaksi.
7.
Jelaskan tentang teori
one gen one enzyme.
Uji Kompetensi
42
Biologi Kelas XII
a. Respirasi Aerobik
Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen bebas
dari udara sebagai penerima elektron terakhir. Oksigen bebas ini digu-
nakan untuk pembakaran bahan baku. Proses respirasi secara umum
dapat kalian lihat sebagai berikut.
Senyawa organik + Oksigen
Karbondioksida + Air + Energi
Apabila bahan baku respirasi aerob berupa glukosa (heksosa) maka
reaksi keseluruhan respirasi adalah:
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6H
2
O + 6CO
2
+ 686 kal
Dari reaksi di atas, terlihat bahwa respirasi aerob dengan bahan
baku glukosa menghasilkan energi. Pada tumbuhan, energi yang di-
hasilkan sebagian berupa panas, sebagian lagi digunakan untuk akti-
vitas hidup tumbuhan itu sendiri seperti untuk proses pembentukan
zat organik, untuk proses osmosis, untuk pengaliran protoplasma, atau
untuk pembelahan sel. Penguraian heksosa juga menghasilkan CO
2
dan air (H
2
O). Bagaimana hal ini dapat terjadi? Simaklah rangkaian
respirasi aerob dengan bahan baku glukosa di bawah ini. Respirasi glu-
kosa (termasuk karbohidrat) disebut juga
katabolisme karbohidrat
.
Secara umum, reaksi respirasi aerobik dibedakan menjadi tiga
tahap an yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif dan daur Krebs, serta
rantai transportasi elektron respirasi dengan fosforilasi oksidatif.
Cobalah perhatikan peta konsep berikut ini.
C
6
H
12
O
6
Respirasi aerob
H
2
CO
2
Energi
ATP
Panas
Aktivitas
sel
Gambar 2.12
Penggunaan
energi hasil respirasi pada
tumbuhan.
Glukosa
(senyawa dengan 6 atom C)
Asam Piruvat
(senyawa dengan 3 atom C)
Asetil koenzim A
Asam
oksaloasetat
Asam sitrat
NADH
FADH
2
GTP ( ATP)
ATP
NADH
Rantai Transportasi
Elektron Respirasi
Glikolisis
Dekarboksilasi oksidatif
NADH
Siklus Krebs
Gambar 2.13
Bagan respirasi aerob
Metabolisme
43
Setelah kalian memahami peta konsep di atas, uraian berikut ini
akan menjelaskan secara rinci untuk setiap tahapan respirasi.
1) Glikolisis
Glikolisis adalah rangkaian reaksi kimia penguraian glukosa (yang
memiliki 6 atom C) menjadi asam pir
uvat (senyawa yang memiliki
3 atom C), NADH, dan ATP. NADH (Nikotinamida Adenina Di-
nukleotida Hidrogen) adalah koenzim yang mengikat elektron (H),
sehingga disebut sumber elektron berenergi tinggi. ATP (adenosin tri-
fosfat) merupakan senyawa berenergi tinggi. Setiap pelepasan gugus
fosfatnya menghasilkan energi.
Pada proses glikolisis, setiap 1 molekul glukosa diubah menjadi
2 molekul asam piruvat,
2 NADH, dan 2 ATP.
Glikolisis memiliki sifat-
sifat, antara lain: glikolisis
dapat berlangsung secara
aerob maupun anaerob,
glikolisis melibatkan enz-
im ATP dan ADP, serta
peranan ATP dan ADP
pada glikolisis adalah me-
mindahkan (mentransfer)
fosfat dari molekul yang
satu ke molekul yang lain.
Pada sel eukariotik,
glikolisis terjadi di sito-
plasma (sitosol). Glikolisis
terjadi melalui 10 tahapan
yang terdiri dari 5 tahapan
penggunaan energi dan 5
tahapan pelepasan energi.
Berikut ini reaksi glikolisis
secara lengkap:
Dari skema tahapan
glikolisis menunjukkan
bah wa energi yang dibu-
tuhkan pada tahap peng-
gunaan ener gi adalah 2
ATP. Sementara itu, energi
yang dihasilkan pada tahap
pelepasan ener gi adalah
4 ATP dan 2 NADH.
Dengan demikian, selisih
energi atau hasil akhir
glikolisis adalah 2 ATP + 2
NADH.
Gambar 2.14
Skema 10
tahapan glikolisis melalui
tahap penggunaan energi dan
pelepasan
energi.
Keterangan
:
a)
Tahap penggunaan energi:
(1) Penambahan gugus fosfat
pada molekul glukosa den-
gan bantuan enzim hekso-
kinase, sehingga terbentuk
glukosa 6-fosfat.
(2) Glukosa 6-fosfat diubah
menjadi isomer nya yaitu
fruktosa 6-fosfat.
(3) Fosfofruktokinase men-
transfer gugus fosfat dari
ATP ke fruktosa 6-fosfat
fruktosa 1,6 bisfosfat.
(4)
Aldolase membagi molekul
gula (fruktosa 1,6 bisfosfat)
menjadi 2 molekul gula
yang berbeda dan meru-
pakan isomernya.
(5) Dua molekul gliseralde-
hid postat masing-masing
akan masuk pada tahapan
glikolisis selanjutnya.
b) Tahap pelepasan energi:
(6) T
riosafosfat dehidrogenase
mengkatalisis pemindahan
elektron dan H
+
dari sub-
strat (gliseraldehid fosfat)
ke NAD
+
membentuk
NADH.
(7) Glikolisis menghasilkan
ATP. Gula telah diubah
menjadi senyawa asam or-
ganik oleh fosfogliseroki-
nase.
(8)
Gugus fosfat dipindahkan
sehingga menjadi 2-fosfog-
liserat oleh fosfogliseromu-
tase.
(9) 2-fosfogliserat melepaskan
molekul H
2
O sehingga ter-
bentuk fosfoenol piruvat
kinase oleh enolase.
(10) Piruvat kinase mentrans-
fer gugus fosfat sehingga
menghasilkan 2 ATP lagi.
Glukosa 6-Fosfat
Glukosa
Fruktosa 6-Fosfat
Heksokinase
Fosfoglukoisomerase
Fosfofruktokinase
ATP
ADP
ATP
ADP
Fruktosa 1,6-bifosfat
Dihidroksiaseton
fosfat
Gliseraldehida
fosfat
Isomerase
Aldolase
Tahap
Penggunaan
Energi
Triosafosfat
dehidrogenase
2 NADH
+ 2 H
+
2 NAD
+
2
i
P
1
2
3
4
5
6
1, 3-Bifosfogliserat
3-Fosfogliserat
Fosfogliserokinase
7
2ATP
2 ADP
Fosfogliseromutase
8
2-Fosfogliserat
Enolase
9
2 H
2
O
Fosfoenol piruvat
Piruvat kinase
10
2ATP
2 ADP
Piruvat
Tahap
Pelepasan
Energi
44
Biologi Kelas XII
Jika kalian amati lebih cermat lagi, kalian akan mengetahui pada
tahapan mana sajakah energi ( ATP) dibentuk. Nah, proses pembentu-
kan ATP inilah yang disebut
fosforilasi
. Pada tahapan glikolisis terse-
but, enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat (molekul organik
dalam glikolisis) ke ADP sehingga prosesnya disebut
fosforilasi tingkat
substrat
. Perhatikan Gambar 2.15.
Keseluruhan reaksi glikolisis, dapat dibuat persamaaan reaksi seb-
agai berikut:
Selain glukosa, bahan makanan yang kalian konsumsi tidak se-
lalu mengandung gula sederhana seperti glukosa saja. Kadang-kadang
kalian mengkonsumsi bahan-bahan yang mengandung gula kompleks
(karbohidrat kompleks) seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa. Kemu-
dian, dapatkah gula-gula atau karbohi drat yang kompleks tersebut
langsung dimetabolisme oleh sel? Tentu saja tidak, bahan-bahan yang
belum sederhana tersebut harus dirombak dahulu sehingga menjadi
bahan yang dapat dimetabolisme langsung oleh sel.
Kalian telah mempelajari tentang tahapan glikolisis. Agar kalian
dapat memahami dengan baik, ikutilah rubrik
Telisik
berikut ini.
Mengidentifikasi Enzim- enzim Glikolisis
Lakukanlah rubrik ini secara individu dan kerjakanlah di rumah kalian masing-masing dengan langkah
sebagai berikut:
1.
Pelajarilah kembali tentang penamaan dan penggolongan enzim pada sub bab Enzim.
2.
Sebutkan macam-macam enzim yang terlibat dalam tahapan glikolisis.
3.
Golongkanlah macam-macam enzim tersebut berdasarkan penggolongan enzim yang telah kalian
pelajari pada sub bab Enzim.
4.
Isikan hasil identifikasi kalian pada tabel sebagai berikut:
No
Nama enzim
Golongan enzim
Fungsi
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
5. Kumpulkan hasilnya kepada guru kalian.
Telisik
Gambar 2.15
Fosforilasi tingkat
substrat (pada tahap ke-10
glikolisis).
ADP
ATP
piruvat kinase
Substrat
(PEP)
Produk
(piruvat)
Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD
+
2 Piruvat + 2H
2
O + 2ATP + 2NADH + 2H
+
+
Metabolisme
45
Nah, sebelum kalian mempelajari glikolisis selain pada glukosa,
lakukan rubrik
Diskusi
berikut ini.
Bukankah kalian sudah mengetahui
macam-macam gula? Maltosa, sukrosa, dan lak-
tosa terlebih dahulu diubah menjadi monomer
penyusunnya yaitu glukosa dan gula sederhana
yang lain yaitu fruktosa atau galaktosa. Selan-
jutnya, glukosa atau gula-gula sederhana akan
masuk siklus glikolisis seperti biasa. Glukosa
akan diubah menjadi glukosa 6P dan seterusnya
sehingga dapat dihasilkan 2 asam piruvat. Lalu,
bagaimana dengan fruktosa dan manosa? Fruk-
tosa dan manosa dapat langsung diubah menjadi
fruktosa 6P. Untuk memperjelasnya, perhatikan
Gambar 2.16.
2) Dekarboksilasi Oksidatif dan Siklus Krebs
a) Dekarboksilasi Oksidatif
Kalian tentunya mengetahui bahwa dalam
suatu metabolisme, terjadi r
eaksi yang begitu
kompleks. Satu tahap reaksi selesai, maka akan
masuk pada tahapan selanjutnya. Demikian juga
pada tahap respirasi aerobik ini. Senyawa hasil
dari tahapan glikolisis akan masuk ke tahapan
dekarboksilasi oksidatif
,
yaitu tahapan pembentukan CO
2
melalui reaksi oksidasi reduksi (re-
doks) dengan O
2
sebagai penerima elektronnya. Dekarboksilasi oksida-
tif ini terjadi di dalam mitokondria sebelum
masuk ke tahapan siklus Krebs. Oleh karena
itu, tahapan ini disebut sebagai tahapan sam-
bungan (
junction
) antara glikolisis dengan
siklus Krebs.
Pada tahapan ini, asam piruvat (3 atom
C) hasil glikolisis dari sitosol diubah men-
jadi asetil koenzim A (2 atom C) di dalam
mitokondria. Pada tahap 1, molekul piruvat
(3 atom C) melepaskan elektron (oksidasi)
membentuk CO
2
(piruvat dipecah menjadi
CO
2
dan molekul berkarbon 2). Pada tahap 2, NAD
+
direduksi (me-
nerima elektron) menjadi NADH + H
+
. Pada tahap 3, molekul berkar-
Diskusikanlah dengan teman kelompokmu, bagaimanakah penggolongan dari karbohidrat atau gula
berdasarkan banyaknya molekul gula penyusunnya? Berilah contoh dari masing-masing golongan
tersebut!
Diskusi
Laktosa
Galaktosa
Glukosa
Glukosa 6P
Fruktosa 6P
Fruktosa 1,6
difosfat
Gliseraldehid
fosfat
Maltosa
Glukosa
Fruktosa
Manosa
Sukrosa
Fosforilasi
Gliserol +
Asam lemak
Lemak
Asam Piruvat
Asam amino
Protein
Deaminasi
(pelepasan gugus amin)
Gambar 2.16
Bagan masuknya
senyawa-senyawa selain
glukosa ke dalam reaksi glikolisis.
Gambar 2.17
Skema
dekarboksilasi oksidatif
*-./*/(
+-.//01-
2"
"/
01
3
01434
3
46
Biologi Kelas XII
bon 2 dioksidasi dan mengikat Ko-A (koenzim A) sehingga terbentuk
asetil Ko-A. Hasil akhir tahapan ini adalah asetil koenzim A, CO
2
, dan
2NADH.
b) Siklus Krebs
Asetil-KoA yang telah terbentuk akan menjadi bahan baku pada
siklus selanjutnya, yaitu siklus Krebs. Oleh karena itu, Asetil Ko-A
disebut
senyawa intemediate
atau senyawa antara. Siklus Krebs terjadi
di matriks mitokondria dan disebut juga
siklus asam trikarboksilat
.
Hal ini disebabkan siklus Krebs tersebut menghasilkan senyawa yang
mempunyai 3 gugus karboksil, seperti asam sitrat dan asam isositrat.
Asetil koenzim A hasil dekarboksilasi oksidatif memasuki matriks
mitokondria untuk bergabung dengan asam oksaloasetat dalam sik-
lus Krebs, membentuk asam sitrat. Demikian seterusnya, asam sitrat
membentuk bermacam-macam zat dan akhirnya membentuk asam
oksaloasetat lagi.
.
/ 2
*
-
52
* 2"
*
6
+ 2
2"
"
7
*4
!
8
)
4
/
"/
01
3
014
3
4
3
"/
01
3
014
3
4
3
"
7
*4
"
7
*4
9. 91
1
3
61
614
4
/
014
3
4
3
01
3
Berikut ini tahapan-tahapan dari 1 kali siklus Krebs:
(1) Asetil Ko-A (2 atom C) menambahkan atom C pada oksaloasetat
(4 atom C) sehingga dihasilkan asam sitrat (6 atom C).
(2) Sitrat menjadi isositrat (6 atom C) dengan melepas H
2
O dan me-
nerima H
2
O kembali.
(3) Isositrat melepaskan CO
2
sehingga terbentuk
- ketoglutarat (5
atom C).
Gambar 2.18
Skema siklus Krebs
Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 169
Metabolisme
47
Nah, bagaimana? Apakah kalian sudah dapat mengerti tentang sik-
lus Krebs? Kemudian, apa sajakah hasil akhir dari siklus krebs tersebut?
Dengan mempelajari tahapan 1 siklus Krebs, kalian dapat meng-
hitung hasil akhir dari siklus Krebs tersebut. Kalian sudah mengetahui
bahwa satu siklus Krebs tersebut hanya untuk satu molekul piruvat saja.
Sementara itu, hasil glikolisis menghasilkan 2 molekul piruvat (untuk
1 molekul glukosa). Oleh karena itu, hasil akhir total dari siklus Krebs
tersebut adalah 2 kalinya. Dengan demikian, diperoleh hasil sebanyak
6 NADH, 2FADH
2
dan
2ATP
(ingat: jumlah ini untuk katabolisme
setiap 1 molekul glukosa).
Selanjutnya, apakah tahapan respirasi aerobik berakhir sampai sik-
lus Krebs? Tidak, ada satu tahapan lagi dalam sistem respirasi sel yaitu
sistem transportasi elektron.
3) Sistem Transportasi Elektron (STE) dan Fosforilasi Oksidatif
Sistem transportasi elektron terjadi di membran dalam mito-
kondria. P
ada tahap ini, elektron-elektron yang dibawa oleh produk
glikolisis dan siklus Krebs (NADH dan FADH2) dipindahkan mele-
wati beberapa molekul yang sebagian besar berupa protein.
Transportasi elektron menghasilkan 90% ATP dari keseluruhan
ATP hasil respirasi aerobik sel. Pembentukan ATP pada tahap ini ter-
jadi melalui transfer elektron dengan penerima elektron terakhir yaitu
oksigen, sehingga disebut
fosforilasi oksidatif
. Bagaimanakah tahapan
transfer elektron tersebut? Simaklah uraian berikut.
Molekul pertama yang menerima elektron berupa fl
avoprotein,
dinamakan
fl avin mononukleotida
(FMN). Selanjutnya, elektron dip-
indahkan berturut-turut melewati molekul protein besi-sulfur (Fe-S),
ubiquinon
(Q atau CoQ), dan
sitokrom
(Cyst). Elektron melewati
sitokrom b, Fe-S, sitokrom c1, sitokrom c, sitokrom a, sitokrom a3,
dan oksigen sebagai penerima elektron terakhir. Akhirnya terbentuklah
molekul H
2
O (air).
Pada sistem transportasi elektron, NADH dan FADH2 masing-
masing menghasilkan rata-rata 3 ATP dan 2 ATP. Sebanyak 2 NADH
hasil glikolisis dan 2 NADH hasil dekarboksilasi oksidatif masing-mas-
ing menghasilkan 6 ATP. Sementara itu, 6 NADH dan 2 FADH2 hasil
(4)
- ketoglutarat melepaskan CO
2
. NAD
+
sebagai
akseptor
atau pe-
nerima elektron) untuk membentuk NADH dan menghasilkan
suksinil Ko-A (4 atom C).
(5) Terjadi fosforilasi tingkat substrat pada pembentukan GTP (gua-
nosin trifosfat) dan terbentuk suksinat (4 atom C).
(6) Pembentukan fumarat (4 atom C) melalui pelepasan FADH
2
.
(7) Fumarat terhidrolisis (mengikat 1 molekul H
2
O) sehingga mem-
bentuk malat (4 atom C).
(8) Pembentukan oksaloasetat (4 atom C) melalui pelepasan NADH.
48
Biologi Kelas XII
siklus Krebs masing-masing menghasilkan 18 ATP dan 4 ATP. Jadi,
sistem transportasi elektron menghasilkan 34 ATP.
Rantai atau sistem transportasi elektron respirasi dapat dijelaskan
sebagai berikut:
Pada materi sebelumnya, kalian telah mempelajari tentang kata-
bolisme karbohidrat (glikolisis), dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs,
dan sistem transportasi elektron. Nah, agar kalian dapat memahami
keseluruhan proses respirasi sel, perhatikanlah gambar berikut ini.
Gambar 2.20
Molekul ATP hasil respirasi aerobik 1 molekul glukosa.
9(-/(-*-*
92
2"
*-(:*
;*
0.-.0*/
(./0
<6/*6/-(*-/*-1.-6
3.
3.
3 5 .
2=>> 2
2=>> 2
2=>> 2
>
+ 2 ? 5 ).
014
014
!014
614
+-.//01-
Q
Cyt c
ATP
ADP + Pi
H
+
H
+
H
+
H
+
H
2
O
Gambar 2.19
Tahapan sistem transportasi elektron
Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 172
Metabolisme
49
Setelah mempelajari glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, maupun
siklus Krebs, apakah kalian dapat membandingkan energi yang dihasil-
kan kedua proses tersebut? Nah, agar kalian benar-benar memahami
perhitungan jumlah energi hasil respirasi aerobik, kerjakanlah rubrik
Telisik
berikut ini.
Pada materi yang telah kalian pelajari, kalian telah mengetahui
tentang respirasi aerobik. Selanjutnya, kalian akan mempelajari ten-
tang respirasi anerobik. Simaklah uraian berikut.
b. Respirasi Anaerobik
Dalam reaksi oksidasi, tidak hanya terjadi penerimaan oksigen
saja. Proses pelepasan elektron juga merupakan reaksi oksidasi. Oleh
karena itu, oksidasi tanpa oksigen masih dapat memungkinkan ter-
jadinya metabolisme. Berdasarkan kemampuan menggunakan oksigen
dalam respirasi, organisme dibedakan menjadi 2 yaitu organisme aero-
bik (menggunakan oksigen untuk respirasi) dan organisme anaerobik
(mampu melakukan respirasi tanpa oksigen). Respirasi yang dapat
dilakukan dalam keadaan tanpa oksigen ini disebut
respirasi anaero-
bik
(bahasa Yunani,
an
= tanpa,
aer
= udara, dan
bios
= kehidupan).
Sementara respirasi aerobik menggunakan oksigen sebagai penerima
elektron terakhir, respirasi anaerobik menggunakan senyawa organik
selain oksigen sebagai penerima elektron terakhir. Nah, proses perom-
bakan senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang
lebih sederhana, dengan penerima maupun pemberi elektron atau hi-
drogen berupa senyawa organik disebut
fermentasi
.
Menghitung Jumlah Energi pada Respirasi Aerobik
Untuk menghitung jumlah energi total pada respirasi sel, ikutilah langkah-langkah sebagai berikut:
1.
Buatlah tabel perhitungan, seperti di bawah ini.
No
Tahapan atau
Siklus
Proses Pembentukan Energi
(pada glikolisis, siklus Krebs,
atau sistem transportasi
elektron)
Sumber Penghasil
Energi
Jumlah
ATP
1.
Glik
olisis
a. Fosforilasi tingkat substrat
2 ATP
2 ATP
b. Fosforilasi oksidatif
2 NADH
6 ATP
Dekarboksilasi oksidatif
......................
......................
2.
Siklus Krebs
a. Fosforilasi tingkat substrat
......................
......................
b. Fosforilasi oksidatif
......................
18
ATP
c. ...............................
2 FADH2
......................
Total
ATP hasil respirasi aerobik (setiap 1 molekul glukosa)
38
ATP
2.
Pelajari kembali uraian tentang tahapan respirasi aerobik, kemudian isilah tabel perhitungan tersebut.
Telisik
Galeri
Dapatkah kita melakukan
respirasi anaerobik?
Pada saat kita berlari-lari,
otot kita bekerja terlalu berat
dalam melakukan respirasi
sel. Akibatnya, jumlah perse-
diaan oksigen dalam tubuh
semakin mengecil. Untuk
memperoleh oksigen, kita
melakukan respirasi anaero-
bik melalui fermentasi asam
laktat dengan mengubah
piruvat menjadi asam laktat.
Timbunan laktat dapat
menyebabkan otot letih dan
nyeri. Nafas kita yang ter-
engah-engah adalah upaya
kita untuk mendapatkan
pasokan oksigen kembali.
id.wikipedia.org
50
Biologi Kelas XII
Pada bab sebelumnya, kalian telah mengetahui bahwa salah satu
sifat dari glikolisis adalah dapat terjadi secara aerob maupun anaerob.
Pada keadaan aerob, piruvat hasil glikolisis dapat melanjutkan tahapan
ke siklus Krebs. Pada keadaan anaerob, piruvat diubah menjadi produk
lain seperti etanol atau asam laktat melalui fermentasi. Oleh karena itu,
fermentasi dikatakan sebagai kelanjutan dari glikolisis. Proses respirasi
dan fermentasi tersebut dapat dilakukan pada suatu sel, tergantung
pada ada tidaknya oksigen.
Gambar 2.21
Katabolisme glukosa pada keadaan aerob dan anaerob
glukosa
piruvat
tanpa O
2
O
2
etanol atau
laktat
asetil ko-A
mitokondria
siklus
Krebs
Fermentasi dibedakan berdasarkan produknya, misalnya
fer-
mentasi alkohol
(produknya alkohol) dan
fermentasi asam laktat
(produknya asam laktat). Penerima elektron pada proses fermentasi
dapat berupa asam piruvat, yaitu pada fermentasi asam laktat. Semen-
tara itu, penerima elektron pada fermentasi alkohol adalah asetaldehid.
Energi yang dihasilkan pada fermentasi lebih kecil dibandingkan ener-
gi hasil respirasi aerobik, yaitu 2 ATP : 38 ATP.
Selanjutnya, bagaimana proses yang terjadi selama fermentasi
alkohol dan fementasi asam laktat tersebut? Simaklah uraian berikut ini.
1) Fermentasi Alkohol
Setiap reaksi dalam metabolisme memerlukan bahan baku sebagi
substrat awal. N
ah, seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa glikoli-
sis dapat menggunakan bahan seperti karbohidrat, baik kompleks
(maltosa) maupun sederhana (glukosa). Demikian juga pada fermen-
tasi alkohol maupun asam laktat.
Pada fermentasi alkohol, piruvat hasil glikolisis akan mengalami
dekarboksilasi (melepas CO
2
) sehingga membentuk asetaldehid. Ka-
lian tentu masih mengingat bahwa glikolisis memerlukan NAD untuk
Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 175
Metabolisme
51
diubah menjadi NADH, bukan? Nah, pada fermentasi alkohol ini,
NADH yang dihasilkan tersebut digunakan untuk mereduksi asetalde-
hid menjadi etanol. Oleh karena itu, asetaldehid merupakan senyawa
organik sebagai penerima hidrogen terakhir pada fermentasi alkohol.
Perhatikan Gambar 2.22.
92
2
34
3
01
3
014
92 2
13
.
"/
2=
Gambar 2.22
Skema fermentasi alkohol.
Kalian tentunya pernah, bahkan sering mengamati terjadinya fer-
mentasi alkohol. Dapatkah kalian menyebutkannya? Beberapa contoh
fementasi alkohol, antara lain: pada pembuatan tape singkong atau tape
ketan, bir, dan minuman anggur.
Beberapa organisme bersel satu yang berperan dalam fermenta-
si alkohol adalah ragi (khamir) dan bakteri.
Saccharomyces cereviceae
merupakan khamir yang berperan dalam pembuatan tape. Alkohol
merupakan hasil fermentasi larutan gula oleh khamir. Untuk mengeta-
hui ada tidaknya aktivitas fermentasi alkohol pada bahan, dapat dilihat
berdasarkan gas CO
2
yang dihasilkan (dilihat dari ada tidaknya gelem-
bung udara) dan ada tidaknya alkohol yang dihasilkan (dapat dicium
bau alkoholnya).
2) Fermentasi Asam Laktat
Lain halnya dengan fermentasi alkohol, pada fermentasi ini, piru-
v
at tidak dikarboksilasi terlebih dahulu menjadi asetal-
dehid melainkan langsung direduksi oleh NADH men-
jadi asam laktat. Dengan demikian, piruvat merupakan
senyawa organik sebagai penerima hidrogen terakhir
pada fermentasi asam laktat. Asam laktat tersebut men-
galami ionisasi membentuk laktat.
Beberapa mikroorganisme seperti fungi (jamur
mikroskopis) dan bakteri tertentu (
Lactobacillus sp
.)
berperan dalam fermentasi asam laktat ini, antara lain:
dalam pembuatan susu, keju, dan minuman yoghurt.
Agar kalian dapat memahami dan mempraktekan
tentang proses fermentasi, lakukan tugas di rubrik
Per-
cobaan
berikut ini.
Gambar 2.23
Fermentasi asam laktat
34
3
01
3
014
92 2
13
.
(
92
Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 175
52
Biologi Kelas XII
Nah, setelah kalian mempelajari katabolisme karbohidrat serta
respirasi aerobik, simaklah uraian tentang hubungan katabolisme kar-
bohidrat dengan katabolisme lemak dan protein berikut.
2. Hubungan antara Katabolisme Lemak, Protein, dan
Katabolisme Karbohidrat
Lemak merupakan molekul besar yang tersusun oleh 2 molekul
kecil, yaitu asam lemak dan gliserol. Lemak dapat tersusun oleh 2-20
atom karbon.
Percobaan
Mengamati Fermentasi Gula
A. Dasar Teori
Fermentasi merupakan proses perombakan senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa-
senyawa yang lebih sederhana dengan penerima maupun pemberi elektron atau hidrogen
berupa senyawa organik. Alkohol merupakan hasil fermentasi gula oleh khamir. Bahan dasar
fermentasi dapat berupa karbohidrat kompleks (singkong dan beras ketan) maupun karbohid-
rat sederhana seperti larutan gula. Untuk mengetahui ada tidaknya aktivitas fermentasi alkohol
pada bahan, dapat dilihat berdasarkan gas CO
2
yang dihasilkan (dilihat dari ada tidaknya
gelembung udara) dan ada tidaknya alkohol yang dihasilkan (dapat dicium bau alkoholnya).
B. Tujuan
Mengetahui ada tidaknya fermentasi oleh ragi (khamir) pada roti.
C. Alat dan Bahan
1.
Gelas ukur 250 ml
2. Sendok
3.
Ragi roti kering
4. Tepung terigu
5.
Minyak atau mentega
D. Cara kerja
1.
Buatlah adonan dengan mencampur sedikit demi sedikit 50 gram tepung terigu dan 2 gram
ragi roti.
2.
Tambahkan 30 ml air hangat, campurkan secara merata dengan menekan adonan meng-
gunakan sendok selama 5 menit.
3.
Lapisilah gelas ukur dengan minyak atau mentega secara merata dan tipis. Kemudian ma-
sukkan adonan ke dalam gelas ukur dengan menekan adonan sampai ke dasar gelas.
Bacalah volume awal adonan tersebut.
4.
Diamkan adonan dan simpan pada suhu kamar (27-30 °C) selama 90 menit.
5.
Amatilah dan catat kenaikan volume adonan setiap 30 menit dan nyatakan dengan satuan ml.
E. Pembahasan
1.
Apakah volume adonan semakin bertambah atau berkurang setiap 30 menit?
2.
Gas apakah yang menyebabkan kenaikan volume tersebut?
3.
Tuliskan persamaan reaksi fermentasi gula (glukosa) tersebut?
4.
Khamir apakah yang kemungkinan berperan dalam fermentasi gula tersebut?
Catatan:
Kalian dapat merakit sendiri alat pengamatan fermentasi gula dengan menggunakan botol
bekas air mineral dan dipotong bagian ujungnya. Kemudian berilah skala (tanda) volume den-
gan spidol atau pena untuk pengamatan perubahan volume.
Metabolisme
53
Lemak berfungsi sebagai cadangan energi yang tinggi. Satu gram
lemak mempunyai kandungan energi yang lebih besar (kira-kira 2 kali
lipat) dibandingkan dengan 1 gram karbohidrat. Bagaimana hal ini
dapat terjadi?
Salah satu contoh dari asam lemak yang mempunyai jumlah atom
karbon sama dengan glukosa (6 atom C) adalah asam heksanoat (
heksa
= enam).
CH
3
– CH
2
– CH
2
– CH
2
– CH
2
– COOH
Lemak akan diuraikan menjadi asam lemak dan gliserol. Gliserol
dapat diubah menjadi gliseraldehid fosfat dalam siklus glikolisis (lihat
kembali Gambar 2.16.). Selanjutnya, akan masuk ke tahapan dekar-
boksilasi oksidatif, siklus Krebs, dan sistem transportasi elektron. Oleh
karena itu, dihasilkan energi yang setara dengan katabolisme karbo-
hidrat (glukosa) yaitu 38 ATP. Selanjutnya, bagaimana dengan asam
lemak hasil penguraian lemak?
Asam lemak akan dioksidasi menjadi asetil Ko-A. Oksidasi asam
heksanoat (6 atom C) akan menghasilkan 3 molekul asetil Ko-A (3
molekul masing-masing dengan 2 atom C) yang akan masuk ke siklus
Krebs. Cobalah kalian ingat kembali hasil akhir dari siklus Krebs. Pada
siklus Krebs tersebut dihasilkan 6 NADH, 3 FADH
2
, dan 2 ATP (dari
2 molekul asetil Ko-A yang berasal dari 1 molekul glukosa). Dengan
demikian, ATP yang dihasilkan oleh 3 molekul glukosa tentunya akan
menghasilkan jumlah ATP lebih besar dibandingkan katabolisme glu-
kosa. Oleh karena itu, semakin panjang rantai karbon penyusun asam
lemak semakin banyak jumlah energi yang dihasilkan. Selanjutnya,
bagaimana dengan katabolisme protein?
Pemecahan atau katabolisme protein dilakukan oleh organisme,
jika cadangan makanan berupa karbohidrat dan lemak telah habis. Se-
perti halnya karbohidrat dan lemak, protein juga merupakan molekul
besar yang tersusun oleh molekul-molekul yang lebih kecil, yaitu asam
amino. Oleh karena itu, protein akan dipecah menjadi asam-asam
amino penyusunnya. Asam-asam amino seperti tirosin dan fenilalanin
akan diubah menjadi fumarat. Metionin dan valin akan menjadi suk-
sinat, serta asam amino arginin, prolin, histidin, dan glutamin akan di-
ubah menjadi
-ketoglutarat. Selanjutnya, asam-asam amino tersebut
masuk ke dalam siklus Krebs. Beberapa asam amino dapat mengalami
deaminasi atau pelepasan gugus aminnya (-NH2). Kerangka-kerangka
karbon hasil pemecahan asam amino tersebut akan masuk ke siklus
glikolisis, siklus Krebs dan dihasilkan jumlah energi yang setara dengan
katabolisme karbohidrat. Hubungan antara katabolisme karbohidrat
dengan katabolisme protein dan lemak dapat dilihat pada Gambar 2.24.
Galeri
Akibat Kelebihan Lemak
Jenuh
Konsumsi asam lemak jenuh
(mempunyai ikatan rangkap
pada strukturnya) yang
berlebihan dapat meng-
hambat sistem peredaran
darah. Penyakit ini disebut
atherosclerosis
.
Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 3,
hlm. 57
54
Biologi Kelas XII
Setelah kalian mempelajari tentang katabolisme karbohidrat, pro-
tein, dan lemak maka ikutilah rubrik
Uji Kompetensi
berikut ini:
Karbohidrat kompleks
(polisakarida)
Gula sederhana
(glukosa)
Gliseraldehid fosfat
Piruvat
Asetil Ko-A
Gliserol
Kerangka
karbon
Metionin
dan valin
Protein
Siklus
Krebs
- ketoglutarat
fumarat
suksinat
Asam
lemak
Lemak
Oksidasi
Glikolisis
NH
2
(gugus amin)
Asam
amino
Tirosin dan
fenilalanin
Arginin, prolin,
histidin, dan
glutamin
Glutamat
D. oksidatif
Deaminasi
Gambar 2.24
Hubungan katabolisme karbohidrat, protein, dan lemak
Kerjakanlah soal-soal berikut ini.
1.
Apa yang dimaksud dengan respirasi? Sebut-
kan dan jelaskan macam respirasi.
2.
Apa sajakah hasil akhir (senyawa) dari glikolisis,
siklus Krebs, dan sistem transportasi elektron?
3.
Di manakah tempat terjadinya glikolisis, sik-
lus Krebs, dan sistem transportasi elektron di
dalam sel?
4.
Apa yang dimaksud dengan:
a. fosforilasi
b.
fosforilasi tingkat substrat
c. fosforilasi oksidatif
5. Jelaskan tahapan-tahapan yang terjadi
pada siklus Krebs.
6.
Bandingkan jumlah energi atau ATP yang
dihasilkan pada tahapan glikolisis, siklus
Krebs, dan fosforilasi oksidatif pada sistem
transportasi
elektron.
7. Bandingkan jumlah
energi (
ATP) yang di-
hasilkan pada tahapan respirasi aerobik
dengan
energi hasil fermentasi.
Uji Kompetensi
Metabolisme
55
C. Anabolisme
Selain menghasilkan energi, metabolisme juga memerlukan energi
untuk menyusun senyawa-senyawa sederhana menjadi senyawa-senyawa
yang dibutuhkan oleh tubuh melalui anabolisme. Misalnya, anabolisme
lemak dapat menggunakan asetil Ko-A yang merupakan produk dari
katabolisme. Glukosa dapat dibuat dari piruvat. Selain itu, asam-asam
amino penyusun protein dapat dibuat dengan memodifi
kasi senyawa-se-
nyawa hasil siklus Krebs. Selanjutnya, lemak, protein, maupun glikogen
hasil anabolisme dapat digunakan sebagai bahan baku cadangan dalam
katabolisme. Dengan demikian, katabolisme dan anabolisme merupakan
peristiwa yang saling berkaitan satu sama lain.
Setiap organisme mempunyai kemampuan berbeda-beda dalam
memperoleh energi untuk melangsungkan aktivitas kehidupannya.
Oleh karena itu, organisme dibedakan menjadi beberapa kelompok ber-
dasarkan sumber karbon, sumber donor elektron, dan sumber energinya.
Tabel 2.2. Pengelompokan Organisme Berdasarkan Sumber C,
Donor Elektron, dan Sumber Energi
Berdasarkan sumber energinya, organisme dapat memperoleh ener-
gi dari cahaya atau sinar matahari maupun dari bahan-bahan kimia
di sekitar lingkungan hidupnya. Sebelum melanjutkan materi tentang
anabolisme yaitu fotosintesis dan kemosintesis, ikutilah rubrik
Diskusi
berikut ini.
1. Fotosintesis
Tumbuhan dan alga hijau mempunyai kemampuan untuk menggu-
nakan senyawa anorganik seperti CO
2
, dan H
2
O, serta bantuan cahaya
matahari untuk mensintesis karbohidrat. Proses tersebut terjadi melalui
Galeri
Kelompok
organisme
Dasar pengelompokkan
Sumber C (karbon)
Donor elektron (e-)
Sumber energi
Autotrof
senyawa anorganik
H
eterotrof
senyawa organik
Organotrof
senyawa organik
Litotrof
senyawa anorganik
Fototrof
cahaya atau sinar
Khemotrof
bahan-bahan kimia
Menurut kalian, apakah manusia dapat membuat makanan sendiri dalam tubuhnya menggunakan
energi
dari sinar matahari tanpa memperoleh suplai makanan dari luar? Diskusikan dan jelaskan bersama
kelompok kalian manfaat energi matahari bagi kehidupan manusia? Apa yang akan terjadi pada seluruh
kehidupan organisme jika tidak ada sinar matahari?
Diskusi
Apa hubungan anabolisme
dengan pertumbuhan?
Salah satu tanda yang
menunjukkan adanya per-
tumbuhan organisme adalah
terjadinya pembelahan sel.
Sebelum terjadi pembelahan
sel tentunya diperlukan sinte-
sis molekul atau senyawa-se-
nyawa untuk pertumbuhan.
Nah, agar organisme dapat
tumbuh maka proses anabo-
lisme atau sintesis senyawa-
senyawa tersebut harus
berlangsung lebih cepat
daripada perombakannya.
Salisbury & Ross, Fisiologi Tumbuhan 3,
hlm. 2
Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 182 (dengan pengembangan)
56
Biologi Kelas XII
peristiwa yang disebut
fotosintesis
. Oleh karena itu, organ ismenya bersi-
fat
fotoautotrof
. Beberapa organisme fotoautotrof meliputi tumbuhan
seperti lumut, pakis, tumbuhan paku, tumbuh an berbunga, alga hijau
(rumput laut), dan Euglena. Bakteri sulfur merupakan contoh organ-
isme khemotrof (akan dibahas pada kemosintesis). Fotosintesis meru-
pakan satu-satunya penghasil makanan yang diperlukan bagi seluruh
kehidupan organisme, termasuk manusia (hetero trof ).
Penelitian pertama tentang fotosintesis dilakukan oleh
van
Helmont
(1648). Dari hasil penelitiannya, dia menyatakan bahwa ber-
tambahnya berat tumbuhan (yang telah ditanam selama lebih dari 5
tahun) disebabkan oleh pasokan air. Selanjutnya, berdasarkan peneli-
tian
Joseph priestly
, tikus dan lilin yang menyala akan mati jika berada
pada ruangan yang tertutup. Tanaman juga akan mati jika berada pada
ruangan yang kekurangan oksigen. Sementara itu, menurut seorang
dokter dari Belanda yaitu
Ingen-Housz
, bila tanaman yang berada
pada ruangan tersebut disinari, maka tikus dan lilin dapat hidup den-
gan menghabiskan oksigen yang dihasilkan dari tanaman. Selanjutnya,
dari hasil penelitian
Senebier
, diketahui bahwa pertumbuhan tanaman
ditandai dengan meningkatnya kandungan karbon. Menurutnya, kar-
bon dioksida akan diuraikan dan karbon tersebut akan bergabung de-
ngan senyawa organik pada tanamannya dengan melepaskan oksigen.
Berikut ini persamaan fotosintesis yang menghasilkan produk
karbohidrat (dalam hal ini glukosa), berdasarkan penelitian-penelitian
sebelumnya:
6CO
2
+ 12H
2
O + energi cahaya
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
+ 6H
2
O
atau disederhanakan menjadi
6CO
2
+ 6H
2
O + energi cahaya
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
Pada sel tumbuhan terdapat bagian yang berukuran kecil dan ter-
susun oleh zat putih telur dengan struktur (memipih) dan fungsi ter-
tentu, disebut
plastida
. Plastida dibedakan menjadi plastida berpigmen
dan tidak berpigmen. Kloroplas merupakan salah satu plastida yang
berpigmen tersebut.
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa fotosintesis ter-
jadi pada tumbuhan yang berwarna hijau. Bahan-bahan yang dapat
menyerap cahaya tampak disebut
pigmen
. Warna hijau pada bagian
tumbuhan disebabkan oleh pigmen hijau (pigmen yang memantulkan
atau meneruskan cahaya hijau) yang terkandung di dalam kloroplas,
yaitu
klorofi
l
.
Pada setiap millimeter persegi permukaan daun terdapat sekitar ½
juta kloroplas. Oleh karena itu, daun merupakan bagian yang domi-
nan berwarna hijau dan merupakan tempat utama untuk fotosinte-
sis pada sebagian besar tumbuhan. Selain itu, fotosintesis juga dapat
terjadi pada bagian batang yang hijau dan buah yang belum masak.
Galeri
Joseph Priestly adalah
seorang ahli kimia yang
lahir pada tanggal 13 Maret
1733 di Fieldhead, Yorkshire,
Inggris. Semasa mudanya,
ia dididik untuk menjadi pen-
deta. Ia belajar di Akademi
Daventry dan di sana mulai
tertarik dengan ilmu alam
(fisika). Setelah menjadi
pendeta pada tahun 1755,
ia mengajar di Akademi
Warington, Lancashire lalu
menulis buku
Rudiments of
English Grammar
(1766).
Pertemuannya dengan
Benjamin Franklin di London
(tahun 1976) mendorongnya
untuk melakukan eksperimen
di bidang kelistrikan, hingga
akhirnya ia menulis buku
The
History of Electricity
.
Microsoft Encarta Premium 2006
Gambar 2.25
Contoh bakteri
sulfur
Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 182
Metabolisme
57
Kloroplas terdapat pada bagian dalam daun yang tersusun oleh sel-sel
hidup dan dapat melakukan proses-proses fi
siologi, disebut
mesofi
l
. Di
dalam kloroplas terdapat cairan atau fl uida kental disebut
stroma
dan
membran-membran halus berbentuk pipih seperti koin, sebagai tempat
klorofi
l, disebut
membran tilakoid
. Di dalam membran tersebut terdapat
ruangan yang disebut
ruang tilakoid
(lumen). Tumpukan dari beberapa
membran tilakoid membentuk struktur yang disebut grana (tunggal =
granum
). Kloroplas diselubungi oleh 2 membran, yaitu membran dalam
dan membran luar. Pada fotosintesis, masuknya karbondioksida ke daun
dan keluarnya oksigen yang dihasilkan, melewati struktur yang disebut
stomata
(tunggal =
stoma
, dalam bahasa Yunani berarti mulut).
Sebagaimana rangkaian reaksi kimia pada respirasi, rangkaian
reaksi kimia pada fotosintesis merupakan reaksi penyederhanaan dari 2
tahapan reaksi dalam fotosintesis. Kedua reaksi tersebut adalah
reaksi
terang
(disebut bagian
foto
) dan reaksi gelap atau
siklus Calvin
(dise-
but bagian
sintesis
).
a. Reaksi Terang
Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari ( energi caha-
ya) akan diserap oleh klorofi
l dan diubah menjadi energi kimia (untuk
mensintesis NADPH dan ATP) di dalam kloroplas. Reaksi terang ter-
jadi di dalam grana. Salah satu pigmen yang berperan secara langsung
dalam reaksi terang adalah
klorofi
l a
. Di dalam membran tilakoid,
klorofi
l bersama-sama dengan protein dan molekul organik berukuran
kecil lainnya membentuk susunan yang disebut
fotosistem
. Beberapa
ratus klorofi l a, klorofi l b, dan karotenoid membentuk suatu kumpu-
lan sebagai “pengumpul cahaya” yang disebut
kompleks antena
. Sebe-
lum sampai ke pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton)
akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang
lain.
Pusat reaksi
merupakan molekul klorofi l pada fotosistem, yang
berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fo-
tosintesis pertama kalinya.
Di dalam membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem berdasar-
kan urutan penemuannya, yaitu
fotosistem I
dan
fotosistem II
. Setiap
fotosistem tersebut mempunyai klorofi l pusat reaksi yang berbeda, ter-
gantung dari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofi
l
pusat reaksi pada fotosistem I disebut
P700,
karena mampu
menyerap panjang gelombang cahaya 700 nm (spektrum-
nya sangat merah), sedangkan pada fotosistem II disebut
P680
(spektrum merah).
Kalian tentu masih ingat bahwa di dalam fotosistem ter-
dapat ratusan antena atau klorofi
l. Oleh karena itu, alir an elek-
tron pada reaksi terang akan mengikuti suatu rute tertentu.
Selanjutnya, bagaimanakah proses aliran elektron pada reaksi
terang? Ada 2 kemungkinan aliran elektron pada reaksi terang.
Nah, untuk menjawab hal tersebut simaklah uraian berikut.
Gambar 2.26
Kloroplas
penampang
melintang
sel mesofi
l
kloroplas
stomata
CO
2
O
2
grana
membran
luar
membran
dalam
stroma
tilakoid
ruang
tilakoid
>
>
2
2> 2
>
2
22
Gambar 2.27
K
erja fotosistem
58
Biologi Kelas XII
1) Aliran Elektron Non-siklis
Langkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasi
dari klor
ofi l pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut
akseptor
elektron primer
. Air (H
2
O) diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1
atom oksigen kemudian melepaskan O
2
. Elektron yang berasal dari air
(H
2
O) menggantikan elektron yang hilang pada P680. Sebagaimana
sistem transportasi elektron pada respirasi aerobik, transport elektron
pada reaksi terang ini melalui rantai transport elektron menuju foto-
sistem I (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yiatu:
plastokuinon
(Pq), merupakan pembawa elektron;
kompleks sitokrom
;
dan
plastosianin
(Pc), merupakan protein yang mengan dung tembaga.
Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energi- energi yang ke-
mudian tersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang mengguna-
kan energi cahaya melalui aliran elektron non siklis pada reaksi terang
ini disebut
fotofosforilasi non siklis
.
Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkap
oleh akseptor primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transport
elektron ke-dua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atau
feredoksin (Fd)
. Selanjutnya, enzim NADP
+
reduktase mentransfer
elektron ke NADP
+
sehingga membentuk NADPH yang menyimpan
elektron berenergi tinggi dan berfungsi dalam sintesis gula dalam siklus
berikutnya yaitu
siklus Calvin
. Dengan demikian, reaksi terang meng-
hasilkan ATP dan NADPH.
2) Aliran elektron siklis
Pada aliran elektron siklis ini, elektron dari akseptor primer fo-
tosistem I dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui fer
edoksin,
kompleks sitokrom, dan plastosianin. Oleh karena itu, pada aliran si-
" =
6
5
8
!)
5
4
/
4
3
3
@
/
5
A
2
#
2
" =
01
3
2
014
3
4
3
01
3
3
4
3
5
6 --
6
-
2
2
.
.
Gambar 2.28
Aliran non-siklis reaksi
terang
Metabolisme
59
klis ini menyebabkan produksi ATP bertambah tetapi tidak terbentuk
NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O
2
. Proses pembentuk-
an ATP melalui aliran siklis ini disebut
fotofosforilasi siklis
. Perhati-
kan Gambar 2.29.
b. Reaksi Gelap (Siklus Calvin)
Bahan-bahan yang dihasilkan dari reaksi terang akan digu-
nakan dalam siklus Calvin. ATP digunakan sebagai sumber ener-
gi dan NADPH sebagai tenaga pereduksi untuk penambahan
elektron berenergi tinggi. Siklus Calvin terjadi pada bagian
kloroplas yaitu stroma. Pada reaksi gelap ini, bahan untuk
fotosintesis (CO
2
) nantinya akan dibentuk menjadi molekul
gula setelah melalui 3 tahapan, antara lain:
1) Fiksasi Karbon
Pada tahap ini, gula berkarbon 5 yang disebut ribulosa
1,5 bis-
fosfat (R
uBP) mengikat CO
2
membentuk senyawa interme diate yang
tidak stabil, sehingga terbentuk 3-fosfogliserat. Pembentukan tersebut
dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase atau rubisko.
Sebagian besar tumbuhan dapat melakukan fi ksasi karbon dan meng-
hasilkan senyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fos fo
gliserat.
Oleh karena itu, tumbuhan yang dapat memfi
ksasi CO
2
ini
disebut
tumbuhan C
3
. Contohnya adalah tanaman
padi, gandum, dan kedelai. Pada beberapa tumbuhan,
fi ksasi karbon mendahului siklus Calvin dengan
cara
membentuk senyawa berkarbon 4 se
ba gai produk
pertamanya. Tumbuhan seperti ini disebut
tumbuh-
an C
4
. Contohnya adalah tebu, jagung, dan anggota
rumput-rumputan.
Tidak seperti pada tumbuhan C
3
dan C
4
, tum-
buhan kaktus dan nanas membuka stomatanya pada
malam hari dan menutupnya pada siang hari. Pada saat stomata
terbuka, tumbuhan mengikatkan CO
2
pada berbagai asam or-
ganik. Cara fi ksasi karbon ini pertama kali dtiemukan pada tumbuhan
famili Crassulaceae (tumbuhan penyimpan air) dan disebut metabolisme
asam krasulase (
Crassulacean Acid Metabolism
) sehingga tumbuh annya
disebut
tumbuhan CAM
. Asam organik (senyawa intermediate) yang
dibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel mesofi
l sampai
pagi hari. Pada siang hari (stomata tertutup), reaksi terang dapat me-
masok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asam
organik melepaskan CO
2
dan memasuki molekul gula (RuBP) dalam
kloroplas. Dengan demikian, baik tumbuhan C
3
, C
4
, maupun CAM
akan menggunakan siklus Calvin setelah fi
ksasi CO
2
, untuk memben-
tuk molekul gula dari karbondioksida.
2) Reduksi
Setiap molekul 3-PGA menerima gugus fosfat dari ATP sehingga
terbentuk 1,3 bisfosfogliserat. E
lektron dari NADPH mereduksi 1,3
Gambar 2.29
Aliran siklis reaksi
terang
5
2
#
6 -
.
6
.
Gambar 2.30
Masuknya produk
reaksi terang ke siklus Calvin
014
" =
4
/
/
* 2
" 2
"/
"4
/$2 %
01
3
.
1
60
Biologi Kelas XII
bisfosfogliserat dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P),
yang dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan ke-
luar sebagai molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yang
diperlukan tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan ma-
suk ke tahapan regenerasi.
3) Pembentukan kembali (regenerasi) RuBP
Pada tahapan terakhir siklus Calvin ini, RuBP sebagai pengikat
CO
2
dibentuk kembali oleh 5 molekul G3P. RuBP siap untuk mengi-
kat CO
2
kembali dan siklus Calvin dapat berlanjut kembali.
Dengan demikian, molekul gula tidak
akan terbentuk hanya dengan reaksi terang
atau siklus Calvin saja. Oleh karena itu, kedua
proses tersebut merupakan gabungan proses
untuk terjadinya fotosintesis.
Pada materi sebelumnya, kalian telah
mempelajari bahwa fotosintesis menghasilkan
molekul gula. Gula yang dibuat dalam klo-
roplas tersebut akan digunakan untuk proses
respirasi tumbuhan atau menyusun senyawa
organik lainnya dalam sel tumbuhan. Gula
tersebut akan diedarkan ke seluruh bagian
tumbuhan, dalam bentuk gula sederhana se-
perti glukosa. Molekul-molekul gula berlebih
yang terbentuk selama fotosintesis dan tidak
diedarkan, akan menumpuk atau disimpan di
dalam plastida sebagai sumber cadangan ener-
gi dalam bentuk
amilum
atau pati (polisakarida).
Lalu, bagaimanakah kita dapat membuktikan adanya fotosintesis
dan respirasi pada tumbuhan? Agar dapat menjawabnya, lakukanlah
rubrik
Percobaan
berikut.
Gambar 2.31
Tahapan siklus
Calvin
+
"/
.
.
2 >>
$;%
B5; >>2
92 2= 5>>
$9%
9
* C
56>2
92
C 2
Percobaan
Mengetahui Adanya Fotosintesis dan Respirasi pada Tumbuhan
A. Dasar Teori
Fotosintesis dan respirasi merupakan dua reaksi penghasil energi pada tumbuhan. Fotosintesis
berlangsung selama siang hari, sedangkan respirasi terjadi pada siang dan malam hari. Untuk
melakukan fotosintesis, tumbuhan memerlukan CO
2
, H
2
O (air), dan cahaya sehingga dihasilkan
karbohidrat (senyawa gula). Sementara itu pada respirasi tumbuhan, gula dirombak menjadi
CO
2
dan H
2
O dengan bantuan oksigen.
B. Tujuan
Membuktikan fotosintesis dan respirasi pada tumbuhan.
C. Alat dan Bahan
1.
Tiga stoples dengan tutupnya
3.
Pensil
2. Air suling 4. Dua tanaman air
Metabolisme
61
Sebagaimana telah kalian ketahui bahwa proses fotosintesis me-
merlukan cahaya dan CO
2
. Oleh karena itu, faktor lingkungan seperti
cahaya dan pasokan CO
2
di dalam sel dapat memengaruhi kecepatan
fotosintesis. Faktor-faktor tersebut dapat saling berinteraksi dalam me-
mengaruhi fotosintesis. Jika intensitas cahaya rendah maka kecepatan
fotosintesis akan rendah pula. Pada keadaan ini, cahaya dikatakan seb-
agai
faktor pembatas
. Salah satu cara untuk menentukan kecepatan fo-
tosintesis adalah dengan mengamati pembentukan oksigen. Pada saat
intensitas cahaya mencapai titik tertentu (jenuh cahaya pada kondisi
percoban) maka tidak akan memengaruhi produksi oksigen. Keadaan
tersebut kemungkinan disebabkan CO
2
menjadi
faktor pembatas. Nah,
jika konsentrasi CO
2
tersebut ditingkatkan maka kecepatan fotosin-
tesis akan meningkat dengan meningkatnya intensitas cahaya. Selain
cahaya dan CO
2
, suhu juga dapat memengaruhi kecepat an fotosintesis
jika cahaya bukan sebagai faktor pembatas.
Menurut
F.F. Blackman
(tahun 1905), fotosintesis dapat ber-
langsung jika ada cahaya dan akan berhenti jika tidak ada cahaya. Fo-
tosintesis terdiri dari reaksi fotokimia dan reaksi enzimatis. Kondisi
5. Indikator brom timol biru 7. Lampu duduk
6.
Kertas aluminium berukuran 30 x 30 cm
D. Cara Kerja
1.
Bilaslah stoples menggunakan air suling.
2. Nomorilah stoples 1, 2, dan 3 menggunakan pensil
agar tulisan tidak mudah luntur terkena air.
3.
Masukkan tanaman dan air dalam stoples 1 dan 2.
Stoples 1 digunakan sebagai kontrol sehingga tana-
man tidak dimasukkan ke dalamnya.
4. Isilah ketiga stoples dengan indikator brom timol
biru.
5. Tutuplah setiap stoples, kecuali stoples 1 ditutup
menggunakan aluminium foil agar cahaya tidak
masuk dalam stoples.
6. Letakkan ketiga stoples kira-kira 20 cm di depan
lampu duduk (lihat Gambar 2.32).
7.
Periksalah warna larutan dalam stoples, setiap 1 jam selama 8 jam. Usahakan segera menu-
tup kembali stoples 1 menggunakan aluminium foil.
8.
Catatlah hasil pengamatan kalian.
Catatan:
Indikator brom timol biru bisa digunakan untuk menguji adanya CO
2
. Adanya CO
2
menyebabkan warna biru pada larutan cepat berubah menjadi hijau atau kuning, tergantung
banyak sedikitnya CO
2
.
E. Pembahasan
1. Bagaimanakah perubahan warna larutan dalam stoples 1, 2, dan 3? Jelaskan mengapa
demikian.
2.
Kapankah fotosintesis berlangsung? Di dalam stoples berapakah terjadinya?
3.
Kapankah respirasi berlangsung? Di dalam stoples berapakah terjadinya?
4.
Manakah stoples yang mengandung CO
2
paling banyak? Jelaskan.
Gambar 2.32
Ketiga stoples diletakkan
+ 20 cm di depan lampu duduk.
2
3
1
pembungkus dari
kertas alumunium
tanaman air
kontrol
62
Biologi Kelas XII
Percobaan
Mengetahui Pengaruh Cahaya terhadap Fotosintesis
A. Dasar Teori
Fotosintesis dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan faktor dalam. Faktor lingkungan meli-
puti CO
2
, suhu, dan intensitas cahaya. Sementara itu, faktor dalam meliputi konsentrasi
enzim,
kekurangan air, dan konsentrasi klorofil. Fotosintesis dapat berlangsung jika ada cahaya dan
akan berhenti jika tidak ada cahaya (gelap). Keadaan tanpa cahaya (gelap) dapat mengham-
bat pembentukan O
2
melalui reaksi fotokimia.
B. Tujuan
Mengamati dan mengetahui pengaruh suhu terhadap fotosintesis den-
gan mengukur banyaknya oksigen (O
2
) yang dihasilkan.
C. Alat dan Bahan
1. Tanaman air
Hydrilla
sp.
2. Air jernih
3. Larutan NaHCO
3
(Na-bikarbonat)
4. Gelas
becker
atau bejana gelas
5. Corong kaca
6.
Tabung reaksi
7.
Hand counter
(alat penghitung)
8.
Timer
(pencatat waktu)
D. Cara Kerja
1.
Siapkan air jernih dalam 2 gelas becker dan tambahkan bebera-
pa tetes ½ % NaHCO
3
.
2.
Potonglah batang tanaman
Hydrilla
sp. kira-kira 10 cm.
3. Masukkan tanaman tersebut secara terbalik (dengan bagian
pangkal menghadap ke pipa corong). Pipa corong menghadap
ke atas dan diatasnya ditutup tabung reaksi yang telah diisi air.
4. Simpanlah tanaman dalam gelas
becker
pada 3 tempat yang
berbeda, yaitu (a) di dalam ruangan (almari), (b) di bawah po-
hon yang rindang, dan (c) di lapangan terbuka dengan intensitas
cahaya matahari cukup tinggi.
5.
Amatilah oksigen (O
2
) yang terbentuk melalui gelembung-gelembung gas yang dihasilkan.
Hitung dan catatlah banyaknya gelembung yang dihasilkan pada masing-masing tana-
man dengan
hand counter
selama 5 menit.
6.
Buatlah grafik yang menunjukkan hubungan antara cahaya dan laju fotosintesis.
E. Pembahasan
1.
Pada perlakuan manakah tidak dihasilkan gelembung, paling sedikit gelembungnya, atau
paling banyak gelembungnya?
2.
Bagaimanakah kesimpulan dari grafik yang kalian peroleh?
3.
Apakah manfaat cahaya bagi tanaman
Hydrilla
sp. tersebut?
Gambar 2.33
Percobaan
fotosintesis
Hydrilla
sp.
tanpa cahaya (gelap) dapat menghambat pembentukan O
2
melalui reaksi fotokimia. Selain faktor
lingkungan, faktor dalam juga dapat mempengaruhi kecepatan fotosintesis, antara lain: konsentrasi
enzim, kekurangan air, dan konsentrasi klorofi
l.
Untuk mengetahui pengaruh faktor luar terhadap fotositesis, lakukanlah tugas di rubrik
Perco-
baan
berikut ini.
Gambar 2.34
Hubungan
cahaya Vs laju fotosintesis
jumlah gelembung
perlakuan cahaya
abc
Metabolisme
63
2. Kemosintesis
Tumbuhan hijau menggunakan energi cahaya untuk membentuk
bahan makanan berupa karbohidrat atau glukosa. Hal ini tidak terjadi
pada beberapa bakteri, seperti bakteri sulfur dan bakteri besi.
Bakteri sufur menggunakan energi dari senyawa kimia yaitu hidro-
gen sulfi
da (H
2
S) dan juga CO
2
untuk membentuk karbohidrat. Proses
pembentukan bahan makanan dengan menggunakan energi dari bahan-
bahan kimia disebut
kemosintesis
. Bakteri tersebut menguraikan H
2
S
menjadi atom hidrogen dan sulfur. Kemudian pada reaksi gelap, atom-
atom hidrogen digunakan untuk mereduksi CO
2
dalam membentuk
gula atau karbohidrat. Proses tersebut tidak melepaskan oksigen, tetapi
menghasilkan sulfur. Persamaan reaksinya sebagai berikut:
CO
2
+ 2H
2
S
(CH
2
O) + H
2
O + 2S
Nah, agar kalian dapat memahami tentang anabolisme dengan
baik, lakukanlah rubrik
Telisik
dan
Uji Kompetensi
berikut ini.
Merancang Kegiatan Fermentasi Tape Ketan
Lakukanlah kegiatan ini di rumah kalian masing-masing, agar kalian dapat mempraktekkan proses fer-
mentasi sederhana. Langkah-langkahnya sebagai berikut:
1.
Tanaklah beras ketan, kemudian dinginkanlah.
2.
Setelah dingin, taburkan ragi tape secara merata pada beras ketan.
3.
Bungkuslah ketan tersebut dengan daun atau plastik kemudian simpanlah di tempat tertutup selama
48 jam pada suhu kamar.
4.
Setelah 48 jam, tentukan rasa dan baunya.
5.
Organisme apa yang berperan pada fermentasi tersebut?
6.
Ceritakan keseluruhan kegiatan fermentasi kalian dari tahap awal sampai keterangan hasil yang
kalian peroleh, di depan kelas.
Telisik
Kerjakanlah soal-soal berikut ini.
1. Apa yang dimaksud
fotosintesis? Tuliskan
persamaan reaksi fotosintesis dalam meng-
hasilkan karbohidrat.
2.
Di manakah tempat terjadinya reaksi terang
dan reaksi gelap?
3. Sebutkan 2 kemungkinan tahapan aliran
elektron pada reaksi terang dan 3 tahapan
pada reaksi gelap.
4. Apa sajakah hasil (produk) dari reaksi
terang dan reaksi gelap?
5. Sebutkan faktor lingkungan dan faktor
dalam yang mempengaruhi fotosintesis.
6.
Berikan contoh bakteri yang melakukan ke-
mosintesis? Apa sajakah hasil yang diperoleh.
Uji Kompetensi
64
Biologi Kelas XII
Ikhtisar
1.
Metabolisme merupakan suatu rangkaian atau proses yang terarah dan teratur di dalam sel tubuh
melalui reaksi-reaksi kimiawi, sehingga diperlukan atau dihasilkan bahan-bahan tertentu seperti
unsur, molekul, senyawa, atau energi.
2. Metabolisme dibedakan menjadi katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah proses
perombakan senyawa-senyawa yang kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana melalui
reaksi-reaksi kimiawi, sehingga dihasilkan energi. Anabolisme adalah proses pembentukan
senyawa-senyawa kompleks dari senyawa-senyawa yang lebih sederhana melalui reaksi-reaksi
kimiawi, sehingga diperlukan adanya energi.
3.
Sebagian besar enzim tersusun oleh 2 bagian, yaitu bagian yang berupa protein, disebut apoenzim
dan bagian non protein yang disebut kofaktor (dapat berupa koenzim atau gugus prostetik).
4. Terdapat 2 teori tentang kerja enzim, yaitu model gembok – kunci (
lock and key
) dan teori ketepatan
induksi (
induced fit theory
).
5.
Beberapa sifat enzim, antara lain: enzim sebagai biokatalisator suatu reaksi, bekerja secara khusus,
dapat bekerja secara bolak balik (reversibel), berwujud sebagai koloid, rusak jika kena panas
(termolabil), dan dapat diekstraksi dari sel tanpa kehilangan aktivitas katalitiknya.
6. Faktor yang menghambat kerja enzim, antara lain: inhibitor (reversibel dan irreversibel), zat-zat
pengaktif (aktivator), suhu, pH, hasil akhir, konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, dan air.
8. Enzim digolongkan berdasarkan apa yang terjadi di dalam reaksi. Enzim digolongkan menjadi
oksidoreduktase (dehidrogenase, oksidase, dan hidroksilase), transferase, hidrolase (peptidase,
esterase, glikosidase, dan fosfatase), liase, ligase, dan isomerase.
9. Respirasi merupakan reaksi kimia sel untuk merombak senyawa kompleks menjadi senyawa
sederhana dengan menghasilkan energi. Respirasi dibedakan menjadi dua macam, yaitu respirasi
aerobik dan respirasi anaerobik.
10. Secara umum, reaksi respirasi aerobik dibedakan menjadi 3 tahapan, yaitu glikolisis, dekarboksilasi
oksidatif dan daur Krebs, serta rantai transportasi elektron respirasi.
11. Glikolisis adalah rangkaian reaksi kimia penguraian glukosa (yang memiliki 6 atom C) menjadi asam
piruvat (senyawa yang memiliki 3 atom C), NADH, dan ATP. Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di
sitoplasma (sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan, yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan
energi dan 5 tahapan pelepasan energi. Hasil akhir glikolisis adalah 2ATP + 2NADH.
12. Pembentukan
ATP dapat terjadi dengan cara fosforilasi tingkat substrat dan fosforilasi oksidatif.
Respirasi aerobik menghasilkan sebanyak 38 total
ATP.
13. Hasil akhir glikolisis (1 molekul glukosa) adalah 2 piruvat, 2 NADH, dan 2
ATP. Hasil akhir siklus Krebs
adalah 6 NADH, 2 FADH, dan 2
ATP.
14. Elektron-
elektron yang dibawa oleh NADH dan FADH
2
hasil glikolisis dan siklus Krebs akan masuk ke
dalam sistem transportasi elektron pada membran dalam mitokondria untuk membentuk
ATP.
15. Fermentasi dibedakan berdasarkan produknya, misalnya fermentasi alkohol (produknya alkohol)
dan fermentasi asam laktat (produknya asam laktat). Beberapa organisme bersel satu yang
berperan dalam fermentasi alkohol adalah ragi (khamir) dan bakteri.
Saccharomyces cereviceae
merupakan khamir yang berperan dalam pembuatan tape.
16.
Organisme dibedakan menjadi beberapa kelompok berdasarkan sumber karbon (autotrof dan heterotrof),
sumber donor elektron (organotrof dan litotrof), dan sumber energinya (fototrof dan kemotrof).
17. Tumbuhan dan alga hijau dapat melakukan fotosintesis, yaitu menggunakan senyawa anorganik
seperti CO
2
dan H
2
O, serta bantuan cahaya matahari untuk mensintesis karbohidrat.
18. Proses pembentukan bahan makanan dengan menggunakan energi dari bahan-bahan kimia
disebut kemosintesis. Contohnya pada bakteri sulfur dan bakteri besi.
Metabolisme
65
S e n a r a i k a t a
ATP
Adenosin trifosfat, merupakan suatu nukleotida
(monomer atau penyusun asam nukleat) dan dapat
mengeluarkan energi bebas, ketika ikatan fosfatnya
dihidrolisis, sehingga digunakan untuk anabolisme
Ekstraksi
Proses pemisahan, pengambilan, atau
pengeluaran suatu komponen (bagian) campuran
dari campurannya
Elektron
Bagian dari atom yang mempunyai
muatan negatif
Energi
Sesuatu yang mempunyai kemampuan
untuk melakukan kerja atau usaha. Keberadaannya
tidak terlihat kecuali akibat yang ditimbulkan
Flavoprotein
Protein yang mengandung pigmen kuning
(flavin) dan dapat mentransfer elektron ke sitokrom
Koloid
Bentuk yang terdiri dari zat atau bahan
pemecah (pendispersi) dan zat terdispersi (zat
pemecah, agar menjadi bagian yang sangat halus),
hanya dapat dilihat dengan mikroskop ultra
NAD
+
Koenzim yang terdapat pada semua sel dan
membantu enzim memindahkan elektron selama
reaksi redoks metabolisme
Oksidasi
Peristiwa senyawa atau unsur melepas
elektron, hidrogen, energi atau menerima oksigen
Reaksi enzimatis
Reaksi kimia yang melibatkan
enzim
Reaksi fotokimia
Reaksi atau perubahan materi
yang melibatkan energi cahaya
Reaktan
Disebut pereaksi, merupakan zat yang
berperan langsung dalam pembentukan produk
selama reaksi kimia
Reduksi
Peristiwa senyawa atau unsur menerima
elektron, hidrogen, energi, atau melepas oksigen
Reversibel
Sifat reaksi yang dapat balik atau
kembali lagi seperti semula (reaksi 2 arah)
Sitokrom
Protein yang mengandung besi dan
merupakan komponen sistem transportasi elektron
dalam mitokondria dan kloroplas
Termolabil
Sifat yang mudah dipengaruhi oleh
perubahan suhu (misalnya mudah rusak karena
suhu panas atau tinggi)
A Pilihlah satu jawaban yang paling tepat.
1.
Metabolisme dibedakan menjadi dua ber-
dasarkan kebutuhan energi dan reaksinya,
yaitu . . . .
a. respirasi aerobik dan respirasi anaerobik
b. anabolisme dan katabolisme
c. fotosintesis dan respirasi
d. fotosintesis dan fermentasi
e. kemosintesis dan fotosintesis
2. Berikut adalah contoh anabolisme, yakni . . . .
a. glikolisis dan siklus Krebs
b. siklus Krebs dan siklus Calvin
c. respirasi aerobik dan respirasi anaerobik
d. fermentasi alkohol dan fermentasi
asam laktat
e. fotosintesis dan kemosintesis
3. Keseluruhan enzim lengkap yang terdiri
dari komponen protein dan komponen
non protein disebut . . . .
a. apoenzim
b. koenzim
c. kofaktor
d. holoenzim
e. gugus prostetik
4. Bagian dari enzim yang merupakan kom-
ponen non protein berupa molekul anor-
ganik disebut . . . .
Ulangan Harian
66
Biologi Kelas XII
a. apoenzim
b. koenzim
c. kofaktor
d. holoenzim
e. gugus prostetik
5. Berikut yang merupakan contoh koenzim
adalah . . . .
a. Mg
2+
b. NAD
+
c. Fe
2+
d. Mn
e. Zn
6. Berikut yang merupakan salah satu sifat
enzim adalah . . . .
a. enzim dapat menaikkan energi akti-
vasi
b. enzim dapat berikatan dan dapat men-
genal bermacam-macam substrat
c. enzim dapat menurunkan energi akti-
vasi
d. enzim ikut bereaksi dan terlibat lang-
sung dengan substrat untuk memben-
tuk senyawa produk
e. enzim merupakan reaktan dalam reak-
si kimia metabolisme
7. Inhibitor kompetitif dalam enzim mempu-
nyai sifat . . . .
a. berikatan lemah dengan enzim pada
sisi aktifnya
b. irreversibel
c. merupakan zat yang mempercepat
reaksi enzimatis
d. salah satu contohnya adalah pestisida
DDT
e. strukturnya sangat berbeda dengan
substrat
8. Macam-macam senyawa atau unsur yang
memengaruhi kerja enzim, antara lain:
1) DDT
2) Mg
2+
3) Paration
4) Antibiotik
5) Penisilin
6) Asam malonat
Yang merupakan inhibitor kompetitif
adalah . . . .
a. 1 dan 2
b. 3, 4, dan 5
c. 1 dan 6
d. 1
e. 6
9.
Hasil dari respirasi aerobik dapat berupa . . . .
a. CO
2
dan H
2
O
b. CO
2
dan O
2
c. H
2
O dan O
2
d. C
6
H
12
O
6
dan O
2
e. C
6
H
12
O
6
dan ATP
10. Tahapan respirasi aerobik berturut-turut
adalah . . . .
a. dekarboksilasi oksidatif, glikolisis, sik-
lus Krebs, dan STE
b. glikolisis, siklus Krebs, dekarboksilasi
oksidatif, dan STE
c. glikolisis, dekarboksilasi oksidatif dan
siklus Krebs, serta STE
d. dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs,
glikolisis, dan STE
e. STE, dekarboksilasi oksidatif, glikoli-
sis, dan siklus Krebs
11. Enzim yang berperan pertama kali dalam
tahapan glikolisis adalah . . . .
a. heksokinase
b. aldolase
c. isomerase
d. fosfofruktokinase
e. triosafosfat dehidrogenase
12. Berikut merupakan salah satu tahapan
pelepasan energi pada glikolisis . . . .
a. triosafosfat dehidrogenase mengkatali-
sis pemindahan elektron dan H
+
dari
substrat (gliseraldehid fosfat) ke NAD
+
membentuk NADH.
Metabolisme
67
b. penambahan gugus fosfat pada molekul
glukosa dengan bantuan enzim hekso-
kinase dan ion Mg
2+
sebagai kofaktor.
c.
glukosa 6-fosfat diubah menjadi isomer-
nya yaitu fruktosa 6-fosfat.
d. aldolase membagi molekul gula (fruk-
tosa 1,6 bisfosfat) menjadi 2 molekul
gula berkarbon 3 yang berbeda dan
merupakan isomernya, yaitu dihidroksi
aseton fosfat dan gliseraldehid fosfat.
e. fosfofruktokinase mentransfer gugus fos-
fat dari ATP ke fruktosa 6-fosfat sehingga
pada kedua ujungnya terdapat gugus fos-
fat, membentuk fruktosa 1,6 bisfosfat.
13. Jumlah energi yang dihasilkan pada tahap
glikolisis melalui fosforilasi tingkat substrat
dan fosforilasi oksidatif adalah . . . .
a. 1 ATP
b. 2 ATP
c. 6 ATP
d. 36 ATP
e. 38 ATP
14. Jumlah energi total hasil respirasi aerobik
dari 2 molekul glukosa adalah . . . .
a. 38 ATP
b. 76 ATP
c. 16 ATP
d. 4 ATP
e. 28 ATP
15. Berikut adalah persamaan reaksi glikolisis:
A + B + 2Pi + 2NAD
+
C + 2H
2
O + D +
E + 2H
+
Senyawa A dan B serta C, D dan E adalah . . . .
a. dua piruvat dan glukosa serta 2 ADP, 2
ATP, dan 2 NADH
b. glukosa dan 2 ATP serta 2 ADP, 2
NADH, dan 2 piruvat
c. glukosa dan 2 ADP serta 2 piruvat, 2
NADH, dan 2 ATP
d. 2 ATP dan 2 NADH serta glukosa, 2
piruvat, dan 2 ADP
e. dua piruvat dan 2 ATP serta glukosa, 2
ADP, dan 2 NADH
16. Proses pembentukan ATP pada glikolisis
adalah . . . .
a. fosforilasi tingkat substrat
b. karboksilasi
c. fosforilasi oksidatif
d. fosforilasi tingkat substrat dan fosfo-
rilasi oksidatif
e. fosforilasi oksidatif dan karboksilasi
17. Berikut merupakan proses yang terjadi pada
saat perubahan fosfoenol piruvat (PEP)
menjadi piruvat . . . .
a. fosforilasi tingkat substrat
b. karboksilasi
c. fosforilasi oksidatif
d. fosforilasi tingkat substrat dan fosfo-
rilasi oksidatif
e. fosforilasi oksidatif dan karboksilasi
18. Produk dekarboksilasi oksidatif pada respira-
si aerobik adalah . . . .
a. koenzim A dan asetil Ko-A
b. koenzim A dan CO
2
c. asetil Ko-A dan CO
2
d. piruvat dan asetil Ko-A
e. NADH dan Ko-A
19. Tempat terjadinya reaksi terang adalah . . .
dan ditunjukkan pada nomor . . . .
2
1
3
a. grana, nomor 2
b. grana, nomor 1
c. stroma, nomor 2
d. stroma, nomor 1
e. tilakoid, nomor 3
20. Sebagian besar ATP yang dihasilkan selama
respirasi aerobik terjadi pada tahap . . . .
a. glikolisis
68
Biologi Kelas XII
b. fosforilasi oksidatif pada STE
c. siklus Krebs
d. glikolisis dan siklus krebs
e. dekarboksilasi oksidatif
B Kerjakan soal-soal berikut dengan benar.
1.
Sebutkan kelompok organisme berdasar-
kan sumber karbon, sumber energi, dan
penerima elektron terakhirnya.
2. Sebutkan 3 sifat glikolisis.
3. Apa yang dimaksud dengan fermentasi? Se-
butkan macam-macamnya.
4. Sebutkan hasil akhir dari 4 tahapan yang
terjadi pada respirasi aerobik.
5. Mengapa siklus Krebs disebut juga siklus
asam trikarboksilat? Jelaskan.
6. Apa yang kalian ketahui tentang:
a. stomata
b. klorofi
l
c. membran tilakoid
7. Apa yang dimaksud dengan fotoautotrof?
Sebutkan contoh organismenya.
8. Apa yang dimaksud kemosintesis?
9. Jelaskan cara fi ksasi karbon pada tumbu-
han CAM.
10. Jelaskan hubungan antara katabolisme kar-
bohidrat dan katabolisme protein.
Latihan Ulangan Tengah Semester I
69
A Pilihlah satu jawaban yang paling tepat.
1.
Dari manakah embrio biji memperoleh
makanan?
a. Mikropil.
b. Endosperm.
c. Kotiledon.
d. Hipokotil.
e. Epikotil.
2. Bagian yang mengalami pertumbuhan
primer adalah ....
a. ujung akar dan pangkal akar
b. ujung akar dan ujung batang
c. ujung batang dan pangkal batang
d. ujung akar saja
e. ujung batang saja
3. Bagian yang ditunjukkan
oleh nomor 1 dan 2 adalah
....
a. daun dan meristem
apikal
b. meristem apikal dan ja-
ringan pembuluh
c. primordia daun dan
kuncup ketiak
d. jaringan pembuluh dan
kuncup ketiak
e. meristem apikal dan
primordia daun
4. Pernyataan yang benar tentang pertum-
buhan sekunder adalah ....
a. pertumbuhan kambium ke arah dalam
akan membentuk fl
oem sekunder
b. pertumbuhan kambium ke arah luar
akan membentuk xilem sekunder
c. felogen terbentuk untuk mengimbangi
pertumbuhan oleh aktivitas kambium
d. xilem dan fl oem sekunder terbentuk
untuk mengimbangi pertumbuhan
oleh aktivitas kambium
e. lentisel akan pecah karena aktivitas
kambium
5. Daerah yang mengalami pembelahan sel
pada akar terdapat pada bagian ....
a. ujung, di depan tudung akar
b. ujung tudung akar
c. tengah dari tudung akar
d. ujung, di belakang tudung akar
e. tepi ujung akar
6. Klorosis dapat disebabkan oleh defi
siensi
unsur ....
a. C, H, dan O
b. S dan P
c. N, Mg, Cl, Fe, dan Co
d. N dan C
e. Cl, Zn, dan P
7. Memacu pertumbuhan kalus menjadi kun-
cup, batang, dan daun merupakan salah satu
fungsi hormon ....
a. sitokinin
b. auksin
c. giberelin
d. asam absisat
e. etilen
8. Sebagian besar enzim ditemukan pada ....
a. vakuola
b. dinding sel
c. mitokondria
d. badan golgi
e. protoplasma
9. Pernyataan yang benar tentang enzim adalah
....
a. enzim pernapasan selalu terdapat di
luar sel
b. enzim menyebabkan reaksi kimia yang
tidak menghasilkan suhu tinggi
c. enzim yang bekerja di dalam sel disebut
enzim ekstraseluler
d. enzim meningkatkan energi yang di-
perlukan dalam metabolisme
e. enzim-enzim pencernaan termasuk
enzim intraseluler
1
2
Latihan Ulangan Tengah Semester I
70
Biologi Kelas XII
10. Teori
lock
and
key
menyatakan bahwa ....
a. enzim mempunyai sisi aktif yang mu-
dah menyesuaikan dengan bentuk sub-
stratnya
b. sisi aktif enzim bersifat fl
eksibel
c. substrat sebagai sebuah gembok dengan
lubang kunci sebagai sisi aktifnya
d. enzim sebagai gembok dengan lubang
kunci sebagai sisi aktifnya
e. substrat (mata kunci) mempunyai
struktur yang khas dan cocok dengan
lubang kunci (enzim)
11. Energi yang diperlukan untuk memutuskan
ikatan pada reaktan disebut energi ....
a. bebas
b. aktivasi
c. kinetik
d. potensial
e. kimia
12. J
ika terdapat 100 molekul glukosa, maka akan
diubah menjadi asam piruvat sebanyak ....
a. sama dengan jumlah molekul glukosa
b. separuh dari jumlah molekul glukosa
c. 75 molekul asam piruvat
d. 50 molekul asam piruvat
e. 2 kali lipat molekul glukosa
13. Pernyataan berikut yang sesuai dengan
respirasi aerobik pada tumbuhan adalah ....
a. respirasi aerobik memerlukan energi
b. seluruh energi yang dihasilkan digu-
nakan untuk aktivitas tumbuhan
c. penguraian glukosa menghasilkan oksi-
gen
d. respirasi aerobik pada tumbuhan me-
merlukan CO
2
e. energi yang dihasilkan dapat berupa
panas
14. Perubahan energi matahari menjadi energi
kimia terjadi pada ....
a. reaksi gelap
b. reaksi terang
c. reaksi gelap dan terang
d. fi
ksasi karbon
e. pembentukan RuBP
15. Pernyataan yang benar tentang reaksi terang
adalah ....
a. kompleks antena merupakan tempat
reaksi kimiawi pertama kali
b. klorofi
l pusat reaksi pada fotosistem I
disebut P680
c. klorofi
l pusat reaksi pada fotosistem II
disebut P700
d. klorofi
l a berperan secara langsung
e. terjadi di dalam stroma
B Kerjakan soal-soal berikut dengan benar.
1. J
elaskan arti:
a. perkecambahan
b. enzim
2. Apakah perbedaan antara hilum dan mikro-
pil pada biji?
3. Apakah peranan gen dalam pengembangan
tanaman budidaya?
4. Jelaskan pengaruh suhu pada pertumbuhan
dan perkembangan tumbuhan.
5. Apakah peranan unsur kobalt (Co) pada
pertumbuhan tanaman? Berikan salah satu
contoh mikroorganisme yang dapat mem-
bantu peran tersebut.
6. Jelaskan dengan bahasa kalian sendiri ten-
tang cara menguji kerja enzim katalase.
7. Sebutkan dan jelaskan 3 macam inhibitor
kerja enzim.
8. Buatlah persamaan umum dari reaksi glikolisis.
9. Bagaimanakah cara fi ksasi karbon pada
tumbuhan C3 dan C4?
10. Apakah yang dimaksud dengan faktor pem-
batas?