Biologi · Bab II Metabolisme

Langkah Sembiring

22/08/2021 09:40:54

SMA 12 K-13

Daftar Isi

Bab I Pertumbuhan dan Perkembangan Bab II Metabolisme Bab III Substansi Genetik Bab IV Pembelahan Sel Bab V Hukum Hereditas Bab VI Mutasi Bab VII Teori Evolusi Bab VIII Bioteknologi

Halaman

Biologi Kelas XII

Metabolisme

Bab II

Metabolisme

Mampu menganalisis proses metabolisme organisme dan

penerapannya pada sains, lingkungan, teknologi, dan masyarakat.

Sifat Enzim

Peranan

1. Biokatalisator

2. Bekerja spesifik

3. Berupa koloid

4. Termolabil

5. Reversibel

1. Respirasi

2. Fermentasi

1. Fotosintesis

2. Fotorespirasi

3. Kemosintetis

1. Makanan

rendah gula

2. Pengawetan

makanan

3. Makanan

suplemen

Katabolisme

Anabolisme

Metabolisme

metabolisme

katabolisme

anaerob

glikolisis

sistem transpor elektron

anabolisme

aerob

fermentasi

siklus Krebs

respirasi

Tubuh kita memerlukan energi untuk melakukan berbagai

aktivitas, misalnya berolahraga. Saat berlari kita memerlukan banyak

energi. Tubuh kita memerlukan asupan makanan sebagai sumber

energi untuk memenuhi kebutuhan energi. Di dalam tubuh, makanan

tersebut akan mengalami katabolisme sehingga dihasilkan energi.

Katabolisme merupakan salah satu bagian dari metabolisme yang

menghasilkan energi. Apakah yang dimaksud katabolisme dan

metabolisme?

Pada bab ini akan dipelajari mengenai pengertian metabolisme

serta macamnya. Selain itu, Anda juga dapat mempelajari proses

yang berlangsung dalam metabolisme. Setelah mempelajari bab ini

Anda diharapkan dapat memahami berbagai proses metabolisme

dalam makhluk hidup dan dapat memanfaatkannya dalam kehidupan

sehari-hari.

Sumber:

Tubuh Manusia, Widyadara

Biologi Kelas XII

Semua aktivitas hidup memerlukan energi. Berpikir, berolahraga,

bahkan tidur pun memerlukan energi. Dari mana energi berasal?

Mobil mendapat energi dari bensin, sementara itu tubuh organisme

mendapat energi dari bahan makanan. Sumber energi untuk segala

kehidupan kita berasal dari cahaya matahari yang ditangkap oleh

tumbuhan melalui klorofil. Selanjutnya, dalam proses jaring-jaring

makanan, energi yang terdapat dalam makanan masuk dalam sistem

pencernaan dan setelah dicerna menghasilkan zat-zat makanan. Zat-

zat makanan ini akan diangkut menuju sel-sel dan jaringan tubuh

baik pada konsumen pertama atau berikutnya. Nah, zat makanan

ini di dalam sel-sel tubuh akan mengalami proses katabolisme.

Metabolisme berasal dari kata

metabole

yang artinya perubahan.

Berubah di sini memiliki dua pengertian. Pertama, berubah menjadi

lebih kompleks disebut

anabolisme

asimilasi

, atau

sintesis

. Kedua,

berubah menjadi lebih sederhana disebut

katabolisme

atau

disimilasi

Dengan demikian metabolisme meliputi dua macam reaksi, yaitu

anabolisme dan katabolisme. Anabolisme (biosintesis) merupakan

proses pembentukan makromolekul (lebih kompleks) dari molekul

yang lebih sederhana. Makromolekul yang dimaksud misalnya

komponen sel (prot

ein, karbohidrat, lemak, dan

asam nukleat). Oleh

karena proses

pembentukannya memerlukan energi bebas maka

disebut

reaksi endergonik

Katabolisme merupakan proses pemecahan makromolekul

kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana. Misalnya

pengubahan karbohidrat menjadi CO

dan H

O dalam proses

respirasi. Proses ini menghasilkan energi bebas sehingga disebut

reaksi eksergonik

. Energi tersebut tersimpan dalam bentuk molekul

pembawa energi tinggi antara lain

adenosin triphosphat

(ATP) dan

nikotinamida adenin dinukleotida phosphat

(NADPH). Semua proses

metabolisme (anabolisme dan katabolisme) merupakan reaksi

enzimatis. Artinya, reaksi itu terjadi melalui keterlibatan enzim.

Sebelum membahas lebih lanjut mengenai metabolisme marilah kita

bahas terlebih dulu mengenai enzim.

A. Peran Enzim dalam Metabolisme

Enzim merupakan senyawa protein yang berfungsi sebagai

katalisator reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologi

(makhluk hidup). Oleh karena merupakan katalisator dalam sistem

biologi, enzim sering disebut

biokatalisator

Katalisator adalah suatu

zat yang mempercepat reaksi kimia, tetapi tidak mengubah

kesetimbangan reaksi atau tidak mempengaruhi hasil akhir reaksi.

Zat itu sendiri (enzim) tidak ikut dalam reaksi sehingga bentuknya

tetap atau tidak berubah.

Tanpa adanya enzim, reaksi-reaksi kimia dalam tubuh akan

berjalan lambat. Apakah sebenarnya enzim itu dan bagaimanakah

cara kerjanya?

Metabolisme

1. Komponen Enzim

Enzim (biokatalisator) adalah senyawa protein sederhana

maupun protein kompleks yang bertindak sebagai katalisator spesifik.

Enzim yang tersusun dari protein sederhana jika diuraikan hanya

tersusun atas asam amino saja, misalnya pepsin, tripsin, dan

kemotripsin. Sementara itu, enzim yang berupa protein kompleks

bila diuraikan tersusun atas asam amino dan komponen lain.

Enzim lengkap atau sering disebut

holoenzim

, terdiri atas

komponen protein dan nonprotein. Komponen protein yang

menyusun enzim disebut

apoenzim

. Komponen ini mudah

mengalami denaturasi, misalnya oleh pemanasan dengan suhu

tinggi. Adapun penyusun enzim yang berupa komponen non-

protein dapat berupa komponen organik dan anorganik.

Komponen organik yang terikat kuat oleh protein enzim disebut

gugus prostetik

, sedangkan komponen organik yang terikat

lemah disebut

koenzim

. Beberapa contoh koenzim antara lain:

vitamin (vitamin B

, B

, niasin, dan biotin), NAD (nikotinamida

adenin dinukleotida), dan koenzim A (turunan asam pentotenat).

Komponen anorganik yang terikat lemah pada protein enzim

disebut

kofaktor

atau aktivator, misalnya beberapa ion logam

seperti Zn

, Cu

, Mn

, Mg

, K

, Fe

, dan Na

2. Cara Kerja Enzim

Salah satu ciri khas enzim yaitu bekerja secara spesifik.

Artinya, enzim hanya dapat bekerja pada substrat tertentu.

Bagaimana cara kerja enzim? Beberapa teori berikut

menjelaskan tentang cara kerja enzim.

Lock and Key Theory

(Teori Gembok dan Kunci)

Teori ini dikemukakan oleh

Fischer

(1898).

Enzim di-

umpamakan sebagai gembok yang mempunyai bagian kecil

dan dapat mengikat substrat. Bagian enzim yang dapat

berikatan dengan substrat disebut

sisi aktif

. Substrat

diumpamakan kunci yang dapat berikatan dengan sisi aktif

enzim. Perhatikan Gambar 2.1 berikut.

Selain sisi aktif, pada enzim juga ditemukan adanya sisi

alosterik. Sisi alosterik dapat diibaratkan sebagai

sakelar

yang

dapat menyebabkan kerja enzim meningkat ataupun menurun.

Apabila sisi alosterik berikatan dengan penghambat (inhibi-

tor), konfigurasi enzim akan berubah sehingga aktivitasnya

berkurang. Namun, jika sisi alosterik ini berikatan dengan

aktivator (zat penggiat) maka enzim menjadi aktif kembali.

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.1

Cara kerja enzim

Lock and Key Theory

Sisi aktif

Enzim Substrat

Kompleks Enzim-

Substrat

Enzim

Produk

Biologi Kelas XII

Sisi aktif

Enzim

Substrat

Induced Fit Theory

(Teori Ketepatan Induksi)

Sisi aktif enzim bersifat fleksibel sehingga dapat berubah

bentuk men

yesuaikan bentuk substrat. Perhatikan Gambar

2.2 dan diskusikan dengan teman sebangku.

Lakukanlah kegiatan diskusi berikut, agar Anda lebih memahami

cara kerja enzim.

Pada umumnya sebuah enzim hanya mampu menjadi katalisator

pada sebuah atau beberapa reaksi kimia, dengan catatan substrat

itu mempunyai struktur umum sama, sesuai dengan Teori Gembok

dan Kunci. Nah, sekarang perhatikan gambar berikut.

Diskusikan dengan kelompok Anda di antara kelima substrat tersebut.

Manakah yang dapat bereaksi dengan enzim? Jelaskan alasannya

dan presentasikan di depan kelas.

3. Penghambatan Aktivitas Enzim

Telah dijelaskan bahwa mekanisme kerja enzim dalam suatu

reaksi kimia dilakukan melalui pembentukan kompleks enzim-

substrat. Adakalanya reaksi kimia yang dikatalisir enzim

mengalami gangguan, yaitu jika enzim itu sendiri mengalami

penghambatan. Molekul atau ion yang menghambat kerja enzim

disebut

inhibitor

. Terdapat tiga jenis inhibitor, yaitu inhibitor

reversibel, inhibitor tidak reversibel, dan inhibitor alosterik.

Substrat

Sisi aktif

fleksibel

Enzim

Kompleks

enzim-substrat

Enzim yang sisi aktif-

nya telah berubah se-

suai substrat

Produk

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.2

Cara kerja enzim

Induced Fit Theory

Metabolisme

Penghambat

Substrat

Enzim

Sisi

alosterik

Tidak menghasilkan

produk

Penghambat

Substrat

Enzim

a. Inhibitor Reversibel

Inhibitor reversibel meliputi tiga jenis hambatan berikut.

Inhibitor kompetitif (hambatan bersaing)

Pada penghambatan ini zat-zat penghambat

mempunyai struktur mirip dengan struktur substrat.

Dengan demikian, zat penghambat dengan substrat

saling berebut (bersaing) untuk bergabung dengan sisi

aktif enzim (Gambar 2.3).

Inhibitor nonkompetitif (hambatan tidak bersaing)

Penghambatan ini dipicu oleh terikatnya zat peng-

hambat pada sisi alosterik sehingga sisi aktif enzim berubah.

Akibatnya, substrat tidak dapat berikatan dengan enzim

untuk membentuk kompleks enzim-substrat (Gambar 2.4).

Inhibitor umpan balik

Hasil akhir (produk) suatu reaksi dapat menghambat

bekerjanya enzim. Akibatnya, reaksi kimia akan berjalan

lambat. Apabila produk disingkirkan, reaksi akan berjalan

lagi.

b. Inhibitor Tidak Reversibel

Hambatan ini terjadi karena inhibitor bereaksi tidak

versibel dengan bagian tertentu pada enzim sehingga

mengakibatkan bentuk enzim berubah. Perubahan bentuk

enzim ini mengakibatkan berkurangnya aktivitas katalitik enzim

tersebut. Hambatan tidak reversibel umumnya disebabkan

oleh terjadinya proses destruksi atau modifikasi sebuah gugus

enzim atau lebih yang terdapat pada molekul enzim.

Penghambat

Substrat

Enzim

Kompleks enzim peng-

hambat (tidak aktif)

→

Tidak menghasil-

kan produk

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.3

Inhibitor kompetitif

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.4

Inhibitor nonkompetitif

Biologi Kelas XII

c. Inhibitor Alosterik

Pada penghambatan alosterik, molekul zat penghambat

tidak ber

ikatan pada sisi aktif enzim, melainkan berikatan pada

sisi alosterik. Akibat penghambatan ini sisi aktif enzim menjadi

tidak aktif karena telah mengalami perubahan bentuk.

4. Sifat-Sifat Enzim

Secara ringkas sifat-sifat enzim dijelaskan sebagai berikut.

a. Enzim merupakan biokatalisator.

Enzim dalam jumlah sedikit saja dapat mempercepat reaksi

beribu-ribu kali lipat, tetapi ia sendiri tidak ikut bereaksi.

b. Enzim bekerja secara spesifik.

Enzim tidak dapat bekerja pada semua substrat, tetapi hanya

bekerja pada substrat tertentu saja. Misalnya, enzim katalase

hanya mampu menghidrolisis H

menjadi H

O dan O

c. Enzim berupa koloid.

Enzim merupakan suatu protein sehingga dalam larutan

enzim membentuk suatu koloid. Hal ini menambah luas

bidang permukaan enzim sehingga aktivitasnya lebih besar.

d. Enzim dapat bereaksi dengan substrat asam maupun basa.

Sisi aktif enzim mempunyai gugus R residu asam amino

spesifik yang merupakan pemberi atau penerima protein

yang sesuai.

e. Enzim bersifat termolabil.

Aktivitas enzim dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu rendah,

kerja enzim akan lambat. Semakin tinggi suhu, reaksi kimia

yang dipengaruhi enzim semakin cepat, tetapi jika suhu

terlalu tinggi, enzim akan mengalami denaturasi.

Kerja enzim bersifat bolak-balik (reversibel).

Enzim tidak dapat menentukan arah reaksi, tetapi hanya

mempercepat laju reaksi mencapai kesetimbangan. Misalnya

enzim lipase dapat mengubah lemak menjadi asam lemak

dan gliserol. Sebaliknya, lipase juga mampu menyatukan

gliserol dan asam lemak menjadi lemak.

Enzim tidak hanya menguraikan molekul kompleks, tetapi juga

dapat membentuk molekul kompleks dari molekul-molekul

sederhana penyusunnya (reaksi bolak-balik). Perhatikanlah skema

pada Gambar 2.5 berik

ut agar Anda dapat memahami sifat enzim

dengan lebih jelas.

Gambar 2.5

Kerja enzim bersifat bolak-balik (reversibel)

Sumber:

Biology, Mader, S. S.

Substrat

Produk

Enzim

Kompleks

enzim-substrat

Bagian aktif

Substrat

Produk

Enzim

Kompleks

enzim-substrat

Bagian aktif

Reaksi pemecahan

Reaksi pembentukan

Metabolisme

Seperti halnya reaksi kimia, reaksi enzimatis juga di-

pengaruhi oleh faktor-faktor tertentu, contoh enzim laktase. Enzim

ini terdapat pada organ hati. Laktase berfungsi mengubah

hidrogen peroksida (H

) menjadi H

O dan O

. Lakukanlah

kegiatan berikut agar Anda mendapat gambaran tentang faktor-

faktor yang mempengaruhi kerja enzim.

Hasil Pengamatan:

Tabung

Jaringan

Perlakuan

Ban

yak Gelembung

Tingkat Reaksi

Hati yang telah direbus

Hati segar A

III

Hati segar B

Kentang

Daging kambing atau

sapi segar

Catatan:

Isilah pada kolom tingkat reaksi dengan: tidak terjadi reaksi, reaksi lambat, dan reaksi cepat.

Mengetahui Faktor-Faktor yang

Mempengaruhi Kerja Enzim

6. Potonglah hati yang ketiga menjadi dua

bagian sama besar. Kemudian masukkan

dalam tabung III.

7. Potonglah kentang dan daging kambing atau

sapi segar sebesar dadu. Selanjutnya,

masukkan dalam tabung IV dan V.

8. Amatilah adanya reaksi pada kelima tabung.

Jika terjadi reaksi enzimatis, akan terbentuk

gelembung udara yang keluar dari larutan

hidrogen peroksida.

Pertanyaan:

1. Pada tabung nomor berapakah tidak terjadi

reaksi kimia? Mengapa demikian?

2. Pada tabung nomor berapakah terjadi reaksi

kimia? Mengapa demikian?

3. Di antara tabung-tabung yang di dalamnya

terjadi reaksi kimia, pada tabung manakah

yang reaksi kimianya paling cepat? Mengapa

demikian?

4. Apa kesimpulan dari kegiatan ini?

Buatlah laporan hasil eksperimen ini dan

presentasikan.

1. Siapkan tabung reaksi dan berilah label nomor

1 sampai dengan 5.

2. Ambillah 2 ml larutan hidrogen peroksida

menggunakan pipet. Kemudian masukkan ke

dalam setiap tabung.

3. Potonglah hati sebanyak tiga potong dengan

ukuran sama, misalnya sebesar dadu.

4. Rebuslah sepotong hati, kemudian dinginkan.

Setelah dingin masukkan ke dalam tabung I.

5. Masukkan sepotong hati segar ke dalam

tabung II.

Berdasarkan kegiatan di depan, kita dapat mengetahui dua

faktor yang mempengaruhi kerja enzim, yaitu suhu dan

konsentrasi enzim. Berikut akan dijelaskan faktor-faktor yang

mempengaruhi kerja enzim.

Biologi Kelas XII

a. Suhu (Temperatur)

Aktivitas enzim dipengaruhi oleh suhu. Enzim pada suhu

0°C tidak aktif

, akan tetapi juga tidak rusak. Jika suhu

dinaikkan sampai batas optimum, aktivitas enzim semakin

meningkat. Jika suhu melebihi batas optimum, dapat

menyebabkan denaturasi protein yang berarti enzim telah

rusak. Suhu optimum untuk aktivitas enzim pada manusia dan

hewan berdarah panas ± 37°C, sedangkan pada hewan

berdarah dingin ± 25°C. Hubungan antara suhu dengan

kecepatan reaksi (enzimatis) dijelaskan dalam Gambar 2.6 di

samping.

b. pH (Derajat Keasaman)

Enzim mempunyai pH optimum yang dapat bersifat

asam maupun basa.

Sebagian besar enzim pada manusia

mempunyai pH optimum antara 6–8, misalnya enzim tripsin

yang mendegradasi protein. Namun, ada beberapa enzim

yang aktif pada kondisi asam, misalnya enzim pepsin.

Perubahan pH dapat mempengaruhi efektivitas sisi aktif

enzim dalam membentuk kompleks enzim-substrat. Selain

itu, perubahan pH dapat menyebabkan terjadinya proses

denaturasi sehingga menurunkan aktivitas enzim. Grafik

hubungan antara pH dengan kecepatan reaksi dapat dilihat

pada Gambar 2.7.

c. Konsentrasi Enzim

Pada umumnya konsentrasi enzim berbanding lurus

dengan k

ecepatan reaksi. Hal ini berarti penambahan

konsentrasi enzim mengakibatkan kecepatan reaksi me-

ningkat hingga dicapai kecepatan konstan. Kecepatan

konstan tercapai apabila semua substrat sudah terikat oleh

enzim. Perhatikan grafik pada Gambar 2.8 di atas.

d. Zat-zat Penggiat (Aktivator)

Terdapat zat kimia tertentu yang dapat meningkatkan

aktivitas enzim.

Misalnya, garam-garam dari logam alkali

dalam kondisi encer (2%–5%) dapat memacu kerja enzim.

Demikian pula dengan ion logam Co, Mg, Ni, Mn, dan Cl.

Akan tetapi, mekanisme kerja zat penggiat ini belum di-

ketahui secara pasti.

Sumber:

Biology, Mader, S. S.

Gambar 2.8

Grafik hubungan antara konsentrasi enzim

dengan k

ecepatan reaksi

Sumber:

Biology, Mader, S. S.

Gambar 2.7

Grafik hubungan antara pH dengan

ecepatan reaksi

Semua substrat terikat

Konstan

Konsentrasi enzim

Kecepatan reaksi

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Pepsin

Tripsin

Kecepatan reaksi

(produk per unit/waktu)

Gambar 2.6

Grafik hubungan antara

temper

atur dengan kecepatan

reaksi

Sumber:

Biology, Mader, S. S.

0102030405060

Kecepatan reaksi

(produk per unit/waktu)

Temperatur

Metabolisme

Jawablah soal-soal berikut.

1. Apa maksud pernyataan bahwa enzim

merupakan biokatalisator?

2. Perhatikan skema berikut.

Jika potongan hati dianggap sebanding

dengan banyaknya enzim laktase, apa

kesimpulan Anda dari kegiatan di atas?

3. Enzim ptialin mampu mengubah karbohidrat

menjadi glukosa dalam suasana netral. Enzim

ini selanjutnya bersama makanan menuju

lambung yang bersuasana asam. Bagaimana

kerja enzim ptialin tersebut dalam lambung?

Jelaskan.

4. Jelaskan perbedaan penghambat kompetitif

dengan penghambat nonkompetitif.

5. Jelaskan maksud dari kerja enzim bersifat

spesifik.

e. Zat-Zat Penghambat (Inhibitor)

Beberapa zat kimia dapat menghambat aktivitas enzim,

misaln

ya garam-garam yang mengandung merkuri (Hg) dan

sianida. Dengan adanya zat penghambat ini, enzim tidak

dapat berikatan dengan substrat sehingga tidak dapat

menghasilkan suatu produk.

→

Potongan

hati

B. Katabolisme

Ketika kita melakukan aktivitas, misalnya berolahraga, dalam

tubuh terjadi pembakaran glukosa dan lemak menjadi energi atau

panas. Pemecahan glukosa dan lemak atau bahan makanan lain

yang menghasilkan energi atau panas disebut

katabolisme

. Dengan

kata lain, katabolisme dapat diartikan sebagai proses pemecahan

molekul-molekul kompleks menjadi molekul-molekul yang lebih

sederhana dengan menghasilkan sejumlah energi.

1. Respirasi

Respirasi adalah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi,

baik menggunakan oksigen maupun tidak dari senyawa organik

kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam proses

tersebut dibebaskan sejumlah energi. Tenaga yang dibebaskan

dalam respirasi berasal dari tenaga potensial kimia yang berupa

ikatan kimia.

Respirasi yang memerlukan oksigen disebut respirasi aerob

dan respirasi yang tidak memerlukan oksigen disebut respirasi

anaerob. Respirasi anaerob hanya dapat dilakukan oleh

kelompok mikroorganisme tertentu (bakteri), sedangkan pada

organisme tingkat tinggi belum diketahui kemampuannya untuk

melakukan respirasi anaerob. Dengan demikian bila tidak tersedia

oksigen, organisme tingkat tinggi tidak akan melakukan respirasi

anaerob melainkan akan melakukan proses fermentasi.

Sementara itu, terdapat respirasi sempurna yang hasil akhirnya

berupa CO

dan H

O dan respirasi tidak sempurna yang hasil

akhirnya berupa senyawa organik.

Potongan

hati

Larutan H

Gelembung

banyak

Gelembung

sedikit

Biologi Kelas XII

Sumber:

Inquiry Into Life, Mader, S. S.

Di manakah reaksi respirasi berlangsung? Sebagian reaksi

respirasi berlangsung dalam mitokondria dan sebagian yang lain

terjadi di sitoplasma. Mitokondria mempunyai membran ganda

(luar dan dalam) serta ruangan intermembran (di antara

membran luar dan dalam). Krista merupakan lipatan-lipatan dari

membran dalam. Ruangan paling dalam berisi cairan seperti gel

yang disebut

matriks

. Perhatikan Gambar 2.9. ATP paling banyak

dihasilkan selama respirasi pada mitokondria sehingga

mitokondria sering disebut

mesin sel

Pada awal bab ini telah dijelaskan bahwa berdasarkan

kebutuhan oksigen, terdapat dua jenis respirasi yaitu respirasi

aerob dan respirasi anaerob. Bagaimanakah proses kimia pada

masing-masing jenis respirasi? Marilah kita pelajari dalam uraian

berikut.

a. Respirasi Aerob

Berdasarkan jalur reaksinya, respirasi aerob dibedakan

menjadi dua y

aitu respirasi aerob melalui jalur daur Krebs dan

jalur oksidasi langsung atau jalur pentosa fosfat (

Hexose

Monophosphat Shunt

= HMS). Apa perbedaan kedua jalur itu?

Respirasi Aerob Melalui Jalur Daur Krebs

Respirasi aerob melalui daur Krebs memiliki empat

tahap yaitu glikolisis, pembentukan asetil Co-A, daur

Krebs, dan sistem transpor elektron.

Glikolisis

Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan hasil

akhirnya berupa senyawa asam piruvat. Selain

menghasilkan 2 molekul asam piruvat, dalam glikolisis

juga dihasilkan 2 molekul NADH

dan 2 ATP jika

tumbuhan dalam keadaan normal (melalui jalur

AT P

fosfofruktokinase

) atau 3 ATP jika tumbuhan dalam

keadaan stress atau sedang aktif tumbuh (melalui

jalur

pirofosfat fosfofruktokinase

). ATP yang dihasilkan

dalam reaksi glikolisis dibentuk melalui reaksi

fosforilasi tingkat substrat. Bagaimanakah reaksi kimia

yang terjadi dalam glikolisis? Coba pelajari skema

proses glikolisis

pada Gambar 2.10 berikut.

Apakah Reaksi

Fosforilasi Itu?

Reaksi fosforilasi adalah reaksi

penggabungan gugus fosfat

organik ke dalam senyawa organik

(ADP) menggunakan sejumlah

energi, sehingga dapat membentuk

ikatan fosfat berenergi tinggi (ATP).

Energi yang digunakan untuk mem-

bentuk ikatan fosfat tersebut pada

keadaan standar s

ebesar 7.000 kal/

mol.

Krista

Matriks

Membran

luar

Ruang

intermembran

Membran

dalam

Sitosol

: tempat berlangsungnya

glikolisis

Matriks

: tempat reaksi transisi dan

siklus Krebs

Krista

: tempat sistem transpor

elektron

Gambar 2.9

Struktur mitokondria

Metabolisme

glukosa

2 asam piruvat

2 NAD

2 NADH

2 AT P

4 AT P

2 ADP + 2 P

Input

Output

Cermati dan pelajari kembali skema glikolisis di depan.

Diskusikan dengan kelompok Anda untuk menjelaskan glikolisis

secara sederhana dan mudah. Jangan lupa sebutkan enzim yang

berperan dalam setiap tahap glikolisis. Paparkan hasil diskusi di kelas.

Piruvat merupakan hasil akhir jalur glikolisis. Jika

berlangsung respirasi aerobik, piruvat memasuki

mitokondria dan segera mengalami proses lebih

lanjut. Hasil akhir glikolisis sebagai berikut.

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.10

Rangkaian proses glikolisis, diawali dengan glukosa dan diakhiri dengan piruvat

Glukosa

2 ATP

2 ADP

Isomerisasi

DHAP

PGAL

Secara ringkas glikolisis dapat digambarkan

dalam reaksi kimia berikut.

Glukosa + 2 NAD

+ 2 ATP + 2 ADP + 2 P

⎯→

2 asam piruvat + 2 NADH + 4 ATP

2 NAD

4 ADP

2 NADH

4 ATP

Asam piruvat

Biologi Kelas XII

2 C

+ 2 Co A

2 C

O-Co A + 2 CO

Asam piruvat

Co-enzim A

Karbon dioksida

2NADH + H

2NAD

Asetil Co-A

Daur Krebs

disebut juga daur asam

sitrat atau daur asam

trikarboksilat.

Pembentukan Asetil Co-A atau Reaksi Transisi

Reaksi pembentukan asetil Co-A sering disebut

reaksi transisi

karena menghubungkan glikolisis

dengan daur Krebs. Pembentukan asetil Co-A pada

organisme eukariotik berlangsung dalam matriks

mitokondria, sedangkan pada organisme prokariotik

berlangsung dalam sitosol.

Pada reaksi ini, asam piruvat dikonversi menjadi

gugus asetil (2C) yang bergabung dengan Co-

enzim A membentuk asetil Co-A dan melepaskan

. Reaksi ini terjadi 2 kali untuk setiap 1 molekul

glukosa. Perhatikan reaksi pembentukan asetil

Co-A berikut.

Daur Krebs

Daur Krebs terjadi di dalam matriks mitokondria.

Daur Krebs menghasilkan senyawa antara yang

berfungsi sebagai penyedia kerangka karbon untuk

sintesis senyawa lain. Selain sebagai penyedia

kerangka karbon, daur Krebs juga menghasilkan 3

NADH

1 FADH

, dan 1 ATP untuk

setiap satu asam

piruvat. Senyawa NADH dan FADH

selanjutnya

akan dioksidasi dalam sistem transpor elektron

untuk menghasilkan ATP. Oksidasi 1 NADH

menghasilkan 3 ATP, sedangkan oksidasi 1 FADH

menghasilkan 2 ATP. Berbeda dengan glikolisis,

pembentukan ATP pada daur Krebs terjadi melalui

reaksi fosforilasi oksidatif. Reaksi yang terjadi pada

daur Krebs dapat Anda pelajari melalui Gambar 2.11

berikut.

Asetil Co-A

NADH

Oksaloasetat

Sitrat

NAD

Siklus

Krebs

NAD

NADH

Fumarat ATP

ADP

-katoglutarat

FADH

FAD

NAD

NADH

Gambar 2.11

Daur Krebs

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Metabolisme

Sistem transpor elektron

Sistem transpor elektron merupakan suatu rantai

pembawa elektron yang terdiri atas NAD, FAD, koenzim

Q, dan sitokrom. Sistem transpor elektron terjadi dalam

membran mitokondria. Sistem transpor elektron ini

berfungsi untuk mengoksidasi senyawa NADH

atau

NADPH

dan

FADH

untuk menghasilkan ATP. Perhati-

kan skema sistem transpor elektron pada Gambar

2.12 berikut.

Hasil samping

daur Krebs

NADH + H

NAD

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.12

Sistem transpor elektron

ADP + P

AT P

FAD

FADH + H

CoQH

CoQ

AT P

ADP + P

CYTb

CYTc

CYTa

AT P

ADP + P

CYTa

-2

2 Asetil

4 CO

2 ADP + 2 P

2 ATP

6 NAD

6 NADH

2 FAD

2 FADH

Input

Output

Mengingat oksidasi NADH atau NADPH

dan

FADH

terjadi di dalam membran mitokondria,

sedangkan ada NADH yang dibentuk di sitoplasma

(dalam proses glikolisis), maka untuk memasukkan

setiap 1 NADH dari sitoplasma ke dalam mitokondria

diperlukan 1 ATP. Keadaan ini akan mempengaruhi

total hasil bersih respirasi aerob pada organisme

eukariotik. Organisme prokariotik tidak memiliki

sistem membran dalam sehingga tidak diperlukan

ATP lagi untuk memasukkan NADH ke dalam

mitokondria. Akibatnya total hasil bersih ATP yang

dihasilkan respirasi aerob pada organisme

prokariotik lebih tinggi daripada eukariotik.

Energi (ATP) dalam sistem transpor elektron

terbentuk melalui reaksi fosforilasi oksidatif. Energi

yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol NADH atau

NADPH

dapat digunakan untuk membentuk 3 mol

ATP. Reaksinya sebagai berikut.

NADH + H

+ 3ADP + 3H

→

NAD

3ATP + 4H

Di Mana Tempat Terjadinya

Reaksi Fosforilasi?

Reaksi fosforilasi dalam glikolisis

dan daur Krebs terjadi pada

pengubahan senyawa berikut.

1. 3 fosfogliseraldehid

→

1,3-

difosfogliserat

2. Piruvat

→

asetil Co-A

3. Isositrat

→

-ketoglutarat

→

suksinil Co-A

5. Suksinat

→

fumarat

6. Malat

→

oksaloasetat

Adapun hasil akhir daur Krebs ditampilkan sebagai

berikut.

Biologi Kelas XII

Sementara itu, energi yang dihasilkan oleh

oksidasi 1 mol FADH

dapat menghasilkan 2 mol

AT P.

Berapakah jumlah total ATP yang dihasilkan

selama proses respirasi aerob pada organisme

eukariotik? Perhatikan Gambar 2.13 berikut.

Berdasarkan Gambar 2.13 tersebut tampak

bahwa pada organisme eukariotik setiap molekul

glukosa akan menghasilkan 36 ATP dalam respirasi.

Hasil ini berbeda dengan respirasi pada organisme

prokariotik. Telah diketahui bahwa oksidasi NADH

atau NADPH

dan FADH

terjadi dalam membran

mitokondria, namun ada NADH yang dibentuk di

sitoplasma (dalam proses glikolisis). Pada organisme

eukariotik, untuk memasukkan setiap 1 NADH dari

sitoplasma ke dalam mitokondria diperlukan 1 ATP.

Dengan demikian, 2 NADH dari glikolisis

menghasilkan hasil bersih 4 ATP setelah dikurangi

2 ATP. Sementara itu, pada organisme prokariotik,

karena tidak memiliki sistem membran dalam maka

tidak diperlukan ATP lagi untuk memasukkan NADH

ke dalam mitokondria sehingga 2 NADH

menghasilkan 6 ATP. Akibatnya total hasil bersih ATP

yang dihasilkan respirasi aerob pada organisme

prokariotik, yaitu 38 ATP.

Glukosa

Glikolisis

2 piruvat

2ATP

2 asetil – Co-A

Siklus

Krebs

2NADH

6NADH

2FADH

2 CO

4 CO

ATP

Sistem transpor elektron

Mitokondria

Sitoplasma

4 ATP

32 ATP

= 36 ATP

Hasil ATP:

Gambar 2.13

Jumlah energi yang dihasilkan dari setiap molekul glukosa pada organisme eukariotik

Sumber:

Biology, Mader, S. S.

Metabolisme

Bagaimanakah efisiensi respirasi? Pembakaran

glukosa secara sempurna menghasilkan CO

dan

O di luar tubuh makhluk hidup dan dihasilkan pula

energi sebesar 680 kkal. Dari uraian di depan telah

diketahui bahwa melalui respirasi 1 molekul glukosa

menghasilkan 36 ATP. Sebuah ATP setara dengan

10 kkal energi sehingga perombakan glukosa dalam

tubuh makhluk hidup melalui respirasi menghasilkan

= 10 kkal x 36 = 360 kkal. Jika jumlah energi itu

dibandingkan, akan diperoleh hasil efisiensi respirasi

sebesar:

360 kkal

680 kkal

× 100 % = 53%

Respirasi Aerob Melalui Oksidasi Langsung atau Jalur

Pentosa Fosfat (Hexose Monophosphat Shunt = HMS)

Daur ini diawali dengan proses fosforilasi glukosa

dengan fosfor yang berasal dari ATP sehingga terbentuk

glukosa 6-fosfat. Selanjutnya, glukosa 6-fosfat dioksidasi

dengan NADP terbentuk 6-fosfoglukonat. Tahap

selanjutnya, 6-fosfoglukonat didekarboksilasi dan

dioksidasi dengan NADP sehingga terbentuk ribulosa

5-fosfat. Ribulosa 5-fosfat melanjutkan siklus sehingga

terbentuk kembali glukosa 6-fosfat. Perhatikan skema

pada Gambar 2.14 berikut untuk membantu pemahaman

Anda.

Pada daur HMS, setiap keluar 1 CO

akan dihasilkan

2 NADPH

. Selanjutnya, NADPH

dioksidasi dalam

sistem transpor elektron. Pada daur ini, dihasilkan

senyawa antara berupa gula, sedangkan pada daur

Krebs berupa asam organik. Pada daur HMS dihasilkan

gula ribulosa 6-fosfat (gula beratom C=5) yang

merupakan gula penting untuk membentuk nukleotida.

Nukleotida merupakan senyawa yang sangat penting

karena berperan antara lain sebagai penyusun ATP dan

DNA.

NADPH

+ H

NADP

NADPH

+ H

NADP

Glukosa

Glukosa 6-P

Ribulosa 5-P

AT P

Asam 6-fosfoglukonat

ADP

Siklus

HMS

Gambar 2.14

Jalur pentosa fosfat (HMS)

Biologi Kelas XII

b. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob terjadi bila tidak ada oksigen. Perlu

diingat, bahwa dalam respir

asi aerob oksigen berperan

sebagai penerima elektron terakhir. Bila peran oksigen di-

gantikan oleh zat lain, terjadilah respirasi anaerob. Organela-

organela dan reaksi-reaksi yang terlibat dalam proses

respirasi aerob sama dengan respirasi anaerob. Adapun zat

lain yang dapat menggantikan peran oksigen antara lain NO

dan SO

. Sejauh ini baru diketahui bahwa yang dapat

menggunakan zat pengganti oksigen merupakan golongan

mikroorganisme. Dengan demikian, organisme tingkat tinggi

tidak dapat melakukan respirasi anaerob. Bagaimana

organisme tingkat tinggi mengubah energi potensial kimia

menjadi energi kinetik jika tidak ada oksigen? Apabila tidak

tersedia oksigen, organisme tingkat tinggi mengubah energi

potensial kimia menjadi energi kinetik melalui proses

fermentasi.

2. Fermentasi

Fermentasi terjadi bila tidak tersedia cukup oksigen. Respirasi

anaerob juga terjadi bila tidak terdapat oksigen. Akan tetapi,

bukan berarti fermentasi sama dengan respirasi anaerob. Salah

satu perbedaannya antara lain terletak pada keterlibatan organela

mitokondria pada respirasi anaerob yang berfungsi untuk

mengoksidasi NADH

atau NADPH

. Sementara itu, pada

fermentasi tidak melibatkan mitokondria. Dengan demikian

perbedaan respirasi anaerob dengan fermentasi juga terletak

pada proses-proses yang terjadi dalam mitokondria. Perhatikan

skema Gambar 2.15.

Glukosa C

Alkohol C

ADP

AT P

PGA

PGAL

2X Piruvat C

Laktat C

2 NAD

2 NADH

Gambar 2.15

Fermentasi

Sumber:

Biology, Mader, S. S.

2X Gliseraldehid 3 – fosfat P – C

2X 1,3 – Difosfogliserat P – C

– P

Metabolisme

a. Fermentasi Asam Laktat

Bagaimana fermentasi asam laktat berlangsung? Telah

dik

etahui bahwa glikolisis menghasilkan asam piruvat. Tanpa

adanya oksigen, asam piruvat tidak dapat masuk ke siklus

Krebs di mitokondria. Namun, asam piruvat akan mengalami

reduksi secara langsung oleh NADH membentuk senyawa

3C, yaitu asam laktat, tanpa melepaskan CO

Fermentasi asam laktat dari jamur dan bakteri tertentu

dimanfaatkan dalam pembuatan keju dan yoghurt. Sel otot

juga mampu melakukan fermentasi asam laktat, jika asam

piruvat mengalami proses reduksi, bukan oksidasi seperti

dalam siklus Krebs. Kapan sel otot melakukan fermentasi

asam laktat? Ketika tubuh membutuhkan energi yang besar

dalam waktu singkat, otot akan melakukan fermentasi.

Misalnya pada atlet lari cepat (

sprint

). Atlet tersebut mem-

butuhkan oksigen sangat besar saat lari. Selanjutnya, dengan

oksigen yang banyak asam piruvat akan masuk siklus Krebs

seperti kondisi normal, sehingga pembentukan ATP (energi)

juga besar. Ketika berlari, pasokan oksigen untuk tubuh

berkurang. Padahal masih dibutuhkan energi (ATP) yang

besar untuk berlari. Oleh karena itu asam piruvat diubah

menjadi asam laktat. Hal ini karena asam laktat tetap dapat

menghasilkan ATP meskipun jumlah oksigen dalam tubuh

terbatas. Laktat sebenarnya merupakan racun bagi sel,

sehingga laktat yang terbentuk dalam sel otot akan dibawa

keluar oleh darah menuju hati. Laktat selanjutnya diubah

menjadi asam piruvat. Oleh karenanya, ATP dapat segera

diperoleh kembali melalui daur Krebs

. Apabila atlet tersebut

sudah selesai beraktivitas kemudian melakukan istirahat yang

cukup serta jumlah O

dalam tubuh terpenuhi, asam laktat

yang telah diubah menjadi asam piruvat dapat memasuki daur

krebs kembali. Selanjut

nya, pelari tersebut

dapat memperoleh

ATP dari respirasi aerob seperti kondisi semula.

b. Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol, misalnya terjadi pada khamir.

Mikroorganisme ini mempun

yai enzim yang mendekarboksilasi

piruvat menjadi asetaldehid (senyawa dengan 2C) dengan

melepaskan CO

Selanjutnya oleh NADH, asetaldehid

direduksi menjadi etilalkohol.

Khamir (

yeast

) merupakan salah satu contoh organisme

yang menghasilkan alkohol dan CO

Yeast

digunakan dalam

pembuatan roti. CO

yang dihasilkan mengakibatkan roti me-

ngembang.

Yeast

juga digunakan untuk memfermentasikan

gula dalam pembuatan anggur, dalam hal ini dihasilkan

etilalkohol. Sebutkan contoh lain dari fermentasi alkohol.

Lakukanlah kegiatan diskusi berikut agar pemahaman

Anda tentang fermentasi menjadi lebih jelas.

Biologi Kelas XII

Bandingkan reaksi yang berlangsung dalam fermentasi asam

laktat dan fermentasi alkohol. Setelah itu, diskusikan beberapa

pertanyaan berikut.

1. Berapa jumlah ATP yang dihasilkan dalam pemecahan glukosa

melalui fermentasi?

2. Tuliskan reaksi kimia fermentasi asam laktat dan fermentasi

alkohol.

3. Lebih efektif manakah, penghasilan ATP melalui respirasi aerob

atau melalui fermentasi?

Tulislah hasil diskusi Anda dalam buku kerja. Selanjutnya, presentasi-

kan di depan kelas.

Bagaimana efisiensi energi dalam fermentasi? Telah

Anda ketahui bahwa selama fermentasi dihasilkan 2 ATP

yang setara dengan 20 kkal energi. Sementara itu,

pembakaran glukosa menjadi CO

dan H

O menghasilkan

energi sebesar 680 kkal. Dengan demikian efisiensi

fermentasi sebesar:

20 kkal

680 kkal

× 100% = 2,9 %

Berdasarkan perhitungan di atas, diketahui bahwa tingkat

efisiensi fermentasi jauh lebih rendah dibandingkan tingkat

efisiensi respirasi.

Jawablah soal-soal berikut.

1. Jelaskan reaksi glikolisis pada tahap

fosforilasi. Lengkapi dengan bagan.

2. Jelaskan perolehan ATP pada setiap tahap

respirasi aerob melalui jalur daur Krebs.

3. Samakah pengertian fermentasi dengan

respirasi anaerob? Jelaskan.

4. Berapa jumlah ATP yang dihasilkan oleh

satu molekul glukosa melalui fermentasi?

5. Jelaskan dua tahapan dalam fermentasi

alkohol.

6. Kapan sel otot melakukan fermentasi asam

laktat?

C. Anabolisme

Anabolisme adalah peristiwa penyusunan zat dari senyawa

sederhana menjadi senyawa lebih kompleks yang berlangsung dalam

tubuh makhluk hidup. Penyusunan senyawa kimia umumnya

memerlukan energi, misalnya energi cahaya dalam fotosintesis dan

energi kimia dalam kemosintesis.

Metabolisme

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.16

Daun pisang dapat melakukan

otosintesis

6 CO

+ 6 H

+ 6 O

Reduksi

Energi cahaya

Klorofil

1. Fotosintesis

Apa yang ada dalam pikiran Anda tentang sebuah daun?

Puji syukur seharusnya kita panjatkan kepada Tuhan pencipta

alam semesta dengan segala isinya. Mengapa? Dalam daun ini

Tuhan menciptakan pengolah bahan makanan pertama di dunia

melalui proses fotosintesis. Daun pisang seperti pada Gambar

2.16 di samping dapat melakukan fotosintesis sehingga

menghasilkan karbohidrat yang disimpan di dalam buahnya. Buah

pisang dapat menjadi bahan makanan bagi manusia. Sebuah

bukti keagungan Tuhan yang telah menciptakan sistem yang

sempurna dalam tubuh makhluk hidup, termasuk tumbuhan.

Mudah-mudahan uraian ini semakin menambah wawasan kita

akan keagungan Tuhan.

Organisme yang dapat melakukan proses fotosintesis seperti

tumbuhan dan algae menghasilkan bahan organik untuk biosfer.

Bahan organik sebagai sumber energi untuk pertumbuhan,

perkembangan, dan pemeliharaan.

Fotosintesis berasal dari kata

foton

yang artinya cahaya dan

sintesis

yang artinya penyusunan. Jadi, fotosintesis adalah proses

penyusunan bahan organik (karbohidrat) dari H

O dan CO

dengan bantuan energi cahaya. Proses ini hanya dapat terjadi

pada tumbuhan yang mempunyai klorofil, yaitu pigmen yang

berfungsi sebagai penangkap energi cahaya matahari. Jadi,

fotosintesis merupakan transformasi energi dari energi cahaya

matahari dikonversi menjadi energi kimia yang terikat dalam

molekul karbohidrat. Proses ini berlangsung melalui reaksi

berikut.

Ingenhousz

(1799) melakukan eksperimen untuk

membuktikan bahwa peristiwa fotosintesis melepaskan O

Ingenhousz dalam percobaannya menggunakan tanaman

Hydrilla verticillata

di dalam gelas piala kemudian ditutup corong

terbalik yang dihubungkan dengan tabung reaksi yang telah diisi

penuh dengan air. Perangkat percobaan tersebut diletakkan di

tempat yang terkena cahaya matahari. Setelah beberapa saat

akan terbentuk gelembung udara (O

) yang keluar dari tanaman

Hydrilla verticillata

. Marilah kita mencoba melakukan eksperimen

yang pernah dilakukan Ingenhousz berikut.

Biologi Kelas XII

Organela yang berperan dalam fotosintesis ialah kloroplas.

Kloroplas mengandung pigmen klorofil dan menyebabkan warna

hijau pada daun. Kloroplas mempunyai membran ganda (luar

dan dalam) yang mengelilingi matriks fluida yang disebut

stroma

Stroma mengandung enzim yang berperan untuk menangkap

dan mereduksinya. Sistem membran di dalam stroma

membentuk kantung-kantung datar yang disebut

tilakoid

. Pada

beberapa tempat tilakoid bertumpuk membentuk grana.

Klorofil dan pigmen lainnya terdapat pada membran tilakoid.

Pigmen yang terdapat pada kloroplas, yaitu klorofil

(berwarna

hijau), klorofil

(berwarna hijau tua), dan karoten (berwarna

kuning sampai jingga). Pigmen tersebut mengelompok dalam

membran tilakoid membentuk perangkat pigmen yang penting

dalam fotosintesis. Perhatikan gambar berikut.

Mengamati Pengaruh Intensitas Cahaya

terhadap Kecepatan Fotosintesis

1. Coba siapkan beberapa alat dan bahan

berikut.

a. tabung reaksi,

b. gelas piala,

c. corong kecil,

d. akuades,

e. larutan Na-Bikarbonat 0,5%, dan

tanaman

Hydrilla verticillata

(Hidrilla).

2. Buatlah medium berupa air dalam 2 buah

gelas piala dan tambahkan beberapa tetes

0,5% Na-Bikarbonat.

3. Setelah itu potonglah cabang tanaman

Hydrilla verticillata

sepanjang 10 cm. Letakkan

tanaman

Hydrilla verticillata

di bawah corong,

pangkal tanaman menghadap ke arah pipa

corong yang ditutup tabung reaksi yang telah

diisi penuh dengan air.

4. Susunlah dua perangkat gelas piala, tabung

reaksi, corong, dan tanaman hidrilla seperti

gambar berikut.

5. Setelah tersusun, satu perangkat gelas piala

diletakkan di dalam ruangan dengan intensitas

cahaya rendah dan perangkat yang lain

diletakkan di luar ruangan dengan intensitas

cahaya tinggi.

6. Amati gelembung oksigen yang terjadi. Hitung

banyaknya gelembung setiap 5 menit selama

15 menit.

7. Buat grafik hubungan antara intensitas cahaya

dengan gelembung dan waktu.

Pertanyaan:

1. Bagaimana perbedaan jumlah gelembung

pada kedua perlakuan tersebut?

2. Apa yang menyebabkan terjadinya peristiwa

tersebut (soal nomor 1)?

3. Apa fungsi NaHCO

pada percobaan

tersebut?

4. Gelembung yang terjadi menunjukkan apa?

5. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi pada

peristiwa tersebut.

6. Apa kesimpulan dari kegiatan ini?

Buatlah laporan tertulis hasil eksperimen ini dan

kumpulkan kepada bapak atau ibu guru.

Hydrilla verticillata

Tabung reaksi

Gelas piala

Corong kaca

Metabolisme

Cahaya dan Karbon Dioksida

Seorang doktor Belanda,

Jan

Ingenhousz

(1730–1799) berhasil

menemukan peran karbon dioksida

bagi proses fotosintesis tumbuhan.

Berdasarkan hasil percobaannya,

Ingenhousz mengetahui bahwa

tumbuhan menyerap karbon

dioksida jika ada cahaya. Temuan

ini menunjukkan bahwa cahaya

mempunyai peran kunci dalam

fotosintesis. Apabila lingkungan

tanpa cahaya, tumbuhan me-

ngeluarkan karbon dioksida dan

mengambil oksigen ketika ber-

napas untuk memperoleh energi.

Sumber:

Jendela Iptek

Jan Ingenhousz (1730–1799)

Fotosintesis berlangsung dalam 2 tahap reaksi, yaitu reaksi

terang (

light-dependent reaction

) dan reaksi gelap (

light-inde-

pendent reaction

). Reaksi terang berlangsung jika ada cahaya,

sedangkan reaksi gelap berlangsung tanpa memerlukan cahaya.

Bagaimana kedua reaksi ini berlangsung? Marilah kita ikuti uraian

berikut.

a. Reaksi Terang (

Light-Dependent Reaction

)

Reaksi terang terjadi dalam membran tilakoid yang di

dalamn

ya terdapat pigmen klorofil

, klorofil

, dan pigmen

tambahan yaitu karoten. Pigmen-pigmen ini menyerap

cahaya ungu, biru, dan merah lebih baik daripada warna

cahaya lain.

Reaksi terang merupakan reaksi penangkapan energi

cahaya. Energi cahaya yang diserap oleh membran tilakoid

akan menaikkan elektron berenergi rendah yang berasal dari

O. Elektron-elektron bergerak dari klorofil

menuju sistem

transpor elektron yang menghasilkan ATP (dari ADP + P).

Elektron-elektron berenergi ini juga ditangkap oleh NADP

Setelah menerima elektron, NADP

segera berubah menjadi

NADPH. Molekul-molekul ini (ATP dan NADPH) menyimpan

energi untuk sementara waktu dalam bentuk elektron

berenergi yang akan digunakan untuk mereduksi CO

Reaksi terang melibatkan dua jenis fotosistem, yaitu

fotosistem I dan fotosistem II. Apakah sebenarnya fotosistem

itu?

Telah dijelaskan di depan bahwa dalam tilakoid terdapat

beberapa pigmen yang berfungsi menyerap energi cahaya.

Pigmen-pigmen itu antara lain klorofil

, klorofil

dan pigmen

Gambar 2.17

Organela yang terlibat dalam fotosintesis

Sumber:

Biology, Raven and Johnson

Jaringan daun hasil pe-

motongan melintang

Tilakoid

Grana

Daun

Sel daun

Ruang

tilakoid

Stroma

Kloroplas

Biologi Kelas XII

tambahan karotenoid. Setiap jenis pigmen menyerap cahaya

dengan panjang gelombang tertentu.

Molekul klorofil dan pigmen asesori (tambahan) mem-

bentuk satu kesatuan unit sistem yang dinamakan

fotosistem

Setiap fotosistem menangkap cahaya dan memindahkan

energi y

ang dihasilkan ke pusat rea

ksi, yaitu suatu kom

pleks

klorofil dan protein-protein yang berperan langsung dalam

fotosintesis.

Fotosistem I terdiri atas klorofil

dan pigmen tambahan

yang menyerap kuat energi cahaya dengan panjang

gelombang 700 nm sehingga sering disebut

P700

Sementara itu, fotosistem II tersusun atas klorofil

yang

menyerap kuat energi cahaya dengan panjang gelombang

680 nm sehingga sering disebut

P680

Ketika suatu molekul pigmen menyerap energi cahaya,

energi itu dilewatkan dari suatu molekul pigmen ke molekul

pigmen lainnya hingga mencapai pusat reaksi. Setelah energi

sampai di P700 atau di P680 pada pusat reaksi, sebuah elektron

kemudian dilepaskan menuju tingkat energi lebih tinggi. Elektron

berenergi ini akan disumbangkan ke akseptor elektron.

Dalam reaksi terang, terdapat 2 jalur perjalanan elektron,

yaitu jalur elektron siklik dan jalur elektron nonsiklik.

1) Jalur elektron siklik

Jalur elektron siklik dimulai setelah kompleks pigmen

fotosistem I menyerap energi matahari. Pada jalur ini,

elektron berenergi tinggi (e-) meninggalkan pusat reaksi

fotosistem I, tetapi akhirnya elektron itu kembali lagi.

Elektron berenergi (e-) meninggalkan fotosistem I

(pusat reaksi klorofil

) dan ditangkap oleh akseptor

elektron kemudian melewatkannya dalam sistem

transpor elektron sebelum kembali ke fotosistem I. Jalur

elektron siklik hanya menghasilkan ATP.

Namun, sebelum kembali ke fotosintem I, elektron-

elektron itu memasuki sistem transpor elektron, yaitu

suatu rangkaian protein pembawa yang mengalirkan

elektron dari satu protein pembawa ke protein pembawa

berikutnya. Ketika elektron melalui protein pembawa ke

protein pembawa berikutnya, energi yang akan diguna-

kan untuk membentuk ATP dilepaskan dan disimpan

dalam bentuk gradien hidrogen (H

). Saat ion hidrogen

ini melalui gradien elektrokimia melalui kompleks ATP-

sintase, terjadilah pembentukan ATP.

ATP terbentuk karena adanya penambahan gugus

fosfat pada senyawa ADP yang diatur oleh energi cahaya

sehingga prosesnya disebut

fotofosforilasi

Pembentukan ATP terjadi melalui rute transpor elektron

siklis maka disebut juga

fotofosforilasi siklis

. Coba

amatilah Gambar 2.18 untuk mempermudah memahami

jalur elektron ini.

Jalur elektron siklik

terjadi dari fotosistem I

kembali ke fotosistem I dan

hanya menyebabkan

terbentuknya ATP.

Metabolisme

2) Jalur elektron nonsiklik

Reaksi ini dimulai ketika kompleks pigmen

fotosistem II (P 680) menyerap energi cahaya dan

elektron berenergi tinggi meninggalkan molekul pusat

reaksi (klorofil

). Fotosistem II mengambil elektron dari

hasil penguraian air (fotolisis) dan menghasilkan oksigen

melalui reaksi berikut.

+2e

–

Oksigen dilepaskan oleh kloroplas sebagai gas oksigen.

Sementara itu, ion hidrogen (H

) untuk sementara waktu

tinggal di ruang tilakoid.

Elektron-elektron berenergi tinggi yang meninggalkan

fotosistem II ditangkap oleh akseptor elektron dan

mengirimnya ke sistem transpor elektron. Elektron-elektron

ini melewati satu pembawa ke pembawa lainnya dan energi

untuk pembentukan ATP dikeluarkan dan disimpan dalam

bentuk gradien hidrogen (H

). Ketika ion-ion hidrogen

melewati gradien elektrokimia serta kompleks sintase ATP,

terbentuklah ATP secara kemiosmosis. Sementara itu,

elektron-elektron berenergi rendah meninggalkan sistem

transpor elektron menuju fotosistem I. Ketika fotosistem I

menyerap energi cahaya, elektron-elektron berenergi tinggi

meninggalkan pusat reaksi (klorofil

) dan ditangkap oleh

akseptor elektron. Selanjutnya, sistem transpor elektron

membawa elektron-elektron ini ke NADP

. Setelah itu,

NADP

mengikat ion H

terjadilah NADPH

, seperti reaksi

berikut.

NADP

+ 2e- + 2H

NADPH

Gambar 2.18

Jalur elektron siklis dan nonsiklis

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Penerima

elektron

Penerima

elektron

AT P

ADP

–

NADP

NADPH

ADP

AT P

Sitokrom

Fotosistem I (P 700)

–

Fotosistem II (P 680)

–

Siklis

Biologi Kelas XII

Dengan demikian jalur elektron nonsiklis menghasilkan

ATP dan NADPH

. NADPH

dan ATP yang dihasilkan dalam

elektron nonsiklik akan digunakan dalam reaksi tahap kedua

(reaksi gelap) sintesis karbohidrat.

b. Reaksi Gelap (

Light-Independent Reaction

)

Reaksi gelap merupakan reaksi tahap kedua dari

otosintesis. Disebut reaksi gelap karena reaksi ini tidak me-

merlukan cahaya. Reaksi gelap terjadi di dalam stroma

kloroplas.

Reaksi gelap pertama kali ditemukan oleh Malvin Calvin

dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi gelap

fotosintesis sering disebut

siklus Calvin-Benson

atau

siklus Calvin

. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap,

yaitu fase fiksasi, fase reduksi, dan fase regenerasi. Pada

fase fiksasi terjadi penambatan CO

oleh ribulose bifosfat

(

Ribulose biphosphat

= RuBP) menjadi 3-fosfogliserat (

phosphoglycerate

= PGA). Reaksi ini dikatalisis oleh enzim

ribulose bifosfat karboksilase (Rubisco).

RuBP karboksilase (Rubisco)

RuBP –––––––––––––––––––––– PGA

Pada fase reduksi diperlukan ATP dan ion H

dari

NADPH

untuk mereduksi 3-fosfogliserat (PGA) menjadi 1,3-

bifosfogliserat (PGAP) kemudian membentuk

fosfogliseraldehid (

glyceraldehyde-3-phosphat

= PGAL atau

G3P = glukosa 3-fosfat).

ATP

ADP + P

PGA –––––––– PGAP –––––––– PGAL/G3P

NADPH + H

NADP

Pada fase regenerasi, terjadi pembentukan kembali

RuBP dari PGAL atau G3P. Dengan terbentuknya RuBP,

penambatan CO

kembali berlangsung.

12 PGL atau G3P ––– 10 PGA atau G3P ––– 6 ribulosa fosfat (RD) ––– RuBP

Secara ringkas reaksi gelap atau siklus Calvin dijelaskan

dalam skema pada Gambar 2.19 berikut.

Aliran elektron

nonsiklik menguraikan

air menjadi H

, e-, dan O

Selain itu juga dihasilkan

ATP dan mengubah NADP

menjadi NADPH

6 ADP

2 G3P

6 ATP

+ RUBP

⎯→

PGA

Daur

Calvin

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.19

Siklus Calvin

Metabolisme

Sudah jelaskah Anda tentang siklus Calvin? Jika belum,

coba diskusikan kembali materi di atas dengan kelompok

Anda atau mintalah penjelasan kepada teman Anda yang

sudah paham tentang materi tersebut.

Kapan glukosa terbentuk? Setiap 6 atom karbon yang

memasuki siklus Calvin sebagai CO

, 6 atom karbon

meninggalkan siklus sebagai 2 molekul PGAL atau G3P,

kemudian digunakan dalam sintesis glukosa atau karbohidrat

lain (perhatikan kembali siklus Calvin di atas).

Reaksi endergonik antara 2 molekul G3P atau PGAL

menghasilkan glukosa atau fruktosa. Pada beberapa

tumbuhan, glukosa dan fruktosa bergabung membentuk

sukrosa atau gula pada umumnya. Sukrosa dapat dipanen

dari tanaman tebu atau bit. Selain itu, sel tumbuhan juga

menggunakan glukosa untuk membentuk amilum atau

selulosa.

Berdasarkan tipe pengikatan terhadap CO

selama proses

fotosintesis terdapat tiga jenis tumbuhan, yaitu tanaman C

tanaman C

, dan tanaman CAM.

Jalur fiksasi CO

yang telah kita pelajari di depan merupakan

jalur fiksasi CO

pada tanaman C

, misalnya pada tanaman

kedelai. Pada tanaman C

siklus Calvin terjadi di sel-sel mesofil.

Bagaimana dengan tanaman C

dan CAM? Apakah siklus Calvin

juga terjadi dalam sel-sel mesofil? Apa perbedaan ketiga jenis

tanaman tersebut dalam fiksasi CO

Diskusikan dengan teman sebangku Anda perbedaan antara

, C

, dan CAM dalam fiksasi CO

Pada tanaman C4, CO

yang diikat sel-sel mesofil akan

diubah terlebih dulu menjadi oksaloasetat (senyawa 4C),

setelah bereaksi dengan PEP (fosfoenolpiruvat). Peng-

gabungan ini dikatalisir oleh PEP karboksilase. Selanjutnya

dengan bantuan NADPH

, oksaloasetat diubah menjadi

malat (senyawa 4C). Senyawa ini kemudian memasuki

sarung berkas pembuluh. Malat, dalam sel-sel sarung berkas

pembuluh, mengalami dekarboksilasi menjadi piruvat dan

. Selanjutnya, CO

memasuki jalur siklus Calvin.

Perhatikan skema reaksi penangkapan CO

pada

tanaman C

berikut.

Biologi Kelas XII

1) Di daerah mesofil:

2) Di sarung berkas pengangkut:

Jalur C

lebih efisien daripada tanaman C

dalam hal

fiksasi CO

. Mengapa demikian? Sistem fiksasi CO

pada

tanaman C

bekerja pada konsentrasi CO

jauh lebih rendah

(sebesar 1–2 ppm) daripada pada sistem C

(> 50 ppm).

Dengan demikian, pada hari yang amat panas, tanaman C

menutup stomatanya untuk mengurangi kehilangan air, tetapi

tetap dapat memperoleh CO

untuk keperluan fotosintesis-

nya. Alasan inilah yang menyebabkan tanaman C

mampu

beradaptasi pada habitat dengan suhu tinggi, kelembapan

rendah, dan sinar matahari terik pada siang hari.

Beberapa tanaman yang hidup di daerah kering dan

panas, misalnya kaktus, lili, dan anggrek memiliki cara khusus

dalam penambatan CO

untuk proses fotosintesis. Pada

umumnya tanaman mengikat (memfiksasi) CO

pada siang

hari, tetapi pada tanaman yang hidup di daerah kering

pengikatan CO

terjadi pada malam hari sehingga tanaman-

tanaman tersebut memiliki tipe khusus yang dinamakan

crassulacean acid metabolism

(

CAM

). Crassulaceae

merupakan suatu

familia

dalam taksonomi tubuh. Tanaman

ini memiliki batang yang mengandung air atau sukulen.

Seperti halnya tanaman C

, tanaman yang termasuk

dalam familia Crassulaceae

menambat CO

dengan bantuan

enzim PEP karboksilase dan mengubahnya menjadi

oksaloasetat, tetapi dalam waktu berlainan. Pada tanaman

familia Crassulaceae

penambatan CO

terjadi pada malam

hari ketika stomatanya membuka. Oksaloasetat yang diubah

menjadi malat akan disimpan dalam vakuola. Ketika stomata

menutup pada siang hari, malat mengalami reaksi

dekarboksilasi dan menghasilkan piruvat dan CO

Piruvat

PEP

Oksaloasetat

Malat

Aspartat

Sarung berkas pengangkut

ADP

AT P

Gambar 2.20

Nanas merupakan salah satu

jenis tanaman C

Sumber:

Biology, Campbell

Malat

Asparat

RuBP

PGA

PGAL

NADPH

NADP

ADP

AT P

Daur Calvin

Dinding sel

dan lain-lain

Metabolisme

Selanjutnya, CO

memasuki siklus Calvin untuk membentuk

PGAL (G3P). Perhatikan skema fiksasi CO

pada tanaman

CAM berikut.

1) Pada malam hari:

+ PEP Oksaloasetat Malat Vakuola

di sitoplasma

di vakuola

2) Pada siang hari:

Malat

+ RuBP

daur Calvin

di vakuola di kloroplas

2. Fotorespirasi

Beberapa tanaman C

, misalnya kedelai dan kentang, tidak

banyak menghasilkan karbohidrat melalui fotosintesis pada hari

yang sangat panas. Mengapa? Pada hari yang sangat panas,

tanaman C

menutup stomatanya untuk mengurangi penguapan.

Selama stomata menutup, fotosintesis tetap berlangsung

menggunakan sisa CO

dalam daun dan menghasilkan O

yang

terakumulasi dalam kloroplas. Telah diketahui bahwa Rubisco

sangat diperlukan dalam fiksasi CO

dalam siklus Calvin untuk

menggabungkan CO

dengan RuBP. Sementara itu, O

hasil

fotosintesis bersaing dengan CO

untuk memperebutkan sisi

aktif Rubisco. Ketika kadar O

lebih tinggi dari kadar CO

Rubisco cenderung mengkatalis reaksi O

dengan RuBP

daripada dengan CO

. Ketika hal ini terjadi, senyawa antara

dalam siklus Calvin banyak dipecah menjadi CO

dan H

daripada membentuk glukosa (karbohidrat). Proses inilah yang

disebut

fotorespirasi

Dinamakan fotorespirasi karena dalam peristiwa tersebut

memerlukan cahaya, memerlukan oksigen seperti halnya

respirasi aerob, serta menghasilkan CO

dan H

Perbedaannya dengan respirasi aerob, dalam fotorespirasi tidak

dihasilkan ATP.

Fotorespirasi mengurangi efisiensi fotosintesis pada

tanaman C

karena banyak menghilangkan senyawa antara

(RuBP) yang dipakai dalam siklus Calvin. Sebaliknya,

fotorespirasi tidak berpengaruh terhadap tanaman C

, karena

konsentrasi CO

dalam sel-sel sarung berkas pengangkut selalu

tinggi.

3. Kemosintesis

Telah diketahui bahwa tumbuhan hijau mampu mensintesis

karbohidrat menggunakan energi cahaya melalui proses

fotosintesis. Karbohidrat dapat dibentuk dari CO

dan H

O meng-

gunakan energi kimia yang dihasilkan selama oksidasi biologi

terhadap substansi kimia tertentu. Bakteri yang tidak berklorofil

juga dapat menghasilkan karbohidrat menggunakan energi kimia.

Oleh karena itu, porses tersebut dinamakan

kemosintesis

Dengan demikian, kemosintesis dapat diartikan sebagai salah

Biologi Kelas XII

bentuk asimilasi karbon di mana reduksi CO

berlangsung dalam

gelap (tanpa cahaya), menggunakan energi murni hasil oksidasi.

Salah satu hal penting dari kemosintesis yaitu energi hasil reaksi

oksidasi digunakan oleh bakteri dalam fosforilasi dan selanjutnya

mereduksi CO

menjadi senyawa organik.

Kemosintesis terjadi pada bakteri nitrifikasi, bakteri belerang,

bakteri besi, serta bakteri hidrogen dan bakteri metan.

a. Kemosintesis oleh Bakteri Nitrifikasi

Beberapa bakteri nitrifikasi antara lain: bakteri

Nitrosomonas

Nitrosococcus

Nitrobacter

, dan

Bactoderma

Nitrosococcus

dan

Nitrosomonas

(bakteri nitrat)

mengoksidasi amonia menjadi nitrit.

Nitrosomonas

2NH

+ 3O

HNO

+ 2H

O + energi (158 kkal)

Bactoderma

dan

Nitrobacter

(bakteri nitrat)

mengoksidasi nitrit menjadi nitrat dalam keadaan aerob.

Nitrobacter

2HNO

+ O

2HNO

+ energi (43 kkal)

b. Kemosintesis oleh Bakteri Belerang

Berdasarkan aspek kemosintesis, bakteri belerang

dik

elompokkan menjadi tiga sebagai berikut.

Bakteri belerang ototrofik tanpa pigmen, contoh

Beggiatoa

dan

Thiospirillum.

Beggiatoa

dan

Thiospirillum

ditemukan pada sumber mata

air panas yang mengandung hidrogen sulfida. Kelompok

bakteri ini mengoksidasi logam sulfida menjadi sulfur menurut

reaksi berikut.

Beggiatoa

Thiospirillum

S + O

2S + 2H

O + energi (122,2 kkal)

Ketika cadangan sulfida habis, endapan sulfur akan

dioksidasi menjadi sulfat.

2S + 2H

+ 3O

+ energi (284,4 kkal)

c. Kemosintesis oleh Bakteri Besi

Beberapa bakteri besi pada umumnya, misalnya

Leptothrix, Crenothrix, Cladothrix, Galionella, Spiruphyllum,

dan

Ferrobacillus

mengoksidasi ion ferro menjadi ion ferri.

2Fe (HCO

)

+ H

O + O 2Fe (OH)

+ 4CO

+ energi (29 kkal)

4FeCO

+ O

+ 6H

O 4Fe (OH)

+ 4 CO

+ energi (81 kkal)

d. Kemosintesis oleh Bakteri Hidrogen dan Bakteri Metana

Bakteri Hidrogen

Salah satu jenis bakteri hidrogen, yaitu

Bacillus

panctotrophus

dapat tumbuh dalam medium anorganik

yang mengandung hidrogen, CO

, dan O

serta dapat

mengoksidasi hidrogen dengan membebaskan energi.

Energi ini dapat digunakan dalam proses kemosintesis

berikut.

Metabolisme

Jawablah soal-soal berikut.

1. Gambarkan struktur kloroplas dan lengkapi

dengan keterangan gambar.

a. Tunjukkan tempat terjadinya reaksi terang.

b. Tunjukkan tempat terjadinya reaksi gelap.

2. Jelaskan fungsi setiap molekul pigmen daun

yang berperan dalam reaksi terang foto-

sintesis.

3. Jelaskan secara ringkas tentang siklus

elektron siklik dan siklus elektron nonsiklik.

4. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap-

an. Sebutkan ketiga tahapan tersebut dan beri

penjelasan tentang tiap-tiap tahapan.

5. Apa perbedaan fotosintesis dengan

kemosintesis ditinjau dari sumber energi dan

hasil akhirnya?

+ O

O + energi (137 kkal)

+ CO

+ energi (115 kkal)

(CH

O) + H

Bakteri Metana

Methanonas

merupakan salah satu contoh bakteri

metana yang mampu mengoksidasi metana menjadi

. Metana menyediakan karbon dan energi bagi

bakteri aerob ini. Perhatikan reaksi berikut.

+ 2O

+ 2H

O + energi

Energi yang diperoleh pada kemosintesis digunakan

untuk proses fosforilasi dan reduksi CO

menjadi karbohidat.

Anda telah mempelajari fotosintesis dan kemosintesis.

Dapatkah Anda membedakan kedua jenis anabolisme

tersebut? Nah, cobalah Anda menemukan perbedaan itu

melalui kegiatan diskusi berikut.

Diskusikan perbedaan antara kedua proses anabolisme tersebut.

Mengenai sumber energi, organisme pelaku, bahan dasar, dan hasil.

Tuliskan hasil diskusi Anda dalam tabel berikut.

Tabel perbandingan antara kemosintesis dengan fotosintesis.

Fotosintesis

Kemosintesis

1. Sumber energi

. . .

2. Pelaku

. . .

3. Bahan dasar

. . .

4. Hasil

. . .

D. Keterkaitan Metabolisme

Seperti dijelaskan di depan, bahwa metabolisme meliputi

anabolisme dan katabolisme. Anabolisme memerlukan energi

(endergonik), sedangkan katabolisme menghasilkan energi

(eksergonik). Bagaimanakah hubungan antara anabolisme dengan

katabolisme? Marilah kita pelajari dalam bahasan berikut.

Biologi Kelas XII

1. Keterkaitan Antara Anabolisme dengan Katabolisme

Karbohidrat

Telah dipelajari di depan bahwa anabolisme merupakan

proses pembentukan senyawa kompleks dari senyawa

sederhana dengan memerlukan energi. Jadi, reaksi anabolisme

bersifat endergonik. Sementara itu, katabolisme merupakan

proses pemecahan atau penguraian senyawa kompleks menjadi

senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi.

Jadi, reaksi katabolisme bersifat eksergonik. Perhatikan skema

Gambar 2.21 berikut.

Salah satu proses anabolisme yaitu sintesis atau pem-

bentukan karbohidrat melalui fotosintesis yang terjadi pada

tumbuh-tumbuhan. CO

dan H

O, dalam reaksi ini, dengan

bantuan energi cahaya diubah menjadi karbohidrat yang di

dalamnya mengandung energi dalam bentuk ikatan kimia.

Sementara itu dalam sel-sel makhluk hidup, karbohidrat

(dalam hal ini glukosa) akan mengalami serangkaian reaksi

respirasi sehingga dihasilkan energi. Selain dibebaskan energi,

reaksi pemecahan (katabolisme) glukosa ini juga menghasilkan

dan H

O, apabila digambarkan seperti Gambar 2.20 di atas.

2. Keterkaitan Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan

Protein

Karbohidrat bukanlah satu-satunya zat makanan yang dapat

dimanfaatkan sebagai sumber energi. Zat makanan lain, seperti lemak

dan protein dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi. Tentu saja

tahap-tahap reaksinya tidak sama dengan metabolisme karbohidrat.

Hidrolisis lemak menghasilkan asam lemak dan gliserol.

Asam lemak akan mengalami beta-oksidasi menjadi asetil

Co-A. Selanjutnya, asetil Co-A akan memasuki daur atau siklus

Krebs. Sementara itu, gliserol akan diubah menjadi senyawa

fosfogliseraldehid (G3P) agar dapat memasuki reaksi glikolisis.

Bagaimana jika protein digunakan sebagai sumber energi?

Protein yang memiliki sistem pencernaan akan dipecah oleh enzim

protease menjadi asam amino. Selanjutnya, asam amino mengalami

reaksi deaminasi sehingga dihasilkan NH

atau gugus amin dan

asam keto. Pada mamalia dan beberapa hewan pada umumnya,

gugus Amin atau NH

diubah menjadi urea dan dikeluarkan sebagai

urine. Sementara itu, asam keto dapat memasuki reaksi glikolisis

atau daur Krebs. Pelajari bagan

pada Gambar 2.22 berikut untuk

lebih jelasnya.

Energi

Anabolisme

Karbohidrat

Katabolisme

Energi

dan H

Energi

Anabolisme

Senyawa

Kompleks

Katabolisme

Senyawa

Sederhana

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.21

Hubungan katabolisme dan anabolisme karbohidrat

Energi

Metabolisme

Pada bagan tampak jelas adanya keterkaitan antara

metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Hal lain yang dapat

dijelaskan dari bagan tersebut yaitu bahwa lemak yang ada

dalam tubuh kita tidak hanya berasal dari makanan yang

mengandung lemak, tetapi dapat juga berasal dari karbohidrat

dan protein.

Telah dijelaskan bahwa oksidasi karbohidrat, lemak, dan pro-

tein akan menghasilkan energi. Dari ketiga jenis zat makanan

tersebut, manakah yang menghasilkan energi paling banyak?

Dibandingkan dengan karbohidrat dan protein, lemak lebih

banyak menghasilkan energi ketika dioksidasi. Suatu contoh:

satu molekul asam lemak dengan atom 6C (asam heksanoat)

yang dioksidasi secara sempurna dapat menghasilkan 44 ATP.

Sementara itu, glukosa yang juga mempunyai 6 atom C hanya

menghasilkan 36 ATP. Mengapa demikian?

Asam lemak akan memasuki siklus Krebs setelah diubah

menjadi asetil Co-A melalui reaksi beta-oksidasi. Asam lemak

dengan jumlah atom C = 2n, akan menghasilkan sejumlah n

asetil Co-A. Dengan demikian, asam heksanoat (6C)

menghasilkan 3 molekul asetil Co-A. Mula-mula, asam heksanoat

yang telah teraktivasi (memerlukan 2 ATP) menjadi asil Co-A

akan memasuki mitokondria. Asil Co-A dalam mitokondria

Gambar 2.22

Metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein

Protein

Karbohidrat

Lemak

Asam amino

Gula

Gliserol

Asam

lemak

Glikolisis

Piruvat

Gliseraldehid –

Asetil Co-A

Siklus

Krebs

Glukosa

Rantai transpor

elektron

dan fosforilasi

oksidatif

Asam keto

Deaminasi

Urea

Dikeluarkan

dalam bentuk

urine

Beta-oksidasi

Sumber:

Biology, Solomon

Biologi Kelas XII

mengalami beta-oksidasi. Pada reaksi ini asil Co-A yang berasal

dari asam heksanoat (C = 6) mengalami dua kali siklus dan

menghasilkan 3 asetil Co-A (C = 2). Siklus pertama menghasilkan

1 molekul asetil Co-A, 1 FADH, 1 NADH, dan butiril Co-A (4

atom C). Pada siklus 2 butiril Co-A dioksidasi menjadi 2 molekul

asetil Co-A dengan menghasilkan 1 FADH

dan 1 NADH. Adapun

jumlah ATP yang dihasilkan pada beta-oksidasi dapat dihitung

sebagai berikut.

2 FADH

→

2 × 2 ATP = 4 ATP

2 NADH

→

2 × 3 ATP = 6 ATP

–––––––––––––––––––––––––––

Jumlah

= 10 ATP

Oleh karena aktivasi asam heksanoat menjadi heksanoil Co-

A memerlukan 2 ATP, maka hasil bersih ATP = (10 – 2) ATP = 8

ATP. Selanjutnya, 3 molekul asetil Co-A akan memasuki daur

Krebs dan mengalami oksidasi sempurna menjadi CO

dan H

Pada oksidasi 3 molekul asetil Co-A ini dihasilkan 3 × 12 ATP =

36 ATP. Jadi, oksidasi asam lemak menghasilkan 44 ATP.

Hal ini juga menunjukkan bahwa makin panjang rantai karbon

yang menyusun asam lemak, energi yang dihasilkan makin besar.

Misalnya pada asam palmitat yang mempunyai 15 atom C

menghasilkan 129 ATP. Bukan hanya itu, senyawa lain hasil

hidrolisis lemak yaitu gliserol dapat memasuki jalur glikolisis

setelah diubah menjadi gliseraldehid 3-fosfat (PGAL).

Selanjutnya, PGAL akan diubah menjadi PEP. PEP harus diubah

menjadi asetil Co-A agar dapat memasuki daur Krebs. Dari reaksi

oksidasi, gliserol juga dihasilkan cukup banyak energi yaitu

sekitar (36 ATP). Perhatikan skema pada Gambar 2.23 berikut.

Glukosa

Asil Co-A

Piruvat

3 Asetil Co-A

STE

2 FAD

2 FADH

2 NAD

2 NADH

Siklus

Krebs

Beta-oksidasi

Asam heksanoat

2 ATP

2 ADP

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.23

Jalur beta-oksidasi asam lemak

Metabolisme

3. Teknologi yang Berkaitan dengan Metabolisme

Makanan

Saat ini, teknologi di bidang pengolahan makanan telah

berkembang pesat. Para produsen telah menemukan celah pasar

yang luar biasa di bidang ini. Terbukti dengan beredarnya

makanan-makanan substitusi dan suplemen bagi orang-orang

yang mempunyai masalah dengan metabolisme.

a. Makanan Berkadar Gula Rendah

Telah dijelaskan di depan bahwa tujuan utama

metabolisme dalam tub

uh untuk memperoleh energi. Kita

ambil contoh saat kita makan sepiring nasi. Nasi yang kita

kunyah dalam mulut, segera mengalami pencernaan

enzimatis oleh ptialin. Pada saat itu, nasi (karbohidrat)

dipecah menjadi glukosa dan maltosa. Selanjutnya, maltosa

mengalami pencernaan lanjutan dalam usus halus. Maltosa

tersebut kemudian dipecah oleh enzim maltase sehingga

menghasilkan 2 molekul glukosa. Glukosa yang dihasilkan

terlarut dalam darah dan diangkut menuju sel-sel tubuh.

Pada tubuh kita terdapat hormon insulin yang bertugas

mengendalikan kadar gula dalam darah. Pada orang dewasa

normal, kadar gula dalam darah berkisar antara 110 mg/

dL–200 mg/dL. Jika gula dalam darah kadarnya melebihi

angka tersebut (misalnya > 300 mg/dL), aktivitas tubuh akan

terganggu. Seseorang yang kadar gulanya melebihi normal

dikatakan orang tersebut menderita

diabetes millitus

(DM).

Mengapa kadar gulanya dapat melebihi angka normal? Salah

satu sebabnya kelenjar penghasil insulin tidak dapat bekerja

dengan baik. Bagi penderita DM tidak dianjurkan me-

ngonsumsi makanan yang mengandung banyak gula. Hal

ini bertujuan agar kadar gulanya terkendali. Oleh karena itu

diperlukan terapi makanan khusus untuk membantu

penderita DM.

Lain halnya jika penderita DM mengonsumsi gula rendah

kalori, misalnya dengan pemanis buatan (aspartam dan sor-

bitol), ia akan baik-baik saja. Mengapa demikian? Bahan

pemanis buatan, seperti aspartam dan sorbitol tidak

mengalami metabolisme dalam sel-sel tubuh sehingga tidak

menambah kadar gula dalam darah. Meskipun demikian

makanan maupun minuman yang diberi pemanis buatan

tetap terasa manis. Bahkan pemanis buatan ini rasa

manisnya 10 hingga ratusan kali lebih manis dibandingkan

dengan gula tebu.

Lakukan kegiatan berikut agar Anda menjadi lebih

paham tentang macam-macam pemanis buatan yang

beredar di pasaran.

Macam-Macam

Diabetes

Millitus

Diabetes militus

diklasifikasikan

dalam 4 kelompok berikut.

1. Diabetes Tipe I

Penderita mengalami kerusakan

pada sel b pankreasnya.

2. Diabetes Tipe II

Kemampuan insulin penderita

menurun dan terjadi disfungsi sel

beta. Akibatnya,

pankreas tidak

mampu memproduksi insulin

yang cukup.

Diabetes Militus

dalam Kehamilan

Terjadi peningkatan

insulin resis-

tance

pada ibu hamil. Hal ini

terjadi karena bayi mensekresi

insulin lebih besar daripada ibu.

4. Diabetes Tipe Lain

Penderita mengalami hiper

glikemia

akibat kelainan genetik fungsi sel

beta, endokrinopati, penggunaan

obat yang menggangu fungsi sel

beta, penggunaan obat yang

mengganggu kerja insulin, dan

sindroma genetik.

Biologi Kelas XII

Kumpulkan beberapa kemasan produk makanan dan minuman

yang menjanjikan adanya rendah kalori. Amati bahan pemanis yang

tercantum dalam label pada kemasannya. Catatlah nama produk,

jenis produk, dan pemanis yang digunakan. Selanjutnya, masukkan

data yang diperoleh dalam tabel berikut.

Lakukan analisis pada setiap jenis produk yang berhasil

diidentifikasi mengenai keamanan produk tersebut bagi kesehatan

sehubungan dengan jenis bahan pemanis yang digunakan dan dosis

yang tercantum. Carilah data pendukung (batas aman penggunaan

bahan pemanis dan efek bagi kesehatan) dari majalah sains, buku

pelajaran, atau

internet

. Presentasikan hasil laporan Anda di kelas

pada pertemuan berikutnya.

b. Teknologi Pengawetan Makanan

Pada awalnya manusia kebingungan mencari cara

men

yimpan makanan. Hal ini karena beberapa jenis

makanan akan menjadi busuk atau rusak jika lama tidak

dimanfaatkan. Akhirnya ditemukanlah beberapa cara

mengawetkan makanan, misalnya dengan pemanasan

(

pasteurisasi

dan

sterilisasi

), penambahan bahan kimia,

pendinginan, dan dengan pengolahan tertentu.

Pengawetan dengan pemanasan, seperti pasteurisasi

dan sterilisasi, terbukti efektif membunuh berbagai bakteri

pembusuk. Bahkan beberapa jenis racun yang terkandung

dalam makanan dapat dihilangkan dengan pemanasan.

Akan tetapi, akibat pemanasan itu zat gizi dalam makanan

menjadi rusak, misalnya vitamin dan protein.

Selain pemanasan, pembekuan juga banyak dipakai

dalam mengawetkan makanan. Perhatikan Gambar 2.24.

Pembekuan merupakan cara pengawetan yang paling baik.

Namun demikian, sayuran dan buah-buahan akan

kehilangan 6% vitamin C selama penyimpanan dalam lemari

es. Bukan hanya vitamin saja, kandungan protein dalam

daging juga akan menyusut selama penyimpanan beku ini.

Selain cara-cara tersebut di depan terdapat cara lain

untuk mengawetkan bahan makanan, yaitu fermentasi.

Apakah dengan cara fermentasi suatu bahan makanan juga

akan mengalami susut gizi selama pengolahan?

No. Nama Produk

Jenis

Pemanis

Keterangan

dst.

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.24

Pengawetan makanan dengan

pendinginan

Metabolisme

Tentu Anda mengenal makanan hasil fermentasi pada

Gambar 2.25 berikut. Tempe, yoghurt, dan asinan merupakan

makanan hasil fermentasi.

Dari berbagai penelitian menunjukkan bahwa makanan dan

minuman hasil fermentasi nilai gizinya lebih tinggi daripada bahan

mentahnya. Selain itu, juga memiliki sifat sebagai antibiotika.

Kita ambil contoh makanan dan minuman yang difermentasi

menggunakan jasa bakteri laktat. Aktivitas bakteri asam laktat

selama fermentasi mengakibatkan pH bahan makanan di bawah

5. Bakteri fekal (bakteri

Coli

dalam usus) dalam kondisi ini tidak

dapat hidup sehingga makanan menjadi awet (tidak cepat rusak

atau membusuk). Selain itu, bakteri tersebut juga menghasilkan

metabolit yang berupa antibiotik, yaitu laktobasilin dan senyawa

NI (

Not yet Idential

atau belum diketahui). Senyawa ini dipercaya

dapat mencegah timbulnya kanker.

c. Teknologi Substitusi Energi (Makanan Suplemen)

Pada keadaan tertentu, misalnya sedang sakit, manusia

memb

utuhkan makanan yang siap diserap tanpa melalui

proses pencernaan. Kondisi ini tentu saja tidak berlaku bagi

orang sehat. Sebagai contoh, seorang pasien di rumah sakit

di mana kondisi kesehatannya tidak memungkinkan untuk

mengunyah makanan, ia sangat perlu mendapatkan

masukan zat-zat makanan untuk menjaga kondisi tubuhnya.

Pasien itu biasanya diberi cairan infus (Gambar 2.26).

Dengan memasukkan infus ke tubuh pasien kebutuhan zat

makanannya akan terpenuhi, terutama glukosa sebagai

sumber energi dan ion-ion dalam bentuk garam mineral,

seperti Na

, K

, Ca

, Cl

, dan laktat.

Apa sajakah sebenarnya yang terdapat dalam sebotol

infus itu? Anda dapat mengetahui dari beberapa contoh infus

dalam tabel berikut.

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 2.26

Cairan infus

Tempe

Yoghurt

Asinan

Gambar 2.25

Makanan hasil fermentasi

Sumber:

109 Jus untuk Terapi

Sumber:

www.biwa.ne.jp

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Biologi Kelas XII

Dengan melihat contoh di atas tampak bahwa pemberian

infus sangat membantu pasien dalam memperoleh energi,

khususnya cairan infus yang mengandung glukosa. Cairan

infus diberikan sesuai petunjuk dokter atau dalam

pengawasan dokter karena setiap pasien memerlukan jenis

infus yang berbeda. Hal ini tergantung pada kondisi pasien

dan penyakit yang dideritanya.

Membuat Yoghurt

Cairkan susu bubuk atau susu skim sesuai

anjuran pada kemasan dalam panci

stainless

steel

. Panaskan dengan api sedang hingga 50°–

60°C selama 1–2 menit, sampai susu beruap

tetapi jangan sampai mendidih. Bila ingin yoghurt

dengan tekstur lebih padat, maka pada saat

pemanasan volume susu disisakan hingga

-nya

atau dapat melarutkan susu 3–4% lebih banyak

dari anjuran pada kemasan. Aduk dengan sendok

kayu. Setelah itu, angkat dan tutup rapat, tunggu

hingga suam-suam kuku (30°–45°C). Campurkan

bibit yoghurt yang mengandung bakteri

Lactoba-

cillus bulgaricus

dan

Streptococcus thermophillus

kira-kira 1 sendok teh untuk setiap 500 ml susu.

Aduk hingga rata.

Tuang susu ke dalam gelas-gelas plastik, tutup

dengan plastik lengket atau lembaran plastik yang

diberi karet. Diamkan sekitar 8 jam pada suhu kamar,

kemudian simpan dalam lemari es sampai dikonsumsi.

Catatan:

•

Bibit yoghurt dapat dibeli di laboratorium

mikrobiologi dan sebaiknya disimpan dalam

lemari es.

•

Pada saat merebus sampai mencampur bibit

yoghurt pada susu, sebaiknya jangan

berbicara atau tertawa agar bakteri mulut tidak

mencemari susu dan fermentasi tidak gagal.

Cara untuk memastikan fermentasi yoghurt

tidak gagal, yaitu setelah disimpan 4–5 jam

susu telah membentuk gumpalan-gumpalan

dan aromanya masam.

Produk

Glukosa

(g/L)

Komposisi dalam Satuan mEq/L

Laktat

Kalori

Kkal/L

Osmolaritas

(mOsm/L)

WIDA D10

(Glukosa 10%)

WIDA D5

(Glukosa 5%)

WIDA D5 -NS

(Glukosa 5% dan Natrium Klorida

0,9%)

WIDA NS

(Natrium Klorida 0,9%)

WIDA RS

(Ringer’s Solution)

WIDA RD

(5% Dextrose in Ringer’s Solution)

100

400

555

200

277

154

200

585

154

308

147,1

4,5

155,6

311

147,5

4,5

155,6

200

588

Tabel 2.1

Komposisi Zat dalam Cairan Infus

Metabolisme

Produk-Produk untuk Mengatasi Gangguan

Metabolisme

Dewasa ini, banyak produk makanan suplemen

untuk mengatasi gangguan

metabolisme. Beberapa

produk di antaranya untuk mengatasi kegemukan

(obesitas), penyakit diabetes (gula), dan pe-

nambah stamina. Bentuk produk pun bermacam-

macam, ada yang berbentuk tablet, kapsul,

serbuk, dan cairan. Agar produknya laris di

pasaran, para produsen memanfaatkan segala

media untuk promosi, baik media cetak maupun

elektronik Walhasil, produk-produk itu laris manis

bak menjual kacang goreng. Benarkah produk-

produk itu bermanfaat bagi konsumen?

Jawablah soal-soal berikut.

1. Jelaskan hubungan fotosintesis (anabolisme)

dengan respirasi (katabolisme) dalam

tumbuhan.

2. Selain karbohidrat, senyawa organik apa saja

yang dapat dipakai sebagai sumber energi

dalam respirasi? Beri penjelasan secara

singkat.

3. Jelaskan keterkaitan antara anabolisme

dengan katabolisme karbohidrat.

4. Di antara senyawa organik karbohidrat, lemak,

dan protein, manakah yang menghasilkan

energi paling besar saat terjadi oksidasi

biologi? Jelaskan alasannya.

5. Sebutkan berbagai macam teknologi yang

berkaitan dengan metabolisme makanan.

1. Enzim adalah senyawa protein sederhana

maupun kompleks yang bertindak sebagai

katalisator spesifik.

2. Enzim bekerja secara spesifik, hanya bekerja

pada substrat tertentu. Menurut cara kerjanya,

enzim dapat dikelompokkan berdasarkan teori

Lock and Key Theory

serta

Induced Fit Theory

3. Enzim dapat mengalami gangguan atau

hambatan yang disebut inhibitor.

4. Terdapat tiga jenis inhibitor yaitu inhibitor re-

versible, inhibitor tak reversible dan inhibitor

umpan balik.

5. Pada metabolisme terdapat dua reaksi yaitu

katabolisme dan anabolisme.

6. Katabolisme merupakan reaksi pemecahan

molekul kompleks seperti karbohidrat, protein

dan lemak menjadi molekul yang lebih

sederhana dan menghasilkan sejumlah energi.

7. Katabolisme terjadi dengan oksigen maupun

tanpa oksigen.

8. Terdapat dua macam katabolisme yaitu

respirasi dan fermentasi.

9. Respirasi menggunakan oksigen disebut

respirasi aerob dan respirasi tanpa adanya

oksigen dikenal dengan respirasi anaerob

(hanya dilakukan oleh mikroorganisme).

10. Pada respirasi aerob energi yang dihasilkan

sebesar 36 ATP pada organisme eukariotik

dan 38 ATP pada organisme prokariotik.

Sementara itu fermentasi menghasilkan

energi sebanyak 20 ATP.

11. Anabolisme adalah peristiwa penyusunan zat

dari senyawa sederhana menjadi senyawa

yang lebih kompleks dan memerlukan se-

jumlah energi.

12. Fotosintesis berlangsung menggunakan

energi dari cahaya matahari yang dikonversi

menjadi energi kimia yang terikat dalam

molekul karbohidrat.

Biologi Kelas XII

Pilihlah salah satu jawaban yang tepat.

1. Enzim dalam jumlah sedikit saja dapat mem-

percepat reaksi beribu-ribu kali lipat, tetapi ia

sendiri tidak ikut bereaksi. Oleh karenanya,

enzim disebut juga sebagai . . . .

a. biokatalisator

d. alosterik

b. koloid

e. termolabil

c. protein

2. Perhatikan gambar di bawah ini.

Pernyataan yang benar mengenai sifat enzim

berdasarkan gambar yaitu . . . .

a. terdiri atas protein

b. menghambat reaksi kimia

c. bekerja satu arah

d. mempercepat reaksi kimia

e. kerja enzim spesifik

3. Inhibitor kompetitif dari suatu senyawa

fermentasi memiliki . . . .

a. struktur yang sama dengan molekul

senyawa produk fermentasi

b. struktur yang sama dengan molekul

senyawa substratnya

c. struktur yang sama dengan gen yang

mengkode senyawa fermentasi

d. kemampuan untuk berhubungan dengan

molekul senyawa fermentasi dan

substratnya

e. kemampuan menghambat enzim

4. Enzim dan hasil kerjanya yang berperan

dalam metabolisme sel yaitu . . . .

a. maltase, pembentukan glukosa

b. katalase, menguraikan peroksida air

c. protease, pembentukan protein

d. lipase, sintesis lemak

e. glukase, pembentukan glukosa

A. Tujuan

Mengetahui sejauh mana manfaat produk

makanan suplemen melalui kajian pustaka.

B. Alat dan Bahan

1. artikel dari berbagai sumber (majalah,

koran, atau internet)

2. buku referensi yang mendukung

3. buku kliping

C. Cara kerja

1. Membuat makalah

a. Kumpulkan beberapa artikel dengan

tema yang sama, misalnya tentang

makanan suplemen untuk mengatasi

kegemukan.

b. Carilah literatur yang mendukung

untuk membahas permasalahan yang

akan dibahas.

c. Buatlah tulisan atau makalah dengan

bahasa Anda sendiri. Gunakan

literatur secukupnya untuk mem-

pertajam ulasan Anda.

2. Membuat kliping

a. Guntinglah beberapa artikel tentang

cara mengatasi permasalahan

gangguan metaboli

sme. Ingat: jangan

lupa mencatat sumber artikel tersebut.

b. Siapkan buku kliping. Tempelkan

potongan artikel dan tuliskan sumber

artikel di bawahnya (nama sumber/

nomor/tanggal penerbitan).

c. Berilah ulasan singkat pada setiap

artikel. Gunakan literatur secukupnya

dalam memberi ulasan.

D. Pelaporan

1. Bentuk laporan berupa makalah atau

kliping, tergantung bentuk tugas yang

diambil.

2. Jika bentuk laporan berupa makalah,

sistematikanya sebagai berikut.

Bab I

Pendahuluan

Bab II Isi

Bab III Kesimpulan dan Saran

Enzim

Substrat

Metabolisme

5. Berikut ini pernyataan pengaruh suhu ter-

hadap enzim.

1) Enzim menjadi nonaktif pada 0°C.

2) Enzim rusak pada suhu > 50°C.

3) Berapa pun suhunya enzim tetap aktif.

4) Enzim hewan berdarah dingin bekerja op-

timum pada suhu 25°C.

5) Semua enzim mempunyai suhu

optimum yang sama.

Pernyataan-pernyataan yang benar ter

dapat

pada nomor . . . .

a. 1), 2), dan 4)

b. 1), 2), dan 3)

c. 3), 4), dan 5)

d. 2), 3), dan 4)

e. 2), 3), dan 5)

6. Peranan enzim katalase sebagai biokatalisator

yang mengubah . . . .

a. C

menjadi CH

OH dan CO

b. C

dan O

menjadi CO

dan H

c. CO

dan H

O menjadi C

dan CO

d. O

dan H

O menjadi H

e. H

menjadi O

dan H

7. Pernyataan yang benar tentang pengaruh pH

terhadap aktivitas enzim pepsin adalah . . .

a. Pepsin hanya dapat bekerja pada pH

asam saja.

b. Pepsin hanya dapat bekerja pada pH biasa.

c. Pepsin tidak terpengaruh oleh pH

lingkungan.

d. Pepsin aktif pada pH netral = 7.

e. Pada pH 4 pepsin tidak aktif.

8. Perhatikan tabel berikut.

Berdasarkan tabel di atas, kesimpulan yang

tepat tentang sifat enzim yaitu . . . .

a. bekerja spesifik/khas

b. sejenis dengan protein

c. bekerja bolak-balik

d. bekerja pada suhu optimum

e. berfungsi sebagai katalisator

9. Penambahan garam alkali sebanyak 2–5%

dalam suatu reaksi yang melibatkan enzim

akan mengakibatkan . . . .

maltosa

maltase

glukosa

amilum

amilase

maltosa

protein

protease

asam amino

lemak

lipase

asam lemak +

gliserol

Enzim

Bentuk yang

Dihasilkan

Substrat

a. enzim mengalami fase istirahat

b. aktivitas enzim meningkat

c. aktivitas enzim menurun

d. tidak mempengaruhi kerja enzim

e. molekul produk bertambah dua kali lipat

10. Kondisi yang menunjukkan bahwa semua

substrat sudah terikat enzim terdapat pada

posisi . . . .

a. A

b. B

c. C

d. D

e. E

11. Perhatikan reaksi enzimatis berikut.

A + B

→

C + D + Energi

Berdasarkan reaksi di atas, maka . . . .

a. reaksi ini bersifat eksergonik

b. enzim tidak dapat mempercepat reaksi

c. ATP tidak diperlukan di dalam reaksi ini

d. A dan B adalah reaktan, C dan D adalah

produk

e. A dan B membutuhkan energi untuk

menghasilkan C dan D

12. Jika kita ingin menambah jumlah produk per

unit waktu pada reaksi enzimatiks, jangan

menambah . . . .

a. jumlah substrat

b. jumlah enzim

c. suhu

d. pH

e. semua jawaban benar

13. Pernyataan-pernyataan mengenai respirasi

berikut ini yang benar yaitu . . .

a. Oksigen berperan sebagai penerima

elektron terakhir.

b. Peran oksigen tidak dapat digantikan oleh

zat lain.

c. Dapat dilakukan oleh organisme tingkat

tinggi.

d. Menghasilkan asam laktat.

e. Sebagian besar terjadi di dalam

mitokondria.

Biologi Kelas XII

14. Pembebasan air pada glikolisis berasal dari . . . .

a. glukosa

d. sitrat

b. piruvat

e. oksaloasetat

c. 2 fosfogliserat

15. Sebelum siklus asam sitrat, asam piruvat yang

diproduksi pada glikolisis pertama kali

dikonversi menjadi . . . .

a. koenzim A

b. asam sitrat

c. etanol

d. asetil koenzim A

e. asam oksalat

16. Respirasi sel berlangsung melalui glikolisis.

Glikolisis adalah . . . .

a. fermentasi asam piruvat menjadi etanol

dan CO

b. oksidasi asam piruvat menjadi CO

dan

c. produksi asam piruvat dari glukosa

d. pengubahan glikolisis menjadi glukosa

e. perombakan asam amino menjadi asam

laktat

17. Tiga hasil terpenting dari peristiwa glikolisis

pada proses respirasi yaitu . . . .

a. asam laktat, asam amino, dan ATP

b. asam laktat, asam piruvat, dan ATP

c. asam laktat, NADH, dan glukosa

d. asam piruvat, glukosa, dan ATP

e. asam piruvat, NADH, dan ATP

18. Tahap respirasi yang paling banyak meng-

hasilkan ATP yaitu . . . .

a. glikolisis

b. siklus Krebs

c. dekarboksilasi oksidatif

d. fosforilasi oksidatif

e. transpor elektron

19. Pernyataan yang paling tepat tentang proses

yang terjadi pada respirasi aerob yaitu . . . .

20. Prekursor dari siklus Krebs yang berasal dari

asam piruvat yaitu . . . .

a. oksaloasetat

b. asam-

-ketoglutarat

c. asetil Co-A

d. suksinil Co-A

e. asam suksinat

21. Produk samping respirasi pada tumbuhan

dibuang keluar melalui . . . .

a. kutikula

b. epidermis

c. endodermis

d. parenkim

e. stomata

22. Pada proses respirasi aerob, sebagai akseptor

terakhir H

yaitu . . . .

a. CO

b. H

c. H

d. O

e. CH

23. Tempat terjadinya dan jumlah ATP yang

dihasilkan dari sistem transpor elektron berikut

ini yang benar yaitu . . . .

a. mitokondria dengan 24 ATP

b. mitokondria dengan 4 ATP

c. mitokondria dengan 34 ATP

d. sitoplasma dengan 30 ATP

e. nukleus dengan 34 ATP

24. Asam piruvat untuk memasuki siklus Krebs

dari proses glikolisis terlebih dahulu mem-

bentuk . . . .

a. asetil Co-A

b. suksinil Co-A

c. asam-

-ketoglutarat

d. asam oksaloasetat

e. asam suksinat

25. Setelah berolahraga tubuh terasa pegal-pegal.

Hal ini terjadi akibat . . . .

a. fermentasi asam piruvat menjadi alkohol

b. berkurangnya persediaan glukosa dalam

darah

c. fermentasi asam piruvat menjadi asam

laktat

d. terurainya asam laktat menjadi CO

dan

e. melemahnya oksidasi dalam sel otot

Tahap

Tempat

Hasil

Glikolisis

sitosol

2 ATP

Siklus Krebs

mitokondria

4 ATP

Glikolisis

mitokondria

4 ATP

Siklus Krebs

mitokondria

2 ATP

Glikolisis

sitosol

2 ATP

Siklus Krebs

mitokondria

2 ATP

Siklus Krebs

mitokondria

4 ATP

Transpor elektron mi

tokondria

34 ATP

Siklus Krebs

sitosol

2 ATP

Transpor elektron mi

tokondria

34 ATP

Metabolisme

26. Perbedaan fermentasi asam laktat dan

fermentasi alkohol berdasarkan . . . .

a. jenis organisme

b. energi yang dihasilkan

c. jumlah ATP yang terbentuk

d. ketersediaan O

e. hasil akhir

27. Di antara peristiwa berikut yang benar

mengenai reaksi transisi . . . .

a. menghubungkan glikolisis menuju siklus

Krebs

b. menghasilkan CO

c. menggunakan NAD

d. menghasilkan gugus asetil

e. semua jawaban benar

28. Kontribusi elektron terbesar dalam sistem

transpor elektron berasal dari . . . .

a. oksigen

d. reaksi transisi

b. glikolisis

e. fermentasi

c. siklus Krebs

29. Di antara hal-hal berikut y

ang benar mengenai

fermentasi yaitu . . . .

a. hasil akhir hanya 4 ATP

b. terjadi di mitokondria

c. NADH membentuk senyawa 6C

d. dimulai dengan glukosa

e. dilakukan oleh organisme tingkat tinggi

30. Asam lemak dipecah menjadi . . . .

a. molekul piruvat yang memberikan elektron

menuju sistem transpor elektron

b. gugus asetil yang masuk ke siklus Krebs

c. asam amino yang menghasilkan amonia

d. gliserol yang ditemukan di dalam lemak

e. semua jawaban benar

31. Hasil dari reaksi terang yang digunakan dalam

reaksi pembentukan glukosa pada proses

fotosintesis yaitu . . . .

a. ATP dan NADPH

b. ATP dan RuBP

c. RuBP dan APG

d. APG dan NADH

e. RuBP dan NADPH

32. Fotosintesis diawali dengan terjadinya . . . .

a. terurainya klorofil

b. fiksasi O

c. teraktivasinya klorofil

d. penguraian air

e. pembentukan ALPG

33. Tahapan-tahapan reaksi kimia pada

fotosintesis yaitu . . . .

a. fotolisis–fiksasi CO

–PGA–glukosa–

PGAL

b. fotolisis–fiksasi CO

–PGAL–PGA–

glukosa

c. fotolisis–fiksasi CO

–PGA–PGAL–

glukosa

d. PGA–PGAL–fotolisis–fiksasi CO

–

glukosa

e. PGA–PGAL–fiksasi CO

–fotolisis–

glukosa

34. Pembentukan O

pada proses fotosintesis

terjadi pada tahapan . . . .

a. reaksi terang

b. reaksi gelap

c. siklus Calvin

d. fotosistem I

e. fotosistem II

35. Perhatikan reaksi proses kemosintesis berikut

ini.

2S + 3O

+ 2H

→

+ energi

Reaksi ini berlangsung karena kemampuan

bakteri mengadakan kemosintesis. Bakteri

tersebut dinamakan . . . .

Nitrobacter

Nitrococcus

Lactobacillus

Thiobacillus

Acetobacter

36. Perbedaan antara fotosintesis dan kemosintesis

terletak pada . . . .

a. sumber energi dan zat yang dihasilkan

b. sumber energi dan sumber karbon

c. waktu berlangsung dan penggunaan

cahaya

d. sumber energi dan organisme yang

melakukannya

e. organisme dan bahan yang diperlukan

37. Akseptor elektron terakhir selama jalur

elektron nonsiklik pada reaksi terang yaitu

. . . .

a. PS I

b. PS II

c. ATP

d. NADP

e. air

Biologi Kelas XII

38. Sebuah fotosistem mengandung . . . .

a. pigmen-pigmen pusat reaksi dan akseptor

elektron

b. ADP, P, dan ion hidrogen (H

)

c. proton, foton, dan pigmen

d. hanya sitokrom

e. jawaban b dan c benar

39. Faktor-faktor di bawah ini yang tidak ber-

hubungan dengan sistem transpor elektron

yaitu . . . .

a. kloroplas

b. sitokrom

c. perpindahan H

ke dalam ruang tilakoid

d. pembentukan ATP

e. penyerapan energi cahaya

40. NADPH dan ATP dari reaksi terang diguna-

kan untuk . . . .

a. menguraikan air

b. menyebabkan RuBP menangkap CO

c. membentuk fotosistem kembali

d. menyebabkan elektron berpindah sesuai

jalurnya

e. konversi PGA menjadi PGAL

Jawablah soal-soal berikut.

1. Jelaskan perbedaan anabolisme dengan

katabolisme.

2. Bagaimana suhu dapat mempengaruhi

aktivitas enzim?

3. Bagaimana asam piruvat dapat masuk siklus

Krebs?

4. Berapa jumlah energi yang dihasilkan dari

oksidasi NADH

dan FADH

dalam sistem

transpor elektron?

5. Jelaskan mengenai fotosistem.

6. Jelaskan perbedaan kemosintesis dengan

fotosintesis.

7. Jelaskan proses fosforilasi siklik dan nonsiklik

pada reaksi terang.

8. a. Apakah fotorespirasi itu?

b. Mengapa fotorespirasi menurunkan

efisiensi fotosintesis pada tanaman C

9. Bagaimana proses fermentasi terjadi di dalam

sel otot? Jelaskan.

10. Jelaskan hubungan antara fotosintesis dan

respirasi yang terjadi pada tumbuhan.

Berpikir kritis

Wati mencoba resep kue donat yang baru

dibeli dari toko roti. Wati bersama adiknya mulai

membuat adonan kue donat. Setelah adonan

selesai dibuat, Wati memberi penutup dan mem-

biarkannya selama 1 jam sesuai petunjuk pem-

buatan. Berbeda halnya dengan adik Wati. Ia

mengambil adonan yang mereka buat dan

membiarkannya di udara terbuka. Ternyata adonan

itu tidak mengembang. Wati mencoba mencari

tahu penyebabnya dengan meneliti setiap bungkus

bahan adonan itu. Namun, ia tidak mendapat

petunjuk apa pun. Coba bantulah Wati menjawab

teka-teki itu. Jelaskan pula proses mengembang-

nya adonan kue donat tersebut.

Metabolisme

Pelajari kembali

Jawaban betul

≥

60%

Jawaban betul

60%

Jawablah beberapa pertanyaan berikut.

1. Apa maksud metabolisme

2. Apakah enzim itu?

3. Bagaimana metabolisme berlangsung?

iologi

elas

XII

. Perhatikan

gambar

berikut.

Peristiwa

pada

gambar

atas

dipengaruhi

oleh

aktivitas

hormon

a. auksin

d. asam

absisat

b. sitokinin e. gas

etilen

c. giberelin

. Perhatikan

faktor-faktor

eksternal

(

lingkungan

)

yang

mempengaruhi

pertumbuhan

berikut.

1) S

uhu

Cahaya

Air

dan

mineral

Ketersediaan

oksigen

aktor

lingkungan

yang

merupakan

bahan

utama

berlangsungnya

fotosintesis

di-

tunjukkan

pada

nomor

dan

saja

dan

ebelum

melakukan

percobaan,

sebaiknya

membuat

. rancangan

percobaan

b. kesimpulan

percobaan

c. perkiraan

hasil

percobaan

d. analisis

data

e. laporan

percobaan

aktor-faktor

yang

diukur

untuk

mengetahui

pertumbuhan

adalah

a. tinggi

batang

dan

warna

daun

b. warna

batang

dan

panjang

daun

c. panjang

akar

dan

tinggi

batang

d. berat

tumbuhan

dan

keadaan

akar

warna

daun

dan

warna

batang

ilihlah

salah

satu

awaban

yang

tepat

. Perhatikan

grafik

berikut.

Berdasarkan

grafik

atas,

fase

yang

di-

tunjukkan

oleh

huruf

(

)

merupakan

fase

a. pertumbuhan

secara

lambat

b. perlambatan

c. pertumbuhan

mencapai

maksimum

d. pertumbuhan

terhenti

e. stasioner

. Berdasarkan

tabel

hormon

beserta

fungsinya

berikut,

hormon

asam

absisat

ditunjukkan

pada

Parameter

pertumbuhan

(

)(

) (

)(

)

Waktu

Hormon

Fungsi

•M

empercepat

pemasakan

buah

•

Pengguguran

bunga

•M

enyebabkan

tanaman

ber-

bunga

sebelum

waktunya

•M

enyebabkan

tanaman

tumbuh

tinggi

•M

erangsang

pertumbuhan

akar

•M

empercepat

pelebaran

daun

•M

embantu

perkecambahan

biji

•

Pembentangan

sel

•

Pembelahan

sel

•M

erangsang

pembentukan

buah

dan

bunga

•M

engurangi

kecepatan

pem-

belahan

•M

enyebabkan

dormansi

Auksin

seimbang

Pemanjangan

seimbang

unas

tumbuh

lurus

atihan

langan

lok

etabolisme

terbagi

menjadi

dua,

yaitu

Anabolisme

dan

Katabolisme.

Katabolisme

disebut

juga

a. asimilasi

b. disimilasi

c. sintesis

d. biosintesis

e. fotosintesis

. Perhatikan

gambar

berikut.

enurut

jenisnya,

inhibitor

pada

gambar

atas

termasuk

inhibitor

a. kompetitif

b. nonkompetitif

c. umpa

balik

d. tidak

reversibel

e. alosterik

. Perhatikan

grafik

berikut.

Berdasarkan

grafik

hubungan

antara

temperatur

dengan

kecepatan

reaksi

atas,

jika

berada

pada

lingkungan

dengan

suhu

tersebut

akan

mengalami

ber-

ada

dalam

kondisi

. ionisasi

b. denaturasi

c. mutarotasi

d. kristalisasi

e. hidrolisis

.Perhatikan

gambar

berikut.

eaksi

transisi

dan

siklus

krebs

terjadi

pada

bagian

a. A

b. B

c. C

d. D

.Jumlah

yang

dihasilkan

pada

saat

glikolisis

jika

tumbuhan

dalam

keadaan

stres

maupun

sedang

aktif

tumbuh

yaitu

eaksi

pembentukan

asetil

Co-A

sering

disebut

reaksi

transisi

karena

menghubungkan

glikolisis

dengan

daur

krebs.

b. berlangsung

dalam

matriks

mitokondria

c. berlangsung

dalam

mitosol

d. asam

asetil

)

dikonversi

menjadi

asam

pirurat

e. terjadi

penggabungan

dengan

Co-en

.Pada

oksidasi

aerob,

oksigen

berperan

se-

bagai

katalisator

b. donor

elektron

akhir

c. penerima

elektron

akhir

d. mengubah

energi

e. sumber

energi

Penghambat

ubstrat

isi

alosterik

idak

menghasilkan

produk

Penghambat

ubstrat

ABCD

Kecepatan

reaksi

(

produk

per

unit

waktu

)

emperatur

iologi

elas

XII

Berdasar

skema

reaksi

tersebut

berupa

a. asetil

co-A

b. asam

laktat

c. asam

-ketoglutarat

d. asam

pirurat

e. oksaloasetat

.Pada

proses

fermentasi

alkohol,

asetaldehid

direduksi

menjadi

a. etil

alkohol

b. metil

alkohol

c. pirurat

e. A

ikoorganisme

yang

memiliki

untuk

mendekarboksilasi

piruvat

menjadi

asetal

dehid

yaitu

opus

east

actobacillus

itrosomonas

itrosobacter

Perhatikan

reaksi

berikut.

eaksi

atas

dapat

terjadi

jika

diganti

dengan

b. C

d. Cahaya

e. karbohidrat

.Pigmen

yang

berfungsi

menyerap

energi

cahaya

terdapat

dalam

a. membran

luar

kloroplas

b. membran

dalam

kloroplas

c. matriks

fluida

d. cairan

yang

disebut

stroma

e. kantung-kantung

yang

disebut

tilakoid

.Pusat

reaksi

pada

fotosistem

terdapat

pada

a. P

700

b. P

680

kloro

d. kompleks

antena

e. penerima

elektron

.Perhatikan

gambar

berikut.

iksasi

siklus

Calvin

pada

gambar

atas

terjadi

pada

tanaman

a. tebu

b. nanas

c. padi

d. pisang

e. kaktus

awablah

soal

berikut

ebutkan

hormon-hormon

yang

mem-

pengaruhi

pertumbuhan

pada

tumbuhan.

ebutkan

faktor-faktor

lingkungan

yang

mem-

pengaruhi

pertumbuhan

pada

tumbuhan.

.Apakah

makroelemen

dan

mikroelemen

itu

.Bagaimana

cara

untuk

merumuskan

suatu

masalah

dalam

metode

ilmiah

ebutkan

bagian-bagian

yang

terdapat

dalam

susunan

laporan

penelitian.

Glukosa

ADP

2 N

2 L

aktat

eduksi

+ 6H

+ 6O

Klorofil

iklus

Calvin

PGA

iksasi

pada

tanaman

alam

iang

atihan

langan

lok

ebutkan

dan

jelaskan

teori

yang

menjelaskan

laporan

penelitian.

ebutkan

sifat-sifat

im.

.Apa

sebabnya

respirasi

anaerob

hanya

dapat

dilakukan

oleh

mikroorganisme

.Jelaskan

perbedaan

respirasi

anaerob

dan

fermentasi.

.Apa

perbedaan

katabolisme

dan

anabolisme

.Pada

percobaan

mengamati

pengaruh

intensitas

cahaya

terhadap

kecepatan

fotosintesis

pada

gambar

berikut,

apa

yang

menyebabkan

timbulnya

gelembung-

gelembung

dalam

tabung

reaksi

ydrilla

erticillata

abung

reaksi

Gelas

piala

Corong

kaca

.Apa

yang

dimaksud

dengan

reaksi

terang

dan

reaksi

gelap

pada

proses

fotosintesis

ebutkan

bagian-bagian

yang

terdapat

dalam

suatu

fotosistem.

.Apakah

maksud

dari

fosforilasi

.Bagaimana

cara

menghindari

kelebihan

gula

dalam

makanan

untuk

penderita

iabetes

mellitus