Metabolisme

METABOLISME Salah satu ciri makhluk hidup ataupun sel hidup adalah melakukan metabolisme (pertukaran zat), yakni seluruh proses perubahan reaksi kimia beserta perubahan energi yang menyertai perubahan reaksi kimia tersebut. Semua kegiatan hidup yang terdapat dalam sel tidak dapat dipisahkan dengan reaksi kimia. Pertumbuhan, perkembangan, sekresi, ekskresi, dan kegiatan hidup lainnya merupakan proses reaksi kimia. Namun secara garis besarnya, perubahan reaksi kimia atau metabolisme dalam sel dapat dibedakan menjadi dua, yaitu anabolisme atau reaksi penyusunan atau sintesis dan katabolisme atau pembongkaran atau pemecahan. Untuk berlangsungnya proses anabolisme dan katabolisme diperlukan berbagai molekul zat sebagai bahan reaksi kimia, dan energi untuk mendukung berlangsungnya reaksi kimia serta molekul zat yang berfungsi sebagai pengaktif reaksi, yaitu enzim. A. ANABOLISME DAN KATABOLISME Anabolisme adalah penyusunan senyawa kimia sederhana menjadi senyawa kirnia atau molekul kompleks. Pada peristiwa ini diperlukan energi dari luar. Energi tersebut selanjutnya digunakan untuk mengikatkan senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan di dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa atau materi kompleks yang baru terbentuk. Energi yang digunakan dalam anabolisme dapat berupa energi cahaya atau energi kimia. Anabolisme yang menggunakan cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis. Senyawa kompleks yang disintesis organisme tersebut adalah senyawa organik atau senyawa hidrokarbon. Organisme yang dapat menyusun senyawa organik yang diperlukan disebut autotrof. Kalau dalam menyintesis senyawa organik tersebut menggunakan energi cahaya, disebut fotoautotrof. Apabila dalam menyintesis 'senyawa organik tersebut memerlukan energi kimia disebut kemoautotrof. Katabolisme adalah reaksi pemecahan atau penguraian senyawa kimia kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi sefiyawa kimia yang lebih sederhana dan mengandung energi lebih rendah. Pada waktu terjadi pemecahan ini, energi kimia yang terikat akan lepas, sehingga reaksi katabolisme membebaskan energi. Contoh reaksi katabolisme antara lain pengubahan glukosa menjadi CO2 dan H2O dalam respirasi aerob yang berlangsung di dalam sel. Dalam pemecahan glukosa tersebut diperlukan oksigen dan dibebaskan sejumlah energi. Energi inilah yang selanjutnya akan digunakan untuk berbagai aktivitas kehidupan. Berdasarkan uraian tersebut dapat disimpulkan bahwa pada reaksi anabolisme terjadi penyimpanan energi. Jadi anabolisme merupakan reaksi endergonik, yakni reaksi yang memerlukan energi. Jika reaksinya memerlukan energi dalam bentuk panas maka reaksinya disebut! reaksi endoterm. Sebaliknya katabolisme merupakan reaksi yang membebaskan energi, sehingga reaksinya bersifat eksorgenik. Jika dalam reaksi tersebut membebaskan energi berupa panas maka disebut reaksi eksoterm.

B. TRANSFORMASI ENERGI DALAM METABOLISME Seluruh reaksi kimia dalam kehidupan hanya dapat berlangsung jika didukung energi yang cukup. Sumber energi kimia dalam kehidupan tersebut adalah suatu senyawa organik berenergi tinggi yang dikenal dengan ATP (Adenosin Trifosfat). ATP adalah senyawa organik yang merupakan sumber langsung untuk energi bagi semua kegiatan metabolisme dalam sel. Energi yang terikat di dalam ATP tersebut berasal dari energi yang dibebaskan dalam pemecahan senyawa organik dalam sel, yaitu dalam proses respirasi. Sedangkan energi yang terikat dalam senyawa organik bahan respirasi hakikatnya merupakan energi kimia yang dibentuk dalam proses fotosintesis. Pada proses fotosintesis ini energinya berasal dari energi cahaya matahari. Energi cahaya matahari merupakan sumber energi primer bagi semua kehidupan. Untuk dapat sampai dan digunakan oleh sel-sel atau kehidupan, akan mengalami tiga tahap transformasi. Pertama, energi radiasi sinar matahari ditangkap oleh klorofil tumbuhan hijau. Melalui proses fotosintesis, energi ini digunakan untuk mengikat CO2 dan H2O menjadi karbohidrat. Jadi dalam proses ini terjadi transformasi dari energi cahaya yang berupa energi kinetik menjadi energi kimia yang merupakan energi potensial. Energi kimia ini disimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia senyawa organik hasil fotosintesis, yaitu karbohidrat dan senyawa-senyawa organik lainnya. Kedua, energi kimia yang tersimpan dalam karbohidrat dan senyawa organik lainnya akan dipecah melalui proses respirasi di dalam sel organisme. Dari proses respirasi ini akan dibebaskan sejumlah energi, yang selanjutnya akan digunakan untuk membentuk senyawa dengan ikatan fosfat yang mengandung energi tinggi. Transformasi energi kedua ini berlangsung di dalam mitokondria. Ketiga, energi yang terdapat di dalam ikatan fosfat akan keluar saat akan digunakan oleh sel untuk berbagai aktivitas kehidupan, seperti untuk kontraksi otot, penghantaran impuls saraf, serta kerja kimia lain seperti sintesis senyawa-senyawa lain di dalam sel. C. MOLEKUL YANG TERLI.-BAT DALAM METABOLISME Metabolisme merupakan suatu totalitas proses kimia yang berlangsung di dalam sel. Proses tersebut hanya dapat berlangsung jika terdapat materi atau zat yang bereaksi dan didukung energi proses metabolisme tersebut. Di samping dua komponen tersebut, masih ada lagi molekul yang mutlak diperlukan agar metabolisme berlangsung. Molekul tersebut adalah ATP dan enzim. 1. ATP ATP adalah molekul nukleotida berenergi tinggi yang tersusun atas gula pentosa, basa nitrogen adenina dan mengikat tiga gugus fosfat yang disebut trifosfat. Kandungan energi tinggi ini terdapat ada ikatan antara gugus fosfat 1 dan 2 serta gugus fosfat 2 dan 3. Jika terjadi reaksi hidrolisis terhadap ikatan fosfat tersebut akan dibebaskan banyak energi. Rumus bangun ATP tampak seperti pada Gambar 3.1. 2. Enzim Enzim adalah senyawa organik yang tersusun atas protein yang dalam peristiwa metabolisme bertindak sebagai biokatalisator, artinya zat yang mampu mempercepat reaksi kimia tetapi zat itu sendiri tidak ikut bereaksi. Adanya enzim tersebut, akan menurunkan jumlah energi yang diperlukan dalam suatu reaksi kimia.

a. Komponen Enzim Penyusun enzim yang utama adalah mt lekul protein. Namun demikian, banyak enzim yang tidak mampu bekerja tanpa adanya zat tambahan yang disebut kofaktor. Kofaktor ini dapat berupa ion metal seperti Cu'+ Mg+' K', Fe+', dan Na`. Kofaktor dapat pula berupa suatu molekul organik yang disebut koenzim. Koenzim adalah molekul yang mempunyai peranan yang terkait dengan sifat katalisasi enzim. Beberapa jenis vitamin seperti kelompok vitamin B (B1, B2) merupakan koenzim. Jadi enzim yang utuh tersusun atas bagian protein yang aktif, disebut apoenzim dan koenzim. Apoenzim dan koenzim yang bersatu disebut holoenzim. b. Kerja Enzim Suatu enzim dapat bekerja aktif menghidrolisis suatu substrat apabila ada ikatan antara substrat dengan enzim. Mula-mula bagian aktif enzim (apoenzim) berikatan dengan substrat, sehingga terbentuk enzim substrat. Setelah terbentuk ikatan maka bagian yang aktif akan menghidrolisis substrat. Setelah terbentuk zat baru, enzim akan melepaskan diri dari substrat tersebut. Jika bagian yang aktif dari enzim ditempeli oleh zat tertentu, misalnya zat basil penguraian enzim tadi, maka enzim tersebut tidak akan dapat aktif lagi. Zat yang menghambat kerja enzim ini disebut zat inhibitor. Perhatikan Gambar 3.5! c. Sifat-Sifat Enzim Sebagai molekul zat yang mempunyai peranan besar dalam metabolisme, enzim memiliki beberapa sifat penting, di antaranya adalah: 1) Enzim berfungsi sebagai katalisator, artinya sebagai zat yang mampu mempercepat reaksi kimia, tetapi enzim tidak ikut bereaksi. Dengan demikian, enzim tidak diperlukan dalam jumlah yang banyak. Dalam jumlah sedikit saja enzim telah menyelenggarakan suatu perubahan zat yang beribu-ribu kali lebih berat daripada berat molekulnya sendiri. Sebagai contoh sebuah molekul enzim katalase mampu mengubah 5 juta molekul H2O2 tanpa enzim itu mengalami perubahan. 2) Enzim adalah suatu protein, ini terbukti karena enzim di dalam larutan membentuk suatu koloid. Keadaan ini akan memungkinkan luasnya permukaan enzim sehingga bidang aktivitasnya juga besar. 3) Kerja enzim bersifat khusus/khas, artinya bahwa enzim tidak dapat bekerja pada semua zat, tetapi hanya mampu bekerja pada zat tertentu yang disebut sebagai substrat. Misalnya enzim katalase hanya mampu menghidrolisis H2O2 menjadi H2O + O2. Enzim maltase hanya mampu menguraikan maltosa menjadi glukosa + glukosa, enzim protease hanya mampu mengubah protein menjadi asam amino. Di samping itu, suatu jenis enzim hanya dapat mengubah segolongan zat-zat yang mempunyai ikatan yang bersamaan. Misalnya enzim emulsin hanya dapat mengubah semua ikatan betaglikosida. 4) Kerja enzim dapat bolak-balik, artinya enzim tidak menentukan arah dari reaksi tetapi hanya sekadar mempercepat laju reaksi, sehingga reaksi mencapai keseimbangan. Sebagai contoh adalah kerja enzim lipase. Enzim ini dapat mengubah lemak menjadi asam lemak dan gliserol, tetapi lipase juga mampu menyatukan gliserol dan asam lemak menjadi lemak. Dengan kata lain jika dalam permulaannya larutan

menggunakan lemak maka akan terjadi penguraian lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Jika permulaannya adalah asam lemak dan gliserol maka enzim akan menyintesisnya menjadi lemak. Jika peristiwanya berlangsung lama maka dalam larutan akan terjadi keseimbangan antara lemak, asam lemak, dan gliserol. 5) Enzim tidak tahan panas. Aktivitas enzim sangat dipengaruhi oleh temperatur lingkungan dalam sel. Kebanyakan enzim akan aktif pada kisaran ternperatur tertentu. Umumnya enzim akan bekerja baik pada suhu normal, yaitu antara 30°C sampai 37°C, sedangkan pada suhu 50°C atau lebih sedikit enzim akan menjadi tidak aktif dan akan binasa pada suhu 60°C dan 70°C. d. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim Banyak faktor yang mempengaruhi kerja enzim, di antaranya adalah: 1) Temperatur Seperti halnya reaksi kimia pada umumnya, reaksi kimia yang dikendalikan oleh enzim juga dipengaruhi oleh temperatur lingkungannya. Dalam batas-batas tertentu, makin tinggi suhu akan mengakibatkan reaksi kimia yang dipengaruhi enzim berlangsung makin cepat, sebaliknya semakin rendah temperatur reaksinya akan makin lambat. Pada suhu 0°C enzim tidak akan aktif, tetapi tidak rusak. Jika temperaturnya dikembalikan ke kondisi normal maka enzim akan aktif kembali. Sebaliknya dengan pemanasan hingga 40°C, enzim sudah tidak aktif bahkan beberapa jenis enzim sudah mati, tetapi reaksi kimia yang diatur enzim masih tetap berlangsung, asal pemanasannya tidak terlalu lama. 2) Pengaruh pH Ko'hsentrasi ion H' atau pH larutan sangat mempengaruhi aktivitas enzim, Ada enzim yang bekerja baik pada lingkungan asam, atau pH-nya rendah. Jika pH lingkungannya dinaikkan maka aktivitasnya akan menurun atau bahkan enzim itu akan rusak. Sebaliknya enzim yang aktivitasnya baik pada lingkungan basa atau netral, jika pH diturunkan menjadi lebih asam maka enzim juga tidak akan mampu bekerja. Sebagai contoh enzim ptialin yang terdapat pada air liur hanya mampu bekerja baik selama masih berada pada lingkungan netral, yaitu di rongga mulut hingga kerongkongan. Setelah enzim ini bersama makanan masuk ke dalam lam-bung, lingkungannya bersifat asam maka enzim ini tidak akan mampu bekerja. 3) Pengaruh konsentrasi enzim Jika faktor lain seperti temperatur lingkungan, kadar substrat dan pH-nya konstan maka pengaruh konsentrasi enzim terhadap kecepatan reaksi kimia adalah berbanding lurus, artinya makin tinggi konsentrasi enzim, makin cepat reaksi kimia berlangsung. 4) Pengaruh hasil akhir Kecepatan reaksi kimia yang disokong oleh enzim pada permulaannya cepat, tetapi makin lama makin melemah. Penurunan kecepatan reaksi ini antara lain disebabkan oleh makin menimbunnya basil reaksi kimia yang berlangsung. Jika basil akhir ini dapat disingkirkan maka kegiatan reaksi kimia akan meningkat kembali. Dengan demikian, jelas bahwa hakikat basil akhir dari suatu reaksi kimia yang disokong oleh enzim akan menghambat aktivitas enzim itu sendiri. 5) Pengaruh zat penggiat Ada beberapa jenis zat seperti ion kobalt, mangan, nikel, magnesium, klor, dan garam-garam dari logam alkali tanah yang encer dapat menambah kegiatan suatu

enzim atau suatu kelompok enzim. Mekanisme kerja zat penggiat tersebut hingga kini belum diketahui. 6) Pengaruh zat penghambat Di samping ada zat penggiat ada pula zat penghambat kegiatan enzim, misalnya garam-garam dari logam berat, seperti air raksa. 7) Pengaruh konsentrasi substrat Ada hubungan linear antara konsentrasi substrat dengan kegiatan enzim. Artinya jika faktor-faktor seperti pH, temperatur dan kadar enzim tetap, dan konsentrasi substratnya ditingkatkan maka pada suatu ketika basil akhir dari suatu reaksi kimia juga akan meningkat. D. RESPIRASI Respirasi atau pernapasan merupakan salah satu contoh proses katabolisme, yakni suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Zat sumber energi dalam tubuh organisme terdiri atas zat-zat organik seperti karbohidrat, lemak, protein, asam amino, dan lain-lain. Dui proses kimia yang memerlukan oksigen tersebut, zat-zat organik diuraikan menjadi karbon dioksida (CO2) dan air (H20) dengan membebaskan sejumlah energi yang akan digunakan untuk berbagai aktivitas kehidupan. Persamaan reaksi kimia respirasi merupakan penjumlahan rangkaian reaksi kimia, dan merupakan kebalikan dari reaksi kimia fotosintesis. Kalau zat sumber energinya adalah glukosa maka reaksi kimia respirasi teabut dapat disederhanakan sebagai berikut : Sebenarnya proses reaksi kimia penguraian zat sumber energi menjadi CO2 dan H2O serta pembebasan sejumlah energi tersebut merupakan rangkaian proses reaksi yang kompleks. Reaksi yang kompleks tersebut melalui rentetan reaksi kimia, yang secara sederhana dapat dibedakan menjadi tiga tahap, yakni : a. Glikosis; b. Daur krebs; c. Transpor elektron respirasi 1. Glikolisis Pada prinsipnya peristiwa glikolisis adalah pengubahan molekul sumber energi yaitu glukosa yang mempunyai 6 atom C menjadi senyawa yang lebih sederhana, yakni asam piruvat yang mempunyai 3 atom C. Peristiwa .glikolisis amat panjang, yaitu terdiri atas 10 tahap seperti tampak pada Gambar 3.6. Secara sederhana proses glikolisis yaitu sebagai berikut. 1) Langkah awal dari glikolisis adalah pemindahan gugus fosfat dari ATP ke atom karbon nomor 6 dari glukosa, sehingga terbentuk senyawa glukosa 6 fosfat. Senyawa ini memperoleh energi bebas yang dilepaskan oleh pelepasan gugus fosfat dari ATP. 2) Langkah selanjutnya, glukosa 6 fosfat dikatalisis oleh enzim menjadi senyawa fruktosa 6 fosfat. ATP lainnya memindahkan gugus P kedua kalinya kepada atom karbon nomor 1, sehingga dihasilkan senyawa fruktosa 1.6 difosfat. Penambahan gugus fosfat pada senyawa fruktosa 6 fosfat berarti menambah kandungan energinya. 3) Langkah glikolisis selanjutnya adalah pemecahan secara enzimatik dari fruktosa 1.6 difosfat menjadi 2 senyawa beratom C tiga buah, yaitu dihidrosiaseton fosfat dan 3fosfogliseraldehida atau PGAL.

4) Melalui liku-liku reaksi kimia yang panjang, akhirnya dihasilkan tiga senyawa penting yaitu: a) 2 molekul asam piruvat; b) 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi; dan c) 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa. Sebenarnya dalam glikolisis ini, setiap molekul glukosa akan menghasilkan empat molekul ATP, tetapi dua molekul yang terbentuk digunakan untuk beberapa reaksi kimia yang bersifat endergonik. 2. Daur Krebs Daur Krebs ini dikenal pula sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat. Peristiwa ini berlangsung di dalam mitokondria. Dua proses yang menentukan dalam respirasi ini yaitu sebagai berikut. 1) Oksidasi sempurna dari asam piruvat melalui pemisahan bertahap dari semua atom hidrogen sehingga menghasilkan 3 molekul CO2! 2) Pemindahan elektron yang dipisahkan dari atom hidrogen kepada molekul oksigen. Secara keseluruhan rangkaian langkah reaksi kimia daur krebs yang berlangsung di dalam mitokondria. Dapat disimpulkan bahwa rangkaian peristiwa reaksi kimia yang terjadi pada daur krebs yaitu sebagai berikut. 1) Asam piruvat hasil peristiwa glikolisis masuk ke siklus krebs. Sebelumnya asam piruvat bereaksi lebih dulu dengan Nikotinamin Adenina Dinukleotida (NAD)` dan Koenzim A (Ko-A) membentuk senyawa Asetil Koenzim A. Dalam peristiwa ini terjadi perubahan jumlah atom C dari 3 atom C pada asam piruvat menjadi 2 atom C pada asetil Ko-A, serta dibebaskan CO2. 2) Reaksi antara asetil Ko-A (2 C) dengan asam oksaloasetat (4 C), menghasilkan asam sitrat (6 C). Dalam peristiwa ini Ko-A dibebaskan kembali. 3) Reaksi antara asam sitrat (6 C) dengan NAD' membentuk asam alfa ketoglutarat (6 C) dengan membebaskan CO2. 4) Rangkaian reaksi yang cukup kompleks, yakni pembentukan asam suksinat (4 C) setelah bereaksi dengan NAD dan membebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP, setelah bereaksinya ADP dan gugus fosfat anorganik. 5) Terjadi oksidasi asam suksinat menjadi asam fumarat. Dalam peristiwa ini dibebaskan 2 atom H. Zat yang mengoksidasi adalah suatu koenzim yang disebut FAD (flavin adenina dinukleotida). Sedangkan FAD direduksi menjadi FAD.H2. 6) Dengan penyisipan satu molekul air, asam fumarat yang terbentuk akan diubah menjadi asam malat. 7) Selanjutnya asam malat (4 C) bereaksi denan NAD+ membentuk asam oksaloasetiat (4 C). Dengan demikian siklus krebs telah tuntas. Pada daur krebs ini ada beberapa prinsip penting yaitu: a. hakikatnya dalam setiap siklus ditempatkan satu molekul asam asetat dalalrL bentuk asetil Ko-A; b. pada waktu siklus itu berputar terjadi penambahan dua molekul air;

c. terjadi dua dekarboksilasi dan pada tempat kejadian yang berlainan dipisahkan dua atom H. Hidrogen tersebut dipisahkan dari NAD`. Selanjutnya hidrogen tersebut diikat oleh O2 sehingga terbentuk air. Dengan demikian asam asetat teroksidasi sempurna menjadi CO2 + H2O 3. Rantai Transportasi Elektron Respirasi Transpor elektron berlangsung di dalam mitrokondria. Proses ini berakhir dengan elektron bersama H+ bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir membentuk air. Reaksi rantai transpor elektron dalam respirasi amat kompleks, namun yang berperan dalam peristiwa tersebut adalah NADH, FAD dan molekul-molekul khusus yang berperan dalam proses respirasi, seperti: 1. suatu koenzim yang disebut koenzim Q 2. suatu rangkaian enzim-enzim sitokrom; 3. molekul oksigen. Jenis sitokrom ada beberapa macam, di antaranya adalah sitokrom c1, c, a, dan a3. Elektron berenergi, pertama-tama berasal dari NADH, kemudian ditransfer ke FADH, terus ke koenzim Q, terus ke sitokrom b, c, dan akhimya ke sitokrom a. Selanjutnya elektron dari sitokrom a disampaikan ke 0. Molekul 02 menangkap elektron dari sitokrom a dan selanjutnya berikatan dengan H dari lingkungan dan terbentuklah molekul H201 Dengan demikian, air sebagai basil sampingan respirasi terbentuk. Hasil sampingan respirasi yang berupa CO2 diangkut ke alat pernapasan untuk dikeluarkan. Hasil utama dan respirasi adalah energi. Energi tersebut akan digunakan untuk membentuk ATP yang selanjutnya akan digunakan untuk proses hidup yang selalu memerlukan energi. Energi terbesar yang dihasilkan oleh proses respirasi adalah pada reaksi transpor elektron. Secara sederhana jumlah ATP yang dihasilkan oleh seluruh proses respirasi sel yang meliputi tiga tahap, yakni glikolisis, daur krebs, dan transpor elektron dapat diringkaskan. E. RESPIRASI ANAEROB/ FERMENTASI Dalam keadaan normal, organisme melakukan pembongkaran zat dengan cara oksidasi biologi atau respirasi aerob, yakni respirasi yang memerlukan oksigen babas. Namun demikian dapat terjadi bahwa pada suatu ketika oksidasi biologi tersebut tidak dapat berlangsung, misalnya pada tumbuhan darat yang tanahnya tergenang air, sehingga kadar oksigen dalam rongga tanah sangat rendah. Dalam kondisi yang demikian akar tidak dapat mengisap oksigen untuk keperluan respirasi. Pada manusia kekurangan oksigen sering terjadi pada para atlet yang berlari jarak jauh dengan kencang. Pada atlet yang demikian kebutuhan oksigen lebih besar daripada yang tersedia, yang diambil dari pemapasan. Dengan kurangnya oksigen dalam tubuh, maka baik tumbuhan maupun manusia melakukan pembongkaran zat untuk memperoleh energi dalam keadaan anaerob, disebut fermentasi. Fermentasi tidak hams selalu dalam keadaan anaerob. Pada beberapa jenis mikroorganisme mampu melakukan fermentasi dalam keadaan aerob, misalnya fermentasi asam cuka.

Jika dibanding respirasi, sebenarnya fermentasi itu sangat merugikan sel, karena dua alasan: a. sering dihasilkan senyawa yang merusak sel, misalnya alkohol; b. dari jumlah mol zat yang sama akan dihasilkan energi lebih rendah. Fermentasi diberi nama sesuai dengan jenis senyawa akhir yang dihasilkan. Berdasarkan senyawa atau jenis zat yang dihasilkan, fermentasi dibedakan menjadi fermentasi asam laktat, fermentasi alkohol, fermentasi asam cuka, dan lain-lain. 1. Fermentasi Asam Laktat Pada hewan tingkat tinggi dan manusia, jika bekerja terlalu berat dan kebutuhan oksigennya untuk respirasi sel tidak tercukupi maka senyawa asam piruvat di dalam sel• ototnya akan direduksi oleh NADH menjadi asam laktat. Asam laktat adalah suatu senyawa yang dapat menurunkan pH sampai pada suatu titik yang mengakibatkan gangguan serius pada fungsi sel. Salah satu gangguan yang ditimbulkannya adalah menyebabkan kelelahan, sehingga asam laktat sering disebut asam kelelahan. Proses fermentasi asam laktat adalah sebagai berikut. Pada proses glikolisis dihasilkan asam piruvat. Jika cukup oksigen maka glikolisis akan dilanjutkan daur krebs, tetapi karena kondisinya kekurangan oksigen, asam piruvat diubah menjadi asam laktat. Akibatnya rantai transpor elektron tidak terjadi, karena tidak lagi menerima elektron dari NADH dan FAD yang dalam keadaan aerob dihasilkan oleh daur krebs. Karena tidak terjadi penyaluran elektron maka NAD+ dan FAD yang mutlak diperlukan dalam reaksi kimia dalam daur krebs juga tidak terbentuk, sehingga siklus krebs terhenti. Secara sederhana proses respirasi aerob yang diikuti terjadinya fermentasi asam laktat dibagankan seperti pada Bagan 3.2. 2. Fermentasi Alkohol Beberapa organisme seperti Saccharomyces dapat hidup baik dalam kondisi lingkungan cukup oksigen maupun kurang oksigen. Organisme yang demikian disebut aerob fakultatif. Dalam keadaan cukup oksigen (aerob). Saccharomyces akan melakukan respirasi biasa. Tetapi jika dalam keadaan lingkungan kurang oksigen maka akan melakukan fermentasi. Proses fermentasi alkohol berlangsung sebagai berikut. Asam piruvat yang dihasilkan oleh proses glikolisis akan diubah menjadi asam asetat + CO2. Selarjutnya asam asetat diubah menjadi alkohol. Pada proses perubahan asam asetat menjadi alkohol ini, terjadi pula pengubahan NAD.H2 menjadi NAD.H+. Terbentuknya NAD.H+ mengakibatkan peristiwa glikolisis dapat terjadi. Dengan demikian, asam piruvat akan selalu tersedia untuk selanjutnya diubah menjadi energi. Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 mol ATP. Sedangkan dalam respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP. Mengapa demikian? Untuk membandingkan proses fermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol. 3. Fermentasi Asam Cuka

Fermentasi asam cuka merupakan satu conto fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini biasa dilakukan oleh bakteri asam cuka dengan substrat etanol. Dari proses fermentasi asam cuka ini dihasilkan energi 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol yang berlangsung secara anaerob. Secara sederhana persamaan reaksi kimia fermentasi asam cuka adalah: Manfaat Energi Hasil Respirasi Hakikatnya, respirasi adalah pemanfaatan energi bebas dalam makanan menjadi energi bebas yang ditimbun di dalam ATP. Selanjutnya oleh sel, ATP digunakan sebagai sumber energi seluruh aktivitas hidup yang memerlukan energi. Aktivitas hidup yang memerlukan energi dibedakan menjadi empat golongan, yakni: a. Kerja mekanis. Salah satu bentuk kerja mekanis adalah lokomosi, kerja mekanis selalu terjadi jika sel otot berkontraksi. b. Transpor aktif. Dalam transpor aktif selsel harus mengeluarkan energi untuk mengangkut molekul zat atau ion yang melawan gradien konsentrasi zat. c. Produksi panas. Energi panas penting bagi tubuh burung dan hewan menyusui. Energi panas ini umumnya timbul sebagai hasil sampingan transformasi energi lain dalam sel. Misalnya pada proses kontraksi otot, terjadi pemecahan ATP. Di samping timbul energi mekanik timbul juga energi panas yang penting bagi tubuh. d. Anabolisme, yakni sintesis senyawa kompleks dari senyawa yang sederhana. Cahaya matahari terdiri atas beberapa merah, jingga, kuning, biru, nila, ungu, dan ultra ungu. Ultra ungu juga tidak kelihatan. F. FOTOSINTESIS Masing-masing spektrum mempunyai panjang gelombang berbeda, sehingga Fotosintesis berasal dari katafoton berarti pengaruhnya terhadap proses fotosintesis cahaya, dan sintesis berarti menyusun. Jadi, juga berbeda. fotosintesis dapat diartikan suatu Dalam fotosintesis dihasilkan senyawa penyusunan senyawa kimia kompleks karbohidrat dan senyawa sampingan berupa

2. Pigmen Fotosintesis Proses fotosintesis tidak dapat bergsung pada setiap sel, tetapi hanya pada 1 yang mengandung pigmen fotosintetik. 1 yang tidak mempunyai pigmen tidak pu menyelenggarakan fotosintesis. Pada rcobaan Ingenhouz yang dimodifikasi ngan cara menyungkupi perangkat rcobaan memakai kertas beraneka warna, enunjukkan bahwa pengaruh jenis sinar atahari terhadap hasil fotosintesis berbeda. al ini dapat terjadi karena energi yang asilkan setiap jenis spektrum berbeda. Di ping adanya perbedaan energi tersebut, dalam daun juga terdapat faktor pembeda g memungkinkan penyerapan

terhadap rbagai spektrum tersebut berbeda. Faktor pembeda tersebut adalah jenis pigmen yang terkandung di dalam jaringan daun. Di dalam daun terdapat mesofil atau daging daun yang terdiri atas jaringan bunga karang dan jaringan pagar. Pada kedua jaringan ini sel-selnya mengandung kloroplas atau organel yang mengandung zat warna/ pigmen hijau atau klorofil. Pigmen ini merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari. Struktur Kloroplas Kloroplas merupakan struktur memipih yang dibatasi oleh sistem membran ganda, dengan panjang rata-rata 7 .tm dan lebar 3 µm. Struktur tersebut terdiri atas ruangan berisi cairan yang disebut stroma dan membran dalam yang terlipat berpasangan disebut lamela. Secara berkala lamela membesar, sehingga membentuk gelembung pipih yang membungkus membran, disebut membran tilakoid, yang berwujud sebagai bangunan kantong tilakoid. Kantong-kantong tilakoid biasanya berlapis-lapis tersusun seperti tumpukan koin, disebut grana. Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid. Pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid. Produk akhir yang berupa glukosa dibentuk di dalam stroma. Untuk mengenali struktur kloroplas, perhatikan Gambar 3.14! Sebenarnya klorofil hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem. 3. Fotosistem Fotosistem adalah suatu unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari yang terdiri dari klorofil a, kompleks antene, dan akseptor elektron. Di dalam kloroplas terdapat beberapa macam klorofil dan pigmen lain, seperti klorofil a yang berwarna hijau muda, klorofil b berwarna hijau tua, dan karoten yang berwama kuning sampai jingga. Pigmen-pigmen tersebut mengelompok dalam membran tilakoid dan membentuk perangkat pigmen yang berperan penting dalam fotosintesis. Klorofil a berada dalam bagian pusat reaksi, berperan dalam menyalurkan elektron yang berenergi tinggi ke akseptor utarna elektron, elektron yang selanjutnya masuk ke sistem siklus elektron. Elektron yang dilepaskan klorofil a mempunyai energi tinggi sebab memperoleh energi dari cahaya yang berasal dari molekul perangkat pigmen yang dikenal dengan kompleks antene. Fotosistem dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I. Pada fotosistem ini penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap cahaya dengan panjang Fotosistem II. Pada fotosistem II penyerapan energi cahaya dilakukan oleh idorofil a yang sensitif terhadap panjang gelombang 680 nm, sehingga disebut P680. P680 yang teroksidasi merupakan agen pengoksidasi yang lebih kuat daripada P700. Dengan potensial redoks yang lebih besar, akan cukup elektronegatif untuk memperoleh elektron dari molekulmolekul air. Untuk memahami proses absorpsi energi cahaya pada fotosistem I dan II, perhatikan Gambar 3.15! Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi tinggi dari klorofil a, yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron. Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang proses fotosintesis. Secara sederhana reaksi kimia proses fotosintesis dapat dibedakan menjadi dua, yakni reaksi terang dan reaksi

gelap. Reaksi terang menggunakan energi cahaya, berlangsung di dalam membran tilakoid dari klorofil, menghasilkan senyawa ATP dan NADPH. Kedua senyawa yang dihasilkan dalam reaksi terang ini akan digunakan dalam reaksi gelap. Reaksi gelap berlangsung di dalam stroma dari kloroplas, menghasilkan glukosa. 4. Transpor Elektron Elektron berenergi tinggi yang lepas dan klorofil a akan berpindah dari satu senyawa ke senyawa lain membentuk suatu rangkaian transpor elektron. Dikenal ada dua tipe rute transpor elektron, yaitu rute siklik dan rute nonsiklik. Rute sildik hanya terjadi pada fotosistem Gambar 3.14 Struktur kioroplas dan lokasi reaksi I, yakni dimulai dari P700 dan kembali ke fotosintesis P700. Elektron yang dilepaskan P700 akan pindah dari akseptor yang satu ke akseptor gelombang 700 nm, sehingga klorofil a lainnya. Selama perpindahan elektron dan disebut P700. Energi yang diperoleh P700 akseptor satu ke akseptor lain selalu terjadi ditransfer dari kompleks antene. transformasi hidrogen bersama-sama Hubungan Fotosintesis dengan Respirasi Sel Antara fotosintesis dengan respirasi sel merupakan dua reaksi yang saling melengkapi. Hasil proses yang satu akan menyediakan sumber energi untuk menunjang proses yang lainnya. Dan di dalam proses ini akan menjamin cadangan ATP konstan, sehingga penyediaan sumber energi untuk proses hidup seperti pemeliharaan sel, pertumbuhan, dan perkembangan senantiasa tersedia. Secara sederhana hubungan antara respirasi sel dengan fotosintesis dapat digambarkan seperti pada Gambar 3.19. Kegiatan respirasi tumbuhan berlangsung sepanjang hari, baik siang, sore, petang, malam, pagi, dan seterusnya. Kegiatan respirasi tumbuhan dinyatakan dengan volume oksigen (02) yang diambil atau volume CO yang dibebaskan dalam 24 jam per gram berat kering tumbuhan. Pada siang hari, tumbuhan melakukan fotosintesis dan juga melakukan respirasi. Proses fotosintesis memerlukan CO2 dan membebaskan 02. Sebaliknya, respirasi memerlukan O2 dan membebaskan CO2. Banyak sedikitnya zat yang diambil ataupun yang dilepaskan bergantung kepada aktivitasnya. Pada suatu saat, secara teoretis volume CO2 yang dilepaskan dalam proses respirasi sama dengan volume CO2 yang diperlukan oleh proses fotosintesis, atau Kegiatan fratakan dengan vodiambil atau volume Ilam 24 jam per gram Ft uhan melakukan ukan respirasi. lukan CO2 dan iknya, respirasi Inembebaskan CO2. ang diambil ataupun Tgantung kepada t saat, secara teoretis atskan dalam proses volume CO2 yang fotosintesis, atau sebaliknya volume oksigen yang dilepaskan oleh proses fotosintesis sama dengan volume oksigen yang diperlukan oleh proses pernapasan. Dengan kata lain, tumbuhan yang bersangkutan dalam keadaan statis. Hal ini dapat terjadi pada suatu intensitas cahaya tertentu dan berbeda-beda untuk berbagai jenis tumbuhan. Intensitas cahaya di mana aktivitas fotosintesis sama dengan aktivitas respirasi disebut titik kompensasi. G. KEMOSINTESIS Kemosintesis adalah anabolisme yang mgnggunakan energi kimia. Organisme autotrop yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrop. Energi kimia adalah energi yang

dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yakni reaksi oksidasi. Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri autotrop. Ada beberapa jenis bakteri yang tidak memiliki pigmen fotosintetik, tetapi mampu melakukan sintesis zat makanannya sendiri. Untuk menyintesis makanannya, bakteri tersebut menggunakan energi hasil oksidasi senyawa anorganik yang ada pada medianya. Bakteri belerang, dikenal ada dua ma-cam, yakni bakteri belerang yang mempunyai pigmen fotosintetik dan yang tidak memiliki pigmen fotosintetik. Bakteri belerang yang memiliki pigmen fotosintetik melakukan fotosintesis, sedangkan yang tidak memiliki pigmen melakukan kemosintesis. Bakteri besi, melakukan kemosintesis dengan menggunakan energi basil oksidasi ferro (Fe++) menjadi ferri. Bakteri nitrogen, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3 yang telah bereaksi dengan CO2. NH3 dan CO2 akan membentuk amonium karbonat (NH4)2 CO3.

TUGAS BIOLOGI METABOLISME

DISUSUN OLEH : TOMMY IRIANTO XII IPA