PENDAHULUAN
Setiap makhluk hidup memerlukan zat makanan dan energi untuk melakukan berbagai aktivitasnya, baik aktivitas yang sangat ringan seperti bernapas, berdetaknya jantung, hingga aktivitas yang berat seperti bekerja berlari, dll. Untuk memperoleh zat makanan tumbuhan membuatnya sendiri melalui proses anabolisme yaitu proses fotosintesis yang memerlukan energi cahaya matanarh, dan beberapa jenis bakteri dapat membuat makanannya sendiri melalui proses kemosintesis. Manusia dan hewan memperoleh zat makanannya dengan memakan organisme lain. Dengan demikian manusia dan hewan termasuk organisme heterotrof.
Untuk memperoleh energi, tumbuh, berkembang biak, dll, maka manusia perlu memakan makanan yang mengandung zat gizi. Makanan yang masuk ke dalam tubuh kemudian akan dicerna. Hasil pencernaan zat makanan tersebut berupa sari-sari makanan atau yang dikenal dengan nutrisi, akan diangkut ke sel-sel tubuh. Di dalam sel-sel tubuh nutrisi tersebut akan dimetabolisme. Melalui proses yang disebut katabolisme tesebut zat makanan akan diubah menjadi energi dalam bentuk ATP.
Dalam proses metabolisme diperlukan zat yang berfungsi sebagai katalis atau memercepat terjadinya reaksi. Zat yang berfungsi sebagai katalis atau mempercepat terjadinya reaksi metabolisme di dalam tubuh makhluk hidup tersebut adalah enzim. Dengan demikian enzim disebut sebagai biokatalisator.
ENZIM
Pengertian Enzim
Enzim berasal dari kata Yunani zyme = ragi. Enzim adalah protein yang bertindak sebagai katalis (meningkatkan kecepatan reaksi kimia dalam tubuh) di dalam tubuh makhluk hidup. Enzim disebut juga sebagai biokatalisator, yaitu bekerja sebagai katalis di dalam tubuh makhluk hidup.
Pembentukan enzim
Enzim dibentuk di dalam sel-sel hidup.
Komponen enzim meliputi:
Komponen yang tersusun atas protein, disebut apoenzim
Komponen non protein, berupa ion anorganik atau komponen anorganik, yang disebut kofaktor. Enzim yang terikat dengan kofaktor disebut holoenzim.
Beberapa jenis kofaktor antara lain:
Ion-ion anorganik, misalnya ion klorida, dan kalsium.
Gugus prostetik, merupakan gugus yang terdiri dari molekul-molekul organik yang terikat rapat dengan enzim.
Fungsi gugus protestik adalah sebagai kofaktor yang berperan memberi kekuatan tambahan terhadap kerja enzim.
Contoh gugus protestik adalah heme, yaitu suatu molekul berbentuk cincin pipih yang mengandung besi, diantaranya katalase, peroksida, dan sitokrom oksidase, yang terlibat dalam respirasi sel.
Koenzim, merupakan kofaktor yang terdiri dari molekul organin non protein kompleks yang terikat renggang dengan enzim.
Fungsi koenzim adalah memimdahkan gugus kimia, atom, atau elektron dari satu enzim ke enzim lain.
Contoh koenzim adalah vitamin, dan turunan vitamin, misalnya NAD+ (Nicotinamide adenin dinukleotida)
Sifat-Sifat Enzim
Sifat-sifat kerja enzim antara lain:
a. Selektif, artinya enzim hanya bekerja pada zat tertentu
b. Spesifik, artinya hanya reaksi tertentu yang dapat dikatalisasikan oleh enzim
c. Efisian, artinya enzim dapat menurunkan energi aktivasi.
d. Enzim adalah biokatalisator, artinya enzim mempercepat suatu reaksi, tetapi enzim sendiri tidak ikut bereaksi. Percepata reaksi tersebut terjadi karena enzim dapat menurunkan energi penggerak (Energi aktivasi)
e. Enzim bekerja bolak-balik, artinya kerja enzim tidak menentukan arah reaksi.
f. Enzim adalah suatu protein
g. Enzim tidak tahan panas. Enzim dapat bekerja dengan baik paa suhu 30 – 37oC dan akan bekerja lebih cepat pada suhu 50oC, namun kerja enzim akan menurun pada suhu 60 – 70oC.
h. Enzim dipengaruhi oleh lingkungan
Cara Kerja Enzim
Berdasarkan kerjanya pada makhluk hidup enzim dibedakan:
Enzim intraseluler, yaitu enzim yang bekerja di dalam sel, misalnya enzim katalase.
Enzim ekstraseluler, yaitu enzim yang melakukan fungsinya di luar sel, misalnya enzim amilase (enzim pencernaan).
Kerja enzim adalah mengkatalis reaksi yaitu meningkatkan kecepatan reaksi dengan menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi). Penurunan energi aktivasi dilakukan dengan membentuk kompleks dengan substrat.
Energi reaktan
Terjadi perubahan energi
Secara sederhana proses kerja enzim adalah sebagai berikut:
Enzim enzim akan berikatan dengan substrat lain untuk membentuk produk kembali
Enzim substrat
Substrat produk
Teori tentang Cara Kerja Enzim
Ada dua teori yang menjelaskan tentang cara kerja enzim, yaitu teori lock and key dan teori induced fit.
a. Teori lock and key (kunci dan anak kunci)
Teori lock and key dikemukakan oleh Emil Fischer. Mekanisme kerja enzim menurut teori lock and key adalah sebagai berikut:
Sisi aktif enzim diibaratkan seperti kunci sedangkan substrat diibaratkan seperti anak kunci.
Substrat masuk ke sisi aktif enzim, sehingga terjadi kompleks enzim substrat dimana substrat dan sisi aktif enzim tampak menyatu seperti kunci dan anak kunci.
Setelah terjadi reaksi, misalnya pemecahan dengan memisahkan salah satu ikatan dari substrat, molekul hasil reaksi yang berasal substrat akan keluar, karena sisi aktif enzim tidak sesuai lagi dengan sisi aktif substrat.
Substrat produk
Enzim kompleks enzim substrat
Gambar kerja enzim berdasarkan teori lock and key
b. Teori induced fit.
Teori induced fit dikemukakan oleh Daniel Koshland. Teori induced fit ini menyatakan bahwa setiap molekul substrat mempunyai permukaan yang hampir pas dengan permukaan sisi aktif enzim. Jika substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim dan membentuk kompleks enzim substrat, maka sisi aktif akan mengubah bentuk dengan sendirinya. Dengan demikian permukaan molekul substrat akan pas dengan sisi aktifnya, sehingga pemutusan atau penggabungan ikatan kimia pada substrat akan berjalan lebih efektif.
Substrat produk
Enzim kompleks enzim substrat
Gambar kerja enzim berdasarkan teori induced fit
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim
(1) Suhu. Peningkatan suhu akan mempercepat terjadinya reaksi. Namun kecepatan kerja enzim memiliki suhu maksimal. Suhu optimal enzim adalah 40oC. Peningkatan suhu menyebabkan kecepatan reaksi akan melambat dan dapat menyebabkan terjadinya denaturasi pada enzim. Denaturasi adalah rusaknya bentuk tiga dimensi enzim yang menyebabkan enzim tidak dapat lagi berikatan dengan substratnya. Denaturasi bersifat irreversibel (tidak dapat kembali)
Normal denaturasi
(2) pH
Setiap jenis enzim memiliki pH optimum yang berbeda dengan enzim jenis lain. Perubahan pH menyebabkan terjadinya denaturasi enzim.
(3) Aktivator, merupakan molekul yang memudahkan ikatan antara enzim dengan substrat, misalnya ion klorida yang berperan dalam memacu aktivitas enzim amilase dalam saliva.
(4) Inihibitor, merupakan molekul yang menghambat ikatan enzim dengan substrat, misalnya ion sianida yang menutupi sisi aktif enzim yang terlibat dalam respirasi.
Inhibitor dibedakan 2 macam, yaitu:
Inhibitor kompetitid (competitif inhibitor), yaitu molekul penghambat yang cara kerjanya bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim. Misalnya sianida bersaing untuk memperoleh hemoglobin dalam respirasi. Inhibitor kompetitif dapat diatasi dengan menambahkan konsentrasi substrat.
Inhibitor non kompetitif (noncompetitif inhibitor), yaitu molekul penghambat enzim yang bekerja dengan cara melekatkan diri pada luar sisi aktif, sehingga bentuk enzim berubah dan sisi aktif tidak berfungsi. Inhibitor jenis ini tidak dapat dipengaruhi oleh konsentrasi substrat.
(5) konsentrasi enzim, semakin besar konsentrasi enzim semakin cepat reaksi berlangsung.
(6) konsentrasi substrat. Peningkatan konsentrasi substrat akan mempercepat kerja enzim sehingga kecepatan reaksinya semakin cepat. Namun kecepatan reaksi memiliki titik jenun atau kecepatan reaksi maksimum (V max), meskipun terjadi peningkatan konsentrasi substrat.
Zat activator dan inhibitor
a. Zat activator
Zat activator merupakan molekul yang mengaktifkan kerja enzim. Zat activator ini akan bergabung dengan enzim pada tempat yang disebut sisi alosterik. Zat activator ini umumnya disebut efektor alosterik. Adanya penggabungan antara efektor alosterik dengan enzim ini akan menyebabkan terjadinya perubahan bentuk molekul enzim sehingga sisi aktif enzim akan pas dengan substratnya. Dengan demikian kerja enzim lebih efektif.
b) Zat inhibitor
Zat inhibitor merupakan zat yang menghambat kerja enzim. Berdasarkan cara kerjanya, zat inhibitor ini dikelompokkan 2, yaitu inhibitor nonkompetitif dan inhibitor kompetitif.
1) Inhibitor kompetitif
Inhibitor kompetitif berkompetisi dengan substrat kerena memiliki sisi molekul yang hampir sama dengan sisi molekul substrat. Dengan demikian terjadi persaingan antara inhibitor kompetitif dengan substrat untuk bergabung dengan sisi aktif enzim.
2) Inhibitor nonkompetitif
Inhibitor nonkompetitif tidak berkompetisi dengan substrat karena tidak menghambat sisi aktif enzim, tetapi bergabung dengan sisi lain yang menyebabkan berubahnya bentuk enzim dan sisi aktifnya. Dengan demikian sisi aktif enzim tidak sesuai lagi dengan substratnya. Hal ini menyebabkan enzim tidak dapat mengkatalis substrat.
Substrat inhibitor kompetitif substrat
Enzim enzim
Inhibitor nonkompetitif
METABOLISME
Pengertian Metabolisme
Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia yang terjadi di dalam sel tubuh yang diawali oleh substrat awal dan diakhiri oleh dengan produk akhir. Reaksi kimia yang terjadi di dalam sel pada proses metabolisme berjalan satu arah dan tidak bersifat bolak-balik.
Misalnya : A→B B→C C→D D→E
Berdasarkan tujuannya, metabolisme dibedakan 2 macam, yaitu katabolisme dan anablisme.
Berikut tabel perbedaan katabolisme dengan anabolisme
Katabolisme Anabolisme
Divinisi Serangkaian reaksi kimia yang bertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul Serangkaian reaksi kimia yang bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul
Sifat Eksergonik (menghasilkan energi) Endergonik (memerlukan energi)
Fungsi - Menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain
- Menyediakan energi kimia yang diperlukan untuk melakukan berbagai aktivitas kehidupan Membentuk zat organik (zat makanan) seperti karbohidrat, lemak, dan protein dari zat anorganik
Dalam metabolisme diperlukan enzim untuk mempercepat laju reaksi.
1. KATABOLISME
Pengertian Katabolisme
Katabolisme merupakan penguraian atau pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dengan hasi akhir berupa energi.
Yang termasuk proses katabolisme adalah
a. Respirasi, disebut juga desimilasi atau respirasi aerob, karena memerlukan oksigen.
b. Fermentasi, disebut juga respirasi anaerob atau pernapasan intramolekul, karena tanpa menggunakan oksigen
A. RESPIRASI SEL
Respirasi Aerob (menggunakan Oksigen)
Respirasi merupakan proses pengubahan energi melalui proses oksidasi dengan menggunakan oksigen.
Respirasi dibedakan atas
respirasi eksternal, terjadi diparu-paru
respiasi internal, terjadi di dalam sel yaitu pada organel sel yang bernama mitokondria.
Tujuan respirasi adalah untuk proses oksidasi (pembakaran) pada metabolisme sel sehingga dihasilkan energi atau ATP (Adenosin Ttri Phospat). Energi dibutuhkan untuk berbagai aktivitas makhluk hidup.
Reaksi respirasi adalah :
C6H12O6 +6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36 ATP
Respirasi aerob (atau dikenal respirasi saja) terdiri dari 3 tahap, yaitu tahap glikolisis, siklus Krebs, dan transfer electron.
a. Glikolisis
• Glikolisis merupakan proses pengubahan satu molekul glukosa beratom 6 C (monosakarida) menjadi 2 molekul asam piruvat (senyawa beratom 3C), 2 NADH, dan 2 ATP.
• Proses glikolisis terjadi di sitoplasma secara anaerob.
• Tahap glikolisis ini terjadi dua langkah reaksi, yaitu langkah memerlukan energi dan langkah melepaskan energi. 2 molekul ATP diperlukan untuk mentransfer gugus fosfat ke glukosa,sehingga glukosa memiliki simpanan energi yang lebih tinggi. Energi tersebut diperlukan untuk reaksi selanjutnya, yaitu reaksi pelepasan energi.
• Proses glikolisis meliputi 9 tahap reaksi yang melibatkan enzim yang berbeda-beda.
• Tahap glikolisis tersebut adalah sebagai berikut:
(1) Glukosa (senyawa 6C) diubah menjadi glukosa-6-fosfat. Pada tahap ini dipakai 1 molekul ATP.
(2) GLukosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-6-fosfat
(3) Fruktosa – 6- fosfat diubah menjadi fruktosa – 1,6 – bifosfat. Pada tahap ini dipakai 1 mol ATP.
(4) Fruktosa -1,6-bifosfat barubah menjadi 2 molekul fosfogliseraldehid (PGAL), molekul yang mempunyai 3 atom C.
(5) Fosfogliseraldehid (PGAL) berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat dan menghasilkan NADH.
(6) 1,3-bifosfogliserat berubah menjadi 3-fosfogliserat (PGA) dan masing-masing menghasilkan 1 molekul ATP.
(7) 3-fosfogliserat (PGA) berubah menjadi 2-fosfogliserat.
(8) 2-fosfogliserat berubah menjadi 3 fosfoenol-piruvat (PEP).
(9) 3 fosfoenol-piruvat (PEP) berubah menjadi piruvat (3 atom C), yang menghasilkan ATP.
Secara ringkas reaksi glikolisis adalah:
Glukosa →glukosa-6 fosfat →2 piruvat
Reaktan
Produk
C6H12O6 2C3H4O3(piruvat)
+2NAD+ +2NADH + 2H+
+2ADP + 2 Pi +2ATP
+2H2O
Secara ringkas proses glikolisis adalah:
• Proses pengubahan satu molekul glukosa beratom 6 C (monosakarida) menjadi 2 molekul asam piruvat (senyawa beratom 3C), 2 NADH, dan 2 ATP.
• Energi total yang dihasilkan adalah 4 ATP, tetapi 2 ATP telah digunakan pada awal glikolisis, dengan demikian hasil bersih yang dihasilkan adalah 2 ATP.
• Hasil bersih dari glikolisis adalah 2ATP dan 2 NADH.
• Untuk katabolisme glukosa terhadap dua molekul asam piruvat, seluruhnya berubah menjadi energi bebas, ∆G yaitu 140 kkal per mol glukosa yang dioksidasi.
Gambar proses glikolisis
b. Siklus Krebs (siklus asam sitrat)
• Siklus krebs merupakan reaksi melingkar tahap kedua dalam respirasi aerob yang menghasilkan 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.
• Siklus Krebs pertama kali diteliti oleh Hans Krebs (1931)
• Siklus Krebs terjadi setelah terbentuk dua molekul asam piruvat dari glikolisis. Asam piruvat yang terbentuk dari glikolisis akan masuk ke dalam mitokondria untuk mengalami tahap ke dua yaitu siklus Krebs.
• Siklus Krebs memiliki 8 langkah, terjadi di kompartemen dalam mitokondria. Setiap langkah dikatalis oleh enzim khusus di dalam matriks mitokondria dan energi yang dihasilkan dilepaskan pada Krista (membrane dalam mitokondria)
Proses siklus Krebs adalah sebagai berikut:
1) Asam piruvat masuk ke dalam kompartemen mitokondria. Asam piruvat (3C) kemudian melepaskan gugus karboksil (COO-), berupa CO2 dan berikatan dengan koenzim A membentuk aseti KoA. Sebelumnya electron dan hidrogennya bergabung dengan NAD+ menjadi NADH.
2) Asetil KoA masuk ke silkus krebs yang ditransfer ke molekul oksaloasetat (4C) membentuk sitrat (6C). Sitrat (6C) berubah menjadi isositrat (6C).
3) Isoitrat (6C) berubah menjadi - ketoglutarat (5C), menghasilkan CO2. sementara hydrogen dan elektronnya bergabung dengan dengan NAD+ menjadi NADH.
4) - ketoglutarat (5C) melepaskan satu atom C berupa CO2. Elektron dan hidrogennya bergabung dengan NAD+ menjadi NADH, sedangkan fragmennya bergabung dengan Koenzim A membentuk suksinil KoA (4C). Sampai pada tahap ke 5 ini, atom C yang keluar (berupa CO2) sudah 3 buah. Seimbang dengan atom 3C (berupa piruvat) yang masuk ke mitokondria.
5) Suksinil KoA berubah menjadi suksinat (4C) menghasilkan ATP
6) Suksinat (4C) berubah menjadi fumarat (4C). electron yang keluar ditangkap oleh FAD membentuk FADH2.
7) Fumarat (4C) dengan air berubah menjadi malat (4C).
8) Malat (4C) berubah menjadi oksalo-asetat (4C). Elektron dan hidrogennya ditransfer ke NAD+, membentuk NADH. Asam oksaloasetat akan digunakan dalam siklus krebs selanjutnya.
Secara ringkas reaktan dan produk yang diperoleh dari siklus krebs adalah:
Reaktan
Produk
2C3H4O3(piruvat) 6CO2
2 ADP + Pi 2 ATP
8 NAD+ + 8 H 8NADH
2 FAD + 4 H 2 FADH2
Gambar proses siklus Krebs
c. Transfer electron
Transfer electron adalah tahap terakhir dari respirasi aerob ketika electron darihasil reaksi siklus krebs dialirkan berturut-turut pda enzim dan kofaktor membrane dalam mitokondria yang menyebabkan terjadinya gradient electron yang mendorong sintesis ATP.
Tahap transfer electron terjadi di ruang intermembran mitokondria
Tujuan Transfer electron
MENGUBAH SENYAWA nadh DAN fadh MENJADI atp dengan cara mentransfer electron
NADH harus dipecah dahulu NAD + H+ + elektron
Tahap-tahap transfer electron adalah sebagai berikut:
Reaksi tahap transfer electron diawali ketika NADH dan FADH2 memberikan ion H+ dan electron pada system transport, electron tersebut ditransportasikan dari enzim ke enzim berikutnya. Sedangkah H+ akan terpompakan ke kompartemen luar.
Akibatnya konsentrasi H+ di luar lebih tinggi dibandingkan konsentrasi H+ di dalam.
Karena terjadi perbedaan gradient elektronik pada membrane, maka melalui protein ATP sintase, H+ dipompakan kembali ke kompartemen dalam.
Arus balik H+ ini menghasilkan energi bebas yang akan digunakan untuk membentuk ATP dari ADP dan P.
Pada enzim terakhir ion H+ akan bergabung dengan O2 membentuk H2O.
Setiap oksidasi, 1 molekul NADH menghasilkan3 molekul ATP.
ATP yang dihasilkan dalam transfer electron adalah 34 ATP.
Gambar mekanisme transfer electron
Secara ringkas reaktan dan produk yang diperoleh dari siklus krebs adalah:
Reaktan
Produk
8NADH+ 2 ATP + 2Pi 8 NAD++ 4 ATP + 8H
2 FADH2+ 2 ADP + 2Pi 2 FAD + 8 ATP + 4H
6O2 + 24 H 12 H2O
Jumlah total ATP yang dihasilkan selama respirasi adalah 36 ATP dengan rincian:
Glikolisis : 2 ATP + 2 NADH = 2 ATP + (2 x 3 ATP) = 8 ATP
Siklus krebs : 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH = 2 ATP + (18 ATP + 4 ATP) = 24 ATP
Piruvat : 2 NADH = 6 ATP
Total 38 ATP
2 ATP digunakan untuk memasuki mitokondria. Sehingga total energi yang dihasilkan adalah 36 ATP
( 1 NADH setara dengan 3 ATP, 1 FADH setara dengan 2 ATP)
Persamaan reaksi pemecahan glukosa selengkapnya adalah:
C6H12O6 +6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + 36 ATP
Gkukosa oksigen air karbondioksida air energi
1 molekul ATP menghasilkan total energi 36 x 7 = 252 kkal.
Energi dari 1 molekul glukosa sekitar 38% tersimpan dalam bentuk ATP. Selebihnya sekitar 62% energi hilang dalam bentuk panas.
Gambar ringkasan respirasi sel di mitokondria
Keterkaitan antara Katabolisme Karabohidrat, Lemak, dan Protein
Katabolisme karbohidrat, lemak, dan protein, bertemu pada jalur siklus Krebs dengan terbentuknya asetil koA yang menjadi bahan baku siklus krebs untuk menghasilkan energi.
Perbandingan energi yang dihasilkan oleh katabolisme karbohidrat, lemak, dan protein
Di bandingkan protein dan karbohidrat, lemak lebih memberikan rasa kenyang karena kemampuan metabolisme lemak untuk menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan metaboilisme karbohidrat dan protein. Lemak adalah senyawa karbon yang paling mudah tereduksi, dengan demikian lemak lebih banyak menyimpan energi dan jika dibakar sempurna akan membebaskan energi lebih banyak, sedangkan karbohidrat dan protein adalah senyawa yang lebih teroksidasi.
a. katabolisme karbohidrat b. Katabolisme lemak c. Katabolisme protein
Respirasi Anaerob atau Fermentasi (Tanpa Oksigen)
Fermentasi atau respirasi anaerob merupakan pemecahan molekul atau perubahan glukosa tanpa bantuan oksigen (anaerob) melalui tahap glikolisis dan pembentukan NAD.
Energi yang dihasilkan melalui fermentasi lebih kecil dibandingkan energi yang dihasilkan melalui respirasi aerob.
Organisme yang melakukan fermentasi antara lain beberapa jenis bakteri nonfotosintetik yang sel-selnya tidak memiliki mitokondria.
Ada 3 macam fermentasi, yaitu: fermentasi alcohol, fermentasi asam laktat, dan fermentasi asam cuka.
1. Fermentasi alcohol
• Fermentasi alcohol diawali dari proses glikolisis yang menghasilkan asam piruvat.
• Piruvat akan diubah menjadi asetal dehid dengan membebaskan CO2.
• NADH yang dihasilkan selama glikolisis akan memberikan electron dan H+nya bergabung bersama asetil dehid membentuk etanol. Pembentukan etanol dilakukan melaui dua tahap, yaitu saat pembebasan CO2 dan saat pengurangan asetaldehid oleh NADH menjadi etanol.
• Mikroba yang melaksanakan fermentasi alcohol adalah:
Ragi (Saccharomyces cerevisiae) yang digunakan untuk pembuatan roti. Roti menjadi empuk, karena menghasilkan banyak CO2
Saccharomyces ellipsoideus digunakan untuk membuat minuman dari anggur yang dapat menghasilkan alcohol hingga konsentrasinya mencapai 14%.
2. Fermentasi asam laktat
Fermentasi asam laktat dimulai dengan proses glikolisis yang menghasilakan 2 molekul piruvat, 2 molakul NADH, dan 2 molekul ATP. Piruvat kemudian akan direduksi oleh NADH menjadi asam laktat.
Reaksinya adalah sebagai berikut:
Reaksi kimia respirasi anaerob pada Lactobacillus sp adalah sebagai berikut
C5H12O6 2CH3CHOHCOOH + energi
(Glukosa) (asam susu/asam laktat)
dehidrogenase
Asam piruvat + NADH2 asam laktat + NAD + energi
Asam susu
Teknologi fermentasi asam laktat ini dibunakan untuk fermentasi susu dengan bantuan beberapa jenis bakteri laktat sehingga dihasilkan susu asam, yoghurt, dan keju.
Asam laktat dihasilkan juga di dalam tubuh manusia, yaitu pada sel otot yang mengalami kelelahan. Asam laktat selanjutnya di angkut darah menuju hati untuk diubah kembali menjadi asam piruvat.
3. Fermentasi asam cuka
Fermentasi acam cuka menggunakan substrat berupa etanol. Oleh bakteri asam cuka, etanol diubah menjadi asam cuka.
Reaksi kimia perubahan etanol menjadi asam cuka adalah sebagai berikut:
Acetobacter sp
CH3 – CH2 – OH + O2 → CH3COOH + H2O + 16 KKal
Etanol asam cuka
2. ANABOLISME
Anabolisme adalah proses penyusunan atau sintesis senyawa kompleks (zat organic) dari senyawa sederhana (zat anorganik) yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup.
Organisme yang melakukan sintesis atau penyusunan zat makanan ini adalah organisme autotrof (organisme yang dapat membuat makanan sendiri) yang meliputi tumbuhan dan beberapa jenis bakteri.
Sintesis zat makanan ini memerlukan bahan dasar, yaitu CO2, H2O, dan energi. Berdasarkan energi yang digunakan untuk melakukan sintesis, penyusunan zat makanan ini dibedakan 2 yaitu:
• Fotosintesis, jika energi yang digunakan berasal dari cahaya matahari. Organisme yang melakukan fotosintesis disebut fotoautotrof, yang meliputi tumbuhan berklorofil
• Kemosintesis, jika energi yang digunakan berasal dari energi kimia. Organisme yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof, yang meliputi beberapa jenis bakteri yang tidak berklorofil.
FOTOSINTESIS
Pengertian Fotosintesis
Fotosintesis berasal dari kata foton = cahaya dan sintesis = pembentukan. Fotosintesis adalah penyusunan senyawa organic dengan bantuan energi cahaya (cahaya matahari). Fotosintetis terjadi pada kloroplast.
Gambar proses dan reaksi fotosintesis
Yang diperlukan dalam proses fotosintesis antara lain:
- cahaya
- pigmen fotosintesis (klorofil)
- CO2 (karbondioksida)
- H2O (uap air)
- Beberapa perangkat yang berhubungan dengan fotosintesis yang disebut fotosistem.
a. Cahaya Matahari
Cahaya matahari memiliki berbagai spectrum warna. Namun spectrum warna yang cocok untuk fotosintesis adalah merah, nila, biru, dan violet. Warna lain yang dibutuhkan untuk fotosintesis adalah infra merah. Namun hanya dibutuhkan oleh bakteri fotosintetik.
b. Pigmen Fotosintesis
Fotosintesis hanya terjadi pada sel yang mengandung pigmen hijau atau klorofil. Klorofil atau pigmen hijau daun terdapat pada kloroplas. Kloroplast banyak terdapat pada perenkim palisade dan parenkim spons pada daun.
Struktur Kloroplast
Ciri-ciri kloroplast antara lain.
• Kloroplast memiliki panjang sekitar 7 dan lebar sekitar 3 .
• Kloroplast memiliki membrane ganda
• Bagian dalam kloroplast terdapat cairan yang disebut stroma dan membrane dalam yang berpasangan yang disebut lamella.
• Lamella dapat membesar secara teratur dan membentuk gelembung yang kemudian membungkus suatu membrane. Membran tersebut disebut membrane tilakoid. Di dalam membrane tilakoid terdapat pigmen fotosinteis (klorofil). Terjadinya perubahan energi cahaya menjadi energi kimia pada proses fotosintesis ini terjadi di membrane tilakoid
• Membran tilakoid tersusun seperti tumpukan yang disebut grana.
Di dalam grana terdapat klorofil dan klorofil yang saling berkelompok dengan perbandingan 12 : 1 dan 1 : 2.. Berdasarkan perbandingannya klorofil dibedakan:
a. fotosistem I jika perbandingan klorofil dan klorofil adalah 12 : 1. fotosistem I mampu menerima panjang gelombang 700 - 680 nm
b. fotosistem II jika perbandingan klorofil dan klorofil adalah 1 : 2.
Fotosistem II mampu menerima panjang gelombang 640 - 340 nm
Reaksi fotosintesis
Reaksi fotosintesis adalah sebagai berikut:
Klorofil
6CO2 + 12H2O + energi cahaya → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
karbondioksida air glukosa oksigen air
Reaksi fotosintesis terdiri lebih kurang 20 reaksi. Namun ahli botani mengelompokkan 20 reaksi tersebut menjadi dua tingkatan reaksi, yaitu:
Reaksi cahaya (reaksi terang) dan
18ADP + 18Pi + 12 NADP+ + 12H2O → 18 ATP + 12 NADPH + 6O2 + 6H2O
Siklus calvin (reaksi sintesis atau reaksi gelap).
6O2 + 6 akseptor +18 ATP + 12 NADPH → C6H12O6 + 18ADP + 18Pi + 12 NADP+ + 6 akseptor
Reaksi Terang dan Reaksi Gelap pada Fotosintesis
1) Reaksi Terang
• Reaksi terang merupakan reaksi atau peristiwa pada saat energi matahari digunakan oleh pigmen fotosintesis
• Reaksi terang pertama kali diteliti oleh Hill, sehingga dikenal dengan reaksi Hill.
• Reaksi terang terjadi di grana (bagian dari kloroplas yang berupa membrane-membran tilakoid yang tersusun seperti tumpukan).
• Reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH.
Proses Reaksi terang adalah sebagai berikut
Tumbuhan memerlukan fotosistem (molekul protein yang tertanam pada membrane tilakoid) untuk menangkap sinar foton dari matahari
Saat sinar foton mengenai fotosistem, salah satu electronnya akan keluar (tereksitasi). Ketika electron tersebut kembali ke kedudukan semula, electron tersebut mengeluarkan energi.
Energi tersebut digunakan untuk fotolisis atau memecahkan molekul air (H2O) menjadi 2H+, O2, dan electron (e-).
Eletron yang terbebaskan (e-) tersebut akan terjadi system transport yang melewati 2 lintasan, yaitu lintas siklik dan lintas noksiklik
Lintas siklik
Lintasan atau transportasi siklik hanya terjadi pada fotosistem I (P.700).
Proses lintasan siklik adalah sebagai berikut:
• Fotosistem I menerima cahaya sehingga menyebabkan elektronnya tereksitasi
• Elektronnya tersebut ditangkap dan diteruskan ke akseptor berupa ferodoksin (fd) dan plastoquinon (pq), kemudian diteruskan ke plastosinin (fc).
• Elekton kemudian dikembalikan ke fotosistem I.
• Selama berlangsung lintasan elekton ini terjadi pembebasan energi. Energi tersebut digunakan untuk menggabungkan ADP dengan P menjadi ATP. Dengan demikian prosesnya disebut fotofosforilasi atau fotofosforilasi siklik.
Lintasan siklik disebut juga cara memproduksi ATP yang paling klasik. Dalam hal ini klorofil pusat atau klorofil pemberi electron adalah P.700. Lintasan elekton dimulai dari P.700 dan kembali pada P.700.
Dari lintasan siklik dihasilkan ATP.
Lintas nonsiklik
Lintasan noksiklik atau transportasi nonsikilk dilakukan oleh seluruh tanaman tinggi.
Pada lintasan nonsiklik diperlukan 2 fotosistem, yaitu fotosistem I (P.700) dan fotosistem 2 (P.680).
Proses lintasan nonsiklik adalah sebagai berikut:
• Foton dari sinar matahari menyebabkan fotosistem 2 (P.680) mengelurkan elektronnya yang akan menguraikan H2O menjadi electron dan H+ serta oksigen
• Electron yang terbebaskan dari fotolisis ini akan ditangkap oleh fotosistem II.
• Elektron dari fotosistem II kemudian diteruskan ke sitokrom dan plastoquinon (pq) memasuki fotosistem I.
• Elekron yang tiba di fotosistem I P.700 menyebabkan fotosistem I tereksitasi dan melepaskan elektronnya. Electron tersebut akan diteruskan ke NADP sehingga menjadi NADP -.
• NADP tersebut kemudian akan bergabung dengan H+ dari fotolisis air sehingga menghasilkan NADPH. Kurangnya electron pada fotosistem I ini akan disuplai dari fotosistem II.
Dari hasil lintasan nonsiklik dihasilkan ATP dan NADPH.
Dengan demikian pada reaksi terang terjadi beberapa proses, yaitu:
a. fotolisis air
b. fosforilasi fotosintesis (pembentukan ATP)
c. pembentukan NADPH.
2) Reaksi Gelap
Reaksi gelap adalah reaksi yang tidak memerlukan cahaya. Terjadinya reaksi gelap di dalam stroma. Reaksi gelap pertama kali ditemukan oleh Calvin dan Benson. Dengan demikian reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson
Tahap-tahap yang terjadi pada reaksi gelap (Calvin-Benson) adalah sebagai berikut:
a. Tahap fiksasi CO2
Pada tahap ini CO2 akan berdifusi ke dalam daun. CO2 kemudian akan difiksasi oleh RuBP (Ribulose Biphosphat; suatu molekul yang mengandung atom 5C) sehingga terbentuk molekul fosfogliserat (PGA)
b. Tahap reduksi PGA
Pada tahap ini PGA direduksi oleh NADPH2 dengan tambahan ATP dari reaksi terang sehingga terbentuk fruktosa-1,6-difosfat. Senyawa ini selanjutnya berubah menjadi senyawa gula, seperti glukosa dan fruktosa.
c. Tahap regenerasi
PGA yang dihasilkan akan membentuk kembali RuBP yangakan memfiksasi gas CO2.
Hasil dari reaksi gelap (Reaksi Calvin-Benson) adalah:
- • RuBP yang cukup banyak untuk memfiksasi CO2 dari udara.
- • Molekul karbon berenergi tinggi berupa glukosa, fruktosa, ataupun amilum. Gula fosfat yang dihasilakan meruapkan bahan dasar pembentuk sukrosa, pati, atau sellulosa.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis
Faktor yang mempengaruhi fotosintesis dibedakan 2 macam, yaitu: factor hereditas dan factor lingkungan
- Faktor hereditas meruapkan factor yang berasal dari dalam individu yang bersangkutan. Pengaruh faktor hereditas ini lebih dominant dibandingkan factor lingkungan.
- Faktor lingkungan yang mempengaruhi fotosintesis antara lain:
- Suhu; fotosintesis idealnya pada suhu 28 – 30 oC. Fotosintesis tidak dapat berlangsung jika suhu dibawah 5 oC atau diatas 50 oC.
- Intensites cahaya dan lamanya pencahayaan
- Kandungan O2 dan CO2 dan H2O; Semakin banyak kandungan O2 dan CO2 dan H2O maka intensitas fotosintesis akan semakin meningkat.
- Kandungan mineral tanah; berhubungan dengan pembentukan klorofil. Semakin banyak mineral tanah maka intensitas fotosintesis akan semakin meningkat.
KEMOSINTESIS
Kemosintesis merupakan proses sintesis atau penyusunan senyawa organic dari senyawa anorganik yang menggunakan energi kimia. Energi kimia yang digunakan dalam kemosintesis merupakan hasil dari reaksi oksidasi.
Organisme yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof. Organisme autotrof memperoleh sumber energinya dari oksidasi zat organic.
Organisme yang termasuk kemoautotrof antara lain:
- Bakteri besi, yang memperoleh energi kimia dengan mengoksidasi ferro (Fe2+) menjadi ferri (Fe3+).
- Bakteri nitrogen, antara lain Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter, memperoleh energi dari mengoksidasi amoniak (NH4) dan NH3 menjadi NH2 + H2O + ATP,
- Sedangkan Nitrobacter memperoleh energi dari pengubahan Nitrit (NO2) menjadi nitrat (NO3)
- Bakteri belerang mendapatkan energi dari oksidasi H2S
