Top Banner
[ BAB 2. METABOLISME] SMA NEGERI 4 BANDUNG 2010-2011 2010 CITRA RIANSYAH XII IPA 2
30

Biologi -Metabolisme-

Jun 25, 2015

Download

Documents

Citra Riansyah

rangkuman biologi bab metabolisme
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Biologi -Metabolisme-

[ BAB 2. ]SMA NEGERI 4 BANDUNG2010-2011

2010

CITRA RIANSYAH

XII IPA 2

Page 2: Biologi -Metabolisme-
Page 3: Biologi -Metabolisme-

BAB II

METABOLISME

A. METABOLISME

Dalam proses penyediaan energi, baik pada tumbuhan maupun manusia, melalui rentetan reaksi kimia. Jika seluruh reaksi kimia terjadi didalam sel makhluk hidup, maka reaksinya disebut reaksi Biokimia.

Metabolisme adalah seluruh proses atau reaksi biokimia yang terjadi di dalam sel.

Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat awal dan diakhiri dengan produk akhir, yang terjadi didalam sel. Didalam Metabolisme meliputi Anabolisme (Penyusunan energi), dan Katabolisme ( Reaksi penggunaan Energi ). Dalam reaksi biokimia terjadi perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain, misalnya energi kimia dalam bentuk senyawa Adenosin Trifosfat ( ATP ) diubah menjadi energi gerak untuk melakukan suatu aktivitas. Senyawa Adenosin Trifosfat (ATP) merupakan molekul kimia berenergi tinggi yang berasal dari perubahan glukosa melalui seragkaian reaksi kimia yang panjang dan kompleks. Energi yang terkandung didalam glukosa tersebut berupa energi ikatan kimia yang berasal dari proses transformasi energi sinar matahari.

Proses metabolisme yang terjadi didalam sel makhluk hidup melibatkan sebagian besar Enzim (Katalisator) baik berlangsung secara sintesis ( Anabolisme ) dan respirasi ( Katabolisme). Pada saat berlangsungnya peristiwa reaksi biokimia di dalam sel, Enzim bekerja secara spesifik. Enzim mempercepat reaksi kimia yang menghasilkan senyawa ATP dan senyawa-senyawa lain yang berenergi tinggi seperti pada proses respirasi, fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, dan lemak.

Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekulfosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi. Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.

Page 4: Biologi -Metabolisme-

Bagan Transformasi energi dalam biologi dapat dibedakan menjadi 3 proses berikut :

1. Transformasi Energi Oleh Klorofil2. Transformasi Energi Oleh Mitokondria3. Transformasi Energi oleh Sel

1. Transformasi Energi Oleh KlorofilEnergi radiasi sinar matahari yang ditangkap oleh klorofil kemudian diubah menjadi

energi kimia melalui proses fotosintesis. Energi kimia tersebut digunakan untuk mensintesis CO₂ dan H₂O menjadi glukosa dan senyawa kompleks lainnyasebagai energi pengikat dan penghubung inti – inti atom yang tersimpan dalam bentuk senyawa karbohidrat (sebagai bahan makanan).

Energi radiasi matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi energi potensial dan energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan lainnya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atom – atom bakunya.

2. Transformasi Energi Oleh MitokondriaEnergi kimia digunakan untuk mengubah karbohidrat dan senyawa lainnya sebagai energi

ikatan fosfat melalui respirasi sel untuk oksidasi DNA, RNA, protein, dan lemak. Mitokondria banyak terdapat pada sel – sel otot makhluk hidup dan sel-sel saraf.

3. Transformasi Energi Oleh SelJika sel melakukan kegiatan, maka energi kimiawi dari ikatan fosfat akan terlepas dan

berubah menjadi energi bentuk lain seperti energi mekanik untuk kerja kontraksi otot, energi listrik untuk meneruskan impuls saraf, energi sintesis untuk membangun senyawa pertumbuhan, serta sisanya akan mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi panas.

B. KOMPONEN – KOMPONEN YANG BERPERAN DALAM METABOLISME

1. Enzim

Enzim merupakan senyawa organik jenis protein yang dihasilkan oleh sel dan berperan sebagai katalisator (pemercepat suatu reaksi kimia)sehingga disebut Biokatalisator.....Reaksi metabolisme dalam sel sangat membutuhkan keberadaan enzim. Seluruh reaksi kimia yang membangun proses metabolisme merupakan reaksi enzimatis.Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim di buat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus selalu di dalam sel.

Komponen penyusun enzim

berdasarkan senyawa pembentuknya yaitu protein enzim dibedakan atas 2 bagian :

a. enzim sederhana..enzim dengan seluruh komponen penyusunnya adalah proteinb. Enzim kompleks / Enzim konjugasi / Haloenzim...Enzim yang komponen penyusunnya tidak hanya terdiri atas protein

Page 5: Biologi -Metabolisme-

...Apoenzim merupakan bagian dari enzin konjugasi yang berupa protein

...prostetik merupakan bagian dari protein konjugasi yang bukan senyawa protein

...gugus prostetik yang terbuat dari senyawa logam disebut kofaktor

...Gugus prostetik yang terbuat dari bahan organik seperti vitamin disebut ko enzim

Sifat-sifat enzimEnzim mempunyai sifat-siat sebagai berikut:

1. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.

2. Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.

3. Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat pada enzim.

4. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.

5. Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase.

6. Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-katalisis pembentukan dan penguraian lemak.

lipaseLemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol

7. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu.

8. Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.

Page 6: Biologi -Metabolisme-

Gbr. Penghambatan Reversible terhadap kerja enzim

Pada reaksis enzimatis terdapat zat yang mempengarahi reaksi, yakniaktivator dan inhibitor, aktivator dapat mempercepat jalannya reaksi, contoh aktivator enzim: ion Mg, Ca, zat organik seperti koenzim-A. Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim. Contoh inhibitor : CO, Arsen, Hg, Sianida.

Kerja Enzimada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu:

a. Teori kunci dan anak kunci (Lock and key)Teori ini dikemukakan oleh Emil Fisher yang menyatakan kerja enzim seperti kunci dan anak kunci, melalui hidrolisis senyawa gula dengan enzim invertase, sebagai berikut:

1. Enzim memiliki sisi aktivasi, tempat melekat substrat2. hubungan antara enzim dan substrat terjadi pada sisi aktivasi3. Hubungan antara enzim dan substrat membentuk ikatan yang lemah

4. Enzim + substrat --> Kompleks enzim substrat --> Hasil akhir + Enzim

Page 7: Biologi -Metabolisme-

b. teori kecocokan induksi (induced fit theory)Bukti dari kristalografi sinar x, diketahui bahwa sisi aktif enzim bukan merupakan bentuk yang kaku, tapi bentuk yang fleksibelKetika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif akan termodifikasi menyesuaikan bentuk substrat, sehingga terbentuk kompleks enzim substrat

ketika substrat terikat pada enzim, sisi aktif enzim mengalami beberapa perubahan sehingga ikatan yang terbentuk antara enzim dan substrat menjadi menjadi lebih kuat. Interaksi antara enzim dan substrat disebut Induced fit.

Page 8: Biologi -Metabolisme-

Komponen EnzimEnzim merupakan protein, berdasarkan senyawa penyusunnya, enzim dibedakan atas:

Enzim sederhana komponen utama penyusun tubuhnya adalah proteinEnzim konjugasi / halo enzim merupakan enzim yang tersusun atas senyawa protein dan senyawa selain protein.Bagian dari enzim konjugasi yang berupa protein disebut Apoenzim, sedangkan bagian yang bukan protein disebut prostetik.

Struktur prostetik yang terbuat dari logam disebut kofaktor, sedangkan yang terbuat dari bahan organik seperti protein disebut ko enzim

Jenis-jenis enzimEnzim dalam metabolisme dibedakan menjadi 6 golongan yaitu:1. Oksido-reduktase yaitu enzim yang bekerja pada reaksi oksidasi dan reduksi2. Transferase bekerja untuk memindahkan gugus kimia3. Hidrolase bekerja mengubah bentuk kimia tanpa menambah atau mengurangi unsur4. Hidrolase bekerja pada reaksi yang menggunakan air5. ligase bekerja pada reaksi penggabungan dua senyawa atau lebih6. Liase bekerja pada reaksi pemutusan senyawa

2. Adenosin Trifosfat (ATP)

Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekulfosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya

Page 9: Biologi -Metabolisme-

meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi.

Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.

Reaksinya: ATP --> ADP --> AMP (reaksi tersebut meruapak reaksi bulak balik) perubahan ATP menjadi ADP di ikuti dengan pembebasan energi sebesar 7,3 kalori/mol ATP.

Karena fungsi ATP sebagai penyimpan energi yang sewaktu – waktu siap digunakan dan bersifat universal (bolak-balik), maka disebut sebagai unversal Energy Carrier. Sel dalam menggunakan energi ATP tersebut sangat efektif karena hanya berlangsung satu sistem yaitu dengan hanya mengambil energi dari sumber ATP.

3. Reaksi Oksidasi – Reduksi (Redoks).

Reaksi Oksidasi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan pelepasan elektron dari satu atom atau senyawa.

Reaksi Reduksi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan penambahan elektron dari satu atom atau senyawa.

Didalam sel, kedua reaksi itu terjadi secara bersamaan (simultan), artinya jika elektron dipindahkan dari molekul sebagai pemberi (donor) elektron maka ada molekul lain yang bertindak sebagai penerima (akseptor) elektron. Dengan demikian, donor elektron menjadi molekul yang teroksidasi sedangkan akseptor menjadi molekul yang tereduksi.

Reaksi Simultan antara Oksidasi dan Reduksi disebut dengan reaksi redoksC. KATABOLISME

Katabolisme adalah serangkaian reaksi yang merupakan proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan energi, yang dapat digunakan organisme untuk melakukan aktivitasnya. Termasuk didalamnya reaksi pemecahan dan oksidasi molekul makanan seperti reaksi yang menangkap energi dari cahaya matahari. Fungsi reaksi katabolisme adalah untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan oleh reaksi anabolisme.

Page 10: Biologi -Metabolisme-

Sifat dasar yang pasti dari reaksi katabolisme berbeda pada setiap organisme, dimana molekul organik digunakan sebagai sumber energi pada organotrof, sementara litotrof menggunakan substrat anorganik dan fototrof menangkap cahaya matahari sebagai energi kimia. Tetapi, bentuk reaksi katabolisme yang berbeda-beda ini tergantung dari reaksi redoks yang meliputi transfer elektron dari donor tereduksi seperti molekul organik, air, amonia, hidrogen sulfida, atau ion besi ke molekul akseptor seperti oksigen, nitrat, atau sulfat. Pada hewan reaksi katabolisme meliputi molekul organik kompleks yang dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana, seperti karbon dioksida dan air. Pada organisme fotosintetik seperti tumbuhan dan sianobakteria, reaksi transfer elektron ini tidak menghasilkan energi, tetapi digunakan sebagai tempat menyimpan energi yang diserap dari cahaya matahari.

Urutan yang paling umum dari reaksi katabolik pada hewan dapat dibedakan menjadi tiga tahapan utama. Pertama, molekul organik besar seperti protein, polisakarida, atau lemak dicerna menjadi molekul yang lebih kecil di luar sel. Kemudian, molekul-molekul yang lebih kecil ini diambil oleh sel-sel dan masih diubah menjadi molekul yang lebih kecil, biasanya asetil koenzim A (Asetil KoA), yang melepaskan energi. Akhirnya, kelompok asetil pada KoA dioksidasi menjadi air dan karbon dioksida pada siklus asam sitrat dan rantai transpor elektron, dan melepaskan energi yang disimpan dengan cara mereduksi koenzim Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD+) menjadi NADH.

Pada setiap organisme, untuk menghasilkan energi tersebut dapat dibagi dalam dua cara, yaitu sebagai berikut.

1. Respirasi Aerob

Sebagian besar hewan dan tumbuhan melakukan respirasi aerob. Respirasi aerob adalah peristiwa pembakaran zat makanan menggunakan oksigen dari pernapasan untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Selanjutnya, ATP digunakan untuk memenuhi proses hidup yang selalu memerlukan energi. Respirasi aerob disebut juga pernapasan, dan terjadi di paru-paru. Sedangkan, pada tingkat sel respirasi terjadi pada organel mitokondria. Secara sederhana, reaksi respirasi adalah sebagai berikut:

Pada respirasi ini, bahan makanan seperti senyawa karbohidrat, lemak atau protein dioksidasi sempurna menjadi karbondioksida dan air. Pada reaksi di atas, substrat yang dioksidasi sempurna adalah glukosa. Oksigen diperlukan sebagai akseptor elektron terakhir pada rantai transpor elektron di mitokondria. Karbondioksida (CO2) dibebaskan keluar sel sebagai sampah. Pada manusia, CO2 dilarutkan dalam darah, kemudian dibuang melalui pernapasan dari paru-paru. Molekul air juga merupakan sampah dari respirasi dan dibuang lewat plasma darah ke paru-paru, kemudian dikeluarkan melalui hembusan napas.

Page 11: Biologi -Metabolisme-

Respirasi aerob dapat dibedakan menjadi tiga tahap, yaitu : glikolisis, siklus krebs, dan transpor elektron. Untuk memahami tahapan-tahapan tersebut, cermati uraian berikut ini.

a. GlikolisisGlikolisis adalah peristiwa pengubahan

molekul glukosa (6 atom C) menjadi 2 molekul yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat (3 atom C). Glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel. Prosesnya terdiri atas sepuluh langkah.

Peristiwa glikolisis menunjukkan perubahan dari glukosa, kemudian makin berkurang kekomplekan molekulnya dan berakhir sebagai molekul asam piruvat. Produk penting glikolisis adalah:

2 molekul asam piruvat

2 molekul NADH sebagai sumber elektron

berenergi tinggi

2 molekul ATP dari 1 molekul glukosa

Sebenarnya, dari 1 molekul glukosa dihasilkan 4 molekul ATP, tetapi 2 molekul digunakan untuk beberapa reaksi kimia. Dari kesepuluh langkah pemecahan glukosa, dua di antaranya bersifat endergonik, dan menggunakan 2 molekul ATP.

b. Siklus Krebs

Siklus krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob. Nama siklus ini berasal dari nama orang yang menemukan reaksi tahap kedua respirasi aerob ini, yaitu Hans Krebs. Siklus ini disebut juga siklus asam sitrat.

Page 12: Biologi -Metabolisme-

Siklus krebs diawali dengan adanya 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis yang meninggalkan sitoplasma masuk ke mitokondria. Sehingga, siklus krebs terjadi di dalam mitokondria.

Tahapan siklus krebs adalah sebagai berikut:

a) Asam piruvat dari proses glikolisis, selanjutnya masuk ke siklus krebs setelah bereaksi dengan NAD+

(Nikotinamida adenine dinukleotida) dan ko-enzim A atau Ko-A, membentuk asetil Ko-A. Dalam peristiwa ini, CO2 dan NADH dibebaskan. Perubahan kandungan C dari 3C (asam piruvat) menjadi 2C (asetil ko-A).

b) Reaksi antara asetil Ko-A (2C) dengan asam oksalo asetat (4C) dan terbentuk asam sitrat (6C). Dalam peristiwa ini, Ko-A dibebaskan kembali.

c) Asam sitrat (6C) dengan NAD+ membentuk asam alfa ketoglutarat (5C) dengan membebaskan CO2.

d) Peristiwa berikut agak kompleks, yaitu pembentukan asam suksinat (4C) setelah bereaksi dengan NAD+ dengan membebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP setelah bereaksi dengan ADP dan asam fosfat anorganik.

Page 13: Biologi -Metabolisme-

e) Asam suksinat yang terbentuk, kemudian bereaksi dengan FAD (Flarine Adenine Dinucleotida) dan membentuk asam malat (4C) dengan membebaskan FADH2.

f) Asam malat (4C) kemudian bereaksi dengan NAD+ dan membentuk asam oksaloasetat (4C) dengan membebaskan NADH, karena asam oksalo asetat akan kembali dengan asetil ko-A seperti langkah ke 2 di atas.

Dapat disimpulkan bahwa siklus krebs merupakan tahap kedua dalam respirasi aerob yang mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH2, ATP serta membentuk kembali oksaloasetat. Oksaloasetat ini berfungsi untuk siklus krebs selanjutnya. Dalam siklus krebs, dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP

c. Transpor elektronTranspor elektron terjadi di membran dalam mitokondria, dan berakhir setelah elektron dan H+ bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir, membentuk H2O. ATP yang dihasilkan pada tahap ini adalah 32 ATP. Reaksinya kompleks, tetapi yang berperan penting adalah NADH, FAD, dan molekul-molekul khusus, seperti Flavo protein, ko-enzim Q, serta beberapa sitokrom.

Dikenal ada beberapa sitokrom, yaitu sitokrom C1, C, A, B, dan A3. Elektron berenergi pertama-tama berasal dari NADH, kemudian ditransfer ke FMN (Flavine Mono Nukleotida), selanjutnya ke Q, sitokrom C1, C, A, B, dan A3, lalu berikatan dengan H yang diambil dari lingkungan sekitarnya. Sampai terjadi reaksi terakhir yang membentuk H2O. Secara sederhana, reaksi transpor Elektron dituliskan:

5 – Katabolisme 6

Jadi, hasil akhir proses ini terbentuknya 32 ATP dan H2O sebagai hasil sampingan respirasi. Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh, pada tumbuhan melalui stomata dan

Sistem Transpor Elektron

Page 14: Biologi -Metabolisme-

melalui paru-paru pada pernapasan hewan tingkat tinggi. Ketiga proses respirasi dapat diringkas sebagai berikut.

2. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat. Respirasi anaerob sering disebut juga fermentasi.Organisme yang melakukan fermentasi di antaranya adalah bakteri dan protista yang hidup di rawa, lumpur, makanan yang diawetkan, atau tempat-tempat lain yang tidak mengandung oksigen. Beberapa organisme dapat berespirasi menggunakan oksigen, tetapi dapat juga melakukan fermentasi. Organisme seperti ini melakukan fermentasi jika lingkungannya miskin oksigen. Sebagai contoh, sel-sel otot dapat melakukan respirasi anaerob jika kekurangan oksigen.

Pada fermentasi, glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan terbentuk 2 ATP. Tetapi, fermentasi tidak bereaksi secara sempurna memecah glukosa menjadi karbon dioksida dan air, serta ATP yang dihasilkan pun tidak sebesar ATP yang dihasilkan dari glikolisis.

Dari hasil akhirnya, fermentasi dibedakan menjadi fermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol.

a. Fermentasi asam laktatFermentasi asam laktat merupakan respirasi anaerob, hasil akhir fermentasi ini ialah asam laktat yang disebut juga asam susu. Sebagian masyarakat menyebut asam laktat sebagaiasamkelelahan, karena erat kaitannya dengan rasa lelah. Hal ini terjadi pada manusia, karena bergerak melebihi batas sehingga terjadi penimbunan asam laktat yang merupakan hasil akhir fermentasi pada otot tubuh.Proses fermentasi juga dimulai dengan glikolisis yang menghasilkan asam piruvat. Karena pada proses ini tidak ada oksigen yang merupakan reseptor terakhir, maka asam piruvat diubah menjadi asam laktat. Kejadian ini berakibat pada elektron yang tidak meneruskan perjalanannya, tidak lagi menerima elektron dari NADH dan FAD. Karena tidak terjadi penyaluran elektron, berarti pula NAD+ dan FAD yang diperlukan dalam siklus krebs juga tidak terbentuk. Akibatnya, reaksi siklus krebs pun terhenti. Asam laktat merupakan zat kimia yang merugikan karena bersifat racun atau toksis.

b. Fermentasi alkoholPada beberapa mikroorganisme, peristiwa pembebasan energi terjadi karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat dan CO2. Selanjutnya, asam asetat diubah menjadi alkohol. Pada peristiwa ini, NADH diubah menjadi NAD+. Dengan terbentuknya NAD+, glikolisis dapat terjadi. Dengan demikian, asam piruvat selalu tersedia, kemudian diubah menjadi energi. Pada fermentasi ini, energi (ATP) yang dihasilkan dari 1 molekul glukosa hanya 2 molekul ATP, berbeda dengan proses respirasi aerob yang

Page 15: Biologi -Metabolisme-

mengubah 1 molekul glukosa menjadi 34 ATP.

Pada hakikatnya, respirasi adalah pemanfaatan energi bebas dalam makanan menjadi energi bebas yang ditimbun dalam bentuk ATP. Dalam sel, ATP digunakan sebagai sumber energi bagi seluruh aktivitas hidup yang memerlukan energi. Aktivitas hidup yang memerlukan energi, antara lain sebagai berikut.

Page 16: Biologi -Metabolisme-

1. Kerja mekanis

Salah satu bentuk kerja mekanis adalah lokomosi. Kerja mekanis selalu terjadi jika sel otot berkontraksi.

2. Transpor aktif

Dalam transpor aktif, sel-sel harus mengeluarkan energi untuk mengangkut molekul zat atau ion yang melawan gradien konsentrasi zat.

3. Produksi panas

Energi panas penting bagi tubuh burung dan hewan menyusui. Energi panas ini, umumnya timbul sebagai hasil sampingan transformasi energi dalam sel. Misalnya, pada proses kontraksi otot, terjadi pemecahan ATP. Disamping timbul energi mekanik, timbul juga energi panas.

D. ANABOLISME

Anabolisme adalah proses sintesis molekul kompleks dari senyawa-senyawa kimia yang sederhana secara bertahap. Proses ini membutuhkan energi dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk.

Selain dua macam energi diatas, reaksi anabolisme juga menggunakan energi dari hasil reaksi katabolisme, yang berupa ATP. Agar asam amino dapat disusun menjadi protein, asam amino tersebut harus diaktifkan terlebih dahulu. Energi untuk aktivasi asam amino tersebut berasal dari ATP. Agar molekul glukosa dapat disusun dalam pati atau selulosa, maka molekul itu juga harus diaktifkan terlebih dahulu, dan energi yang diperlukan juga didapat dari ATP. Proses sintesis lemak juga memerlukan ATP.

Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida. Kedua, pengaktivasian senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.

Page 17: Biologi -Metabolisme-

Senyawa kompleks yang disintesis organisme tersebut adalah senyawa organik atau senyawa hidrokarbon. Autotrof, seperti tumbuhan, dapat membentuk molekul organik kompleks di sel seperti polisakarida dan protein dari molekul sederhana seperti karbon dioksida dan air. Di lain pihak, heterotrof, seperti manusia dan hewan, tidak dapat menyusun senyawa organik sendiri. Jika organisme yang menyintesis senyawa organik menggunakan energi cahaya disebut fotoautotrof, sementara itu organisme yang menyintesis senyawa organik menggunakan energi kimia disebut kemoautotrof.

Reaksi anabolisme menghasilkan senyawa-senyawa yang sangat dibutuhkan oleh banyak organisme, baik organisme produsen (tumbuhan) maupun organisme konsumen (hewan, manusia). Beberapa contoh hasil anabolisme adalah glikogen, lemak, dan protein berguna sebagai bahan bakar cadangan untuk katabolisme, serta molekul protein, protein-karbohidrat, dan protein lipid yang merupakan komponen struktural yang esensial dari organisme, baik ekstrasel maupun intrasel.

1. Fotosintesis

Menurut Stone (2004), reaksi fotosintesis dapat diartikan bahwa enam molekul karobondioksida dan enam molekul air bereaksi dengan bantuan energi cahaya matahari untuk dirubah menjadi satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen. Glukosa adalah molekul yang dibentuk sebagai hasil dari proses fotosintesis yang di dalamnya tersimpan hasil konversi energi cahaya matahari dalam bentuk ikatan-ikatan kimia penyusun molekul tersebut. Glukosa merupakan senyawa karbon yang nantinya

digunakan bersama elemen-elemen lain di dalam sel untuk membentuk senyawa kimia lain yang sangat penting bagi organisme tersebut, seperti DNA, protein, gula dan lemak. Selain itu, organisme dapat memanfaatkan energi kimia yang tersimpan dalam ikatan kimia di antara atom-atom penyusun glukosa sebagai sumber energi dalam proses-proses di dalam tubuh.

Page 18: Biologi -Metabolisme-

Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan). Digunakan dalam proses fetosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.

Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.

Suatu ciri hidup yang hanya dimiliki oleh tumbuhan hijau adalah kemampuan dalam mengggunakan zat karbon dari udara untuk diubah menjadi bahan organic sertadiasimilasi dalam tubuh tumbuhan. Oleh karena proses pengubahan itu memerlukan energy cahaya, maka asimilasi zat karbon disebut fotosintesis. Atau secara lengkap pengertian fotosintesis atau asimilasi karbon ialah proses pengubahan zat – zat anorganik

Page 19: Biologi -Metabolisme-

H2O dan CO2 oleh klorofil menjadi zat organic

karbohidrat dengan bantuan cahaya.Peristiwa fotosintesis dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi kimia sebagai berikut:

Kloroplas sebagai bahan dasar fotosintesis memiliki energi dari sinar matahari disimpan lalu diubah menjadi molekul dan glukosa. Didalam mitokondria energy yang telah diubah menjadi glukosa dibongkar kembali untuk digunakan bagi keperluan proses – proses dalam sel. Kloroplas dibungkus oleh dua lapisan (membrane) , lapisan dalam berupa suatu membrane yang kompleks , pada membrane ini terdapat beberapa lapisan kantung yang rata , disebut grana. Zat warna klorofil dan molekul – molekul yang membantu penangkapan sinar matahari berada sisalam grana.didalam seluruh grana terdapat larutan protein yang disebut stroma.

TAHAPAN – TAHAPAN FOTOSINTESIS

Proses fotosintesis yang terjadi di kloroplas melalui dua tahap reaksi, yaitu reaksiterang dan reaksi gelap.

Cahaya6 CO2 + 6 H2O------------- C6H12O6 + 6 O2

Klorofil

Page 20: Biologi -Metabolisme-

1. Reaksi terangTerjadi bila terdapat sinar, misalkan sinar matahari. Selama tahap ini klorofil didalam membran

gana menyerap sinar merah dan nila yang bergelombang panjang pada spectrum sinar. Energi yang ditangkap oleh klorofil digunakan untuk memecah molekul air. Pemecahan ini disebut fotolisis. Fotolisis mengakibatkan molekul air pecah menjadi hydrogen dan oksigen. Reaksi fotolisis dapat ditulis dengan persamaan:

2 H 2O 2 H 2 + O 2

H2 yang terlepas ditampung oleh koenzim NADP. Dalam hal ini, NADP bertindak sebagai akseptor H2, bentuknya berubah menjadi NADPH2 dan O2tetap dalam keadaan bebas. NADP (Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat) merupakan koenzim yang penting peranannya dalam kegiatan oksidasi reduksi dan banyak terdapat dalam sel hidup. Selama proses tersebut dihasilkan ATP.

2. Reaksi gelapBlackman (1905) adalah seorang ahli membuktikan bahwa reduksi dari CO2 ke CHO berlangsung

tanpa sinar. Sehingga reaksi gelap disebut pula sebagai reaksi blackman atau reduksi CO. Bila reaksi terang (Hill) dan reaksi gelap (blackman) digabung maka reaksinya sebagai berikut:

Hill:

2 H2O 2 NADP H2 + O2

Balckman:

CO2 + 2 NADP H2 + O2 2 NADP + H2 + CO + O + H2 + O2Penggabungan :

2 H2O + CO CH2O + H2O + O2

Page 21: Biologi -Metabolisme-

hasil akhir :

FOTOSINTESIS

6 H2O + 6 CO2 ----> (CH2O)6 + 6 H2 + 6 O2

Klorofil

P680

H₂O(Fotolisis)

H⁺

NADPH

Non SIklik :

OH¯

Fotosistem II Fotosistem I

Reaksi Terang di Grana

Siklik

Siklus Calvin (Reaksi Gelap di Stroma)

Page 22: Biologi -Metabolisme-

2. Kemosintesis

Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.

Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri).

Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3,

tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:

Nitrosomonas

(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi

Nitrosococcus

A . Sintesis Lemak

Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga

zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui

pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam

senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat

dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan

seterusnya.

Sintesis Lemak dari Karbohidrat :

Glukosa diurai menjadi piruvat ———> gliserol.

Glukosa diubah ———> gula fosfat ———> asetilKo-A ———> asam lemak.

Gliserol + asam lemak ———> lemak.

Sintesis Lemak dari Protein:

Protein ————————> Asam Amino

protease

Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dabulu, setelah itu memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piravat ———>Asetil Ko-A.

Page 23: Biologi -Metabolisme-

Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam pirovat, selanjutnya asam piruvat ——> gliserol ——> fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifkasi membentuk lemak.

Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih tinggi daripada karbohidrat. 1 gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori saja.

B. Sintesis Protein

Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida.

Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

E. HUBUNGAN ANTARA METABOLISME KARBOHIDRAT, LEMAK, DAN PROTEIN

Hasil pencernaan lemak (asam lemak dan gliserol) dan protein (asam amino) masuk ke dalam jalur respirasi sel pada titik titik yang diperlihatkan. Beberapa titik yang sama bekerja untukmengalirkan kelebihan zat intermedier ke dalam jalur anabolisme ke sintesis lemak dan asam amino tertentu.

Daur Krebs merupakan jalur metabolisme yang utama dari berbagai hasil metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Hasil dari Siklus Krebs adalah energi ATP, CO2, dan H2O. Hal ituterjadi pada makhluk hidup aerob, sedangkan pada makhluk hidup anaerob tidak menggunakan metabolisme Daur Krebs sebagai penghasil energinya. Glikolisis anaerob adalah proses penguraian karbohidrat menjadi laktat melalui piruvat tanpa melibatkan O2. Fermentasialkohol adalah proses oksidasi glukosa yang menghasilkan etanol dan CO2.

Metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak saling berkaitan satu sama lain. Metabolisme lemak menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan karbohidrat dan protein

Page 24: Biologi -Metabolisme-

SOURCES..

http://ninityulianita.wordpress.com http://www.e-dukasi.net http://gurumuda.com http://books.google.co.id http://2.bp.blogspot.com Kistinah, Idun, Endang Sri Lestari.2009.BIOLOGI Makhluk Hidup dan Lingkungannya.

Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional