-
26 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
PENDAHULUAN
Guru profesional hendaknya memiliki kompetensi pedagogik,
personal (sosial dan
budi pekerti) dan profesional. Materi yang dikembangkan dalam
modul ini merupakan bagian
dari pengembangan kompetensi profesional guru Biologi pada
jenjang sekolah menengah.
Pada setiap bagian Anda akan diperhadapkan dengan sejumlah kasus
dan diharapkan Anda
mampu menganalisisnya secara kritis guna mendapatkan sebuah
pemahaman pemecahan
masalah. Oleh sebab itu diharapkan Anda menelaah secara seksama
materi yang terkait
dengan kasus yang dikemukakan di dalam modul ini secara
sungguh-sungguh. Bila ada
permasalahan yang kurang jelas, mintalah petunjuk dari
fasilitator.
Kompetensi
Menguasai keilmuan, kajian kritis dan pendalaman materi ajar
biologi dalam konteks
kurikulum sekolah.
Sub kompetensi
1. Menguasai konsep dasar dan langkah-langkah pengamatan dalam
biologi.
2. Menguasai materi ajar metabolisme dalam konteks kurikulum
sekolah
3. Menguasai materi ajar bioteknologi dalam konteks kurikulum
sekolah
4. Menguasai materi ajar biologi sel dalam konteks kurikulum
sekolah
5. Menguasai materi ajar keanekaragaman hayati dan interaksi
mahluk hidup dengan
lingkungan dalam konteks kurikulum sekolah
Indikator
1. Menganalisis fakta, konsep, prinsip dan teori dalam biologi
yang sesuai dengan
materi yang akan diajarkan.
2. Menguasai tahapan dan/atau prosedur pengamatan melalui
kegiatan praktikum
biologi
3. Menganalisa fenomena penerapan konsep dasar anabolisme
karbohidrat dalam
kehidupan
4. Melakukan uji karbohidrat secara sederhana
5. Menganalisis karakter protein berdasarkan struktur dan
fungsinya
6. Menganalisis tahapan dalam metabolisme protein
7. Melakukan uji protein secara sederhana
8. Menganalisis karakter lemak berdasarkan setruktur dan
fungsinya
-
27 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
9. Melakukan uji lemak secara sederhana
10. Menganalisis prinsip-prinsip ilmiah dalam pembuatan
produk-produk atau jasa
bioteknologi yang digunakan dalam berbagai aspek keidupan
manusia
11. Membedakan bioteknologi konvensional dan modeen berdasarkan
proses dan
produknya
12. Merancang percobaan bioteknologi sederhana
13. Menganalisis tahapan dalam proses pembuatan produk
bioteknologi yang
menggunakan DNA rekombinan
14. Menganalisis struktur sel
15. Menganalisis tahapan pembelahan sel
16. Menerapkan dasar-dasar pengelompokan makhluk hidup
17. Menggambarkan daur hidup suatu taksa makhluk hidup
18. Menganalisis interaksi makhluk hidup dengan lingkungnnya
Deskripsi Materi
Pada bagian akhir pelaksanaan PLPG ini, Anda dituntut untuk
mencapai kompetensi
dan sub kompetensi di atas berdasarkan indikator-indikatornya.
Untuk itu lakukan kajian
kritis dalam diskusi yang meliputi metabolisme, bioteknologi,
biologi sel dan
keanekaragaman hayati serta interaksi makhluk hidup dengan
lingkungan.
KEGIATAN BELAJAR 1
METABOLISME
A. Fotosintesis
Fotosintesis adalah bioproses yang paling penting di bumi,
dimana tumbuhan hijau
dan bakteri berklorofil memanfaatkan energi sinar matahari untuk
mensintesis bahan organik
dari molekul anorganik sederhana. Molekul organik yang menyusun
dunia hidup berasal
langsung atau tidak langsung dari materi organik hasil
fotosintesis. Hanya proses fotosintesis
yang membebaskan oksigen untuk digunakan oleh semua bentuk
kehidupan dalam proses
respirasi. Kloroplas adalah organel yang melakukan fotosintesis
bagaikan sel surya untuk
menghasilkan karbohidrat.
Dalam sebuah kasus; Seorang guru biologi bermaksud mengajarkan
secara
menyeluruh dan mendalam tentang konsep dasar fotosintesis kepada
muridnya agar tuntas
menguasai aspek (i) energi elektromagnetik, (ii) spektrum kerja
cahaya, (iii) struktur
kloroplas, (iv) reaksi fotofosforilasi, (v) reaksi fiksasi
karbondioksida, dan (vi) transport hasil
fotosintesis, serta berbagai aspek faktual yang terkait dalam
kehidupan sehari-hari, termasuk
-
28 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
prosedur pengamatan fotosintesis. Oleh karena itu sang guru
membutuhkan formulasi rinci
dari konsep dasar fotosintesis dalam bentuk deskripsi lengkap
tentang fotosintesis dalam
konteks kurikulum sekolah menengah.
LATIHAN 1.
Diskusikan secara berkelompok dan klasikal dengan total waktu
dua jam, agar Anda
dapat mengkaji secara mendalam konsep dasar fotosintesis untuk
membedakan dengan
katabolisme, menghubungkan struktur kloroplas dengan proses
fotosintesis, membedakan
reaksi terang dengan reaksi gelap berdasarkan proses dan
produknya, serta
menghubungkan proses dan produk fotosintesis dengan kebutuhan
hidup makhluk hidup,
termasuk manusia, sehingga Anda semua memahami dengan wawasan
luas mengenai:
a. Aspek-aspek utama proses fotosintesis;
b. Urutan langkah proses dalam reaksi terang dan reaksi gelap
fotosintesis;
c. Istilah spektrum serapan, akseptor elektron, fotofosforilasi
dan spectrum kerja;
d. Perbedaan antara reaksi terang dan reaksi gelap, fosforilasi
siklik dan fotofosforilasi non-
siklik, fotosintesis C3, C4, dan CAM;
e. Proses transport hasil fotosintesis
f. Aspek faktual yang terkait dalam kehidupan sehari-hari,
termasuk prosedur pengamatan
fotosintesis.
B. Respirasi Seluler
Oksidasi senyawa organik melepaskan energi yang tersimpan untuk
digunakan oleh
organisme dalam melakukan proses metabolisme. Bahan karbohidrat
sebagai sumber energi
diperoleh dalam bentuknya yang kompleks, seperti diskarida dan
amilum serta glikogen.
Tahap awal metabolisme karbohidrat adalah mengubah polimer
karbohidrat menjadi bentuk
lebih sederhana, terlarut dan dapat diangkut melintasi membran
usus untuk disalurkan ke
jaringan.
Respirasi seluler adalah proses dimana energi kimia dari molekul
makanan
dilepaskan dan sebagian ditangkap dalam bentuk ATP. Karbohidrat,
lemak dan protein
adalah bahan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam
respirasi seluler, tetapi
glukosa adalah yang paling umum digunakan sebagai contoh untuk
mempelajari reaksi dan
jalur yang terlibat.
Kasus yang terjadi; dimana siswa sebuah sekolah menengah
memperoleh
pengalaman belajar tentang metabolisme karbohidrat hanya dengan
mendalami materi dari
gurunya sebagai berikut:
-
29 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Respirasi seluler dibagi menjadi 3 proses metabolisme, yaitu:
glikolisis, siklus krebs
dan fosforilasi oksidatif. Setiap bagian tersebut terjadi pada
bagian tertentu di dalam sel dan
dipengaruhi keberadaan oksigen. Dalam keadaan tanpa oksigen,
respirasi terdiri dari dua
jalur metabolisme: glikolisis dan fermentasi. Keduanya
berlangsung di sitosol.
1. Produksi ATP dari glukosa
Pada respirasi seluler, energi kimia dalam berbagai nutrien,
seperti glukosa diubah
menjadi adenosine triphosphate (ATP). Dalam bentuk ini, ATP
dapat diangkut untuk
menyediakan energi yang dibutuhkan untuk menjalankan fungsi
metabolisme.
Molekul ATP dapat menyimpan energi dalam bentuk ikatan fosfat
berenergi tinggi
yang bergabung pada gugus terminal. Dalam bentuk ini energi
dapat disimpan dalam sebuah
lokasi, kemudian berpindah dari suatu bagian ke bagian lain sel,
di mana dapat dilepaskan
untuk mendorong reaksi biokimia lainnya. Energi yang tersimpan
pada ATP dalam suatu
lokasi dilepaskan dari ATP ketika ikatan fosfat pada gugus
terminal terputus.
2. Tinjauan Khusus pada molekul Pembawa elektron
Sejumlah molekul dapat berperan sebagai pembawa elektron dalam
sistem biologi.
Dalam respirasi seluler, ada dua pembawa elektron yang memiliki
peranan penting,
nikotinamida adenine dinukleotida (disingkat NAD+, dalam bentuk
teroksidasinya) dan flavin
adenine dinukleotida (disingkat FAD dalam bentuk
teroksidasinya). Molekul NAD+ digunakan
untuk menerima elektron (menjadi tereduksi) dalam beberapa
reaksi kimia pada glikolisis
dan siklus krebs. NAD+ menerima sebuah ion hidrogen (H+) dan dua
elektron (2e-) sehingga
tereduksi menjadi NADH + H+. NADH bergerak ke rantai transpor
elektron dan melepaskan
sepasang elektronnya (menjadi teroksidasi) ke senyawa pertama
dalam rantai tersebut.
3. Glikolisis
Dalam glikolisis, gula berkarbon 6 (glukosa), dipecah menjadi 2
molekul berkarbon 3
yaitu piruvat. Perubahan ini menghasilkan secara bersih 2
molekul ATP dan 2 molekul NADH.
Terdapat 4 bagian penting dalam glikolisis:
1) Aktivasi glukosa oleh ATP
2) Pemecahan glukosa menjadi 2 bagian yang terfosforilasi
3) Reduksi NAD+ menjadi NADH
4) Fosforilasi ADP
4. Siklus Krebs
Siklus krebs berlangsung pada matriks mitokondria dan
menghasilkan sebuah kolam
energi kimia (ATP, NADH, dan FADH2) dari oksidasi piruvat yang
merupakan hasil akhir dari
glikolisis.
-
30 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Piruvat diangkut ke dalam mitokondria dan melepaskan
karbondioksida untuk
membentuk asetil-KoA, sebuah molekul berkarbon 2. Ketika
Asetil-KoA dioksidasi menjadi
karbondioksida pada siklus krebs, energi kimia dilepaskan dan
tersedia dalam bentuk NADH,
FADH+ dan ATP.
Hasil akhir respirasi aerob 38 ATP jika shuttle malat digunakan
dalam pengangkutan
NADH hasil glikolisis ke mitokondria dan 36 ATP apabila shuttle
glyserol-P yang
digunakannya, hal ini terjadi karena membran mitokondria
impermeabel terhadap NAD+
ataupun NADH sehingga untuk memasuki mitokondria dibutuhkan
ulang-alik/shuttle malat
ataupun aspartat .
a. Fosforilasi oksidasi melalui rantai transpor elektron
Rantai transpor elektron memungkinkan pelepasan sejumlah besar
energi kimia yang
tersimpan dalam NAD+ tereduksi (NADH) dan FADH tereduksi
(FADH2). Energi yang
dilepaskan tersedia dalam bentuk ATP (3 ATP per NADH dan 2 ATP
per FADH2)
NADH + H+ + 3 ADP + 3 Pi + 1/2 O2 NAD+ + H2O + 3 ATP
FADH2 + 2 ADP + 2 Pi + 1/2 O2 FAD+ + H2O + 2 ATP
Rantai transpor elektron (RTE) terdiri dari sebuah rangkaian
molekul, sebagian besar
protein, yang tertanam pada membran dalam mitokondria.
b. Tinjauan khusus rantai transpor elektron
Secara mudah, molekul dalam RTE dibagi menjadi empat kompleks.
Kompleks II
ditunjukkan oleh koenzim Q. enzim ATPsintase berfungsi dalam
fosforilasi ADP menjadi ATP
pada sebuah proses yang disebut kemiosmosis.
5. Fermentasi
Semua sel dapat mensintesis ATP melalui proses glikolisis. Pada
berbagai sel, apabila
tidak tersedia oksigen, piruvat mengalami fermentasi. Fermentasi
melengkapi glikolisis dan
memungkinkan ATP dihasilkan secara terus menerus walaupun tanpa
oksigen. Dengan
mengoksidasi NADH yang dihasilkan dalam glikolisis, fermentasi
meregenerasi NAD+, yang
mana dapat digunakan kembali dalam glikolisis untuk menghasilkan
ATP yang lebih banyak.
Jalur Fermentasi
Dengan adanya oksigen, elektron yang dilepaskan dari glukosa
dibawa ke oksigen
sehingga oleh pembawa elektron; glukosa teroksidasi dan oksigen
tereduksi menjadi air.
Tetapi, dalam keadaan tanpa oksigen, banyak sel menghasilkan ATP
melalui glikolisis dan
-
31 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
fermentasi. Dalam fermentasi NADH yang tereduksi yang dihasilkan
pada glikolisis diubah
kembali menjadi NAD+ yang teroksidasi.
Ada 2 jenis fermentasi. Kedua jenis fermentasi tersebut
meregenerasi NAD+ yang
teroksidasi, yang diperlukan dalam glikolisis dan selanjutnya
melanjutkan produksi ATP
melalui jalur tersebut.
1) Fermentasi alkohol
Pada fermentasi alkohol, asam piruvat dari glikolisis kehilangan
satu karbon dalam
bentuk karbondioksida untuk membentuk asetaldehid, kemudian
tereduksi menjadi etil
alkohol oleh NADH. Ketika asetaldehid direduksi menjadi etil
alkohol, NADH menjadi NAD+
(mengalami oksidasi). Fermentasi jenis ini secara umum
berlangsung pada ragi. Seperti
fermentasi asam laktat, fermentasi alcohol memungkinkan
glikolisis dapat berlanjut dengan
memastikan NADH dikembalikan dalam bentuk teroksidasinya
(NAD+).
2) Fermentasi asam laktat
Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat dari glikolisis
tereduksi menjadi asam
laktat oleh NADH, yang kemudian teroksidasi menjadi NAD+.
Peristiwa ini secara umum
terjadi pada sel otot. Fermentasi asam laktat memungkinkan
glikolisis berlanjut dengan
memastikan NADH dikembalikan dalam bentuk teroksidasinya
(NAD+).
6. Glukosa dan energi
Energi kimia tersimpan dalam glukosa menghasilkan jauh lebih
banyak ATP dalam
respirasi aerob dibandingkan respirasi tanpa oksigen
(fermentasi). Setiap molekul glukosa
dapat menghasilkan 36 38 molekul ATP (tergantung pada shutle
yang dilewati) pada
respirasi aerob tetapi hanya 2 molekul ATP pada respirasi tanpa
oksigen (melalui glikolisis
dan fermentasi).
Mitokondria pada otak dan jaringan otot rangka menggunakan
metode yang kurang
efisien dalam menggunakan NADH di sitosol yang tidak memerlukan
transpor membran.
Pada mekanisme ini, NADH di sitosol memberikan elektron kepada
senyawa yang berada
pada permukaan luar membran dalam mitokondria. Mekanisme ini
menghasilkan hanya 2
ATP per NADH, sehingga 36 ATP dihasilkan dari tiap molekul
glukosa.
Tinjauan khusus NADH di sitosol
Rentang yang diberikan untuk jumlah molekul ATP yang dihasilkan
dari satu molekul
glukosa karena perbedaan dalam pengolahan NADH di sitosol.
Sebagai hasil dari glikolisis, 2
molekul NADH dihasilkan di dalam sitoplasma dari setiap molekul
glukosa; tetapi, NADH yang
dihasilkan pada sitosol tidak dapat melintasi membran dalam
mitokondria untuk sampai ke
rantai transfer elektron yang berada pada matriks
mitokondria.
-
32 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Dalam sel hewan terdapat dua mekanisme dalam menggunakan NADH di
sitosol
dalam respirasi; mekanisme yang satu lebih efisien dibandingkan
yang lain. Sel hati, ginjal
dan jantung memanfaatkan metode yang lebih efisien
(malat-aspartat shuttle). Dalam
mekanisme ini, NADH mereduksi senyawa di dalam sitosol, yang
kemudian memungkinkan
untuk melintasi membran menuju ke matriks, dimana terjadi
regenerasi NADH melalui
reduksi NAD+. NADH mendonorkan elektron ke RTE dimana dapat
dihasilkan 3 ATP sehingga
38 ATP dihasilkan setiap molekul glukosa
LATIHAN 2.
Diskusikan secara berkelompok dan komunikasikan secara klasikal
dengan total
waktu satu jam, tentang tambahan rincian materi terkait dengan
katabolisme karbohidrat,
sehingga dengan tambahan rincian materi tersebut dapat
melengkapi dan memperdalam
penguasaan konsep dasar katabolisme karbohidrat dan penerapannya
dalam kehidupan.
Mintalah bantuan pada fasilitator jika menemukan masalah yang
tidak dapat diselesaikan.
C. Protein dan Lemak
1. Protein
Protein yang dicerna sebagai bagian dari diet kita tidak sama
dengan protein yang
diperlukan oleh tubuh. Juga tidak dapat langsung diserap oleh
usus. Oleh karena itu, protein
terlebih dahulu harus dicerna menjadi asam amino sebelum diserap
ke dalam aliran darah.
Protein merupakan kelompok senyawa biomolekul yang sangat
beragam. Sejumlah besar
protein yang berbeda ada di alam, jumlah jenis protein
sebenarnya tidak diketahui. Mereka
memiliki berbagai fungsi yang berbeda di alam.
Meskipun beragam, semua protein memiliki struktur dasar yang
sama - mereka
semua tersusun dari rantai subunit yang disebut asam amino.
Hanya ada dua puluh asam
amino yang berbeda, yang ketika diatur dalam kombinasi yang
berbeda, membuat semua
protein yang berbeda.
Keragaman protein ditentukan oleh urutan asam amino. Struktur
molekul protein
terdiri dari 50 sampai ribuan asam amino. Pengaturan yang
mungkin berbeda dari dua puluh
asam amino dalam polimer panjang ini sangat besar.
1. Kegunaan asam amino; asam amino digunakan melalui tiga cara
dalam tubuh:
Sintesis protein
Sintesis berbagai senyawa lainnya
Sebagai bahan bakar biologis
-
33 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
2. Katabolisme asam amino
Bahan bakar biologis lain yang telah dibahas (karbohidrat &
lemak) mengandung
hanya unsur-unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Selain
unsure-unsur tersebut, asam amino
mengandung juga nitrogen. Langkah pertama dalam katabolisme asam
amino adalah
penghilangan nitrogen (kelompok amino, deaminasi).
a) Deaminasi
Pelepasan gugus amino dari suatu asam amino, dimulai dengan
pemindahan gugus
amino dari glutamat. Yang katalis oleh enzim transaminase yang
transfer kelompok amino
dari asam amino suatu zat yang disebut alpha-ketoglutarate.
Produk ini adalah asam alfa-
keto terbentuk dari asam amino dan glutamat (terbentuk dari
penambahan kelompok amino
alfa-ketoglutarate.
Setelah gugus amino "dikumpulkan" dalam bentuk asam amino
glutamat, selanjutnya
gugus amino asam amino ini dilepas (disebut "deaminasi
oksidatif"). Hasil reaksi adalah
terbentuknya asam -ketoglutarat dan amoniak (NH4+).
b) Amoniak dan urea
Ammonia adalah racun bagi sistem saraf dan akumulasi cepat
menyebabkan
kematian. Oleh karena itu harus didetoksifikasi ke bentuk yang
dapat segera dikeluarkan dari
tubuh. Amonia diubah menjadi urea, yang larut dalam air dan
mudah dibuang melalui ginjal
dalam urin.
Sisa dari asam amino yang disebut sebagai rangka karbon .
Tergantung pada asam
amino yang dikatabolisasi, rangka karbon akan dikonversi
menjadi:
a) Asetil KoA
b) Atau piruvat
c) Atau senyawa intermediat siklus Krebs.
Rangka karbon yang berupa piruvat atau intermediat siklus Krebs
dapat digunakan
untuk produksi energi atau mereka dapat digunakan untuk sintesis
glukosa melalui jalur
yang dikenal sebagai glukoneogenesis.
2.Lemak
Dalam proses metabolisme lemak menjadi ATP, berbeda dengan
metabolisme
karbohidrat. Tahap pertama dari proses metabolisme lemak adalah
hidrolisis trigliserida
menjadi gliserol dan 3 asam lemak, kemudian gliserol masuk ke
jalur glikolisis melalui
dehidroksiaseton fosfat dan selanjutnya konversi senyawa
dilanjutkan ke siklus Krebs dan
siklus glioksilat. Asam lemak selanjutnya mengalami oksidasi dan
menghasilkan asetil-
KoA. Selanjutnya asetil-KoA ini masuk ke dalam siklus Krebs dan
siklus glioksilat.
-
34 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Permulaan proses metabolisme lemak, triasilgliserol harus diurai
menjadi komponen
asam lemak dan gliserol. Penguraian ini utamanya terjadi di
dalam duodenum selama proses
pencernaan, dan diatur oleh hormon untuk membebaskan asam lemak
dari adiposit (sel
lemak). Asam lemak dilepaskan dari triasilgliserol ke sitoplasma
dan selanjutnya ke
mitokondria sel otot untuk didegradasi. Proses katabolismenya
disebut oksidasi-
Oksidasi-
Asil KoA jenuh dipecah melalui urutan empat reaksi yang berulang
yaitu: oksidasi
oleh flavin adenin dinukleotida (FAD), hidrasi, oksidasi oleh
NAD+ dan tiolisis oleh KoA.
Rantai asil diperpendek dengan dua atomkarbon sebagai hasil dari
keempat reaksi tadi dan
terjadi pembentukan FADH2, NADH, dan asetil KoA. Urutan reaksi
tersebut dikenal sebagai
oksidasi- .
Reaksi pertama pada tiap daur pemecahan adalah oksidasi asil KoA
oleh asil KoA
dehidrogenase yang menghasilkan satu enoil KoA dengan ikatan
rangkap trans antara C-2
dan C-3. Pada tahap ini oksidator adalah FAD (bukan NAD+), sebab
G pada reaksi ini tidak
cukup untuk mereduksi NAD+.
Langkah selanjutnya adalah hidrasi ikatan ganda antara C-2 dan
C-3 oleh enoil KoA
hidratase. Hidrasi enoil KoA membuka jalan bagi reaksi oksidasi
kedua, yang mengubah
gugus hidroksil pada C-3 menjadi gugus keto dan menghasilkan
NADH. Oksidasi ini
dikatalisis oleh 3-hidroksiasil KoA dehidrogenase.
Dehidrogenasi kedua terjadi dalam reaksi terikat-NAD yang
dikatalisis oleh beta-
hidroksiasil KoA dehidrogenase. Produknya adalah keton.
Langkah akhir adalah pemecahan 3-ketoasil KoA oleh gugus tiol
dari molekul KoA
lain, yang akan menghasilkan asetil KoA dan suatu asil KoA yang
rantai karbonnya dua atom
karbon lebih pendek. Reaksi ini ditalisis oleh tiolase.
Proses oksidasi- terjadi melalui pelepasan secara berurut 2 unit
C. Setiap putaran
oksidasi- menghasilkan 1 mol NADH, 1 mol FADH2 dan 1 mol
asetil-KoA. Asetil-KoA, -
produk akhir setiap putaran oksidasi- - memasuki daur Krebs,
dimana akan menghalami
oksidasi lebih lanjut menjadi CO2 dengan produk 3 mol NADH, 1
mol FADH2 dan 1 mol ATP.
NADH dan FADH2 yang dihasilkan selama oksidasi- dan asetil-KoA
yang memasuki daur
Krebs selanjutnya memasuki rantai respirasi untuk menghasilkan
ATP.
Pembentukan Benda Keton
Tahap pertama adalah pembentukan asetoasetil KoA dalam reaksi
kebalikan tahap
tiolase beta-oksidasi. Tahap kedua, molekul asetil KoA ketiga
berkondensasi dengan
asetoasetil KoA, membentuk 3-hidroksil-3-metilglutaril KoA (HMG
KoA) dalam reaksi yang
-
35 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
dikatalisis oleh HMG KoA sitase. Tahap ketiga, HMG KoA diurai
menjadi asetoaseta (sebagai
benda keton) dalam reaksi yang dikatalisis oleh HMG KoA liase.
Molekul asetil KoA juga
dihasilkan.
Selanjutnya asetoasetat dapat direduksi menjadi
beta-hidroksibutirat oleh beta-
hidroksibutirat dehidrogenase yang membutuhkan NADH. Reaksi ini
bergantung pada
keadaan jumlah NAD di dalam sel. Bila banyak mengalami reduksi,
umumnya atau semua
keton dapat dalam bentuk beta hidroksibutirat. Sejumlah
asetoaseton secara spontan di
dekarboksilasi menghasilkan aseton.
Pembentukan asam asetoasetat dan 3-hidroksibutirat berlangsung
terutama dalam
hati. Kedua senyawa tersebut adalah sumber energi bagi
pernapasan dalam sel. Otot
jantung menggunakan asetoasetat sebagai sumber energi, sedangkan
sel otak dalam
keadaan normal menggunakan glukosa sebagai sumber energi, tetapi
dalam keadaan
kelaparan atau diabetes, sel otak juga dapat menggunakan asam
asetoasetat sebagai
sumber energi.
Sintesis Gliserol
Gliserol yang terbentuk pada`lipolisis mengalami fosforilasi dan
dioksidasi menjadi
dihidroksi aseton fosfat, yang selanjutnya mengalami isomerasi
menjadi gliseraldehid-3-
fosfat. Zat antara ini terdapat baik pada jalur glikolisis
maupun pada jalur glukoneogensis.
Dengan demikian gliserol dapat diubah menjadi piruvat atau
glukosa di hati, tempat enzim-
enzim yang diperlukan. Porses kebalikannya dapat terjadi melalui
reduksi dihidroksiaseton
fsofat menjadi gliserol-3-fosfat. Hidrolisis oleh fosfatase akan
menghasilkan gliserol. Jadi
gliserol dan zat-zat antara glikolisis dapat saling dengan mudah
mengalami interkonversi.
Biosintesis Asam Lemak
Sintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan jalur
pemecahannya. Jalur sintesis
dan jalur pemecahan dalam sistem biologis biasanya berbeda.
Beberapa ciri penting biosintesis asam lemak adalah:
Sintesis berlangsung di sitosol, sedangkan pemecahan asam lemak
berlangsung di dalam
matriks mitokondria.
Zat antara pada sintesis asam lemak berikatan kovalen dengan
gugus sulfhidril pada
protein-pembawa gugus asil (acyl carrier protein, ACP),
sedangkan zat antara pada
pemecahan asam lemak berikatan dengan koenzim A.
-
36 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Enzim-enzim pada sintesis asam lemak pada organisme lebih tinggi
tergabung dalam
suatu rantai polipeptida tunggal, yang disebut sintase asam
lemak. Sebaliknya, enzim-
enzim pemecahan tampaknya tidak saling berkaitan.
Rantai asam lemak yang sedang tumbuh, diperpanjang dengan cara
penambahan
berturut-turut unit dua-karbon yang berasal dari asetil KoA.
Donor aktif unit dua-karbon
pada tahap perpanjangan adalah malonil-ACP. Reaksi perpanjangan
dipacu oleh
pelepasan CO2.
Reduktor pada sintesis asam lemak adalah NADPH, sedangkan
oksidatornya pada`
pemecahan asam lemak adalah NAD+ dan FAD.
Perpanjangan rantai oleh kompleks sintase asam lemak terhenti
setelah terbentuknya
palmitat (C-16). Perpanjangan rantai lebih lanjut dan penyisipan
ikatan rangkap
dikatalisis oleh sistem enzim yang lain.
Sintesis asam lemak diawali dengan karboksilasi asetil KoA
menjadi malonil KoA.
Reaksi ini merupakan tahap awal menuju sintesis asam lemak.
Sintesis malonil Koa
dikatalisis oleh enzim asetil KoA karboksilase, enzim ini
mememrlukan kofaktor biotin. Tahap
pertama pembentukan asam lemak diawali dengan pembentukan
astil-ACP dan malonil-ACP.
Pada reaksi kondensasi, satu unit empat-karbon terbentuk dari
satu unit dua-karbon dan
satu unit tiga-karbon, dan CO2 dibebaskan. Mengapa unit
empat-karbon tidak terbentuk dari
dua unit dua-karbon? Jawabannya adalah bahwa keseimbangan untuk
sintesis asetoasetil-
ACP (empat-karbon) dari dua molekul asetil-ACP (dua-karbon)
tidaklah menguntungkan
penurunan energi bebasnya dalam proses dekarboksilanya tidaklah
terlalu besar
dibandingkan jika bereaksi dengan malonil-ACP.
Tiga tahap berikutnya pada sintesis asam lemak ialah reduksi
gugus keto pada C-3
menjadi gugus metilen. Pertama, asetoasetil-ACP direduksi
menjadi gugus D-3-
hidroksibutiril-ACP. Selanjutnya, D-3-hidroksibutiril-ACP
mengalami dehidrasi membentuk
krotonil-ACP, yang merupakan suatu trans-2-enoil-ACP. Langkah
akhir daur adalah reduksi
krotonil-ACP menjadi butiril-ACP, yang menyempurnakan daur
pemanjangan pertama.
Kasus: Untuk membelajarkan siswa dalam menguasai konsep struktur
dan fungsi
dari protein dan lemak serta metabolismenya, sang guru harus
menuliskan secara rinci dan
cermat uraian konsep tersebut secara lengkap agar menguasai
konsep dasar dan
metabolism protein dan lemak.
-
37 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Latihan 3
Lakukan kajian kritis secara berkelompok untuk menghasilkan
deskripsi lengkap
tentang struktur, fungsi dari protein dan lemak serta
tahapan-tahapan metabolismenya,
yang merupakan materi esensial metabolism protein dan lemak
dalam konteks kurikulum
sekolah. Berdasarkan kajian kritis tersebut Anda harus (i) mampu
menganalisis karakter
protein dan lemak berdasarkan struktur dan fungsinya, (ii)
membedakan protein structural
dan fungsional berdasarkan strukturnya, (iii) menghubungkan satu
tahap reaksi dengan
tahap reaksi lainnya dalam metabolism protein dan lemak.
Mintalah petunjuk kepada
fasilitator tentang teknis pembagian kelompok dan deskripsi
materi yang akan disusun.
Alokasi waktu yang disediakan termasuk presentasi adalah 2
jam.
Untuk memperkaya khasanah sumber bacaan anda, silahkan
mencermati modul
biologi (pdf) yang terdapat dalam situs PSG Rayon 24 UNM
Makassar.
Kasus: Dalam pembelajaran tentang metabolisme, sang guru diminta
untuk
membimbing siswa menguasai tahapan uji sederhana dari
karbohidrat, protein dan lemak
berdasarkan standar isi dan kondisi lokal. Pembimbingan tersebut
meliputi perencanaan
percobaan, penyiapan bahan dan alat, penentuan prosedur kerja,
teknik pengamatan,
analisis data, dan pelaporan/mengkomunikasikan hasilnya.
Latihan 4
Susunlah sebuah perangkat (serupa dengan LKS proses) yang dapat
digunakan oleh
siswa untuk melakukan pengujian kualitatif terhadap karbohidrat,
protein, dan lemak dalam
bahan makanan. Kerjakan secara berkelompok melalui kajian kritis
mulai dari perencanaan,
pelaksanaan, dan pelaporan, termasuk aspek keselamatan kerja.
Mintalah petunjuk kepada
fasilitator tentang teknis pembagian kelompok dan jumlah
perangkat yang akan disusun.
Alokasi waktu yang disediakan termasuk presentasi adalah 1
jam.
D. Rangkuman
1. Fotosintesis
Proses yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia.
Fotosintesis terjadi di kloroplas
Daun pada tanaman merupakan tempat utama terjadinya
fotosintesis
Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem sebagai cahaya matahari
dan
meninggalkannya dalam bentuk panas
Melibatkan 2 lintasan metabolic: Reaksi terang dan Siklus
Calvin
-
38 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Reaksi terang: mengubah energi matahari menjadi energi
seluler
Siklus Calvin: reduksi CO2 menjadi CH2O
Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas (tempat
terjadinya reaksi terang).
Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma
Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas
Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat
terjadi siklus Calvin
Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk gelombang
Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang gelombang dengan
energi
Panjang gelombang tinggi maka energi rendah
2. Pigmen
Substansi yang menyerap cahaya tampak
Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi paling sedikit
menyerap panjang
gelombang hijau.
Pigmen: Klorofil a, Klorofil b, Karotenoid (Karotene dan
Xantofil)
Klorofil a adalah pigmen yang secara langsung berpartisipasi
dalam reaksi terang.
Pigmen lain menambahkan energi ke klorofil a.
Penyerapan cahaya meningkatkan elektron ke orbital energi yang
lebih tinggi
Saat pigmen menyerap cahaya, klorofil tereksitasi dan menjadi
tidak stabil
3. Fotosistem
Kumpulan pigmen dan protein yang berasosiasi dengan membran
tilakoid yang
memanen energi dari elektron yang tereksitasi. Energi yang
ditangkap ditransfer
antara molekul fotosistem sampai mencapai molekul klorofil pada
pusat reaksi
Pada pusat reaksi terdapat 2 molekul : Klorofil a dan akseptor
elektron primer
Pusat reaksi klorofil dioksidasi dengan hilangnya elektron
melalui reduksi akseptor
elektron primer
Terdapat fotosistem I dan II
Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada akseptor
elektron primer.
Kedua jalur dimulai dengan penangkapan energi foton dan
menggunakan rantai
transport elektron dengan sitokrom untuk kemiosmosis
a. Aliran elektron nonsiklik
Menggunakan fotosistem II dan I
Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh
elektron yang
didonasikan oleh air
Mensintesis ATP dan NADPH
Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+
-
39 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
b. Aliran elektron siklik
Hanya menggunakan fotosistem I
Elektron dari fotosistem I di-recycle
Mensintesis ATP
c. Aliran non-siklik menghasilkan NADPH, ATP, dan oksigen
d. Aliran siklik
Hanya fotosistem I yang digunakan
Hanya ATP yang dihasilkan
e. Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi
CO2
menjadi gula
Siklus calvin : Terjadi di stroma, melalui 3 tahap:
Fiksasi karbon
Reduksi
Regenerasi akseptor CO2
4. Tumbuhan C4
Tanaman C4 meminimalkan keperluan fotorespirasi dengan cara
menggabungkan CO2
ke dalam senyawa empat karbon di sel mesofil. Senyawa empat
karbon tersebut
dieksport ke sel berkas pembuluh, dimana CO2 dilepaskan yang
digunakan dalam
siklus Calvin
5. Tumbuhan CAM
Membuka stomatanya pada malam hari, menggabungkan CO2 ke dalam
asam organik
selama siang hari, stomata tertutup. CO2 dilepaskan dari asam
organik untuk
digunakan dalam siklus Calvin
Persamaan Umum Fotosintesis 6CO2 +6H20 + light and chlorophyll
C6H1206 + 6O2
6. Metabolisme Energi
Sel mengekstraksi energi dari lingkungan autotrof : mengambil
energi dari sinar
matahari pada proses fotosintesis tumbuh-tumbuhan dan
mikroorganisme
berkhlorofil.
heterotrof : mengambil molekul berenergi/organik dari
substrat/makanan
diantaranya dari sel autotrof.
Sel mensintesis makromolekul untuk menunjang aktifitas hidupnya
(gerak dinamik,
pembelahan sel, reaksi-reaksi spesifik)
Kedua proses tsb dilakukan melalui reaksi-reaksi yang
terintgrasi &
terorganisasi metabolisme
-
40 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Metabolisme: keseluruhan reaksi yang terjadi di dalam sel,
meliputi proses
penguraian & sintesis molekul kimia yang menghasilkan &
membutuhkan panas (enegi) serta
dikatalisis oleh enzim
Metabolisme meliputi:1) jalur sintesis (anabolisme/endorgenik)
menggabungkan
molekul-molekul kecil menjadi makromolekul yang lebih kompleks;
memerlukan energi yang
disuplai dari hidrolisis ATP 2) jalur degradatif
(katabolisme/eksorgenik) memecah molekul
kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana; melepaskan energi
yang dibutuhkan untuk
mensintesis ATP.
Makromolekul: komponen struktural & fungsional utama sel,
terdiri dari:
Asam nukleat
Protein
Karbohidrat/ polisakarida
Lemak/ lipi
Sumber energi
Energi yang dilepaskan dari ikatan kimia nutrien ialah ATP,
fosfokreatin, dan zat molekul
berenergi tinggi. Energi ini digunakan untuk transport dan kerja
mekanik.
Sintesis
Makromolekul digunakan untuk mensintesis bahan dasar yang
diperlukan untuk
pertumbuhan dan pertahanan sel dan jaringan.
Simpanan
Jika makanan yang kita makan melebihi kebutuhan tubuh untuk
energi dan sintesis,
kelebihan nutien tersebut akan disimpan sebagai glikogen dan
lemak. Simpanan ini
menyediakan energi saat puasa.
Bentuk nutrien yang diabsorbsi bergantung pada jenis
makromolekulnya.
Makromolekul dari diet akan diubah menjadi 3 nutrient pools
tubuh.
Nutrient pools ialah nutrien yang tersedia di dalam tubuh dan
siap digunakan. Bahan-
bahan ini berada di dalam plasma.
7. KARBOHIDRAT
Sebagian besar diabsorbsi dalam bentuk glukosa.
Konsentrasi glukosa plasma paling penting karena hanya glukosa
yang dapat
dimetabolisme oleh otak.
Komposisi karbohidrat dalam diet dianjurkan sebesar 55% dari
total kalori.
Karbohidrat yang kita makan ada 2 jenis, yaitu:
-
41 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
1) available carbohydrat yang dicerna, diabsorbsi, dan digunakan
sebagai sumber
energi
2) unavailable carbohydrate yang menyuplai serat.
Jika kadar glukosa darah dalam batas normal sebagian besar
jaringan
menggunakan glukosa sebagai sumber energi.
Kelebihan glukosa akan disimpan sebagai glikogen. Sintesis
glikogen dari glukosa
disebut glikogenesis.
Simpanan glikogen terbatas sehingga kelebihan glukosa yang lain
diubah menjadi
lemak (lipogenesis).
Jika kadar glukosa darah turun, tubuh mengubah glikogen kembali
menjadi glukosa
(glikogenolisis)
Dengan menyeimbangkan metabolisme oksidatif, sintesis glikogen,
pemecahan
glikogen, dan sintesis lemak, tubuh dapat mempertahankan kadar
glukosa darah
dalam batas normal.
Jika homeostasis gagal dan glukosa darah melebihi kadar kritis
(pada diabetes
mellitus), kelebihan glukosa akan diekskresi dalam urin.
Ekskresi glukosa dalam urin hanya terjadi jika ambang ginjal
untuk reabsorbsi
glukosa terlampaui.
8. PROTEIN
Protein disusun oleh rangkaian asam amino yang dihubungkan
dengan ikatan peptide
dan ikatan lainnya untuk membentuk struktur yang fungsional
Asam amino merupakan sumber utama untuk glukosa melalui jalur
glukoneogenesis,
tetapi gliserol dari trigliserida juga dapat digunakan.
Glukoneogenesis dan glikogenolisis penting untuk memback up
sumber glukosa pada
saat puasa.
9. LEMAK
Diabsorbsi terutama dalam bentuk asam lemak dan gliserol.
Asam lemak bentuk utama lemak di dalam darah.
Asam lemak esensial yang harus disuplai dari makanan ialah asam
linoleat dan asam
lenolenat sebagai prekursor untyuk prostaglandin, tromboksan,
dan leukotrien.
Zat ini dapat digunakan sebagai sumber energi oleh jaringan dan
mudah disimpan
sebagai trigliserida di jaringan adiposa.
-
42 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Proporsi lemak dalam diet dianjurkan sebanyak 30% dari total
kalori, berasal dari
saturated fat 10%, monosaturated fat 10%, dan dari polisaturated
fat 10%.
Lipid yang kita makan dapat meningkatkan palatability of food
dan menimbulkan rasa
kenyang.
Pengujian karbohidrat, lemak dan protein dalam bahan makakan
dapat dilakukan
secara kualitatif dengan menggunakan peralatan dan bahan
sederhana.
-
43 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
KEGIATAN BELAJAR 2
BIOTEKNOLOGI
A. Bioteknologi
Bioteknologi mencakup proses-proses biologis oleh organisme yang
dimanfaatkan
oleh dan untuk kepentingan manusia. Cakupan bioteknologi sangat
luas, mulai dari proses
yang sangat tradisional hingga proses-proses biologis yang
canggih dan sangat kompleks.
Menurut Soedigdo (1989), Bioteknologi adalah teknologi yang
menerapkan prinsip-prinsip
sains dan teknologi dalam pemrosesan barang dan dalam pemberian
pela-yanan yang
baik untuk masyarakat dengan menggunakan zat biologik.
Apapun batasan yang diberikan oleh para pakar, yang jelas dalam
proses
bioteknologi terkandung tiga hal pokok yaitu (i) Agen biologis,
(ii) Pendayagunaan secara
teknologis dan industrial, dan (iv) Produk dan jasa yang
diperoleh. Agen biologi adalah
katalisator-katalisator biologi dengan kisaran yang luas,
terutama dite-kankan pada
mikroorganisme, sel hewan maupun tumbuhan, termasuk enzim.
Barang dan jasa meliputi
produk industri yang berupa pangan, minuman, obat-obatan,
berbagai senyawa biokimia,
peniadaan pengaruh logam dalam mengolah limbah.
B. Ruang Lingkup Bioteknologi
Bioteknologi memiliki ruang lingkup yang sangat luas dan
kompleks yang terkait
dengan sektor barang dan jasa. Bioteknologi yang terkait dengan
barang dan jasa dari
sektor industri meliputi (Bull, 1982 dalam Sardjoko, 1991)
sebagai berikut:
(1) Senyawa-senyawa kimia organik (etanol, aseton, butanol, asam
organik, enzim, wangi-
wangian, polimer-polimer terutama polisakarida dan
sebagainya.
(2) Bahan obat (antibiotika, vaksin, antibodi untuk diagnosis
dan terapi, enzim untuk
diagnosis, penghambatan enzim, hormon, interferon dan
vitamin).
(3) Bahan bakar (Bio gas dan biomassa)
(4) Bahan pangan, meliputi minuman (beralkohol, teh, dan kopi),
produk hewani (susu, keju,
ikan, daging), jamur, pati, sirup glukosa dan fruktosa,
modifikasi protein fung-sional, ragi
roti dan pektin), bahan pangan tambahan (antioksidan, pewarna,
penyedap rasa dan
bau, dan pemantap) serta bahan penawar racun.
(5) Bahan untuk berbagai kegiatan pertanian (pakan, vaksin
hewan, proses pengawet-an
pakan dan pembuatan kompos, pestisida, Rhizobium, dan inokulum
lain untuk
penambatan nitrogen, inokulum mikoriza, kultur sel dan kultur
jaringan untuk pengem-
bangan vegetatif, produksi embrio, dan penyempurnaan sifat-sifat
genetis.
-
44 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
(6) Bahan untuk pelayanan industri (penjernihan air, pengolahan
limbah, sarana analis-is
dan sebagainya
C. Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern
Ada dua bioteknologi, yaitu bioteknologi konvensional dan
bioteknologi modern.
Dalam bioteknologi konvensional penerapan teknik biologi
molekulernya masih terbatas
sedangkan pada bioteknologi modern ini penerapan biologi
molekulernya sudah maju,
seperti penggunaan alat yang sudah cangih sampai manipulasi dan
rekayasas genetika
dalam bidang pertanian.
Contoh bioteknologi konvensional adalah penggunaan galur tanaman
alami yang
belum mengalami modifikasi sedangkan pada bioteknologi modern
contoh yang nyata adalah
penggunaan tanaman transgenik yang membawa gen ketahanan
terhadap hama dan
penyakit dan masih banyak lagi yang lain.
Kelebihan bioteknologi konvensional adalah lebih murah,
teknologi yang digunakan
cukup sederhana, dan pengaruh jangka panjang sudah diprediksi.
Untuk kekurangannya
yaitu didalam perbaikan genetiknya tidak terarah, hasil tidak
dapat diperkirakan sebelumnya
dan kurang membantu mengatasi masalah seperti hama dan penyakit.
Sedangkan kelebihan
dari bioteknologi modern adalah: perbaikan sifat genetik dapat
dilakukan secara terarah,
hasilnya dapat diperhitungkan dan dapat menghasilkan sifat yang
baru pada jasad yang
alami. Bioteknologi tradisional merupakan bioteknologi yang
memanfaatkan mikroba, proses
biokimia dan proses genetik secara alami, misalnya mutasi dan
rekombinasi genetik.
Dalam bioteknologi modern orang berupaya dapat menghasilkan
produk secara
efektif dan efisien. Dewasa ini, bioteknologi tidak hanya
dimanfaatkan dalam industri
makanan tetapi telah mencakup berbagai bidang, seperti rekayasa
genetika, penanganan
polusi, penciptaan sumber energi, dan sebagainya. Dengan adanya
berbagai penelitian serta
perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi
makin besar manfaatnya
untuk masa-masa yang akan datang. Dengan menggunakan
bioteknologi modern dapat
diketahui organisme yang akan digunakan dan hasil yang
diperoleh. Dengan cara meneliti
jenis-jenis organisme yang akan digunakannya, manusia dapat
memilih organisme yang
paling baik untuk memenuhi proses persyaratannya, dapat
menyediakan tempat atau
lingkungan hidupnya sehingga sel-sel dalam organisme tersebut
dapat tumbuh dengan baik
sehingga hasil produksinya dapat optimum.
-
45 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
D. Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika adalah serangkain teknik untuk mengisolasi,
memodifikasi,
menggandakan dan merekombinasi gen dari organism-organisme
berbeda. Teknik ini
memungkinkan para ahli genetika memindahkan gen diantara spesies
yang dari golongan
berbeda (baik hewan, tumbuhan dan bahkan manusia) yang tidak
mempunyai kemungkinan
kawin secara alamiah. Misalnya gen ikan bisa dimasukkan ke
tomat, gen manusia bisa
dipindahkan ke babi.
Banyak percobaan membuktikan bahwa dengan rekayasa genetika
fragmen DNA
manapun dapat disambungkan atau disisipkan ke genom species
lain, bahwa spesies yang
jauh hubungan kekerabatannya. Rakayasa genetika merupakan teknik
yang paling mutakhir
dalam bioteknologi. Rekayasa Genetika atau teknik DNA rekombinan
dapat didefenisikan
sebagai : "Pembetukan rekombinan baru dari material yang dapat
diturunkan dengan cara
penyisipan DNA dari luar kedalam suatu wahana (vektor), sehingga
memungkinkan
penggabungan dan kelanjutan berkembang dalam host yang baru."
Proses ini juga dikenal
sebagai " Gen Kloning " atau klon gen, sebab organisme yang
secara genetik terbentuk
adalah identik dan membawa seluruh potongan DNA yang telah
disisipkan, disamping itu
memperbanyak molekul yang baru dibentuk. Salah satu contoh
rekayasa genetika yang
sudah berhasil adalah penyisipan/pemindahan DNA pembuat insulin
pada manusia kedalarn
plasmida bakteri Echerichia coli.
Ada empat prinsip pengkloningan gen yaitu :
1. Penyiapan gen.
Gen bakteri yang dikloning pada umumnya didapat dari penyiapan
total DNA
kromosom (kloning "penembakan") dengan cara membelah DNA dengan
endonuklese
yang terbatas sehingga menghasilkan bagian masing-masing 4
kilobase (kb) dengan
ujung yang "lengket."
2. Penyisipan kedalam vektor
Vektor adalah replika yang akan memungkinkan gen untuk
ditempatkan disel
induk (host cell) dan melibatkan plasmid pada bakteri induk.
Plasmid adalah molekul
DNA berbentuk lingkaran kecil yang terdapat didalam bakteri
disamping kromosom
utama plasmid mengandung unsur-unsur genetik yang tidak terikat
pada kromosom
utama. Vekto plasmid harus memiliki tempat untuk endonuklease
terbatas biasa dan
faktor antibiotik sehingga memungkinkan untuk memilih perubahan
yang diinginkan.
Pemasangan DNA yang akan dikloning kedalam vektor plasmid
disebut legasi dan
enzim yang berperan dalam pemasangan ini adalah enzim yang
dipakai dimurnikan dari
E. Coli yang telah diinfeksi dengan T4. Didalam sel enzim ini
berfungsi dalam perbaikan
-
46 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
tiap skontinuitas yang mungkin timbul pada salah satu untai pada
molekul untai ganda.
Selain itu, dalam tabung percobaan, ligase DNA yang dimurnikan
juga akan
menyambungkan kedua ujung molekul yang sama.
3. Perubahan sel induk (Host Cell)
Campuran plasmid yang diperkenalkan kepada sel bakteri
diperlukan secara
khusus sehingga sel mengambil DNA dalam proses perubahan sel
induk. Setelah DNA
disisipkan didalam sel bakteri maka,DNA yang sudah disisipkan
tersebut akan
dimasukkan lagi kedalam sel hidup misalnya kedalam sel bakteri
kemudian ditumbuhkan
kedalam media tertentu. Didalam media, sel bakteri ini akan
tumbuh dan berkembang
biak menghasilkan klon dan klon ini akan menghasilkan
insulin.
4. Mendeteksi gen yang sudah di klon.
Ada tiga cara mendeteksi gen yang sudah diklon :
a. Pengujian berdasarkan informasi urutan asam amino protein
yang di sandi.
b. Pengujian aktifitas biologis produk gen
c. Menggunakan antibodi khusus terhadap produk gen.
Klon yang tepat dapat dideteksi dengan menggunakan "probe" untuk
goo itu sendiri.
Probe terdiri satu segmen pendek DNA yang diberi label
radioaktif, dan memiliki urutan basa
nukleotida yang sesuai dengan urutan asam amino yang diketahui
dati satu segmen protein.
Cara lain membuat klon ialah jika protein yang disandi gen
dihasilkan dalam sel yang diklon,
ia dapat dideteksi dengan menggunakan uji antibodi khusus bagi
protein yang disandi atau
dengan cara menguji aktifitas biologi protein dalam sel.
E. Rangkuman
Dari berbagai batasan di atas menunjukkan bahwa bioteknologi
merupakan ilmu
terapan yang di dalamnya terkait dengan :
a) Proses produksi yang melibatkan rekayasa pengolahan barang
dan jasa (penerapan
prinsip sains dan teknologi).
b) Menggunakan agen biologi.
c) Didalamnya melibatkan rekayasa pengolahan
d) Peningkatan dan efisiensi produksi
e) Sebagai proses biologi terapan
f) Untuk kesejahteraan masyarakat
-
47 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Dengan demikian bioteknologi dapat dirumuskan sebagai penerapan
prinsip-prinsip
sains dan teknologi di dalam proses produksi yang melibatkan
agen biologi dan rekayasa
pengolahan dalam peningkatan dan efisiensi produksi untuk
kepentingan umat manusia
Ruang lingkup bioteknologi mencakup aspek yang sangat luas,
meliputi terapan
proses-proses biologis dalam produksi bahan pangan dan minuman,
produksi senyawa-
senyawa kimia, produksi bioenergi, upaya peningkatan hasil
pertanian, upaya pemeliharaan
kesehatan masyarakat hingga pengolahan limbah. Dari proses
produksi secara tradisional
hingga pemamfaatan teknologi DNA rekombinan yang sangat canggih
dan moderen.
Bioteknologi tradisional adalah bioteknologi yang tidak
dikembangkan yang
berlangsung secara turun temurun berdasarkan tradisi, sedangkan
bioteknologi modern
adalah bioteknologi yang dikembangkan dengan memanfaatkan antara
lain teknik DNA
rekombinan.
Dengan ringkas rekayasa genetik dapat dibuat sebagai berikut
:
1. DNA yang diambil dari sel penkreas, dipotong dengan enzim
endonuklease restriksi
2. Isolasi DNA plasmid, lalu DNA plasmid dipotong enzim
endonuklease
3. Kemudian DNA yang sudah dipotong, disisipkan kedalam DNA
plasmid yang juga sudah
dipotong. Penyisipan ini dibantu oleh enzim ligase DNA.
Setelah disisipkan maka plasmid dimasukkan kedalam sel bakteri,
dan ditumbuhkan
dalam media tertentu, agar dapat tumbuh dan berkembang biak
serta menghasikan klon
yang menghasilkan insulin.
Kasus
Setiap hari manusia modern diperhadapkan dengan berbagai produk
bioteknologi
yang dapat digunakan dalam memenuhi kebutuhan sehari-hari.
Misalnya produk bioteknologi
dalam bidang kesehatan dan farmasi, dalam bidang
pertanian/kehutanan, dalam bidang
pangan (makanan dan minuman), dalam bidang lingkungan, dan dalam
pelestarian
keanekaragaman hayati, dan bahkan dalam bidang kriminal.
Produk-produk bioteknologi
tersebut dihasilkan berdasarkan prinsip-prinsip ilmiah, baik
secara konvensional, maupun
secara modern.
Latihan 5
Lakukan analisis terhadap prinsip-prinsip ilmiah yang diterapkan
dalam menghasilkan
produk-produk dan jasa bioteknologi yang disebutkan dalam kasus
di atas, kemudian buatlah
deskripsi lengkap tentang prinsip-prinsip ilmiah tersebut dan
tentukan kategori konvensional
atau modern. Selanjutnya rancang sebuah percobaan bioteknologi
sederhana dengan
-
48 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
menggunakan sumberdaya yang ada disekitar anda. Kerjakan secara
berkelompok dalam
waktu 2 jam termasuk presentasinya.
Untuk memperkaya khasanah sumber bacaan anda, silahkan
mencermati modul
biologi (pdf) yang terdapat dalam situs PSG Rayon 24 UNM
Makassar.
Latihan 6
Kemajuan di bidang bioteknologi tak lepas dari berbagai
kontroversi yang melingkupi
perkembangan teknologinya. Sebagai contoh, teknologi kloning dan
rekayasa genetika
terhadap tanaman pangan mendapat kecaman dari bermacam-macam
golongan. Efek
negatif dari bioteknologi tidaklah banyak terungkap contohnya.
Namun dari berbagai data
dan analisis yang ada, bioteknologi meskipun menawarkan banyak
keuntungan dan
pengaplikasian dalam bidang pertanian dan pemrosesan atau
produksi makanan, tetaplah
dapat memiliki berbagai resiko.
Diskusikanlah keempat topic di bawah ini dan tuliskan pendapat
Anda.
1. Saat ini dengan pesatnya kemajuan bioteknologi terutama dalam
rekayasa genetika,
manusia dapat membuat bakteri yang dapat menguraikan bahan-bahan
limbah
berbahaya dalam tanah (bioremedasi). Namun karena organisme baru
tersebut tidak
tercipta dari proses evolusi ataupun seleksi alam, perlu
diperhatikan adanya
kemungkinan interaksi dengan ekosistem. Kemungkinan terjadinya
efek ekologis
sangatlah sulit dievaluasi mengingat bahwa pada bakteri tanah
sering terjadi pertukaran
material genetik (bahkan antar spesies). Bagaimana pendapat Anda
mengani masalah
tersebut khususnya bila dikaitkan dengan lingkungan hidup?
2. Penggunaan bioteknologi pada bidang pertanian menjadikan
produk hasil pertanian
merupakan tanaman unggulan. Peran bioteknologi dalam
menghasilkan tanaman
unggulan ini melalui rekayasa dari genetik tumbuhan. Hal ini
akan berakibat pada
penurunan biodiversitas akibat penurunan tingkat keberagaman
dari tumbuhan, karena
melalui bioteknologi tanaman yang direkayasa akan memiliki sifat
genetik yang kurang
lebih sama. Bagaimana pendapat Anda bila masalah tersebut
dikaitkan dengan
peklestarian plasma nutfah?
3. Adanya kemungkinan tanaman transgenik yang tahan hama
menyerang spesies lainnya.
Contoh kasusnya adalah pada Bt-crops yang merupakan tanaman yang
mengandung gen
pengkode protein insektisidal yang asalnya berasal dari bakteri
Bacillus thuringensis.
Pada percobaan di laboratorium menunjukkan serbuk sari (polen)
dari Bt-crops dapat
membunuh larva kupu-kupu Monarch. Menurut Anda perlukah hal ini
diterapkan di
Indonesia?
-
49 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
4. Pada umumnya tanaman transgenik akan membawa gen buatannya
dalam serbuk sari.
Terdapat kemungkinan adanya transfer genetik dari tanaman
transgenik ke tanaman
aslinya (wild type). Hal seperti ini sebenarnya tidaklah
transgenik terpenuhi pada
tanaman wild type yang mengalami transfer genetik. Menurut Anda
apakah peristiwa
tersebut merugikan?
Latihan 7
Kasus: Bioteknologi modern dicirikan dengan proses yang rumit
dan abstrak. Guru
seringkali gagal menanamkan pemahaman yang utuh tentang tahapan
dalam proses
pembuatan produk bioteknologi modern yang menggunakan DNA
rekombinan. Tugas anda
adalah melakukan kajian kritis melalui diskusi dan resume
materi, sehingga anda dapat
menghubungkan proses pembuatan suatu produk bioteknologi modern
yang menggunakan
DNA rekombinan dengan kemungkinan resiko yang akan terjadi.
Alokasi waktu untuk tugas
latihan ini adalah 1 jam pelajaran
Jika hendak memperkaya khasanah sumber bacaan anda, silahkan
mencermati
modul biologi (pdf) yang terdapat dalam situs PSG Rayon 24 UNM
Makassar.
-
50 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
KEGIATAN BELAJAR 3
STRUKTUR DAN FUNGSI SEL
A. Komponen umum dari semua sel
Semua sel, apakah mereka prokariotik atau eukariotik, memiliki
beberapa komponen
yang umum. Komponen umum dari sel prokariot dan eukariot
adalah
DNA, materi genetik yang tersimpan dalam satu atau lebih
kromosom dan terletak di
dalam nukleoid tanpa membran pada prokariot dan nukleus
bermembran pada eukariot.
Membran plasma, sebuah fosfolipid yang terdiri dari 2 lapisan
dengan protein yang
memisahkan sel dengan lingkungan sekitarnya dan berfungsi
sebagai penyaring yang
selektif dalam keluar masuknya materi dari sel.
Sitoplasma, semua materi pada sel di dalam membran plasma,
selain wilayah nukleoid
atau nukleus, terdiri dari cairan yang dinamakan sitosol dan
organel berbagai partikel lain
termasuk di dalamnya.
Ribosom, organel tempat sintesis protein.
B. Komponen sel prokariotik
Prokariot, termasuk di dalamnya adalah semua bakteri dan archaea
(archaebacteria),
adalah organisme seluler yang paling sederhana. Sel prokariotik,
pada dasarnya berbeda
dalam organisasi internalnya dibandingkan sel eukariotik,
khususnya, sel prokariotik tidak
memiliki nukleus dan organel bermembran.
Sel prokariotik memiliki beberapa komponen:
1. Materi genetik (DNA) terletak pada daerah yang dinamakan
nukleoid yang tanpa
membran mengelilinginya.
2. Sel memiliki sejumlah ribosom yang berfungsi dalam sintesis
protein
3. Bagian tepi sel adalah membran plasma. Pada beberapa
prokariot, membran plasma
melekuk membentuk struktur yang dinamakan mesosom, yang mana
fungsinya belum
jelas dipahami.
4. Di luar membran plasma, pada sebagian besar bakteri memiliki
dinding yang kaku yang
memberikan bentuk bakteri tersebut. Dinding bakteri terdiri dari
peptidoglikan. Kadang-
kadang terdapat kapsul luar. Catatan bahwa dinding sel pada
prokariot berbeda secara
kimiawi dibandingkan pada sel eukariot yaitu sel tumbuhan dan
protista.
5. Beberapa bakteri memiliki flagel yang berfungsi dalam
pergerakannya dan/atau fili yang
dapat digunakan untuk menempelkan dua bakteri dan mungkin
membantu dalam
transfer materi genetik.
-
51 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
C. Komponen sel eukariotik
Sel eukariotik memiliki nukleus dan organel bermembran (seperti
mitokondria,
lisosom, badan golgi) yang tidak ditemukan pada prokariot.
Nukleus dibatasi oleh membran
inti, yang memiliki pori tempat keluar-masuknya materi. Hewan,
tumbuhan, jamur dan
protista semuanya termasuk dalam eukariot. Sel eukariotik adalah
lebih kompleks
dibandingkan sel prokariotik dan ditemukan dalam berbagai
perbedaan mendasar.
D. Siklus Sel
Umumnya, sebelum suatu sel mengalami pembelahan, sel-sel
terlebih dahulu
mengalami pertumbuhan hingga mencapai ukuran tertentu. Setiap
sel mengalami dua
periode yang penting dalam siklus hidupnya, yaitu periode
interfase atau periode non
pembelahan dan periode pembelahan sel (M) yang menghasilkan
sel-sel baru.
Kedua periode tersebut secara umum dikenal dengan nama siklus
sel. Dengan kata lain,
kegiatan yang terjadi dari satu pembelahan sel ke pembelahan sel
berikutnya disebut siklus
hidup (daur) sel .
Interfase terdiri atas tiga fase, yaitu: G1 (Gap pertama), S
(Sintesis DNA), dan G2
(Gap kedua), Pada fase G1, sel anak mengalami pertumbuhan, pada
fase S terjadi replikasi
dan transkripsi DNA; sedangkan pada fase G2, merupakan fase post
sintesis, dimana sel
mempersiapkan diri untuk membelah. Pembelahan sel meliputi dua
tahapan yaitu :
kariokinesis atau mitosis dan sitokinesis. Perlu diingat bahwa
apabila pembelahan sel
menghasilkan dua buah sel anak yang tidak sama besarnya, maka G1
bagi sel anak yang
kecil lebih lama daripada sel anakan yang besar.
Puncak siklus hidup sel yaitu pembelahan sel, yang secara umum
diberi tanda M yang
berarti fase mitosis. Pada waktu yang singkat kromatin di dalam
inti sel induk memampat
membentuk kromosom, untuk kemudian bersama-sama dengan seluruh
isi sel, dibagi dua ke
masing-masing sel anak. Selama periode interfase, kromosom tidak
tampak disebabkan
karena materi kromosom dalam bentuk benang-benang kromatin, dan
komponen-komponen
makromolekulnya didistribusikan di dalam inti. Selama siklus sel
terjadi perubahan-
perubahan yang sangat dinamis. Perubahan-perubahan tersebut
terutama komponen-
komponen kimia dari sel seperti DNA, RNA, dan berbagai jenis
protein. Duplikasi DNA
berlangsung selama periode khusus dari interfase yang disebut
fase sintesis atau periode S.
Periode sintesis didahului oleh periode G1 dan diikuti oleh
periode G2.
Dalam Kasus Pembelajaran Biologi Sekolah Menengah, seorang guru
menginginkan
muridnya menguasai struktur dan fungsi sel secara komprehensif
sampai dengan tahapan-
-
52 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
tahapan pembelahan sel. Untuk itu sang guru perlu merekonstruksi
rincian materi struktur
dan fungsi sel serta pembelahannya.
Latihan 8
Diskusikan intensif dalam kelompok agar dapat Anda dapat
merekonstruksi tertulis
materi (i) perbedaan sel prokariot dengan sel eukarit, (ii)
perbedaan sel tumbuhan dengan
sel hewan, (iii) hubungan struktur organel-organel sel
tumbuhan/hewan dengan fungsinya,
(iv) hubungan sifat genetic sel anak hasil pembelahan dengan
tipe pembelahan sel, (v) dan
hubungan tipe pembelahan sel dengan siklus sel. Selanjutnya
diskusikan secara klasikal hasil
rekunstruksi materi Anda. Alokasi waktu untuk kegiatan ini
adalah 2 jam pelajaran.
Jika hendak memperkaya khasanah sumber bacaan anda, silahkan
mencermati
modul biologi (pdf) yang terdapat dalam situs PSG Rayon 24 UNM
Makassar.
-
53 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
KEGIATAN BELAJAR 4
KEANEKARAGAMAN HAYATI DAN INTERAKSINYA DENGAN LINGKUNGAN
A. Keanekaragaman Hayati
Keanekaragaman hayati atau biodiversitas (Bahasa Inggris:
biodiversity) adalah suatu
istilah pembahasan yang mencakup semua bentuk kehidupan, yang
secara ilmiah dapat
dikelompokkan menurut skala organisasi biologisnya, yaitu
mencakup gen, spesies
tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme serta ekosistem dan
proses-proses ekologi dimana
bentuk kehidupan ini merupakan bagiannya.
Keanekaragaman hayati yang ditemukan di bumi adalah hasil dari
miliaran tahun
proses evolusi. Asal muasal kehidupan belum diketahui secara
pasti dalam sains. Hingga
sekitar 600 juta tahun yang lalu, kehidupan di bumi hanya berupa
archaea, bakteri,
protozoa, dan organisme uniseluler lainnya sebelum organisme
multiseluler muncul dan
menyebabkan ledakan keanekaragaman hayati yang begitu cepat,
namun secara periodik
dan eventual juga terjadi kepunahan secara besar-besaran akibat
aktivitas bumi, iklim, dan
luar angkasa. Keanekaragaman hayati dapat terjadi pada berbagai
tingkat kehidupan, mulai
dari organisme tingkat rendah sampai organisme tingkat tinggi.
Misalnya dari mahluk bersel
satu hingga mahluk bersel banyak; dan tingkat organisasi
kehidupan individu sampai tingkat
interaksi kompleks, misalnya dari spesies sampai ekosistem
Perbedaan dan persamaan makhluk hidup dalam Biologi disebut
variasi makhluk
hidup. Misalnya; manusia sama-sama mempunyai hidung, pipi, dan
rambut, akan tetapi
kesemuanya menunjukkan sifat dan ciri khas dari masing-masing
individu. Ada yang
berhidung mancung dan ada yang tidak mancung, ada yang berlesung
pipi dan ada yang
tidak berlesung pipi, ada yang berambut keriting dan ada yang
tidak berambut keriting.
Demikian pula halnya dengan variasi pigmen warna kulit manusia
dan sejumlah sifat/ciri
lainnya.
B. Dasar-dasar Pengelompokan Makhluk Hidup
a. Tujuan Klasifikasi Makhluk Hidup
Beberapa tujuan dari klasifikasi makhluk hidup antara lain
adalah :
1. untuk mempermudah pengenalan terhadap makhluk hidup
2. untuk mempermudah obyek penyelidikan
3. untuk menyederhanakan obyek yang beranekaragam
Berdasarkan ketiga tujuan diatas dapat dinyatakan bahwa tujuan
utama dari
klasifikasi adalah untuk menyederhanakan obyek tertentu, yang
dilakukan dengan mencari
keseragaman-keseragaman tertentu, dan berdasarkan banyak
sedikitnya keseragaman
-
54 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
tersebut dibentuklah kelompok (satuan-satuan) yang ditata dengan
urutan dan tingkatan
tertentu.
b. Dasar-Dasar Klasifikasi Makhluk Hidup
Telah dijelaskan bahwa antara makhluk hidup yang satu dengan
makhluk hidup yang
lainnya terdapat persamaan dan perbedaan. Berdasarkan persamaan
dan perbedaan
tersebut makhluk hidup dikelompokkan atau diklasifikasikan.
Makhluk hidup yang
mempunyai persamaam ciri disatukan dalam satu kelompok. Karena
dalam persamaan ciri
tersebut masih ada ditemukan lagi perbedaan, maka diadakan
pengelompokan yang lebih
kecil lagi dan seterusnya.
Dengan berkembangnya berbagai cabang Biologi muncullah sistem
klasifikasi modern
yang dibuat oleh Carolus Linnaeus (1707-1778) yang cara
klasifikasinya didasarkan pada
kesamaan ciri struktur, dengan sistem pemberian nama untuk
setiap makhluk hidup dengan
dua perkataan (sistem tata nama ganda atau Binomium
Nomenclatur).
Menurut Carolus Linnaeus makhluk hidup dibagi ke dalam dua
kelompok besar
yaitu dunia hewan dan dunia tumbuhan, yang selanjutnya
masing-masing dunia dibagi lagi
ke dalam beberapa kelompok yang lebih kecil. Berikut ini
ditunjukkan sistem klasifikasi
tumbuhan dan hewan.
Sistem Klasifikasi Organisme
Dunia Tumbuhan (Plantae) Dunia Hewan (Animal)
1. Kingdom = Kerajaan 1. Kingdom = Kerajaan
2. Divisio = Divisi 2. Phylum = Filum
3. Classis = Kelas 3. Classis = Kelas
4. Ordo = Bangsa 4. Ordo = Bangsa
5. Familia = Suku 5. Familia = Suku
6. Genus = Marga 6. Genus = Marga
7. Species = Jenis 7. Species = Jenis
Berikut ini contoh penggunaan sistem klasifikasi organisme
menurut Carolus Linnaeus
yang dipakai sampai sekarang.
Dunia Tumbuhan (Plantae) Dunia Hewan (Animal)
1. Kingdom = Plantarum 1. Kingdom = Animalia
2. Divisio = Spermatophyta 2. Phylum = Vertebrata
3. Classis = Monokotil 3. Classis = Aves
4. Ordo = Arales 4. Ordo = Columbiformes
5. Familia = Araceae 5. Familia = Columbidae
-
55 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
6. Genus = Colocasia 6. Genus = Columba
7. Species = esculenta 7. Species = livia
Sistem tata nama Binomium Nomenclatur untuk makhluk hidup
mengatur bahwa
nama setiap makhluk hidup terdiri dari dua kata yang ditulis
dengan huruf miring atau
digaris bawahi. Kata yang pertama menunjukkan genus (nama marga)
dan kata kedua
(belakang) menunjukkan species (nama jenis). Contoh nama untuk
salah satu jenis kopi
(kopi arabika) adalah Coffea arabica . Kata Coffea adalah nama
marga (genus) sedangkan
arabica adalah nama jenis (species). nama seperti ini disebut
nama ilmiah artinya nama
untuk setiap jenis makhluk hidup sama di seluruh dunia, yang
umumnya diambil dari bahasa
Latin.
c. Kunci Dikotom dan Cara Penggunaannya
Pembagian organisme menjadi dua kelompok didasarkan pada
ciri-ciri yang
berlawanan dari organisme yang diamati. Cara pengelompokan
semacam ini disebut sistem
dikotom atau kunci determinasi. Contoh kunci determinasi sistem
dikotom pada tumbuhan
sebagai berikut :
1. a. Tidak berhijau daun
.....................................................................
2
b. Berhijau daun
..............................................................................
3
2. a. Berbunga
....................................................................................
4
b. Tidak berbunga
...........................................................................
5
3. a. Tulang daun menyirip atau menjari
............................................... 6
b. Tulang daun tidak menyirip atau tidak menjari
............................... 7
4. a. Sporangium pada permukaan daun
............................................... 8
b. Sporangium tidak pada permukaan daun
....................................... 9
Penggunaan kunci determinasi sistem dikotom pada hewan dapat
dilihat pada kunci
sederhana berikut ini.
1. a. Bertulang punggung
............................................ 2
b. Tak bertulang punggung .....................................
6
2.a. Menyusui anaknya
................................................ Mamalia
b. Tidak menyusui anaknya ......................................
3
3.a. Tubuhnya ditutupi bulu
......................................... Unggas
b. Tubuhnya tidak ditutupi bulu
................................. 4
4.a. Bergerak dengan sirip
............................................ Ikan
b. Bergerak tidak dengan sirip
................................... 5
-
56 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
5.a. Kulitnya selalu basah
............................................. Amphibia
b. Kulitnya tidak selalu basah
.................................... Reptilia
6.a. Mempunya rangka luar
.......................................... Arthropoda
b. Tidak mempunyai rangka luar. Vermes (Cacing)
Untuk dapat menggunakan kunci determinasi sistem dikotom, perlu
diperhatikan
cara/ hal-hal berikut ini.
a. Harus mengetahui nama-nama organisme/makhluk hidup yang
diamati
b. Ciri bagian tubuh yang diamati disesuaikan dengan ciri yang
ditunjukkan dalam kunci
determinasi sistem dikotom
c. Ikuti tahap demi tahap agar setiap makhluk hidup mempunyai
nomor kunci dikotom
sendiri-sendiri
d. Makin jauh hubungan kekerabatannya makin kurang nomor yang
sama yang dimiliki
e. Makin dekat hubungan kekerabatannya makin banyak nomor yang
sama yang
dimiliki.
Berikut ini adalah contoh penggunaan kunci determinasi tersebut.
Dengan
menggunakan kunci determinasi sistem dikotom di atas,
kelompokkanlah tumbuhan berikut
ini.
No Nama Tumbuhan Urutan Nomor Kunci Determinasi Dikotom
01 Jamur Tempe 1a.
02 Paku Suplir 1b, 2b, 4a.
03 Mangga 1b, 2a, 3a.
04 Pisang 1b, 2a, 3a.
05 Jagung 1b, 2a, 3b.
06 Lumut Hati 1b, 2b, 4b.
07 Jamur Roti ...
08 Padi ...
09 Tebu ...
10 Lengkuas ...
C. Rangkuman
Keanekaragaman hayati (biodiversity atau biological diversity)
meliputi semua
organisme mulai dari organisme bersel tunggal hingga organisme
tingkat tinggi. Di dunia
terdapat lebih dari 1.75 juta jenis dari organisme yang
diketahui. Sampai saat ini pun
penggolongan jenis dari organisme belum sepenuhnya mengungkapkan
seluruh jenis hewan,
tumbuhan dan mikrorganisme yang ada di dunia.
-
57 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Makhluk hidup sangat bervariasi. Variasi tersebut dapat dijumpai
dalam satu individu
atau individu yang berbeda dalam satu species atau individu yang
berbeda dalam species
yang berbeda. variasi pada individu yang berbeda dinamakan
keanekaragaman.
Keanekaragaman makhluk hidup mencakup keanekaragaman tumbuhan
maupun hewan
yang ada di dalamnya. Adanya keanekaragaman menyebabkan perlunya
pengelompokan
makhluk hidup agar lebih mudah mengenal dan mempelajarinya.
Pengelompokan tersebut
dinamakan klasifikasi dengan taksa terendah adalah species
(jenis), genus (marga), Familia
(suku), ordo (bangsa), kelas, divisi atau filum dan kingdom.
Kasus; sebagai calon guru profesional, Anda diminta membuat
kunci determinasi
sederhana, kemudian membuat pengelompokan tumbuhan disekitar
tempat PLPG
berdasarkan persamaan dan perbedaan karakteristik tubuhnya.
Selanjutnya Anda diminta
membuat skema daur hidup suatu spesies pada tingkatan taksa
tertentu, kemudian
membuat perbandingan siklus hidup antar taksa tumbuhan. Kegiatan
ini dapat anda lakukan
secara berkelompok.
Latihan 9
Kumpulkan 15 jenis tanaman yang berbeda di sekitar Anda.
a. Kelompokkan tanaman tersebut secara dikotomi menjadi dua
kelompok tanaman
yang terpisah secara diskrit.
b. Berikan nomor secara dikotomis pada setiap kelompok himpunan
tanaman (misal: 1a,
1b, dst).
c. Susunlah kunci determinasi tanaman yang telah Anda
kelompokkan.
d. Gunakan kembali kunci determinasi yang telah Anda buat untuk
mendeterminasikan
paling tidak 5 jenis tanaman berbeda.
e. Tuliskan nomor kunci determinasi setiap tanaman tersebut, dan
jelaskan bagaimana
hubungan kekerabatan antara setiap tanaman.
D. Interaksi Makhluk Hidup dengan Lingkungannya
1. Konsep Ekologi
Berikut dikemukakan beberapa definisi atau pengertian dari kata
ekologi. Kata ekologi
berasal dari bahasa yunani; oikos berarti rumah dan logos
berarti imu. Jadi kata ekologi
secara harfiah dapat diartikan sebagai pengkajian mahluk hidup
di rumahnya (Odum,
1973). Dalam kamus Websters Unabridged Dictionary; ekologi
diartikan sebagai totalitas
atau pola hubungan antara mahluk hidup dan lingkungannya. Yang
lebih umum lagi ekologi
dikenal sebagai salah satu cabang ilmu biologi yang mempelajari
perihal antar hubungan
-
58 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
pengaruh-mempengaruhi dan saling ketergantungan antara organsime
dengan
lingkungannya.
Kendeigh (1980) memberikan takrif atau definisi ekologi sebagai
kajian tentang
hewan dan tumbuhan dalam hubungannya antara satu mahluk hidup
dengan mahluk hidup
yang lain dan antara mahluk hidup dengan lingkunganya. Krebs
(1972) mengetengahkan
definisi yang lebih informative, terarah dan operasional.
Menurut Krebs, ekologi merupakan
ilmu yang yang mempelajari interaksi-interaksi yang menentukan
sebaran/agihan (distribusi)
dan kelimpahan organisme-organisme. Dalam definisinya itu
faktor-faktor lingkungan telah
secara implisit tercakup dalam kata interaksi.
Organisme-organisme, baik yang berupa tumbuhan, hewan maupun
mikrobia yang
dibahas dalam ekologi meliputi tiga tingkatan organisasi, yaitu:
individu, populasi, dan
komunitas, yang masing-masing mempunyai keunikannya sebagai
suatu satuan dari hasil
interaksi-interaksi dengan lingkungannya. Sehubungan dengan hal
tersebut, maka
pemahaman mengenai suatu tingkatan tidak dapat menerangkan
dengan sepenuhnya
fenomena dan kinerja dari tahapan lain yang dibentuknya maupun
yang membentuknya.
Pembahasan ekologi tidak lepas dari pembahasan ekosistem dengan
berbagai
komponen penyusunnya, yaitu faktor abiotik dan biotik. Faktor
abiotik antara lain suhu, air,
kelembaban, cahaya, dan topografi, sedangkan faktor biotik
adalah makhluk hidup yang
terdiri dari manusia, hewan, tumbuhan, dan mikroba. Ekologi juga
berhubungan erat dengan
tingkatan-tingkatan organisasi makhluk hidup, yaitu populasi,
komunitas, dan ekosistem
yang saling mempengaruhi dan merupakan suatu sistem yang
menunjukkan kesatuan.
2. Habitat dan Relung Ekologi
Di alam atau dilingkungan sekitar kita dapat ditemui berbagai
jenis mahluk hidup,
baik dari golongan hewan, tumbuhan ataupun mikroorganisme.
Masalah kehadiran suatu
populasi hewan di suatu tempat dan penyebaran (distribusi)
spesies hewan tersebut dimuka
bumi ini, selalu berkaitan dengan masalah habitat dan relung
ekologinya. Habitat secara
umum menunjukkan bagaiman corak lingkungan yang ditempati
populasi hewan, sedang
relung ekologinya menunjukkan dimana dan bagaimana kedudukan
populasi hewan itu
relatif terhadap faktor-faktor abiotik dan biotik lingkungnya
itu. Secara lebih sederhana
habitat diartikan sebagai tempat hidup dari mahluk hidup, atau
diistilahkan juga dengan
biotop. Untuk mudahnya, habitat seringkali diibaratkan sebagai
alamat dari populasi
hewan, sedang relung ekologi dimisalkan sebagai profesi di
alamat itu. Setiap populasi
mahluk hidup menempati habitat atau biotope tertentu. Habitat
suatu populasi hewan pada
dasarnya menunjukkan totalitas dari corak lingkungan yang
ditempati populasi itu, termasuk
-
59 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
factor-faktor abiotik berupa ruang, tipe substratum atau medium
yang ditempati, cuaca dan
iklimnya serta vegetasinya.
3. Ekosistem
Ekosistem adalah suatu sistem ekologi yang terbentuk oleh
hubungan timbal balik tak
terpisahkan antara makhluk hidup dengan lingkungannya. Ekosistem
bisa dikatakan juga
suatu tatanan kesatuan secara utuh dan menyeluruh antara segenap
unsur lingkungan hidup
yang saling mempengaruhi.Ekosistem merupakan penggabungan dari
setiap unit biosistem
yang melibatkan interaksi timbal balik antara organisme dan
lingkungan fisik sehingga aliran
energi menuju kepada suatu struktur biotik tertentu dan terjadi
suatu siklus materi antara
organisme dan anorganisme. Matahari sebagai sumber dari semua
energi yang ada. Dalam
ekosistem, organisme dalam komunitas berkembang bersama-sama
dengan lingkungan fisik
sebagai suatu sistem. Organisme akan beradaptasi dengan
lingkungan fisik, sebaliknya
organisme juga mempengaruhi lingkungan fisik untuk keperluan
hidup. Semua komponen
tersebut berada pada suatu tempat dan berinteraksi membentuk
suatu kesatuan ekosistem
yang teratur. Misalnya, pada suatu ekosistem akuarium, ekosistem
ini terdiri dari ikan
sebagai komponen heterotrof, tumbuhan air sebagai komponen
autotrof, plankton yang
terapung di air sebagai komponen pengurai, sedangkan yang
termasuk komponen abiotik
adalah air, pasir, batu, mineral dan oksigen yang terlarut dalam
air. Berdasarkan fungsinya
di dalam ekosistem, makhluk hidup dibedakan menjadi tiga
golongan, yaitu produsen,
konsumen, dan dekomposer atau pengurai. Berdasarkan tingkat
trofik , terbagi menjadi:
1. Produsen : organisme fotosintetik yang menggunakan energy
cahaya untuk mensintesis
gula dan senyawa organik lainnya
2. Konsumen I atau primer: organisme yang memakan produsen
(tumbuhan hijau).
3. Konsumen II atau sekunder: organisme yang memakan konsumen I
atau primer.
4. Konsumen III atau tersier: organism yang memakan konsumen II
atau sekunder.
Berdasarkan jenis makanannya, konsumen sebagai organisme
heterotrof dibagi
menjadi:
1. Herbivora: hewan pemakan tumbuhan. Contoh: kerbau, kambing,
belalang.
2. Karnivora: Hewan pemakan daging. Contoh: anjing, elang,
harimau.
3. Omnivora: hewan pemakan segalanya. Contoh: tikus, ayam,
luwak.
Lingkungan meliputi komponen abiotik (faktor-faktor kimia dan
fisik tak hidup) dan
yang juga penting pengaruhnya pada organisme adalah komponen
biotik (hidup), semua
organisme lain yang merupakan bagian dari lingkungan suatu
individu. Abiotik atau
komponen tak hidup adalah komponen fisik dan kimia yang
merupakan medium atau
-
60 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
substrat tempat berlangsungnya kehidupan, atau lingkungan tempat
hidup. Sebagian besar
komponen abiotik bervariasi dalam ruang dan waktunya. Komponen
abiotik dapat berupa
bahan organik, senyawa anorganik, dan faktor yang mempengaruhi
distribusi organisme,
yaitu:
1. Suhu. Proses biologi dipengaruhi suhu. Mamalia dan unggas
membutuhkan energi untuk
meregulasi temperatur dalam tubuhnya.
2. Air. Ketersediaan air mempengaruhi distribusi organisme.
Organisme di gurun
beradaptasi terhadap ketersediaan air di gurun.
3. Garam. Konsentrasi garam mempengaruhi kesetimbangan air dalam
organisme melalui
osmosis. Beberapa organisme terestrial beradaptasi dengan
lingkungan dengan
kandungan garam tinggi.
4. Cahaya matahari. Intensitas dan kualitas cahaya mempengaruhi
proses fotosintesis.
Air dapat menyerap cahaya sehingga pada lingkungan air,
fotosintesis terjadi di sekitar
permukaan yang terjangkau cahaya matahari. Di gurun, intensitas
cahaya yang besar
membuat peningkatan suhu sehingga hewan dan tumbuhan
tertekan.
5. Tanah dan batu. Beberapa karakteristik tanah yang meliputi
struktur fisik, pH, dan
komposisi mineral membatasi penyebaran organisme berdasarkan
pada kandungan
sumber makanannya di tanah.
6. Iklim. Iklim adalah kondisi cuaca dalam jangka waktu lama
dalam suatu area. Iklim
makro meliputi iklim global, regional dan lokal. Iklim mikro
meliputi iklim dalam suatu
daerah yang dihuni komunitas tertentu.
Komponen biotik meliputi organisme autotrof, heterotrof dan
pengurai
1. Autotrof
Komponen autotrof terdiri dari organisme yang dapat membuat
makanannya
sendiri dari bahan anorganik dengan bantuan energi seperti sinar
matahari (fotoautotrof)
dan bahan kimia (kemoautotrof). Komponen autotrof berperan
sebagai produsen. Yang
tergolong autotrof adalah tumbuhan berklorofil.
2. Heterotrof
Komponen heterotrof terdiri dari organisme yang memanfaatkan
bahan-bahan
organik yang disediakan oleh organisme lain sebagai makanannya.
Komponen heterotrof
disebut juga konsumen makro (fagotrof) karena makanan yang
dimakan berukuran lebih
kecil. Yang tergolong heterotrof adalah manusia, hewan, jamur,
dan mikroba.
-
61 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
3. Pengurai
Pengurai atau dekomposer adalah organisme yang menguraikan bahan
organik
yang berasal dari organisme mati. Pengurai disebut juga konsumen
makro (sapotrof)
karena makanan yang dimakan berukuran lebih besar. Organisme
pengurai menyerap
sebagian hasil penguraian tersebut dan melepaskan bahan-bahan
yang sederhana yang
dapat digunakan kembali oleh produsen. Yang tergolong pengurai
adalah bakteri dan
jamur. Ada pula pengurai yang disebut detritivor, yaitu hewan
pengurai yang memakan
sisa-sisa bahan organik, contohnya adalah kutu kayu. Tipe
dekomposisi ada tiga, yaitu:
a. aerobik : oksigen adalah penerima elektron / oksidan
b. anaerobik : oksigen tidak terlibat. Bahan organik sebagai
penerima elektron /oksidan
c. fermentasi : anaerobik namun bahan organik yang teroksidasi
juga sebagai penerima
elektron.
4. Tingkatan organisasi kehidupan dalam Ekologi
Hirarki berarti suatu penataan menurut skala dari yang terbesar
ke yang terkecil atau
sebaliknya. Interaksi dan lingkungan fisik (energi dan materi)
pada setiap tingkat
menghasilkan sistem-sistem dengan peran dan fungsi yang khas.
Suatu sistem terdiri
dari komponen-komponen yang secara teratur berinteraksi dan
berketergantungan yang
keseluruhannya membentuk kesatuan. Ekologi terutama
memperhatikan tingkat-tingkat
sistem diatas tingkat organisme. Istilah-istilah yang dikenal
dalam ekologi adalah
a. Individu berasal dari kata "in" yang artinya tidak dan
"dividus" artinya dibagi-bagi.
Jadi individu mempunyai potensi untuk berkembang biak, karena
memiliki sifat
keturunan. Individu dapat ditemui di sekitar kita seperti
sebatang pohon di hutan,
sekuntum bunga di kebun, seekor burung bersarang di halaman
belakang bahkan
seorang teman.
b. Suatu populasi (population) adalah kelompok individu
organisme dari jenis yang sama
yang saling berinteraksi diantara individu-individu tersebut,
yang hidup dalam suatu
daerah pada waktu tertentu. Misalnya populasi Orang Utan di
Kalimantan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi ukuran populasi antara lain;
kematian, kelahiran,
imigrasi, dan emigrasi.
c. Suatu komunitas (community) adalah sekelompok populasi dari
berbagai jenis pada
suatu daerah tertentu. Komunitas ini dapat mencakup semua
populasi di daerah
tersebut misalnya : semua tumbuhan, binatang dari jasad renik.
Komunitas dapat
didefinisikan lebih sempit lagi sebagai suatu kelompok tertentu,
seperti komunitas
paku, atau komunitas burung pemakan biji di suatu daerah
tertentu.
-
62 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Ukuran populasi dalam ekosistem dipengaruhi oleh beberapa
faktor
a. Tingkatan Trofik dan Piramida Ekologi
Hubungan makan dalam suatu ekosistem dapat dinyatakan sebagai
tingkat trofik
atau tingkat makan. Tingkatan trofik pertama ditempati oleh
produsen, tingkatan trofik
kedua adalah herbivora dan tingkatan yang lebih tinggi adalah
karnivora. Semua biomassa
hidup dalam setiap tingkatan trofik dan jumlah energi yang
ditransfer diantara tingkatan
trofik, dapat disusun menjadi biomassa piramida dan energi untuk
ekosistem. Piramida
biomassa ditunjukkan oleh berat atau pengukuran material hidup
organisme atau jumlah
energi yang ada di suatu waktu. Karena beberapa energi atau
material berkurang dalam
setiap rantai, total masa yang mendukung setiap tingkatan
dibatasi oleh laju dimana energi
disimpan sebelumnya. Secara umum biomassa produsen harus lebih
besar daripada
biomassa herbivor yang didukungnya, dan biomassa herbivora lebih
besar daripada
karnivora. Kenyataan ini menghasilkan piramida dengan slope
bertingkat, khususnya untuk
komunitas terrestrial dan air dangkal dimana produsennya besar,
akumulasi organik besar,
siklus hidup panjang dan laju panenan rendah. Meskipun untuk
beberapa ekosistem piramida
biomassanya terbalik.
Produksi primer di ekosistem akuatik seperti danau dan laut
terkonsentrasi pada alga
mikroskopik. Alga memiliki siklus hidup pendek, berganda secara
cepat, mengakumulasi
sedikit materi organik, dan tereksploitasi berat oleh
zooplankton herbivor. Dalam keadaan ini
panen tegakan rendah. Sebagai hasilnya, dasar piramida lebih
kecil daripada struktur yang
didukungnya.
Jika produksi dinyatakan sebagai energi, piramida tidak hanya
menunjukkan jumlah
energi yang mengalir disetiap tingkatan, tetapi yang lebih
penting, adalah peran berbagai
organisme dalam pemindahan energi. Piramida energi disusun
sebagai jumlah produksi
organisme per unit atau dinyatakan dalam bentuk yang berbeda
sebagai laju makanan
melalui rantai makanan.
Piramida Ekologi dapat digambarkan dengan mendasarkan pada
parameter jumlah
individu,biomassa & jumlah energi (C.E. Elton). Piramida
lain yang banyak ditemukan
diliteratur ekologi adalah piramida jumlah. Bentuk piramida ini
dikembangkan oleh Charles
Elton (1927), ia menunjukkan perbedaan besar dalam jumlah
organisme dalam setiap
tingkatan rantai makanan. Hewan-hewan yang terletak pada ujung
terendah dari rantai
makanan jumlahnya berlimpah. Jumlah karnivor menurun dengan
cepat sampai pada
tingkatan rantai tertinggi. Piramida jumlah sering membingungkan
dengan pengelompokan
organisme yang berbeda ukurannya.
-
63 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas
Negeri Makassar
Satu Untuk UNM
Piramida jumlah dapat berbalikan dengan biomassa organisme.
Meskipun jumlah
organisme lebih besar, berat totalnya mungkin tidak sama atau
lebih kecil dari organisme
yang lebih besar dalam jumlah kecil. Contoh satu ekor harimau
memakan 4 ekor kelinci. Jika
ini dibuat piramida jumlah maka herbivornya lebih banyak daripda
karnivor. Tetapi piramida
biomassa memberikan data yang lain, berat satu ekor harimau
mungkin lebih berat daripada
empat ekor kelinci.
Jika digambarkan hubungan antara tahapan operasional ekosistem
dengan jumlah
individu/biomassa/energi yang diterima organisme akan me