metabolisme kapsel

PENDAHULUANCoba kita perhatikan. Sewaktu 1apar pasti tubuh kita akan merasa lemas. Namun,

setelah makan tubuh kembali segar. Kesegaran itu disebabkan tubuh mendapatkan energi yang dihasilkan dan pembakaran bahan makanan yang kita makan. Energi dalam tubuh disimpan dan dilepaskan dalam bentuk energi kimia dan ditambah sedikit energi panas. Energi tersebut diperlukan untuk melakukan aktivitas kehidupan, baik tingkat seluler seperti pembelahan sel dan transpor molekul ke luar dan ke dalam sel, maupun tingkat individu misalnya membaca, berlari, berjalan, atau berolah raga (Gambar 2.1).

Energi dihasilkan dan proses kimia yang terjadi di dalam sel. Selain proses kimia yang menghasilkan energi, di dalam sel juga terjadi beribu-ribu proses kimia. Proses tersebut tidak berdiri sendiri, melainkan berhubungan satu sama lain dalam suatu rangkaian yang disebut metabolisme.

Kumpulan reaksi kimia yang terjadi dalam metabolisme memerlukan enzim untuk mempercepat laju reaksi. Oleh karena itu, sebelum lebih jauh kita membahas metabolisme terlebih dahulu kita membahas enzim.

ENZIM Apakah enzim itu? Enzim merupakan protein yang bertindak sebagai katalis di

dalam tubuh makhluk hidup. Karena bekerja sebagai katalis di dalam tubuh makhluk hidup, enzim disebut juga biokatalisator.

Enzim dapat bertindak sebagai katalis, yaitu dapat meningkatkan kecepatan reaksi kimia tetapi tidak berubah dalam reaksi kimia tersebut. Molekul yang bereaksi di dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim disebut substrat, dan molekul yang dihasilkan disebut produk.

Enzim dibuat di dalam sel-sel yang hidup. Sebagian besar enzim bekerja di dalam sel, disebut enzim intraseluler. Contoh enzim intraseluler adalah katalase. Katalase memecah senyawa berbahaya, seperti H202 (hidrogen peroksida) di dalam sel-sel hati. Beberapa enzim dibuat di dalam sel kemudian dikeluarkan dan dalam sel untuk melakukan fungsinya, disebut enzim ekstraseluler. Contoh enzim ekstraseluler adalah enzim-enzim pencernaan, misalnya arnilase. Amilase memecah amilum menjadi maltosa. Amilase dihasilkan oleh kelenjar saliva (ludah) dan dikeluarkan ke rongga mulut untuk melakukan fungsinya.

Komponen EnzimEnzim tersusun dan komponen protein yang disebut apoenzim. Beberapa enzim

memerlukan komponen nonprotein untuk membantu aktivitas enzim, yang disebut kofaktor. Kofaktor beberapa enzim berupa ion anorganik.

FAKTA BIOMakanan menjadi cepat basi disebabkan oleh aktivitas enzim. Bakteri di udara

hinggap di makanan dan berkembang biak secara cepat sambil mengeluarkan enzim-enzim pencernaan di media makanan. Enzim-enzim pencernaan dan bakteri inilah yang menyebabkan makanan berubah menjadi basi. Aktivitas enzim dapat dihambat dengan cara pemanasan atau pendinginan.

Kofaktor yang berupa ion organik disebut koenzim. Beberapa kofaktor tidak berubah di akhir reaksi, tetapi kadang-kadang berubah dan terlibat dalam reaksi yang lain. Enzim yang terikat dengan kofaktor disebut holoenzim. Berikut beherapa jenis kofaktor yang membantu aktivitas enzim.

Ion-ion AnorganikIon-ion anorganik sederhana merupakan salah satu kofaktor. Ion-ion ini terikat

dengan enzim atau substrat kompleks dan dapat membuat fungsi enzirn lebih efektif. Sehagai contoh, amilase dalam saliva akan bekerja lebih baik dengan adanya ion kiorida dan kalsium.

Gugus ProstetikGugus prostetik merupakan tipe kofaktor yang lain. Gugus prostetik berperan

memberi kekuatan tambahan terhadap kerja enzim. Gugus prostetik terdiri dan molekulmolekul organik yang terikat rapat dengan enzim (Gambar 2.2a). Contohnya adalah heme, yaitu suatu molekul berbentuk cincin pipih yang mengandung besi. Heme merupakan gugus prostetik sejumlah enzim, di antaranya katalase, peroksidase, dan sitokrom oksidase (terlibat dalam respirasi seluler).

KoenzimKoenzim merupakan kofaktor yang terdiri dan molekul organik non-protein

kompleks yang terikat renggang dengan enzim. Koenzim berfungsi memindahkan gugus kimia, atom, atau elektron dan satu enzim ke enzim yang lain. Beberapa koenzim adalah vitamin atau turunan vitamin. Contohnya, NAD (Nicotinamide Aden inc Din ucico tide) merupakan koenzim yang sangat penting dalam respirasi seluler. Lihat Gambar 2.2b.

Cara Kerja EnzimEnzim merupakan protein yang memiliki struktur tiga dimensi. Sisi aktif, yaitu bagian

yang berfungsi sebagai katalis. Enzim mengkatalis reaksi dengan meningkatkan kecepatan reaksi. Meningkatkan kecepatan reaksi dilakukan dengan menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi), yaitu dan EA1 menjadi EA2. Lihat Gambar 2.3. Penurunan energi aktivasi dilakukan dengan membentuk kompleks dengan substrat. Secara sederhana kerja enzim digambarkan sebagai berikut.

Substrat + Enzim → Kompleks Enzim-Substrat↓

Enzim + Produk

Setelah produk dihasilkan dan reaksi, enzim kernudian dilepaskan. Enzim bebas untuk membentuk kompleks yang baru dengan substrat yang lain.

Kerja enzim dapat diterangkan dengan dua teori, yaitu teori gembok dan kunci serta teori kecocokan yang terinduksi. Kedua teori mi menjelaskan spesifitas enzim dengan substratnya.

Teori Gembok dan Kunci (Lock and Key Theory)Di dalam enzim terdapat sisi aktif yang tersusun dan sejumlah kecil asam amino.

Bentuk sisi aktif sangat spesifik, sehingga hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim.

Enzim dan substrat akan bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk ke dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim. Lihat Gambar 2.4.

Teori Kecocokan yang Terinduksi (Induced fit Theory)Berdasarkan bukti dan kristalografi sinar X, analisis kimia sisi aktif enzim, serta

teknik yang lain, diduga bahwa sisi aktif enzim bukan merupakan bentuk yang kaku.Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang

fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termoditikasi melingkupinya membentuk kompleks. Ketika produk sudah terlepas dan kompleks, enzirn kembali tidak aktif menjadi bentuk yang lepas, hingga substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut. Lihat Gambar 2.5,

Sifat-Sifat Enzim sebagai BiokatalisatorSifat-sifat enzim sebagai biokatalisator adalah sebagai berikut.

Enzim adalah ProteinKarena enzim adalah protein, kerja enzim seperti sifat protein, yaitu membutuhkan

kondisi lingkungan (suhu, pH, konsentrasi ion, dan sebagainya) yang sesuai. Lingkungan

enzim yang tidak cocok menyebabkan enzim rusak sehingga tidak mampu bekerja dengan baik.

Enzim Bekerja secara Spesifik/KhususDi dalam sel terdapat ribuan jenis enzim yang fungsinya masing-masing sangat

spesifik. Tiap enzim hanya dapat bekerja untuk mengkatalis reaksi yang spesifik. Dengan kata lain, suatu enzim hanya dapat bekerja untuk substratnya yang cocok.

Enzim Berfungsi sebagai KatalisKatalis mengubah kecepatan reaksi, namun tidak mengubah produk akhir yang

dibentuk atau mempengaruhi keseimbangan reaksi.

Enzim Hanya Diperlukan dalam Jumlah SedikitSesuai dengan fungsinya sebagai katalis, enzim hanya diperlukan dalam jumlah

sedikit. Sejumlah kecil enzim dapat meningkatkan kecepatan reaksi secara hebat.

Enzim dapat Bekerja secara Bolak-balikEnzim tidak mempengaruhi arah reaksi, sehingga dapat bekerja bolak-balik. Enzim

dapat menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain. Enzim juga dapat menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawa tertentu.

Reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut. E + S → ES → E + P( E = enzim, S = substrat dan P = produk )

Konsep PentingSitat-sifat enzim sebagai biokatalisator adalah enzim merupakan protein. Bekerja

secara spesifik, berfungsi sebagai katalis, hanya diperlukan dalam jumlah sedikit, dapat bekerja secara bolak-balik, dan dipengaruhi oleh 5ubtra lingkungan.

Faktor – 5ubtra yang Mempengaruhi Kerja EnzimKerja enzim dipengaruhi oleh factor lingkungan, yaitu sebagai berikut.

SuhuPada suhu yang lebih tinggi, kecepatan molekul substrat meningkat, sehingga pada

saat bertumbukan dengan enzim, energi molekul substrat berkurang. Hal ini memudahkan terikatnya molekul substrat pada sisi aktif enzim. Aktivitas enzim meningkat dengan meningkatnya suhu sampai pada titik tertentu.

Pada beberapa enzim, peningkatan suhu sampai 400o C diiringi dengan peningkatan kecepatan reaksi. Hal mi berhubungan dengan meningkatnya energi 6ubtrac pada molekul substrat dan enzim. Pengaruh suhu (T) pada kecepatan reaksi dapat dijelaskan melalui suatu koefisien suhu (Q10).

Q10=Kecepatan reaksi pada suhu T + 10° C Kecepatan reaksi pada suhu TGrafik pada Gambar 2.6(a) menunjukkan hubungan suhu dan kecepatan reaksi

enzim. Berdasarkan grafik tersebut, jika dipilih sembarang suhu (T) misalnya sebesar 20° C pada suatu kecepatan reaksi enzim tertentu, Q10 adalah sebagai berikut.

Q10= Kecepatan reaksi pada suhu 30° C Koefisien suhu (Q10 = 2) di atas menunjukkan bahwa kecepatan reaksi enzim

meningkat dua kalinya setiap peningkatan suhu 10°C. Namun, tidak berarti bahwa peningkatan kecepatan reaksi berlangsung tidak terbatas. Seperti terlihat pada grafik, kecepatan enzim mengkatalis reaksi mencapai suatu puncaknya pada suhu tertentu. Suhu ini disebut suhu optimum suatu reaksi. Pada grafik dapat dilihat bahwa suhu optimum reaksi yang dikatalis enzim adalah 40° C. Di atas suhu tersebut, produk yang dihasilkan menurun. Peningkatan suhu di atas suhu optimum menyebabkan putusnya ikatan 6ubtract dan ikatan lain yang merangkai molekul enzirn, sehingga enzim mengalami denaturasi.

Denaturasi adalah rusaknya bentuk tiga dimensi enzim yang menyebabkan enzim tidak dapat lagi berikatan dengan substratnya (Gambar 2.6b). Denaturasi menyebabkan aktivitas enzim menurun atau hilang. Denaturasi umumnya bersifat irreversible (tidak dapat kembali). Namun, enzim-enzim yang langka seperti RNAase dapat mengalami renaturasi setelah mengalami denaturasi. Renaturasi adalah kembalinya bentuk enzim yang rusak ke bentuk sebelum rusak.

Konsep PentingFaktor-faktor yang mompengaruhi kerja enzim adalah suhu, pH, 7ubtract7 dan

inhibitor, serta konsentrasi enzim dan substrat.

FAKTA BIOSetap enzim memi(iki suhu optimum. Sebagian besar enzim manusia memiliki suhu

optimum sekitar 370 C. Sebagian besar enzim tumbuhan memiliki suhu optimum sekitar 25° C.

pHDerajat keasaman (pH) juga mempengaruhi aktivitas enzim. Perubahan kondisi

asam dan basa di sekitar molekul enzim mempengaruhi bentuk tiga dimensi enzim dan dapat menyebabkan denaturasi enzim. Setiap enzim memiliki pH optimum. Sebagai contoh, pepsin (enzim yang bekerja di dalam lambung) memiliki pH optimum sekitar 2 (sangat asam), sedangkan 7ubtrac (enzim yang bekerja di mulut dan usus halus) memiliki pH optimum sekitar 7,5 (agak basa). Lihat Gambar 2.7.

Aktivator dan Inhibitor

Aktivator merupakan molekul yang mempermudah ikatan antara enzim dengan substratnya. Contoh 7ubtract7 adalah ion klorida yang berperan dalam aktivitas 7ubtrac dalam saliva. Sebaliknya, inhibitor merupakan suatu molekul yang menghambat ikatan enzim dengan substratnya. Contoh inhibitor adalah ion sianida. Ion sianida menutupi sisi aktif enzim yang terlibat dalam respirasi.

Ada dua macam inhibitor enzim, yaitu inhibitor kompetitif dan inhibitor non-kompetitif.

Inhibitor kompetitif

Inhibitor kompetitif adalah molekul penghambat yang cara kerjanya bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim. Contohnya, sianida bersaing dengan oksigen untuk mendapatkan 8ubtract8in dalarn rantai respirasi terakhir. Inhibitor kompetitif dapat diatasi dengan cara penambahan konsentrasi substrat. Lihat Gambar 2.8a.

Inhibitor non-kompetitif

Inhibitor non-kompetitif adalah molekul penghambat enzim yang bekerja dengan cara melekatkan diri pada luar sisi aktif, sehingga bentuk enzim berubah, dan sisi aktif tidak dapat berfungsi. Inhibitor mi tidak dapat dipengaruhi oleh konsentrasi substrat. Lihat Gambar 2.8b.

Konsentrasi EnzirnKonsentrasi enzim juga mempengaruhi kecepatan reaksi. Semakin besar konsentrasi

enzim semakin cepat pula reaksi yang berlangsung. Dengan kata lain, konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi. Lihat Gambar 2.9.

Sisi aktif suatu enzim dapat digunakan berulang kali oleh banyak substrat. Substrat yang berikatan dengan sisi aktif enzim akan membentuk produk. Pelepasan produk menyebabkan sisi aktif enzim bebas untuk berikatan dengan substrat Iainnya. Oleh karenanya hanya dibutuhkan sejumlah kecil enzim untuk mengkatalis sejumlah besar substrat.

Konsentrasi Substrat

Bila jumlah enzim dalam keadaan tetap, kecepatan reaksi akan meningkat dengan adanya peningkatan konsentrasi substrat. Namun, pada saat sisi aktif semua enzim bekerja, penambahan substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi enzim lebih lanjut. Kondisi ini disebut konsentrasi substrat pada titik jenuh atau disebut dengan kecepatan reaksi telah mencapai maksimum (Vmax) Lihat gambar 2.10.

Banyaknya molekul substrat yang diubah menjadi produk oleh enzim sangat bervariasi. Jumlah pergantian substrat adalah banyaknya molekul substrat yang dapat diubah menjadi produk oleh satu molekul enzim selama satu menit. Lihat Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Jumlah pergantian substrat pada enzim

Enzim Jumlah Pergantian 9ubtract ( molekul )

Karbohidrat anhidrase 36.000.000Katalase 5.600.000

β-Galaktosidase 12.000Kimotripsin 6.000Lisosim 60

Sumber:Biochemical Society Guidance Notes 3, Enzymes and their role in biotechnology

Pengaruh konsentrasi substrat terhadap aktivitas enzim dapat diketahui langsung dengan nielakukan Kegiatan 2.1. Substrat yang digunakan berupa hidrogen peroksida (H202). Hidrogen peroksida alami merupakan produk sampingan yang tidak diinginkari dan metabolisme aerob, misalnya pemecahan asam amino dan asam lemak. Hidrogen peroksida merupakan senyawa yang sangat reaktif dan dapat merusak sel. Oleh karenanya hidrogen peroksida dikumpulkan di dalam peroksisom, kemudian didegradasi oleh katalase. Katalase mendegradasi hidrogen peroksida menjadi air (H20) dan oksigen (O2) dengan reaksi sebagai berikut.

2H202 → 2H20 + O2

FAKTA BIOReaksi pada makhluk hidup umumnya berlangsung pada keadaan konsentrasi

substrat lebih besar dibandingkan konsentrasi enzim. Namun, konsentrasi substratnya tidak ebih besar dan pada konsentrasi substrat pada Vmax hanya mendekati konsentrasi substrat pada Vmax.

Kegiatan 2.1

Pengaruh Konsentrasi Substrat terhadap Aktivitas Enzim

TujuanMengetahui dan memahami pengaruh konsentrasi substrat terhadap aktivitas enzim katalase.

Alat dan Bahan1. Tabung reaksi dan rak tabung reaksi2. Mistar3. Pipet ukur 10 ml dengan penyedotnya4. Pena marker atau label5. Skalpel atau cutter6. Akuades7. Hati sapi ( segar )8. Hidrogen peroksida ( H2O2)

Cara Kerja

1.Siapkan lima tabung reaksi yang diberi 1abe 1 sampai 5.2. Ambil hidrogen peroksida dan akuades ke dalam tabung reaksi dengan volume sebagai

berikut.

Tabungreaksi

Volume (ml)H2O2 Akuades

1 0 102 2,5 7,53 5,0 5,04 7,5 2,55 10 0

3. Aduk larutan pada tiap-tiap tabung reaksi.4. Sementara ada beberapa praktikan yang menyiapkan tabung reaksi, praktikan yang lain menyiapkan 5 potong hati sapi berbentuk balok dengan panjang 6 cm, lebar 0,5 cm dan tiriggi 0,5 cm. Lihat Gambar di bawah.

5. Masukkan masing-masing potongan hati sapi ke dalam tabung reaksi. Tandai ketinggian awal permukaan larutan dengan menggunakan pena marker. Lihat Gambar di samping.

6. Setelah 5 menit, ukur ketinggian gelembung oksigen yang terbentuk di dalam tabung reaksi. Jika gelembung oksigen pada salah satu tabung reaksi sudah mencapai salah satu mulut tabung sebelum 5 menit, ukur ketinggian gelembung pada semua tabung reaksi. (Ketinggian gelembung oksigen diukur mulai dan batas awal tanda marker sampai batas teratas gelembung oksigen).

7. Catat data yang kamu peroleh dalam bentuk tabel.8. Buatlah suatu grafik sebagai hubungan aktivitas enzim menggunakan ketinggian

gelembung oksigen dengan konsentrasi hidrogen peroksida.

Pertanyaan1. Dan manakah sumber katalase pada percobaan mi?2. Analisa data yang kamu peroleh dan percobaan dan buatlah suatu kesimpulan. METABOLISME

Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat awal dan diakhiri dengan produk akhir, yang terjadi di dalam sel. Berbeda dengan reaksi kimia pada umumnya, reaksi kimia yang terjadi di dalam sel tidak bersifat bolak-balik, melainkan

berjalan satu arah. Setiap produk suatu reaksi akan menjadi reaktan bagi reaksi berikutnya, sampai produk akhir dan suatu jalur metabolisme terbentuk (Gambar 2.11).

Reaksi 1 Reaksi 2 Reaksi 3 Reaksi 4A → B B → C C → D D → EGambar 2.11 Rangkaian reaksi 1, 2, 3, dan 4 dalam suatu jalurmetabolisme. Dalam jalur ini A adalah substrat atau reaktan awal dan Eadalah produk akhir.

Berdasarkan tujuannya, metabolisme dibedakan menj adi katabolismedan anabolisme. Katabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul besar dan produk akhirnya adalah molekul kecil. Lihat Gambar 2.12.

FAKTA BIOReaksi kimia merupakan peristiwa reaksi untuk mengubah reaktan menjadi produk

dengan bantuan biokatalis enzim. Suatu reaksi kimia biasanya bersifat bolak-balik. Arah reaksi ditentukan oleh keseimbangan jumlah reaktan dengan produk.

Konsep PentingKatabolisme memiliki dua fungsi, yaitu mènyediakan bahan baku untuk sintesis

molekul lain dan menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan berbagai aktivitas.

Dengan kata lain, katabolisme adalah rangkaian reaksi yang bertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul. Biasanya katabolisme bersifat eksergonik (menghasilkan energi). Katabolisme memiliki dua fungsi, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain dan menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan berhagai aktivitas kehidupan baik tingkat seluler maupun tingkat individu.

Sedangkan anabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul kecil dan produk akhirnya adalah molekul besar. Dengan kata lain, anabolisme adalah rangkaian reaksi yang bertujuan untuk penyusunan atau sintesis molekul. Lihat Gambar 2.13.

Salah satu contoh proses metabolisme adalah katabolisme dan anabolisme karbohidrat. Berikut mi akan diuraikan proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat, serta keterkaitan antara kedua proses tersebut.

Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme karbohidrat adalah pemecahan molekul karhobidrat menjadi unit-unit yang lebih kecil. Katabolisme karhohidrat meliputi proses pemecahan polisakarida menjadi monosakarida dan pemakaian glukosa (monosakarida) dalam proses respirasi untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat). ATP inilah yang digunakan oleh seluruh makhluk hidup untuk melakukan seluruh aktivitas kehidupan.

Karbohidrat akan masuk dalam reaksi respirasi dalam bentuk glukosa. Oleh karena itu, karbohidrat (polisakarida) harus diubah dahulu menjadi monosakarida (glukosa) dalam proses pencernaan.

Pemecahan Polisakarida Menjadi Monosakarida

Proses pemecahan polisakarida (pati) maupun disakarida menjadi monosakarida (gula sederhana) seperti glukosa, galaktosa, dan fruktosa terjadi di sepanjang saluran pencernaan dengan melibatkan berbagai enzim pencernaan.

Ketika makanan dikunyah, makanan akan bercampur dengan saliva yang mengandung enzim ptialin. Enzim ini menghidrolisis pati menjadi maltosa yang merupakan disakarida dan glukosa. Makanan berada di dalam mulut dalam waktu yang relatif singkat, sehingga hanya 3-5% pati yang telah terhidrolisis pada saat makanan ditelan.

Walaupun makanan tidak cukup lama berada dalam mulut, kerja ptialin dapat terus berlangsung selama satu jam setelah makanan memasuki lambung. Selanjutnya, kerja ptialin akan dihambat oleh asam yang dikeluarkan oleh lambung karena ptialin merupakan enzirn yang tidak aktif saat pH medium turun di bawah 4. Di lambung, sekitar 30-40% pati dihidrolisis menjadi maltosa.

Di duodenum (usus dua belas jari), makanan bercampur dengan getah pankreas yang mengandung c-amilase. Enzim mi memiliki fungsi yang sama dengan enzirn ptialin. Selanjutnya disakarida (laktosa, sukrosa, dan maltosa) dan polimer glukosa akan dipecah menjadi monosakarida oleh empat enzim, yaitu laktase, sukrase, maltase, dan dekstrinase yang disekresikan oleh sel epitel yang melapisi usus. Laktosa dipecah menjadi satu molekul glukosa dan satu molekul galaktosa. Sukrosa dipecah menjadi satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Maltosa dan polimer glukosa akan dipecah menjadi molekul-molekul glukosa. Lihat bagan pada Gambar 2.14.

Dalarn makanan yang kita konsumsi, lebih dan 80% hasil katabolisme pati adalah glukosa, sedangkan galaktosa dan fruktosa hanya mewakili 20% dan makanan tersebut. Setelah penyerapan oleh usus halus, sebagian fruktosa dan hampir semua galaktosa dengan segera diubah menjadi glukosa. Dengan demikian sangat sedikit galaktosa dan fruktosa yang terdapat dalam sirkulasi darah.

FAKTA BIODalam makanan yang dikonsumsi manusia hanya ada tiga sumber karbohidrat, yaitu

sukrosa yang merupakan disakarida yang dikenal sebagai gula tebu; laktosa, yaitu suatu disakarida yang terdapat dalam susu; dan pati (kanji) yang merupakan polisakarida pada semua bahan makanan nabati, terutama pada padi-padian.

Pemakaian Glukosa (Monosakarida) pada Respirasi dalam Sel

Glukosa (monosakarida) yang telah dipecah dalam saluran pencernaan, selanjutnya digunakan sebagai substrat dalam proses respirasi. Respirasi merupakan cara sel untuk mendapatkan energi dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat) dan energi elektron tinggi

(NADH2-Nicotinamide Adenine Dinucleotide H2 dan FADH2 = Flavin Adenine Dinucleotide H2). Terdapat dua jenis respirasi, yaitu respirasi aerob dan anaerob.

Respirasi aerob

Respirasi aerob merupakan peristiwa pembakaran zat yang melihatkan oksigen dan pernapasan. Oksigen akan digunakan sebagai penerima elektron terakhir dalam pembentukan ATP. Respirasi pada tingkat organisme berupa pertukaran oksigen dengan karbon dioksida di dalam alveolus paru-paru. Sedangkan respirasi pada tingkat sel terjadi di dalam mitokondria. Secara singkat reaksi yang terjadi pada respirasi aerob adalah sebagai berikut:

C6H12O6 + 6O2 → → → 6C02 + 6H20 + 36 ATPGlukosa Oksigen Karbon Air Energi dioksidaRespirasi aerob terjadi dalam tiga tahap, yaitu glikolisis, siklus Krebs, dan sistem

transpor elektron. Hubungan antara glikolisis, sikius Krehs, dan transpor elektron serta tempat terjadinya di dalam sel dapat dilihat pada Gambar 2.15.

Glikolisis

Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma sel. Pada tahap glikolisis, terjadi dua langkah reaksi, yaitu langkah memerlukan energi dan langkah melepaskan energi. Saat langkah memerlukan energi, 2 molekul ATP diperlukan untuk mentransfer gugus fosfat ke glukosa sehingga glukosa memiliki simpanan energi yang lebih tinggi. Energi mi diperlukan untuk reaksi selanjutnya, yaitu reaksi pelepasan energi.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa glikolisis adalah reaksi pelepasan energi yang memecah 1 molekul glukosa (terdiri dan 6 atom karbon) atau monosakarida yang lain

menjadi 2 molekul asam piruvat (terdiri dan 3 atom karbon), 2 NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide H), dan 2 ATP. Lihat Gambar 2.16.

Keterangan Gambar 2.16:(a) Penggunaan ATP menjadikan glukosa berikatan dengan tosfat anorganik menjadi

glukosa-6-fosfat.(b) Glukosa-6-fosfat mengalami perubahan strukiur menjadi fruktosa-6-fosfat.(C) Penggunaan ATP kembali menambah fosfat anorganik menjadi fruktosa-1,6-difosfat.(d) Fruktosa-1,6-difosfat dipecah menjadi 2 molekul fosfogliseraldehid (PGAL).(e) Setiap PGAL member) 2 elektron dan 1 atom hidrogen kepada NAD untuk membentuk

NADH.(f) Masing-masing PGAL kembali berikatan dengan fosfat anorganik membentuk 1,3-

difosfogliserat.

(g) Fosfat anorganik pada 1,3-difosfogliserat ditransfer ke ADP untuk membentuk ATP, dan 1,3-difosfogliserat menjadi 3-fosfogliserat.

(h) Kemudian 3-fosfogliserat memindahkan gugus fosfat ke karbon kedua membentuk 2-fosfogliserat, lalu diikuti pelepasan H20 menyebabkan 2-fosfogliserat berubah menjadi 3-fosfoenol piruvat (PEP).

(i) Setiap PEP mentranster fosfat anorganiknya kepada ADP untuk menghasilkan ATP, sehingga PEP berubah menjadi asam piruvat.

Siklus Krebs

Siklus Krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob. Narna siklus ini berasal dari orang yang menemukan secara rinci tahap kedua respirasi aerob in yaitu Hans Krebs (tahun 1930-an). Siklus ini disebut juga siklus asam sitrat.

Tahap awal siklus Krebs adalah 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis meninggalkan sitoplasma dan memasuki mitokondria. Siklus Krebs terjadi di dalam mitokondria. Selarna reaksi tersebut dilepaskan 3 molekul karbon dioksida, 4 NADH, 1 FADH2 (Flavin Adenine Dinucleotide H2), dan 1 ATP. Reaksi ini terjadi dua kali karena pada glikolisis, glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat. Lihat Gambar 2.17.

Jadi, siklus Krebs merupakan reaksi tahap kedua dalam respirasi aerob yang menghasilkan 8 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.

Keterangan Gambar 2.17:(a) Asam piruvat hasil glikolisis memasuki mitokondria.(b) Asam piruvat melepaskan gugus karboksil dalam bentuk CO2. Asam

piruvat juga memberikan hidrogen dan elektron kepada NAD+,membentuk NADH. Selanjutnya koenzim bergabung dengan sisa 2 atom karbon dan asam piruvat membentuk asetil-KoA.

(c) Asetil Ko-A mentranster 2 atom karbonnya ke oksaloasetat membentuk sitrat. Koenzim A dilepaskan dari Asetil KoA. Penambahan dan pelepasan H2O mengubah sitrat menjadi asam ositrat.

(d) Asam isositrat melepaskan gugus karboksil dalam bentuk CO2 dan terbentuk asam α-ketoglutarat. Hidrogen dan elektron ditransfer kepada NAD, membentuk NADH.

(e) Asam α-ketoglutarat melepaskan gugus karboksil dalam bentuk CO2, dan NADH terbentuk. Asam α-ketoglutarat berikatan dengan molekul koenzim A,

membentuk suksinil-KoA.(f) Koenzim A dilepaskan dan digantikan oleh fosfat (berasal dari GTP). Fosfat terikat

pada ADP membentuk ATP. Suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.

(g) Elektron dan hidrogen dan asam suksinat ditransfer ke FAD membentuk FADH2. Asam suksinat berubah menjadi asam fumarat.

(h) Asam fumarat menggunakan H2O membentuk asam malat. Asam malat mentransfer hidrogen dan elektron ke NAD+ membentuk NADH. Asam malat berubah menjadi asam oksaloasetat yang akan digunakan dalam siklus Krebs selanjutnya.

Konsep PentingDalam siklus krebs, 1 molekul asam piruvat akan menghasilkan 4 molekul NADH, 1 molekul FHDH2, dan 1 molekul ATP.

Sistem transpor elektron

Transpor elektron terjadi di bagian membran dalam mitokondria. NADH dan FADH2

yang dihasilkan dan siklus Krebs dan glikolisis memberikan elektron dan H ke sistem transpor elektron. Oleh karena elektron bergerak rnelalui sistern transpor, H+ dipompa ke luar dan membran dalam mitokondria. Konsentrasi H+ di luar membran dalam mitokondria menimbulkan gradien elektron antara bagian luar dan bagian dalam membran dalam mitokondria. Akibatnya, ion H+ kembali menuju bagian dalam membran dalam mitokondria melalui ATP sintase. Lihat Gambar 2.18.

ATP sintase merupakan protein yang menempel di membran dalam mitokondria. Aliran H+ melalui protein transpor ini memacu pembentukan ATP dan ADP dan fosfat (Pi). Oksigen bebas menjaga pembentukan ATP terus berjalan, yaitu dengan menerima elektron yang dilepaskan pada akhir sistem transpor elektron. Oksigen akan bergabung dengan H+ membentuk air. ATP yang dihasilkan pada tahap mi adalah 32 ATP.

Jadi, dapat disimpulkan hahwa sistem transpor elektron adalah tahapan terakhir dari respirasi aerob ketika elektron dan reaksi intermediet (siklus Krebs) dialirkan berturut-turut pada enzirn dan kofaktor membran dalam mitokondria, dan rnenyebabkan terjadinya gradien elektron yang mendorong sintesis ATP.

ATP yang dihasilkan dari pemecahan glukosa menjadi karbon dioksida dan air dalam respirasi aerob adalah 2 ATP basil dari glikolisis + 2 ATP dari siklus Krebs + 32 ATP dari sistem transpor elektron (total 36 ATP). Lihat Gambar 2.19.

Pada glikolisis dan siklus Krebs terdapat senyawa-senyawa antara yang berguna untuk bahan baku sintesis asam amino dan asam lemak, serta senyawa lain yang diperlukan tubuh. Misalnya, asam piruvat yang merupakan basil akhir glikolisis merupakan hasil antara untuk bahan sintesis asam amino. Demikian juga asetil koenzim A, asam α-ketog1utarat, dan asam oksaloasetat (pada hasil antara siklus Krebs) merupakan bahan dasar lain untuk asam amino yang berbeda. Sintesis asam amino dilakukan dengan cara penambahan gugus amina (aminasi) terhadap bahan yang telah disebutkan di atas. Asetil koenzim A juga merupakan bahan dasar untuk sintesis asam lemak dan kolesterol.

Konsep PentingDalam sistem transpor elektron, dari 1 molekul glukosa yang dipecah menghasilkan 32 molekul ATP.

FAKTA BIOKarbon monoksida (CO) merupakan racun yang menghalangi transfer elektron pada oksigen. Karbon monoksida juga menghalangi pengangkutan oksigen oleh hemoglobin pada sel darah merah. Keracunan karbon monoksida dapat menimbulkan kematian akibat kekurangan oksigen. Karbon monoksida dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna pada kendaraan bermotor.

Respirasi anaerob

Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima elektron akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat. Respirasi anaerob merupakan proses fermentasi.

• Fermentasi

Beberapa 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 menggunakan oksigen untuk respirasi, tetapi dapat juga melakukan fermentasi. Organisme seperti mi melakukan fermentasi jika lingkungannya miskin oksigen. Sel-sel otot juga dapat melakukan fermentasi jika sel-sel otot kekurangan oksigen.

Seperti pada respirasi aerob, glukosa merupakan substrat pada tahap awal fermentasi. Glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan terbentuk 2 ATP. Akan tetapi, reaksi fermentasi tidak secara sempurna memecah glukosa menjadi karbon dioksida dan air, sehingga ATP yang dihasilkan lebih sedikit dan jumlah ATP yang dihasilkan oleh glikolisis. Contoh fermentasi adalah fermentasi alkohol dan fermentasi asam Iaktat.

Fermentasi alkohol dilakukan oleh jamur ragi (yeast) secara anaerob. Sebagai substrat fermentasi adalah asam piruvat. Molekul piruvat (hasil glikolisis) difermentasi menjadi asetaldehid. NADH memberikan elektron dan hidrogen kepada asetaldehid, sehingga terbentuk produk akhir alkohol, yaitu etanol. Pada fermentasi alkohol mi dihasilkan 2 ATP. Lihat Gambar 2.20.

Fermentasi asam laktat terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras dan persediaan oksigen kurang mencukupi. Pada fermentasi asam laktat molekul asam piruvat hasil glikolisis menerirna elektron dan hidrogen dan NADH. Transfer elektron dan hidrogen menghasilkan NAD+ kembali. Pada saat yang sama, asam piruvat diubah menjadi asam laktat menghasilkan 2 ATP. Kerja otot terus-menerus akan menimbulkan asam laktat dalam jumlah besar. Penimbunan asam laktat pada otot menyebabkan elastisitas otot menjadi berkurang dan menimbulkan gejala kram serta kelelahan. Lihat Gambar 2.21.

Konsep PentingSistem transpor elektron memperlihatkan bagaimana elektron bergabung dengan enzim dan kofaktor membran dalam mitokondria.

Gambar 2.21 Tahapan fermentasi asam aktat.

Perbandingan Energi antara Respirasi Aerob dan Fermentasi

Jika dibandingkan energi yang diperoleh dan respirasi aerob dengan energi dan fermentasi, respirasi aerob menghasilkan energi yang lebih besar. ATP yang dihasilkan respirasi aerob adalah 36 ATP untuk oksidasi satu molekul glukosa. Sebaliknya, dengan fermentasi hanya akan diperoleh total energi sebesar 2 ATP Jadi energi respirasi aerob adalah 18 kali lipat lebih tinggi dibandingkan energi fermentasi. Salah satu alasan mengapa hal tersebut terjadi, karena respirasi aerob merupakan katabolisme sempurna yang menghasilkan CO2 dan H2O. Jadi, pembakaran yang dihasilkan optimum. Sebaliknya, hasil fermentasi adalah karbon yang masih reduktif, misalnya etanol dan asam laktat. Oleh karena itu, etanol masih menyisakan energi terikat di dalamnya, yang sesungguhnya masih dapat dibakar untuk menghasilkan energi lanjutan.

Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul kecil, dan produk akhirnya adalah molekul besar. Dengan kata lain anabolisme adalah rangkaian reaksi yang bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul. Contoh anabolisme karbohidrat adalah fotosintesis atau sintesis karbohidrat dengan bantuan energi cahaya matahari.

FotosintesisFotosintesis merupakan sintesis yang memerlukan cahaya (fotos = cahaya; sin tesis

= membuat bahan kimia, memasak). Fotosintesis adalah peristiwa penggunaan energi cahaya untuk membentuk senyawa dasar karbohidrat dari karbon dioksida dan air.

Tempat Terjadinya fotosintesis

Fotosintesis terjadi di dalarn kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil). Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada mesofil daun tanaman, yaitu sel-sel jaringan tiang (palisade) dan sel-sel jaringan bunga karang (spons). Di dalarn kloroplas terdapat klorofil pada protein integral membran tilakoid.

Kloroplas tersusun dan hagian-bagian sebagai berikut. Lihat Gambar 2.22.

StromaStroma merupakan struktur kosong di dalam kloroplas. Stroma juga merupakan

tempat glukosa terbentuk dan karbon dioksida dan air.

TilakoidTilakoid merupakan struktur cakram yang terbentuk dan pelipatan membran dalam

kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia.

GranaGrana merupakan satu tumpuk tilakoid.

Klorofil merupakan pigmen utama yang terdapat pada tumbuhan. Klorofil dapat dibedakan menjadi klorofil a dan klorofil b. Klorofil a merupakan pigmen hijau rumput (grass- green pigment) yang mampu menyerap cahaya merah dan biru-keunguan. Kiorofil a ini sangat berperan dalam reaksi gelap fotosintesis yang akan dijelaskan kernudian. Kiorofil b merupakan pigmen hijau kebiruan yang mampu menyerap cahaya biru dan

merah kejinggaan. Kiorofil b banyak terdapat pada tumbuhan, ganggang hijau, dan beberapa bakteri fotoautotrof.

Selain klorofil, di dalam kloroplas juga terdapat pigmen karotenoid, antosianin, dan fikobilin. Karotenoid mampu rnenyerap cahaya biru kehijauan dan biru keunguan. Karotenoid memantulkan cahaya merah, jingga, dan kuning. Karotenoid mi banyak ditemukan pada bunga, buah, dan savuran. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen merah dan biru. Antosianin banyak ditemukan pada bunga. Fikobilin banyak ditemukan pada kelompok ganggang merah dan Cyanobacteria.

Jadi, hanya tumbuhan saja yang dapat melakukan fotosintesis karena mengandung kloroplas pada daunnya. Oleh karena itu, tumbuhan berperan sebagai organisme produsen makanan (karena dapat menghasilkan makanan dengan bantuan cahaya). Tumbuhan disebut juga organisme autotrof (auto = sendiri, trophic = makanan), yaitu organisme yang dapat membuat makanan sendiri. Reaksi fotosintesis dapat disingkat sebagai berikut.

Energi cahaya12H2O + 6CO2 → → C6H12O6 + 6O2 + 6H2OAir Karbon Klorofil Glukosa Oksigen Air dioksida

Jalannya Reaksi FotosintesisJalannva reaksi-reaksi fotosintesis terdiri dan reaksi terang dan reaksi gelap.

Reaksi terang (reaksi yang bergantung cahaya)Tahap awal fotosintesis adalah reaksi terang atau reaksi yang bergantung pada

cahaya. Lihat Gambar 2.23. Dalarn reaksi terang terjadi tiga proses yang berlangsung di dalam kloroplas, khususnya di membran tilakoid.

1. Pigmen fotosintesis menyerap energi cahava dan melepaskan elektron yang akan masuk ke sistern transpor elektron.

2. Molekul air pecah, ATP dan NADPH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide phospate H) terbentuk, dan oksigen dilepaskan.

3. Pigmen fotosintesis yang melepaskan elektron menerima kembali elektron sebagai gantinya.

Konsep PentingPada reaksi terang, energi cahaya memacu pelepasan elektron dan fotosistem di

dalam membran tilakoid. Aliran elektron melalui sistem transpor menghasilkan ATP dan NADPH. ATP dan NADPH dapat terbentuk mealui jalur non siklik, yaitu elektron mengalir dan molekul air kemudian melalui fotosistem II dan fotosistem I. Elektron dan ion hidrogen akan membentuk NADPH dan ATP. Oksigen yang dibebaskan berguna untuk respirasi aerob.

Penyerapan energi cahayaBeratus-ratus molekul pigmen fotosintesis terkumpul dalam suatu fotosistem yang

melekat pada membran tilakoid. Sebagian besar pigmen tersebut memperoleh energi dan energi cahaya (foton) yang diserap. Energi cahaya yang diserap ini akan mendorong elektron dan pigmen fotosintesis sambil melepaskan energi eksitasi. Energi eksitasi akan dibawa oleh pigmen penerima energi cahaya ke molekul-molekul pigmen yang lain secara acak sarnpai ke klorofil a. Klorofil a hanya dapat menangkap panjang gelombang cahaya tertentu. Klorofil a merupakan pusat reaksi bagi fotosistem (Gambar 2.24). Pusat reaksi menerima energi eksitasi, tetapi tidak mernbawanya ke pigmen lain. Pusat reaksi yang telah teraktivasi ini memberikan elektron ke molekul penerima elektron dalam sistem transpor elektron.

Sistem transpor elektron tersusun dan enzim, koenzim, dan protein yang terikat pada membran sel. Elektron dipindahkan tahap demi tahap melalui sistem transpor elektron, dan energi dilepaskan pada setiap tahap. Energi tersebut sebagian besar digunakan untuk pembentukan ATP dan NADPH.

Aliran elektron siklik dan non siklik

Ada dua jalur aliran elektron dalam sistern transpor elektron, yaitu siklik dan non siklik. Baik jalur siklik maupun non siklik akan melewati suatu fotosistem. Ada dua tipe fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I memiliki pusat reaksi yang ditandai dengan P700. Sedangkan fotosistem II memiliki pusat reaksi yang ditandai dengan P680. Lihat Gambar 2.25.

Konsep PentingPusat reaksi pada fotosistem I mengandung klorofil a yang disebut sebagai P700

karena dapat menyerap foton terbaik pada panjang gelombang 700 nm. Pusat reaksi pada fotosistem II mengandung klorofil a yang disebut P680 karena dapat menyerap foton terbaik pada panjang getombang 680 nm.

Pada jalur siklik memerlukan fotosistem I. Energi cahaya digunakan untuk membawa elektron dan fotosistem I, menuju sistem transpor, kemudian kembali ke fotosistem I. Jalur siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.

Pada jalur non-siklik terjadi aliran elektron dan air ke fotosistem II melalui sistem transpor, menuju ke fotosistem I.Kemudian, melalui suatu sistem transpor, elektron akan diberikan ke NADP+. Proses ini terjadi ketika fotosistem II yang ditandai dengan P680 sebagai pusat reaksi menverap cukup energi foton untuk melepaskan elektron. Pada saat masuknva energi ke dalam

fotosistem II rnemacu terjadinya fotolisis. Fotolisis adalah reaksi pecahnva molekul air menjadi oksigen, ion-ion hidrogen (H+), dan elektron-elektron. Elektron yang dilepaskan oleh P680 digantikan oleh elektron yang dilepaskan oleh air. Jadi, dalarn sistem transpor yang kedua, NADP+ akan menerima 2 elektron dan 1 ion hidrogen membentuk NADPH. Bergeraknya ion hidrogen berperan dalarn pembentukan ATP. Pembentukan ATP terjadi pada protein yang disehut ATP sintase. Sedangkan oksigen dilepaskan ke atmosfer. Oksigen ini akan berperan dalam respirasi aerob.

Reaksi gelap (reaksi yang tidak bergantung cahaya)Reaksi gelap disehut juga sikius Calvin-Benson. Reaksi ini disebut reaksi gelap karena

tidak bergantung secara langsung dengan cahaya. Reaksi gelap berlangsung dalam gelap dan hanya dapat berlngsung jika ada ATP dan NADPH. ATP dan NADPH dihasilkan dari reaksi terang.

Reaksi gelap memerlukan ATP, hidrogen, dan elektron dan NADPH, karbon dan oksigen dan karbon dioksida, enzim yang mengakatalisis setiap reaksi, dan RuBP (ribulosa bifosfat). RuBP merupakan suatu senvawa yang memiliki 5 atom karbon.

Bagairnana terjadinya reaksi gelap? Reaksi gelapterjadi melalui tahapan berikut mi. lihat Gambar 2.26.> Karbon dioksida diikat oleh RuBP (Ribulosahifosfat yang terdiri dan 5 atom karbon) menjadisenyawa 6 karhon yang labil. Senyawa 6 karbonkemudian memecah menjadi 2 fosfogliserat (PGA).> Masing-masing PGA menerima gugus fosfat danATP dan menerima hidrogen serta elektron dan NADPH.Reaksi mi menghasilkan PGAL (fosfogliseraldehida).> Untuk tiap 6 molekul karbon dioksida yang diikat akandihasilkan 12 PGAL.> Dari 12 PGAL, 10 molekul kembali ke tahap awalmenjadi RuBP, dan seterusnya RuBP akan mengikat CO2

yang baru.• Dua PGAL lainnya akan berkondensasi menjadi glukosa6 fosfat. Molekul mi merupakan prekursor (bahan baku)untuk produk akhir menjadi molekul berikut.- Sukrosa merupakan karbohidrat untuk pengangkutan menuju ke tempat

penimbunan.- Tepung pati merupakan karbohidrat yang tersimpan sebagai cadangan makanan

pada tempat penimbunan.

Hubungan antara reaksi terang dan reaksi gelap pada fotosintesis dapat dilihat pada Gambar 2.27.

Sel-sel fotosintesis mengubah glukosa terfosforilasi menjadi sukrosa atau pati pada siang hari (ada cahaya). Dan semua karbohidrat pada tumbuhan, sukrosa paling mudah ditransportasikan, sedangkan pati adalah sebagai cadangan atau penimbunan makanan. Pada saat malam hari atau tidak ada cahaya, sel-sel fotosintesis mengubah pati menjadi sukrosa untuk diangkut ke sel-sel tumbuhan di daun, batang, dan akar.

Kegiatan 2.2Pengaruh Cahaya terhadap Sintesis Amilum pada Geranium

TujuanMengetahui dan memahami pengaruh cahaya terhadap sintesis amilum pada Geranium.

Alat dan Bahan1. Penjepit tabung reaksi2. Kaki tiga dan kasa pembakar3. Gelas beker4. Cawan petri5. Pembakar bunsen6. Klip kertas7. Pinset8. Satu pot tanaman Geranium atau tanaman hias lain (dengan daun yang bercorak

dan tidak berdaging tebal)9. Larutan iod10. Air11. Kertas hitam atau alluminium12. Etanol

Cara Kerja1. Satu jenis tanaman Geranium atau tanaman hias lain (dengan daun yang bercorak) di

dalam pot disimpan selama 2 - 3 hari di tempat gelap agar tidak terjadi fotosintesis. Pemastian tidak terjadinya fotosintesis dapat dilakukan dengan menguji salah satu daun pada tanarnan tersebut dengan tes amilum dengan iod sebagai berikut.

2. Air dididihkan di dalarn gelas beker dengan menggunakan pembakar bunsen. Petik satu helai daun dan rendam dalam air mendidih selama 10 detik. Daun direndarn dalam air mendidih dengan tujuan mematikan sel-sel tanaman dan rnelunakkan jaringan daun.

3. Kemudian daun tersebut digulung dan diletakkan di dalam tabung reaksi yang berisi etanol. Etanol merupakan pelarut yang berfungsi untuk melarutkan dan meluruhkan klorofil daun. Tabung reaksi beserta daun tersebut dimasukkan ke dalarn gelas beker yang berisi air mendidih selama 10 menit. Lalu pembakar bunsen dimatikan.

4. Cuci atau bilas daun dengan menggoyangkan daun dengan pinset di dalam gelas beker yang berisi air panas tadi. Pembilasan herfungsi untuk melarutkan etanol.

5. Letakkan daun pada cawan petri lalu beri larutan iod. Adanya warna hitam menunjukkan keberadaan amilum di dalam daun.

6. Bila daun berwarna hitam sebaiknya tanaman disimpan di tempat gelap beberapa hari lagi. Setelah itu diuji lagi dengan tes amilum. Bila daun yang diuji tidak berwarna hitam berarti tidak terjadi sintesis amilum.

7. Kemudian tutup sebagian daun Geranium dengan kertas hitam yang bersimbol huruf V, atau nama sebutan lainnya, yang dilekatkan pada dua kaca ohjek dan dikaret. Lihat gambar.

8. Letakkan tanaman Geranium tersebut di tempat terang. Setelah beberapa hari (1 - 2 hari), petik daun yang ditutupi dengan kertas hitam. Uji daun tersebut dengan tes amilum seperti cara kerja nomor 2 sampai 5.

PertanyaanApa perbedaan hasil fotosintesis di tempat gelap dan di tempat terang?

Kegiatan 2.3Bagan Proses Metabolisme

Buatlah sebuah bagan yang menjelaskan rangkuman proses respirasi dan fotosintesis. Buatlah bagan sejelas mungkin. Presentasikan di depan kelas secara berkelompok. Kegiatan pembuatan bagan ini bertujuan untuk mengetahui tingkat pemahaman kalian mengenai konsep katabolisme dan anabolisme.

KemosintesisKemosintesis adalah sintesis (anabolisme) dengan menggunakan sumber energi

berasal dan reaksi kimia eksergonik. Reaksi kimia eksergonik adalah oksidasi senyawaanorganik, misalnya ion amonium, ion besi (Fe3+), atau belerang (S). Kemosintesis dapat dilakukan oleh beherapa bakteri kemosintetik.

Bakteri kemosintetik berperan penting pada daur biogeokimia. Misalnya bakteri belerang mengubah belerang menjadi sulfat, yang kemudian dapat digunakan oleh tanaman untuk sintesis protein.

Hubungan antara Metabolisme Karbohidrat,Lemak, dan Protein

Di dalam sel, reaksi-reaksi metabolisme tidak terpisah satu sama lain, melainkan membentuk jejaring yang saling berkaitan. Kalaupun terjadi pemisahan jalur metabolisme, hal tersebut lebih disebabkan oleh perbedaan lokasi terjadinya reaksi metabolisme.

Di dalarn tubuh manusia terjadi metabolisme karbohidrat, yaitu katabolisme karbohidrat dan anabolisme karbohidrat. Contoh katabolisme karbohidrat yaitu proses respirasi sel. Sedangkan contoh anabolisme karbohidrat yaitu pembentukan glikogen dan glukosa. Perhatikan bagan pada Gambar 2.28.

Selain terjadi metabolisme karbohidrat, di dalam tubuh manusia juga terjadi metabolisme lemak dan protein. Bagaimana hubungan atau keterkaitan antara metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein? Perhatikan Gambar 2.29.

Perbandingan Jumlah Energi yang Dihasilkan oleh Katabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein

Dibandingkan protein dan karbohidrat, mengkonsumsi makanan yang mengandung lemak lebih memberikan rasa kenyang. Rasa kenyang tersebut disebabkan oleh kemampuan metabolisme lemak untuk menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan dengan metabolisme karbohidrat dan protein.

Lemak adalah senyawa karbon yang paling tereduksi, sedangkan karbohidrat dan protein adalah senyawa yang lebih teroksidasi. Senyawa karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan energi dan jika dibakar sempurna akan membebaskan energi lebih banyak. Hal itu disebabkan oleh pembebasan elektron yang Iebih hanyak. Jumlah elektron

yang dibebaskan menyatakan jumlah energi yang dihasilkan. Mari kita lihat pembandingan jalannya metabolisme senyawa karbon yang sama-sama memiliki 6 karbon. Glukosa mewakili karbohidrat, asam heksanoat mewakili lemak, dan asam glutamat mewakili protein. Lihat Gambar 2.30.

(a) (b) (c)

Gambar 2.30 (a) Glukosa mewakili karbohidrat, (b) asam heksanoatmewakili lemak, dan (c) asam glutamat mewakili protein.

(a) Glukosa (karbohidrat) lebih banyak mengandung oksigen dan lebih sedikit hidrogen terikat ( lebih teroksidasi ) disbanding lemak.

(b) Asam heksanoat ( lemak ) lebih banyak mengandung hidrogen terikat ( lebih tereduksi dibanding karbohidrat dan protein )

(c) Asam glutamat ( protein ) lebih banyak mengandung oksigen ( lebih teroksidasi ) disbanding lemak.

Di dalam sel, bahan bakar sel dapat berasal dan karhohidrat, protein, maupun lemak tergantung dan makanan yang dikonsumsi. Katabolisme karbohidrat, protein, dan lemak bertemu pada jalur siklus Krebs dengan masukan asetil koenzim A. Asetil KoA yang menjadi bahan baku siklus Krebs untuk rnenghasilkan energi dapat berasal dan katabolisme karbohidrat, protein, maupun lemak.

Titik temu berbagai jalur metabolisme ini berguna untuk saling menggantikan ‘bahan bakar’ dalam sel. Selain itu, hasil katabolisme karbohidrat, protein, dan lemak berguna rnenghasilkan senyawa-senyawa antara yang dapat membentuk ATP, komponen hemoglobin, hormon, maupun komponen sel lainnya.

Kita lihat bahwa dengan jalur katabolisme yang berbeda, glukosa dan asam glutamat menghasilkan jumlah ATP yang sama, yaitu 36 ATP. Sedangkan katabolisme asam heksanoat dengan jumlah karbon yang sama, glukosa (6 karbon) menghasilkan 44 ATP. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa jurnlah energi yang dihasilkan lemak lebih besar dihandingkan dengan jumlah energi yang dihasilkan karhohidrat atau protein dalam berat yang sama. Sedangkan jumlah energi yang dihasilkan protein setara dengan jumlah energi yang dihasilkan karhohidrat dalam berat yang sama.

KILAS BALIK1. Apa yang kamu ketahui tentang enzim?2. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kerja enzim?3. Dari hasil percobaan aktivitas katalase pada hati sapi, bagaimana pengaruh konsentrasi

substrat terhadap aktivitas enzim?4. Tuliskan tahapan pada respirasi tingkat sel.5. Tuliskan dan jelaskan satu contoh anabolisme karbohidrat.

TEKNOLOGI PENGOLAHAN MAKANAN

Metabolisme dalam tubuh memerlukan makanan sebagai sumber energi dan materi. Perkembangan teknologi telah mempengaruhi proses pengolahan makanan.

Teknologi Makanan Berkadar Gula RendahMakanan berisi materi dan energi yang dibutuhkan oleh tubuh. Orang yang

kelebihan makanan tetapi tidak diimbangi dengan gerak dan olah raga yang cukup seringkali menunjukkan gejala kelebihan herat badan (Gambar 2.31).

Keterkaitan antara metabolisme karhohidrat, lemak, dan protein pada Gambar 2.29 menjelaskan mengapa hal itu terjadi. Kelebihan energi dan materi akan disimpan oleh tubuh sebagai lemak. Lemak tersimpan dalam jaringan lemak pada lapisan di bawah kulit, jaringan penghubung di antara alat pencernaan, jantung, dan paru-paru. Di dalam sistem peredaran darah, lemak juga mengalami kesulitan pengangkutan karena sifat lemak yang hidrofobik memerlukan lebih banyak protein pengangkut. Di samping itu, lemak yang tertimbun di jaringan kapiler darah menyebabkan penyumbatan pembuluh darah yang dapat diikuti dengan tekanan darah tinggi dan stroke.

Di negara yang maju, kemakmuran menyebabkan meningkatnya orang yang merniliki obesitas dan penyakit kelebihan gizi berupa penyakit jantung, tekanan darah tinggi, dan stroke. Penyakit-penyakit tersebut ditimbulkan oleh meningkatnya konsumsi makanan berenergi tinggi, yaitu makanan kaya lemak dan berkadar gula tinggi. Oleh karena itu, cara efektif menjaga kesehatan adalah mengatur menu makanan yang sesuai dengan kebutuhan. Makanan yang mengandung energi rendah dicari orang-orang gemuk atau orang yang tidak ingin gemuk. Dengan demikian dapat dipahami bila dalam kegiatan ekonomi orang mencari produk teknologi makanan yang berkadar gula rendah.

FAKTA BIOPerlu diketahui bahwa tidak semua energi (kalori) yang dibebaskan dan oksidasi

diikat menjadi ATP. Saah satu cara yang lebih akurat dalam mengukur kalori tiap senyawa adalah dengan kalorimeter. Dengan alat mi diketahui bahwa nilai kalori karbohidrat dan protein adalah kirakira 4 kkal/gram, sedangkan nilai kalori asam emak adalah 9,3 kkal/gram.

Kegiatan 2.4Makanan Berkadar Gula Rendah

Cari satu jenis makanan yang berkadar gula rendah, baik dan buku, majalah, maupun internet. Kumpulkan artikel serta informasi yang menjelaskan:

• komposisi makanan tersebut• proses pembuatan makanan tersebut• keuntungan mengkonsumsi makanan tersebut.

Teknologi Pengawetan Makanan Berkualitas TinggiSejak manusia dapat melakukan budidaya tanaman dan hewan, manusia

rnenghadapi permasalahan melimpahnya hasil produksi panen. Bahan-bahan tersebut ada yang lekas busuk (seperti daging dan buah-buahan) dan terpaksa harus dibuang. Untuk menangani hal tersebut, manusia melakukan pengawetan pangan. Dewasa mi, teknologi pengawetan dan pengemasan makanan yang dikembangkan dalam skala industri pada dasarnya tetap berbasis pada cara-cara tradisional yang lazim digunakan untuk memperpanjang masa konsumsi bahan makanan.

pengawetan makanan harus memperhatikan jenis bahan makanan yang diawetkan, keadaan bahan makanan, cara pengawetan, dan daya tank produk pengawetan makanan (rasa, citra, warna, dan ban). Lihat Gambar 2.32.

Gambar 2.32 Bahan pangan diawetkan dengan berbagai cara.

Bahan Makanan yang DiawetkanCara mengawetkan bahan protein tentu berheda dengan cara mengawetkan minyak

atau karbohidrat. Pengawetan protein dapat dilakukan dengan cara pengeringan, pemasakan kering, pemanasan, dan sebagainya. Minyak diawetkan dengan melakukan

teknik pembuatan yang bersih dan pemberian hahan pengawet. Karbohidrat diawetkan dengan cara pembuatan tepung, pengeringan, dan pemanasan.

Bahan-bahan mengandung zat organik seperti vitamin dan senyawa dengan gugus fungsional yang labil tidak dapat diawetkan dengan pemanasan. Karena itu dalam industri makanan modern, beberapa bahan makanan seperti susu dan buah diawetkan dengan pengeringan dingin (freezed drying) agar komponen organik yang labil dapat lebih awet.

Keadaan Bahan MakananKeadaan bahan makanan yang berbeda tentu juga mempengaruhi cara

pengawetan. Bahan yang cair tentu lebih sulit ditangani dibanding bahan padat. Pengawetan bahan cair biasanya dilakukan dengan pengentalan (seperti sirup) dan pemberian bahan pengawet. Adapun bahan padat dan kering lebih mudah ditangani dengan pengeringan dan pemanasan.

Bahan Pengawet dan PewarnaSecara sederhana dapat dimengerti bahwa tujuan mengkonsumsi makanan adalah

untuk mencukupi kebutuhan gizi. Adakalanya pihak produsen memberi bahan pengawet ke dalam makanan sehingga keawetan makanan dapat berlangsung hingga periode waktu yang dikehendaki. Demikian pula zat warna ditujukan agar produknya menjadi Iebih menarik konsumen. Di antara bahan pengawet dan pewarna tersebut, beberapa bersifat racun dan bahkan karsinogenik. Bahan pengawet tradisional yang tidak berbahaya adalah gararn (untuk ikan asin, telur asin) dan sirup (larutan gula kental yang mencegah pertumbuhan mikroba).

FAKTA BIOPreservasi susu dengan teknik UHT (Ultra High Temperature) bertujuan untuk

memanaskan susu pada suhu tinggi tanpa merusak protein dan vitamin di dalam susu. Susu dilewatkan dalam pipa panas yang sangat kecil diameternya. Panas yang tinggi akan membunuh bakteri sehingga susu menjadi ebih tahan ama.

Konsep PentingPengawetan bahan makänan perlu memperhatikan jenis dan keadaan makanan

yang akan diawetkan, cara pengawetan, serta daya tarik produk pengawetan makanan tersebut.

Cara PengawetanCara pengawetan bahan pangan disesuaikan dengan keadaan hahan makanan,

komposisi bahan pangan, dan tujuan. Berdasarkan caranva, pengawetan secara urnurn dilakukan dengan pemanasan, pendinginan, kering dingin, pengasinan, dan permanisan.

Daya Tarik Produk Pengawetan MakananMakanan yang diawetkan kadangkala berubah dan rasa aslinya. Makanan awetan

tersebut diberi bumbu untuk meningkatkan rasa lezat. Produk makanan yang diawetkan seringkali juga kehilangan warna aslinya. Untuk itu perlu diberi tambahan zat warna. Bau yang mendekati asli dicukupi dengan pemberian zat-zat esen (pemberi citarasa bau

tertentu), sehingga makanan tersebut memiliki aroma dan citarasa buah-buahan, masakan tertentu, dan sebagainya. Padahal belum tentu bahan itu disarikan dan makanan aslinya. Tujuan pengawetan bahan makanan adalah sebagai berikut.• Supaya bahan makanan dapat dikonsumsi kapan saja dan dimana saja berdasarkan cara

pengawetan dan aspek lainnya. Hal ini tidak dapat sepenuhnya terpenuhi. Ada batas kadaluwarsa bahan makanan yang harus diperhatikan.

• Supaya kandungan kimia dan bahan makanan dapat dipertahankan.• Supaya hahan-bahan yang tidak dikehendaki dalam bahan makanan (seperti racun alami

dan lain sebagainya) dapat dinetralkan atau disingkirkan dan bahan makanan.Demi kepentingan konsumen, produsen hahan makanan diharuskan

mencantumkan informasi berkaitan dengan produk yang dipasarkannya (Gambar 2.33)

. Beberapa informasi yang perlu diperhatikan oleh konsumen sebagai berikut.• Tanggal masa berlakunya makanan, memberi informasi batas waktu makanan itu

dikonsumsi. Makanan yang melewati batas waktu boleh dikonsumsi dinamakan makanan kadaluwarsa. Pihak toko dilarang menjual bahan makanan kadaluwarsa. Tetapi adakalanya terdapat kelalaian pihak penjual, produsen, atau konsumen.

• Isi (ingredients) bahan makanan yang terdapat pada makanan kemasan memberi informasi apa saja yang terdapat pada bahan yang dikemas. Dalam membeli makanan kemasan, konsumen perlu mempertimbangkan pencegahan bahan yang tidak diinginkan dan penambahan bahan makanan yang diinginkannya sesuai kebutuhan.

• Cara pengawetan yang dilakukan, dan ada tidaknya bahan kimia tambahan seperti zat warna dan zat pengawet memberi intormasi mengenai kehati-hatian yang Layak di pertimbangkan saat rnengkonsumsi produk itu.

• Alamat pabrik/produsen merupakan pertanggungjawahan produsen akan produk yang dihasilkannya jika mengalami masalah.

• Kehalalan bahan pangan merupakan informasi yang berhak diketahui oleh konsumen agar konsumen aman rnengkonsumsi makanan kemasan tersebut berdasarkan keyakinan yang dianutnya.

Teknologi Substitusi Energi dan ProdukPengolahan Makanan

Makanan sehari-hari harus mengandung gizi yang lengkap, yaitu karhohidrat, protein, Iemak, asam nukleat, vitamin, serta mineral. Adakalanva kita menemukan hahwa makanan yang kita konsumsi mengandung gizi yang tidak lengkap. Untuk itu kita perlu mengkombinasikan berhagai makanan sehingga diperoleh semua zat gizi yang dibutuhkan.

Perkembangan teknologi pengolahan makanan juga membantu kita dalam memenuhi kebutuhan gizi secara mudah, yaitu melalui makanan tambahan. Makanan tambahan adalah hahan makanan yang ditambahkan dalam makanan sehari-hari agar memenuhi gizi Iengkap yang diperlukan tubuh.

Beberapa macam makanan tambahan antara lain sebagai berikut.• Garam ber-yodium, dikonsumsi untuk melengkapi unsur mineral mikro (dihutuhkan

sedikit tetapi penting) dalam tubuh.• Minyak ikan, diperlukan untuk melengkapi kebutuhan akan vitamin A dan D, serta

beberapa mineral tambahan.• Makanan tambahan yang bertujuan untuk menambah energi dan daya tahan tuhuh.• Infus, yaitu bahan makanan yang diberikan khusus rnelalui pembuluh vena. Makanan

tersebut haruslah siap beredar dalam serum darah. Infus berisi karbohidrat (glukosa dan fruktosa), asarn amino esensial dan non-esensial, mineral, dan vitamin. Pasien yang memerlukan bahan infus biasanya adalah mereka yang mengalami gangguan pencernaan, setelah operasi, dan mereka yang memerlukan pemulihan gizi yang cepat. Komposisi hahan infus juga disesuaikan dengan kebutuhan pasien yang memerlukannya.

KILAS BALIK1. Apa yang kamu ketahui tentang fermentasi?2. Mengapa lemak memberikan energi yang lebih besar bagi tubuh dibandingkan

karbohidrat dan protein?3. Apa keuntungan mengkonsumsi makanan berkadar gula rendah?4. Apa saja yang perlu diperhatikan datam pengawetan makanan?5. Apa yang pertu kita perhatikan saat membeli suatu makanan kemasan?

Ikhtisar

• Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia yang diawali dengan substrat awal dan diakhiri dengan menghasilkan produk akhir.

• Metabolisme dapat dibedakan menjadi katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah rangkaian reaksi yang bertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu molekul. Sedangkan anabolisme adalah rangkaian reaksi yang bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul.

• Enzim adalah protein yang hertindak sebagai katalis di dalam tubuh makhluk hidup. Karena bekerja di dalarn tubuh makhluk hidup, enzim juga disebut biokatalisator.

• Enzim tersusun dan bagian protein dan bagian non-protein. Bagian protein disebut apoenzim. Bagian non-protein disebut kofaktor. Kofaktor dapat berupa ion-ion anorganik, gugus prostetik, dan koenzirn.

• Secara sederhana kerja enzim dapat digambarkan sehagai berikut. Substrat + enzim → kompleks enzim dengan substrat → enzim + produk• Enzim mengkatalisis reaksi dengan meningkatkan kecepatan reaksi. Meningkatkan

kecepatan dilakukan enzim dengan cara menurunkan energi aktivasi.• Cara kerja enzim dapat diterangkan dengan teori gembok dan kunci (lock and key theory) serta teori kecocokan yang terinduksi (induced fit theory).• Sifat-sifat enzim sebagai biokatalisator yaitu:

1. enzim adalah protein2. enzim bekerja secara spesifik3. enzim bersifat katalis4. enzim hanya diperlukan dalam jumlah sedikit5. enzim dapat bekerja secara bolak-balik6. enzim dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan.

• Kerja enzim dipengaruhi oleh suhu, pH, aktivator dan inhibitor, serta konsentrasi enzim dan konsentrasi substrat.

• Katabolisme karbohidrat meliputi proses pemecahan polisakarida menjadi monosakarida dan pemakaian glukosa (monosakarida) dalarn proses respirasi tingkat sel untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

• Respirasi aerob adalah peristiwa pembakaran zat makanan yang memerlukan oksigen.• Respirasi aerob terjadi dalam tiga tahap, yaitu glikolisis, sikius Krebs, dan sistem

transpor elektron.1. Dalam tahap glikolisis, 1 molekul glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat

dan dihasilkan 2 molekul NADH serta 2 molekul ATP. Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma.

2. Dalam tahap siklus Krebs, reaksi antara asetil KoA dan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat dan kembali terbentuk asam oksaloasetat. Dan sikius Krebs dihasilkan 8 molekul NADH, 2 molekul FADH2, dan 2 molekul ATP, serta dilepaskannya 4 molekul CO2. Siklus Krebs terjadi di mitokondria.

3. Dalam tahap sistem transpor elektron, dibentuk molekul air serta dihasilkan 32 molekul ATP. Sistem transpor elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Jadi, total ATP yang dihasilkan adalah 2 ATP dan glikolisis + 2 ATP dan siklus Krebs + 32 ATP dan sistem transpor elektron = 36 ATP. Di antara glikolisis dan sikius Krebs dihasilkan

senyawa-senyawa antara yang berguna untuk bahan baku sintetis senyawa-senyawa yang diperlukan tubuh.

• Dalam fermentasi, baik fermentasi alkohol maupun fermentasi asam laktat hanya dihasilkan masing-masing 2 ATP.

• Anabolisme karhohidrat contohnya adalah proses fotosintesis. Pada fotosintesis terjadi dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

• Metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein saling berkaitan satu sama lain. Metabolisme lemak rnenghasilkan energi lebih besar dibanding karbohidrat untuk berat yang sama, sedangkan metabolisme protein menghasilkan energi yang setara dengan karbohidrat untuk berat yang sama.

• Pengawetan bahan makanan dipengaruhi oleh jenis makanan, keadaan bahan makanan, metode pengawetan, serta daya tarik produk pengawetan makanan.

• Makanan tambahan adalah hahan makanan yang ditambahkan dalam makanan sehari-hari agar memenuhi gizi Iengkap yang diperlukan tubuh.

KATA KUNCI• anabolisme• energi aktivasi• enzim• fermentasi• fotolisis• fotosintesis• glikolisis• kofaktor• katabolisme• kemosintesis• metabolisme• transpor elektron• siklus Krebs