Pengertian Metabolisme

Pengertian Metabolisme Secara Lengkap

Diposting pada

Pengertian Metabolisme

Metabolisme adalah suatu kegiatan terpadu yang berlangsung didalam tubuh suatu organisme yang melibatkan sejumlah besar reaksi dan masing-masing reaksi tersebut dikatalis oleh suatu enzim khusus.

Metabolisme sendiri berasal dari bahasa Yunani, yaitu dari kata ‘metabole‘ yang berarti perubahan. Metabolisme berlangsung melalui dua proses yang berkaitan erat dengan energi, yaitu proses anabolisme dan katabolisme.
Sumber: WikiPedia.org

Pada proses anabolisme terjadi penyimpanan energi, sedangkan pada proses katabolisme terjadi pembebasan energi.

Reaksi kimia yang didalamnya membutuhkan energi dalam bentuk panas disebut dengan reaksi endergonik (reaksi endoterm). Sedangkan reaksi kimia yang didalamnya membebaskan energi sehingga menimbulkan panas disebut dengan reaksi eksergonik (reaksi eksoterm).

Molekul-molekul yang terkait dengan proses metabolisme adalah ATP dan enzim. Molekul adenosine triphosphat (ATP) adalah merupakan molekul yang memiliki energi yang cukup tinggi.

Walaupun ATP termasuk molekul berenergi tinggi, ATP memiliki ikatan yang labil sehingga gugus fosfatnya sendiri mudah lepas pada saat terjadinya hidrolisis hingga membentuk adenosine diphosphat (ADP).

Perubahan ATP menjadi ADP di ikuti dengan adanya proses pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP adalah merupakan reaksi dua arah.

Metabolisme disebut juga dengan reaksi enzimatis karena terjadinya metabolisme selalu menggunakan enzim. Enzim sendiri adalah merupakan biokatalisator metabolisme, Enzim hanya mampu bekerja dengan baik pada kisaran suhu dan pH tertentu.

Enzim tidak dapat menemukan arah reaksi, tetapi hanya sekedar memiliki kemampuan untuk mempercepat laju reaksi sehingga mencapai pada titik keseimbangan. Misalnya, kerja enzim laktase yang berfungsi untuk mengurai laktosa atau dalam penyatuan antara glukosa dan galaktosa.

Jika pada awalnya menggunakan laktosa maka enzim akan menguraikannya ke dalam bentuk glukosa dan galaktosa. Jika awalnya berasal dari campuran glukosa dan galaktosa maka enzim akan mensintesis laktosa.

Jika sistem ini berlangsung pada rentan waktu yang cukup lama maka keseimbangan yang sama pada laktosa, glukosa, dan galaktosa akan tercapai seperti yang terlihat pada reaksi berikut ini.

Laktosa (laktase) – Glukosa – Galaktosa

A. Enzim

Diperkirakan ada Lebih dari 5.000 enzim yang telah ditemukan pada organisme hidup, jumlah ini masih akan terus bertambah sejalan dengan berkembangnya penelitian diseluruh dunia.

Enzim dapat mempengaruhi kecepatan reaksi, tetapi enzim tidak terpengaruh dan dipengaruhi oleh reaksi tersebut.

Enzim adalah biokatalisator metabolisme karena enzim sendiri merupakan katalisator yang dihasilkan oleh sel-sel organisme.

Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat rekasi kimia dengan energi aktivasi dan tanpa mengubah hasil akhir (produk) dari reaksi kimia tersebut. Enzim akan aktif dan bekerja pada suatu substrat lalu mengubahnya menjadi produk.

Salah satu pendiri kimia modern adalah Jons Jakob Berzelius (1779-1848). Berzeliuslah yang telah menemukan berbagai istilah kimiawi.

Berzenius juga yang menggunakan istilah organik untuk senyawa yang dihasilkan oleh tanaman atau hewan, pada zaman sekarang istilah tersebut disebut sebagai senyawa karbon.

Dialah yang memperkenalkan istilah katalisator untuk suatu unsur kimiawi yang memiliki kemampuan mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi didalamnya.

Dialah yang juga menemukan istilah kimiawi yang cukup terkenal seperti protein dan polimer.

Enzim memiliki kemampuan katalis yang sangat efisien dan kuat walaupun berada dalam konsentrasi yang rendah.

Enzim adalah protein spesifik yang dapat dimanfaatkan kembali itu karena enzim akan selalu akan muncul kembali dalam keadaan utuh setelah substratnya diubah menjadi produk.

Untuk mempercepat reaksi-reaksi kimianya dapat dilakukan dengan menaikan suhu. Namun, hal tersebut tidaklah sesuai sebagai sumber energi pengaktif bagi organisme.

Suatu reaksi kimian bisa berlangsung lebih cepat dengan hasil akhir yang sama apabila menggunakan energi pengaktif yang rendah. Hal ini bisa terjadi jika dibantu oleh enzim yang tidak berubah sampai reaksi tersebut selesai. Enzim mengaktifkan reaksi kimia yang ada di dalam sistem hidup.

Penamaan enzim sendiri didasarkan atas tiga hal:

Pertama, nama substrat ditambah akhiran -ase, misalnya maltase adalah suatu enzim yang berfungsi untuk mengubah maltosa menjadi glukosa.

Kedua, jenis reaksi ditambah akhiran -ase, misalnya oksidase adalah suatu enzim yang terlibat dalam proses oksidasi.

Ketiga, nama substrat ditambah jenis reaksi, misalnya pada glutamat sintetase adalah suatu enzim yang memiliki peran penting pada pembuatan glutamat.

Enzim adalah protein, tetapi tidak semua protein termasuk bagian dari enzim. Misalnya, sitokrom yang memiliki fungsi sebagai pembawa elektron pada proses fotosintesis dan respirasi sendiri bukanlah enzim, melainkan hanya protein pembawa elektron.

Beberapa enzim hanya aktif jika didalamnya tersusun atas satu atau lebih kofaktor. Kofaktor atau disebut juga dengan koenzim adalah suatu komponen enzim yang dapat berupa vitamin atau ion logam, misalnya nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), flavine adenine dinucleotide (FAD), serta nicotinamide adenine dinucleotide phosphat (NADP).

Ion magnesium (Mg²+) sendiri biasanya bergabung dengan ATP, sedangkan ion magnesium (Mn²+) biasanya bergabung dengan ATP ataupun ADP. Berbagai kofaktor yang terikat erat dengan protein dapat disebut kelompok prostetik.

Apoenzim adalah bagian enzim yang didalamnya tersusun atas protein. Gabungan antara apoenzim dan kofaktor disebut juga dengan holoenzim.

Kofaktor memegang peranan penting sebagai berfungsinya enzim sebagai katalisator. Biasanya kofaktor bertindak sebagai pembawa perantara dari berbagai kelompok fungsional pada atom-atom atau elektron yang khusus sehingga kofaktor sering disebut juga sebagai pembawa elektron (electron carrier).

Terdapat dua teori tentang mekanisme kerja enzim, yaitu teori gembok dan kunci (lock and key theory) yang di hipotesiskan pertama kali oleh Emil Fischer (1884) dan teori kecocokan induksi (induced fit theory) yang di hipotesiskan oleh Daniel E. Koshland (1973).

Teori yang pertama menyatakan bahwa setiap kunci memiliki gembok sehingga apabila enzim diibaratkan sebagai kunci dan gembok maka suatu enzim akan memiliki tempat khusus untuk suatu molekul yang berfungsi untuk mengikat substrat.

Tempat khusus yang berfungsi mengikat substrat tadi dinamakan sisi aktif, sisi aktif merupakan kunci, sedangkan substratnya merupakan gembok. Suatu enzim bisa memiliki sisi aktif lebih dari satu.

Teori yang kedua menyatakan bahwa sisi aktif enzim bersifat fleksibel dan dapat berubah bentuk menyesuaikan bentuk substratnya. Sisi aktif tadi akan kembali ke bentuk semula setelah reaksi selesai dan terbentuknya produk.

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kerja enzim, antara lain konsentrasi enzim dan konsentrasi substrat, suhu, pH, serta inhibitor seperti yang terlihat pada Gambar dibawah ini:


1. Konsentrasi Enzim dan Konsentrasi

Katalis dapat terjadi apabila enzim dan substrat membentuk kompleks sementara. Laju reaksi sendiri terjadi sesuai dengan jumlah benturan yang baik antara enzim dan substrat.

Jika substratnya cukup maka kelipatan dua konsentrasi enzim mampu menyebabkan peningkatan laju reaksi sebanyak dua kali lipat, Selanjutnya dengan adanya penambahan enzim, laju reaksi menjadi tetap konstan karena jumlah substrat terbatas.

Biasanya terdapat perbandingan langsung yang terjadi antara laju reaksi dengan konsentrasi substrat sampai konsentrasi enzim menjadi terbatas.

Pada konsentrasi ini, penambahan substrat tidak akan meningkatkan laju reaksi karena hampir semua molekul enzim sudah bergabung dengan substrat. Pada saat proses ini sedang terjadi, tidak ada lagi sisi aktif enzim yang tersisa untuk katalisis.

Baca : Pengertian Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan

2. Suhu

Rata-rata, reaksi yang dikatalis oleh enzim ini akan meningkat dengan kenaikan suhu dari 0°C sampai 35°C-40°C. Secara umum, setiap kenaikan 10°C maka kecepatan reaksinya akan menjadi dua kali lipat pada batas suhu adalah hal yang wajar.

Suhu mampu mempengaruhi laju reaksi dengan cara mengubah bentuk enzim. Bentuk enzim sendiri menentukan kemampuannya, baik kemampuan untuk bergabung dengan substrat maupun berperan sebagai katalis.

Berbagai enzim, bahkan yang berasal dari spesies yang sama, responsnya terhadap suhu sering sangat berbeda antara satu dengan lainnya.

Enzim mengalami denaturasi (menjadi rusak atau mengalami perubahan struktur) apabila suhunya terlalu tinggi atau terlalu rendah.

Pada suhu diatas 40°C, denaturasi sebagai enzim berlangsung sangat cepat sehingga pada suhu tinggi tidak ada katalis yang efektif untuk dapat menurunkan energi pengaktifan dan tidak tersedia cukup molekul substrat yang memiliki energi memadai untuk dapat bereaksi tanpa katalis.

3. PH (Power Of Hydrogen)

Aktivitas enzim dapat dipengaruhi oleh derajat keasaman (pH) medium dengan berbagai cara.

Biasanya terdapat pH optimum pada suatu enzim untuk dapat berfungsi. Oleh karena itu, aktivitas enzim akan mengalami penurunan pada nilai pH yang lebih tinggi atau lebih rendah.

Umumnya, enzim memiliki pH optimum yaitu antara 6-8. PH yang ekstrim biasanya dapat menyebabkan denaturasi enzim.

Selain dengan denaturasi, pH sendiri dapat mempengaruhi laju reaksi dengan melalui dua cara. Pertama, aktivitas enzim sendiri sering bergantung pada adanya gugus amino bebas.

Kedua gugus tersebut bisa bermuatan atau tidak, sesuai dengan jenis enzimnya. Kedua, pH mampu mengendalikan ionisasi berbagai substrat.

4. Inhibitor

Inhibitor adalah zat yang dapat menghalangi kerja enzim. inhibitor dapat menghalangi kerja enzim karena inhibitor memiliki kemiripan kimiawi dengan substrat sehingga akan terjadi persaingan antara substrat dengan inhibitor untuk mendapatkan sisi aktif suatu enzim.

Contoh inhibitor antara lain adalah karbon monoksida, arsen, merkuri, dan sianida.

Hingga saat ini kebutuhan enzim berskala besar di Indonesia seluruhnya didapatkan dengan cara impor karena di negara kita belum ada satupun industri enzim yang berhasil.

Indonesia sendiri baru memiliki industri enzim pada skala percontohan sehingga harganya relatif mahal dibandingkan enzim impor.

Pengembangan bisnis enzim pada masa yang akan datang mempunyai prospek yang cerah karena akan difokuskan pada industri yang kontribusi volume ekspornya cukup besar seperti industri tekstil dan industri kertas.

B. Metabolisme Karbohidrat

Proses berlangsungnya Metabolisme karbohidrat melalui dua proses, yaitu: anabolisme karbohidrat dan katabolisme karbohidrat.

1. Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme adalah suatu proses biosintesis molekul substansi kompleks yang berasal dari kompenen yang sederhana.

Anabolisme sendiri berasal dari bahasa Yunani yaitu kata “ana” yang berarti “ke atas” dan kata “ballein” yang berarti “melempar”.

Proses anabolisme membutuhkan energi, Pada anabolisme terjadi proses oksidasi dan reduksi.

Oksidasi adalah hilangnya elektron pada suatu unsur atau senyawa, sedangkan reduksi adalah penambahan suatu elektron dari sebuah unsur atau senyawa.

Reaksi anabolisme merupakan suatu reaksi sintesis atau asimilasi. Hal yang penting dalam reaksi anabolisme sendiri adalah adanya transformasi energi yang disimpan dalam bentuk ikatan kimia.

Contoh, anabolisme karbohidrat adalah fotosintesis dan kemosintesis.

BacaKingdom Plantae: Pengertian, Ciri, Klasifikasi, Jenis dll

A. Fotosintesis

proses fotosintesis
Proses Fotosintesis

Fotosintesis (asimilasi karbon) adalah suatu proses konversi energi cahaya menjadi energi kimia.

Atau singkatnya, Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang membentuk karbohidrat menggunakan bahan anorganik yang dilakukan oleh tumbuhan.

Daun sendiri merupakan organ utama yang terdapat pada tubuh tumbuhan sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis.

Pada kloroplas terjadi proses transformasi energi, transformasi enegeri adalah perubahan energi cahaya (foton) sebagai energi kinetik menjadi energi kimia sebagai energi potensial berupa ikatan senyawa organik pada glukosa.

Dengan bantuan enzim-enzim, fotosintesis dapat berlangsung lebih cepat dan efisien.

Agar daun dapat menjalankan tugasnya dengan baik dalam melakukan proses fotosintesis maka daun harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut.

  1. Terdiri atas sel-sel yang didalamnya tersusun teratur sehingga cahaya matahari dapat diterima dengan efisien.
  2. Sel-sel yang tersusun teratur tersebut didalamnya harus mengandung kloroplas.
  3. Diantara sel-sel yang tersusun teratur tersebut, terdapat ruang antarsel sehingga udara dari luar bisa masuk melalui ruang antarsel tersebut.
  4. Sel-sel yang tersusun rapat tersebut harus dapat dilindungi oleh jaringan epidermis agar tidak bercerai berai.
  5. Daun harus memiliki jaringan pengangkut floem yang memiliki fungsi untuk membawa hasil fotosintesis dari daun ke seluruh bagian pada tumbuhan.

Fotosintesis memiliki peran yang sangat penting bagi kehidupan organisme karena proses fotosintesis menyediakan oksigen yang dibutuhkan oleh organisme untuk proses pernapasan dan mendaur karbon dioksida (CO2) yang dihasilkan dari adanya proses pernapasan.

Proses fotosintesis dipengaruhi oleh 2 faktor, yaitu: faktor dalam (internal) dan faktor luar (external).

Faktor internal yang mempengaruhi laju fotosintesis adalah keadaan struktur daun yang dapat memungkinan resistensi terhadao adanya difusi CO2 dari atmosfer menuju permukaan kloroplas serta penimbunan sebagian besar hasil fotosintesis yang ada didalam kloroplas.

Sedangakan faktor external yang mempengaruhi laju fotosintesis adalah adanya konsentrasi CO2, intensitas cahaya, air, dan suhu, serta tersedianya unsur hara. Silahkan kamu perhatikan reaksi fotosintesis dibawah ini:

reaksi terang

Sumber energi cahaya pada proses fotosintesis adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya inframerah. Spektrum cahaya yang digunakan dalam proses fotosintesis adalah spektrum cahaya yang nampak yaitu berkisar (380-700nm), yaitu mulai dari warna ungu sampai merah.

Inframerah dan infraungu tidak dipakai pada proses fotosintesis. Masing-masing jenis warna memiliki perbedaan pengaruh terhadap proses fotosintesis. Pigmen yang berbeda mampu menyerap cahaya pada gelombang yang berbeda-beda.

Cahaya yang jatuh ke permukaan daun berkisar 1-2% yang digunakan untuk fotosintesis, sisanya dipantulkan., transmisikan, atau diserap dalam benntuk panas.

BacaKingdom Fungi : Pengertian, Ciri Umum, Klasifikasi, dan Jenis

Dalam proses terjadinya fotosintesis terdapat dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap seperti yang terlihat pada Gambar dibawah ini.

reaksi gelap fotosintesis

Sumber energi cahaya pada proses fotosintesis adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya inframerah. Spektrum cahaya yang digunakan dalam proses fotosintesis adalah spektrum cahaya yang nampak yaitu berkisar (380-700nm), yaitu mulai dari warna ungu sampai merah.

Inframerah dan infraungu tidak dipakai pada proses fotosintesis. Masing-masing jenis warna memiliki perbedaan pengaruh terhadap proses fotosintesis.

Pigmen yang berbeda mampu menyerap cahaya pada gelombang yang berbeda-beda. Cahaya yang jatuh ke permukaan daun berkisar 1-2% yang digunakan untuk fotosintesis, sisanya dipantulkan., transmisikan, atau diserap dalam benntuk panas.

1) Reaksi terang

Reaksi terang juga disebut reaksi cahaya karena terjadinya konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen.

Reaksi terang dapat terjadi pada grana, yaitu di dalam membran tilakoid. Cahaya diabsorpsi oleh klorofil lalu digunakan untuk membuat ATP dan NADPH. Reaksi terang sendiri tidak bergantung pada suhu, tetapi bergantung pada cahaya.

Pada tahun 1937 Robin Hill mengemukakan bahwa cahaya matahari yang ditangkap oleh klorofil akan digunakan untuk memecah air menjadi oksigen dan hidrogen melalui adanya proses hidrolisis.

Peristiwa tersebut disebut sebagai reaksi terang. Hidrogen yang terlepas akan diikat oleh NADP sehingga terbentuklah NADPH². sedangkan oksigen sendiri tetap berada dalam keadaan bebas.

Reaksi terang diawali ketika energi cahaya matahari ditangkap oleh pigmen fotosintetik yang mengabsorpsi cahaya. Terdapat tiga pigmen yang berfungsi untuk menangkap cahaya, yaitu klorofil, karotenoid, dan fikobilin.

Pigmen memiliki fungsinya masing-masing diantaranya sebagai berikut.

a) Klorofil berfungsi untuk mengabsorpsi cahaya dengan panjang gelombang berkisar 400-500 nm dan 600-700 nm. Klorofil mampu merefleksikan cahaya hijau sehingga memberikan warna hijau pada tumbuhan.

b) Karotenoid mengabsorpsi cahaya dengan panjang gelombang antara 400-500 nm. Karotenoid mampu merefleksikan cahaya kuning, oranye, dan merah sehingga memberikan warna-warna tersebut pada umbi wortel, buah tomat, dan buah jeruk, serta daun pada tumbuhan tertentu.

c) Fikobilin mengabsorpsi cahaya dengan panjang gelombang antara 450-650 nm. Pigmen ini hanya dapat ditemukan pada ganggang merah dan ganggang biru-hijau.

Pigmen fotosintetik disimpan didalam membran tilakoid dalam kelompok-kelompok yang biasa disebut fotosistem. Sebuah kloroplas sendiri mengandung ribuan fotosistem.

Setiap fotosistem mempunyai satu molekul klorofil khusus yang disebut pusat reaksi. Jenis pusat reaksi klorofil terbagi menjadi 2, yaitu pusat reaksi P700 dan pusat reaksi P680. Pusat reaksi P700 aktif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang sekitar 700 nm.

Baca: Pengertian Klorofil (Zat Hijau Daun)

Sedangkan pusat reaksi P680 aktif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 680 nm. Fotosistem dengan sebuah pusat reaksi P700 disebut fotosistem I. Sedangkan fotosistem dengan sebuah pusat reaksi P680 disebut dengan fotosistem II.

Pada reaksi terang, energi cahaya menyebabkan elektron klorofil alfa menjadi aktif. Elektron berenergi tinggi melalui koenzim-koenzim akan kembali lagi ke klorofil alfa.

Selama perjalanan itu, energi yang dilepaskan digunakan untuk mengubah fosfat berenergi rendah menjadi fosfat berenergi tinggi.

Pada transpor elektron dari koenzim yang satu ke koenzim yang lain, elektron akan kehilangan sedikit energi. Jadi, hasil akhir reaksi terang berupa hidrogen dalam bentuk molekul NADPH².

Karbon dioksida dan ATP yang akan digunakan sebagai sumber energi untuk sintesis glukosa. Perubahan ADP dan fosfat anorganik (disimbolkan dengan Pi) menjadi ATP di dalam kloroplas ditemukan oleh Daniel Arnon pada tahun 1954.

Arnon menemukan bahwa ATP disintesis hanya pada waktu ada cahaya sehingga proses tersebut dinamakan fotofosforilasi.
ADP + Pi (energi cahaya-klorofil) – ATP + H²O

2) Reaksi gelap

Rekasi gelap (siklus Calvia) terjadi pada permukaan membran tilakoid di dalam stoma. Dalam siklus Calvin terjadi pembentukan gila dari bahan dasar CO² dan energi. Energi berupa ATP dan NADPH² yang digunakan dalam siklus Calvin diperoleh dari reaksi terang.

Dinamakan siklus Calvin untuk menghormati jasa penemuannya Malvin Calvin. Reaksi gelap tidak bergantung pada cahaya, tetapi bergantung pada suhu.

Menurut Blackman (1905) akan terjadi penyusutan CO² oleh hidrogen yang dibawa NADP tanpa menggunakan cahaya. Peristiwa ini disebut reaksi gelap. NADPH² akan bereaksi dengan CO² dalam bentuk H+ dan CH²O.

Reaksi-reaksi yang terjadi dalam siklus Calvin adalah sebagai berikut.

a) Reaksi pengikatan (fiksasi) CO² oleh molekul ribulose biphosphat (RuBp).

b) RuBp akan dipecah menjadi 2 molekul phosphoglycerate acid (PGA = asam fosfogliserat).

c) PGA akan mengalami penambahan satu ikatan fosfat (fosforilasi) menjadi asam difosfogliserat.

d) Asam difosfogliserat akan mengalami reduksi menjadi phosphoglyceraldehide (PGAL) yang berenergi tinggi.

e) 2 molekul PGAL akan membentuk satu molekul glukosa.

Tiga macam reaksi gelap yang sudah diidentifikasi adalah pada tumbuhan C3, C4, dan CAM.

a) Fotosintesis pada tumbuhan C3
Sekitar 80% tumbuhan menggunakan cara sintesis C3 untuk membentuk glukosa, misalnya tumbuhan Leguminoseae, gandum, dan padi. Sintesis C3 dimulai dengan memfiksasi CO² ke dalam gula berkarbon lima, yaitu ribulose biphosphate (RuBp).

RuBp bersifat tidak stabil sehingga akan segera terpisah menjadi dua molekul phosphoglycerate acid (PGA = asam fosfogliserat). Enzim yang berperan adalah RuBp-karboksilase yang disebut juga enzim rubisko.

Rubisko berfungsi pada setiap organisme yang berfotosintesis, kecuali pada beberapa bakteri fotosintesis. Rubisko tersebut menjadi penting bukan hanya karena reaksi yang di katalisisnya itu penting, tetapi karena sejauh ini juga merupakan protein yang terbanyak di bumi.

RuBp + Co² (enzim rubisko) – 2 PGA
Molekul PGA merupakan molekul tidak berenergi tinggi berkarbon tiga yang pertama kali terbentuk sehingga cara tersebut dinamakan sintesis C3.
Selanjutnya PGA akan direduksi oleh ATP dan NADPH² yang dihasilkan dari reaksi terang menjadi molekul phosphoglyceraldehide (PGAL) yang berenergi tinggi.

b) Fotosintesis pada tumbuhan C4
Tumbuhan yang tergolong C4, antara lain tebu, jagung, sorgum, dan berbagai jenis rumput pakan ternak. Pada kelompok tumbuhan yang satu ini, senyawa pertama yang akan terbentuk adalah molekul berkarbon empat, yaitu asam oksaloasetat (AOA).

Sintesis C4 dimulai dengan memfiksasi CO² ke dalam gula berkarbon tiga, yaitu phosphoenol piruvat (PEP) dengan perantaraan enzim PEP-karboksilase.

Asam oksaloasetat yang terbentuk segera diubah menjadi asam malat atau asam aspartat yang bertujuan agar CO² yang terikat oleh enzim dapat dipindahkan ke dalam siklus Calvin.

Asam malat atau asam aspartat akan berubah menjadi asam piruvat. Asam piruvat akan berubah menjadi PEP setelah difosforilasi oleh ATP .

Struktur daun C4 dikenal juga sebagai daun dengan atonomi Kranz yang memiliki sel mesofil dan sel seludang berkas. Kedua sel ini diperlukan untuk menghasilkan sukrosa, amilum, dan produk tumbuhan lainnya. Jalur fotosintesis pada tumbuhan C4 juga dikenal dengan jalur Hatch-Slack.

C) Fotosintesis pada tumbuhan CAM
Crassulacean acid metabolism (CAM) terjadi pada tumbuhan jenis sukulen yang tergolong Crassulaceae seperti kaktus (Cactaceae), nanas (Bromeliaceae), bunga lili (Liliaceae), dan beberapa jenis anggrek (Orchidaceae). Hanya terdapat sekitar 5% tumbuhan menggunakan cara sintesis CAM.

Pada kelompok tumbuhan ini, asam malat dan asam organik lainnya berkumpul pada daun pada malam hari dan akan hilang pada siang hari.

Pada malam hari jika kondisi udara kurang menguntungkan untuk transpirasi, stomata akan membuka sehingga CO² dapat berdifusi ke dalam daun. CO² akan diikat oleh PEP-karboksilase membentuk asam oksaloasetat dan asam malat.

Asam malat yang terbentuk akan dipindahkan dari sitoplasma ke vakuola dalam jumlah yang banyak untuk disimpan.

Pada siang, hari stomata akan menutup. Asam malat dan asam organik lain akan mengalami dekarboksilasi menjadi asam piruvat dan CO².

Karbon dioksida dapat diikat oleh RuBp yang memulai terjadinya siklus Calvin. Sintesis CAM membantu tumbuhan untuk menghemat persediaan air dengan memisahkan waktu fiksasi CO², reaksi terang, dan siklus Calvin.

Bukti-bukti terjadinya fotosintesis adalah sebagai berikut:

1. Fotosintesis menghasilkan oksigen. Hal ini berhasil dibuktikan melalui percobaan Jan Ingenhousz dan Engelmann.

2. Fotosintesis menghasilkan amilum. Hal ini berhasil dibuktikan melalui percobaan Julius von Sachs (1864). Ia mengamati pembentukan butir amilum pada kloroplas yang disinari. Amilum yang terbentuk, terdapat hanya pada bagian daun yang terkena cahaya matahari.

3. Oksigen yang dihasilkan pada proses fotosintesis berasal dari H²O. Hal ini dibuktikan melalui percobaan Samuel Ruben dan Martin Kamen pada tahun 1941.

B. Kemosintesis

Tidak semua organisme dapat melakukan asimilasi karbon. Beberapa jenis bakteri yang tidak memiliki klorofil dapat melakukan asimilasi karbon menggunakan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia, misalnya, bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, dan bakteri besi.

Bakteri-bakteri tersebut mampu memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu. Misalnya, bakteri Nitrosomonas sp, dan Nitrosococcus sp yang memperoleh energi dengan cara mengoksidasi amonium karbonat menjadi asam nitrit.

(NH⁴)²CO³ + 3 O² (amonium karbonat) Nitrosomonas sp/Nitrosococcus sp – 2NHO² + CO² + 3 H²O + energi (asam nitrit)

2. Katabolisme karbohidrat

Katabolisme adalah proses penguraian molekul substansi kompleks menjadi komponen yang sederhana. Katabolisme berasal dari bahasa Yunani dari kata kata yang berarti ke bawah dan kata ballein yang berarti melempar.

Proses katabolisme melepaskan energi. Reaksi katabolisme merupakan disimilasi. Pada katabolisme juga terjadi proses oksidasi dan reduksi. Tujuan utama adanya proses katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber.

Apabila proses penguraian tersebut berlangsung dalam lingkungan cukup oksigen maka disebut proses respirasi aerob apabila proses penguraian tersebut berlangsung dalam lingkungan tanpa oksigen maka disebut proses respirasi anaerob atau disebut juga dengan fermentasi.

Untuk lebih jelasnya, coba kamu perhatikan reaksi kimia dibawah ini.

Proses respirasi aerob:

C6 H12 O6 (enzim) – 2 CH²H5OH + 2 CO² + 3 H²O + energi (etil alkohol)

Proses respirasi anaerob (fermentasi)
C6H12O6 + 6 O² enzim – 6 CO² + 6 H²O + energi

a. Respirasi Aerob

Pada umumnya, organisme membutuhkan oksigen untuk respirasi seluler. Respirasi seluler adalah proses pelepasan energi kimia molekul organik di dalam sel.

Respirasi aerob terjadi melalui empat tahap seperti yang akan dijelaskan berikut ini:

1) Glikolisis

Glikolisis adalah peristiwa pengubahan glukosa menjadi asam piruvat. Glikolisis terjadi di dalam sitosol. Glikolisis merupakan tahap pertama dari tiga reaksi yang lain, yaitu konversi asam piruvat menjadi asetil koenzim A, siklus Krebs, dan sistem pengangkutan elektron yang terjadi di dalam mitokondria.

Produk akhir glikolisis adalah sebagai berikut:

a) 2 molekul asam piruvat
b) 2 molekul NADH befungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi, dan
c) 2 molekul ATP (adenosine trifosfat) untuk setiap molekul glukosa. Glikolisis memiliki proses yang panjang yang terdiri atas 9 langkah yang dimulai dari pengubahan glukosa menjadi glukosa 6-fosfat, fruktosa 6-fosfat, fruktosa 1,6-difosfat, gliseraldehid 3-fosfat, 1,3 difosfogliserat, 3 fosfogliserat, 2 fosfogliserat, fosfoenol piruvat, hingga menjadi asam piruvat.
Sebenarnya untuk setiap molekul glukosa dapat dihasilkan empat molekul ATP, tetapi dua molekul ATP telah digunakan untuk beberapa reaksi kimia tersebut.

2) Konversi Asam Piruvat

Konversi Asam Piruvat menjadi Asetil-KoA (asetil koenzim A)
Proses konversi asam piruvat menjadi asetil koenzim A disebut juga reaksi dekarboksilasi oksidatif.

Dengan adanya oksigen, asam piruvat hasil glikolisis diarahkan ke dalam siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs). Untuk memasuki siklus Krebs, asam piruvat harus diubah terlebih dahulu menjadi asetil koenzim A.

Pengubahan asam piruvat menjadi asetil koenzim A melibatkan berbagai enzim dan koenzim. Asetil koenzim A merupakan hasil akhir yang berenergi tinggi.

Energi tersebut yang akan bertanggung jawab dalam kelancaran siklus Krebs. Untuk dua senyawa asam piruvat hasil glikolisis, melalui proses dekarboksilasi oksidatif dihasilkan 2 asetil KoA, 2CO², dan 2NADH + H+.

3) Siklus Krebs

siklus krebs
Siklus Kreb

Siklus Krebs berlangsung pada matriks mitokondria. Masing-masing molekul asetil koenzim A yang dihasilkan dalam tahap kedua akan bergabung dengan molekul berkarbon empat, yaitu asam oksaloasetat yang ada di dalam mitokondria sehingga membentuk molekul berkarbon enam, yaitu asam sitrat.

Disebut siklus Krebs karena perantara pertamanya adalah asam sitrat yang terdiri atas tiga gugus karboksil.

Reaksi selanjutnya terjadi antara asam sitrat dan NAD+ hingga membentuk asam alfa ketoglutarat. Asam alfa ketoglutarat yang terbentuk akan bereaksi dengan NAD+ hingga membentuk asam suksinat. Selanjutnya, asam suksinat akan bereaksi dengan FAD dan membentuk asam malat.

Akhirnya, asam malat akan bereaksi dengan NAD+ dan membentuk kembali asam oksaloasetat. Hasil akhir dari siklus Krebs adalah asam oksaloasetat yang kemudian bergabung kembali dengan bahan awal asetil koenzim A dan memasuki kembali urutan reaksi setelah zat tersebut terbentuk.

Selain bertindak sebagai sumber energi untuk sel hidup, reaksi-reaksi dalam siklus Krebs juga digunakan sebagai sumber metabolisme sebagai penyedia bahan awal biosintesis bahan penyusun sel yang penting.

Penemu Siklus Krebs

Sri Hans Adolf Krebs

Sri Hans Adolf Krebs (1900-1981) seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman berhasil melakukan beberapa penelitian seperti sintesis urea pada hati mamalia, sintesis asam urea pada burung, tahap penengah oksidasi bahan makanan, serta hubungan antara respirasi sel dan adenosine polyphosphate.

Karya tulisnya antara lain mengenai penelitian tentang perubahan energi didalam tubuh makhluk hidup dimana didalamnua membahas tentang proses kimia kompleks yang menyediakan fosfat berenergi tinggi bagi organisme hidup. Proses ini kita kenal sebagai siklus Krebs.

Pada tahun 1953, Krebs memperoleh penghargaan Hadiah Nobel atas penemuannya mengenai siklus Krebs tersebut.

Pada tanggal 22 November tahun1981Krebs meninggal di Oxford, Inggris, meninggalkan seorang isteri bernama Margaret Cicely Fieldhouse dan tiga orang anak bernama Paul, John, dan Helen.

4) Sistem pengangkatan elektron

Dari tahap glikolisis sampai tahapan siklus Krebs dihasilkan 24 atom hidrogen. Sistem pengangkatan elektron (transpor elektron) terjadi pada permukaan dalam membran tilakoid.

Kedua puluh empat atom hidrogen tadi akan terpisah menjadi ion hidrogen dan elektron berenergi tinggi. Elektron akan bergerak sepanjang rantai respirasi.

Energi yang dihasilkan tersebut akan digunakan untuk mengubah 36 molekul ADP dan membentuk 36 molekul ATP. Setelah melintasi rantai respirasi tadi, elektron akan bergabung dengan ion hidrogen dan atom oksigen dari udara sehingga membentuk molekul air.

Berikut skema proses respirasi aerob:


Proses Respirasi Aerob
Proses Respirasi Aerob

Seluruh proses respirasi aerob diatas dapat diringkas seperti dalam tabel berikut:

Persamaan reaksi dari katabolisme karbohidrat, selengkapnya adalah sebagai berikut.
C6H12O6 + 6 O² + 6 H²O – 6 CO² + 12 H²O + 36 ATP

b) Respirasi Anaerob

Beberapa organisme yang hidup di daerah lingkungan yang didalamnya kurang oksigen atau tanpa oksigen sama sekali tetap dapat melangsungkan respirasi dan mengkonversi energi NADH yang dibawa oleh elektron menjadi ATP.

Organisme tersebut menggunakan terminal aseptor selain oksigen, yaitu nitrat atau sulfat sebagai agen yang mengoksidasi (pengoksidasi). Proses yang demikian disebut sebagai respirasi anaerob (fermentasi). Organisme pelaku fermentasi disebut fermentor. Fermentor biasanya adalah organisme yang berjenis prokariotik dan Protista.

Fermentasi berasal dari bahasa Latin yaitu kata fervere yang berarti mendidih. Hal ini ternyata merujuk kepada aktivitas khamir pada ekstrak buah-buahan atau serealia. Selama fermentasi dihasilkan CO² sehingga kondisinya menjadi anaerob.

Umumnya, produk yang dihasilkan dari adanya proses fermentasi berasal dari substrat yang didalamnya mengandung karbon. Bermacam-macam produk antara lain yang dihasilkan dari glukosa adalah asam piruvat yang berperan sebagai senyawa kunci. Lalu setelah itu asam piruvat akan direduksi menjadi asam laktat, etil alkohol (etanol), dan sebagainya.

1) Fermentasi asam laktat

Fermentasi asam laktat adalah fermentasi yang hasil akhirnya berupa asam laktat.
C6H12O6 enzim – 2 C²H² OCOOH + energi
Contoh bakteri penghasil asam laktat diantaranya: Streptococcus sp dan Lactobacillus sp. Banyak dimanfaatkan manusia dalam industri fermentasi untuk makanan dan minuman.
Contoh-contoh bakteri penghasil asam laktat, antara lain:

a) Streptococcus Lactis dan Lactobacillus Lactis adalah merupakan bakteri penghasil asam laktat yang biasa ditambahkan kedalam proses fermentasi pembuatan keju. Jenis dan kualitas keju ditentukan oleh lama pematangan, kualitas susu, dan jenis fermentor.

b) Streptococcus thermophilus dan Lactobacillus bulgaricus merupakan bakteri penghasil asam laktat yang biasa ditambahkan dalam fermentasi pembuatan yoghurt.

Yoghurt memiliki daya antibiotik yang memiliki kemampuan untuk membuat adanya pembusukan dini didalam usus halus sehingga dapat menormalkan kesetimbangan dalam usus halus.

Yoghurt lebih mudah dicerna dibandingkan dengan susu asli. Didalam Yoghurt terkadandung asam laktat lebih tinggi daripada hasil fermentasi yang lain. Yoghurt banyak mengandung vitamin B yang kompleks.

c) Streptococcus Lactis merupakan bakteri yang menghasilkan asam laktat yang biasa ditambahkan dalam proses fermentasi pembuatan mentega. Mentega adalah merupakan suatu emulsi antara lemak susu dan air. Mentega yang didalamnya terlalu banyak mengandung asam laktat akan lebih cepat rusak karena asam laktat akan mengoksidasi lemak.

d) Lactobacillus casei merupakan bakteri penghasil asam laktat yang biasa ditambahkan dalam proses pembuatan susu fermentasi.

2) Fermentasi alkohol

Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya mampu menghasilkan 2 molekul ATP. Ragi adalah merupakan khamir yang berfungsi untuk mengubah karbohidrat menjadi gula dan alkohol.

Ragi dapat didapatkan dari biakan jamur Saccharomyces cerevisiae. Ragi dapat dimanfaatkan pada pembuatan roti. Dalam pembuatan roti, terjadi fermentasi yang didalamnya membebaskan CO².

Dalam keadaan anaerob, setiap molekul gula yang difermentasi akan menghasilkan dua molekul etil alkohol (etanol) dan dua molekul CO². Adanya gelembung CO² menyebabkan adonan roti menjadi mengembang.

Selain digunakan dalam pembuatan roti, ragi juga bisa digunakan dalam pembuatan minuman fermentasi seperti bir yang berasal dari jelai, cider yang berasal dari sari buah-buahan, dan sake dari bahan baku beras.

Lamanya proses fermentasi alkohol akan mempengaruhi jumlah alkohol yang dihasilkan. Fermentasi alkohol yang dibiarkan terus menerus akan berubah menjadi fermentasi asam cuka (asetat).

Gambar Gravatar
Founder pusilpen.online/pusatilmupengetahuan.com Playmaker dewicookies.com, nusacharity.org, dan qothrunnadaa.com