bioteknologi plpg

26 Pendidikan & Latihan Profesi Guru Rayon 24 Universitas Negeri Makassar

Satu Untuk UNM

PENDAHULUAN

Guru profesional hendaknya memiliki kompetensi pedagogik, personal (sosial dan

budi pekerti) dan profesional. Materi yang dikembangkan dalam modul ini merupakan bagian

dari pengembangan kompetensi profesional guru Biologi pada jenjang sekolah menengah.

Pada setiap bagian Anda akan diperhadapkan dengan sejumlah kasus dan diharapkan Anda

mampu menganalisisnya secara kritis guna mendapatkan sebuah pemahaman pemecahan

masalah. Oleh sebab itu diharapkan Anda menelaah secara seksama materi yang terkait

dengan kasus yang dikemukakan di dalam modul ini secara sungguh-sungguh. Bila ada

permasalahan yang kurang jelas, mintalah petunjuk dari fasilitator.

Kompetensi

Menguasai keilmuan, kajian kritis dan pendalaman materi ajar biologi dalam konteks

kurikulum sekolah.

Sub kompetensi

1. Menguasai konsep dasar dan langkah-langkah pengamatan dalam biologi.

2. Menguasai materi ajar metabolisme dalam konteks kurikulum sekolah

3. Menguasai materi ajar bioteknologi dalam konteks kurikulum sekolah

4. Menguasai materi ajar biologi sel dalam konteks kurikulum sekolah

5. Menguasai materi ajar keanekaragaman hayati dan interaksi mahluk hidup dengan

lingkungan dalam konteks kurikulum sekolah

Indikator

1. Menganalisis fakta, konsep, prinsip dan teori dalam biologi yang sesuai dengan

materi yang akan diajarkan.

2. Menguasai tahapan dan/atau prosedur pengamatan melalui kegiatan praktikum

biologi

3. Menganalisa fenomena penerapan konsep dasar anabolisme karbohidrat dalam

kehidupan

4. Melakukan uji karbohidrat secara sederhana

5. Menganalisis karakter protein berdasarkan struktur dan fungsinya

6. Menganalisis tahapan dalam metabolisme protein

7. Melakukan uji protein secara sederhana

8. Menganalisis karakter lemak berdasarkan setruktur dan fungsinya


Satu Untuk UNM

9. Melakukan uji lemak secara sederhana

10. Menganalisis prinsip-prinsip ilmiah dalam pembuatan produk-produk atau jasa

bioteknologi yang digunakan dalam berbagai aspek keidupan manusia

11. Membedakan bioteknologi konvensional dan modeen berdasarkan proses dan

produknya

12. Merancang percobaan bioteknologi sederhana

13. Menganalisis tahapan dalam proses pembuatan produk bioteknologi yang

menggunakan DNA rekombinan

14. Menganalisis struktur sel

15. Menganalisis tahapan pembelahan sel

16. Menerapkan dasar-dasar pengelompokan makhluk hidup

17. Menggambarkan daur hidup suatu taksa makhluk hidup

18. Menganalisis interaksi makhluk hidup dengan lingkungnnya

Deskripsi Materi

Pada bagian akhir pelaksanaan PLPG ini, Anda dituntut untuk mencapai kompetensi

dan sub kompetensi di atas berdasarkan indikator-indikatornya. Untuk itu lakukan kajian

kritis dalam diskusi yang meliputi metabolisme, bioteknologi, biologi sel dan

keanekaragaman hayati serta interaksi makhluk hidup dengan lingkungan.

KEGIATAN BELAJAR 1

METABOLISME

A. Fotosintesis

Fotosintesis adalah bioproses yang paling penting di bumi, dimana tumbuhan hijau

dan bakteri berklorofil memanfaatkan energi sinar matahari untuk mensintesis bahan organik

dari molekul anorganik sederhana. Molekul organik yang menyusun dunia hidup berasal

langsung atau tidak langsung dari materi organik hasil fotosintesis. Hanya proses fotosintesis

yang membebaskan oksigen untuk digunakan oleh semua bentuk kehidupan dalam proses

respirasi. Kloroplas adalah organel yang melakukan fotosintesis bagaikan sel surya untuk

menghasilkan karbohidrat.

Dalam sebuah kasus; Seorang guru biologi bermaksud mengajarkan secara

menyeluruh dan mendalam tentang konsep dasar fotosintesis kepada muridnya agar tuntas

menguasai aspek (i) energi elektromagnetik, (ii) spektrum kerja cahaya, (iii) struktur

kloroplas, (iv) reaksi fotofosforilasi, (v) reaksi fiksasi karbondioksida, dan (vi) transport hasil

fotosintesis, serta berbagai aspek faktual yang terkait dalam kehidupan sehari-hari, termasuk


Satu Untuk UNM

prosedur pengamatan fotosintesis. Oleh karena itu sang guru membutuhkan formulasi rinci

dari konsep dasar fotosintesis dalam bentuk deskripsi lengkap tentang fotosintesis dalam

konteks kurikulum sekolah menengah.

LATIHAN 1.

Diskusikan secara berkelompok dan klasikal dengan total waktu dua jam, agar Anda

dapat mengkaji secara mendalam konsep dasar fotosintesis untuk membedakan dengan

katabolisme, menghubungkan struktur kloroplas dengan proses fotosintesis, membedakan

reaksi terang dengan reaksi gelap berdasarkan proses dan produknya, serta

menghubungkan proses dan produk fotosintesis dengan kebutuhan hidup makhluk hidup,

termasuk manusia, sehingga Anda semua memahami dengan wawasan luas mengenai:

a. Aspek-aspek utama proses fotosintesis;

b. Urutan langkah proses dalam reaksi terang dan reaksi gelap fotosintesis;

c. Istilah spektrum serapan, akseptor elektron, fotofosforilasi dan spectrum kerja;

d. Perbedaan antara reaksi terang dan reaksi gelap, fosforilasi siklik dan fotofosforilasi non-

siklik, fotosintesis C3, C4, dan CAM;

e. Proses transport hasil fotosintesis

f. Aspek faktual yang terkait dalam kehidupan sehari-hari, termasuk prosedur pengamatan

fotosintesis.

B. Respirasi Seluler

Oksidasi senyawa organik melepaskan energi yang tersimpan untuk digunakan oleh

organisme dalam melakukan proses metabolisme. Bahan karbohidrat sebagai sumber energi

diperoleh dalam bentuknya yang kompleks, seperti diskarida dan amilum serta glikogen.

Tahap awal metabolisme karbohidrat adalah mengubah polimer karbohidrat menjadi bentuk

lebih sederhana, terlarut dan dapat diangkut melintasi membran usus untuk disalurkan ke

jaringan.

Respirasi seluler adalah proses dimana energi kimia dari molekul makanan

dilepaskan dan sebagian ditangkap dalam bentuk ATP. Karbohidrat, lemak dan protein

adalah bahan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam respirasi seluler, tetapi

glukosa adalah yang paling umum digunakan sebagai contoh untuk mempelajari reaksi dan

jalur yang terlibat.

Kasus yang terjadi; dimana siswa sebuah sekolah menengah memperoleh

pengalaman belajar tentang metabolisme karbohidrat hanya dengan mendalami materi dari

gurunya sebagai berikut:


Satu Untuk UNM

Respirasi seluler dibagi menjadi 3 proses metabolisme, yaitu: glikolisis, siklus krebs

dan fosforilasi oksidatif. Setiap bagian tersebut terjadi pada bagian tertentu di dalam sel dan

dipengaruhi keberadaan oksigen. Dalam keadaan tanpa oksigen, respirasi terdiri dari dua

jalur metabolisme: glikolisis dan fermentasi. Keduanya berlangsung di sitosol.

1. Produksi ATP dari glukosa

Pada respirasi seluler, energi kimia dalam berbagai nutrien, seperti glukosa diubah

menjadi adenosine triphosphate (ATP). Dalam bentuk ini, ATP dapat diangkut untuk

menyediakan energi yang dibutuhkan untuk menjalankan fungsi metabolisme.

Molekul ATP dapat menyimpan energi dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi

yang bergabung pada gugus terminal. Dalam bentuk ini energi dapat disimpan dalam sebuah

lokasi, kemudian berpindah dari suatu bagian ke bagian lain sel, di mana dapat dilepaskan

untuk mendorong reaksi biokimia lainnya. Energi yang tersimpan pada ATP dalam suatu

lokasi dilepaskan dari ATP ketika ikatan fosfat pada gugus terminal terputus.

2. Tinjauan Khusus pada molekul Pembawa elektron

Sejumlah molekul dapat berperan sebagai pembawa elektron dalam sistem biologi.

Dalam respirasi seluler, ada dua pembawa elektron yang memiliki peranan penting,

nikotinamida adenine dinukleotida (disingkat NAD+, dalam bentuk teroksidasinya) dan flavin

adenine dinukleotida (disingkat FAD dalam bentuk teroksidasinya). Molekul NAD+ digunakan

untuk menerima elektron (menjadi tereduksi) dalam beberapa reaksi kimia pada glikolisis

dan siklus krebs. NAD+ menerima sebuah ion hidrogen (H+) dan dua elektron (2e-) sehingga

tereduksi menjadi NADH + H+. NADH bergerak ke rantai transpor elektron dan melepaskan

sepasang elektronnya (menjadi teroksidasi) ke senyawa pertama dalam rantai tersebut.

3. Glikolisis

Dalam glikolisis, gula berkarbon 6 (glukosa), dipecah menjadi 2 molekul berkarbon 3

yaitu piruvat. Perubahan ini menghasilkan secara bersih 2 molekul ATP dan 2 molekul NADH.

Terdapat 4 bagian penting dalam glikolisis:

1) Aktivasi glukosa oleh ATP

2) Pemecahan glukosa menjadi 2 bagian yang terfosforilasi

3) Reduksi NAD+ menjadi NADH

4) Fosforilasi ADP

4. Siklus Krebs

Siklus krebs berlangsung pada matriks mitokondria dan menghasilkan sebuah kolam

energi kimia (ATP, NADH, dan FADH2) dari oksidasi piruvat yang merupakan hasil akhir dari

glikolisis.


Satu Untuk UNM

Piruvat diangkut ke dalam mitokondria dan melepaskan karbondioksida untuk

membentuk asetil-KoA, sebuah molekul berkarbon 2. Ketika Asetil-KoA dioksidasi menjadi

karbondioksida pada siklus krebs, energi kimia dilepaskan dan tersedia dalam bentuk NADH,

FADH+ dan ATP.

Hasil akhir respirasi aerob 38 ATP jika shuttle malat digunakan dalam pengangkutan

NADH hasil glikolisis ke mitokondria dan 36 ATP apabila shuttle glyserol-P yang

digunakannya, hal ini terjadi karena membran mitokondria impermeabel terhadap NAD+

ataupun NADH sehingga untuk memasuki mitokondria dibutuhkan ulang-alik/shuttle malat

ataupun aspartat .

a. Fosforilasi oksidasi melalui rantai transpor elektron

Rantai transpor elektron memungkinkan pelepasan sejumlah besar energi kimia yang

tersimpan dalam NAD+ tereduksi (NADH) dan FADH tereduksi (FADH2). Energi yang

dilepaskan tersedia dalam bentuk ATP (3 ATP per NADH dan 2 ATP per FADH2)

NADH + H+ + 3 ADP + 3 Pi + 1/2 O2 NAD+ + H2O + 3 ATP

FADH2 + 2 ADP + 2 Pi + 1/2 O2 FAD+ + H2O + 2 ATP

Rantai transpor elektron (RTE) terdiri dari sebuah rangkaian molekul, sebagian besar

protein, yang tertanam pada membran dalam mitokondria.

b. Tinjauan khusus rantai transpor elektron

Secara mudah, molekul dalam RTE dibagi menjadi empat kompleks. Kompleks II

ditunjukkan oleh koenzim Q. enzim ATPsintase berfungsi dalam fosforilasi ADP menjadi ATP

pada sebuah proses yang disebut kemiosmosis.

5. Fermentasi

Semua sel dapat mensintesis ATP melalui proses glikolisis. Pada berbagai sel, apabila

tidak tersedia oksigen, piruvat mengalami fermentasi. Fermentasi melengkapi glikolisis dan

memungkinkan ATP dihasilkan secara terus menerus walaupun tanpa oksigen. Dengan

mengoksidasi NADH yang dihasilkan dalam glikolisis, fermentasi meregenerasi NAD+, yang

mana dapat digunakan kembali dalam glikolisis untuk menghasilkan ATP yang lebih banyak.

Jalur Fermentasi

Dengan adanya oksigen, elektron yang dilepaskan dari glukosa dibawa ke oksigen

sehingga oleh pembawa elektron; glukosa teroksidasi dan oksigen tereduksi menjadi air.

Tetapi, dalam keadaan tanpa oksigen, banyak sel menghasilkan ATP melalui glikolisis dan


Satu Untuk UNM

fermentasi. Dalam fermentasi NADH yang tereduksi yang dihasilkan pada glikolisis diubah

kembali menjadi NAD+ yang teroksidasi.

Ada 2 jenis fermentasi. Kedua jenis fermentasi tersebut meregenerasi NAD+ yang

teroksidasi, yang diperlukan dalam glikolisis dan selanjutnya melanjutkan produksi ATP

melalui jalur tersebut.

1) Fermentasi alkohol

Pada fermentasi alkohol, asam piruvat dari glikolisis kehilangan satu karbon dalam

bentuk karbondioksida untuk membentuk asetaldehid, kemudian tereduksi menjadi etil

alkohol oleh NADH. Ketika asetaldehid direduksi menjadi etil alkohol, NADH menjadi NAD+

(mengalami oksidasi). Fermentasi jenis ini secara umum berlangsung pada ragi. Seperti

fermentasi asam laktat, fermentasi alcohol memungkinkan glikolisis dapat berlanjut dengan

memastikan NADH dikembalikan dalam bentuk teroksidasinya (NAD+).

2) Fermentasi asam laktat

Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat dari glikolisis tereduksi menjadi asam

laktat oleh NADH, yang kemudian teroksidasi menjadi NAD+. Peristiwa ini secara umum

terjadi pada sel otot. Fermentasi asam laktat memungkinkan glikolisis berlanjut dengan

memastikan NADH dikembalikan dalam bentuk teroksidasinya (NAD+).

6. Glukosa dan energi

Energi kimia tersimpan dalam glukosa menghasilkan jauh lebih banyak ATP dalam

respirasi aerob dibandingkan respirasi tanpa oksigen (fermentasi). Setiap molekul glukosa

dapat menghasilkan 36 38 molekul ATP (tergantung pada shutle yang dilewati) pada

respirasi aerob tetapi hanya 2 molekul ATP pada respirasi tanpa oksigen (melalui glikolisis

dan fermentasi).

Mitokondria pada otak dan jaringan otot rangka menggunakan metode yang kurang

efisien dalam menggunakan NADH di sitosol yang tidak memerlukan transpor membran.

Pada mekanisme ini, NADH di sitosol memberikan elektron kepada senyawa yang berada

pada permukaan luar membran dalam mitokondria. Mekanisme ini menghasilkan hanya 2

ATP per NADH, sehingga 36 ATP dihasilkan dari tiap molekul glukosa.

Tinjauan khusus NADH di sitosol

Rentang yang diberikan untuk jumlah molekul ATP yang dihasilkan dari satu molekul

glukosa karena perbedaan dalam pengolahan NADH di sitosol. Sebagai hasil dari glikolisis, 2

molekul NADH dihasilkan di dalam sitoplasma dari setiap molekul glukosa; tetapi, NADH yang

dihasilkan pada sitosol tidak dapat melintasi membran dalam mitokondria untuk sampai ke

rantai transfer elektron yang berada pada matriks mitokondria.


Satu Untuk UNM

Dalam sel hewan terdapat dua mekanisme dalam menggunakan NADH di sitosol

dalam respirasi; mekanisme yang satu lebih efisien dibandingkan yang lain. Sel hati, ginjal

dan jantung memanfaatkan metode yang lebih efisien (malat-aspartat shuttle). Dalam

mekanisme ini, NADH mereduksi senyawa di dalam sitosol, yang kemudian memungkinkan

untuk melintasi membran menuju ke matriks, dimana terjadi regenerasi NADH melalui

reduksi NAD+. NADH mendonorkan elektron ke RTE dimana dapat dihasilkan 3 ATP sehingga

38 ATP dihasilkan setiap molekul glukosa

LATIHAN 2.

Diskusikan secara berkelompok dan komunikasikan secara klasikal dengan total

waktu satu jam, tentang tambahan rincian materi terkait dengan katabolisme karbohidrat,

sehingga dengan tambahan rincian materi tersebut dapat melengkapi dan memperdalam

penguasaan konsep dasar katabolisme karbohidrat dan penerapannya dalam kehidupan.

Mintalah bantuan pada fasilitator jika menemukan masalah yang tidak dapat diselesaikan.

C. Protein dan Lemak

1. Protein

Protein yang dicerna sebagai bagian dari diet kita tidak sama dengan protein yang

diperlukan oleh tubuh. Juga tidak dapat langsung diserap oleh usus. Oleh karena itu, protein

terlebih dahulu harus dicerna menjadi asam amino sebelum diserap ke dalam aliran darah.

Protein merupakan kelompok senyawa biomolekul yang sangat beragam. Sejumlah besar

protein yang berbeda ada di alam, jumlah jenis protein sebenarnya tidak diketahui. Mereka

memiliki berbagai fungsi yang berbeda di alam.

Meskipun beragam, semua protein memiliki struktur dasar yang sama - mereka

semua tersusun dari rantai subunit yang disebut asam amino. Hanya ada dua puluh asam

amino yang berbeda, yang ketika diatur dalam kombinasi yang berbeda, membuat semua

protein yang berbeda.

Keragaman protein ditentukan oleh urutan asam amino. Struktur molekul protein

terdiri dari 50 sampai ribuan asam amino. Pengaturan yang mungkin berbeda dari dua puluh

asam amino dalam polimer panjang ini sangat besar.

1. Kegunaan asam amino; asam amino digunakan melalui tiga cara dalam tubuh:

Sintesis protein

Sintesis berbagai senyawa lainnya

Sebagai bahan bakar biologis


Satu Untuk UNM

2. Katabolisme asam amino

Bahan bakar biologis lain yang telah dibahas (karbohidrat & lemak) mengandung

hanya unsur-unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Selain unsure-unsur tersebut, asam amino

mengandung juga nitrogen. Langkah pertama dalam katabolisme asam amino adalah

penghilangan nitrogen (kelompok amino, deaminasi).

a) Deaminasi

Pelepasan gugus amino dari suatu asam amino, dimulai dengan pemindahan gugus

amino dari glutamat. Yang katalis oleh enzim transaminase yang transfer kelompok amino

dari asam amino suatu zat yang disebut alpha-ketoglutarate. Produk ini adalah asam alfa-

keto terbentuk dari asam amino dan glutamat (terbentuk dari penambahan kelompok amino

alfa-ketoglutarate.

Setelah gugus amino "dikumpulkan" dalam bentuk asam amino glutamat, selanjutnya

gugus amino asam amino ini dilepas (disebut "deaminasi oksidatif"). Hasil reaksi adalah

terbentuknya asam -ketoglutarat dan amoniak (NH4+).

b) Amoniak dan urea

Ammonia adalah racun bagi sistem saraf dan akumulasi cepat menyebabkan

kematian. Oleh karena itu harus didetoksifikasi ke bentuk yang dapat segera dikeluarkan dari

tubuh. Amonia diubah menjadi urea, yang larut dalam air dan mudah dibuang melalui ginjal

dalam urin.

Sisa dari asam amino yang disebut sebagai rangka karbon . Tergantung pada asam

amino yang dikatabolisasi, rangka karbon akan dikonversi menjadi:

a) Asetil KoA

b) Atau piruvat

c) Atau senyawa intermediat siklus Krebs.

Rangka karbon yang berupa piruvat atau intermediat siklus Krebs dapat digunakan

untuk produksi energi atau mereka dapat digunakan untuk sintesis glukosa melalui jalur

yang dikenal sebagai glukoneogenesis.

2.Lemak

Dalam proses metabolisme lemak menjadi ATP, berbeda dengan metabolisme

karbohidrat. Tahap pertama dari proses metabolisme lemak adalah hidrolisis trigliserida

menjadi gliserol dan 3 asam lemak, kemudian gliserol masuk ke jalur glikolisis melalui

dehidroksiaseton fosfat dan selanjutnya konversi senyawa dilanjutkan ke siklus Krebs dan

siklus glioksilat. Asam lemak selanjutnya mengalami oksidasi dan menghasilkan asetil-

KoA. Selanjutnya asetil-KoA ini masuk ke dalam siklus Krebs dan siklus glioksilat.


Satu Untuk UNM

Permulaan proses metabolisme lemak, triasilgliserol harus diurai menjadi komponen

asam lemak dan gliserol. Penguraian ini utamanya terjadi di dalam duodenum selama proses

pencernaan, dan diatur oleh hormon untuk membebaskan asam lemak dari adiposit (sel

lemak). Asam lemak dilepaskan dari triasilgliserol ke sitoplasma dan selanjutnya ke

mitokondria sel otot untuk didegradasi. Proses katabolismenya disebut oksidasi-

Oksidasi-

Asil KoA jenuh dipecah melalui urutan empat reaksi yang berulang yaitu: oksidasi

oleh flavin adenin dinukleotida (FAD), hidrasi, oksidasi oleh NAD+ dan tiolisis oleh KoA.

Rantai asil diperpendek dengan dua atomkarbon sebagai hasil dari keempat reaksi tadi dan

terjadi pembentukan FADH2, NADH, dan asetil KoA. Urutan reaksi tersebut dikenal sebagai

oksidasi- .

Reaksi pertama pada tiap daur pemecahan adalah oksidasi asil KoA oleh asil KoA

dehidrogenase yang menghasilkan satu enoil KoA dengan ikatan rangkap trans antara C-2

dan C-3. Pada tahap ini oksidator adalah FAD (bukan NAD+), sebab G pada reaksi ini tidak

cukup untuk mereduksi NAD+.

Langkah selanjutnya adalah hidrasi ikatan ganda antara C-2 dan C-3 oleh enoil KoA

hidratase. Hidrasi enoil KoA membuka jalan bagi reaksi oksidasi kedua, yang mengubah

gugus hidroksil pada C-3 menjadi gugus keto dan menghasilkan NADH. Oksidasi ini

dikatalisis oleh 3-hidroksiasil KoA dehidrogenase.

Dehidrogenasi kedua terjadi dalam reaksi terikat-NAD yang dikatalisis oleh beta-

hidroksiasil KoA dehidrogenase. Produknya adalah keton.

Langkah akhir adalah pemecahan 3-ketoasil KoA oleh gugus tiol dari molekul KoA

lain, yang akan menghasilkan asetil KoA dan suatu asil KoA yang rantai karbonnya dua atom

karbon lebih pendek. Reaksi ini ditalisis oleh tiolase.

Proses oksidasi- terjadi melalui pelepasan secara berurut 2 unit C. Setiap putaran

oksidasi- menghasilkan 1 mol NADH, 1 mol FADH2 dan 1 mol asetil-KoA. Asetil-KoA, -

produk akhir setiap putaran oksidasi- - memasuki daur Krebs, dimana akan menghalami

oksidasi lebih lanjut menjadi CO2 dengan produk 3 mol NADH, 1 mol FADH2 dan 1 mol ATP.

NADH dan FADH2 yang dihasilkan selama oksidasi- dan asetil-KoA yang memasuki daur

Krebs selanjutnya memasuki rantai respirasi untuk menghasilkan ATP.

Pembentukan Benda Keton

Tahap pertama adalah pembentukan asetoasetil KoA dalam reaksi kebalikan tahap

tiolase beta-oksidasi. Tahap kedua, molekul asetil KoA ketiga berkondensasi dengan

asetoasetil KoA, membentuk 3-hidroksil-3-metilglutaril KoA (HMG KoA) dalam reaksi yang


Satu Untuk UNM

dikatalisis oleh HMG KoA sitase. Tahap ketiga, HMG KoA diurai menjadi asetoaseta (sebagai

benda keton) dalam reaksi yang dikatalisis oleh HMG KoA liase. Molekul asetil KoA juga

dihasilkan.

Selanjutnya asetoasetat dapat direduksi menjadi beta-hidroksibutirat oleh beta-

hidroksibutirat dehidrogenase yang membutuhkan NADH. Reaksi ini bergantung pada

keadaan jumlah NAD di dalam sel. Bila banyak mengalami reduksi, umumnya atau semua

keton dapat dalam bentuk beta hidroksibutirat. Sejumlah asetoaseton secara spontan di

dekarboksilasi menghasilkan aseton.

Pembentukan asam asetoasetat dan 3-hidroksibutirat berlangsung terutama dalam

hati. Kedua senyawa tersebut adalah sumber energi bagi pernapasan dalam sel. Otot

jantung menggunakan asetoasetat sebagai sumber energi, sedangkan sel otak dalam

keadaan normal menggunakan glukosa sebagai sumber energi, tetapi dalam keadaan

kelaparan atau diabetes, sel otak juga dapat menggunakan asam asetoasetat sebagai

sumber energi.

Sintesis Gliserol

Gliserol yang terbentuk pada`lipolisis mengalami fosforilasi dan dioksidasi menjadi

dihidroksi aseton fosfat, yang selanjutnya mengalami isomerasi menjadi gliseraldehid-3-

fosfat. Zat antara ini terdapat baik pada jalur glikolisis maupun pada jalur glukoneogensis.

Dengan demikian gliserol dapat diubah menjadi piruvat atau glukosa di hati, tempat enzim-

enzim yang diperlukan. Porses kebalikannya dapat terjadi melalui reduksi dihidroksiaseton

fsofat menjadi gliserol-3-fosfat. Hidrolisis oleh fosfatase akan menghasilkan gliserol. Jadi

gliserol dan zat-zat antara glikolisis dapat saling dengan mudah mengalami interkonversi.

Biosintesis Asam Lemak

Sintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan jalur pemecahannya. Jalur sintesis

dan jalur pemecahan dalam sistem biologis biasanya berbeda.

Beberapa ciri penting biosintesis asam lemak adalah:

Sintesis berlangsung di sitosol, sedangkan pemecahan asam lemak berlangsung di dalam

matriks mitokondria.

Zat antara pada sintesis asam lemak berikatan kovalen dengan gugus sulfhidril pada

protein-pembawa gugus asil (acyl carrier protein, ACP), sedangkan zat antara pada

pemecahan asam lemak berikatan dengan koenzim A.


Satu Untuk UNM

Enzim-enzim pada sintesis asam lemak pada organisme lebih tinggi tergabung dalam

suatu rantai polipeptida tunggal, yang disebut sintase asam lemak. Sebaliknya, enzim-

enzim pemecahan tampaknya tidak saling berkaitan.

Rantai asam lemak yang sedang tumbuh, diperpanjang dengan cara penambahan

berturut-turut unit dua-karbon yang berasal dari asetil KoA. Donor aktif unit dua-karbon

pada tahap perpanjangan adalah malonil-ACP. Reaksi perpanjangan dipacu oleh

pelepasan CO2.

Reduktor pada sintesis asam lemak adalah NADPH, sedangkan oksidatornya pada`

pemecahan asam lemak adalah NAD+ dan FAD.

Perpanjangan rantai oleh kompleks sintase asam lemak terhenti setelah terbentuknya

palmitat (C-16). Perpanjangan rantai lebih lanjut dan penyisipan ikatan rangkap

dikatalisis oleh sistem enzim yang lain.

Sintesis asam lemak diawali dengan karboksilasi asetil KoA menjadi malonil KoA.

Reaksi ini merupakan tahap awal menuju sintesis asam lemak. Sintesis malonil Koa

dikatalisis oleh enzim asetil KoA karboksilase, enzim ini mememrlukan kofaktor biotin. Tahap

pertama pembentukan asam lemak diawali dengan pembentukan astil-ACP dan malonil-ACP.

Pada reaksi kondensasi, satu unit empat-karbon terbentuk dari satu unit dua-karbon dan

satu unit tiga-karbon, dan CO2 dibebaskan. Mengapa unit empat-karbon tidak terbentuk dari

dua unit dua-karbon? Jawabannya adalah bahwa keseimbangan untuk sintesis asetoasetil-

ACP (empat-karbon) dari dua molekul asetil-ACP (dua-karbon) tidaklah menguntungkan

penurunan energi bebasnya dalam proses dekarboksilanya tidaklah terlalu besar

dibandingkan jika bereaksi dengan malonil-ACP.

Tiga tahap berikutnya pada sintesis asam lemak ialah reduksi gugus keto pada C-3

menjadi gugus metilen. Pertama, asetoasetil-ACP direduksi menjadi gugus D-3-

hidroksibutiril-ACP. Selanjutnya, D-3-hidroksibutiril-ACP mengalami dehidrasi membentuk

krotonil-ACP, yang merupakan suatu trans-2-enoil-ACP. Langkah akhir daur adalah reduksi

krotonil-ACP menjadi butiril-ACP, yang menyempurnakan daur pemanjangan pertama.

Kasus: Untuk membelajarkan siswa dalam menguasai konsep struktur dan fungsi

dari protein dan lemak serta metabolismenya, sang guru harus menuliskan secara rinci dan

cermat uraian konsep tersebut secara lengkap agar menguasai konsep dasar dan

metabolism protein dan lemak.


Satu Untuk UNM

Latihan 3

Lakukan kajian kritis secara berkelompok untuk menghasilkan deskripsi lengkap

tentang struktur, fungsi dari protein dan lemak serta tahapan-tahapan metabolismenya,

yang merupakan materi esensial metabolism protein dan lemak dalam konteks kurikulum

sekolah. Berdasarkan kajian kritis tersebut Anda harus (i) mampu menganalisis karakter

protein dan lemak berdasarkan struktur dan fungsinya, (ii) membedakan protein structural

dan fungsional berdasarkan strukturnya, (iii) menghubungkan satu tahap reaksi dengan

tahap reaksi lainnya dalam metabolism protein dan lemak. Mintalah petunjuk kepada

fasilitator tentang teknis pembagian kelompok dan deskripsi materi yang akan disusun.

Alokasi waktu yang disediakan termasuk presentasi adalah 2 jam.

Untuk memperkaya khasanah sumber bacaan anda, silahkan mencermati modul

biologi (pdf) yang terdapat dalam situs PSG Rayon 24 UNM Makassar.

Kasus: Dalam pembelajaran tentang metabolisme, sang guru diminta untuk

membimbing siswa menguasai tahapan uji sederhana dari karbohidrat, protein dan lemak

berdasarkan standar isi dan kondisi lokal. Pembimbingan tersebut meliputi perencanaan

percobaan, penyiapan bahan dan alat, penentuan prosedur kerja, teknik pengamatan,

analisis data, dan pelaporan/mengkomunikasikan hasilnya.

Latihan 4

Susunlah sebuah perangkat (serupa dengan LKS proses) yang dapat digunakan oleh

siswa untuk melakukan pengujian kualitatif terhadap karbohidrat, protein, dan lemak dalam

bahan makanan. Kerjakan secara berkelompok melalui kajian kritis mulai dari perencanaan,

pelaksanaan, dan pelaporan, termasuk aspek keselamatan kerja. Mintalah petunjuk kepada

fasilitator tentang teknis pembagian kelompok dan jumlah perangkat yang akan disusun.

Alokasi waktu yang disediakan termasuk presentasi adalah 1 jam.

D. Rangkuman

1. Fotosintesis

Proses yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia.

Fotosintesis terjadi di kloroplas

Daun pada tanaman merupakan tempat utama terjadinya fotosintesis

Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem sebagai cahaya matahari dan

meninggalkannya dalam bentuk panas

Melibatkan 2 lintasan metabolic: Reaksi terang dan Siklus Calvin


Satu Untuk UNM

Reaksi terang: mengubah energi matahari menjadi energi seluler

Siklus Calvin: reduksi CO2 menjadi CH2O

Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang).

Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma

Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas

Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat terjadi siklus Calvin

Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk gelombang

Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang gelombang dengan energi

Panjang gelombang tinggi maka energi rendah

2. Pigmen

Substansi yang menyerap cahaya tampak

Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi paling sedikit menyerap panjang

gelombang hijau.

Pigmen: Klorofil a, Klorofil b, Karotenoid (Karotene dan Xantofil)

Klorofil a adalah pigmen yang secara langsung berpartisipasi dalam reaksi terang.

Pigmen lain menambahkan energi ke klorofil a.

Penyerapan cahaya meningkatkan elektron ke orbital energi yang lebih tinggi

Saat pigmen menyerap cahaya, klorofil tereksitasi dan menjadi tidak stabil

3. Fotosistem

Kumpulan pigmen dan protein yang berasosiasi dengan membran tilakoid yang

memanen energi dari elektron yang tereksitasi. Energi yang ditangkap ditransfer

antara molekul fotosistem sampai mencapai molekul klorofil pada pusat reaksi

Pada pusat reaksi terdapat 2 molekul : Klorofil a dan akseptor elektron primer

Pusat reaksi klorofil dioksidasi dengan hilangnya elektron melalui reduksi akseptor

elektron primer

Terdapat fotosistem I dan II

Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada akseptor elektron primer.

Kedua jalur dimulai dengan penangkapan energi foton dan menggunakan rantai

transport elektron dengan sitokrom untuk kemiosmosis

a. Aliran elektron nonsiklik

Menggunakan fotosistem II dan I

Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh elektron yang

didonasikan oleh air

Mensintesis ATP dan NADPH

Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+


Satu Untuk UNM

b. Aliran elektron siklik

Hanya menggunakan fotosistem I

Elektron dari fotosistem I di-recycle

Mensintesis ATP

c. Aliran non-siklik menghasilkan NADPH, ATP, dan oksigen

d. Aliran siklik

Hanya fotosistem I yang digunakan

Hanya ATP yang dihasilkan

e. Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi CO2

menjadi gula

Siklus calvin : Terjadi di stroma, melalui 3 tahap:

Fiksasi karbon

Reduksi

Regenerasi akseptor CO2

4. Tumbuhan C4

Tanaman C4 meminimalkan keperluan fotorespirasi dengan cara menggabungkan CO2

ke dalam senyawa empat karbon di sel mesofil. Senyawa empat karbon tersebut

dieksport ke sel berkas pembuluh, dimana CO2 dilepaskan yang digunakan dalam

siklus Calvin

5. Tumbuhan CAM

Membuka stomatanya pada malam hari, menggabungkan CO2 ke dalam asam organik

selama siang hari, stomata tertutup. CO2 dilepaskan dari asam organik untuk

digunakan dalam siklus Calvin

Persamaan Umum Fotosintesis 6CO2 +6H20 + light and chlorophyll C6H1206 + 6O2

6. Metabolisme Energi

Sel mengekstraksi energi dari lingkungan autotrof : mengambil energi dari sinar

matahari pada proses fotosintesis tumbuh-tumbuhan dan mikroorganisme

berkhlorofil.

heterotrof : mengambil molekul berenergi/organik dari substrat/makanan

diantaranya dari sel autotrof.

Sel mensintesis makromolekul untuk menunjang aktifitas hidupnya (gerak dinamik,

pembelahan sel, reaksi-reaksi spesifik)

Kedua proses tsb dilakukan melalui reaksi-reaksi yang terintgrasi &

terorganisasi metabolisme


Satu Untuk UNM

Metabolisme: keseluruhan reaksi yang terjadi di dalam sel, meliputi proses

penguraian & sintesis molekul kimia yang menghasilkan & membutuhkan panas (enegi) serta

dikatalisis oleh enzim

Metabolisme meliputi:1) jalur sintesis (anabolisme/endorgenik) menggabungkan

molekul-molekul kecil menjadi makromolekul yang lebih kompleks; memerlukan energi yang

disuplai dari hidrolisis ATP 2) jalur degradatif (katabolisme/eksorgenik) memecah molekul

kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana; melepaskan energi yang dibutuhkan untuk

mensintesis ATP.

Makromolekul: komponen struktural & fungsional utama sel, terdiri dari:

Asam nukleat

Protein

Karbohidrat/ polisakarida

Lemak/ lipi

Sumber energi

Energi yang dilepaskan dari ikatan kimia nutrien ialah ATP, fosfokreatin, dan zat molekul

berenergi tinggi. Energi ini digunakan untuk transport dan kerja mekanik.

Sintesis

Makromolekul digunakan untuk mensintesis bahan dasar yang diperlukan untuk

pertumbuhan dan pertahanan sel dan jaringan.

Simpanan

Jika makanan yang kita makan melebihi kebutuhan tubuh untuk energi dan sintesis,

kelebihan nutien tersebut akan disimpan sebagai glikogen dan lemak. Simpanan ini

menyediakan energi saat puasa.

Bentuk nutrien yang diabsorbsi bergantung pada jenis makromolekulnya.

Makromolekul dari diet akan diubah menjadi 3 nutrient pools tubuh.

Nutrient pools ialah nutrien yang tersedia di dalam tubuh dan siap digunakan. Bahan-

bahan ini berada di dalam plasma.

7. KARBOHIDRAT

Sebagian besar diabsorbsi dalam bentuk glukosa.

Konsentrasi glukosa plasma paling penting karena hanya glukosa yang dapat

dimetabolisme oleh otak.

Komposisi karbohidrat dalam diet dianjurkan sebesar 55% dari total kalori.

Karbohidrat yang kita makan ada 2 jenis, yaitu:


Satu Untuk UNM

1) available carbohydrat yang dicerna, diabsorbsi, dan digunakan sebagai sumber

energi

2) unavailable carbohydrate yang menyuplai serat.

Jika kadar glukosa darah dalam batas normal sebagian besar jaringan

menggunakan glukosa sebagai sumber energi.

Kelebihan glukosa akan disimpan sebagai glikogen. Sintesis glikogen dari glukosa

disebut glikogenesis.

Simpanan glikogen terbatas sehingga kelebihan glukosa yang lain diubah menjadi

lemak (lipogenesis).

Jika kadar glukosa darah turun, tubuh mengubah glikogen kembali menjadi glukosa

(glikogenolisis)

Dengan menyeimbangkan metabolisme oksidatif, sintesis glikogen, pemecahan

glikogen, dan sintesis lemak, tubuh dapat mempertahankan kadar glukosa darah

dalam batas normal.

Jika homeostasis gagal dan glukosa darah melebihi kadar kritis (pada diabetes

mellitus), kelebihan glukosa akan diekskresi dalam urin.

Ekskresi glukosa dalam urin hanya terjadi jika ambang ginjal untuk reabsorbsi

glukosa terlampaui.

8. PROTEIN

Protein disusun oleh rangkaian asam amino yang dihubungkan dengan ikatan peptide

dan ikatan lainnya untuk membentuk struktur yang fungsional

Asam amino merupakan sumber utama untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis,

tetapi gliserol dari trigliserida juga dapat digunakan.

Glukoneogenesis dan glikogenolisis penting untuk memback up sumber glukosa pada

saat puasa.

9. LEMAK

Diabsorbsi terutama dalam bentuk asam lemak dan gliserol.

Asam lemak bentuk utama lemak di dalam darah.

Asam lemak esensial yang harus disuplai dari makanan ialah asam linoleat dan asam

lenolenat sebagai prekursor untyuk prostaglandin, tromboksan, dan leukotrien.

Zat ini dapat digunakan sebagai sumber energi oleh jaringan dan mudah disimpan

sebagai trigliserida di jaringan adiposa.


Satu Untuk UNM

Proporsi lemak dalam diet dianjurkan sebanyak 30% dari total kalori, berasal dari

saturated fat 10%, monosaturated fat 10%, dan dari polisaturated fat 10%.

Lipid yang kita makan dapat meningkatkan palatability of food dan menimbulkan rasa

kenyang.

Pengujian karbohidrat, lemak dan protein dalam bahan makakan dapat dilakukan

secara kualitatif dengan menggunakan peralatan dan bahan sederhana.


Satu Untuk UNM

KEGIATAN BELAJAR 2

BIOTEKNOLOGI

A. Bioteknologi

Bioteknologi mencakup proses-proses biologis oleh organisme yang dimanfaatkan

oleh dan untuk kepentingan manusia. Cakupan bioteknologi sangat luas, mulai dari proses

yang sangat tradisional hingga proses-proses biologis yang canggih dan sangat kompleks.

Menurut Soedigdo (1989), Bioteknologi adalah teknologi yang menerapkan prinsip-prinsip

sains dan teknologi dalam pemrosesan barang dan dalam pemberian pela-yanan yang

baik untuk masyarakat dengan menggunakan zat biologik.

Apapun batasan yang diberikan oleh para pakar, yang jelas dalam proses

bioteknologi terkandung tiga hal pokok yaitu (i) Agen biologis, (ii) Pendayagunaan secara

teknologis dan industrial, dan (iv) Produk dan jasa yang diperoleh. Agen biologi adalah

katalisator-katalisator biologi dengan kisaran yang luas, terutama dite-kankan pada

mikroorganisme, sel hewan maupun tumbuhan, termasuk enzim. Barang dan jasa meliputi

produk industri yang berupa pangan, minuman, obat-obatan, berbagai senyawa biokimia,

peniadaan pengaruh logam dalam mengolah limbah.

B. Ruang Lingkup Bioteknologi

Bioteknologi memiliki ruang lingkup yang sangat luas dan kompleks yang terkait

dengan sektor barang dan jasa. Bioteknologi yang terkait dengan barang dan jasa dari

sektor industri meliputi (Bull, 1982 dalam Sardjoko, 1991) sebagai berikut:

(1) Senyawa-senyawa kimia organik (etanol, aseton, butanol, asam organik, enzim, wangi-

wangian, polimer-polimer terutama polisakarida dan sebagainya.

(2) Bahan obat (antibiotika, vaksin, antibodi untuk diagnosis dan terapi, enzim untuk

diagnosis, penghambatan enzim, hormon, interferon dan vitamin).

(3) Bahan bakar (Bio gas dan biomassa)

(4) Bahan pangan, meliputi minuman (beralkohol, teh, dan kopi), produk hewani (susu, keju,

ikan, daging), jamur, pati, sirup glukosa dan fruktosa, modifikasi protein fung-sional, ragi

roti dan pektin), bahan pangan tambahan (antioksidan, pewarna, penyedap rasa dan

bau, dan pemantap) serta bahan penawar racun.

(5) Bahan untuk berbagai kegiatan pertanian (pakan, vaksin hewan, proses pengawet-an

pakan dan pembuatan kompos, pestisida, Rhizobium, dan inokulum lain untuk

penambatan nitrogen, inokulum mikoriza, kultur sel dan kultur jaringan untuk pengem-

bangan vegetatif, produksi embrio, dan penyempurnaan sifat-sifat genetis.


Satu Untuk UNM

(6) Bahan untuk pelayanan industri (penjernihan air, pengolahan limbah, sarana analis-is

dan sebagainya

C. Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern

Ada dua bioteknologi, yaitu bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern.

Dalam bioteknologi konvensional penerapan teknik biologi molekulernya masih terbatas

sedangkan pada bioteknologi modern ini penerapan biologi molekulernya sudah maju,

seperti penggunaan alat yang sudah cangih sampai manipulasi dan rekayasas genetika

dalam bidang pertanian.

Contoh bioteknologi konvensional adalah penggunaan galur tanaman alami yang

belum mengalami modifikasi sedangkan pada bioteknologi modern contoh yang nyata adalah

penggunaan tanaman transgenik yang membawa gen ketahanan terhadap hama dan

penyakit dan masih banyak lagi yang lain.

Kelebihan bioteknologi konvensional adalah lebih murah, teknologi yang digunakan

cukup sederhana, dan pengaruh jangka panjang sudah diprediksi. Untuk kekurangannya

yaitu didalam perbaikan genetiknya tidak terarah, hasil tidak dapat diperkirakan sebelumnya

dan kurang membantu mengatasi masalah seperti hama dan penyakit. Sedangkan kelebihan

dari bioteknologi modern adalah: perbaikan sifat genetik dapat dilakukan secara terarah,

hasilnya dapat diperhitungkan dan dapat menghasilkan sifat yang baru pada jasad yang

alami. Bioteknologi tradisional merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroba, proses

biokimia dan proses genetik secara alami, misalnya mutasi dan rekombinasi genetik.

Dalam bioteknologi modern orang berupaya dapat menghasilkan produk secara

efektif dan efisien. Dewasa ini, bioteknologi tidak hanya dimanfaatkan dalam industri

makanan tetapi telah mencakup berbagai bidang, seperti rekayasa genetika, penanganan

polusi, penciptaan sumber energi, dan sebagainya. Dengan adanya berbagai penelitian serta

perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makin besar manfaatnya

untuk masa-masa yang akan datang. Dengan menggunakan bioteknologi modern dapat

diketahui organisme yang akan digunakan dan hasil yang diperoleh. Dengan cara meneliti

jenis-jenis organisme yang akan digunakannya, manusia dapat memilih organisme yang

paling baik untuk memenuhi proses persyaratannya, dapat menyediakan tempat atau

lingkungan hidupnya sehingga sel-sel dalam organisme tersebut dapat tumbuh dengan baik

sehingga hasil produksinya dapat optimum.


Satu Untuk UNM

D. Rekayasa Genetika

Rekayasa genetika adalah serangkain teknik untuk mengisolasi, memodifikasi,

menggandakan dan merekombinasi gen dari organism-organisme berbeda. Teknik ini

memungkinkan para ahli genetika memindahkan gen diantara spesies yang dari golongan

berbeda (baik hewan, tumbuhan dan bahkan manusia) yang tidak mempunyai kemungkinan

kawin secara alamiah. Misalnya gen ikan bisa dimasukkan ke tomat, gen manusia bisa

dipindahkan ke babi.

Banyak percobaan membuktikan bahwa dengan rekayasa genetika fragmen DNA

manapun dapat disambungkan atau disisipkan ke genom species lain, bahwa spesies yang

jauh hubungan kekerabatannya. Rakayasa genetika merupakan teknik yang paling mutakhir

dalam bioteknologi. Rekayasa Genetika atau teknik DNA rekombinan dapat didefenisikan

sebagai : "Pembetukan rekombinan baru dari material yang dapat diturunkan dengan cara

penyisipan DNA dari luar kedalam suatu wahana (vektor), sehingga memungkinkan

penggabungan dan kelanjutan berkembang dalam host yang baru." Proses ini juga dikenal

sebagai " Gen Kloning " atau klon gen, sebab organisme yang secara genetik terbentuk

adalah identik dan membawa seluruh potongan DNA yang telah disisipkan, disamping itu

memperbanyak molekul yang baru dibentuk. Salah satu contoh rekayasa genetika yang

sudah berhasil adalah penyisipan/pemindahan DNA pembuat insulin pada manusia kedalarn

plasmida bakteri Echerichia coli.

Ada empat prinsip pengkloningan gen yaitu :

1. Penyiapan gen.

Gen bakteri yang dikloning pada umumnya didapat dari penyiapan total DNA

kromosom (kloning "penembakan") dengan cara membelah DNA dengan endonuklese

yang terbatas sehingga menghasilkan bagian masing-masing 4 kilobase (kb) dengan

ujung yang "lengket."

2. Penyisipan kedalam vektor

Vektor adalah replika yang akan memungkinkan gen untuk ditempatkan disel

induk (host cell) dan melibatkan plasmid pada bakteri induk. Plasmid adalah molekul

DNA berbentuk lingkaran kecil yang terdapat didalam bakteri disamping kromosom

utama plasmid mengandung unsur-unsur genetik yang tidak terikat pada kromosom

utama. Vekto plasmid harus memiliki tempat untuk endonuklease terbatas biasa dan

faktor antibiotik sehingga memungkinkan untuk memilih perubahan yang diinginkan.

Pemasangan DNA yang akan dikloning kedalam vektor plasmid disebut legasi dan

enzim yang berperan dalam pemasangan ini adalah enzim yang dipakai dimurnikan dari

E. Coli yang telah diinfeksi dengan T4. Didalam sel enzim ini berfungsi dalam perbaikan


Satu Untuk UNM

tiap skontinuitas yang mungkin timbul pada salah satu untai pada molekul untai ganda.

Selain itu, dalam tabung percobaan, ligase DNA yang dimurnikan juga akan

menyambungkan kedua ujung molekul yang sama.

3. Perubahan sel induk (Host Cell)

Campuran plasmid yang diperkenalkan kepada sel bakteri diperlukan secara

khusus sehingga sel mengambil DNA dalam proses perubahan sel induk. Setelah DNA

disisipkan didalam sel bakteri maka,DNA yang sudah disisipkan tersebut akan

dimasukkan lagi kedalam sel hidup misalnya kedalam sel bakteri kemudian ditumbuhkan

kedalam media tertentu. Didalam media, sel bakteri ini akan tumbuh dan berkembang

biak menghasilkan klon dan klon ini akan menghasilkan insulin.

4. Mendeteksi gen yang sudah di klon.

Ada tiga cara mendeteksi gen yang sudah diklon :

a. Pengujian berdasarkan informasi urutan asam amino protein yang di sandi.

b. Pengujian aktifitas biologis produk gen

c. Menggunakan antibodi khusus terhadap produk gen.

Klon yang tepat dapat dideteksi dengan menggunakan "probe" untuk goo itu sendiri.

Probe terdiri satu segmen pendek DNA yang diberi label radioaktif, dan memiliki urutan basa

nukleotida yang sesuai dengan urutan asam amino yang diketahui dati satu segmen protein.

Cara lain membuat klon ialah jika protein yang disandi gen dihasilkan dalam sel yang diklon,

ia dapat dideteksi dengan menggunakan uji antibodi khusus bagi protein yang disandi atau

dengan cara menguji aktifitas biologi protein dalam sel.

E. Rangkuman

Dari berbagai batasan di atas menunjukkan bahwa bioteknologi merupakan ilmu

terapan yang di dalamnya terkait dengan :

a) Proses produksi yang melibatkan rekayasa pengolahan barang dan jasa (penerapan

prinsip sains dan teknologi).

b) Menggunakan agen biologi.

c) Didalamnya melibatkan rekayasa pengolahan

d) Peningkatan dan efisiensi produksi

e) Sebagai proses biologi terapan

f) Untuk kesejahteraan masyarakat


Satu Untuk UNM

Dengan demikian bioteknologi dapat dirumuskan sebagai penerapan prinsip-prinsip

sains dan teknologi di dalam proses produksi yang melibatkan agen biologi dan rekayasa

pengolahan dalam peningkatan dan efisiensi produksi untuk kepentingan umat manusia

Ruang lingkup bioteknologi mencakup aspek yang sangat luas, meliputi terapan

proses-proses biologis dalam produksi bahan pangan dan minuman, produksi senyawa-

senyawa kimia, produksi bioenergi, upaya peningkatan hasil pertanian, upaya pemeliharaan

kesehatan masyarakat hingga pengolahan limbah. Dari proses produksi secara tradisional

hingga pemamfaatan teknologi DNA rekombinan yang sangat canggih dan moderen.

Bioteknologi tradisional adalah bioteknologi yang tidak dikembangkan yang

berlangsung secara turun temurun berdasarkan tradisi, sedangkan bioteknologi modern

adalah bioteknologi yang dikembangkan dengan memanfaatkan antara lain teknik DNA

rekombinan.

Dengan ringkas rekayasa genetik dapat dibuat sebagai berikut :

1. DNA yang diambil dari sel penkreas, dipotong dengan enzim endonuklease restriksi

2. Isolasi DNA plasmid, lalu DNA plasmid dipotong enzim endonuklease

3. Kemudian DNA yang sudah dipotong, disisipkan kedalam DNA plasmid yang juga sudah

dipotong. Penyisipan ini dibantu oleh enzim ligase DNA.

Setelah disisipkan maka plasmid dimasukkan kedalam sel bakteri, dan ditumbuhkan

dalam media tertentu, agar dapat tumbuh dan berkembang biak serta menghasikan klon

yang menghasilkan insulin.

Kasus

Setiap hari manusia modern diperhadapkan dengan berbagai produk bioteknologi

yang dapat digunakan dalam memenuhi kebutuhan sehari-hari. Misalnya produk bioteknologi

dalam bidang kesehatan dan farmasi, dalam bidang pertanian/kehutanan, dalam bidang

pangan (makanan dan minuman), dalam bidang lingkungan, dan dalam pelestarian

keanekaragaman hayati, dan bahkan dalam bidang kriminal. Produk-produk bioteknologi

tersebut dihasilkan berdasarkan prinsip-prinsip ilmiah, baik secara konvensional, maupun

secara modern.

Latihan 5

Lakukan analisis terhadap prinsip-prinsip ilmiah yang diterapkan dalam menghasilkan

produk-produk dan jasa bioteknologi yang disebutkan dalam kasus di atas, kemudian buatlah

deskripsi lengkap tentang prinsip-prinsip ilmiah tersebut dan tentukan kategori konvensional

atau modern. Selanjutnya rancang sebuah percobaan bioteknologi sederhana dengan


Satu Untuk UNM

menggunakan sumberdaya yang ada disekitar anda. Kerjakan secara berkelompok dalam

waktu 2 jam termasuk presentasinya.

Untuk memperkaya khasanah sumber bacaan anda, silahkan mencermati modul

biologi (pdf) yang terdapat dalam situs PSG Rayon 24 UNM Makassar.

Latihan 6

Kemajuan di bidang bioteknologi tak lepas dari berbagai kontroversi yang melingkupi

perkembangan teknologinya. Sebagai contoh, teknologi kloning dan rekayasa genetika

terhadap tanaman pangan mendapat kecaman dari bermacam-macam golongan. Efek

negatif dari bioteknologi tidaklah banyak terungkap contohnya. Namun dari berbagai data

dan analisis yang ada, bioteknologi meskipun menawarkan banyak keuntungan dan

pengaplikasian dalam bidang pertanian dan pemrosesan atau produksi makanan, tetaplah

dapat memiliki berbagai resiko.

Diskusikanlah keempat topic di bawah ini dan tuliskan pendapat Anda.

1. Saat ini dengan pesatnya kemajuan bioteknologi terutama dalam rekayasa genetika,

manusia dapat membuat bakteri yang dapat menguraikan bahan-bahan limbah

berbahaya dalam tanah (bioremedasi). Namun karena organisme baru tersebut tidak

tercipta dari proses evolusi ataupun seleksi alam, perlu diperhatikan adanya

kemungkinan interaksi dengan ekosistem. Kemungkinan terjadinya efek ekologis

sangatlah sulit dievaluasi mengingat bahwa pada bakteri tanah sering terjadi pertukaran

material genetik (bahkan antar spesies). Bagaimana pendapat Anda mengani masalah

tersebut khususnya bila dikaitkan dengan lingkungan hidup?

2. Penggunaan bioteknologi pada bidang pertanian menjadikan produk hasil pertanian

merupakan tanaman unggulan. Peran bioteknologi dalam menghasilkan tanaman

unggulan ini melalui rekayasa dari genetik tumbuhan. Hal ini akan berakibat pada

penurunan biodiversitas akibat penurunan tingkat keberagaman dari tumbuhan, karena

melalui bioteknologi tanaman yang direkayasa akan memiliki sifat genetik yang kurang

lebih sama. Bagaimana pendapat Anda bila masalah tersebut dikaitkan dengan

peklestarian plasma nutfah?

3. Adanya kemungkinan tanaman transgenik yang tahan hama menyerang spesies lainnya.

Contoh kasusnya adalah pada Bt-crops yang merupakan tanaman yang mengandung gen

pengkode protein insektisidal yang asalnya berasal dari bakteri Bacillus thuringensis.

Pada percobaan di laboratorium menunjukkan serbuk sari (polen) dari Bt-crops dapat

membunuh larva kupu-kupu Monarch. Menurut Anda perlukah hal ini diterapkan di

Indonesia?


Satu Untuk UNM

4. Pada umumnya tanaman transgenik akan membawa gen buatannya dalam serbuk sari.

Terdapat kemungkinan adanya transfer genetik dari tanaman transgenik ke tanaman

aslinya (wild type). Hal seperti ini sebenarnya tidaklah transgenik terpenuhi pada

tanaman wild type yang mengalami transfer genetik. Menurut Anda apakah peristiwa

tersebut merugikan?

Latihan 7

Kasus: Bioteknologi modern dicirikan dengan proses yang rumit dan abstrak. Guru

seringkali gagal menanamkan pemahaman yang utuh tentang tahapan dalam proses

pembuatan produk bioteknologi modern yang menggunakan DNA rekombinan. Tugas anda

adalah melakukan kajian kritis melalui diskusi dan resume materi, sehingga anda dapat

menghubungkan proses pembuatan suatu produk bioteknologi modern yang menggunakan

DNA rekombinan dengan kemungkinan resiko yang akan terjadi. Alokasi waktu untuk tugas

latihan ini adalah 1 jam pelajaran

Jika hendak memperkaya khasanah sumber bacaan anda, silahkan mencermati

modul biologi (pdf) yang terdapat dalam situs PSG Rayon 24 UNM Makassar.


Satu Untuk UNM

KEGIATAN BELAJAR 3

STRUKTUR DAN FUNGSI SEL

A. Komponen umum dari semua sel

Semua sel, apakah mereka prokariotik atau eukariotik, memiliki beberapa komponen

yang umum. Komponen umum dari sel prokariot dan eukariot adalah

DNA, materi genetik yang tersimpan dalam satu atau lebih kromosom dan terletak di

dalam nukleoid tanpa membran pada prokariot dan nukleus bermembran pada eukariot.

Membran plasma, sebuah fosfolipid yang terdiri dari 2 lapisan dengan protein yang

memisahkan sel dengan lingkungan sekitarnya dan berfungsi sebagai penyaring yang

selektif dalam keluar masuknya materi dari sel.

Sitoplasma, semua materi pada sel di dalam membran plasma, selain wilayah nukleoid

atau nukleus, terdiri dari cairan yang dinamakan sitosol dan organel berbagai partikel lain

termasuk di dalamnya.

Ribosom, organel tempat sintesis protein.

B. Komponen sel prokariotik

Prokariot, termasuk di dalamnya adalah semua bakteri dan archaea (archaebacteria),

adalah organisme seluler yang paling sederhana. Sel prokariotik, pada dasarnya berbeda

dalam organisasi internalnya dibandingkan sel eukariotik, khususnya, sel prokariotik tidak

memiliki nukleus dan organel bermembran.

Sel prokariotik memiliki beberapa komponen:

1. Materi genetik (DNA) terletak pada daerah yang dinamakan nukleoid yang tanpa

membran mengelilinginya.

2. Sel memiliki sejumlah ribosom yang berfungsi dalam sintesis protein

3. Bagian tepi sel adalah membran plasma. Pada beberapa prokariot, membran plasma

melekuk membentuk struktur yang dinamakan mesosom, yang mana fungsinya belum

jelas dipahami.

4. Di luar membran plasma, pada sebagian besar bakteri memiliki dinding yang kaku yang

memberikan bentuk bakteri tersebut. Dinding bakteri terdiri dari peptidoglikan. Kadang-

kadang terdapat kapsul luar. Catatan bahwa dinding sel pada prokariot berbeda secara

kimiawi dibandingkan pada sel eukariot yaitu sel tumbuhan dan protista.

5. Beberapa bakteri memiliki flagel yang berfungsi dalam pergerakannya dan/atau fili yang

dapat digunakan untuk menempelkan dua bakteri dan mungkin membantu dalam

transfer materi genetik.


Satu Untuk UNM

C. Komponen sel eukariotik

Sel eukariotik memiliki nukleus dan organel bermembran (seperti mitokondria,

lisosom, badan golgi) yang tidak ditemukan pada prokariot. Nukleus dibatasi oleh membran

inti, yang memiliki pori tempat keluar-masuknya materi. Hewan, tumbuhan, jamur dan

protista semuanya termasuk dalam eukariot. Sel eukariotik adalah lebih kompleks

dibandingkan sel prokariotik dan ditemukan dalam berbagai perbedaan mendasar.

D. Siklus Sel

Umumnya, sebelum suatu sel mengalami pembelahan, sel-sel terlebih dahulu

mengalami pertumbuhan hingga mencapai ukuran tertentu. Setiap sel mengalami dua

periode yang penting dalam siklus hidupnya, yaitu periode interfase atau periode non

pembelahan dan periode pembelahan sel (M) yang menghasilkan sel-sel baru.

Kedua periode tersebut secara umum dikenal dengan nama siklus sel. Dengan kata lain,

kegiatan yang terjadi dari satu pembelahan sel ke pembelahan sel berikutnya disebut siklus

hidup (daur) sel .

Interfase terdiri atas tiga fase, yaitu: G1 (Gap pertama), S (Sintesis DNA), dan G2

(Gap kedua), Pada fase G1, sel anak mengalami pertumbuhan, pada fase S terjadi replikasi

dan transkripsi DNA; sedangkan pada fase G2, merupakan fase post sintesis, dimana sel

mempersiapkan diri untuk membelah. Pembelahan sel meliputi dua tahapan yaitu :

kariokinesis atau mitosis dan sitokinesis. Perlu diingat bahwa apabila pembelahan sel

menghasilkan dua buah sel anak yang tidak sama besarnya, maka G1 bagi sel anak yang

kecil lebih lama daripada sel anakan yang besar.

Puncak siklus hidup sel yaitu pembelahan sel, yang secara umum diberi tanda M yang

berarti fase mitosis. Pada waktu yang singkat kromatin di dalam inti sel induk memampat

membentuk kromosom, untuk kemudian bersama-sama dengan seluruh isi sel, dibagi dua ke

masing-masing sel anak. Selama periode interfase, kromosom tidak tampak disebabkan

karena materi kromosom dalam bentuk benang-benang kromatin, dan komponen-komponen

makromolekulnya didistribusikan di dalam inti. Selama siklus sel terjadi perubahan-

perubahan yang sangat dinamis. Perubahan-perubahan tersebut terutama komponen-

komponen kimia dari sel seperti DNA, RNA, dan berbagai jenis protein. Duplikasi DNA

berlangsung selama periode khusus dari interfase yang disebut fase sintesis atau periode S.

Periode sintesis didahului oleh periode G1 dan diikuti oleh periode G2.

Dalam Kasus Pembelajaran Biologi Sekolah Menengah, seorang guru menginginkan

muridnya menguasai struktur dan fungsi sel secara komprehensif sampai dengan tahapan-


Satu Untuk UNM

tahapan pembelahan sel. Untuk itu sang guru perlu merekonstruksi rincian materi struktur

dan fungsi sel serta pembelahannya.

Latihan 8

Diskusikan intensif dalam kelompok agar dapat Anda dapat merekonstruksi tertulis

materi (i) perbedaan sel prokariot dengan sel eukarit, (ii) perbedaan sel tumbuhan dengan

sel hewan, (iii) hubungan struktur organel-organel sel tumbuhan/hewan dengan fungsinya,

(iv) hubungan sifat genetic sel anak hasil pembelahan dengan tipe pembelahan sel, (v) dan

hubungan tipe pembelahan sel dengan siklus sel. Selanjutnya diskusikan secara klasikal hasil

rekunstruksi materi Anda. Alokasi waktu untuk kegiatan ini adalah 2 jam pelajaran.

Jika hendak memperkaya khasanah sumber bacaan anda, silahkan mencermati

modul biologi (pdf) yang terdapat dalam situs PSG Rayon 24 UNM Makassar.


Satu Untuk UNM

KEGIATAN BELAJAR 4

KEANEKARAGAMAN HAYATI DAN INTERAKSINYA DENGAN LINGKUNGAN

A. Keanekaragaman Hayati

Keanekaragaman hayati atau biodiversitas (Bahasa Inggris: biodiversity) adalah suatu

istilah pembahasan yang mencakup semua bentuk kehidupan, yang secara ilmiah dapat

dikelompokkan menurut skala organisasi biologisnya, yaitu mencakup gen, spesies

tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme serta ekosistem dan proses-proses ekologi dimana

bentuk kehidupan ini merupakan bagiannya.

Keanekaragaman hayati yang ditemukan di bumi adalah hasil dari miliaran tahun

proses evolusi. Asal muasal kehidupan belum diketahui secara pasti dalam sains. Hingga

sekitar 600 juta tahun yang lalu, kehidupan di bumi hanya berupa archaea, bakteri,

protozoa, dan organisme uniseluler lainnya sebelum organisme multiseluler muncul dan

menyebabkan ledakan keanekaragaman hayati yang begitu cepat, namun secara periodik

dan eventual juga terjadi kepunahan secara besar-besaran akibat aktivitas bumi, iklim, dan

luar angkasa. Keanekaragaman hayati dapat terjadi pada berbagai tingkat kehidupan, mulai

dari organisme tingkat rendah sampai organisme tingkat tinggi. Misalnya dari mahluk bersel

satu hingga mahluk bersel banyak; dan tingkat organisasi kehidupan individu sampai tingkat

interaksi kompleks, misalnya dari spesies sampai ekosistem

Perbedaan dan persamaan makhluk hidup dalam Biologi disebut variasi makhluk

hidup. Misalnya; manusia sama-sama mempunyai hidung, pipi, dan rambut, akan tetapi

kesemuanya menunjukkan sifat dan ciri khas dari masing-masing individu. Ada yang

berhidung mancung dan ada yang tidak mancung, ada yang berlesung pipi dan ada yang

tidak berlesung pipi, ada yang berambut keriting dan ada yang tidak berambut keriting.

Demikian pula halnya dengan variasi pigmen warna kulit manusia dan sejumlah sifat/ciri

lainnya.

B. Dasar-dasar Pengelompokan Makhluk Hidup

a. Tujuan Klasifikasi Makhluk Hidup

Beberapa tujuan dari klasifikasi makhluk hidup antara lain adalah :

1. untuk mempermudah pengenalan terhadap makhluk hidup

2. untuk mempermudah obyek penyelidikan

3. untuk menyederhanakan obyek yang beranekaragam

Berdasarkan ketiga tujuan diatas dapat dinyatakan bahwa tujuan utama dari

klasifikasi adalah untuk menyederhanakan obyek tertentu, yang dilakukan dengan mencari

keseragaman-keseragaman tertentu, dan berdasarkan banyak sedikitnya keseragaman


Satu Untuk UNM

tersebut dibentuklah kelompok (satuan-satuan) yang ditata dengan urutan dan tingkatan

tertentu.

b. Dasar-Dasar Klasifikasi Makhluk Hidup

Telah dijelaskan bahwa antara makhluk hidup yang satu dengan makhluk hidup yang

lainnya terdapat persamaan dan perbedaan. Berdasarkan persamaan dan perbedaan

tersebut makhluk hidup dikelompokkan atau diklasifikasikan. Makhluk hidup yang

mempunyai persamaam ciri disatukan dalam satu kelompok. Karena dalam persamaan ciri

tersebut masih ada ditemukan lagi perbedaan, maka diadakan pengelompokan yang lebih

kecil lagi dan seterusnya.

Dengan berkembangnya berbagai cabang Biologi muncullah sistem klasifikasi modern

yang dibuat oleh Carolus Linnaeus (1707-1778) yang cara klasifikasinya didasarkan pada

kesamaan ciri struktur, dengan sistem pemberian nama untuk setiap makhluk hidup dengan

dua perkataan (sistem tata nama ganda atau Binomium Nomenclatur).

Menurut Carolus Linnaeus makhluk hidup dibagi ke dalam dua kelompok besar

yaitu dunia hewan dan dunia tumbuhan, yang selanjutnya masing-masing dunia dibagi lagi

ke dalam beberapa kelompok yang lebih kecil. Berikut ini ditunjukkan sistem klasifikasi

tumbuhan dan hewan.

Sistem Klasifikasi Organisme

Dunia Tumbuhan (Plantae) Dunia Hewan (Animal)

1. Kingdom = Kerajaan 1. Kingdom = Kerajaan

2. Divisio = Divisi 2. Phylum = Filum

3. Classis = Kelas 3. Classis = Kelas

4. Ordo = Bangsa 4. Ordo = Bangsa

5. Familia = Suku 5. Familia = Suku

6. Genus = Marga 6. Genus = Marga

7. Species = Jenis 7. Species = Jenis

Berikut ini contoh penggunaan sistem klasifikasi organisme menurut Carolus Linnaeus

yang dipakai sampai sekarang.

Dunia Tumbuhan (Plantae) Dunia Hewan (Animal)

1. Kingdom = Plantarum 1. Kingdom = Animalia

2. Divisio = Spermatophyta 2. Phylum = Vertebrata

3. Classis = Monokotil 3. Classis = Aves

4. Ordo = Arales 4. Ordo = Columbiformes

5. Familia = Araceae 5. Familia = Columbidae


Satu Untuk UNM

6. Genus = Colocasia 6. Genus = Columba

7. Species = esculenta 7. Species = livia

Sistem tata nama Binomium Nomenclatur untuk makhluk hidup mengatur bahwa

nama setiap makhluk hidup terdiri dari dua kata yang ditulis dengan huruf miring atau

digaris bawahi. Kata yang pertama menunjukkan genus (nama marga) dan kata kedua

(belakang) menunjukkan species (nama jenis). Contoh nama untuk salah satu jenis kopi

(kopi arabika) adalah Coffea arabica . Kata Coffea adalah nama marga (genus) sedangkan

arabica adalah nama jenis (species). nama seperti ini disebut nama ilmiah artinya nama

untuk setiap jenis makhluk hidup sama di seluruh dunia, yang umumnya diambil dari bahasa

Latin.

c. Kunci Dikotom dan Cara Penggunaannya

Pembagian organisme menjadi dua kelompok didasarkan pada ciri-ciri yang

berlawanan dari organisme yang diamati. Cara pengelompokan semacam ini disebut sistem

dikotom atau kunci determinasi. Contoh kunci determinasi sistem dikotom pada tumbuhan

sebagai berikut :

1. a. Tidak berhijau daun ..................................................................... 2

b. Berhijau daun .............................................................................. 3

2. a. Berbunga .................................................................................... 4

b. Tidak berbunga ........................................................................... 5

3. a. Tulang daun menyirip atau menjari ............................................... 6

b. Tulang daun tidak menyirip atau tidak menjari ............................... 7

4. a. Sporangium pada permukaan daun ............................................... 8

b. Sporangium tidak pada permukaan daun ....................................... 9

Penggunaan kunci determinasi sistem dikotom pada hewan dapat dilihat pada kunci

sederhana berikut ini.

1. a. Bertulang punggung ............................................ 2

b. Tak bertulang punggung ..................................... 6

2.a. Menyusui anaknya ................................................ Mamalia

b. Tidak menyusui anaknya ...................................... 3

3.a. Tubuhnya ditutupi bulu ......................................... Unggas

b. Tubuhnya tidak ditutupi bulu ................................. 4

4.a. Bergerak dengan sirip ............................................ Ikan

b. Bergerak tidak dengan sirip ................................... 5


Satu Untuk UNM

5.a. Kulitnya selalu basah ............................................. Amphibia

b. Kulitnya tidak selalu basah .................................... Reptilia

6.a. Mempunya rangka luar .......................................... Arthropoda

b. Tidak mempunyai rangka luar. Vermes (Cacing)

Untuk dapat menggunakan kunci determinasi sistem dikotom, perlu diperhatikan

cara/ hal-hal berikut ini.

a. Harus mengetahui nama-nama organisme/makhluk hidup yang diamati

b. Ciri bagian tubuh yang diamati disesuaikan dengan ciri yang ditunjukkan dalam kunci

determinasi sistem dikotom

c. Ikuti tahap demi tahap agar setiap makhluk hidup mempunyai nomor kunci dikotom

sendiri-sendiri

d. Makin jauh hubungan kekerabatannya makin kurang nomor yang sama yang dimiliki

e. Makin dekat hubungan kekerabatannya makin banyak nomor yang sama yang

dimiliki.

Berikut ini adalah contoh penggunaan kunci determinasi tersebut. Dengan

menggunakan kunci determinasi sistem dikotom di atas, kelompokkanlah tumbuhan berikut

ini.

No Nama Tumbuhan Urutan Nomor Kunci Determinasi Dikotom

01 Jamur Tempe 1a.

02 Paku Suplir 1b, 2b, 4a.

03 Mangga 1b, 2a, 3a.

04 Pisang 1b, 2a, 3a.

05 Jagung 1b, 2a, 3b.

06 Lumut Hati 1b, 2b, 4b.

07 Jamur Roti ...

08 Padi ...

09 Tebu ...

10 Lengkuas ...

C. Rangkuman

Keanekaragaman hayati (biodiversity atau biological diversity) meliputi semua

organisme mulai dari organisme bersel tunggal hingga organisme tingkat tinggi. Di dunia

terdapat lebih dari 1.75 juta jenis dari organisme yang diketahui. Sampai saat ini pun

penggolongan jenis dari organisme belum sepenuhnya mengungkapkan seluruh jenis hewan,

tumbuhan dan mikrorganisme yang ada di dunia.


Satu Untuk UNM

Makhluk hidup sangat bervariasi. Variasi tersebut dapat dijumpai dalam satu individu

atau individu yang berbeda dalam satu species atau individu yang berbeda dalam species

yang berbeda. variasi pada individu yang berbeda dinamakan keanekaragaman.

Keanekaragaman makhluk hidup mencakup keanekaragaman tumbuhan maupun hewan

yang ada di dalamnya. Adanya keanekaragaman menyebabkan perlunya pengelompokan

makhluk hidup agar lebih mudah mengenal dan mempelajarinya. Pengelompokan tersebut

dinamakan klasifikasi dengan taksa terendah adalah species (jenis), genus (marga), Familia

(suku), ordo (bangsa), kelas, divisi atau filum dan kingdom.

Kasus; sebagai calon guru profesional, Anda diminta membuat kunci determinasi

sederhana, kemudian membuat pengelompokan tumbuhan disekitar tempat PLPG

berdasarkan persamaan dan perbedaan karakteristik tubuhnya. Selanjutnya Anda diminta

membuat skema daur hidup suatu spesies pada tingkatan taksa tertentu, kemudian

membuat perbandingan siklus hidup antar taksa tumbuhan. Kegiatan ini dapat anda lakukan

secara berkelompok.

Latihan 9

Kumpulkan 15 jenis tanaman yang berbeda di sekitar Anda.

a. Kelompokkan tanaman tersebut secara dikotomi menjadi dua kelompok tanaman

yang terpisah secara diskrit.

b. Berikan nomor secara dikotomis pada setiap kelompok himpunan tanaman (misal: 1a,

1b, dst).

c. Susunlah kunci determinasi tanaman yang telah Anda kelompokkan.

d. Gunakan kembali kunci determinasi yang telah Anda buat untuk mendeterminasikan

paling tidak 5 jenis tanaman berbeda.

e. Tuliskan nomor kunci determinasi setiap tanaman tersebut, dan jelaskan bagaimana

hubungan kekerabatan antara setiap tanaman.

D. Interaksi Makhluk Hidup dengan Lingkungannya

1. Konsep Ekologi

Berikut dikemukakan beberapa definisi atau pengertian dari kata ekologi. Kata ekologi

berasal dari bahasa yunani; oikos berarti rumah dan logos berarti imu. Jadi kata ekologi

secara harfiah dapat diartikan sebagai pengkajian mahluk hidup di rumahnya (Odum,

1973). Dalam kamus Websters Unabridged Dictionary; ekologi diartikan sebagai totalitas

atau pola hubungan antara mahluk hidup dan lingkungannya. Yang lebih umum lagi ekologi

dikenal sebagai salah satu cabang ilmu biologi yang mempelajari perihal antar hubungan


Satu Untuk UNM

pengaruh-mempengaruhi dan saling ketergantungan antara organsime dengan

lingkungannya.

Kendeigh (1980) memberikan takrif atau definisi ekologi sebagai kajian tentang

hewan dan tumbuhan dalam hubungannya antara satu mahluk hidup dengan mahluk hidup

yang lain dan antara mahluk hidup dengan lingkunganya. Krebs (1972) mengetengahkan

definisi yang lebih informative, terarah dan operasional. Menurut Krebs, ekologi merupakan

ilmu yang yang mempelajari interaksi-interaksi yang menentukan sebaran/agihan (distribusi)

dan kelimpahan organisme-organisme. Dalam definisinya itu faktor-faktor lingkungan telah

secara implisit tercakup dalam kata interaksi.

Organisme-organisme, baik yang berupa tumbuhan, hewan maupun mikrobia yang

dibahas dalam ekologi meliputi tiga tingkatan organisasi, yaitu: individu, populasi, dan

komunitas, yang masing-masing mempunyai keunikannya sebagai suatu satuan dari hasil

interaksi-interaksi dengan lingkungannya. Sehubungan dengan hal tersebut, maka

pemahaman mengenai suatu tingkatan tidak dapat menerangkan dengan sepenuhnya

fenomena dan kinerja dari tahapan lain yang dibentuknya maupun yang membentuknya.

Pembahasan ekologi tidak lepas dari pembahasan ekosistem dengan berbagai

komponen penyusunnya, yaitu faktor abiotik dan biotik. Faktor abiotik antara lain suhu, air,

kelembaban, cahaya, dan topografi, sedangkan faktor biotik adalah makhluk hidup yang

terdiri dari manusia, hewan, tumbuhan, dan mikroba. Ekologi juga berhubungan erat dengan

tingkatan-tingkatan organisasi makhluk hidup, yaitu populasi, komunitas, dan ekosistem

yang saling mempengaruhi dan merupakan suatu sistem yang menunjukkan kesatuan.

2. Habitat dan Relung Ekologi

Di alam atau dilingkungan sekitar kita dapat ditemui berbagai jenis mahluk hidup,

baik dari golongan hewan, tumbuhan ataupun mikroorganisme. Masalah kehadiran suatu

populasi hewan di suatu tempat dan penyebaran (distribusi) spesies hewan tersebut dimuka

bumi ini, selalu berkaitan dengan masalah habitat dan relung ekologinya. Habitat secara

umum menunjukkan bagaiman corak lingkungan yang ditempati populasi hewan, sedang

relung ekologinya menunjukkan dimana dan bagaimana kedudukan populasi hewan itu

relatif terhadap faktor-faktor abiotik dan biotik lingkungnya itu. Secara lebih sederhana

habitat diartikan sebagai tempat hidup dari mahluk hidup, atau diistilahkan juga dengan

biotop. Untuk mudahnya, habitat seringkali diibaratkan sebagai alamat dari populasi

hewan, sedang relung ekologi dimisalkan sebagai profesi di alamat itu. Setiap populasi

mahluk hidup menempati habitat atau biotope tertentu. Habitat suatu populasi hewan pada

dasarnya menunjukkan totalitas dari corak lingkungan yang ditempati populasi itu, termasuk


Satu Untuk UNM

factor-faktor abiotik berupa ruang, tipe substratum atau medium yang ditempati, cuaca dan

iklimnya serta vegetasinya.

3. Ekosistem

Ekosistem adalah suatu sistem ekologi yang terbentuk oleh hubungan timbal balik tak

terpisahkan antara makhluk hidup dengan lingkungannya. Ekosistem bisa dikatakan juga

suatu tatanan kesatuan secara utuh dan menyeluruh antara segenap unsur lingkungan hidup

yang saling mempengaruhi.Ekosistem merupakan penggabungan dari setiap unit biosistem

yang melibatkan interaksi timbal balik antara organisme dan lingkungan fisik sehingga aliran

energi menuju kepada suatu struktur biotik tertentu dan terjadi suatu siklus materi antara

organisme dan anorganisme. Matahari sebagai sumber dari semua energi yang ada. Dalam

ekosistem, organisme dalam komunitas berkembang bersama-sama dengan lingkungan fisik

sebagai suatu sistem. Organisme akan beradaptasi dengan lingkungan fisik, sebaliknya

organisme juga mempengaruhi lingkungan fisik untuk keperluan hidup. Semua komponen

tersebut berada pada suatu tempat dan berinteraksi membentuk suatu kesatuan ekosistem

yang teratur. Misalnya, pada suatu ekosistem akuarium, ekosistem ini terdiri dari ikan

sebagai komponen heterotrof, tumbuhan air sebagai komponen autotrof, plankton yang

terapung di air sebagai komponen pengurai, sedangkan yang termasuk komponen abiotik

adalah air, pasir, batu, mineral dan oksigen yang terlarut dalam air. Berdasarkan fungsinya

di dalam ekosistem, makhluk hidup dibedakan menjadi tiga golongan, yaitu produsen,

konsumen, dan dekomposer atau pengurai. Berdasarkan tingkat trofik , terbagi menjadi:

1. Produsen : organisme fotosintetik yang menggunakan energy cahaya untuk mensintesis

gula dan senyawa organik lainnya

2. Konsumen I atau primer: organisme yang memakan produsen (tumbuhan hijau).

3. Konsumen II atau sekunder: organisme yang memakan konsumen I atau primer.

4. Konsumen III atau tersier: organism yang memakan konsumen II atau sekunder.

Berdasarkan jenis makanannya, konsumen sebagai organisme heterotrof dibagi

menjadi:

1. Herbivora: hewan pemakan tumbuhan. Contoh: kerbau, kambing, belalang.

2. Karnivora: Hewan pemakan daging. Contoh: anjing, elang, harimau.

3. Omnivora: hewan pemakan segalanya. Contoh: tikus, ayam, luwak.

Lingkungan meliputi komponen abiotik (faktor-faktor kimia dan fisik tak hidup) dan

yang juga penting pengaruhnya pada organisme adalah komponen biotik (hidup), semua

organisme lain yang merupakan bagian dari lingkungan suatu individu. Abiotik atau

komponen tak hidup adalah komponen fisik dan kimia yang merupakan medium atau


Satu Untuk UNM

substrat tempat berlangsungnya kehidupan, atau lingkungan tempat hidup. Sebagian besar

komponen abiotik bervariasi dalam ruang dan waktunya. Komponen abiotik dapat berupa

bahan organik, senyawa anorganik, dan faktor yang mempengaruhi distribusi organisme,

yaitu:

1. Suhu. Proses biologi dipengaruhi suhu. Mamalia dan unggas membutuhkan energi untuk

meregulasi temperatur dalam tubuhnya.

2. Air. Ketersediaan air mempengaruhi distribusi organisme. Organisme di gurun

beradaptasi terhadap ketersediaan air di gurun.

3. Garam. Konsentrasi garam mempengaruhi kesetimbangan air dalam organisme melalui

osmosis. Beberapa organisme terestrial beradaptasi dengan lingkungan dengan

kandungan garam tinggi.

4. Cahaya matahari. Intensitas dan kualitas cahaya mempengaruhi proses fotosintesis.

Air dapat menyerap cahaya sehingga pada lingkungan air, fotosintesis terjadi di sekitar

permukaan yang terjangkau cahaya matahari. Di gurun, intensitas cahaya yang besar

membuat peningkatan suhu sehingga hewan dan tumbuhan tertekan.

5. Tanah dan batu. Beberapa karakteristik tanah yang meliputi struktur fisik, pH, dan

komposisi mineral membatasi penyebaran organisme berdasarkan pada kandungan

sumber makanannya di tanah.

6. Iklim. Iklim adalah kondisi cuaca dalam jangka waktu lama dalam suatu area. Iklim

makro meliputi iklim global, regional dan lokal. Iklim mikro meliputi iklim dalam suatu

daerah yang dihuni komunitas tertentu.

Komponen biotik meliputi organisme autotrof, heterotrof dan pengurai

1. Autotrof

Komponen autotrof terdiri dari organisme yang dapat membuat makanannya

sendiri dari bahan anorganik dengan bantuan energi seperti sinar matahari (fotoautotrof)

dan bahan kimia (kemoautotrof). Komponen autotrof berperan sebagai produsen. Yang

tergolong autotrof adalah tumbuhan berklorofil.

2. Heterotrof

Komponen heterotrof terdiri dari organisme yang memanfaatkan bahan-bahan

organik yang disediakan oleh organisme lain sebagai makanannya. Komponen heterotrof

disebut juga konsumen makro (fagotrof) karena makanan yang dimakan berukuran lebih

kecil. Yang tergolong heterotrof adalah manusia, hewan, jamur, dan mikroba.


Satu Untuk UNM

3. Pengurai

Pengurai atau dekomposer adalah organisme yang menguraikan bahan organik

yang berasal dari organisme mati. Pengurai disebut juga konsumen makro (sapotrof)

karena makanan yang dimakan berukuran lebih besar. Organisme pengurai menyerap

sebagian hasil penguraian tersebut dan melepaskan bahan-bahan yang sederhana yang

dapat digunakan kembali oleh produsen. Yang tergolong pengurai adalah bakteri dan

jamur. Ada pula pengurai yang disebut detritivor, yaitu hewan pengurai yang memakan

sisa-sisa bahan organik, contohnya adalah kutu kayu. Tipe dekomposisi ada tiga, yaitu:

a. aerobik : oksigen adalah penerima elektron / oksidan

b. anaerobik : oksigen tidak terlibat. Bahan organik sebagai penerima elektron /oksidan

c. fermentasi : anaerobik namun bahan organik yang teroksidasi juga sebagai penerima

elektron.

4. Tingkatan organisasi kehidupan dalam Ekologi

Hirarki berarti suatu penataan menurut skala dari yang terbesar ke yang terkecil atau

sebaliknya. Interaksi dan lingkungan fisik (energi dan materi) pada setiap tingkat

menghasilkan sistem-sistem dengan peran dan fungsi yang khas. Suatu sistem terdiri

dari komponen-komponen yang secara teratur berinteraksi dan berketergantungan yang

keseluruhannya membentuk kesatuan. Ekologi terutama memperhatikan tingkat-tingkat

sistem diatas tingkat organisme. Istilah-istilah yang dikenal dalam ekologi adalah

a. Individu berasal dari kata "in" yang artinya tidak dan "dividus" artinya dibagi-bagi.

Jadi individu mempunyai potensi untuk berkembang biak, karena memiliki sifat

keturunan. Individu dapat ditemui di sekitar kita seperti sebatang pohon di hutan,

sekuntum bunga di kebun, seekor burung bersarang di halaman belakang bahkan

seorang teman.

b. Suatu populasi (population) adalah kelompok individu organisme dari jenis yang sama

yang saling berinteraksi diantara individu-individu tersebut, yang hidup dalam suatu

daerah pada waktu tertentu. Misalnya populasi Orang Utan di Kalimantan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi ukuran populasi antara lain; kematian, kelahiran,

imigrasi, dan emigrasi.

c. Suatu komunitas (community) adalah sekelompok populasi dari berbagai jenis pada

suatu daerah tertentu. Komunitas ini dapat mencakup semua populasi di daerah

tersebut misalnya : semua tumbuhan, binatang dari jasad renik. Komunitas dapat

didefinisikan lebih sempit lagi sebagai suatu kelompok tertentu, seperti komunitas

paku, atau komunitas burung pemakan biji di suatu daerah tertentu.


Satu Untuk UNM

Ukuran populasi dalam ekosistem dipengaruhi oleh beberapa faktor

a. Tingkatan Trofik dan Piramida Ekologi

Hubungan makan dalam suatu ekosistem dapat dinyatakan sebagai tingkat trofik

atau tingkat makan. Tingkatan trofik pertama ditempati oleh produsen, tingkatan trofik

kedua adalah herbivora dan tingkatan yang lebih tinggi adalah karnivora. Semua biomassa

hidup dalam setiap tingkatan trofik dan jumlah energi yang ditransfer diantara tingkatan

trofik, dapat disusun menjadi biomassa piramida dan energi untuk ekosistem. Piramida

biomassa ditunjukkan oleh berat atau pengukuran material hidup organisme atau jumlah

energi yang ada di suatu waktu. Karena beberapa energi atau material berkurang dalam

setiap rantai, total masa yang mendukung setiap tingkatan dibatasi oleh laju dimana energi

disimpan sebelumnya. Secara umum biomassa produsen harus lebih besar daripada

biomassa herbivor yang didukungnya, dan biomassa herbivora lebih besar daripada

karnivora. Kenyataan ini menghasilkan piramida dengan slope bertingkat, khususnya untuk

komunitas terrestrial dan air dangkal dimana produsennya besar, akumulasi organik besar,

siklus hidup panjang dan laju panenan rendah. Meskipun untuk beberapa ekosistem piramida

biomassanya terbalik.

Produksi primer di ekosistem akuatik seperti danau dan laut terkonsentrasi pada alga

mikroskopik. Alga memiliki siklus hidup pendek, berganda secara cepat, mengakumulasi

sedikit materi organik, dan tereksploitasi berat oleh zooplankton herbivor. Dalam keadaan ini

panen tegakan rendah. Sebagai hasilnya, dasar piramida lebih kecil daripada struktur yang

didukungnya.

Jika produksi dinyatakan sebagai energi, piramida tidak hanya menunjukkan jumlah

energi yang mengalir disetiap tingkatan, tetapi yang lebih penting, adalah peran berbagai

organisme dalam pemindahan energi. Piramida energi disusun sebagai jumlah produksi

organisme per unit atau dinyatakan dalam bentuk yang berbeda sebagai laju makanan

melalui rantai makanan.

Piramida Ekologi dapat digambarkan dengan mendasarkan pada parameter jumlah

individu,biomassa & jumlah energi (C.E. Elton). Piramida lain yang banyak ditemukan

diliteratur ekologi adalah piramida jumlah. Bentuk piramida ini dikembangkan oleh Charles

Elton (1927), ia menunjukkan perbedaan besar dalam jumlah organisme dalam setiap

tingkatan rantai makanan. Hewan-hewan yang terletak pada ujung terendah dari rantai

makanan jumlahnya berlimpah. Jumlah karnivor menurun dengan cepat sampai pada

tingkatan rantai tertinggi. Piramida jumlah sering membingungkan dengan pengelompokan

organisme yang berbeda ukurannya.


Satu Untuk UNM

Piramida jumlah dapat berbalikan dengan biomassa organisme. Meskipun jumlah

organisme lebih besar, berat totalnya mungkin tidak sama atau lebih kecil dari organisme

yang lebih besar dalam jumlah kecil. Contoh satu ekor harimau memakan 4 ekor kelinci. Jika

ini dibuat piramida jumlah maka herbivornya lebih banyak daripda karnivor. Tetapi piramida

biomassa memberikan data yang lain, berat satu ekor harimau mungkin lebih berat daripada

empat ekor kelinci.

Jika digambarkan hubungan antara tahapan operasional ekosistem dengan jumlah

individu/biomassa/energi yang diterima organisme akan me

bioteknologi plpg

Documents