Download - Metabolisme Organisme
-
Kode Modul: 01.BIO-SMA-T.2005MODUL DIKLAT BERJENJANGJenjang Sekolah : SMABidang Studi : BiologiJenjang Diklat : Tinggi
METABOLISME ORGANISME
Penyusun : Drs. Deddy SuhardiPenyunting : Dra. Sumastri, M.Si
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALDIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAH
PUSAT PENGEMBANGAN DAN PENATARAN GURU ILMU PENGETAHUAN ALAM(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT CENTRE)
-
iKATA PENGANTAR
Pusat Pengembangan Penataran Guru Ilmu Pengetahuan Alam (PPPG IPA)sebagai lembaga diklat memiliki tugas pokok dan fungsi antara lain mengembangkandan meningkatkan kualitas pendidikan sains untuk tingkat SD, SMP, SMA, SMK ,dan SLB. Sebagai lembaga pengembang, PPPG IPA selalu berupaya meningkatkanperan dan fungsinya dengan mengembangkan standardisasi kompetensi tenagakependidikan, menerapkan standar pelayanan nasional, serta mengkaji danmengembangkan bahan diklat yang inovativ, aktual, dan sesuai dengan kebutuhanlapangan.
Modul adalah salah satu bahan diklat yang disusun untuk mengembangkanmodel-model pembelajaran sains untuk dikaji, dipahami, dan diimplementasikan olehguru-guru dalam proses pembelajaran, agar guru dan siswa lebih memahamibagaimana proses pemahaman sains. Oleh karena itu, pada proses belajarmengajar sains, guru harus berorientasi pada tiga hal pokok, sebagai berikut.1. Proses sains, siswa belajar dan memahami sains melalui pengamatan,
pengukuran, percobaan, menarik kesimpulan, dan lainnya.2. Struktur konsep sains yaitu: Fisika, Biologi, Kimia, dan IPBA.3. Kecakapan hidup siswa (life skills).
Berdasarkan tiga aspek tersebut, cara yang ditempuh adalah dengan lebihmengenalkan konsep-konsep sains dengan cara menggunakan model keterampilanproses sains dan bahan diklat yang sesuai.
Diharapkan modul ini dapat dimanfaatkan oleh guru-guru di sekolah, sehinggadapat meningkatkan kompetensi siswa dalam pembelajaran sains.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita dalam meningkatkanmutu pendidikan khususnya sains di Indonesia.
Bandung, November 2005Plh. Kepala PPPG IPA,
DDrs. Suryadi, M.MNIP. 131 070 737
-
ii
DAFTAR ISI
Halaman
Kata Pengantar...... i
Daftar Isi.. ii
Daftar Gambar iii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
A. Kompetensi Dasar ..... 1
B. Indikator. . 1
C. Deskripsi Singkat Materi ... 2
BAB II. METABOLISME ORGANISME 4
A. Metabolisme ... 5
B. Teknologi Makanan 26
BAB III. PENERAPAN DALAM PEMBELAJARAN . 32
BAB IV. RANGKUMAN 40
BAB V. EVALUASI .. 43
DAFTAR PUSTAKA ..... 47
-
iii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Mekanisme Reaksi Enzim-Substrat.. 6
Gambar 2. Skema Reaksi Kimia Glikolisis .. 9
Gambar 3. Skema Reaksi Kimia Dekarboksilasi Oksidatif 10
Gambar 4. Skema Masuknya Senyawa Selain Glukosa Ke Dalam
Proses Glikolisis...
10
Gambar 5. Skema Siklus Krebs. 11
Gambar 6. Skema Sistem Transpor Elektron.. 13
Gambar 7. Skema Jalur Glikolisis pada Respirasi Anaerob. 14
Gambar 8. Irisan Suatu Kloroplas yang Menunjukkan Tiga Dimensi.. 17
Gambar 9. Diagram Struktur dalam Satu Grana yang Berlapis-lapis. 18
Gambar 10. Diagram Spektrum Elektromagnetik. 19
Gambar 11. Proses Fotosintesis. 20
Gambar 12. Diagram Fotosistem Siklik.. 21
Gambar 13. Diagram Fotosistem Non Siklik.. 22
Gambar 14. Skema Siklus Calvin 24
Gambar 15. Ikhtisar Perubahan PGAL menjadi Zat Lain-lain. 26
-
1BAB IPENDAHULUAN
Setiap makhluk hidup, di dalam tubuhnya selalu terjadi proses
metabolisme. Perlu diketahui bahwa istilah metabolisme sendiri berasal dari
bahasa Yunani, yaitu metabole yang artinya perubahan. Jadi, metabolisme
adalah proses-proses reaksi kimia yang melibatkan energi dan enzim secara
keseluruhan di dalam sel.
Metabolisme dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu katabolisme
dan anabolisme. Katabolisme adalah proses perombakan (pembongkaran)
senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan
enzim. Contoh: respirasi sel. Anabolisme adalah proses penyusunan (sintesis)
dari senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks dengan bantuan enzim.
Contoh: fotosintesis.
Uraian materi pokok tentang Metabolisme Organisme diberikan untuk
siswa Kelas XII , Semester 1, di Sekolah Menengah Atas.
A. Kompetensi DasarSetelah mempelajari modul ini diharapkan peserta mampu menganalisis
proses metabolisme organisme dan implikasinya pada sains, lingkungan,
teknologi, dan masyarakat (salingtemas).
B. IndikatorSetelah mempelajari modul tentang Metabolisme Organisme diharapkan
peserta mampu:
1. menjelaskan mekanisme metabolisme di dalam tubuh organisme yang
melibatkan energi dan enzim;
2. membedakan proses katabolisme dan anabolisme yang terjadi di dalam
tubuh secara singkat;
3. mengidentifikasi enzim-enzim yang berperan dalam katabolisme gula;
4. menjelaskan proses-proses enzimatis pada katabolisme gula;
5. mengidentifikasi hasil-hasil katabolisme amilum;
6. mengidentifikasi enzim-enzim yang berperan dalam anabolisme karbohidrat;
-
27. menjelaskan proses-proses enzimatis dalam anabolisme karbohidrat;
8. mengidentifikasi hasil-hasil anabolisme karbohidrat;
9. menjelaskan penyebab lemak menghasilkan energi lebih besar
dibandingkan dengan karbohidrat dan protein untuk jumlah berat yang
sama;
10.menjelaskan penyebab protein menghasilkan energi setara dengan
karbohidrat untuk jumlah berat yang sama;
11.mengumpulkan informasi mengenai teknologi makanan berkadar gula
rendah;
12.mengumpulkan informasi teknologi pengawetan makanan berkaitan dengan
perolehan sumber makanan utama (karbohidrat, lipida, dan protein yang
berkualitas tinggi);
C. Deskripsi Singkat MateriMetabolisme organisme dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu
proses katabolisme dan anabolisme. Di dalam metabolisme organisme, terjadi
proses perombakan dan penyusunan molekul-molekul dengan melibatkan
berbagai macam enzim serta membebaskan atau membutuhkan energi
Uraian singkat substansi materi pokok Metabolisme Organisme dalam
modul ini adalah sebagai berikut.
Deskripsi tentang mekanisme metabolisme yang melibatkan energi dan
enzim; perbedaan antara katabolisme dan anabolisme; enzim-enzim yang
berperan dalam katabolisme gula dan amilum.
Deskripsi tentang enzim-enzim yang berperan dalam anabolisme
karbohidrat; proses-proses enzimatis dalam anabolisme karbohidrat dan
identifikasi hasil-hasil anabolisme karbohidrat.
Deskripsi tentang lemak sebagai penghasil energi lebih besar daripada
protein dan karbohidrat; teknologi makanan berkadar gula rendah; teknologi
pengawetan makanan; dan teknologi suplemen makanan.
Penerapan materi ini dalam pembelajaran Biologi di SMA yang
dilengkapi dengan kegiatan praktikum. Hal ini bertujuan untuk mempermudah
guru dalam membelajarkan tentang katabolisme dan anabolisme kepada siswa.
-
3Rangkuman tentang metabolisme organisme, yaitu meliputi konsep-
konsep penting dari uraian tersebut.
Akhir dari uraian materi ini diberikan evaluasi yang bertujuan sampai
sejauh mana materi tersebut dipahami.
-
4BAB IIMETABOLISME ORGANISME
Semua makhluk hidup yang ada di muka Bumi ini memerlukan energi.
Energi tersebut dalam kehidupan sehari-hari digunakan untuk bergerak,
mencari makanan, mengeluarkan sisa-sisa pencernaan makanan, menanggapi
rangsang, dan melakukan reproduksi. Tanpa energi, semua proses kehidupan
akan terhenti. Jadi, dari mana energi itu diperoleh makhluk hidup?
Sumber energi utama bagi makhluk hidup di Bumi adalah Matahari.
Energi Matahari dimanfaatkan tumbuhan hijau dalam proses fotosintesis,
kemudian energi itu diubah ke dalam bentuk persenyawaan kimia, yaitu dalam
bentuk glukosa (C6H12O6). Selanjutnya, glukosa diubah menjadi amilum,
protein, lemak, dan berbagai persenyawaan organik.
Persenyawaan kimia tersebut menjadi bahan makanan bagi makhluk
hidup heterotrof. Semua makhluk hidup, baik tumbuhan maupun hewan,
memanfaatkan karbohidrat untuk dioksidasi menjadi karbon dioksida, air, dan
energi. Jadi, energi matahari ditangkap oleh tumbuhan dan diubah menjadi
persenyawaan kimia. Selanjutnya, energi kimia yang tersimpan dalam
tumbuhan berpindah ke makhluk hidup lain ketika tumbuhan dimakan oleh
hewan. Di dalam tubuh makhluk hidup terjadi terjadi perombakan menjadi
berbagai senyawa kimia untuk kelangsungan hidupnya.
Berdasarkan Hukum Termodinamika, energi tidak dapat diciptakan dan
tidak dapat dimusnahkan. Akan tetapi, energi dapat diubah dari bentuk yang
satu ke bentuk yang lain, yaitu yang disebut transformasi energi. Makhluk hidup
mampu melepaskan transformasi energi melalui reaksi kimia yang berlangsung
dalam sel tubuh.
Dalam proses transformasi energi tersebut, sebagian energi berubah
menjadi energi panas. Misalnya, panas tubuh manusia atau hewan. Sebagian
lagi, energi diubah ke dalam bentuk senyawa kimia yang lain. Jika makhluk
hidup itu mati, maka semua energi panas dibebaskan ke lingkungan. Reaksi-
reaksi kimia apa sajakah yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup?
Untuk lebih jelasnya, Anda dapat pelajari pada uraian berikut ini.
-
5A. Metabolisme
Di dalam tubuh makhluk hidup berlangsung ribuan reaksi kimia yang
disebut metabolisme organisme. Pada makhluk hidup, banyak reaksi kimia
yang terjadi secara simultan. Jika kita mengamati reaksi kimia tersebut satu per
satu, tentu mengalami kesulitan dalam memahami aliran energi yang terjadi di
dalam sel. Dua hal yang penting untuk memahami metabolisme adalah sebagai
berikut.
1. Semua reaksi kimia yang terjadi di dalam sel akan melibatkan berbagai
macam enzim.
2. Reaksi-reaksi kimia tersebut dapat dikelompokkan ke dalam suatu lintasan.
Satu lintasan dapat terdiri atas 9 atau lebih reaksi kimia. Setiap lintasan
mempunyai fungsi tersendiri bagi organisme (sel) yang bersangkutan.
Lintasan tersebut dapat berupa lintasan lurus (linier) atau lintasan melingkar
(siklik).
Telah kita ketahui bahwa metabolisme dapat dibedakan menjadi dua
macam, yaitu reaksi perombakan/penguraian yang disebut katabolisme serta
reaksi penyusunan/sintesis yang disebut anabolisme.
Metabolisme dilakukan makhluk hidup untuk memperoleh energi,
menyimpan energi, menyusun bahan makanan, merombak bahan makanan,
membentuk struktur sel, merombak struktur sel, memasukkan atau
mengeluarkan zat-zat, serta melangsungkan kehidupannya seperti: gerak,
tumbuh, menanggapi rangsang, dan bereproduksi. Untuk melakukan
transformasi energi, makhluk hidup menyelenggarakan metabolisme di dalam
sel-selnya.
EnzimAgar reaksi kimia dalam metabolisme lebih cepat, maka diperlukan
katalisator. Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat reaksi kimia, tetapi
zat itu sendiri tidak ikut bereaksi. Katalisator di dalam sel organisme disebut
biokatalisator atau yang sering disebut enzim.
Enzim merupakan pengatur suatu reaksi seperti contoh berikut ini.
-
6maltosa maltase 2 glukosa(substrat) (enzim) (produk)
Bahan tempat enzim bekerja disebut substrat. Dalam contoh reaksi di
atas, substratnya adalah maltosa. Bahan baru yang dibentuk sebagai hasil
reaksi disebut produk. Contoh di atas hanya ada 1 produk, yaitu glukosa. Enzim
yang mengkatalisis adalah maltase. Reaksi kimia tersebut di atas, sebenarnya
dapat berlangsung bolak-balik (reversibel), yaitu maltosa dapat berubah
menjadi glukosa atau glukosa menjadi maltosa.
Kerja suatu enzim sangat spesifik, yaitu enzim hanya dapat bereaksi
dengan substrat tertentu. Hal ini seperti anak kunci yang hanya dapat membuka
gembok tertentu. Untuk lebih jelas mekanismenya, Anda dapat pelajari pada
gambar berikut ini.
Gambar 1. Mekanisme Reaksi Enzim-Substrat
Beberapa sifat yang dimiliki enzim pada umumnya adalah sebagai
berikut.
1. Enzim berfungsi sebagai katalisator.
2. Enzim itu suatu protein.
3. Enzim bekerja sangat spesifik.
4. Banyak enzim dapat bekerja bolak-balik.
5. Enzim itu tidak tahan panas.
6. Enzim diperlukan dalam jumlah yang tidak banyak.
7. Enzim dalam air merupakan suatu koloid.
8. Enzim bekerja pada pH dan suhu optimum.
-
7Setiap enzim diberi nama sesuai dengan substrat yang terlibat atau jenis
reaksi yang dikatalisis oleh enzim tersebut, kemudian diberi akhiran ase.
Contoh beberapa enzim adalah seperti berikut ini.
1. Kinase, enzim yang memindahkan gugus fosfat dari ATP.
2. Isomerase, kelompok enzim yang menata kembali atom-atom suatu molekul
untuk memberi struktur isomer.
3. Laktat dehidrogenase, enzim yang mengubah asam laktat menjadi asam
piruvat dengan memindahkan atom hidrogen atau elektron.
4. Fosfogliseraldehid dehidrogenase, enzim yang mengubah APG menjadi
PGAL pada reaksi fotosintesis.
5. Dekarboksilase, enzim yang mengubah asam piruvat menjadi asetil KoA
pada respirasi sel.
1. KatabolismeKatabolisme adalah reaksi penguraian senyawa kimia yang kompleks
menjadi senyawa kimia yang lebih sederhana dengan bantuan enzim.
Penguraian suatu senyawa kimia dapat menghasilkan energi. Energi tersebut
berasal dari terlepasnya ikatan-ikatan kimia yang menyusun suatu
persenyawaan. Semakin kompleks pesenyawaan kimia, semakin banyak ikatan
yang menyusunnya sehingga semakin besar energi yang dilepaskannya. Akan
tetapi, energi itu tidak dapat digunakan secara langsung oleh sel. Energi
tersebut diubah terlebih dahulu menjadi persenyawaan ATP (Adenosin trifosfat)
yang dapat digunakan sel sebagai sumber energi.
Contoh katabolisme adalah proses respirasi sel yang dilakukan oleh sel
penyusun tubuh, baik sel manusia, hewan, maupun tumbuhan. Respirasi
terjadi siang dan malam.
Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, respirasi dapat dibedakan
menjadi dua macam seperti berikut ini.
a. Respirasi aerob, yaitu respirasi yang menggunakan oksigen bebas untuk
memperoleh energi.
b. Respirasi anaerob, yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas
untuk memperoleh energi.
-
8Bahan baku respirasi adalah karbohidrat, asam lemak, asam amino
(protein). Hasil respirasi berupa karbon dioksida, air, serta energi dalam bentuk
ATP.
a. Respirasi AerobPersamaan reaksi kimia dalam proses respiasi aerob secara sederhana
dapat dituliskan sebagai berikut.
C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6 CO2 + 675 kal.
Kenyataannya, reaksi kimia tersebut di atas tidak sesederhana itu.
Banyak tahapan yang terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-
reaksi kimia itu dapat dibedakan menjadi 3 tahapan, yaitu glikolisis, siklus
Krebs, dan transpor elektron.
1) GlikolisisGlikolisis adalah peristiwa pengubahan satu molekul glukosa (terdiri atas
6 atom C) menjadi 2 molekul asam piruvat (terdiri atas 3 atom C), 2 molekul
NADH ( nikotinamid adenin dinukleotida H) yang merupakan sumber elektron
berenergi tinggi, dan 2 molekul ATP. ATP juga merupakan senyawa kimia yang
berenergi tinggi.
Selama glikolisis, dihasilkan 4 molekul ATP, tetapi 2 molekul ATP di
antaranya digunakan kembali untuk berlangsungnya reaksi-reaksi lain sehingga
tersisa 2 molekul ATP yang siap digunakan tubuh. Reaksi glikolisis berlangsung
di sitoplasma (di luar mitokondria). Hasil akhir sebelum memasuki siklus Krebs
adalah asam piruvat. Untuk lebih jelasnya, Anda dapat pelajari pada Gambar 2
Skema Glikolisis di halaman 9.
Dua hal yang membedakan tahap glikolisis, yaitu glikolisis dan
dekarboksilasi oksidatif. Glikolisis mengubah senyawa 6 C menjadi senyawa 3
C, sedangkan dekarboksilasi oksidatif mengubah senyawa 3 C, menjadi
senyawa 2 C pada hasil akhir glikolisis (menjelang memasuki siklus Krebs).
Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi asam piruvat (3 C) diubah menjadi asetil
KoA (2 C). Hasil akhir pemecahan glukosa, menjadi asetil KoA adalah 2 ATP +
4 NADH.
-
9Gambar 2. Skema Reaksi Kimia Glikolisis
Keterangan:
Energi yang dibutuhkan = 2 ATP
Energi yang dihasilkan = 4 ATP + 2 NADHHasil akhir bersih = 2 ATP + 2 NADH
Glukosa
Glukosa 6-fosfat
Fruktosa 6-fosfat
Fruktosa 1,6-difosfat
Dihidroksiasetonfosfat
As.Gliseraldehidfosfat
As.1,3-Disfosfogliserat
As. 3-Fosfogliserat
As. 2- Fosfogliserat
As.Fosfoenolpiruvat
Asam Piruvat
Heksokinase
Fosfoglukoisomerase
ATP
ADP
ATP
ADPFosfofruktokinase
Isomerase
2NAD+
+2H+2NADH
Triose fosfatdehidrogenase2 Pi
2ATP
2ATP
2ADP
2H2O
2ADP
Fosfogliserokinase
Fosfogliseromutase
Enolase
Piruvatkinase
-
10
Gambar 3. Skema Reaksi Kimia Dekarboksilasi Oksidatif
Selain senyawa glukosa, seperti fruktosa, galaktosa, manosa, dan lemak
dapat juga mengalami metabolisme melalui proses glikolisis dengan bantuan
enzim-enzim tertentu. Untuk lebih jelasnya, Anda dapat pelajari pada Gambar 3
berikut ini.
Gambar 4. Skema Masuknya Senyawa Selain Glukosa Ke Dalam Proses Glikolisis
Maltosa Glukosa Galaktosa
Sukrosa
Glukosa
Fruktosa
Manosa
Glukosa 6-P
Fruktosa 6-P
Fruktosa 1,6-difosfat
Gliseraldehid 3P
Asam piruvat
Gliseroldari lemak
dihidroksiasetil P
2 Asam piruvat
2 NAD+2 NADH
Koenzim ACO2
Asetil koenzim A
-
11
2) Siklus KrebsSebelum berlangsung siklus Krebs, asam piruvat (3C) sebagai hasil
akhir dari glikolisis terlebih dahulu diubah menjadi asetil KoA (2C). Selanjutnya,
asetil KoA bereaksi dengan asam oksaloasetat (4C) menjadi asam sitrat (6C).
Asam oksaloasetat memasuki siklus menjadi berbagai macam zat yang
akhirnya kembali menjadi asam oksalosuksinat.
Gambar 5. Skema Siklus Krebs
Keterangan:
Energi hasil akhir siklus Krebs = 2 GTP (=2 ATP), 2 FAD, dan 6 NADH
Energi hasil akhir glikolisis + siklus Krebs = 4 ATP, 2 FAD, 10 NADH
2 asetil KoA (2 C)
2 oksaloasetat (4 C)
2 NADH + 4 H+
2 NADmalat (4 C)
2 fumarat (4 C)
2 FADH + 4 H+
2 oksalosuksinat (6 C)
2 FAD
2 suksinat (4 C )2 GDP
2 GTP2 suksinil KoA (4 C)
2 CO2
2 NAD
2 NADH + H+
2, ketoglutarat (5 C)
2 CO2
2 NADH + 2 H+
4 NAD
2 isositrat (6 C)
2 sis akonitat (6 C)
-
12
Dalam prosesnya, CO2 (1C) dilepaskan. Tiap tahapan, dilepaskan ATP
dan hidrogen. ATP yang dihasilkan langsung digunakan. Sebaliknya, hidrogen
berenergi bergabung dengan penerima hidrogen (akseptor hidrogen), yaitu
NAD dan FAD untuk dibawa ke transpor elektron. Dalam tahap ini dilepaskan
energi, sedangkan hidrogen bereaksi dengan oksigen membentuk air. Seluruh
reaksi dalam siklus Krebs berlangsung dengan memerlukan oksigen bebas
(aerob) yang berlangsung dalam mitokondria.
3) Sistem Transpor ElektronEnergi yang terbentuk dari peristiwa glikolisis dan siklus Krebs terdapat
dua macam. Pertama, dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi, yaitu ATP
atau GTP (Guanosin trifosfat). Energi ini merupakan energi yang langsung
dapat digunakan. Kedua, dalam bentuk sumber elektron, yaitu NADH
(Nikotinamid adenin dinukleotida H) dan FAD (Flavin adenin dinukleotida)
dalam bentuk FADH2. Kedua macam sumber elektron ini dibawa ke sistem
transpor elektron. Proses transpor elektron itu sangat kompleks. Pada
dasarnya, elektron H+ dari NADH dan FADH2 dibawa dari satu substrat ke
substrat yang lain secara berantai. Setiap kali dipindahkan, energi yang
terlepas digunakan untuk mengikatkan fosfat anorganik (P) ke molekul ADP
sehingga terbentuk ATP. Pada bagian akhir terdapat oksigen sebagai penerima
(akseptor), sehingga terbentuklah H2O (pelajari Gambar 5. Skema Sistem
Transpor Elektron pada halaman 13!). Jadi, katabolisme 1 glukosa melalui
respirasi aerobik menghasilkan 3 ATP.
Tahapan sistem transpor elektron dapat dirinci sebagai berikut ini.
a) Terjadinya di bagian membran dalam mitokondria.
b) Berakhir setelah elektron bersama-sama H+ menuju dan akhirnya bereaksi
dengan O2 (berfungsi sebagai aseptor) membentuk H2O.
c) Reaksi tersebut kompleks, yang berperan dalam reaksi ini adalah NADH,
FADH2, dan molekul-molekul khusus yang berperan dalam respirasi:
Flavoprotein, Ko-enzim Q, dan beberapa sitokrom (sitokrom c1, c, a, b, dan
a3).
Proses reaksi tersebut di atas adalah sebagai berikut.
-
13
(a) Elektron (e-) berenergi (berasal dari NADH ditranspor ke FMN Ko-enzim
Q (sitokrom c1, c, a, b, dan a3 ).
(b) Dari a3 sitokrom oksidasi, molekul O2 menangkap e- dari a3, akhirnya
berkaitan dengan H sehingga terjadi reaksi yang membentuk H2O. Secara
sederhana reaksinya adalah sebagai beikut,
24 e- + 24 H+ 12 H2O
Reaksi respirasi:
C6 H12O6 + 6 O2 6 H2O + 6 CO2 + Energi
Untuk lebih jelasnya, silakan Anda pelajari pada Gambar 5 berikut ini.
Gambar 6. Skema Sistem Transpor Elektron
b. Respirasi AnaerobRespirasi anaerob adalah reaksi pemecahan karbohidrat untuk
mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Respirasi anaerob
-
14
menggunakan senyawa seperti asam fosfoenol atau asetaldehid sebagai
pengikat oksigen dan membentuk asam laktat atau alkohol. Pada jalur glikolisis
anaerob hanya dihasilkan 2 ATP seperti yang digambarkan pada skema berikut
ini.
Gambar 7. Skema Jalur Glikolisis pada Respirasi Anaerob
Perlu diketahui bahwa respirasi anaerob terjadi pada:
1) jaringan yang kekurangan oksigen, misalnya pada jaringan otot, ketika kita
lari sangat cepat, atau melakukan kontraksi otot yang sangat kuat;
2) akar tumbuhan yang terendam air;
3) biji-biji berkulit tebal yang sulit ditembus oksigen;
4) sel-sel ragi dan bakteri anaerob.
Bahan baku respirasi anaerob pada peragian adalah glukosa. Selain
glukosa, bahan baku seperti fruktosa, galaktosa, maltosa, serta manosa juga
dapat diubah menjadi alkohol. Hasil akhirnya adalah alkohol, karbon dioksida,
dan energi. Alkohol bersifat racun bagi sel-sel ragi. Sel-sel ragi hanya tahan
terhadap alkohol pada kadar 9-18%. Lebih tinggi dari kadar tersebut proses
pembuatan alkohol (alkoholisasi) terhenti.
Dalam respirasi anaerob, glukosa tidak terurai lengkap menjadi air dan
karbon dioksida, maka energi yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan respirasi
aerob. Pada respirasi aerob dihasilkan 675 kal, sedangkan pada respirasi
anaerob dihasilkan 21 kal. Proses anaerob ini disebut fermentasi. Reaksi
kimianya adalah sebagai berikut.
C6H12O6 ragi 2C2H5OH + 2CO2 + 21 kal
2 asam piruvat(dari glikolisis)
2 ADP2 ATP
2 fosfoenol piruvat
2 Laktat
2 ADP2 ATP
-
15
Dari persamaan reaksi tersebut tampak bahwa oksigen tidak diperlukan.
Bahkan, bakteri anaerob seperti Clostridium tetani (penyebab tetanus) tidak
dapat hidup bila berhubungan dengan udara bebas.
FermentasiProses pembuatan alkohol oleh mikroorganisme disebut fermentasi
alkohol. Selain fermentasi alkohol, fermentasi lain juga dilakukan oleh
mikroorganisme dengan menggunakan berbagai substrat zat organik. Jika hasil
akhirnya asam laktat, maka disebut fermentasi asam laktat.
Fermentasi asam laktat tergolong respirasi anaerob. Hasil akhirnya
adalah asam laktat atau asam susu. Fermentasi asam laktat berlangsung di
dalam sel-sel otot. Jika asam laktat yang dihasilkannya menumpuk, maka akan
timbul kelelahan otot. Misalnya, jika otot kita bergerak melebihi takaran, maka
kita akan melakukan respirasi anaerob yang menghasilkan asam laktat. Jika
asam laktat berlebihan, maka otot terasa lelah dan nyeri. Ketika istirahat, asam
laktat diangkut dan dikeluarkan dari tubuh sehingga tubuh terasa segar
kembali.
Pada fermentasi asam laktat, proses respirasi diawali dengan tahap
glikolisis (ingat reaksi-reaksi pemecahan glukosa hingga terbentuk asam
piruvat). Asam piruvat yang dihasilkannya akan diubah menjadi asam laktat
atau asam susu.
2. Katabolisme Lemak dan ProteinSel-sel dapat memperoleh energi dalam bentuk ATP tidak hanya dari
karbohidrat, melainkan dari lemak dan protein. Begitu pula, pemecahan lemak
dan protein dengan bantuan enzim.
Katabolisme lemak dimulai dengan pemecahan lemak oleh enzim lipase
menjadi asam lemak dan gliserol. Gliserol yang merupakan senyawa dengan 3
atom C dapat diubah menjadi gliseraldehid 3-fosfat. Selanjutnya, gliseraldehid
3-fosfat mengikuti jalur glikolisis sehingga terbentuk asam piruvat.
Asam lemak dapat dipecah menjadi molekul-molekul dengan 2 atom C.
Molekul dengan 2 atom C kemudian diubah menjadi asetil ko-enzim A. Satu
molekul glukosa hanya menghasilkan 2 asetil ko-enzim A, sedangkan satu
-
16
molekul lemak dengan 18 atom C dapat menghasilkan 10 asetil ko-enzim A.
Oleh karena itu, dalam proses katabolisme, energi yang dihasilkan lemak lebih
besar daripada yang dihasilkan karbohidrat. Kita telah mengetahui bahwa 1
gram karbohidrat menghasilkan energi sebesar 4,1 kalori, sedangkan 1 gram
lemak menghasilkan 9,3 kalori.
Asam amino dihasilkan dari proses hidrolisis protein. Setelah gugus amin
dari asam amino dilepas, beberapa asam amino diubah menjadi asam piruvat
dan ada pula yang diubah menjadi asetil ko-enzim A. Gugus amin yang dilepas
dari asam amino dibawa ke hati untuk diubah menjadi amoniak (NH3) dan
dibuang melalui urine. Telah kita ketahui bahwa 1 gram protein menghasilkan
energi yang sama dengan 1 gram karbohidrat, yaitu 4,1 kalori.
3. AnabolismeAnabolisme adalah semua reaksi proses penyusunan atau sintesis dari
molekul-molekul sederhana menjadi molekul-molekul kompleks yang
berlangsung di dalam sel. Contoh: proses fotosintesis pada tumbuhan hijau.
FotosintesisFotosintesis adalah peristiwa penyusunan zat organik (glukosa) dari zat
anorganik (air dan karbon dioksida) dan energi cahaya. Karena bahan baku
yang digunakan adalah zat karbon (karbon dioksida), maka dapat disebut juga
asimilasi zat karbon.
Pada dasarnya proses fotosintesis itu kebalikan dari proses respirasi.
Dalam proses respirasi adalah memecahkan glukosa (zat gula) menjadi karbon
diosida, air dan energi, sedangkan proses fotosintesis adalah mereaksikan
karbon dioksida dan air menjadi zat gula dengan menggunakan energi cahaya.
Secara singkat reaksi kimia fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut.
6CO2 + 6H2O + energi cahaya C6H12O6 + 6O2enzim
Dalam proses fotosintesis, selain senyawa organik (CO2 dan H2O) serta
enzim, melibatkan pula komponen klorofil dan energi cahaya.
-
17
a. KlorofilFotosintesis tidak hanya terbatas pada daun, tetapi terjadi dalam semua
bagian tumbuhan yang berwarna hijau. Pada alga hijau dan tumbuhan tingkat
tinggi, klorofil terdapat dalam plastida yang disebut kloroplas. Jika kloroplas
diamati dengan menggunakan mikroskop elektron, maka akan tampak bagian-
bagiannya seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 8. Irisan Suatu Kloroplas yang Menunjukkan Tiga Dimensi
1) Selaput (membran), permukaan luar yang memisahkan kloroplas dan
sitoplasma.
2) Stroma, bagian dalam terdapat bahan dasar yang tidak berwarna. Di dalam
stroma terdapat:
(a) grana, struktur-struktur hijau daun;
(b) satu grana terdiri atas satu tumpukan lamela;
(c) tiap lamela terdiri atas lapisan protein, lipida, klorofil, dan karotenoid.
-
18
Struktur satu grana yang berlapis-lapis itu digambarkan seperti berikut
ini.
Gambar 9. Diagram Struktur dalam Satu Grana yang Berlapis-lapis
b. CahayaCahaya putih yang sampai kepada kita dari matahari itu terdiri atas
gelombang dengan panjang gelombang yang berbeda-beda dan tersusun
secara berurutan mulai cahaya merah dengan panjang gelombang relatif
panjang hingga ke cahaya dengan panjang gelombang yang relatif pendek.
Melalui suatu prisma kaca, cahaya putih diuraikan menjadi deretan
warna-warna. Pita warna ini adalah spektrum cahaya. Spektrum cahaya terdiri
atas warna-warna ungu, biru, hijau, kuning, jingga, dan merah (urutannya mulai
dari panjang gelombang terpendek hingga panjang gelombang terpanjang).
Di samping itu, masih terdapat panjang gelombang yang tidak mampu
dilihat mata kita, yaitu setelah sinar merah terdapat sinar yang lebih panjang
adalah sinar infra merah, dan sebelum sinar ungu terdapat sinar yang lebih
pendek adalah sinar ultra violet. Dengan demikian, spektrum cahaya hanya
sebagian dari energi radiasi yang tampak ke bumi dari matahari. Untuk lebih
jelasnya, Anda dapat pelajari diagram spektrum elektromagnetik berikut ini.
-
19
Gambar 10. Diagram Spektrum Elektromagnetik
Kenyataannya, dari cahaya putih yang diserap klorofil adalah sinar ungu,
biru, dan merah, sedangkan sinar hijau diteruskan atau dipantulkan. Jadi,
cahaya yang diserap itulah yang digunakan dalam fotosintesis.
Dalam klorofil, sinar yang diserap tampak sebagai pita-pita gelap
sehingga disebut pita serapan. Posisi pita gelap dalam klorofil menunjukkan
panjang gelombang dari sinar-sinar yang diserap tersebut. Oleh karena itu,
akan tampak bahwa dari sinar merah, biru, dan ungu yang diserap merupakan
panjang gelombang yang banyak digunakan dalam fotosintesis.
Apabila sebagai ganti larutan klorofil ditempatkan sehelai daun hijau di
antara sumber cahaya dan prisma, maka pita-pita serapan tepat sama,
meskipun tidak identik dengan pita sarapan larutan klorofil. Untuk lebih
jelasnya, Anda dapat pelajari pada gambar berikut ini.
-
20
Gambar 11. Proses Fotosintesis
c. FotosistemDi dalam klorofil terdapat pigmen berwarna hijau yang disebut klorofil.
Pigmen ini dapat menyerap energi cahaya. Ditinjau dari strukturnya, kloroplas
terdiri atas membran ganda (stroma), membran tersebut membentuk suatu
sistem tilakoid (berwujud sebagi suatu bangunan seperti kantung).
Kantung-kantung tilakoid tersebut berlapis-lapis membentuk grana. Jadi,
klorofil itu sendiri terdapat pada membran tilakoid yang merupakan tempat
pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia. Sedangkan pembentukan
glukosa (produk fotosintesis) berlangsung di stroma.
Dua macam klorofil yang terlibat dalam fotosintesis, yaitu klorofil a
(pigmen hijau tua) dan klorofil b yang mempunyai struktur mirip klorofil a
(pigmen hijau muda). Klorofil a dan pigmen-pigmen lain mengelompok dalam
membran tilakoid dan membentuk perangkat pigmen yang berfungsi dalam
fotosintesis.
-
21
Klorofil a terdapat dalam bangunan pusat reaksi, menyalurkan elektron
yang berenergi tinggi karena menyerap energi cahaya ke akseptor utama
elektron, selanjutnya masuk dalam sistem siklus elektron.
Klorofil yang melepaskan elektron berenergi tinggi memperoleh
energinya dari cahaya yang berasal dari sekelompok perangkat pigmen yang
disebut antene. Jadi, unit yang mampu untuk menangkap energi cahaya
matahari adalah klorofil a, kompleks antene, dan akseptor elektron disebut
fotosistem.
Diketahui ada dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II.
Klorofil a dalam fotosistem I disebut P 700, artinya klorofil a sensitif terhadap
energi cahaya dengan panjang gelombang 700 nm. Sedangkan klorofil a dalam
fotosistem II disebut P 680 karena sensitif terhadap cahaya dengan panjang
gelombang 680 nm.
Perjalanan yang ditempuh elektron dapat dibedakan menjadi fotosistem
siklik dan fotosistem nonsiklik. Untuk lebih jelasnya, Anda dapat pelajari pada
gambar berikut ini.
Gambar 12. Diagram Fotosistem Siklik
Sistem transpor elektron
Energi yang dibebaskan secara tidaklangsung untuk membentuk ATP
ATP
Akseptorelektron
P 700
-
22
Gambar 13. Diagram Fotosistem Non Siklik
Fotosistem siklik adalah pembentukan ATP melalui fosforilasi secara
siklik, sedangkan fosforilasi secara non siklik menghasilkan NADH dan ATP.
Elektron yang berasal dari pemecahan molekul H2O (fotolisis) beredar melalui 2
fotosistem yang bekerja sama dalam mendorong/menaikkan elektron pada
tingkat energi yang cukup tinggi menuju ke pembentukan NADPH.
d. Tahapan Proses FotosintesisTelah kita ketahui bahwa fotosintesis adalah suatu proses anabolisme
yang memanfaatkan energi cahaya matahari untuk mengubah bahan anorganik
(CO2 dan H2O) menjadi senyawa organik (karbohidrat) yang terjadi dalam
klorofil.
Secara singkat reaksi kimia fotosintesis dapat sebagai berikut.
6CO2 + 6H2O + energi cahaya C6H12O6 + 6O2enzim
energi potensial rendah energi potensial tinggi
Reaksi tersebut di atas merupakan suatu reduksi, yaitu pereduksian CO2dan pengikatan energi dengan pelepasan O2.
-
23
Proses fotosintesis terjadi dalam 2 tahap, yaitu:
1) reaksi terang (dalam grana);
2) reaksi gelap (dalam stroma).
1) Reaksi Terang
Pada tahap ini, diperlukan energi cahaya untuk memecahkan molekul
H2O. Oksigen (O2) segera dilepaskan ke udara dan hidrogen (H2) ditangkap
oleh NADP (Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat), membentuk 2 NADP + 2
H+.
2H2O O2 +4H++2e- (reaksi fotolisis)
2 NADP 2 NADPH + 2H+
Energi cahaya diperlukan pula untuk melepaskan elektron berenergi
tinggi dari klorofil (K+). Selanjutnya, energi elektron tersebut digunakan untuk
pembentukan ATP. Pemindahan-pemindahan elektron dilakukan secara
bertahap oleh pembawa elektron.
Kekurangan elektron klorofil akan diisi kembali oleh elektron semula
yang telah membebaskan energinya, atau dapat pula digantikan oleh elektron
yang berasal dari pemecahan molekul air. Energi yang tersimpan dalam ATP
dan NADPH akan digunakan pada tahap reaksi gelap.
2) Reaksi GelapSumber energi (ATP dan NADPH), digunakan untuk mengikat dan
mereduksi CO2. Pengikatan CO2 dilakukan oleh RDP (Ribulosa difosfat), yaitu
senyawa karbohidrat (5C) dan P. Pengikatan ini menghasilkan APG (3C) (asam
fosfogliserat) yang mengandung P.
Selanjutnya adalah reduksi atau pemindahan H2 dari NADPH ke APG
menjadi PGAL (3C) (fosfogliseraldehid).
energi cahaya
2 klorofil(K+)
2 klorofil + 2 e -(K)
ADP + P ATP
energi cahaya
-
24
6PGAL: 1 molekul PGAL merupakan karbohidrat (produk akhir fotosintesis)
5 molekul PGAL 3RDP, diperlukan ATP (dihasilkan dari fotolisis)(3C) (5C)
Siklus Calvin
Reaksi gelap dapat dijelaskan dengan siklus Calvin seperti berikut ini.
Fotolisis : 12H2O
6H2O3O26NADP(H2)12 ATP
Gambar 14. Skema Siklus Calvin
Keterangan:
Tahap 1: 3 molekul RDP + 3 molekul CO2 + 3 molekul H2O 6 APG Tahap 2: 2a. 6 APG mengalami fosforilasi (produk dari fotolisis).
-
25
2b. Selanjutnya 6 APG berinteraksi dengan 6 NADP(H2) (produk dari
fotolisis). Hasil sampingannya adalah NADP, fosfat, dan H2O,
sedangkan hasil akhirnya adalah PGAL.
Tahap 3: 3a. 6 molekul PGAL 1 mol glukosa amilum5 molekul PGAL 3 molekul RDP yang masuk ke
dalam siklus
ATP ADP(dari fotolisis)
3b. 5 molekul PGAL 3 mol RDP
PGAL yang dibentuk dalam grana dimanfaatkan sebagai nutrien,
diekspor ke sel-sel lain, dan untuk disimpan
Sebagai nutrien, PGAL dimanfaatkan dalam respirasi, yaitu diubah
menjadi asam piruvat dan mengikuti siklus Krebs. Karena PGAL dihasilkan
berlebihan, kemudian diekspor ke sel-sel lain yang tidak berklorofil. Caranya:
PGAL gula (glukosa, fruktosa, dan sukrosa), kemudian diekspor.
PGAL yang berlebihan juga akan disimpan untuk jangka waktu lama,
yaitu disimpan dalam sel yang berklorofil. Tetapi kebanyakan disimpan dalam
akar dan batang, yaitu dalam bentuk gula, amilum, atau lemak. Untuk lebih
jelasnya Anda dapat pelajari pada Gambar 15 berikut ini.
-
26
Gambar 15. Ikhtisar Perubahan PGAL menjadi Zat Lain-lain
Jadi untuk menghasilkan 1 molekul glukosa, memerlukan 2PGAL dan
memerlukan 6 siklus Calvin.
B. Teknologi MakananSejalan dengan perkembangan pengetahuan manusia tentang metabo-
lisme, berkembang pula teknologi yang berkaitan dengan makanan. Misalnya,
kelainan fungsi tubuh seperti kegemukan (obesitas), dapat dikendalikan dengan
pengelolaan makanan dan diet. Demikian pula, kelainan organ yang
menyebabkan kelainan metabolisme, seperti diabetes mellitus (kencing manis)
dapat dikurangi dengan mengkonsumsi makanan yang berkadar gula rendah.
1. Makanan Berkadar Gula RendahPada umumnya gula dihasilkan dari tumbuhan, yaitu glukosa, fruktosa,
dan sukrosa. Gula pada susu atau laktosa merupakan kombinasi antara
glukosa dan galaktosa. Semua macam gula tersebut termasuk merupakan
karbohidrat yang mengandung 4 kalori per gramnya.
-
27
Setelah gula dicerna dalam tubuh kita, gula diangkut oleh darah dan di
bawa ke sel-sel. Di dalam sel, gula diubah menjadi energi, membantu
metabolisme lemak, dan jika gula berlebihan, maka disimpan dalam bentuk
glikogen.
Sumber utama energi bagi tubuh adalah glukosa. Meskipun protein dan
lemak yang merupakan sumber energi tersedia berlimpah dalam tubuh, namun
keduanya lebih lama untuk dicerna. Kebutuhan energi otak dan saraf sangat
tergantung ketersediaan glukosa. Tetapi bagi penderita kencing manis
(diabetes mellitus), masuknya gula tidak boleh berlebihan karena akan
meningkatkan kadar glukosa darah. Oleh karena itu, saat ini berkembang
teknologi yang menyediakan pemanis dengan kadar kalori rendah. Pemanis
merupakan zat yang berkalori rendah seperti sakarin, sukralosa, tagatosa,
neotam, aspartam, dan gula alkohol.
a. Sakarin merupakan pemanis rendah kalori yang sudah dikenal sejak lama.
Sakarin ini tidak mengandung kalori.
b. Sukralosa merupakan pemanis rendah kalori yang dibuat dari gula. Rasa
manisnya 600 kali dibanding gula, tidak mengandung kalori.
c. Tagatosa seingkali disebut D-tagatosa, merupakan pemanis rendah kalori
yang dibuat dari laktosa.
d. Neotam merupakan pemanis tanpa kalori yang rasanya mirip dengan gula.
Kira-kira 8000 kali lebih manis dibanding gula. Neotam ini aman digunakan
bagi wanita hamil, anak-anak, dan penderita diabetes mellitus.
e. Aspartam banyak digunakan sebagai pemanis yang umum dan dijual dalam
bentuk tablet yang dapat dicampurkan ke dalam makanan. Setiap gram
aspartam mengandung 4 kalori, tetapi tingkat kemanisannya 200 kali
dibanding gula. Oleh karena itu, pemakaian aspartam dalam makanan
hanya 1/200 dari gula.
f. Gula alkohol merupakan gula turunan dari alkohol. Gula alkohol disebut
juga palitol. Misalnya, isomal, maltilol, sorbitol, dan xilitol yang biasanya
digunakan sebagai pemanis pada permen, roti, dan permen karet. Secara
alami, gula alkohol banyak terdapat di dalam buah-buahan dan sayur-
sayuran.
-
28
2. Teknologi Pengawetan MakananSebagaimana kita ketahui bahwa makanan merupakan bahan yang
mudah rusak. Oleh karena itu, bahan makanan yang mudah rusak tidak dapat
disimpan lama, sehingga perlu adanya pengawetan makanan. Tujuan
pengawetan bahan makanan adalah untuk mencegah atau menghambat
terjadinya kerusakan makanan, mempertahankan kualitas bahan makanan,
menghindari terjadinya keracunan, serta mempermudah penanganan dan
penyimpanan.
Bermacam-macam teknik pengawetan dan pengolahan bahan makanan
dapat dilakukan, yaitu melalui pengeringan, pembekuan, penggunaan bahan
kimia, dan iradiasi.
a. PengeringanPengeringan merupakan cara sederhana dalam pengawetan bahan
makanan. Pengeringan ini bertujuan untuk menurunkan kadar air. Bahan
makanan yang dikeringkan masih memiliki kadar air antara 2-5%. Dengan
kadar air rendah dalam bahan makanan, mikroba seperti jamur dan bakteri
tidak dapat hidup.
b. PembekuanBanyak bahan makanan seperti ikan, daging, buah-buahan, dan sayur-
sayuran yang diawetkan dengan pembekuan atau pendinginan. Pengawetan
bahan makan melalui pembekuan bertujuan untuk menghambat pertumbuhan
mikroba, karena mikroba tidak dapat hidup pada suhu di bawah 0oC.
c. Penggunaan Bahan KImiaContoh sederhana pengawetan bahan makanan dengan menggunakan
bahan kimia adalah pembuatan ikan asin, pembuatan manisan buah, dan
sayuran asinan. Tujuan pengasinan ini juga untuk menghambat kerja mikroba.
Bahan kimia selain garam dan gula, dapat juga digunakan untuk pengawet ada-
lah asam benzoat atau natrium benzoat.
-
29
d. IradiasiIradiasi merupakan salah satu cara pengawetan bahan makanan yang
menerapkan pemakaian gelombang elektromagnetik. Iradiasi bertujuan untuk
mengurangi kerusakan dan pembusukan makanan, membunuh mikroba dan
organisme lain yang menimbulkan penyakit yang terbawa makanan.
Jenis iradiasi makanan yang dapat digunakan untuk pengawetan bahan
makanan adalah iradiasi elektromagnetik, yaitu radiasi yang menghasilkan
foton berenergi tinggi sehingga menyebabkan terjadinya ionisasi dan eksitasi
pada bahan makanan yang dilaluinya. Jenis radiasi ini disebut radiasi pengion.
Contoh radiasi pengion adalah partikel , , dan gelombang elektromagnetik .
Dua jenis radiasi pengion yang umum digunakan untuk pengawetan makanan
adalah sinar gamma yang dipancarkan oleh radio nuklida 60Co (Cobalt-60),37Cs
(Caesium-37), dan elektron yang terdiri atas partikel-partikel bermuatan listrik.
Kedua jenis radiasi pengion ini memiliki pengaruh yang sama terhadap
makanan.
Perlu diketahui pula bahwa pengawetan bahan makanan melalui radiasi
akan menimbulkan masalah. Permasalahan yang timbul berkaitan dengan
kesehatan pada bahan makanan yang diiradiasi adalah sebagi berikut.
1) Perubahan kimia akibat radiasi mengakibatkan penurunan nilai gizi
makanan yang meliputi perubahan komposisi protein, vitamin, dan lain-lain.
2) Mikroba yang diradiasi bersifat resisten atau mengalami mutasi. Daya tahan
berbagai jenis mikroorganisme terhadap radiasi, yaitu spora bakteri >
khamir > kapang > bakteri gram positif > bakteri gram negatif. Ternyata,
bakteri gram negatif paling peka terhadap radiasi. Oleh karena itu, untuk
menekan proses pembusukan makanan yang disebabkan oleh bakteri gram
negatif dapat digunakan iradiasi dosis rendah.
3) Iradiasi pada suatu bahan makanan yang mengandung air menyebabkan
terjadinya ionisasi molekul-molekul air membentuk hidrogen dan radikal
hidroksil. Hidrogen dan radikal hidroksil secara kimiawi dikenal sangat
reaktif dan dapat bertindak sabagai zat pereduksi atau pengoksidasi.
-
30
3. Makanan SuplemenKebutuhan energi setiap orang berbeda-beda, karena sangat bergantung
kepada empat faktor utama, yaitu kegiatan fisik, ukuran, komposisi tubuh, umur,
dan keadaan iklim.
Kebutuhan energi rata-rata seorang laki-laki dewasa yang melakukan
kerja 8 jam per hari, kira-kira 3000 kalori. Sedangkan pada wanita dewasa
diperlukan kira-kira 2400 kalori per hari. Pada wanita hamil, energi dibutuhkan
antara 2800-3000 kalori per hari. Energi laki-laki remaja membutuhkan 2600-
3000 kalori per hari, sedangkan wanita remaja membutuhkan 2300-2500 kalori
per hari. Selain energi, manusia juga membutuhkan protein, lemak, karbohidrat,
vitamin, dan mineral.
Pengetahuan tentang metabolisme memunculkan teknologi pembuatan
makanan suplemen. Makanan suplemen adalah makanan tambahan yang
merupakan sumber energi, protein, vitamin, dan mineral.
Beberapa contoh makanan suplemen yang telah diproduksi adalah
sebagai berikut.
a. Suplemen Berenergi TinggiMakanan suplemen berenergi tinggi biasanya mengandung senyawa
glukosa dan senyawa prekursor koenzim. Contohnya adalah nikotinamida.
Glukosa merupakan gula yang diserap oleh usus, mudah ditransportasikan ke
organ-organ yang membutuhkan energi, serta mudah dikatabolisme untuk
menghasilkan energi. Sedangkan senyawa prekursor koenzim merupakan
senyawa yang akan membetuk koenzim.
Dalam metabolisme karbohidrat dibutuhkan koenzim seperti NAD
(nikotinamida adenin dinukleotida). Senyawa nikotinamida merupakan
prekursor NAD. Jadi, dengan mengkonsumsi niktotinamida akan memudahkan
terjadinya katabolisme.
b. Protein Sel TunggalProtein sel tunggal merupakan protein yang dihasilkan terutama dari alga
hijau satu sel, yaitu Chlorella sp dan Spirulina sp.
c. Suplemen Vitamin
-
31
Vitamin adalah koenzim B1 (Tiamin) merupakan prekursor koenzim
Tiamin Pirofosfat (TPP) yang dibutuhkan dalam oksidasi asam piruvat. Vitamin
B6 (Piridoksin) merupakan koenzim pada enzim yang mengoksidasi protein
menjadi energi. Vitamin B12 (Sianokobalamin) merupakan koenzim dari
beberapa enzim yang memproduksi asam nukleat.
d. Suplemen MineralMineral yang penting bagi tubuh kita adalah Fe (besi) dan Ca (kalsium).
Fe merupakan unsur pembentuk hemoglobin, sedangkan Ca berfungsi sebagai
unsur pembentuk tulang dan ion-ion yang mentransfer impuls saraf. Banyak
unsur-unsur kalsium sekarang ini ditambahkan pada susu dan makanan
suplemen kalsium.
-
32
BAB IIIPENERAPAN DALAM PEMBELAJARAN
Dalam membelajarkan tentang Metabolisme Organisme, guru dapat
memulai dengan mengajukan beberapa pertanyaan kepada siswa sebagai
berikut.
Apa yang dimaksud dengan metabolisme organisme? Apa sebabnya dalam mekanisme metabolisme organisme itu melibatkan
energi dan enzim?
Perbedaan apa yang kamu ketahui antara katabolisme dan anabolisme? Dalam peristiwa apa proses katabolisme berlangsung dalam tubuh
organisme?
Dalam peristiwa apa proses anabolisme berlangsung dalam tubuhorganisme?
Jika sebagian besar siswa tidak dapat menjawab semua pertanyaan
tersebut, maka guru hendaknya memulai dengan menjelaskan tentang
metabolisme organisme, pentingnya energi dan enzim dalam metabolisme,
serta perbedaan antara katabolisme dan anabolisme disertai contoh-contohnya.
Dalam menjelaskan katabolisme yang termasuk respirasi aerob,
hendaknya guru memulai dengan 3 tahapan reaksi kimia yang terjadi dalam
katabolisme, yaitu glikolisis (terjadi di luar mitokondria), siklus Krebs (terjadi di
dalam mitokondria), dan tranpor elektron (terjadi di dalam mitokondria).
Dalam menjelaskan glikolisis, hendaknya guru menyuruh siswa untuk
mengidentifikasi enzim-enzim yang berperan dalam katabolisme gula melalui
Gambar 2. Skema Reaksi Kimia Glikolisis (halaman 9), serta menjelaskan
proses-proses enzimatis pada katabolisme gula. Selanjutnya, ajukan beberapa
pertanyaan seperti berikut ini.
1. Enzim-enzim apakah yang berperan dalam memecah glukosa menjadi
gliseraldehid 3-fosfat dan dehidroksi aseton fosfat?
2. Berapa jumlah ATP yang dihasilkan pada perubahan glukosa menjadi
piruvat?
3. Berapa jumlah molekul piruvat yang dihasilkan dari katabolisme dua gula?
-
33
4. Samakah jumlah ATP yang diperoleh dari katabolisme glukosa, fruktosa,
dan galaktosa? Jelaskan!
Kegiatan siswa berikutnya adalah disuruh mengidentifikasi hasil-hasil
katabolisme amilum seperti pada skema berikut ini.
Katabolisme amilum
dipecah oleh enzim
menjadi
dipecah oleh enzim
Glukosamenjadi
2ATP
dipecah menjadi
Dihidroksi asetonfosfatdan
Piruvat Piruvat
siklus
Anaerob
menghasilkan
hasilnya
H2O
-
34
Pertanyaan1. Enzim-enzim apa saja yang berperan dalam katabolisme amilum menjadi
glukosa? Sebutkan pula senyawa kimia yang dihasilkan oleh pemecahan
setiap enzim tersebut!
2. Senyawa kimia apa saja dari glukosa sehingga terbentuk asam piruvat?
3. Senyawa kimia apa yang dihasilkan asam piruvat dalam proses anaerob?
4. Senyawa kimia apa saja dari asam piruvat yang masuk ke dalam siklus
Krebs?
5. Senyawa kimia apa saja hasil akhir dari siklus Krebs?
Akhirnya, siswa disuruh melengkapi hasil katabolisme antara protein,
polisakarida, dan lemak seperti pada skema berikut ini.
Polisakarida
dipecah menjadimonosakarida
Protein
dipecahmenjadi
Lemak
dipecahmenjadi
Gliseraldehid 3-fosfat
Asetil KoA
katabolisme
sisanya
-
35
Pertanyaan1. Senyawa kimia apa saja yang dihasilkan dari pemecahan polisakarida,
protein, dan lemak?
2. Senyawa kimia apa yang dihasilkan dari sisa katabolisme protein?
3. Senyawa kimia apa yang dihasilkan dari lanjutan katabolisme protein,
polisakarida, dan lemak?
4. Senyawa kimia apa yang terjadi dari hasil akhir katabolisme protein,
polisakarida, dan lemak?
Kegiatan praktik yang berkaitan dengan anabolisme adalah melakukan
percobaan fotosintesis seperti berikut ini.
PENGARUH WARNA CAHAYA TERHADAP LAJU FOTOSINTESIS
Tujuan1. Siswa dapat membuat grafik pengaruh warna cahaya terhadap banyaknya
gelembung-gelembung udara yang dihasilkan fotosintesis.
2. Menunjukkan bahwa gelembung-gelembung udara yang dihasilkan dalam
fotosintesis adalah oksigen.
Alat dan BahanGelas kimia 1000 cc; 4 buah
Corong gelas; 4 buah
Tabung reaksi; 4 buah
Kawat penyangga; 12 buah
Plastik berwarna merah, hijau, dan ungu; 3 lembar
Korek api; 1 pak
Kertas label kecil; 1 lembar
Hydrilla verticillata; 1 ikat
Air
-
36
Cara Kerja1. Susunlah perangkat seperti gambar berikut ini sebanyak 4 buah. Agar dapat
berdiri tegak, gunakan kawat yang menyangga corong dan tabung reaksi.
2. Beri label A, B, C, dan D pada setiap perangkat percobaan, yaitu label:
A, perangkat percobaan tanpa dilapisi plastik;
B, perangkat percobaan ditutup plastik berwarna merah agar tanaman
tersebut hanya terkena cahaya merah;
C, perangkat percobaan ditutup dengan plastik berwarna hijau;
D, perangkat percobaan ditutup dengan plastik berwarna ungu.
3. Letakkan semua perangkat percobaan di tempat yang langsung kena
cahaya matahari.
4. Setelah semua perangkat percobaan dijemur selama 30 menit, amatilah
gelembung udara yang dihasilkan pada perangkat percobaan A, B, C, dan
D.
Pertanyaan1. Pada perangkat percobaan manakah yang paling banyak menghasilkan
gelembung-gelembung udara?
2. Warna cahaya apakah yang paling meningkatkan laju fotosintesis?
3. Lengkapilah grafik berikut ini yang menunjukkan hubungan antara warna
cahaya dengan banyaknya gelembung-gelembung udara yang dihasilkan.
-
37
4. Bagaimana cara menunjukkan bahwa dari hasil fotosintesis dalam
percobaan tersebut adalah oksigen?
FOTOSINTESIS MENGHASILKAN AMILUM
TujuanMenunjukkan bahwa hasil fotosintesis adalah amilum
Alat dan BahanGelas kimia 600 CC; 1 buah
Tabung reaksi; 2 buah
Rak tabung reaksi; 1 buah
Penjepit kayu; 1 buah
Kaki tiga + kasa; 1 set
Pembakar api spiritus; 1 buah
Pinset; 1 buah
Cawan petri; 1 pasang
Pipet; 1 buah
Hekter; 1 buah
Potongan kertas karbon
Daun singkong atau daun ubi jalar
Larutan iodium
-
38
Larutan alkohol 70%
Spiritus
Air
Cara Kerja1. Tutuplah sebagian daun singkong dengan kertas karbon di sore hari atau di
pagi hari. Penutupan daun singkong dengan menggunakan hekter. Biarkan
daun singkong selama beberapa jam kena cahaya matahari.
2. Apabila daun singkong tersebut akan digunakan baru dipetik. Daun
singkong yang telah dipetik jangan dibiarkan layu. Oleh karena itu, daun
singkong segera digunakan.
3. Sediakan penangas air (memanaskan air di dalam gelas kimia).
4. Tuangkan alkohol 70% ke dalam tabung reaksi kira-kira bagian tabung
reaksi, kemudian didihkan dalam penangas air.
5. Daun singkong yang telah dipetik, segera buka kertas karbon yang
menutupnya. Upayakan membuka kertas karbonnya perlahan-lahan agar
daun singkong tidak sobek. Kemudian daun singkong tersebut celupkan ke
dalam penangas air hingga layu.
6. Daun singkong yang telah layu, kemudian digulung agar dapat dimasukkan
ke dalam tabung reaksi yang berisi alkohol panas. Memasukkan daun
singkong tersebut, gunakan pinset dan doronglah daun singkong tersebut
hingga terletak di dasar tabung reaksi.
7. Daun singkong yang ada dalam tabung reaksi, biarkan selama beberapa
menit hingga daun tersebut menjadi pucat.
8. Setelah gulungan daun singkong tersebut benar-benar pucat, kemudian
ambillah dengan menggunakan pinset.
9. Daun singkong yang masih menggulung, kemudian dibentangkan dan
celupkan ke dalam air dingin.
10.Bentangkan daun singkong tersebut, letakkan di atas tutup wadah
serbaguna. Selanjutnya, tetesi dengan larutan iodium hingga merata.
Biarkan selama beberapa menit sambil dilakukan pengamatan.
Untuk lebih jelasnya cara melakukan percobaan Sachs, amati bagannya
seperti berikut ini.
-
39
Catatan
Jika suatu zat yang diselidiki itu ditetesi dengan larutan iodium, maka timbulwarna biru kehitaman. Hal ini berarti zat tersebut mengandung amilum.
Misalnya, roti, nasi, dan terigu ditetesi dengan larutan iodium timbul warna
biru kehitaman.
Janganlah mendidihkan alkohol 70% langsung pada api, tetapi didihkanlahalkohol 70% itu dalam penangas air. Hal ini untuk mencegah agar tidak
terjadi kebakaran, karena alkohol 70% mudah sekali terbakar.
Pertanyaan1. Apa yang terjadi pada daun singkong dalam percobaan itu setelah ditetesi
dengan larutan iodium? Apa sebabnya demikian? Jelaskan!
2. Bagaimana persamaan reaksi kimia fotosintesis dalam percobaan ini?
Jelaskan!
3. Bagaimana proses perubahan dari glukosa menjadi amilum dalam
percobaan ini? Jelaskan!
4. Manfaat apa yang dapat diaplikasikan dari percobaan ini dalam kehidupan
sehari-hari? Jelaskan!
Air panas Alkohol Larutan iodium
-
40
BAB IVRANGKUMAN
Metabolisme organisme adalah proses-proses reaksi kimia yang melibatkanenergi dan enzim secara keseluruhan di dalam sel (tubuh organisme).
Metabolisme dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu katabolisme dananbolisme. Katabolisme adalah proses perombakan (pembongkaran)
senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan
bantuan enzim. Contoh: respirasi sel. Anabolisme adalah proses penysunan
(sintesis) dari senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks dengan
bantuan enzim. Contoh: fotosintesis.
Proses katabolisme dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu respirasiaerob dan respirasi anaerob. Respirasi aerob adalah respirasi yang
menggunakan oksigen bebas untuk mendapatkan energi. Respirasi anaerob
adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas untuk
mendapatkan energi.
Reaksi kimia dalam respirasi aerob dapat dibedakan menjadi tiga tahapan,yaitu glikolisis, siklus Krebs, dan transpor elektron.
Tahap glikolisis, yaitu glukosa (6C) diubah menjadi asam piruvat (2C); siklusKrebs, asetil KoA bereaksi dengan asam oksaloasetat, kemudian masuk ke
dalam siklus berulang-ulang; dan pada sistem transpor elektron, secara
estafet, elektron dipindahkan sehingga terbentuk ATP dan air sebagai hasil
akhir.
Reaksi kimia pada jalur respirasi anaerob, 2 asam piruvat (dari glikolisis)diubah menjadi 2 fosfoenol piruvat, kemudian 2 fosfoenol piruvat diubah lagi
menjadi 2 laktat. Dalam respirasi anaerob hanya dihasilkan 2 ATP.
-
41
Fotosintesis adalah proses anabolisme yang memanfaatkan energi cahayauntuk mengubah zat anorganik (H2O dan CO2) menjadi senyawa organik
(karbohidrat) yang terjadi dalam klorofil.
Proses fotosintesis terjadi dalam dua tahap, yaitu reaksi terang (dalamgrana) dan reaksi gelap (dalam stroma)
Dalam reaksi terang, diperlukan energi cahaya untuk memecahkan molekulH2O. Oksigen (O2) segera dilepaskan ke udara dan H2 ditangkap oleh NA-
DP (Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat) membentuk 2 NADP + 2 H+.
Dalam reaksi gelap, sumber energi (ATP dan NADPH) digunakan untukmengikat dan mereduksi CO2. Pengikatan CO2 dilakukan oleh RDP
(Ribulosa difosfat). Pengikatan ini menghasilkan APG (Asam fosfogliserat)
yang mengandung P. Selanjutnya, terjadi reduksi atau pemindahan H2 dari
NADPH ke APG menjadi PGAL (fosfogliseraldehid).
Bagian-bagian kloroplas bila dilihat dengan mikroskop elektron terdiri atasmembran (selaput) dan stroma. Membran adalah permukaan sebelah luar
yang memisahkan kloroplas dan sitoplasma.
Stroma adalah bagian dalam terdapat bahan dasar yang tidak berwarna. Didalam stroma tertanam grana (struktur-struktur hijau daun). Satu grana
terdiri atas tumpukan lamela, tiap lamela terdiri atas lapisan protein, lipida,
klorofil, dan karotenoid.
Di dalam kloroplas terdapat pigmen berwarna hijau yang disebut klorofil.Pigmen ini dapat menyerap energi cahaya.
Dua macam klorofil yang terlibat dalam fotosintesis, yaitu klorofil a (pigmenhijau tua) dan klorofil b (pigmen hijau muda). Klorofil a dan pigmen-pigmen
lain mengelompok dalam membran tilakoid, membentuk pigmen yang
berfungsi dalam fotosintesis.
Unit yang mampu menangkap energi cahaya adalah klorofil a, kompleksantene, dan akseptor elektron disebut fotosistem.
-
42
Fotosistem dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu fotosistem I danfotosistem II. Klorofil a dalam fotosistem I disebut P 700, artinya klorofil a
sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 700 nm. Klorofil
a dalam fotosistem II disebut P 680, artinya klorofil a sensitif terhadap energi
cahaya dengan panjang gelombang 680 nm.
Perkembangan ilmu metabolisme memacu perkembangan teknologi dibidang makanan, misalnya diciptakannya makanan berkadar gula rendah,
teknologi pengawetan makanan, dan suplemen makanan.
-
43
BAB VEVALUASI
Petunjuk:Berilah tanda silang (X) pada huruf A, B, C, D atau E pada lembar jawaban
yang Anda anggap benar!
1. Enzim yang mengubah C2H4O3 menjadi asetil KoA pada peristiwa respirasi
sel adalah . . . .
A. laktat dehidrogenase
B. isomerase
C. fosfogliseraldehid dehidrogenase
D. dekarboksilase
E. kinase
2. Sumber energi yang digunakan untuk mengikat dan mereduksi CO2 pada
reaksi gelap dalam fotosintesis adalah . . . .
A. NADPH dan ATP
B. RDP dan ATP
C. NADPH2 dan ADP
D. APG dan ATP
E. NADPH2 dan ADP
3. Pada siklus Krebs, enzim-enzim yang bekerja pada asam sitrat menjadi
asam suksinil KoA secara berurutan, yaitu . . . .
A. isositratdehidrogenase-akonitase-akonitase -ketoglutarat dehidrogenase
B. akonitase-isositratdehidrogenase-akonitase-ketoglutarat dehidrogenase
C. ketoglutarat dehidrogenase-akonitase-akonitase-isositratdehidrogense
D. akonitase-akonitase-ketoglutarat dehidrogrnase-isositratdehidrogenase
E. akonitase-akonitase-isositratdehidrogenase-ketoglutarat dehidrogenase
-
44
4. Jumlah ATP dalam respirasi sel melalui transmisi elektron pada tingkat
transpor elektron dihasilkan . . . .
A. 6 ATP
B. 12 ATP
C. 22 ATP
D. 36 ATP
E. 38 ATP
5. Energi yang akan digunakan pada tahap reaksi gelap, disimpan dalam
bentuk . . . .
A. ATP dan NADP + 2 H+
B. ATP dan NADPH
C. ATP dan NADPH2D. ATP dan NADP + H+
E. ATP dan NADPH + H+
6. Pada kondisi anaerob, asam piruvat bertindak sebagai akseptor hidrogen
terakhir, sehingga oksidasi glukosa terhenti, maka terbentuklah . . . .
A. asam sitrat dan metanol
B. asam laktat dan metanol
C. asam laktat dan etanol
D. asam sitrat dan etanol
E. asam laktat dan propanol
7. Asam piruvat yang berasal dari proses glikolisis, masuk ke siklus Krebs
kemudian bereaksi antara . . . dan . . . menjadi . . . .
A. asetil KoA + asam oksaloasetat asam sitrat
B. asam sitrat + NAD+ asam ketoglutarat
C. asam malat + NAD+ asam oksaloasetat
D. NAD + KoA asam ketoglutarat
E. KoA + NAD+ asetil KoA
-
45
8. Tahap pertama pada siklus Calvin akan dihasilkan senyawa . . . .
A. ribulosa difosfat
B. fosfogliseraldehid
C. nikotinamida adenin dinukleotida difosfat
D. asam fosfogliserat
E. glukosa
9. Urutan respirasi aerob dalam proses katabolisme adalah . . . .
A. siklus Krebs glikolisis sistem transpor elektron
B. glikolisis sistem transpor elektron siklus Krebs
C. glikolisis siklus Krebs sistem transpor elektron
D. fermentasi glikolisis sistem transpor elektron
E. sistem transpor elektron siklus Krebs fermentasi
10. Pernyataan berikut ini yang berkaitan dengan fotosintesis, kecuali . . . .
A. fotosintesis tidak dapat berlangsung tanpa adanya energi cahaya
B. fotolisis berlangsung tanpa bantuan energi cahaya, memecah molekul
air menjadi H2 dan O2C. reaksi gelap tidak dapat berlangsung tanpa didahului reaksi terang
D. fotosintesis dapat berlangsung pada malam hari, asal ada cahaya lam-
pu yang cukup
E. hasil akhir fotosintesis berupa bahan organik yang disimpan pada
daun, batang berwarna hijau, dan umbi akar
11. Pada proses glikolisis dihasilkan . . . .
A. glukosa
B. glukosa 6-fosfat
C. asetil KoA
D. fruktosa
E. asam piruvat
-
46
12 Berikut ini pemanis berkalori rendah yang dapat dikonsumsi oleh penderita
diabetes mellitus, kecuali . . . .
A. sukralosa
B. sukrosa
C. tagatosa
D. aspartam
E. neotam
13. Daging yang dibekukan dalam lemari es tidak membusuk, karena . . . .
A. di dalam lemari es tidak ada cahaya
B. daging tersebut tidak mengalami metabolisme
C. di dalam lemari es berlangsung respirasi aerob
D. enzim mikroorganisme pembusuk tidak bekerja pada suhu rendah
E. di dalam lemari es tidak ada oksigen
14. Hasil akhir dari siklus Calvin adalah . . . .
A. 1,3 difosfogliserat
B. ribulosa difosfat
C. glukosa 6-fosfat
D. fosfogliseraldehid
E. gliseraldehid 3-fosfat
15. Hasil akhir pada jalur glikolisis adalah . . . .
A. asam piruvat
B. fosfoenol piruvat
C. asam laktat
D. gliseraldehid fosfat
E. dihidroksiaseton fosfat
-
47
DAFTAR PUSTAKA
Amien, Moh., Sukarno. (1995) Biologi 3 untuk SMU Kelas 3 Program IPA.Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
Fairley L. James et al., (1966). Essentials of Biological Chemistry. Second Edi-tion. New York: Van Nostrand Reinhold Company.
Syamsuri Istamar, dkk., (2004). Biologi untuk SMA Kelas XII. Jakarta: PenerbitErlangga.
Siregar M. Arbayah. (1982). Penggunaan Energi oleh Sel Fotosintesis. Jakarta:Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
Tjirosoepomo Gembong dkk., (1985). Biologi 2 Pegangan Umum Guru untukSMA., Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
Zuarsyah Yan dkk., (1996). Biologi 3 untuk SMU Kelas 3 Caturwulan I, II, danIII. Bandung: Penerbit PT Remaja Rosdakarya.