√ Metabolisme Pada Makhluk Hidup

Metabolisme Pada Makhluk Hidup – Setelah berlari selama satu jam, sekujur tubuh seorang atlet lari marathon akan dipenuhi dgn keringat. Jantungnya masih berdenyut kencang disertai fatwa darah yg mengalir cepat. Suhu tubuhnya meningkat. Selain itu, napasnya pun akan tersengal-sengal untuk mengambil oksigen sebanyak mungkin.

Mengapa tubuh atlet tersebut berkeringat serta napasnya tersengal- sengal tatkala melaksanakan lari marathon? Berasal dr manakah keringat tersebut? Seperti yg Anda pahami, keringat merupakan usaha tubuh untuk melepaskan panas sebagai hasil metabolisme sehingga suhu tubuh menjadi stabil. Metabolisme tak cuma dilaksanakan oleh insan, tetapi pula dijalankan oleh semua makhluk hidup ciptaan Tuhan Yang Maha Esa.

Dengan mempelajari metabolisme, Anda akan mengetahui kenapa makhluk hidup membutuhkan makanan & air selaku keperluan dasarnya. Selain itu, Anda akan mengerti pentingnya karbohidrat, protein, & lemak pada makanan yg Anda makan serta efek pada metabolisme bila Anda mengkonsumsi salah satu materi kuliner dengan-cara berlebih.

Selain metabolisme pada binatang & manusia, Anda pula akan mempelajari metabolisme pada flora & beberapa jenis basil, yakni fotosintesis & kemosintesis. Setelah anda menyimak pada penjelasan postingan berikut, Anda diharapkan bisa mengetahui materi tentang metabolisme pada makhluk hidup dengan-cara menyeluruh.

Daftar Isi

A. Molekul yg Berperan dlm Metabolisme

Motor bisa bergerak karena adanya energi. Energi yg didapatkan tersebut berasal dr bensin. Di dlm mesin motor, bensin mendapat energi minimum untuk bereaksi menciptakan energi dr percikan api yg dipicu oleh busi. Suhu di dlm mesin pun mampu meraih ratusan derajat celcius.

Energi minimum yg diperlukan sebuah substrat untuk bereaksi dinamakan selaku energi aktivasi. Bagaimanakah dgn tubuh insan atau mahluk hidup yang lain? Tentu kita tak bisa memenuhi kebutuhan energi pemicu pada kondisi mirip di mesin. Akan tetapi, dgn suhu yg cukup rendah, materi masakan yg kita makan tetap mampu meng- hasilkan energi untuk menunjang kegiatan kita. Ternyata, badan organisme menawarkan molekul berenergi & molekul yg mampu mempercepat (mengkatalisasi) terjadinya reaksi kimia dlm tubuh. Molekul tersebut

merupakan ATP (Adenosin trifosfat) & enzim.

1. Molekul Energi

Dalam banyak reaksi badan, perpindahan energi dikerjakan bersama-sama dgn dilepaskan atau dibentuknya senyawa dgn ikatan fosfat. Sumber energi utama yg mengandung senyawa fosfat yaitu ATP (Adenosin trifosfat) yg mempunyai 3 gugus fosfat. Senyawa ini menjadi sumber energi pribadi yg diharapkan oleh tubuh dlm melaksanakan perjuangan (kegiatan) karena pelepasan satu gugus fosfat akan menciptakan energi yg besar. Pada kondisi laboratorium, satu mol ATP menghasilkan energi sebesar 7,3 kkal. ATP terdiri atas gugus adenin yg mengandung gugus nitrogen, ribosa, membuat 5 molekul karbon gula, serta 3 molekul fosfat (Gambar 2.1).

Struktur ATP

Untuk membuat energi, ATP mengalami fosforilasi yang dibantu oleh enzim fosforilase menjadi ADP (Adenosin difosfat). Makhluk hidup yg beraktivitas, menggunakan ATP terus-menerus. Akan tetapi, ATP tak habis karena merupakan sumber daya yg bisa diperbaharui dgn menyertakan satu gugus fosfat pada ADP. Hal ini dapat dilaksanakan lewat respirasi sel pada binatang. Pada tumbuhan dipakai energi cahaya untuk membentuk ATP kembali.

Dalam proses transfer energi, terdapat beberapa macam molekul energi yang lain yg berperan selaku molekul penyimpan energi, yakni NADH2, FADH, & ATP. Semua molekul tersebut mempunyai kesetaraan dgn buatan ATP. NADH setara dgn 3 ATP & FADH setara dgn 2 ATP.

1. Enzim

Enzim merupakan protein pengkatalis. Katalis yakni biro kimiawi yang mempercepat laju reaksi tanpa mengubah struktur enzim itu sendiri. Tanpa adanya enzim, reaksi kimia pada jalur metabolisme akan terhenti.

a. Struktur Enzim

Enzim mempunyai sisi aktif, yakni potongan atau tempat pada enzim yg berfungsi selaku tempat menempelnya substrat. Kerja enzim sungguh spesifik karena segi aktif dari enzim sungguh pilih-pilih terhadap bentuk kimia dari substrat yang mau dikatalisis. Ikatan yg terbentuk antara enzim dgn substrat bersifat lemah sehingga reaksi mampu berjalan bolak-balik. Substrat melekat pada sisi aktif enzim dan akan membuat produk gres. Perhatikan Gambar 2.2.

Substrat menempel pada segi aktif enzim & membuat produk gres

Tubuh enzim terdiri atas beberapa belahan. Bagian utama enzim berbentukprotein yg disebut apoenzim. Bagian yang lain yakni kepingan yg tersusun atas materi anorganik, ibarat senyawa logam yg disebut gugus prostetik. Beberapa enzim membutuhkan molekul yang menolong kerja enzim menguatkan ikatan dgn substrat, yakni kofaktor. Banyak molekul logam anorganik yg berfungsi sebagai kofaktor, seperti ion logam Fe2+, Cu2+, dan Mg2+.

Beberapa komponen kimia enzim yg tersusun atas molekul organik nonprotein disebut koenzim. Koenzim membawa atom fungsional tatkala enzim bereaksi. Contoh koenzim yg berada pada kepingan gugus prostetik enzim yaitu koenzim A, yg menjinjing sumber karbon tatkala memecah piruvat & asam lemak. Ikatan antara apoenzim & kofaktor disebut holoenzim.

b. Sifat Enzim

Enzim melakukan pekerjaan dgn cara menurunkan energi aktivasi sehingga energi awal minimun untuk sebuah reaksi mampu diperkecil. Untuk memahaminya, perhatikanlah Gambar 2.3 berikut.

Enzim melakukan pekerjaan dgn cara menurunkan energi aktivasi

Enzim bukanlah penambah energi permulaan dalam bereaksinya substrat, tetapi cuma selaku pengikat sementara sehingga reaksi mampu berjalan pada kondisi di bawah energi aktivasinya. Hal ini menimbulkan reaksi akan berjalan lebih singkat. Enzim merupakan protein yg bisa terdenaturasi (struktur dan sifatnya berubah) oleh suhu, pH, atau logam berat.

Empat sifat lazim enzim selaku berikut.

Enzim bukanlah penyebab reaksi, tetapi enzim cuma mempercepat reaksi. Tanpa adanya enzim, suatu reaksi tetap mampu terjadi. Akan tetapi, diharapkan energi yang besar dan berjalan sungguh lambat.
Enzim tak berganti dengan-cara permanen atau habis bereaksi. Enzim yg sama dapat dipakai berulang-ulang.
Enzim yang sama mampu dipakai untuk reaksi kebalikannya. Suatu enzim dapat merubah substrat A menjadi molekul B & C. Enzim yang sama mampu melaksanakan pekerjaan sebaliknya membentuk substrat A dari molekul B dan C.
Setiap jenis enzim cuma melakukan pekerjaan pada zat tertentu saja.

c. Cara Kerja Enzim

Terdapat dua teori yg membuktikan cara kerja enzim, yakni teori lock and key dan teori induced fit. Teori lock and key menganalogikan prosedur kerja enzim mirip kunci dengan anak kunci. Substrat masuk ke dlm sisi aktif enzim. Jadi, sisi aktif enzim seperti kunci dan substrat yaitu anak kunci. Adapun teori induced fit mengemukakan bahwa setiap molekul substrat mempunyai permukaan yg nyaris pas dgn permukaan sisi aktif enzim. Jika substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim, akan terbentuk kompleks enzim substrat yang pas (Keeton and Gould, 1986: 79). Perhatikan gambar berikut.

(a) Teori lock and key (b) Teori induced fit. Apakah perbedaannya?

d. Penamaan Enzim

Penamaan enzim biasanya diadaptasi dgn substrat yg diuraikan, lalu dibubuhi akhiran ase. Sebagai acuan, enzim amilase menguraikan amilum menjadi maltosa di lisan. Enzim lipase melaksanakan pekerjaan menguraikan lipid (lemak) menjadi asam lemak.

e. Jenis enzim

Berdasarkan lokasi kerjanya, enzim bisa dibagi menjadi dua jenis, sebagai berikut.

f. Faktor yg Memengaruhi Kerja Enzim

Seperti halnya protein yang lain, sifat enzim sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungannya. Kondisi yg tak sesuai dapat menimbulkan kerja enzim terusik. Berikut adalah beberapa faktor yang memengaruhi kerja enzim.

1. Temperatur

Enzim mempunyai rentang temperatur tertentu semoga dapat bereaksi dgn optimal. Pada temperatur yang tinggi, enzim akan rusak (terdenaturasi) selaku sifat lazim dr protein. Pada kondisi ini, struktur enzim sudah berganti & rusak sehingga tidak bisa digunakan lagi. Adapun pada temperatur yg rendah, enzim berada pada kondisi inaktif (tidak aktif). Enzim akan melakukan pekerjaan kembali dgn adanya peningkatan temperatur yg sesuai. Semua enzim mempunyai kondisi temperatur yg spesifik untuk melakukan pekerjaan optimal. Enzim mempunyai kecenderungan makin meningkat seiring dgn peningkatan temperatur sampai pada batas tertentu. Setelah itu, enzim kembali mengalami penurunan kinerja. Pada dikala kerja enzim optimal maka bisa dikatakan bahwa pada temperatur tersebut temperatur optimum (Gambar 2.5).

Setiap enzim akan bekerja optimal pada temperatur tertentu. Apa yg terjadi pada enzim tersebut kalau suhu melampaui °C?

Fauna Peralihan

2. pH

Seperti halnya temperatur, pH dapat memengaruhi optimasi kerja enzim. Setiap enzim bekerja pada kondisi pH yg sungguh spesifik. Hal ini berhubungan erat dgn lokasi enzim yg melakukan pekerjaan kepada sebuah substrat. Pada biasanya, enzim akan melakukan pekerjaan optimum pada pH 6-8 (Gambar 2.6). Perubahan pH lingkungan akan mengakibatkan terganggunya ikatan hidrogen yg ada pada struktur enzim. Jika enzim berada pada kondisi pH yg tak sesuai, enzim mampu berada pada keadaan inaktif. Dengan adanya kondisi pH yg spesifik ini, enzim tak akan merusak sel lain yg berada di sekitarnya. Contohnya, enzim pepsin yg dibikin pankreas untuk mencerna protein dlm lambung, tak akan mencerna protein yg ada di dinding pankreas karena enzim pepsin melakukan pekerjaan pada pH 2-4. Perhatikan Gambar 2.6.

Setiap enzim akan melaksanakan pekerjaan pada pH yg berlawanan

3. Konsentrasi Substrat & Konsentrasi Enzim

Kerja enzim sangat cepat maka untuk memaksimalkan hasilnya, perlu perbandingan jumlah atau konsentrasi antara substrat dgn enzim yg sesuai. Jumlah substrat yg terlampau banyak & fokus enzim sedikit akan menimbulkan reaksi tak optimal. Perhatikan Gambar 2.7.

Laju reaksi dibatasi oleh jumlah enzim yg akan mengganti substrat

Konsentrasi enzim membatasi laju reaksi. Enzim akan “bosan” kalau sisi aktif semua molekul enzim terpakai setiap waktu. Pada titik jenuh, laju reaksi tak akan meningkat walaupun substrat disertakan. Jika konsentrasi enzim disertakan, laju reaksi akan meningkat hingga titik bosan selanjutnya.

4. Kofaktor

Kofaktor mampu menolong enzim untuk memperkuat ikatan dgn substrat atau keperluan unsur anorganik, ibarat karbon. Selain itu, kofaktor pula menolong proses transfer elektron.

5. Inhibitor Enzim

Inhibitor mengganggu kerja enzim. Berdasarkan pengertian dr kata dasarnya (inhibit artinya menghalangi), inhibitor merupakan senyawa yg mampu menghalangi kerja enzim. Inhibitor dengan-cara alami mampu berupa bisa (racun) yg dikeluarkan oleh binatang, ibarat ular atau keuntungan-laba. Inhibitor akan mencegah sisi aktif untuk tak bekerja. Beberapa obat-obatan pula berfungsi selaku inhibitor, mirip penisilin yg memiliki kegunaan menghambat kerja enzim pada mikroorganisme.

Inhibitor terbagi atas dua macam, yakni inhibitor kompetitif & inhibitor nonkompetitif. Pada inhibitor kompetitif, inhibitor ini akan berkompetisi dgn substrat untuk bergabung dgn enzim sehingga kerja enzim akan terusik. Sementara itu, inhibitor nonkompetitif tak akan bersaing dgn substrat untuk bergabung dgn enzim karena mempunyai sisi ikatan yg berlawanan (Keeton and Gould, 1986: 81).

(a) Kompleks enzim substrat tanpa inhibitor (b) inhibitor kompetitif (c) inhibitor nonkompetitif. Apa perbedaan kedua inhibitor tersebut?

6. Kadar Air

Kerja enzim sungguh dipengaruhi oleh air. Rendahnya kadar air mampu memunculkan enzim tak aktif. Sebagai acuan, biji tumbuhan yg dlm kondisi kering tak akan berkecambah. Hal ini disebabkan oleh tak aktifnya enzim selaku balasan dr rendahnya kadar air dlm biji. Biji akan berkecambah kalau direndam. Kadar air yg cukup mampu mengaktifkan kembali enzim.

B. Metabolisme Karbohidrat

Keseluruhan reaksi kimia di dlm tubuh organisme yg melibatkan perubahan energi disebut metabolisme. Sebagai makhluk hidup, energi dapat dihasilkan dr sebuah proses, atau suatu proses justru membutuhkan energi. Pada lazimnya , energi dilepaskan ketika badan organisme mencerna molekul kompleks menjadi molekul yg sederhana. Proses tersebut dinamakan katabolisme. Adapun proses pembentukan senyawa kompleks dr unsur- unsur penyusunnya dan reaksi tersebut memerlukan energi dinamakan anabolisme.

1. Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme merupakan reaksi penguraian atau pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana untuk menciptakan energi. Proses katabolisme yg terjadi pada makhluk hidup dibedakan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob. Apakah yg membedakan respirasi aerob dgn respirasi anaerob?

Berdasarkan pergantian energinya, reaksi kimia bisa dibedakan menjadi reaksi eksergonik dan reaksi endergonik. Pada reaksi eksergonik, terjadi pelepasan energi. Katabolisme merupakan reaksi eksergonik. Jika energi yg dilepaskan berbentukpanas, disebut reaksi eksoterm. Adapun pada reaksi endergonik, terjadi absorpsi energi dr lingkungan. Anabolisme tergolong reaksi endergonik karena membutuhkan energi. Jika energi yg digunakan dlm bentuk panas, disebut reaksi endoterm.

a. Respirasi Aerob

Respirasi bermaksud menciptakan energi dari sumber nutrisi yang dimiliki. Semua makhluk hidup melaksanakan respirasi & tak hanya berupa pengambilan udara dengan-cara pribadi. Respirasi dlm kaitannya dengan pembentukan energi dijalankan di dlm sel. Oleh lantaran itu, prosesnya dinamakan respirasi sel. Organel sel yang berfungsi dalam menjalankan tugas pembentukan energi ini yakni mitokondria.

Respirasi tergolong ke dlm kelompok katabolisme karena di dalamnya terjadi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, dibarengi dgn pelepasan energi. Energi yg kita gunakan mampu berasal dari hasil metabolisme tumbuhan. Oleh karena itu, tumbuhan merupakan organisme autotrof, yg mempunyai arti dapat memproduksi kuliner sendiri. Adapun pelanggan, menyerupai hewan & insan, yg tak mampu menyediakan makanan sendiri disebut organisme heterotrof.

Proses respirasi dekat kaitannya dgn pembakaran materi bakar berupa kuliner menjadi energi. Kondisi optimal akan tercapai dalam kondisi aerob (ada oksigen). Secara singkat, proses yang terjadi selaku berikut.

Pembentukan energi siap pakai akan lewat beberapa tahap reaksi dlm tata cara respirasi sel pada mitokondria. Menurut Campbell, et al, (2006: 93) reaksi-reaksi tersebut, yakni:

glikolisis, yakni proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat;
dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, yakni perombakan asam piruvat menjadi asetil Co-A;
daur asam sitrat, yakni siklus perombakan asetil Ko-A menjadi peserta elektron dan terjadi pelepasan sumber energi;
transfer elektron, yakni mekanisme pembentukan energi paling besar dalam proses respirasi sel yang membuat produk sampingan berupa air.

Energi yg dihasilkan dr respirasi sel ialah ATP

1. Glikolisis

Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan masuk ke dlm sel lewat proses difusi. Agar mampu bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berbentuksatu ATP. Hal ini mengakibatkan glukosa dlm kondisi terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yg dibantu oleh enzim heksokinase. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah molekul gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dgn sumbangan satu ATP & enzim fosfoheksokinase. Proses selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya yaitu 4 molekul ATP & hasil final berbentuk2 molekul asam piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yg terjadi selaku berikut (Gambar 2.10).

Proses glikolisis berjalan dlm sembilan tahap. Berapa jumlah ATP yg dihasilkan dr proses ini?

Walaupun empat molekul ATP dibikin pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi keseluruhan yaitu dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yg harus diberikan pada fase awal glikolisis. Tahap glikolisis tak membutuhkan oksigen.

2. Dekarboksilasi Oksidatif

Setiap asam piruvat yg dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA (koenzim-A). Asam piruvat ini aan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan hilang selaku CO₂ dan akan berdifusi keluar sel. Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan mengalami oksidasi sehingga gugus hidrogen dikeluarkan & ditangkap oleh penerima elektron NAD+. Perhatikan Gambar 2.11. Gugus yg terbentuk, kemudian disertakan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA. Hasil final dr proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2 molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA membutuhkan kedatangan vitamin B1. Berdasarkan hal tersebut, mampu dikenali betapa pentingnya vitamin B dlm tubuh binatang maupun tumbuhan.

Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat menghasilkan CO2, 2 asetil- KoA, & 2 molekul NADH

3. Daur Asam Sitrat

Proses selanjutnya yaitu daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga dihasilkan banyak penerima elektron. Selain disebut selaku daur asam sitrat, proses ini disebut pula daur Krebs. Hans A. Krebs ialah orang yg pertama kali mengamati & menerangkan fenomena ini pada tahun 1930.

Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat menciptakan CO2, 2 asetil- KoA, & 2 molekul NADH

Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus. Berikut adalah beberapa tahapan yang terjadi dlm daur asam sitrat. (Gambar 2.12).

Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat. Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dgn penambahan molekul air.
Perubahan gugusan asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.
Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dgn proteksi enzim asam isositrat dehidrogenase, membentuk asam α-ketoglutarat. NAD+ akan mendapatkan donor elektron dr hidrogen untuk membentuk NADH. Asam α-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil KoA.
Asam suksinat tiokinase menolong pelepasan gugus KoA & ADP menemukan donor fosfat menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.
Asam suksinat dgn pinjaman suksinat dehidrogenase akan bermetamorfosis asam fumarat disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini, elektron akan ditangkap oleh penerima FAD menjadi FADH2.
Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dgn sumbangan enzim fumarase.
Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dgn proteksi enzim asam malat dehidrogenase. NAD+ akan mendapatkan sumbangan elektron dr tahap ini & membentuk NADH.
Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi dgn sumbangan dua gugus karbon dr asetil KoA.

4. Transfer Elektron

Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yg bermuatan tanggapan penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yakni ATP.

Reaksi ini berlangsung di dalam membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yg dibantu oleh enzim pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yg melibatkan NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), & molekul-molekul yang lain. Dalam pembentukan ATP ini, ada penerima elektron yg akan memfasilitasi pertukaran elektron dr satu metode ke tata cara yang lain.

Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dr zat yg akan diubah oleh enzim (substrat). Hidrogen mengalami ionisasi selaku berikut.

Proton hidrogen mereduksi koenzim NAD lewat reaksi NAD + H+ ‹ NADH + H+. NADH dr matriks mitokondria masuk ke ruang intermembran lewat membran dalam, kemudian memasuki metode rantai pernapasan.
NADH dioksidasi menjadi NAD+ dgn memindahkan ion hidrogen pada flavoprotein (FP), flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yg bertindak selaku pembawa ion hidrogen. Dari flavoprotein atau FAD, setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma untuk membentuk molekul H2O.
Elektron akan berpindah dr ubiquinon ke protein yg mengandung besi & belerang (FeSa & FeS )‹ sitokrom b ‹ koenzim quinon ‹ sitokrom b2 sitokrom o‹ sitokrom c ‹ sitokrom a ‹ sitokrom a & terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk H2O amati Gambar 2.13.

Sistem transfer elektron membentuk energi selama oksidasi yg dibantu oleh enzim pereduksi

Di dlm rantai pernapasan, 3 molekul air (H2O) dihasilkan lewat NADH & 1 molekul H2O dihasilkan lewat FAD. Satu mol H2O yg lewat NADH setara dgn 3 ATP & 1 molekul air yg lewat FAD setara dgn 2 ATP.

Tabel 2.1 Tahap Reaksi pada Respirasi

Walaupun ATP total yg tertera pada Tabel 2.1 yakni 38 ATP, jumlah total yg dihasilkan pada proses respirasi ialah 36 ATP. Hal tersebut disebabkan 2 ATP digunakan oleh elektron untuk masuk ke mitokondria.

b. Respirasi Anaerob

Setelah berolahraga atau melaksanakan suatu pekerjaan berat, napas Anda menjadi terengah-engah karena suplai oksigen yg masuk badan menjadi menyusut. Tubuh menangani kondisi ini dengan memperpendek jalur pembentukan energi lewat proses respirasi anaerob. Cara ini ditempuh semoga tubuh tak kelemahan pasokan energi tatkala melaksanakan suatu acara berat. Respirasi anaerob dikenal juga dengan istilah fermentasi.

Fermentasi yaitu perubahan glukosa dengan-cara anaerob yg meliputi glikolisis & pembentukan NAD. Fermentasi membuat energi yg relatif kecil dr glukosa. Glikolisis berlangsung dgn baik pada kondisi tanpa oksigen. Fermentasi dibedakan menjadi dua tipe reaksi, yakni fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.

Fermentasi alkohol maupun fermentasi asam laktat diawali dengan proses glikolisis. Pada glikolisis, diperoleh 2 NADH + H+ + 2 ATP + asam piruvat. Pada reaksi aerob, hidrogen dari NADH akan bereaksi dengan O2 pada transfer elektron. Pada reaksi anaerob, ada penerima hidrogen

permanen berupa asetildehida atau asam piruvat.

1. Fermentasi Alkohol

Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol lewat dua langkah reaksi. Langkah pertama yakni pembebasan

CO2 dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida. Langkah kedua yakni reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan dipakai untuk glikolisis (Gambar 2.14) .

Pada langkah pertama fermentasi alkohol, terjadi pembebasan CO₂. Apa hasil selesai reaksi ini?

Sel ragi dan basil melaksanakan respirasi secara anaerob. Hasil fermentasi berupa CO2 dalam industri roti dimanfaatkan untuk membuatkan adonan roti sehingga pada roti terdapat pori-pori.

2. Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat yakni fermentasi glukosa yg membuat asam laktat. Fermentasi asam laktat dimulai dgn glikolisis yg membuat asam piruvat, kemudian berlanjut dgn perubahan asam piruvat menjadi asam laktat (Gambar 2.15). Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat bereaksi dengan-cara langsung dgn NADH membentuk asam laktat. Fermentasi asam laktat dapat berjalan tatkala pembentukan keju & yoghurt.

Fermentasi asam laktat diawali dgn proses glikolisis yg menciptakan asam piruvat

Pada sel otot insan yg bersifat fakultatif anaerob, terbentuk ATP dr fermentasi asam laktat jikalau kondisi kandungan oksigen sungguh sedikit. Pada pembentukan ATP yg berjalan dengan-cara aerob, oksigennya berasal dari darah. Sel mengadakan perubahan dari respirasi aerob menjadi fermentasi. Hasil fermentasi berbentukasam laktat akan terakumulasi dlm otot sehingga otot menjadi kejang. Asam laktat dr darah akan dimuat ke dlm hati yg kemudian diubah kembali menjadi asam piruvat dengan-cara aerob. Fermentasi pada sel otot terjadi bila kandungan O2 rendah dan kondisi mampu pulih kembali setelah berhenti melaksanakan olahraga.

2. Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme merupakan proses penyusunan zat dr senyawa sederhana menjadi senyawa yang kompleks. Proses tersebut berjalan di dlm tubuh makhluk hidup. Anabolisme merupakan kebalikan dr katabolisme. Proses anabolisme memerlukan energi, baik energi panas, cahaya, atau energi kimia. Anabolisme yg memakai energi cahaya disebut fotosintesis, sedangkan anabolisme yg menggunakan energi kimia disebut kemosintesis.

Berikut ini akan diterangkan mengenai fotosintesis & kemosintesis.

a. Fotosintesis

Jika Anda pernah memasuki suatu daerah hutan atau jalanan yang memiliki pepohonan rindang, pasti Anda akan merasa segar pada siang hari yg panas. Akan tetapi, jika Anda melewati potongan yg telah botak atau tidak terdapat pepohonan, Anda akan lebih gampang merasa gerah. Semua itu mungkin terjadi begitu saja tanpa Anda sadari. Proses apakah yang sebenarnya sedang terjadi? Mengapa hal tersebut bisa tejadi?

Tumbuhan di sekeliling kita mungkin hanyalah suatu makhluk tanpa daya bagi sebagian orang. Akan tetapi, kalau Anda sudah mengetahui insiden menakjubkan di dalamnya, Anda mungkin akan berubah pikiran mengenai betapa pentingnya pepohonan dan hutan bagi kehidupan insan di bumi. Dari cahaya matahari yg menyinari bumi, dimulailah sebuah proses transfer energi di alam. Melalui daun-daunnya, tanaman hijau menangkap cahaya tersebut selaku bahan bakar pembuatan kuliner. Air dan gas CO2 yang ditangkap, dimasak menjadi sumber energi bagi kita dan pelanggan yang lain di planet bumi ini. Produk itu mampu berupa buah yg kita makan, daun-daunan, ataupun serpihan lain dr tumbuhan, menyerupai umbi & bunga. Satu hal yang tidak kalah pentingnya ialah flora membuat oksigen dlm proses fotosintesis (Gambar 2.16).

Cahaya matahari merupakan sumber energi terbesar yg diperlukan oleh organisme

1. Perangkat fotosintesis

Perangkat fotosintesis terdiri atas kloroplas, cahaya matahari & klorofil. Bagaimanakah kiprah ketiga perangkat fotosintesis tersebut?

a. Kloroplas

Seluruh belahan dr tanaman, termasuk batang & buah, mempunyai kloroplas. Akan tetapi, daun merupakan tempat utama berlangsungnya fotosintesis pada tanaman. Warna pada daun disebabkan adanya klorofil, pigmen berwarna hijau yg terletak di dlm kloroplas. Klorofil mampu menyerap energi cahaya yang berkhasiat dalam sintesis molekul makanan pada tumbuhan. Kloroplas banyak didapatkan pada mesofil. Setiap sel mesofil bisa mengandung 10 sampai 100 butir kloroplas.

Kloroplas selaku tempat klorofil berada, merupakan organel utama dalam proses fotosintesis. Jika dilihat menggunakan mikroskop SEM (Scanning Electrone Microscope), mampu diketahui bentuk kloroplas yg berlembar-lembar & dikemas oleh membran. Bagian di sebelah dlm membran dinamakan stroma, yg berisi enzim-enzim yg diperlukan untuk proses fotosintesis. Di kepingan ini, terdapat lembaran-lembaran datar yg saling bekerjasama, disebut tilakoid. Beberapa tilakoid bergabung membentuk suatu tumpukan yg disebut grana. Perhatikan gambar berikut.

Proses fotosintesis terjadi di kloroplas

Seperti halnya respirasi sel, reaksi dr fotosintesis ini merupakan reaksi reduksi & oksidasi. Reaksi biasa yg terjadi pada proses fotosintesis selaku berikut.

b. Sumber matahari

Sumber energi alami yg digunakan pada fotosintesis yakni cahaya matahari. Cahaya matahari mempunyai aneka macam spektrum warna. Setiap spektrum warna mempunyai panjang gelombang tertentu. Setiap spektrum warna mempunyai efek yg berlainan terhadap proses fotosintesis (amati Gambar 2.18). Sinar yg efektif dlm proses fotosintesis ialah merah, ungu, biru, & oranye. Sinar hijau tak efektif dlm fotosintesis. Daun yg terlihat hijau oleh mata karena spektrum warna tersebut dipantulkan oleh pigmen fotosintesis. Sinar infra merah berperan dlm fotosintesis & berfungsi pula meningkatkan suhu lingkungan.

Setiap spektrum warna mempunyai imbas yg berlainan terhadap proses fotosintesis

c. Klorofil

Proses fotosintesis terjadi pada pigmen fotosintesis. Tanpa pigmen tersebut, tumbuhan tidak bisa melaksanakan fotosintesis. Secara keseluruhan, fotosintesis terjadi pada kloroplas yang mengandung pigmen klorofil. Pada tubuh tanaman, fotosintesis bisa terjadi pada batang, ranting, & daun yg mengandung kloroplas.

Klorofil merupakan pigmen fotosintesis yang paling utama. Klorofil dapat menyerap cahaya merah, oranye, biru, & ungu dlm jumlah besar. Adapun cahaya kuning dan hijau diserap dalam jumlah sedikit. Oleh karena itu, cahaya kuning dan hijau dipantulkan sehingga klorofil terlihat berwarna hijau. Terdapat berbagai jenis klorofil, yakni klorofil a, b, c, dan d. Dari semua jenis klorofil tersebut, klorofil a merupakan pigmen yang paling utama & nyaris terdapat disemua flora yang melakukan fotosintesis.

Pada tumbuhan, terdapat dua pusat reaksi fotosintesis yg berlainan, yakni fotosistem I dan fotosistem II. Keduanya dibedakan menurut kemampuannya dlm menyerap cahaya dgn panjang gelombang yg berlawanan. Perbedaan kesanggupan tersebut disebabkan oleh perbedaan kombinasi antara klorofil a & klorofil b. Perbedaan variasi antara klorofil a & klorofil b memiliki dampak terhadap panjang gelombang yg diterima oleh klorofil. Fotosistem I bisa mendapatkan cahaya dgn panjang gelombang antara 680–700 nm, sedangkan fotosistem II mampu menerima cahaya dgn panjang gelombang antara 340–680 nm.

2. Mekanisme Fotosintesis

Fotosintesis meliputi dua tahap reaksi, yakni tahap reaksi terang yang dibarengi dgn tahap reaksi gelap. Reaksi terang membutuhkan cahaya matahari, sedangkan reaksi gelap tak membutuhkan cahaya. Secara keseluruhan, fotosintesis berjalan dlm kloroplas.

a. Reaksi Terang

Reaksi terang merupakan salah satu langkah dalam fotosintesis untuk mengganti energi matahari menjadi energi kimia. Reaksi terang ini berjalan di dalam grana. Perlu diingat bahwa cahaya juga mempunyai energi yang disebut foton. Jenis pigmen klorofil berlawanan-beda karena pigmen tersebut cuma bisa menyerap panjang gelombang dengan besar energi foton yg berlawanan.

Klorofil berfungsi menangkap foton dr cahaya matahari dan mengubahnya menjadi energi pencetus elektron. Pada proses ini, terjadi pemecahan molekul air oleh cahaya sehingga dilepaskan elektron, hidrogen & oksigen. Proses ini dinamakan fotolisis.

1. Reaksi Siklik

Pada fotosistem I (P700), terjadi perputaran elektron yg dihasilkan & ditangkap oleh penerima selaku hasil dr reaksi reduksi & oksidasi. Elektron yg dieksitasikan oleh P700 akan dipindahkan ke setiap peserta sampai jadinya kembali ke tata cara P700. Beberapa peserta elektron yg terlibat dalam fotosistem yakni feredoksin (fd), plastoquinon (pq), sitokrom (cyt), & plastosianin (pc). Proses ini menciptakan ATP sebagai hasil penambahan elektron pada ADP atau diketahui dgn nama fotofosforilasi. Perputaran elektron pada fotosistem I ini disebut selaku fotofosforilasi siklik. Fotosistem I ini lazimnya didapatkan pada kuman & mikroorganisme autotrof yang lain. Sistem fotosintesis dgn menggunakan fotofosforilasi siklik disangka sebagai permulaan berkembangnya proses fotosintesis yg lebih kompleks (Gambar 2.19).

Add captionReaksi siklik hanya mempunyai fotosistem I

2. Reaksi Nonsiklik

Reaksi nonsiklik ini memerlukan perhiasan berupa fotosistem II (P680). Sumber elektron utama diperoleh dr fotolisis air yg akan digunakan oleh klorofil pada fotosistem II (P680). Reaksi ini menciptakan dua elektron dr hasil fotolisis air. Elektron ini akan diterima oleh beberapa peserta elektron, yakni plastoquinon (pq), sitokrom (cyt), & plastosianin (pc). Akhirnya, pompa elektron menggerakan satu elektron H+ yang akan dipakai pada pembentukan ATP dari ADP atau fotofosforilasi. Pem- bentukan ATP ini dibantu dengan adanya perbedaan elektron pada membran tilakoid.

Beberapa penerima elektron pula terlibat dlm fotosistem II, menyerupai ferodoksin (fd) untuk menciptakan NADPH dr NADP. Dengan demikian, pada proses ini akan dihasilkan energi berbentuksatu ATP & satu NADPH (Gambar 2.20).

Reaksi nonsiklik diawali dr fotosistem II & terjadi fosforilasi fotosintesis. Mengapa rangkaian reaksi ini disebut reaksi nonsiklik?

Reaksi gelap merupakan tahap bahu-membahu dlm pembuatan materi kuliner pada fotosintesis. Energi yang sudah dihasilkan selama reaksi terang akan dipakai selaku materi baku utama pembentukan karbohidrat proses fiksasi CO2 di stroma. Tumbuhan mengambil karbon dioksida lewat stomata. Anda pasti masih ingat fungsi utama stomata dlm pertukaran gas pada tanaman. Karbon dioksida diikat oleh suatu molekul kimia di dlm stroma yg bernama ribulosa bifosfat (RuBP). Karbon dioksida akan berikatan dgn RuBP yg mengandung 6 gugus karbon dan menjadi materi utama dlm pembentukan glukosa yg dibantu oleh enzim rubisko. Reaksi ini pertama kali diperhatikan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson sehingga reaksi ini disebut pula dgn siklus Calvin-Benson.

RuBP yang berikatan dengan karbon dioksida akan menjadi molekul yang tak stabil sehingga akan membentuk fosfogliserat (PGA) yg memiliki 3 gugus C. Energi yg berasal dr ATP & NADPH akan digunakan oleh PGA menjadi fosfogliseraldehid (PGAL) yg mengandung 3 gugus C. Dua molekul PGAL ini akan menjadi bahan utama pembentukan glukosa yg merupakan produk utama fotosisntesis, sedangkan sisanya akan kembali menjadi RuBP dengan pertolongan ATP. Jadi, reaksi gelap terjadi dalam tiga tahap, yakni fiksasi CO2, reduksi, dan regenerasi. Perhatikan Gambar 2.21.

Reaksi gelap terjadi dlm tiga tahap

3. Faktor-Faktor yg Memengaruhi Fotosintesis

Dengan mengetahui beberapa aspek yg terlibat dlm proses fotosintesis ini, dapat dimengerti beberapa hal yg menjadi faktor pembatas fotosintesis, seperti faktor hereditas & lingkungan.

a. Faktor Hereditas

Faktor hereditas merupakan faktor yg paling memilih kepada kegiatan fotosintesis. Tumbuhan memiliki kebutuhan yang berlainan kepada kondisi lingkungan untuk menjalankan kehidupan masuk akal . Tumbuhan yg berlainan jenis & hidup pada kondisi lingkungan sama, mempunyai perbedaan aspek genetis atau hereditas. Ada berbagai macam tumbuhan tak bisa membentuk kloroplas albino. Hal tersebut disebabkan adanya aspek genetis yang tidak mempunyai potensi untuk membentuk kloroplas.

b. Faktor Lingkungan

Aktivitas fotosintesis sungguh dipengaruhi oleh faktor lingkungan, mirip temperatur, intensitas cahaya matahari, kandungan air & mineral, serta kandungan CO2 dan O2.

1. Temperatur

Aktivitas fofosintesis merupakan reaksi yg memakai enzim, sedangkan kerja enzim dipengaruhi oleh temperatur. Aktivitas fotosintesis tidak berjalan pada suhu di bawah 5°C & di atas 50°C. Mengapa demikian? Temperatur optimum fotosintesis sekitar 28–30°C. Tumbuhan yang hidup di kawasan tropis mempunyai enzim yg melaksanakan pekerjaan dengan-cara optimum lantaran berkembang di lingkungan yg mempunyai kisaran suhu optimum.

2. Intensitas Cahaya Matahari & Lama Pencahayaan

Semakin tinggi intensitas cahaya matahari, kian tinggi pula aktivitas fotosintesis. Hal ini terjadi bila ditunjang oleh tersedianya CO2, H2O, dan temperatur yg sesuai. Kenaikan acara fotosintesis tak akan terus berlanjut, tetapi akan berhenti hingga batas kondisi tertentu karena tumbuhan mempunyai batas toleransi. Lama pencahayaan sangat berpengaruh terhadap fotosintesis. Pada ekspresi dominan hujan, lama pencahayaan menjadi pendek sehingga program fotosintesis akan berkurang.

3. Kandungan Air dalam Tanah

Air merupakan materi dasar pembentukan karbohidrat (C6H12O6). Air merupakan media tanam, penyimpan mineral dlm tanah, & menertibkan

temperatur flora. Berkurangnya air dlm tanah akan membatasi perkembangan tanaman. Kurangnya air pula akan menjadikan kerusakan pada klorofil sehingga daun menjadi berwarna kuning.

4. Kandungan Mineral dalam Tanah

Mineral berbentukMg, Fe, N, & Mn merupakan unsur yg berperan dlm proses pembentukan klorofil. Tumbuhan yg hidup pada lahan yang kelemahan Mg, Fe, N, Mn, & H2O akan mengalami klorosis atau penghambatan pembentukan klorofil yg menimbulkan daun berwarna pucat. Rendahnya kandungan klorofil dalam daun akan membatasi terjadinya fotosintesis.

5. Kandungan CO2 di Udara

Kandungan CO2 di udara, sekitar 0,03%. Peningkatan konsentrasi CO2 hingga 0,10% meningkatkan laju fotosintesis beberapa tumbuhan hingga dua kali lebih cepat. Akan tetapi, keuntungan ini terbatas lantaran stomata akan menutup & fotosintesis terhenti kalau fokus CO2 melampaui 0,15%.

6. Kandungan O2

Rendahnya kandungan O2 di udara & dlm tanah akan menghalangi respirasi dlm tubuh tumbuhan. Rendahnya respirasi akan mengakibatkan rendahnya penyediaan energi. Hal ini membuat kegiatan metabolisme akan terlambat khususnya fotosintesis.

b. Kemosintesis

Selain melalui fotosintesis, reaksi pembentukan (anabolisme) molekul berenergi pada beberapa makhluk hidup bisa juga terjadi lewat kemosintesis. Hal ini utamanya dilaksanakan oleh kuman kemoautotrof. Berbeda dengan fotosintesis yang memperoleh energi dari sinar matahari, kemosintesis mendapatkan energi dr reaksi molekul anorganik. Beberapa organisme kemosintesis mereaksikan CO2 dengan H2 berenergi tinggi untuk menghasilkan metana & air lewat reaksi sebagai berikut.

CO2 + 4H2 ➝ CH4 + 2H2O

Hasil reakasi ini berupa energi ikatan H2 yang dilepaskan & bisa digunakan sebagai sumber energi bagi sel. Reaksi yg membuat energi yang lain, memakai belerang untuk melepaskan energi ikatan H2. Hal ini dijalankan oleh basil welirang yg terdapat di kawah-kawah gunung. Reaksi ini menciptakan gas hidrogen sulfida (H2S). Berikut ini rangkuman reaksi yg terjadi.

H2 + S ➝ H2S + energi

C. Hubungan antara Katabolisme Karbohidrat, Lemak, & Protein

Sebelumnya, Anda sudah mengetahui bahwa glukosa merupakan bahan baku utama dlm respirasi sel. Akan tetapi, molekul glukosa biasanya tak dapat diperoleh dr masakan dengan-cara pribadi. Biasanya pada masakan terdapat lemak, protein, & karbohidrat berbentukdisakarida & polisakarida. Semua molekul tersebut mampu diperoleh bila Anda mengonsumsi kuliner, misalnya kacang atau jagung.

Pada Gambar 2.22, dijelaskan bagaimana sel menggunakan ketiga molekul utama pada masakan untuk menciptakan ATP. Sel mampu mengganti karbohidrat lewat proses glikolisis. Enzim di dlm metode percernaan dapat menghidrolisis zat tepung (pati) menjadi glukosa. Glukosa tersebut akan dicerna lewat proses glikolisis & daur asam sitrat.

Katabolisme zat makanan membuat energi yg diharapkan untuk kegiatan makhluk hidup

Protein mampu digunakan sebagai energi, tetapi harus dicerna apalagi dulu menjadi asam amino. Enzim akan mengganti asam amino menjadi asam piruvat, asetil-KoA, atau masuk ke dalam daur asam sitrat bergantung pada jenis asam aminonya. Pembentukan NH3 dari jalur protein disebabkan oleh proses deaminasi asam amino. Gugus amino dibuang dalam bentuk senyawa nitrogen, menyerupai NH3 dan urea. Setiap satu gram protein membuat 4 kkal energi.

Lemak merupakan sumber energi utama karena mengandung banyak atom hidrogen. Sel akan menghidrolisis lemak menjadi gliserol & asam lemak. Kemudian, gliserol diubah menjadi gliseraldehid–3–fosfat (G3P) dalam proses glikolisis. Adapun asam amino akan dipecah menjadi dua penggalan karbon yg akan masuk ke daur asam sitrat sebagai asetil–KoA. Lemak membuat energi ATP dua kali lebih banyak ketimbang karbohidrat pada jumlah berat yg sama. Oleh karena itu, makhluk hidup khususnya binatang menyimpan masakan cadangan dalam bentuk lemak tubuh (Campbell, et al, 2006: 102). Setiap satu gram lemak dapat membuat 9 kkal energi. Berapa perbandingan energi yang dihasilkan lemak dan karbohidrat?

Beberapa senyawa yg dibikin pada proses respirasi sel mampu digunakan untuk membentuk senyawa lain, mirip asam lemak dan gliserol. Asam lemak dan gliserol mempunyai keterkaitan dengan tata cara respirasi karena bisa digunakan selaku sumber energi. Begitu pula protein yg diserap badan, mampu pula digunakan untuk daur Krebs.

1. Pembentukan gliserol

Gliserol mampu dibentuk dr senyawa antara fosfogliseraldehid pada glikolisis.

2. Pembentukan asam lemak

Asam lemak disintesis dr senyawa antara asetil-KoA, yakni hasil dr reaksi dekarboksilasi oksidatif asam piruvat.

3. Pembentukan protein

Protein dlm badan diperlukan sebagai pembangun sel (memperbaiki sel-sel yg rusak). Protein bagi tubuh dapat dipenuhi oleh sintesis dalam tubuh atau diambil dari sumber masakan. Protein yang terbentuk dari asam amino non-esensial mampu dibuat oleh tubuh lewat sintesis protein, sedangkan protein yg terbentuk dr asam amino esensial tidak mampu dibuat tubuh & mesti didapat dr kuliner. Sintesis protein akan Anda pelajari pada bagian selanjutnya.