Bismillahirrohmaanirrohiim Tiada kata yang lebih pantas diucapkan di awal tulisan ini, kecuali ungkapan puji dan syukur kehadirat Allah SWT, Pemberi kekuatan sejati, Penunjuk jalan yang telah menganugerahkan Rahmat dan Hidayah yang tiada terhingga, sehingga penulis dapat menyelesaikan modul pembelajaran Biologi yang berjudul Metabolisme Sel. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penyelesaian modul ini tidak dapat terlaksana dengan baik tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih dan penghargaan yang mendalam kepada: 1. Segenap keluarga besar Irawan, atas cinta dan kasih sayang yang selalu mengiringi setiap langkah dalam perjalanan hidup ini. 2. Dr. Robinson Situmorang, selaku dosen pengampu mata kuliah Media Pembelajaran atas bimbingannya selama ini. 3. Heri Sriyanto, S.Pd, selaku Kepala SMA Insan Cendekia Madani yang telah memberikan izin pengembangan modul di lingkungan Insan Cendekia Madani. 4. Rekan-rekan sesama guru Biologi di SMA Insan Cendekia Madani, atas kesediaannya memberikan kritik dan saran terhadap modul yang dikembangkan. 5. Rekan-rekan Program Magister Pendidikan Biologi UNJ atas kebersamaannya selama dua tahun ini. 6. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah turut membantu terselesaikannya modul ini. Cukuplah Allah SWT yang membalas semua bantuan, bimbingan, dan dorongan yang telah Bapak/ Ibu/ Saudara berikan kepada penulis dalam penyelesaian modul ini. Penulis menyadari bahwa penelitian dan penyusunan modul pembelajaran ini masih jauh dari sempurna karena masih banyak kekurangan dan kesalahan yang penulis lakukan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun dari berbagai pihak sangat penulis harapkan. Akhirnya, semoga modul ini bermanfaat bagi semua pihak, terutama bagi pejuangpejuang pendidikan yang selalu mendambakan pembaharuan. Maju terus pendidikan Indonesia!! Tangerang Selatan, Januari 2016 Penulis Upi Fitriani i
KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... PENDAHULUAN... Halaman i ii iii KEGIATAN BELAJAR 1: ENZIM 1. Konsep Dasar Metabolisme... 2. Definisi Enzim... 3. Karakteristik Enzim... 4. Sifat Kerja Enzim... Latihan 1... Rangkuman 1... Tes Formatif 1... Glosarium 1... 1 1 2 4 5 5 6 7 KEGIATAN BELAJAR 2: KATABOLISME & ANABOLISME 1. Katabolisme... a. Respirasi Aerob... b. Respirasi Anaerob... 2. Anabolisme... a. Fotosintesis... b. Kemosintesis... Latihan 2... Rangkuman 2... Tes Formatif 2... Glosarium 2... 8 8 10 11 11 13 13 13 14 14 KUNCI JAWABAN TES FORMATIF... 16 DAFTAR PUSTAKA... 17 RIWAYAT PENULIS... 18 ii
Salah satu permasalahan yang sering dihadapi ketika mengolah daging kambing adalah daging kambing yang sulit digigit atau dikunyah. Sebab pengolahan yang salah memang bisa membuat daging kambing menjadi alot. Namun Anda bisa melakukan berbagai trik untuk menghasilkan daging kambing yang empuk, antara lain: Daun pepaya. Agar empuk, bungkus daging kambing dengan daun pepaya yang sudah diremas sebentar. Kemudian biarkan selama 10 menit. Nanas muda. Nanas muda ini dilembutkan dulu agar ekstraknya lebih keluar dan bisa melembutkan daging. Setelah nanas dilembutkan hingga menjadi seperti jus, lumurkan jus nanas ini ke kedua sisi daging. Namun, jangan membiarkan daging dalam lumuran nanas terlalu lama, maksimal 10 menit saja. Daging kambing yang terlalu lama didiamkan dengan lumuran nanas akan membuat dagingnya menjadi terlalu empuk. Source:http://female.kompas.com/read/2011 Pernahkan kamu membaca artikel sejenis atau pernahkah kamu menemukan orang-orang di sekitarmu melakukan hal yang sama? S Setelah kamu membaca artikel di atas, tentunya akan muncul pertanyaan Mengapa nanas muda dapat menyebabkan daging menjadi empuk? Pertanyaan inilah yang akan menjadi pokok bahasan kita pada kegiatan pembelajaran kali ini. Setiap bahan makanan yang masuk ke dalam tubuh akan diurai menjadi bentuk yang lebih sederhana. Pada waktu yang bersamaan tubuh pun merakit molekul-molekul kecil menjadi bentuk yang lebih kompleks. Reaksi penguraian atau yang dikenal dengan istilah catabolism dan reaksi penyusunan atau anabolism ini merupakan reaksi biokimia kompleks yang berada dalam jalur metabolik yang rumit dari ribuan peristiwa reaksi yang terjadi di tingkat sel. Lantas pernahkan jalur metabolik ini menjadi sangat kacau hingga bahan makanan yang masuk dalam tubuh tidak dapat diuraikan? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan di atas, modul ini secara khusus akan membahas peran molekul spesifik yang bernama enzim yang mengendalikan setiap jalur metabolik dalam tubuh. Pada kegiatan belajar 1 akan dibahas konsep dasar metabolisme, definisi enzim, karakteristik enzim dan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kerja enzim. Sedangkan pada kegiatan belajar 2, akan dibahas tentang jalur metabolisme dalam sel (cell metabolism) yaitu catabolism dan anabolism. Setelah mempelajari modul ini, kamu diharapkan mampu memahami karakteristik dan sifat kerja enzim dalam kaitannya dengan jalur metabolik tubuh. Namun sebelumnya kamu diharapkan dapat menjelaskan konsep dasar metabolisme, jenis jalur metabolisme dalam makhluk hidup serta fungsi enzim dalam jalur metabolisme tubuh tersebut. iii
Metabolisme adalah serangkaian reaksi angkah perubahan yang jelas. Setiap langkah dalam kimia dalam tubuh yang terdiri atas reaksi penguraian jalur tersebut dikatalisis oleh enzim spesifik yang (Catabolism) dan reaksi pembentukan senyawa kimia digambarkan sebagai berikut: tertentu (Anabolism). Dalam reaksi penguraian, senyawa kimia kompleks diubah menjadi senyawasenyawa kimia sederhana. Sebaliknya, dalam reaksi Gambar 1. Reaksi Enzimatis penyusunan senyawa-senyawa sederhana diubah menjadi senyawa kompleks. Metabolisme sel terdiri atas serangkaian reaksi kimiawi kompleks dalam jalur-jalur metabolik tertentu. Setiap jalur metabolik dalam sel diawali dengan satu molekul spesifik bernama enzim yang kemudian diubah menjadi produk tertentu dalam. Konsep Utama Metabolisme merupakan serangkaian reaksi kimia dalam tubuh yang meliputi reaksi pembentukan senyawa (Anabolisme) maupun penguraian senyawa tertentu (Katabolisme). Kedua jenis reaksi kimia ini melibatkan aktivitas enzimatis yang kompleks yang terjadi secara bertahap. Setiap jalur metabolik (ragi). Penggunaan enzim pada mulanya digunakan dalam tubuh dikendalikan oleh untuk merujuk pada zat mati yang terlibat dalam molekul spesifik yang bernama reaksi kimiawi organisme hidup. Kini istilah enzim enzim. Sebagaimana lampu digunakan sebagai sebutan untuk makromolekul merah, kuning dan hijau yang (protein) yang bekerja sebagai catalyst, agen kimiawi mengontrol aliran lalu lintas kendaraan bermotor, yang mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi. Peran enzim menyeimbangkan jalur metabolik tubuh katalis enzim adalah peran sebagai regulator lalu dengan mengatur penawaran dan permintaan lintas kimiawi pada jalur-jalur metabolik tubuh. Karena metabolisme, regulator ini hanya dapat diproduksi oleh sistem sehingga kekurangan maupun kelebihan molekul dapat dihindari. hidup, maka enzim dikenal sebagai Biocatalyst. Istilah "enzyme", berasal dari bahasa Yunani yang berarti "dalam bahan pengembang" 1
Molekul spesifik yang akan diubah oleh enzim aktif (active site), yang merupakan lekukan di dinamakan substrat enzim (S) atau reactant. Enzim permukaan enzim sebagai tempat katalisis terjadi berikatan dengan substrat membentuk kompleks enzim- (Gambar 3a). kespesifikan enzim ditentukan oleh substrat (E-S). Ketika enzim berikatan dengan substrat, kecocokan antara bentuk bentuk situs aktif dengan kerja katalitik enzim akan mengubah substrat menjadi bentuk substrat. produk reaksi (P). Perhatikan gambar di bawah ini untuk Saat substrat memasuki sisi aktif enzim, lebih memahami perbedaan antara substrat, enzim, terjadi interaksi kimia substrat dan gugus kimia kompleks enzim-substrat dan produk: rantai samping asam amino sisi aktif enzim yang menyebabkan terjadinya kecocokan kompleks enzim-substrat (Gambar 3b). Gambar 2. Kompleks Enzim Substrat Sebagian besar enzim berakhiran ase. Sebagai contoh enzim amilase yang terdapat dalam mulut. Amilase, sebagaimana awalan katanya, merupakan enzim yang mengkatalisis amilum menjadi maltosa (disakarida) dan glukosa (monosakarida). Amilase terlarut dalam air liur dan dikenal pula sebagaiptialin. Setiap enzim hanya dapat mengenali substrat tertentu. Itu berarti, amilase tidak dapat digunakan dalam jalur metabolik yang mengubah sukrosa atau jenis karbohidrat lainnya. Mengapa demikian? Gambar 3. Kecocokan antara Enzim dan Substrat (a) Lekukan pada enzim dinamakan situs aktif (b) Kompleks enzim-substrat Protein merupakan makromolekul dengan struktur spesifik yang ditentukan oleh urutan monomer (asam amino) penyusunnya. Oleh karena itu, sebagai protein, kespesifikan enzim pun ditentukan oleh urutan asam amino yang menyusunnya. Selanjutnya akan dijelaskan kerja enzim dalam kedudukannya sebagai protein. Gambar 2 menunjukkan bahwa setelah terbentuk kompleks E-S, substrat diubah menjadi produk. Produk yang dihasilkan kemudian meninggalkan situs aktif. Enzim kemudian bebas untuk mengambil substrat lain ke dalam situs aktifnya. Satu molekul enzim umumnya dapat Substrat dapat berikatan dengan enzim mengkatalisis seribu molekul substrat per detik. pada wilayah tertentu yang disebut situs atau sisi Bahkan beberapa enzim jauh lebih cepat lagi!! 2
Enzim, seperti katalis lainnya, pada akhir reaksi tetap energi. Karena glukosa dan oksigen secara alami berada dalam bentuk semula (Gambar 2). Oleh tidak reaktif, sejumlah kecil EA harus ditambahkan karena itu, enzim dalam sel terdapat dalam jumlah untuk memulai proses penguraian glukosa ini. yang sedikit, namun memiliki dampak metabolik yang sangat besar karena dapat bekerja berulang untuk mengkatalisis jenis substrat yang sama. Suatu enzim dapat mengkatalisis reaksi maju atau reaksi mundur, yang artinya enzim dapat bekerja menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain dan sebaliknya dapat pula bekerja menyusun senyawa-senyawa itu menjadi senyawa semula. Ini menunjukkan kerja enzim Gambar 4. EA adalah energi yang diperlukan substrat (Reactans) untuk mencapai puncak reaksi (potential energy) Dalam bolak-balik (reversible). penguraian glukosa, enzim dapat glucose dibutuhkan untuk berikatan dengan glukosa mengkatalisis reaksi pengubahan lipid menjadi asam membentuk kompleks E-S. Saat substrat glukosa lemak dan gliserol. Sebaliknya, lipase juga dapat berikatan dengan enzim glucose, bentuk molekul digunakan dalam mengkatalisis reaksi pembentukan glukosa sedikit berubah. Hal ini menyebabkan lipid dari asam lemak dan gliserol. Dalam hal ini, glukosa lebih mudah mengikat molekul lain atau enzim tidak dapat menentukan arah reaksi berubah menjadi produk reaksi. (pemnguraian atau pembentukan), karena arah Dengan Sebagai contoh, Lipase EA demikian, reaksi, atau enzim telah reaksi enzim sangat ditentukan oleh konsentrasi mengurangi mempermudah relatif substrat dan produk yang terdapat dalam sel. terjadinya reaksi. Enzim bekerja dengan mengikat substrat yang menyebabkannya berada pada kondisi tidak stabil (unstable) yang dikenal sebagai kondisi Energi yang dibutuhkan untuk transisi (transition state), sehingga EA yang mendorong substrat melakukan reaksi dinamakan dibutuhkan substrat untuk bereaksi lebih rendah energi aktivasi (EA). Energi ini disuplai dalam dibandingkan tanpa kehadiran enzim. bentuk panas yang diserap oleh molekul substrat dari lingkungan. Oleh karena itu, untuk dapat bereaksi, substrat memerlukan sejumlah EA untuk mencapai puncak reaksi. Perhatikan gambar 4 untuk lebih memahami tentang EA. Sebagai contoh, selama respirasi, molekul glukosa (C6H12O6) bereaksi dengan molekul oksigen (O2) dan dipecah untuk membentuk karbon dioksida (CO2) dan air (H2O) serta melepaskan Gambar 5. Enzim menyebabkan substrat (reactant) berada pada kondisi transisi (transition state) sehingga lebih mudah berubah menjadi produk 3
Dalam tubuh makhluk hidup, enzim bekerja Sebagian besar enzim manusia bekerja dengan dua mekanisme kerja yang dapat dijelaskan optimal pada suhu 35-40oC, sedangkan enzim pada dengan dua teori berikut, yaitu: jenis bakteri thermofilik yang hidup di mata air panas a. Teori gembok dan anak kunci (Lock and key bekerja optimal pada suhu 70oC. theory) Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk Kompleks E-S, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim. b. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory) 2011 Pearson Education, Inc Gambar 7. Variasi suhu optimal (optimal temperature) enzim Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi mengikuti bentuk substrat membentuk kompleks E-S. Peningkatan suhu yang melebihi suhu optimal akan menyebabkan reaksi enzimatik turun. Peningkatan ini mengganggu ikatan hidrogen, ikatan ionik dan ikatan interaktif lain yang menstabilkan bentuk aktif enzim, hingga akhirnya enzim mengalami denaturasi, yaitu perubahan struktur dan sifat kimiawi protein (enzim) yang menyebabkan enzim tidak aktif secara biologis. Gambar 6. Mekanisme Kerja Enzim (a) Lock and key (b) Induced fit Dalam melakukan aktivitasnya, Stabilitas ph Enzim enzim dipengaruhi oleh lingkungannya. Pengaruh tersebut dapat mengganggu stabilitas enzim. Stabilitas enzim dapat didefinisikan sebagai kestabilan aktivitas enzim Enzim juga memiliki ph optimal untuk aktivitas reaksinya, yaitu kisaran ph 6-8. Namun, beberapa enzim dalam tubuh seperti pepsin bekerja optimal pada ph 2. selama penyimpanan dan penggunaan enzim tersebut, serta kestabilan terhadap senyawa yang bersifat merusak seperti pelarut tertentu (asam, basa) dan oleh pengaruh temperatur dan ph ekstrim. Stabilitas Thermal Enzim Laju reaksi enzimatik akan meningkat bersamaan dengan peningkatan suhu sampai pada satu titik yang disebut suhu optimal. Pada suhu optimal, aktivitas enzim berada pada laju reaksi paling tinggi. 2011 Pearson Education, Inc Gambar 8. Variasi ph optimal (optimal ph) enzim Activator dan Inhibitor Enzim Senyawa-senyawa kimia tertentu secara selektif dapat meningkatkan kerja enzim (activator) atau menghambat kerja enzim (inhibitor). 4
Activator. Activator enzim pada umumnya berupa pada enzim, tidak aktif secara biologis. Zat kimia senyawa non-protein yang dapat berikatan dengan yang dapat menyebabkan kerusakan permanen enzim secara permanen maupun dalam ikatan enzim antara lain: Mercury, silver dan arsenic. longgar dan dapat balik bersama substrat. Activator - Inhibitor yang dapat balik (reversible inhibitor) enzim dikenal dengan sebutan Kofaktor (cofactor). karena berikatan atau berinteraksi lemah dengan Jenis kofaktor antara lain: enzim. Inhibitor reversibel dibedakan menjadi - Anorganik, seperti Zn2+, Cu2+ dan Fe3+ inhibitor - Organik (koenzim), seperti vitamin, NADH, nonkompetitif. kompetitif dan inhibitor NADPH, ATP Inhibitor. Zat kimia yang tergolong sebagai inhibitor atau penghambat kerja enzim dapat berikatan kuat dan tidak dapat baik, maupun berikatan lemah dan dapat balik. - Inhibitor yang tidak dapat balik (Irreversible Inhibitor) menyebabkan kerusakan permanen Gambar 9. Penghambatan aktivitas enzim (a) Substrat dapat berikatan normal dengan situs aktif enzim (b) Inhibitor kompetitif meniru substrat, sehingga dapat berikatan dengan situs aktif enzim (c) Inhibitor nonkompetitif berikatan pada sisi lain (bukan situs aktif), sehingga mengubah situs aktif enzim Setelah mempelajari materi dalam kegiatan belajar ini, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut sebagai pengayaan agar kamu lebih memahami konsep dasar metabolism serta karakteristik dan sifat kerja enzim: Let s think for a moment here! 1. Mengapa enzim hanya mengkatalisis substrat tertentu? 2. Energi apa yang dibutuhkan substrat untuk bereaksi? Bagaimana enzim dapat menurunkan kebutuhan substrat akan energi itu? 3. Perhatikan grafik berikut yang menunjukkan variasi suhu optimal pada beberapa jenis bakteri! a. Berdasarkan grafik tersebut, tentukan rentang suhu yang memungkinkan bakteribakteri tersebut hidup b. Lakukan studi literature untuk menemukan contoh dari setiap kelompok bakteri! Dalam tubuh makhluk hidup, tepatnya pada tingkat Dalam mengerjakan fungsinya, enzim berikatan sel, terjadi serangkaian reaksi kimia yang disebut dengan substrat membentuk kompleks enzim- Metabolisme. Metabolisme sel meliputi reaksi substrat (E-S). Kerja katalitik enzim pada substrat pembentukan senyawa (Anabolisme) dan reaksi mengubah substrat menjadi produk reaksi (P). penguraian senyawa tertentu (Katabolisme). 5
Enzim merupakan protein, sehingga karakteristik Mekanisme kerja enzin antara lain dijelaskan dalam enzim meliputi sifatnya sebagai protein, antara lain: dua teori, yaitu teori gembok dan anak kunci serta a. Spesifik teori kecocokan yang terinduksi. b. Bekerja berulang dan dibutuhkan dalam jumlah sedikit c. Bekerja bolak-balik Stabilitas kerja enzim dapat dipengaruhi oleh factor lingkungan, antara lain: suhu, ph, activator dan inhibitor enzim. d. Menurunkan energi aktivasi TES FORMATIF SUB MATERI ENZIM Petunjuk Umum: 1. Bacalah Basmalah, kemudian tulis nama dan nomor tes Anda pada lembar jawaban 2. Periksalah dan bacalah soal soal dengan teliti sebelum menjawab 3. Dahulukan menjawab soal soal yang Anda anggap mudah Petunjuk Khusus: Jawablah soal-soal berikut dengan tepat! 1. Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel yang dikatalisis oleh 1. Metabolisme dibedakan dalam dua kategori, yaitu; 2, yang merupakan reaksi penguraian senyawa organik dan 3 yang merupakan reaksi pembentukan senyawa organik. skor: 3 poin 2. Pada umumnya enzim merupakan 1. Sebagai 2, enzim mampu mempercepat suatu reaksi tanpa ikut bereaksi. Karakteristik enzim adalah: 3. 5. 4. 6. skor: 6 poin 3. Lengkapi label pada gambar di bawah ini!! A. B. C. D. E. skor: 5 poin 4. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh: 1 ; 2 ; 3 ; 4 Grafik a di samping menunjukkan ph optimal chymotrypsin adalah 5. Sedangkan grafik b menunjukkan ph optimal pepsin adalah 6, itu sebabnya mengapa pepsin dapat ditemukan dalam organ 7 untuk menguraikan 8 menjadi peptone. 5. a b Perhatikan keempat tabung reaksi pada gambar di samping! Setiap tabung reaksi terdiri atas sejumlah enzim dan 2 ml hydrogen peroksida yang diinkubasi pada suhu yang bervariasi, antara lain: 5oC; 20oC; 37oC and 70oC. Pasangkan keempat tabung reaksi tersebut dengan suhu inkubasi yang tepat! W( oc); X( oc); Y( oc); Z( oc) skor: 8 poin skor: 8 poin Total Skor: 30 6
Activator Amilase Biocatalyst Denaturasi Enzim zat atau senyawa kimia yang dapat meningkatkan kerja enzim enzim yang terlarut dalam air liur, ptialin agen kimiawi yang dapat mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi, yang berasal dari makhluk hidup. perubahan struktur dan sifat kimiawi protein (enzim) yang menyebabkan enzim tidak aktif biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalis (biokatalisator) dan hanya diproduksi dalam tubuh makhluk hidup. Inhibitor Katalase Pepsin Tripsin zat atau senyawa kimia yang dapat menghambat kerja enzim enzim antioksidan yang mengkatalisis proses dekomposisi hydrogen peroksida menjadi air dan oksigen. Ditemukan di darah, sumsum tulang, jantung, ginjal dan hati. enzim di lambung yang mengkatalisis reaksi perubahan protein menjadi pepton enzim di usus halusyang mengkatalisis reaksi perubahan pepton menjadi ikatan peptida (asam amino) 7
Katabolisme atau desimilasi merupakan Reaksi kimia pada makhluk hidup yang Reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi termasuk katabolisme adalah Respirasi, yaitu proses senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. pembebasan energi kimia melalui reaksi oksidasi Reaksi ini disebut juga reaksi eksergonik, karena (penambahan menghasilkan atau melepaskan energi berupa ATP Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, respirasi dibagi yang biasa digunakan organisme untuk beraktivitas. Di menjadi dua, yaitu: respirasi aerob (membutuhkan samping itu, reaksi penguraian tergolong reaksi oksigen untuk menghasilkan energi) dan respirasi eksoterm, yaitu reaksi yang melepaskan panas ke anaerob lingkungan. menghasilkan energi). oksigen) (tidak suatu molekul membutuhkan oksigen organik. untuk a. Respirasi Aerob Sumber: Biology, Campbell Gambar 10. Tahap Respirasi Aerob Tabel 1 Tahap Respirasi Aerob No Tahap 1 2 3 Glikolisis Dekarboksilasi Oksidatif Siklus Krebs 4 Transfer Elektron Tempat Sitoplasma Matriks mitokondria Matriks mitokondria Membran dalam mitokondria (krista) ATP NADH FADH Produk CO2 2 4 2 Asam piruvat 2 Asetil CoA - 34 - - - 6 H2 O 2 2 2 2 6 2 Produk lain 8
1. Glikolisis: reaksi penguraian glukosa (senyawa 2. Dekarboksilasi Oksidatif: reaksi pembentukan asetil dengan 6 atom karbon) menjadi 2 asam piruvat KoA (koenzim A) dari asam piruvat. Reaksi ini terjadi (senyawa dengan 3 atom karbon) yang terjadi di saat asam piruvat memasuki matriks mitokondria. sitoplasma. Sumber: Biology, Campbell Gambar 12. Pembentukan Asetil KoA 3. Siklus Krebs: siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria dan disebut juga siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat. Pada tahap ini asetil KoA yang dihasilkan dari dekarboksilasi oksidatif akan dioksidasi secara sempurna menjadi air dan karbondioksida. 4. Transfer Elektron: tahap akhir dari respirasi sel yang terjadidi membran dalam mitokondria. Pada reaksi ini terjadi aliran electron dari senyawa organik menuju oksigen yang menghasilkan energi melalui pembentukan ATP dari ADP dan fosfat. Sumber: Biology, Campbell Gambar 13. Sistem Transfer Elektron Sumber: Biology, Campbell Gambar 11. Tahap Glikolisis 9
Sumber: Biology, Campbell Gambar 14. Siklus Krebs b. Respirasi Anaerob Respirasi anaerob disebut juga fermentasi, menghasilkan asam piruvat. Karena pada proses ini yaitu respirasi yang tidak menggunakan oksigen tidak ada oksigen, maka asam piruvat diubah sebagai penerima akhir pada saat pembentukan ATP. menjadi asam laktat. Pada fermentasi, glukosa yang diuraikan berasal dari luar sel, sehingga proses penguraian glukosa berlangsung di luar sel pada substratnya. Energi (ATP) yang dihasilkan dari 1 glukosa hanya 2 molekul ATP. Berdasarkan hasil akhirnya, fermentasi dibedakan menjadi fermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol. a. Fermentasi alkohol. Asam piruvat yang dihasilkan dari tahap glikolisis diubah menjadi asam asetat dan CO2. Selanjutnya, asam asetat menjadi alkohol. b. Fermentasi asam laktat. Hasil akhir fermentasi ini ialah asam laktat yang atau asam susu. Proses fermentasi juga dimulai dengan tahap glikolisis yang 10 Gambar 15. Diagram Respirasi Anaerob
Anabolisme yang disebut juga asimilasi atau reaksi endoterm, yaitu reaksi yang menyerap panas sintesis merupakan pembentukan senyawa kompleks dari lingkungan. Berdasarkan sumber energi yang dari senyawa-senyawa sederhana dengan bantuan digunakan dalam reaksi, anabolisme dibedakan enzim. Reaksi ini termasuk reaksi endergonik, yaitu menjadi Fotosintesis (bantuan energi matahari) dan reaksi yang membutuhkan energi berupa ATP dan Kemosintesis (bantuan energi kimia). a. Fotosintesis Sumber: Biology, Campbell Gambar 16. Fotosintesis (Reaksi Terang dan Reaksi Gelap) Fotosintesis adalah proses transfer energi matahari menjadi energi kimia dalam bentuk karbohidrat. Sumber energi dari reaksi ini adalah radiasi matahari dengan panjang gelombang lebih dari 680 nm (sinar merah) dan 440-480 nm (sinar violet-biru). Fotosintesis terjadi di kloroplast. Untuk menangkap radiasi matahari, dalam kloroplast terdapat fotosistem, yang terdiri atas: 1. Antenna: sebagai penangkap radiasi matahari 2. Klorofil: mentransfer energi matahari menjadi energi kimia (elektron) 3. Akseptor (penerima) elektron: penerima elektron. Terdapat dua jenis fotosistem, yaitu: fotosistem I (sangat baik menyerap energi cahaya Fotosintesis meliputi 2 tahap reaksi, yaitu: Reaksi terang dan Reaksi gelap atau siklus Calvin Tabel 2. Tahap Fotosintesis No Tahap Tempat 1 Reaksi Terang Grana kloroplast 2 Reaksi Gelap Stroma kloroplast Produk ATP, NADPH, O2 Gluokosa (C6H12O6), H2O Reaksi terang disebut juga reaksi Hill. Pada tahap ini, cahaya matahari mutlak dibutuhkan untuk menghasilkan ATP dan NADPH. Pada umumnya reaksi terang terjadi dalam jalur linear atau non-siklik. Namun, dalam kondisi tertentu tumbuhan dapat pula melakukan reaksi terang dalam jalur siklik. dengan panjang gelombang 700 nm) dan fotosistem II (sangat baik menyerap energi cahaya dengan panjang gelombang 680 nm). 11
Sumber: Biology, Campbell Sumber: Biology, Campbell Gambar 17. Reaksi Terang Non-siklik Gambar 18. Reaksi Terang Siklik Reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin- II. Reduksi PGA: pada tahap ini PGA direduksi Benson. Pada tahap ini dilakukan sintesis karbohidrat oleh NADPH dan ATP menjadi senyawa (glukosa) dengan tidak menggunakan cahaya gliseraldehid 3-fosfat (G3P) atau disebut juga matahari namun dibutuhkan produk-produk dari phosphoglyceraldehid (PGAL). reaksi terang yaitu ATP dan NADPH. Reaksi gelap terdiri atas: III. Regenerasi RuBP: pembentukan kembali RuBP dari PGAL. Dari total keseluruhan PGAL I. Fiksasi CO2: tahap pengikatan karbondioksida yang dihasilkan pada tahap sebelumnya, hanya oleh akseptor RuBP (Ribulose biphosphate) sebagian kecil yang digunakan untuk regenerasi menjadi senyawa fosfogliserat (PGA). RuBP. Sebagian besar PGAL digunakan dalam sintesis glukosa dan senyawa organik lainnya. Sumber: Biology, Campbell Gambar 19. Tahap Reaksi Gelap 12
b. Kemosintesis Kemosintesis adalah reaksi biosintesis yang menggunakan energi kimia. Reaksi ini dilakukan oleh beberapa jenis bakteri. salah satu contoh kemosintesis adalah proses nitrifikasi. Nitrifikasi adalah proses pembentukan senyawa nitrat dari amonia. Proses ini terjadi dalam siklus nitrogen dengan melibatkan berbagai bakteri. terdapat dua tahap reaksi nitrifikasi yaitu: 1. Nitritasi: reaksi pembentukan senyawa nitrit dari ammonia. Sumber: Biology, Campbell Gambar 20. Siklus Nitrogen 2. Nitratasi: reaksi pembentukan senyawa nitrat dari nitrit. Nitrifikasi membantu tanaman dalam mendapatkan nitrogen. Nitrogen bebas di udara (N2) tidak dapat langsung digunakan oleh tanaman. Oleh karena itu, nitrogen perlu memasuki reaksi nitrifikasi untuk diubah menjadi senyawa nitrat yang dapat digunakan tanaman. Setelah mempelajari materi dalam kegiatan belajar ini, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut sebagai pengayaan agar kamu lebih memahami tahap dan produk pada reaksi katabolisme dan anabolisme: Let s think for a moment here! 1. Berikut ini adalah pernyataan mengenai metabolisme: (1) Membutuhkan H2O sebagai sumber elektron (2) Membutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron (3) Membutuhkan NADPH sebagai sumber elektron (4) Menghasilkan ATP dan CO2 (5) Mengubah energi cahaya meqiadi energi kimia Pernyataan yang terkait dengan proses katabolisme adalah... (jawaban bisa lebih dari satu) Katabolisme merupakan reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana 2. Pernyataan-pernyataan berikut berkaitan dengan fotosintesis: (1) Hasil fiksasi CO2 berupa PGA (2) Sinar matahari merupakan sumber energi dalam sintesis (3) Asam malat merupakan senyawa antara sebelum terbentuk glukosa (4) NADPH2 dan ATP merupakan faktor penting dalam reaksi gelap (5) CO2 dan H2O berlebihan akan dibuang dalam fotosintesis Pernyataan yang benar tentang fotosintesis adalah... (jawaban bisa lebih dari satu) eksergonik dan reaksi eksoterm. Contoh reaksi katabolisme adalah respirasi (aerob dan anaerob). dengan bantuan enzim. Reaksi ini disebut juga reaksi 13
Respirasi aerob terdiri atas empat tahap, yaitu: Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs dan Transfer electron. reaksi anabolisme adalah fotosintesis dan kemosintesis. Fotosintesis terdiri atas dua reaksi utama, yaitu reaksi Respirasi anaerob disebut juga fermentasi, terdiri atas terang dan reaksi gelap. Reaksi terang pada 3 jenis, yaitu fermentasi alcohol, fermentasi asam tumbuhan dapat terjadi dalam reaksi non-siklik dan laktat dan fermentasi asam asetat. atau reaksi siklik. Adapun reaksi gelap terdiri atas 3 Anabolisme senyawa merupakan kompleks reaksi dari pembentukan tahap, yaitu fiksasi CO2, Reduksi dan Regenerasi. senyawa-senyawa Kemosintesis adalah reaksi penyusunan dengan sederhana dengan bantuan enzim. Reaksi ini disebut menggunakan energi kimia, salah satu bentuk reaksi endergonik dan reaksi endoterm. Contoh kemosintesis adalah nitrifikasi. TES FORMATIF SUB MATERI KATABOLISME & ANABOLISME Petunjuk Umum: 4. Bacalah Basmalah, kemudian tulis nama dan nomor tes Anda pada lembar jawaban 5. Periksalah dan bacalah soal soal dengan teliti sebelum menjawab 6. Dahulukan menjawab soal soal yang Anda anggap mudah Petunjuk Khusus: Tuliskan B pada kolom sebelah kiri, jika pernyataan pada kolom sebelah kanan kamu anggap Benar atau tuliskan S jika pernyataan pada kolom sebelah kanan kamu anggap Salah! 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. CO2 yang diperlukan dalam proses asimilasi glukosa berasal dari udara. Fotosintesis terutama terjadi di dalam jaringan bunga karang daripada jaringan tiang. Energi cahaya yang diserap oleh klorofil dapat menyebabkan terjadinya reaksi fotolisis. Pada fotosintesis fiksasi karbon dioksida terjadi tanpa bantuan energi cahaya matahari ATP dan NADPH dalam fotosintesis diproduksi di dalam tilakoid. Pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintesis berlangsung di grana kloroplas Klorofil hanya sensitif terhadap energi cahaya matahari dengan panjang gelombang 700 nm. Nitritasi adalah perubahan amonia menjadi senyawa nitrat oleh bakteri Nitrosomonas di dalam tanah. O2 yang diambil dari udara waktu berespirasi pada akhirnya akan menjadi CO 2. Tahap proses respirasi yang paling banyak menghasilkan elektron adalah transfer elektron. Respirasi aerob sempurna terhadap dua mol glukosa dapat menghasilkan ATP sebanyak 40 molekul. Karbondioksida dilepaskan pada proses glikolisis dan siklus krebs. Empat putaran lengkap siklus krebs untuk satu glukosa menghasilkan 12 molekul NADH. Asam laktat maupun alkohol pada proses fermentasi melalui proses glikolisis. Respirasi anaerob menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan respirasi aerob. Total Skor: 30 (15 soal x @ 2 poin) Anabolisme Eksergonik Eksoterm Endergonik reaksi yang melepaskan panas ke lingkungan. reaksi yang membutuhkan energi berupa ATP. 14 reaksi pembentukan senyawa kompleks dari penggabungan senyawa-senyawa sederhana. reaksi pelepasan energi berupa ATP
Endoterm Fermentasi Fotosintesis Fotosistem reaksi yang menyerap panas ke lingkungan. respirasi anaerob, respirasi sel yang tidak membutuhkan oksigen. proses transfer energi matahari menjadi energi kimia dalam bentuk karbohidrat sistem penangkap cahaya yang terdapat dalam kloroplast. Terdiri atas antenna, klorofil dan akseptor elektron Katabolisme reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Kemosintesis reaksi biosintesis yang menggunakan energi kimia Nitrifikasi proses pembentukan senyawa nitrat dari amonia Nitratasi reaksi pembentukan senyawa nitrat dari nitrit. Nitritasi reaksi pembentukan senyawa nitrit dari ammonia. 15
TES FORMATIF 1 SUB MATERI ENZIM 1. 2. 3. 4. 5. Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel yang dikatalisis oleh 1.enzim. Metabolisme dibedakan dalam dua kategori, yaitu; 2. katabolisme yang merupakan reaksi penguraian senyawa organik dan 3. Anabolisme yang merupakan reaksi pembentukan senyawa organik. skor: 3 poin Pada umumnya enzim merupakan 1. Protein. Sebagai 2. Biokatalisator enzim mampu mempercepat suatu reaksi tanpa ikut bereaksi. Karakteristik enzim adalah: 3. Spesifik 5. Menurunkan energi aktivasi 4. Bekerja bolak-balik 6. berulang dan dibutuhkan sedikit skor: 6 poin Lengkapi label pada gambar di bawah ini!! A. Substrat B. Enzim C. Kompleks Enzim-Substrat D. Produk E. Enzim skor: 5 poin Aktivitas enzim dipengaruhi oleh: 1. ph; 2. Suhu; 3. Aktivator; 4. Inhibitor Grafik a di samping menunjukkan ph optimal chymotrypsin adalah 5. 7-8 Sedangkan grafik b menunjukkan ph optimal pepsin adalah 6. 2 itu sebabnya mengapa pepsin dapat ditemukan dalam organ lambung untuk menguraikan protein menjadi peptone. a b Perhatikan keempat tabung reaksi pada gambar di samping! Setiap tabung reaksi terdiri atas sejumlah enzim dan 2 ml hydrogen peroksida yang diinkubasi pada suhu yang bervariasi, antara lain: 5oC; 20oC; 37oC and 70oC. Pasangkan keempat tabung reaksi tersebut dengan suhu inkubasi yang tepat! W( 70oC); X(5oC); Y( 20oC); Z( 37oC) skor: 8 poin skor: 8 poin Total Skor: 30 16
TES FORMATIF 2 SUB MATERI KATABOLISME & ANABOLISME B S B B B S S S S B S S S B S 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. CO2 yang diperlukan dalam proses asimilasi glukosa berasal dari udara. Fotosintesis terutama terjadi di dalam jaringan bunga karang daripada jaringan tiang. Energi cahaya yang diserap oleh klorofil dapat menyebabkan terjadinya reaksi fotolisis. Pada fotosintesis fiksasi karbon dioksida terjadi tanpa bantuan energi cahaya matahari ATP dan NADPH dalam fotosintesis diproduksi di dalam tilakoid. Pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintesis berlangsung di grana kloroplas Klorofil hanya sensitif terhadap energi cahaya matahari dengan panjang gelombang 700 nm. Nitritasi adalah perubahan amonia menjadi senyawa nitrat oleh bakteri Nitrosomonas di dalam tanah. O2 yang diambil dari udara waktu berespirasi pada akhirnya akan menjadi CO 2. Tahap proses respirasi yang paling banyak menghasilkan elektron adalah transfer elektron. Respirasi aerob sempurna terhadap dua mol glukosa dapat menghasilkan ATP sebanyak 40 molekul. Karbondioksida dilepaskan pada proses glikolisis dan siklus krebs. Empat putaran lengkap siklus krebs untuk satu glukosa menghasilkan 12 molekul NADH. Asam laktat maupun alkohol pada proses fermentasi melalui proses glikolisis. Respirasi anaerob menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan respirasi aerob. Total Skor: 30 (15 soal x @ 2 poin) Campbell, Neil A, dan Jane B. Reece. 2008. Biologi Edisi ke-8 Jilid 1. Terj dari: Biology. 9th ed. Oleh Manulu, W. Jakarta: Erlangga -----------------------------------------------------. Biologi Edisi ke-8 Jilid 3. Terj dari: Biology. 9th ed. Oleh Manulu, W. Jakarta: Erlangga 17
18