Rabu, 14 Desember 2011

katabolisme dan anabolisme karbohidrat


kata pengantar


Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas terselesaikannya buku ajar ini. Buku ajar yang kami buat bukan satu-satunya sumber bahan ajar siswa akan tetapi minimal dapat digunakan sebagai acuan siswa dalam belajar.
Buku ajar ini disajikan secara sistematis dan disertai dengan gambar-gambar yang relevan, sehingga mempermudah siswa untuk mempelajarinya.Setiap konsep dibahas dengan rinci dan disertai berbagai contoh yang memudahkan untuk memahaminya.Di akhir tiap bab disajikan pelatihan soal-soal yang bertujuan untuk menguji pemahaman siswa terhadap materi yang telah diberikan. Selain itu, daftar istilah dan rangkuman yang ada untuk mempermudah siswa dalam mempelajari buku ini.
Akhir kata, tiada gading yang tak retak, demikian pula dengan buku ajar ini.Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun tetap kami nantikan dalam kesempurnaan buku ini.




Semarang , April 2011


Penulis







Text Box: DAFTAR ISI


Kata Pengantar......................................................................................................... 1
Daftar Isi................................................................................................................... 2     
Standar Isi.................................................................................................................. 3 
Peta Konsep............................................................................................................... 4
Pendahuluan............................................................................................................. 5
A.    Katabolisme karbohidrat............................................................................. 6
1.      Tahapan respirasi sel................................................................................. 6
a.       Glikolisis............................................................................................. 6
b.      Oksidasi Piruvat................................................................................. 8
c.       Siklus Krebs........................................................................................ 9
d.      Transpor Elektron............................................................................... 12
2.      Respirasi aerob dan respirasi anaerob....................................................... 13
a.       Fermentasi alkohol............................................................................. 14
b.      Fermentasi asam laktat....................................................................... 14
c.       Fermentasi asam cuka........................................................................ 15
B.     Anabolisme karbohidrat.............................................................................. 15
1.      Fotosintesis ............................................................................................. 16
a.       Pigmen Fotosintesis..................................................................... 17
b.      Tahapan Fotosintesis.................................................................... 17
1.      Reaksi Terang......................................................................... 19
2.      Reaksi Gelap........................................................................... 20
2.      Kemosintesis ........................................................................................... 21
3.         Tanaman C3, C4,CAM........................................................................... 21
a.       Tanaman C3....................................................................................... 21
b.      Tanaman C4....................................................................................... 21
c.       Tanaman CAM................................................................................... 22
4.      Jalur C2 (Jalur Glikolat)........................................................................... 22
C.    Keterkaitan proses katabolisme dan anabolisme....................................... 23
Rangkuman.............................................................................................................. 26
Glosarium ................................................................................................................. 27
Daftar Pustaka......................................................................................................... 28
Down Ribbon: KATABOLISME DAN ANABOLISME KARBOHIDRAT
Standar Kompetensi               : 2. Memahami pentingnya proses metabolisme pada organisme
Kompetensi Dasar    :2.2Mendeskripsikan proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat.
Indikator               :     1. Menjelaskan reaksi-reaksi yang terjadi pada respirasi (glikolisis, reaksi antara, siklus Krebs, transpor elektron).
2. Menjelaskan reaksi yang terjadi pada respirasi anaerob (fermentasi  alkohol dan fermentasi asam laktat).
3. Menentukan zat yang dihasilkan pada proses fermentasi dengan melakukan percobaan.
4. Menjelaskan reaksi-reaksi yang terjadi pada proses fotosintesis dan kemosintesis.
5. Menjelaskan keterkaitan antara proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat
Tujuan Pembelajaran :
A. Siswa dapat mendeskripsikan tahapan reaksi pada respirasi aerob.
B. Siswa dapat menjelaskan reaksi anaerob, yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.
C. Siswa dapat membandingkan jumlah energi antara respirasi aerob dan anaerob.
D. Siswa dapat mendeskripsikan macam zat yang dihasilkan pada proses fermentasi melalui percobaan.
E.  Siswa dapat mendeskripsikan tahapan dalam reaksi fotosintesis.
F.  Siswa dapat menjelaskan reaksi kemosintesis dan macam organisme yang melakukan proses kemosintesis.
G. Siswa dapat menjelaskan keterkaitan antara proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat.


Text Box: PETA KONSEP





Text Box: PENDAHULUAN
Makanan menyediakan nutrisi yang digunakan sebagai sumber energi bagi makhluk hidup,termasuk energi yang digunakan untuk aktivitas sehari-hari. Namun, makanan yang kita makan tidak langsung menghasilkan energi begitu sampai di dalam tubuh.Di dalam tubuh kita terjadi berbagai macam reaksi kimia, baik berupa reaksi penyusunan maupun reaksi pembongkaran.Bagaimana zat makanan di dalam tubuh kita diuraikan untuk mendapatkan energi?Bagaimana semua proses tersebut berlangsung dan apa saja yang mempengaruhi proses tersebut? Semua dapat kamu pelajari dalam buku ajarini




Horizontal Scroll: Kata kunci:
Anabolisme
Fermentasi
Fotosintesis
Glikolisis
Katabolisme
Kemosintesis
Siklus Krebs
Transpor Elektron
 


















Metabolisme merupakan seluruh rangkaian reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel makhluk hidup.Dalam suatu reaksi kimia, terjadi perubahan yang menyangkut struktur molekul dari satu atau lebih zat; perubahan dari suatu zat dengan sifat khusus menjadi zat yang lain yang mempunyai sifat baru yang disertai dengan pelepasan dan penyerapan energi. Secara keseluruhan metabolisme berkaitan dengan pengelolaan sumber-sumber materi dan energy di dalam sel .Metabolisme terdiri atas dua proses, yaitu anabolisme dan katabolisme.

A.Katabolisme Karbohidrat
Katabolisme disebut juga dissimilasi, karena dalam proses ini energi yang tersimpan ditimbulkan kembali atau dibongkar untuk menyelenggarakan proses-proses kehidupan. Proses katabolisme yang akan dibahas adalah katabolisme karbohidrat di dalam sel hidup, yaitu respirasi sel. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber.
1.      Tahapan Respirasi Sel
Di dalam proses respirasi sel, yang menjadi bahan bakar adalah gula heksosa. Pembakaran tersebut memerlukan oksigen bebas, sehingga reaksi keseluruhan dapat ditulis sebagai berikut :
C6H12O6 + 6 O2             6 CO2 + 6 H2O + 675 kkal
Pengubahan glukosa menjadi CO2dan H2O dapat dibagi menjadi empat  tahap, yaitu glikolisis, reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif/ oksidasi piruvat), siklus Krebs, dan transpor elektron.
a.      Glikolisis
Glikolisis yaitu proses degradasi 1 molekul glukosa (C6) menjadi 2 molekulpiruvat (C3) yang terjadi dalam serangkaian reaksi enzimatisyang menghasilkan energi bebas dalam bentuk ATP dan NADH.
Sifat-sifat glikolisis ialah:
1.      Dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob
2.      Dalam glikolisis terdapat kegiatan enzimatis, ATP (Adenosin Trifosfat), dan ADP (Adenosin Difosfat)
3.      ADP dan ATP berperan dalam pemindahan fosfat dari molekul satu ke molekul yang lain.
 Proses glikolisis terdiri dari 10 langkah reaksi yang terbagimenjadi 2 Fase, yaitu:
·   5 langkah pertama yang disebut fase preparatory.
·   5 langkah terakhir yang disebut fase payoff.
Fase I memerlukan 2 ATP dan  Fase II menghasilkan 4 ATP dan 2 NADP, sehingga total degradasi Glukosa menjadi 2 molekul piruvat   menghasil 2 molekul ATP dan 2 molekul NADP.
Prosesnya adalah seperti berikut ini.
1)      Molekul D-Glukosa diaktifkan bagi reaksi berikutnya dengan fosforilasi pada posisi 6, menghasilkan glukosa-6-fosfat dengan memanfaatkan ATP Reaksi ini bersifat tidak dapat balik. Enzim heksokinasemerupakan katalis dalam reaksi tersebut dibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor.
2)      Reaksi berikutnya ialah  isomerasi, yaitu pengubahan glukosa-6-fosfat, yang merupakan suatu aldosa, menjadi fruktosa-6-fosfat, yang merupakan suatu ketosa, dengan enzim fosfoglukoisomerase dan dibantu oleh ion Mg2+.
3)      Tahap selanjutnya adalah fruktosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-1,6-difosfat oleh enzim fosoffruktokinasedibantu oleh ion Mg2+ sebagai kofaktor. Dalam reaksi ini,gugus fosfat dipindahkan dari ATP ke fruktosa-6-fosfat pda posisi 1.
4-5) Reaksi tahap keempat dalam rangkaian reaksi glikolisis adalah penguraian molekul fruktosa-1,6-difosfat membentuk dua molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan D-gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim aldolase fruktosadifosfatatau enzim aldolase.  Hanya satu di antara dua triosa fosfat yang dibentuk oleh aldolase, yaitu gliseraldehid-3-fosfat, yang dapat langsung diuraikan pada tahap reaksi glikolisis berikutnya. Tetapi, dihidroksi aseton fosfat dapat dengan cepat dan dalam reaksi dapat balik, berubah menjadi gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim isomerase triosa fosfat.
6)      Tahap selanjutnya adalah reaksi oksidasi gliseraldehid-3fosfat menjadi asam 1,3 difosfogliserat. Dalam reaksi ini digunakan koenzim NAD+, sedangkan gugus fosfat diperoleh dari asam fosfat. Enzim yang mengkatalisis dalam tahap ini adalah dehidrogenase gliseraldehida fosfat.
7)      Pada tahap ini, enzim kinase fosfogliserat mengubah asam 1,3-difosfogliserat menjadi asam 3-fosfogliserat. Dalam reaksi ini terbentuk satu molekul ATP dari ADP dan memerlukan ion Mg2+ sebagai kofaktor.
8)      Pada tahap ini, terjadi pengubahan asam 3-fosfoliserat menjadi asam 2-fosfogliserat. Reaksi ini melibatkan pergeseran dapat balik gugus fosfat dari posisi 3 ke posisi 2. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim fosfogliseril mutase dengan ion Mg2+ sebagai kofaktor.
9)      Reaksi berikutnya adalah reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat dari asam 2-fosfogliserat dengan katalisis enzim enolase dan ion Mg2+ sebagai kofaktor. Reaksi pembentukan asam fosfoenol piruvat ini ialah reaksi dehidrasi.
10)  Tahap terakhir pada glikolisis ialah reaksi pemindahan gugus fosfat berenergi tinggi dari fosfoenolpiruvat ke ADP yang dikatalisis oleh enzim piruvat kinase sehingga terbentuk molekul ATP dan molekul asam piruvat.

http://www.drpasswater.com/nutrition_library/Rapaport1_files/image003.jpg
Gambar 1.1Skema proses glikolisis
http://www.drpasswater.com
b.      Reaksi  Antara (Dekarboksilasi Oksidatif/ Oksidasi Piruvat)
Glikolisis menghasilkan asam piruvat. Asam piruvat ini akan dioksidasi dan menghilangkan 1 dari 3 karbon pada asam piruvat (karbon hilang dalam bentuk CO2). Reaksi ini menghasilkan fragmen berkarbon 2 yang disebut kelompok asetil dan mengubah NAD+ menjadi NADH. Reaksinya kompleks, melibatka 3 tahap reaksi antara. Diakhir reaksi, kelompok asetil (fragmen berkarbon 2) bergabung dengan kofaktor koenzim A (KoA) sehingga membentuk senyawa asetil KoA.


c.       Siklus Krebs
Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler.Siklus Krebs berlangsung di matriks mitokondria.Siklus Krebsadalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentukasam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karenamenggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-Adengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.


Siklus Krebs terdiri dari 9 rangkaian reaksi sebagai berikut:
Reaksi 1 : Kondensasi
Asetil ko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentukasam sitrat.
Reaksi 2 dan 3 : Isomerasi
Setelah "mengantar" asetil masuk ke dalam siklus Krebs, Ko-A memisahkan diridari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan danpenambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat.
Reaksi 4 : Oksidasi pertama
Lalu, asam isositratmengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadiNADH, dan melepaskan satu molekul (CO2) dan membentuk asam a-ketoglutarat(baca: asam alpha ketoglutarat).
Reaksi 5 : Oksidasi kedua
Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskansatu molekul (CO2), dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembalimereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkantambahan satu Ko-A dan membentuk suksinil Ko-A.
Reaksi 6 : Fosforilasi
Setelah terbentuk suksinil Ko-Adan molekul Ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat.Pelepasan Ko-A dan perubahan suksinil Ko-A menjadi asam suksinat menghasilkancukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganikmenjadi satu molekulATP.
Reaksi 7 : Oksidasi ketiga
Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi danmelepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2,dan terbentuklah asam fumarat.
Reaksi 8 dan 9 : Pembentukan kembali oksaloasetat
Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asamfumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat,karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malatmengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima olehNAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asamoksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil Ko-A dan kembali menjalanisiklus Krebs.


Produk siklus krebs
Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP,6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron.

                                                Gambar 1.2 Skema Siklus Krebs                        
Keterangan  gambar:
1)      Asam piruvat hasil glikolisis memasuki mitokondria
2)      Asam piruvat melepaskan gugus karboksil dalam bentuk CO2.r Asam piruvat juga memberikan hidrogen dan elektron kepada NAD+ membentuk NADH. Selanjutnya koenzim bergabung dengan sisa 2 atom karbon dari asam piruvat membentuk asetil-koA.
3)      Asetil KoA mentranfer 2 atom karbonnya ke oksaloasetat membentuk sitrat. Koenzim A dilepaskan dri asetil KoA. Penambahan dan pelepasan H2O mengubah sitrat menjadi asam isositrat.
4)      Asam isositrat melepas gugus karboksil dalam bentuk CO2 dan terbentuk asam α-ketoglutarat. Hidrogen dan elektron ditransfer kepada NAD, membentuk NADH.
5)      Asam α-ketoglutarat melepas gugus karboksil dalam bentuk CO2, dan NADH terbentuk. Asam α-ketoglutarat berikatan dengan molekul koenzim A, membentuk suksinil-KoA.
6)      Koenzim A dilepaskan dan digantikan oleh fosfat (berasal dari GTP). Fosfat terikat pada ADP membentuk ATP. Suksinil- KoA berubah menjadi asam suksinat.
7)      Elektron dan hidrogen dari asam suksinat ditransfer ke FAD membentuk FADH2. Asam suksinat berubah menjadi asam fumarat.
8)      Asam fumarat menggunakan H2O membentuk asam malat. Asam malat mentransfer hidrogen dari dan elektron ke NAD+ membentuk NADH. Asam malat berubah menjadi asam oksaloasetat yang akan digunakan dalam siklus krebs selanjutnya.

Lebih detailnya seperti berikut :
1) Asam oksaloasetat + Asetil KoA —> Asam Sitrat + KoA
2) Asam sitrat + NAD —> Asam ketoglutarat + NADH2 + CO2
3) Asam ketoglutarat + NAD + H2O —> Asam suksinat + NADH2 + CO2
4) Asam suksinat + FAD + H2O —> Fumarat + FADH2
5) Fumarat + H2O —> Malat
6) Malat + NAD —> Asam oksaloasetat +NADH2
Asam oksaloasetat = senyawa siklus (senyawa yg mengawali reaksi dan terbentuk kembali di akhir reaksi).
d.      Transpor Elektron
Pada dasarnya, transpor elektron merupakan peristiwa pemindahan elektron dan ion hidrogen (H+). Elektron tersebut dibawa oleh NADH dan FADH dari satu substrat ke substrat lain secara berantai disertai dengan [pembentukan ATP melalui proses fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif merupakan proses penambahan gugus fosfat anorganik ke molekul ADP. Pada proses transpor elektron, oksigen berperan sebagai penerima elektron terakhir yang berasal dari 2 ion hidrogen (H+) sehingga membentuk molekul air (H2O). Air merupakan salah satu produk akhir dari respirasi selular.
NADH dan FADH juga berfungsi sebagai senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen.Setiap molekul NADH yang memasuki rantai transpor elektron akan menghasilkan 3 molekul ATP dan setiap molekul FADH2akan menghasilkan 2 molekul ATP.

http://3.bp.blogspot.com/_zfYP2E-2dfg/Sxtr6hM3OtI/AAAAAAAAADc/ju8nT5498MI/s320/te.jpg
Gambar 1.3Transpor Elektron

Tabel  1.1Rincian Jumlah ATP Yang Dihasilkan Pada Setiap Tahapan

2.      Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob
Respirasi aerob adalah suatu proses pernapasan yang membutuhkan oksigen dari udara. Apabila konsentrasi oksigen dalam udara rendah sekali atau bahkan sama sekali tidak ada, bukan berarti kegiatan respirasi terhenti. Respirasi masih berlangsung secara anaerob.Respirasi anaerob disebut pula fermentasi. Tujuan fermentasi sama dengan respirasi aerob, yaitu mendapatkan energi. Hanya saja, energi yang dihasilkan dalam respirasi anaerob jauh lebih sedikit daripada respirasi aerob.
Perhatikanreaksi di bawah ini.
Respirasi aerob :
C6H12O66 CO2 + 6 H2O + 675 kal + 38 ATP
Respirasi anaerob :
C6H12O6            2C2H5OH + 2CO2 + 21 kal + 2 ATP

Pernapasan anaerob dapat berlangsung di udara bebas, tetapi proses ini tidak menggunakan O2 yang tersedia di udara. Fermentasi sering pula disebut sebagai peragian alkohol  atau alkoholisasi.
Pada respirasi aerob maupun anaerob, asam piruvat hasil glikolisis merupakan substrat.
Fermentasi diberi nama sesuai dengan jenis senyawa akhir yang dihasilkan. Berdasarkan senyawa atau jenis zat yang dihasilkan, fermentasi dibedakan menjadi fermentasi asam laktat, fermentasi alkohol, dan fermentasi asam cuka.

a.    Fermentasi Alkohol
Fermentasi alkohol telah dikenal dan dilakukan oleh banyak orang sejak ribuan tahun yang lalu. Proses ini umumnya menggunakan sel ragi (jamur bersel tunggal) untuk menghasilkan produk. Dalam hal ini ragi akan mengubah gula menjadi asam piruvat melalui jalur glikolisis. Selanjutnya, asam piruvat diubah menjadi etanol (etil alkohol, suatu senyawa berkarbon 2) dan CO2. Pada pembuatan roti, gelembung-gelembung yang berasal dari CO2 menyebabkan roti mengembang.
Reaksinya sebagai berikut :

b.   Fermentasi Asam laktat
Fermentasi asam laktat umumnya dilakukan oleh bakteri. Pada beberapa aktivitas tertentu sel-sel otot kitapun juga dapat melakukan fermentasi asam laktat. Namun, jumlah energi yang dihasilkannya tidak sebanyak energi yang dihasilkan oleh respirasi aerob.
Pada akhirnya, jalur fermentasi akan menyebabkan penumpukan asam laktat pada otot. Pada kondisi yang demikian otot menjadi kaku dan ngilu. Pada umumnya rasa kaku dan ngilu tersebut akan segera hilang ketika sel-sel otot kembali dalam kondisi cukup oksigen.

Reaksinya sebagai berikut :

c.    Fermentasi Asam cuka
Fermentasi asam cuka merupakan satu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini biasa dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter) dengan substrat etanol. Jika diberikan oksigen yang cukup, bakteri-bakteri ini dapat memproduksi cuka dari bermacam-macam bahan makanan yang beralkohol. Bahan makanan yang biasa digunakan yaitu sari buah apel, anggur, biji-bijian fermentasi, malt, beras, atau bubur kentang. Dari proses fermentasi asam cuka, energi yang dihasilkan lima kali lebih besar daripada energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol.

Secara umum reaksi kimia yang terfasilitasi oleh bakteri ini adalah:
C2H5OH + O2 —> CH3COOH + H2O + 15 kal

B. Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.
1.      Fotosintesis
Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan). Yang digunakan dalam proses fotosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.
Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.
Untuk membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari, dapat dilakukan percobaan Ingenhousz.

 

www.wikipedia.org

 
http://www.macroevolution.net/images/jan-ingenhousz-217px-0.jpgJan Ingenhousz (8 Desember17307 September1799) adalah ilmuwanBritania Raya kelahiran Belanda yang membuktikan bahwa intensitascahaya memengaruhi laju fotosintesis pada tumbuhan. Dari percobaan-percobaan yang telah dilakukannya, diketahui bahwa tumbuhan menyerap karbon dioksida hanya jika ada cahaya. Temuan ini menunjukkan bahwa cahaya mempunyai peran kunci dalam fotosintesis. Dalam kegelapan, tumbuhan mengeluarkan karbon dioksida dan mengambil oksigen ketika bernapas untuk memperoleh energi.

a.    Pigmen Fotosintesis
Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang, pada keduanya mengandung kloroplast yang mengandung klorofil / pigmen hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari.
Dilihat dari strukturnya, kloroplas terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentak suatu sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid. Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan membentuk apa yang disebut grana. Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedang pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintetis berlangsung di stroma.
Gambar 1.4 Struktur kloroplas

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan klorofil antara lain :
·         Gen: bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki
klorofil.
·         Cahaya: beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya,
tanaman lain tidak memerlukan cahaya.
·         Unsur N, Mg dan Fe: merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.
·         Air: bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.
b.   Tahapan Fotosintesis
Fotosintesis terdiri dari dua proses yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang terjadi pada grana (membran tilakoid), sedangkan reaksi gelap terjadi pada stroma kloroplas.
1.    Reaksi Terang
Tahap awal foto sintesis adalah reaksi terang atau reaksi yang bergantung pada cahaya. Dalam reaksi terang terjadi tiga proses yang berlangsung di dalam kloroplas, khususnya di membran tilakoid.
1.      Pigmen fotosintesis menyerap energi cahaya dan melepaskan elektron yang akan masuk ke sistem transpor elektron.
2.      Molekul air pecah, ATP dan NADPH (Nicotinamide Adenin Dinucleotide Phospate H) terbentuk dan oksigen dilepaskan.
3.      Pigmen fotosintesis yang melepas elektron menerima kembali elektron sebagai gantinya.
Reaksi terang terjadi jika ada cahaya, misalnya cahaya matahari.Selama tahap ini, klorofil di dalam membran granum menyerap cahaya merah dan nila yang memiliki gelombang panjang.Energi ditangkap oleh klorofil dan digunakan untuk memecah molekul air.Pemecahan ini disebut fotolisis.Fotolisis mengakibatkan molekul air pecah menjadi hidrogen dan oksigen.
Reaksi fotolisis dapat ditulis sebagai berikut:
2H2O                                                    2H2 + O2
Bahwa O2 hasil fotosintesis ini berasal dari peristiwa fotolisis, telah dibuktikan dengan isotop 18O oleh S. Ruben dan M.D. Kamen serta Robert Hill (ahli kimia Inggris).Reaksi terang disebut juga reaksi Hill.
Selama reaksi terang fotosintesis, terdapat dua kemungkinan rute untuk aliran elektron, yaitu non siklik dan siklik.
Ø  Aliran elektron non siklik
Melibatkan 2 fotosistem, yaitu Fotosistem I dan II
1.      Fotosistem I (P700) fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm
2.      Fotosistem II (P680) fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 n
Ø  Aliran elektron siklik
Pada kondisi tertentu, elektron terfotoeksitasi mengambil jalur aliran elektron siklik.Aliran elektron siklik merupakan hubungan yang singkat.Aliran elektron siklik menggunakan fotosistem I, tetapi tidak menggunakan fotosistem II.






Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikut
Fotofosforilasi Siklik
Fotofosforilasi Nonsiklik
Hanya melibatkan fotosistem I
Melibatkan fotosistem I dan II
Menghasilkan ATP
Menghasilkan ATP dan NADPH
Tidak terjadi fotolisis air
Terjadi fotolisis air untuk menutupikekurangan elektron pada fotosistem II

Gambar 1.5 Reaksi terang fotosintesis

2.    Reaksi Gelap
                        Reaksi gelap berlangsung di stroma tanpa bantuan energi cahaya. Reaksi ini menurunkan energi berupa ATP dan NADPH yang berasal dari reaksi terang untuk fiksasi CO2. Pada saat ini terjadi pengikatan CO2 di udara oleh RuBP (ribulosa biphosphat) menjadi PGA (asam 3-fosfogliserat) yang akan berikatan dengan ion H+ (dari reaksi terang) menjadi PGAL (phosphor gliseral dehide). Melalui reaksi yang diselenggarakan oleh enzim, PGAL dibentuk menjadi glukosa atau amilum.Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.
            Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat. Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP). Ribulosa difosfat ini yang nantinya akan mengikat CO2dalam reaksi gelap. Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.
a)      Fiksasi karbon.  Molekul CO2 diikat pada ribulosa bifosfat (RuBP) dengan bantuan RuBP karboksilase atau Rubisco.  Reaksi ini menghasilkan dua molekul 3-fosfogliserat.
b)      Reduksi.  Tiap molekul 3-fosfogliserat menerima gugus fosfat baru dari ATP menghasilkan 1,3-difosfogliserat. Selanjutnya 1,3 difosfogliserat direduksi oleh sepasang electron dari NADPH menjadi gliseraldehid 3-fosfat (G3P).  G3P merupakan gula.  Setiap 3 molekul CO2 terdapat 6 molekul G3P, tetapi hanya 1 molekul G3P yang dihitung sebagai selisih perolehan karbohidrat. Satu molekul keluar siklus dan digunakan oleh tumbuhan, sedangkan 5 molekul didaur ulang untuk menghasilkan 3 molekul RuBP.
c)      Regenerasi akseptor CO2.  Lima molekul G3P disusun ulang dalam langkah terakhir siklus Calvin menjadi 3 molekul RuBP yang siap menerima CO2 kembali.
http://wijaganteng.files.wordpress.com/2010/12/400px-reaksi_gelapedit_copy.png
Gambar 1.6Reaksi gelap atau siklus Calvin-Benson

2. Kemosintesis
Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.
a.       Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri), misalnya ferrobacillus.
b.      Bakteri nitrifikasimelakukan oksidasi NH3 yang dihasilkan dari protein oleh bakteri heterotrof dari hasil perombakan menjadi nitrat. Nitrat yang dihasilkan menyediakan keperluan nitrogen bagi tumbuhan, misalnya Nitrosomonas, Nitrosococcus , Nitrobacter.
c.       Bakteri belerangyang kemoautotrop mengoksidasi H2S di tempat tinggalnya (mata air belerang) sehingga menghasilkan energi, misalnya Thiobacillus, Beggiatoa.

Tabel 1.2 Perbandingan Fotosintesis dan Kemosintesis
Faktor pembanding
Fotosintesis
Kemosintesis
Bahan dasar
CO2 dan H2O
CO2 dan H2O
Sumber energy
Sinar matahari
Zat-zat kimia
Pelaku
Tumbuhan berklorofil
Tumbuhan tak berklorofil, misalnya bakteri
Hasil
Karbohidrat/ glukosa
Glukosa

3. Tanaman C3,C4, dan CAM
Tumbuhan dikelompokan berdasarkan tipe fotosintesisnya, yaitu tumbuhan C3, C4, dan CAM (crassulacean acid metabolism).Tumbuhan C4 dan CAM lebih adaptif di daerah panas dan kering dibandingkan dengan tumbuhan C3.Namun tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi.Sebagian besar tanaman pertanian, seperti gandum, kentang, kedelai, kacang-kacangan, dan kapas merupakan tanaman dari kelompok C3.
a.      Tanaman C3
Dalam fotosintesis C3 berbeda dengan C4, pada C3 karbon dioksida masuk ke siklus
calvin secara langsung. Struktur kloroplas pada tanaman C3 homogen.Tanaman C3 mempunyai suatu peran penting dalam metabolisme, Tanaman C3 mempunyai
kemampuan fotorespirasi yang rendah karena mereka tidak memerlukan energi untuk fiksasi sebelumnya. Tanaman C3 dapat kehilangan 20 % karbon dalam siklus calvin karena radiasi, tanaman ini termasuk salah satu group phylogenik. Konsep dasar reaksi gelap fotosintesis siklus Calvin (C3) adalah sebagai berikut:
CO2 diikat oleh RUDP untuk selanjutnya dirubah menjadi senyawa organik C6 yang tidak stabil yang pada akhirnya dirubah menjadi glukosa dengan menggunakan 18 ATP dan 12 NADPH.Siklus ini terjadi dalam kloroplas pada bagian stroma.Untuk menghasilkan satu molekul glukosa diperlukan 6 siklus C3.
b.      Tanaman C4
Tebu (Saccharum officinarum), jagung (Zea mays), dan tumbuhan tertentu lain
tidak mengikat karbon dioksida secara langsung. Pada tumbuhan ini senyawa pertama yang terbentuk setelah jangka waktu pelaksanaan fotosintesis yang sangat pendek, bukanlah senyawa 3-C asam fosfogliserat (PGA), melainkan senyawa 4-C asam oksaloasetat (OAA).Metode alternatif fiksasi karbon dioksida untuk fotosintesis ini disebut jalur Hatch-Slack. Tumbuhan yang menggunakan jalur ini disebut tumbuhan C4 atau  tumbuhan 4 karbon.
c.       Tanaman CAM
Berbeda dengan gerakan stomata yang lazim, stomata tumbuhan CAM membuka pada malam hari, tetapi menutup pada siang hari.Pada malam hari jika kondisi udara kurang menguntungkan untuk transpirasi, stomata tumbuhan CAM membuka, Karbon dioksida berdifusi ke dalam daun dan diikat oleh sistem PEP karboksilase untuk membentuk OAA dan malat. Malat lalu dipindahkan dari sitoplasma ke vakuola tengah sel-sel mesofil dan di sana asam ini terkumpul dalam jumlah besar. Sepanjang siang hari stomata menutup, karena itu berkuranglah kehilangan airnya, dan malat serta asam organik lain yang terkumpul didekarboksilasi agar ada persediaan karon dioksida yang langsung akan diikat oleh sel melalui daur Calvin.
http://2.bp.blogspot.com/_YNTe3nE_1QM/TPm0t1YGg5I/AAAAAAAAAAQ/sRUh-zbeUXw/s1600/Slide1_002.JPG
Gambar 1.7Fotosintesis tumbuhan C3, C4. CAM
http://2.bp.blogspot.com
4. Jalur C2 (Jalur Glikolat)
Jalur C2 adalah peristiwa pembebasan CO2 pada tumbuhan hijau yang terjadi di saat intensitas cahaya matahari relatif tinggi.Jadi, jalur C2 bukan pengikatan CO2 seperti pada jalur C3, C4, dan jalur CAM.Jalur C2 yang disebut fotorespirasi ditemukan oleh J.P Decker, pakar fisiologi tumbuhan dari Amerika Serikat. Oleh Tolbert dari michigan state university, jalur C2 (fotorespirasi) dinamakan jalur glikolat.



C.Keterkaitan Proses Katabolisme dan Anabolisme

Reaksi pada katabolisme adalah reaksi penguraian yang memecah molekul dan cenderung melepaskan energi. Reaksi pada anabolisme cenderung memerlukan energi. Bisa dikatakan bahwa katabolisme memicu anabolisme karena katabolisme menyebabkan sintesis ATP  yang digunakan untuk anabolisme.

Tabel 1.3Faktor –faktor yang mempengaruhi katabolisme dan anabolisme
Faktor
Pengaruh pada laju
Katabolisme
Anabolisme
a.      a. Luar
1.      1. Cahaya
Mempercepat (pada batas optimal).

Mempercepat (pada batas optimal).
2.      2. Suhu
Mempercepat (pada rentang 0o C – 45o C).

Di atas suhu optimum menurunkan, karena merusak enzim.
3.      3. CO2
Menurunkan laju respirasi.


Meningkatkan, pada kadar optimum.
4.      4. O2
Mempercepat.

Menghambat
5.      5. H2O
Menurunkan.
Berpengaruh tidak langsung, contoh: membuka dan menutupnya stomata.
6.      6. Unsur/
7.      senyawa kimia
Dalam jumlah sedikit meningkatkan dan dalam jumlah yang banyak menurunkan, karena menghambat reaksi enzim. Contoh: aseton, eter, sianida, dsb.
Kekurangan unsur N menghambat sintesis klorofil, sehingga menurunkan laju anabolisme.
8.      7. Luka
Meningkatkan, hingga terjadinya kalus dibagian luka.


9.      8. Mekanis
Rangsangan mekanis meningkatkan laju katabolisme, asal tidak berulang-ulang.





b.      b. Dalam
1. Substrat respirasi mempercepat laju katabolisme.
1.      2. Laju katabolisme dipengaruhi juga oleh kuantitas dan kualitas protoplasma.
Laju anabolisme dipengaruhi oleh:
1.      1. Klorofil
2.   Membukamenutupnya stomata.
3.   Anatomi daun
4.   Morfologi daun (kasar halusnya, tebal tipisnya).
5.   Hambatan pada transportasi hasil fotosintesis, menghambat laju anabolisme












Text Box: TEKNOLOGI PENGOLAHAN MAKANANMetabolisme dalam tubuh memerlukan makanan sebagai sumber energi dan materi. Perkembangan teknologi telah mempengaruhi proses pengolahan makanan.
Teknologi Makanan Berkadar Gula Rendah
Makanan berisi materi dan energi yang dibutuhkan oleh tubuh. Orang yang kelebihan makanan tetapi tidak diimbangi dengan gerak dan olahraga yang cukup seringkali menunjukkan gejala kelebihan berat badan. akanKelebihan energi dan materi akan tersimpan dalam jaringan lemak pada lapisan di bawah kulit, jaringan penghubung di antara alat pencernaan, jantung dan paru-paru.
Di negara maju, kemakmuran menyebabkan meningkatnya orang yang memiliki obesitas dan penyakit kelebihan gizi berupa penyakit jantung, tekanan darah tinggi dan stroke. Penyakit-penyakit tersebut ditimbulkan oleh meningkatnya konsumsi makanan berenergi tinggi. Oleh karena itu, cara efektif menjaga kesehatan adalah mengatur menu makanan yang sesuai dengan kebutuhan. Makanan yang mengandung energi rendah dicari orang-orang gemuk atau orang yang tidak ingin gemuk. Dengan demikian dapat dipahami bila dalam kegiatan ekonomi orang mencari produk teknologi makanan berkadar gula rendah.
Kegiatan :
Makanan Berkadar Gula Rendah
Cari satu jenis makanan yang berkadar gula rendah,baik dari buku, majalah maupun internet. Kumpulkan artikel serta informasi yang menjelaskan:
·         Komposisi makanan tersebut
·         Proses pembuatan makanan
·         Keuntungan mengkonsumsi makanan tersebut





Cloud Callout: RANGKUMAN
 






1.      Metabolisme merupakan peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dalam sel makhluk hidup.
2.      Metabolisme dibedakan atas katabolisme dan anabolisme.
3.      Katabolisme merupakan reaksi kimia berupa penguraian molekul besar menjadi molekul kecil. Reaksi ini cenderung menghasilkan energi. Proses katabolisme dibagi menjadi 4 tahapan yaitu: glikolisis, reaksi antara, siklus krebs dan transpor elektron.
4.      Anabolisme merupakan reaksi kimia berupa proses pembentukan besar dari molekul-molekul kecil.
5.      Respirasi merupakan suatu proses pembebasan energi melalui peristiwa kimia dengan menggunakan oksigen (aerob) maupun tidak menggunakan oksigen (anaerob).
6.      Respirasi anaerob disebut juga fermentasi. Tujuan fermentasi sama dengan respirasi anaerob, yaitu untuk mendapatkan energi.
7.      Fotosintesis merupakan proses pengubahan zat-zat anorganikH2O dan CO2 oleh klorofil menjadi zat organikkarbohidrat (glukosa) dengan pertolongan cahaya matahari.
8.      Fotosintesis berlangsung melalui 2 tahapan yaitu: reaksi terang dan reaksi gelap.
9.      Kemosintesis tidak memerlukan cahaya sebagai sumber energi tetapi menggunakan zat kimia misalnya sulfida, nitrogen, sulfur, besi, amonia, dan nitrit. Zat kimia tersebut dioperoleh dari lingkungannya.
10.  Tumbuhan dibagi menjadi tiga tipe, yaitu tumbuhan C3, tumbuhan C4, dan tumbuhan CAM yang dibedakan berdasarkan reaksi pengikatan CO2.







 




A.    Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dengan memberi tanda silang (x) pada huruf a, b, c, d, atau  e !

1.      Salah satu hal yang terjadi pada proses kehidupan adalah penyusunan senyawa yang sederhana menjadi senyawa kompleks. Proses tersebut dinamakan....
a.       respirasi
b.      anabolisme
c.       katabolisme
d.      transpirasi
e.       desimilasi

2.      Proses respirasi sel pada tahap glikolisis yang terjadi secara anaerobik akan mengubah 1 molekul glukosa antara lain menjadi....
a.       1 molekul etanol
b.      1 molekul asam laktat
c.       2 molekul asetil-KoA
d.      1 molekul asam piruvat
e.       2 molekul asam piruvat

3.      Reaksi terang dan Calvin menghasilkan dua zat penting yang digunakan dalam reaksi pembentukan glukosa adalah....
a.       ATP dan asam fosfogliserat
b.      NADPH2 danasam fosfogliserat
c.       ATP dan asam fosfogliseraldehida
d.      ATP dan NADPH2
e.       NADPH2 dan asam fosfogliseraldehida

4.      ATP merupakan senyawa berenergi tinggi yang dapat dihasilkan melalui proses....
a.       fosfosintesis
b.      respirasi
c.       reproduksi
d.      pembusukan
e.       sintesis protein

5.      Pengertian respirasi anaerob meliputi pernyataan berikut ini, kecuali....
a.       disebut pula fermentasi
b.      disebut pula respirasi intra molekul
c.       respirasi berlangsung tidak sempurna
d.      produk energi lebih banyak daripada respirasi aerob
e.       dapat berlangsung dalam udara bebas, tetapi tidak menggunakan O2yang tersedia

6.      Reaksi pengikatan CO2 pada fotosintesis berlangsung didalam....
a.       klorofil
b.      kloroplas
c.       amiloplas
d.      sitoplasma
e.       stomata

7.      Bila dalam tahap siklus krebs dihasilkan 8 NADH2 dan 2 molekul FADH2, maka setelah transpor elektron akan dihasilkan ATP sejumlah....
a.       10
b.      20
c.       28
d.      30
e.       32

8.      Tempat energi cahaya berubah menjadi energi kimia dalam sel berlangsung dalam organel....
a.       mitokondria
b.      nukleus
c.       ribosom
d.      kloroplas
e.       stomata

9.      Pada fotosintesis nonsiklik terjadi pemecahan molekul air membebaskan oksigen dan hidrogen yang diikat oleh molekul akseptor. Berikut ini yang merupakan akseptor hidrogen adalah....
a.       flavin adenin dinukleutida (FAD)
b.      nikotinamine adenin dinukleotida (NAD)
c.       nikotinamine adenin dinukleotida fosfat (NADP)
d.      asan fosfoenol pirufat (PEP)
e.       ribulosa difosfat (RDP)

10.  fiksasi CO2 pada tumbuhan memerlukan....
a.       CO2 dan sinar matahari
b.      CO2 danO2
c.       CO2 dan ATP
d.      CO2 dan H2O
e.       CO2 dan klorofil

B.     Jawablah pertanyaan dibawah ini dengan singkat dan jelas !

1.      Jelaskan perbedaan antara anabolisme dan katabolisme berikut dengan contohnya!
2.      Pada dasarnya peristiwa glikolisis merupakan peristiwa perubahan molekul sumber energi (glukosa) menjadi molekul yang lebih sederhana. Tuliskan hasil akhir proses glikolisis tersebut!
3.      Sebutkan empat manfaat ATP!
4.      Mengapa minuman yang mengandung alkohol biasanya dibuat dalam tempat tertutup?
5.      Mengapa fotosintesis hanya digolongkan menjadi dua fase, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap?
















AnabolismeProses penyusunan
Text Box: GLOSARIUM

AnaerobTanpa adanya oksigen dari udara
Asam piruvatSenyawa yang dihasilkan dari reaksi glikolisis pada saat katabolisme
FermentasiPerubahan enzimatik dan anaerobik dari substansi organik oleh mikroorganisme untuk menghasilkan zat organic yang lebih sederhana
FosforilasiPengikatan suatu gugus fosfat pada molekul organik yang menghasilkan fosfat organik
FotofosforilasiSintesis ATP dalam kloroplas
FotolisisPemecahan molekul air dengan bantuan cahaya
FotosintesisKemampuan dalam menggunakan zat karbon dari udara untuk diubah menjadi bahan organik serta diasimilasi dalam tubuh tumbuhan dengan energi cahaya
Fotosistem Unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari dalam kloroplas
Glikolisis Pengubahan glukosa menjadi asam piruvat
Katabolisme Proses pembongkaran
Respirasi aerob Proses pernapasan yang membutuhkan oksigen dari udara
Siklus krebs Perubahan asam piruvat menjadi CO2 dan H2

















Campbell, Reece, Mitchel. 2003. Biologi edisi ke-5 jilid 1. Jakarta : Erlangga.
Pratiwi, dkk. 2007. Biologi untuk SMA kelas XII. Jakarta : Erlangga.
Salisbury B Frank. 1992. Fisiologi Tumbuhan  Jilid Satu, Bandung : ITB.
Salisbury B Frank. 1995. FisiologiTumbuhan  Jilid dua sel : air , larutan, dan permukaan. Bandung : ITB.

Text Box: DAFTAR PUSTAKA

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar