Metabolisme


A Molekul yang Berperan dalam Metabolisme

Motor dapat bergerak karena adanya energi. Energi yang didapatkan
tersebut berasal dari bensin. Di dalam mesin motor, bensin mendapat energi
minimum untuk bereaksi menghasilkan energi dari percikan api yang dipicu
oleh busi. Suhu di dalam mesin pun dapat mencapai ratusan derajat celcius.
Energi minimum yang diperlukan suatu substrat untuk bereaksi
dinamakan sebagai energi aktivasi. Bagaimanakah dengan tubuh manusia
atau mahluk hidup lainnya? Tentu kita tidak dapat memenuhi kebutuhan
energi pemicu pada keadaan seperti di mesin. Akan tetapi, dengan suhu
yang cukup rendah, bahan makanan yang kita makan tetap dapat menghasilkan
energi untuk menunjang aktivitas kita. Ternyata, tubuh organisme
menyediakan molekul berenergi dan molekul yang dapat mempercepat
(mengkatalisasi) terjadinya reaksi kimia dalam tubuh. Molekul tersebut
adalah ATP (Adenosin trifosfat) dan enzim.
1. Molekul Energi
Dalam banyak reaksi tubuh, perpindahan energi dilakukan bersamaan
dengan dilepaskan atau dibentuknya senyawa dengan ikatan fosfat. Sumber
energi utama yang mengandung senyawa fosfat adalah ATP (Adenosin trifosfat)
yang memiliki 3 gugus fosfat. Senyawa ini menjadi sumber energi langsung
yang dibutuhkan oleh tubuh dalam melakukan usaha (aktivitas) karena
pelepasan satu gugus fosfat akan menghasilkan energi yang besar. Pada
kondisi laboratorium, satu mol ATP menghasilkan energi sebesar 7,3 kkal.
ATP terdiri atas gugus adenin yang mengandung gugus nitrogen, ribosa,
menghasilkan 5 molekul karbon gula, serta 3 molekul fosfat

Untuk menghasilkan energi, ATP mengalami fosforilasi yang dibantu oleh
enzim fosforilase menjadi ADP (Adenosin difosfat). Makhluk hidup yang
beraktivitas, menggunakan ATP terus-menerus. Akan tetapi, ATP tidak habis
karena merupakan sumber daya yang dapat diperbarui dengan menambahkan
satu gugus fosfat pada ADP. Hal ini dapat dilakukan melalui respirasi sel
pada hewan. Pada tumbuhan digunakan energi cahaya untuk membentuk
ATP kembali.

Dalam proses transfer energi, terdapat beberapa jenis molekul energi lainnya
yang berperan sebagai molekul penyimpan energi, yakni NADH2, FADH, dan
ATP. Semua molekul tersebut memiliki kesetaraan dengan produksi ATP. NADH
setara dengan 3 ATP dan FADH setara dengan 2 ATP.

2. Enzim
Enzim merupakan protein pengkatalis. Katalis adalah agen 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 memiliki sisi aktif, yakni bagian atau tempat pada enzim yang
berfungsi sebagai tempat menempelnya substrat. Kerja enzim sangat spesifik
karena sisi aktif dari enzim sangat selektif terhadap bentuk kimia dari substrat
yang akan dikatalisis. Ikatan yang terbentuk antara enzim dengan substrat
bersifat lemah sehingga reaksi dapat berlangsung bolak-balik. Substrat
menempel pada sisi aktif enzim dan akan menghasilkan produk baru.

Tubuh enzim terdiri atas beberapa bagian. Bagian utama enzim berupa
protein yang disebut apoenzim. Bagian lainnya adalah bagian yang tersusun
atas materi anorganik, seperti senyawa logam yang disebut gugus prostetik.
Beberapa enzim memerlukan molekul yang membantu kerja enzim
menguatkan ikatan dengan substrat, yakni kofaktor. Banyak molekul logam
anorganik yang berfungsi sebagai kofaktor, seperti ion logam Fe2+, Cu2+,
dan Mg2+.
Beberapa komponen kimia enzim yang tersusun atas molekul organik
nonprotein disebut koenzim. Koenzim membawa atom fungsional ketika
enzim bereaksi. Contoh koenzim yang berada pada bagian gugus prostetik
enzim adalah koenzim A, yang membawa sumber karbon ketika memecah
piruvat dan asam lemak. Ikatan antara apoenzim dan kofaktor disebut
holoenzim.
b. Sifat Enzim
Enzim bekerja dengan cara menurunkan energi aktivasi sehingga energi
awal minimun untuk sebuah reaksi dapat diperkecil

Enzim bukanlah penambah energi awal dalam bereaksinya substrat, tetapi
hanya sebagai pengikat sementara sehingga reaksi dapat berlangsung pada
keadaan di bawah energi aktivasinya. Hal ini menyebabkan reaksi akan
berjalan lebih cepat. Enzim merupakan protein yang dapat terdenaturasi
(struktur dan sifatnya berubah) oleh suhu, pH, atau logam berat.
Empat sifat umum enzim sebagai berikut.
1) Enzim bukanlah penyebab reaksi, namun enzim hanya mempercepat
reaksi. Tanpa adanya enzim, suatu reaksi tetap dapat terjadi. Akan tetapi,
diperlukan energi yang besar dan berlangsung sangat lambat.
2) Enzim tidak berubah secara permanen atau habis bereaksi. Enzim yang
sama dapat digunakan berulang-ulang.
3) Enzim yang sama dapat digunakan untuk reaksi kebalikannya. Suatu enzim
dapat mengubah substrat A menjadi molekul B dan C. Enzim yang sama
dapat bekerja sebaliknya membentuk substrat A dari molekul B dan C.
4) Setiap jenis enzim hanya bekerja pada zat tertentu saja.
c. Cara Kerja Enzim
Terdapat dua teori yang menerangkan cara kerja enzim, yakni teori lock
and key dan teori induced fit. Teori lock and key menganalogikan mekanisme
kerja enzim seperti kunci dengan anak kunci. Substrat masuk ke dalam sisi
aktif enzim. Jadi, sisi aktif enzim seolah-olah kunci dan substrat adalah anak
kunci. Adapun teori induced fit mengemukakan bahwa setiap molekul substrat
memiliki permukaan yang hampir pas dengan permukaan sisi aktif enzim.
Jika substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim, akan terbentuk kompleks enzim
substrat yang pas.

d. Penamaan Enzim
Penamaan enzim umumnya disesuaikan dengan substrat yang diuraikan,
lalu dibubuhi akhiran ase. Sebagai contoh, enzim amilase menguraikan
amilum menjadi maltosa di mulut. Enzim lipase bekerja menguraikan lipid
(lemak) menjadi asam lemak.
e. Jenis enzim
Berdasarkan lokasi kerjanya, enzim dapat dibagi menjadi dua jenis,
sebagai berikut.
1) Eksoenzim, yakni enzim yang bekerja di luar sel, contohnya:
amilum 􀂶a􀂶mila􀂶se􀁬 maltosa
maltosa 􀂶m􀂶alta􀂶se􀁬 glukosa
2) Endoenzim, yakni enzim yang bekerja di dalam sel, contohnya:
glukosa 􀂶h􀂶ekso􀂶kin􀂶ase􀁬 glukosa-6-Phospat
f. Faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim
Seperti halnya protein yang lain, sifat enzim sangat dipengaruhi oleh kondisi
lingkungannya. Kondisi yang tidak sesuai dapat menyebabkan kerja enzim
terganggu. Berikut adalah beberapa faktor yang memengaruhi kerja enzim.
1) Temperatur
Enzim memiliki rentang temperatur tertentu agar dapat bereaksi dengan
optimal. Pada temperatur yang tinggi, enzim akan rusak (terdenaturasi) sebagai
sifat umum dari protein. Pada kondisi ini, struktur enzim sudah berubah dan
rusak sehingga tidak dapat digunakan lagi. Adapun pada temperatur yang
rendah, enzim berada pada kondisi inaktif (tidak aktif). Enzim akan bekerja
kembali dengan adanya kenaikan temperatur yang sesuai. Semua enzim
memiliki kondisi temperatur yang spesifik untuk bekerja optimal. Enzim
memiliki kecenderungan semakin meningkat seiring dengan kenaikan
temperatur hingga pada batas tertentu. Setelah itu, enzim kembali mengalami
penurunan kinerja. Pada saat kerja enzim optimal maka dapat dikatakan bahwa
pada temperatur tersebut temperatur optimum.
2) pH
Seperti halnya temperatur, pH dapat memengaruhi optimasi kerja enzim.
Setiap enzim bekerja pada kondisi pH yang sangat spesifik. Hal ini berkaitan
erat dengan lokasi enzim yang bekerja terhadap suatu substrat. Pada
umumnya, enzim akan bekerja optimum pada pH 6-8. Perubahan
pH lingkungan akan mengakibatkan terganggunya ikatan hidrogen yang
ada pada struktur enzim. Jika enzim berada pada kondisi pH yang tidak
sesuai, enzim dapat berada pada keadaan inaktif. Dengan adanya kondisi
pH yang spesifik ini, enzim tidak akan merusak sel lain yang berada di
sekitarnya. Contohnya, enzim pepsin yang diproduksi pankreas untuk
mencerna protein dalam lambung, tidak akan mencerna protein yang ada di
dinding pankreas karena enzim pepsin bekerja pada pH 2-4.

3) Konsentrasi Substrat dan Konsentrasi Enzim
Kerja enzim sangat cepat maka untuk mengoptimalkan hasilnya, perlu
perbandingan jumlah atau konsentrasi antara substrat dengan enzim yang
sesuai. Jumlah substrat yang terlalu banyak dan konsentrasi enzim sedikit
akan menyebabkan reaksi tidak optimal.

Konsentrasi enzim membatasi laju reaksi. Enzim akan “jenuh” jika sisi aktif
semua molekul enzim terpakai setiap waktu. Pada titik jenuh, laju reaksi tidak
akan meningkat meskipun substrat ditambahkan. Jika konsentrasi enzim
ditambahkan, laju reaksi akan meningkat hingga titik jenuh berikutnya

4) Kofaktor
Kofaktor dapat membantu enzim untuk memperkuat ikatan dengan
substrat atau kebutuhan unsur anorganik, seperti karbon. Selain itu, kofaktor
juga membantu proses transfer elektron.
5) Inhibitor Enzim
Inhibitor mengganggu kerja enzim. Berdasarkan pengertian dari kata
dasarnya (inhibit artinya menghalangi), inhibitor merupakan senyawa yang
dapat menghambat kerja enzim. Inhibitor secara alami dapat berupa bisa
(racun) yang dikeluarkan oleh hewan, seperti ular atau laba-laba. Inhibitor
akan mencegah sisi aktif untuk tidak bekerja. Beberapa obat-obatan juga
berfungsi sebagai inhibitor, seperti penisilin yang berguna menghambat kerja
enzim pada mikroorganisme.
Inhibitor terbagi atas dua macam, yakni inhibitor kompetitif dan inhibitor
nonkompetitif. Pada inhibitor kompetitif, inhibitor ini akan bersaing dengan
substrat untuk bergabung dengan enzim sehingga kerja enzim akan terganggu.
Sementara itu, inhibitor nonkompetitif tidak akan bersaing dengan substrat
untuk bergabung dengan enzim karena memiliki sisi ikatan yang berbeda
(Keeton and Gould, 1986: 81).

6) Kadar Air
Kerja enzim sangat dipengaruhi oleh air. Rendahnya kadar air dapat
menyebabkan enzim tidak aktif. Sebagai contoh, biji tanaman yang dalam
keadaan kering tidak akan berkecambah. Hal ini disebabkan oleh tidak aktifnya
enzim sebagai akibat dari rendahnya kadar air dalam biji. Biji akan berkecambah
jika direndam. Kadar air yang cukup dapat mengaktifkan kembali enzim.

B Metabolisme Karbohidrat

Keseluruhan reaksi kimia di dalam tubuh organisme yang melibatkan
perubahan energi disebut metabolisme. Sebagai makhluk hidup, energi dapat
dihasilkan dari sebuah proses, atau suatu proses justru memerlukan energi.
Pada umumnya, energi dilepaskan ketika tubuh organisme mencerna molekul
kompleks menjadi molekul yang sederhana. Proses tersebut dinamakan
katabolisme. Adapun proses pembentukan senyawa kompleks dari unsurunsur
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 menghasilkan energi.
Proses katabolisme yang terjadi pada makhluk hidup dibedakan menjadi
respirasi aerob dan respirasi anaerob. Apakah yang membedakan respirasi
aerob dengan respirasi anaerob?
Berdasarkan perubahan energinya, reaksi kimia dapat dibedakan menjadi
reaksi eksergonik dan reaksi endergonik. Pada reaksi eksergonik, terjadi
pelepasan energi. Katabolisme merupakan reaksi eksergonik. Jika energi yang
dilepaskan berupa panas, disebut reaksi eksoterm. Adapun pada reaksi
endergonik, terjadi penyerapan energi dari lingkungan. Anabolisme termasuk
reaksi endergonik karena memerlukan energi. Jika energi yang digunakan
dalam bentuk panas, disebut reaksi endoterm.
a. Respirasi Aerob
Respirasi bertujuan menghasilkan energi dari sumber nutrisi yang
dimiliki. Semua makhluk hidup melakukan respirasi dan tidak hanya berupa
pengambilan udara secara langsung. Respirasi dalam kaitannya dengan
pembentukan energi dilakukan di dalam sel. Oleh karena itu, prosesnya
dinamakan respirasi sel. Organel sel yang berfungsi dalam menjalankan tugas
pembentukan energi ini adalah mitokondria.
Respirasi termasuk ke dalam kelompok katabolisme karena di dalamnya
terjadi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih
sederhana, diikuti dengan pelepasan energi. Energi yang kita gunakan dapat
berasal dari hasil metabolisme tumbuhan. Oleh karena itu, tumbuhan
merupakan organisme autotrof, yang berarti dapat memproduksi makanan
sendiri. Adapun konsumen, seperti hewan dan manusia, yang tidak dapat
menyediakan makanan sendiri disebut organisme heterotrof.
Proses respirasi erat kaitannya dengan pembakaran bahan bakar berupa
makanan menjadi energi. Kondisi optimal akan tercapai dalam kondisi aerob
(ada oksigen).

Pembentukan energi siap pakai akan melalui beberapa tahap reaksi
dalam sistem respirasi sel pada mitokondria. Menurut Campbell, et al,
(2006: 93) reaksi-reaksi tersebut, yaitu:
1) glikolisis, yakni proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat;
2) dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, yakni perombakan asam piruvat
menjadi asetil Co-A;
3) daur asam sitrat, yakni siklus perombakan asetil Ko-A menjadi akseptor
elektron dan terjadi pelepasan sumber energi;
4) transfer elektron, yakni mekanisme pembentukan energi terbesar dalam
proses respirasi sel yang menghasilkan produk sampingan berupa air.

1) Glikolisis
Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan
masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa
diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini mengakibatkan glukosa dalam
keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim
heksokinase. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah
molekul gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan bantuan satu ATP dan enzim
fosfoheksokinase. Proses selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya
adalah 4 molekul ATP dan hasil akhir berupa 2 molekul asam piruvat (C3).

Walaupun empat molekul ATP dibentuk pada tahap glikolisis, namun
hasil reaksi keseluruhan adalah dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP
yang harus diberikan pada fase awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak
memerlukan oksigen.
2) Dekarboksilasi Oksidatif
Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi
Asetil-KoA (koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi
sehingga gugus karboksil akan hilang sebagai CO2 dan akan berdifusi keluar
sel. Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan mengalami oksidasi
sehingga gugus hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron
NAD+.  Gugus yang terbentuk, kemudian
ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA. Hasil akhir dari
proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2

molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin
B1. Berdasarkan hal tersebut, dapat diketahui betapa pentingnya vitamin B
dalam tubuh hewan maupun tumbuhan.

3) Daur Asam Sitrat
Proses selanjutnya adalah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk
sehingga dihasilkan banyak akseptor elektron. Selain disebut sebagai daur
asam sitrat, proses ini disebut juga daur Krebs. Hans A. Krebs adalah orang
yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini pada tahun 1930.

Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus.
Berikut adalah beberapa tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat.

a) Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat
sehingga terbentuk asam sitrat. Koenzim A akan dikeluarkan dan
digantikan dengan penambahan molekul air.

b) Perubahan formasi asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai
pelepasan air.
c) Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan bantuan enzim
asam isositrat dehidrogenase, membentuk asam 􀁂-ketoglutarat. NAD+
akan mendapatkan donor elektron dari hidrogen untuk membentuk
NADH. Asam 􀁂-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil KoA.
d) Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP
mendapatkan donor fosfat menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA
berubah menjadi asam suksinat.
e) Asam suksinat dengan bantuan suksinat dehidrogenase akan berubah
menjadi asam fumarat disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada
tahap ini, elektron akan ditangkap oleh akseptor FAD menjadi FADH2.
f) Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan bantuan enzim
fumarase.
g) Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan bantuan enzim
asam malat dehidrogenase. NAD+ akan menerima sumbangan elektron
dari tahap ini dan membentuk NADH.
h) Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi
dengan sumbangan dua gugus karbon dari asetil KoA.
4) Transfer Elektron
Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron
yang bermuatan akibat 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 yang dibantu oleh enzim
pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yang melibatkan
NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide),
dan molekul-molekul lainnya. Dalam pembentukan ATP ini, ada akseptor
elektron yang akan memfasilitasi pertukaran elektron dari satu sistem ke
sistem lainnya.
a) Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah
oleh enzim (substrat). Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut.
Proton hidrogen mereduksi koenzim NAD melalui reaksi NAD + H+􀁬
NADH + H+. NADH dari matriks mitokondria masuk ke ruang
intermembran melewati membran dalam, kemudian memasuki sistem
rantai pernapasan.
b) NADH dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen
kepada flavoprotein (FP), flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang
bertindak sebagai pembawa ion hidrogen. Dari flavoprotein atau FAD,
setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma untuk
membentuk molekul H2O.
c) Elektron akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung
besi dan sulfur (FeSa dan FeSb)􀁬 sitokrom b 􀁬 koenzim quinon 􀁬
sitokrom b2 sitokrom o 􀁬 sitokrom c 􀁬 sitokrom a 􀁬 sitokrom a3,
dan terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk H2O

Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H2O) dihasilkan melalui
NADH dan 1 molekul H2O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H2O yang
melalui NADH setara dengan 3 ATP dan 1 molekul air yang melalui FAD
setara dengan 2 ATP.

Walaupun ATP total yang tertera pada  adalah 38 ATP, jumlah
total yang dihasilkan pada proses respirasi adalah 36 ATP. Hal tersebut
disebabkan 2 ATP digunakan oleh elektron untuk masuk ke mitokondria.

b. Respirasi Anaerob
Setelah berolahraga atau mengerjakan suatu pekerjaan berat, napas Anda
menjadi terengah-engah karena suplai oksigen yang masuk tubuh menjadi
berkurang. Tubuh mengatasi keadaan ini dengan memperpendek jalur
pembentukan energi melalui proses respirasi anaerob. Cara ini ditempuh
agar tubuh tidak kekurangan pasokan energi ketika melakukan suatu
aktivitas berat. Respirasi anaerob dikenal juga dengan istilah fermentasi.
Fermentasi adalah perubahan glukosa secara anaerob yang meliputi
glikolisis dan pembentukan NAD. Fermentasi menghasilkan energi yang
relatif kecil dari glukosa. Glikolisis berlangsung dengan 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 akseptor hidrogen
permanen berupa asetildehida atau asam piruvat.
1) Fermentasi Alkohol
Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil
alkohol melalui dua langkah reaksi. Langkah pertama adalah pembebasan
CO2 dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida. Langkah
kedua adalah reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD
yang terbentuk akan digunakan untuk glikolisis

Sel ragi dan bakteri melakukan respirasi secara anaerob. Hasil fermentasi
berupa CO2 dalam industri roti dimanfaatkan untuk mengembangkan adonan
roti sehingga pada roti terdapat pori-pori.
2) Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat adalah fermentasi glukosa yang menghasilkan
asam laktat. Fermentasi asam laktat dimulai dengan glikolisis yang
menghasilkan asam piruvat, kemudian berlanjut dengan perubahan asam
piruvat menjadi asam laktat. Pada fermentasi asam laktat,
asam piruvat bereaksi secara langsung dengan NADH membentuk asam
laktat. Fermentasi asam laktat dapat berlangsung ketika pembentukan keju
dan yoghurt.
Pada sel otot manusia yang bersifat fakultatif anaerob, terbentuk ATP
dari fermentasi asam laktat jika kondisi kandungan oksigen sangat sedikit.
Pada pembentukan ATP yang berlangsung secara aerob, oksigennya berasal
dari darah. Sel mengadakan perubahan dari respirasi aerob menjadi
fermentasi. Hasil fermentasi berupa asam laktat akan terakumulasi dalam
otot sehingga otot menjadi kejang. Asam laktat dari darah akan diangkut
ke dalam hati yang kemudian diubah kembali menjadi asam piruvat secara
aerob. Fermentasi pada sel otot terjadi jika kandungan O2 rendah dan kondisi
dapat pulih kembali setelah berhenti melakukan olahraga.

2. Anabolisme Karbohidrat
Anabolisme merupakan proses penyusunan zat dari senyawa sederhana
menjadi senyawa yang kompleks. Proses tersebut berlangsung di dalam tubuh
makhluk hidup. Anabolisme merupakan kebalikan dari katabolisme. Proses
anabolisme memerlukan energi, baik energi panas, cahaya, atau energi kimia.
Anabolisme yang menggunakan energi cahaya disebut fotosintesis,
sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia disebut kemosintesis.
Berikut ini akan dijelaskan mengenai fotosintesis dan kemosintesis.
a. Fotosintesis
Jika Anda pernah memasuki suatu daerah hutan atau jalanan yang
memiliki pepohonan rindang, tentu Anda akan merasa segar pada siang
hari yang panas. Akan tetapi, jika Anda melewati bagian yang telah gundul
atau tidak terdapat pepohonan, Anda akan lebih mudah merasa gerah. Semua
itu mungkin terjadi begitu saja tanpa Anda sadari. Proses apakah yang
sebenarnya sedang terjadi? Mengapa hal tersebut dapat tejadi?
Tumbuhan di sekitar kita mungkin hanyalah suatu makhluk tanpa daya
bagi sebagian orang. Akan tetapi, jika Anda telah mengetahui peristiwa
menakjubkan di dalamnya, Anda mungkin akan berubah pikiran mengenai
betapa pentingnya pepohonan dan hutan bagi kehidupan manusia di bumi.
Dari cahaya matahari yang menyinari bumi, dimulailah suatu proses
transfer energi di alam. Melalui daun-daunnya, tumbuhan hijau menangkap
cahaya tersebut sebagai bahan bakar pembuatan makanan. Air dan gas CO2
yang ditangkap, diolah menjadi sumber energi bagi kita dan konsumen
lainnya di planet bumi ini. Produk itu dapat berupa buah yang kita makan,
daun-daunan, ataupun bagian lain dari tumbuhan, seperti umbi dan bunga.
Satu hal yang tidak kalah pentingnya adalah tumbuhan menghasilkan oksigen
dalam proses fotosintesis

1) Perangkat Fotosintesis
Perangkat fotosintesis terdiri atas kloroplas, cahaya matahari dan
klorofil. Bagaimanakah peran ketiga perangkat fotosintesis tersebut?
a) Kloroplas
Seluruh bagian dari tumbuhan, termasuk batang dan buah, memiliki
kloroplas. Akan tetapi, daun merupakan tempat utama berlangsungnya
fotosintesis pada tumbuhan. Warna pada daun disebabkan adanya klorofil,
pigmen berwarna hijau yang terletak di dalam kloroplas. Klorofil dapat
menyerap energi cahaya yang berguna dalam sintesis molekul makanan pada
tumbuhan. Kloroplas banyak ditemukan pada mesofil. Setiap sel mesofil
dapat mengandung 10 hingga 100 butir kloroplas.
Kloroplas sebagai tempat klorofil berada, merupakan organel utama dalam
proses fotosintesis. Jika dilihat menggunakan mikroskop SEM (Scanning Electrone
Microscope), dapat diketahui bentuk kloroplas yang berlembar-lembar dan
dibungkus oleh membran. Bagian di sebelah dalam membran dinamakan

stroma, yang berisi enzim-enzim yang diperlukan untuk proses fotosintesis.
Di bagian ini, terdapat lembaran-lembaran datar yang saling berhubungan,
disebut tilakoid. Beberapa tilakoid bergabung membentuk suatu tumpukan
yang disebut grana.

Seperti halnya respirasi sel, reaksi dari fotosintesis ini merupakan reaksi
reduksi dan oksidasi

b) Cahaya matahari
Sumber energi alami yang digunakan pada fotosintesis adalah cahaya
matahari. Cahaya matahari memiliki berbagai spektrum warna. Setiap
spektrum warna memiliki panjang gelombang tertentu. Setiap spektrum
warna memiliki pengaruh yang berbeda terhadap proses fotosintesis
(perhatikan Gambar 2.18). Sinar yang efektif dalam proses fotosintesis adalah
merah, ungu, biru, dan oranye. Sinar hijau tidak efektif dalam fotosintesis.
Daun yang terlihat hijau oleh mata karena spektrum warna tersebut
dipantulkan oleh pigmen fotosintesis. Sinar infra merah berperan dalam
fotosintesis dan berfungsi juga meningkatkan suhu lingkungan.

c) Klorofil
Proses fotosintesis terjadi pada pigmen fotosintesis. Tanpa pigmen
tersebut, tumbuhan tidak mampu melakukan fotosintesis. Secara keseluruhan,
fotosintesis terjadi pada kloroplas yang mengandung pigmen klorofil. Pada
tubuh tumbuhan, fotosintesis dapat terjadi pada batang, ranting, dan daun
yang mengandung kloroplas.
Klorofil merupakan pigmen fotosintesis yang paling utama. Klorofil dapat
menyerap cahaya merah, oranye, biru, dan ungu dalam jumlah banyak. Adapun
cahaya kuning dan hijau diserap dalam jumlah sedikit. Oleh karena itu, cahaya
kuning dan hijau dipantulkan sehingga klorofil tampak berwarna hijau. Terdapat
beberapa jenis klorofil, yakni klorofil a, b, c, dan d. Dari semua jenis klorofil
tersebut, klorofil a merupakan pigmen yang paling utama dan hampir terdapat
disemua tumbuhan yang melakukan fotosintesis.
Pada tumbuhan, terdapat dua pusat reaksi fotosintesis yang berbeda,
yakni fotosistem I dan fotosistem II. Keduanya dibedakan berdasarkan
kemampuannya dalam menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang
berbeda. Perbedaan kemampuan tersebut disebabkan oleh perbedaan
kombinasi antara klorofil a dan klorofil b. Perbedaan kombinasi antara
klorofil a dan klorofil b berpengaruh terhadap panjang gelombang yang
diterima oleh klorofil. Fotosistem I dapat menerima cahaya dengan panjang
gelombang antara 680–700 nm, sedangkan fotosistem II dapat menerima
cahaya dengan panjang gelombang antara 340–680 nm.
2) Mekanisme Fotosintesis
Fotosintesis meliputi dua tahap reaksi, yakni tahap reaksi terang yang
diikuti dengan tahap reaksi gelap. Reaksi terang membutuhkan cahaya
matahari, sedangkan reaksi gelap tidak membutuhkan cahaya. Secara
keseluruhan, fotosintesis berlangsung dalam kloroplas.
a) Reaksi Terang
Reaksi terang merupakan salah satu langkah dalam fotosintesis untuk
mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Reaksi terang ini
berlangsung di dalam grana. Perlu diingat bahwa cahaya juga memiliki energi
yang disebut foton. Jenis pigmen klorofil berbeda-beda karena pigmen
tersebut hanya dapat menyerap panjang gelombang dengan besar
energi foton yang berbeda.
Klorofil berfungsi menangkap foton dari cahaya matahari
dan mengubahnya menjadi energi penggerak elektron. Pada
proses ini, terjadi pemecahan molekul air oleh cahaya sehingga
dilepaskan elektron, hidrogen dan oksigen. Proses ini dinamakan
fotolisis.
(1) Reaksi Siklik
Pada fotosistem I (P700), terjadi perputaran elektron yang
dihasilkan dan ditangkap oleh akseptor sebagai hasil dari reaksi
reduksi dan oksidasi. Elektron yang dieksitasikan oleh P700 akan
dipindahkan ke setiap akseptor hingga akhirnya kembali ke
sistem P700. Beberapa akseptor elektron yang terlibat dalam
fotosistem adalah feredoksin (fd), plastoquinon (pq), sitokrom
(cyt), dan plastosianin (pc). Proses ini menghasilkan ATP sebagai
hasil penambahan elektron pada ADP atau dikenal dengan nama
fotofosforilasi. Perputaran elektron pada fotosistem I ini disebut
sebagai fotofosforilasi siklik. Fotosistem I ini umumnya ditemukan pada
bakteri dan mikroorganisme autotrof lainnya. Sistem fotosintesis dengan
menggunakan fotofosforilasi siklik diduga sebagai awal berkembangnya
proses fotosintesis yang lebih kompleks

(2) Reaksi Nonsiklik
Reaksi nonsiklik ini memerlukan tambahan berupa fotosistem II (P680).
Sumber elektron utama diperoleh dari fotolisis air yang akan digunakan
oleh klorofil pada fotosistem II (P680). Reaksi ini menghasilkan dua elektron
dari hasil fotolisis air. Elektron ini akan diterima oleh beberapa akseptor
elektron, yakni plastoquinon (pq), sitokrom (cyt), dan plastosianin (pc).
Akhirnya, pompa elektron menggerakan satu elektron H+ yang akan
digunakan pada pembentukan ATP dari ADP atau fotofosforilasi. Pembentukan
ATP ini dibantu dengan adanya perbedaan elektron pada membran
tilakoid.
Beberapa akseptor elektron juga terlibat dalam fotosistem II, seperti
ferodoksin (fd) untuk menghasilkan NADPH dari NADP. Dengan demikian,
pada proses ini akan dihasilkan energi berupa satu ATP dan satu NADPH

b) Reaksi Gelap (Fiksasi CO2)
Reaksi gelap merupakan tahap sebenarnya dalam pembuatan bahan
makanan pada fotosintesis. Energi yang telah dihasilkan selama reaksi terang
akan digunakan sebagai bahan baku utama pembentukan karbohidrat proses
fiksasi CO2 di stroma.
Tumbuhan mengambil karbon dioksida melalui stomata. Anda tentu masih
ingat fungsi utama stomata dalam pertukaran gas pada tumbuhan. Karbon
dioksida diikat oleh suatu molekul kimia di dalam stroma yang bernama
ribulosa bifosfat (RuBP). Karbon dioksida akan berikatan dengan RuBP yang
mengandung 6 gugus karbon dan menjadi bahan utama dalam pembentukan
glukosa yang dibantu oleh enzim rubisko. Reaksi ini pertama kali diamati
oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson sehingga reaksi ini disebut juga
dengan siklus Calvin-Benson.
RuBP yang berikatan dengan karbon dioksida akan menjadi molekul yang
tidak stabil sehingga akan membentuk fosfogliserat (PGA) yang memiliki 3
gugus C. Energi yang berasal dari ATP dan NADPH akan digunakan oleh
PGA menjadi fosfogliseraldehid (PGAL) yang mengandung 3 gugus C. Dua
molekul PGAL ini akan menjadi bahan utama pembentukan glukosa yang
merupakan produk utama fotosisntesis, sedangkan sisanya akan kembali
menjadi RuBP dengan bantuan ATP. Jadi, reaksi gelap terjadi dalam tiga tahap,
yakni fiksasi CO2, reduksi, dan regenerasi.

3) Faktor-Faktor yang Memengaruhi Fotosintesis
Dengan mengetahui beberapa faktor yang terlibat dalam proses
fotosintesis ini, dapat diketahui beberapa hal yang menjadi faktor pembatas
fotosintesis, seperti faktor hereditas dan lingkungan.
a) Faktor Hereditas
Faktor hereditas merupakan faktor yang paling menentukan terhadap
aktivitas fotosintesis. Tumbuhan memiliki kebutuhan yang berbeda terhadap
kondisi lingkungan untuk menjalankan kehidupan normal. Tumbuhan yang
berbeda jenis dan hidup pada kondisi lingkungan sama, memiliki perbedaan
faktor genetis atau hereditas. Ada beberapa jenis tumbuhan tidak mampu
membentuk kloroplas albino. Hal tersebut disebabkan adanya faktor genetis
yang tidak memiliki potensi untuk membentuk kloroplas.
b) Faktor Lingkungan
Aktivitas fotosintesis sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, seperti
temperatur, intensitas cahaya matahari, kandungan air dan mineral, serta
kandungan CO2 dan O2.
(1) Temperatur
Aktivitas fofosintesis merupakan reaksi yang menggunakan enzim,
sedangkan kerja enzim dipengaruhi oleh temperatur. Aktivitas fotosintesis
tidak berlangsung pada suhu di bawah 5°C dan di atas 50°C. Mengapa
demikian? Temperatur optimum fotosintesis sekitar 28–30°C. Tumbuhan yang
hidup di daerah tropis memiliki enzim yang bekerja secara optimum karena
tumbuh di lingkungan yang memiliki kisaran suhu optimum.
(2) Intensitas Cahaya Matahari dan Lama Pencahayaan
Semakin tinggi intensitas cahaya matahari, semakin tinggi pula aktivitas
fotosintesis. Hal ini terjadi jika ditunjang oleh tersedianya CO2, H2O, dan

temperatur yang sesuai. Kenaikan aktivitas fotosintesis tidak akan terus
berlanjut, tetapi akan berhenti sampai batas keadaan tertentu karena
tumbuhan memiliki batas toleransi. Lama pencahayaan sangat berpengaruh
terhadap fotosintesis. Pada musim hujan, lama pencahayaan menjadi pendek
sehingga aktivitas fotosintesis akan berkurang.
(3) Kandungan Air dalam Tanah
Air merupakan bahan dasar pembentukan karbohidrat (C6H12O6). Air
merupakan media tanam, penyimpan mineral dalam tanah, dan mengatur
temperatur tumbuhan. Berkurangnya air dalam tanah akan menghambat
pertumbuhan tumbuhan. Kurangnya air juga akan menyebabkan kerusakan
pada klorofil sehingga daun menjadi berwarna kuning.
(4) Kandungan Mineral dalam Tanah
Mineral berupa Mg, Fe, N, dan Mn merupakan unsur yang berperan
dalam proses pembentukan klorofil. Tumbuhan yang hidup pada lahan yang
kekurangan Mg, Fe, N, Mn, dan H2O akan mengalami klorosis atau
penghambatan pembentukan klorofil yang menyebabkan daun berwarna
pucat. Rendahnya kandungan klorofil dalam daun akan menghambat
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 karena stomata akan
menutup dan fotosintesis terhenti jika konsentrasi CO2 melebihi 0,15%.
(6) Kandungan O2
Rendahnya kandungan O2 di udara dan dalam tanah akan menghambat
respirasi dalam tubuh tumbuhan. Rendahnya respirasi akan menyebabkan
rendahnya penyediaan energi. Hal ini mengakibatkan aktivitas metabolisme
akan terlambat khususnya fotosintesis.
b. Kemosintesis
Selain melalui fotosintesis, reaksi pembentukan (anabolisme) molekul
berenergi pada beberapa makhluk hidup dapat juga terjadi melalui
kemosintesis. Hal ini terutama dilakukan oleh bakteri kemoautotrof. Berbeda
dengan fotosintesis yang mendapatkan energi dari sinar matahari,
kemosintesis mendapatkan energi dari reaksi molekul anorganik. Beberapa
organisme kemosintesis mereaksikan CO2 dengan H2 berenergi tinggi untuk
menghasilkan metana dan air melalui reaksi sebagai berikut.
CO2 + 4H2—— CH4 + 2H2O
Hasil reakasi ini berupa energi ikatan H2 yang dilepaskan dan dapat
digunakan sebagai sumber energi bagi sel. Reaksi yang menghasilkan energi
lainnya, menggunakan sulfur untuk melepaskan energi ikatan H2. Hal ini
dilakukan oleh bakteri sulfur yang terdapat di kawah-kawah gunung. Reaksi
ini menghasilkan gas hidrogen sulfida (H2S). Berikut ini rangkuman reaksi
yang terjadi.
H2 + S —–H2S + energi
Pertumbuhan makhluk hidup kemoautotrof terjadi secara lambat, karena
reaksi ini hanya menghasilkan sedikit energi. Tempat hidup bakteri
kemoautotrof lebih banyak dilingkungan yang sulit ditempati makhluk lain,
seperti di kawah-kawah gunung dan rekahan dasar laut.

C Hubungan antara Katabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein

Sebelumnya, Anda telah mengetahui bahwa glukosa merupakan bahan
baku utama dalam respirasi sel. Akan tetapi, molekul glukosa umumnya
tidak dapat diperoleh dari makanan secara langsung. Biasanya pada makanan
terdapat lemak, protein, dan karbohidrat berupa disakarida dan polisakarida.
Semua molekul tersebut dapat diperoleh jika Anda mengonsumsi makanan,
misalnya kacang atau jagung.
Sel dapat mengubah
karbohidrat melalui proses glikolisis. Enzim di dalam sistem percernaan dapat
menghidrolisis zat tepung (pati) menjadi glukosa. Glukosa tersebut akan
dicerna melalui proses glikolisis dan daur asam sitrat.
Protein dapat digunakan sebagai energi, tetapi harus dicerna terlebih dahulu
menjadi asam amino. Enzim akan mengubah 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, seperti NH3 dan urea. Setiap satu gram protein menghasilkan 4 kkal energi.

Lemak merupakan sumber energi utama karena mengandung banyak
atom hidrogen. Sel akan menghidrolisis lemak menjadi gliserol dan asam
lemak. Kemudian, gliserol diubah menjadi gliseraldehid–3–fosfat (G3P)
dalam proses glikolisis. Adapun asam amino akan dipecah menjadi dua
bagian karbon yang akan masuk ke daur asam sitrat sebagai asetil–KoA.
Lemak menghasilkan energi ATP dua kali lebih banyak daripada karbohidrat
pada jumlah berat yang sama. Oleh karena itu, makhluk hidup terutama
hewan menyimpan makanan cadangan dalam bentuk lemak tubuh (Campbell,
et al, 2006: 102). Setiap satu gram lemak dapat menghasilkan 9 kkal energi.
Berapa perbandingan energi yang dihasilkan lemak dan karbohidrat?
Beberapa senyawa yang dibentuk pada proses respirasi sel dapat
digunakan untuk membentuk senyawa lain, seperti asam lemak dan gliserol.
Asam lemak dan gliserol memiliki keterkaitan dengan sistem respirasi karena
dapat digunakan sebagai sumber energi. Begitu pula protein yang diserap
tubuh, dapat juga digunakan untuk daur Krebs.
1. Pembentukan gliserol
Gliserol dapat dibentuk dari senyawa antara fosfogliseraldehid pada
glikolisis.

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

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: