A. Metabolisme, Anabolisme dan Katabolisme
Metabolisme merupakan transformasi energi dari berbagai reaksi kimia. Metabolisme dibagi menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme.
Katabolisme adalah reaksi pemecahan /pembongkaran senyawa kimia kompleks yang mengandung energy tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energy lebih rendah. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energy yang terkandung di dalam senyawa sumber. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses respirasi, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut fermentasi.
Contoh Respirasi: C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6H2O + 688 kkal (Glukosa)
Contoh Fermentasi: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + energi (Glukosa) (Etanol)
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]
B. Metabolisme Karbohidrat
1. Fotosintesis
1) Definisi Fotosintesis
Fotosintesis berasal dari kata foton yang beryarti cahaya dan sintesis yang berarti penyusunan. Jadi fotosintesis adalah proses penyusunan dari zat organik H2O dan CO2 menjadi senyawa organik yang kompleks yang memerlukan cahaya. Fotosintesis hanya dapat terjadi pada tumbuhan yang mempunyai klorofil, yaitu pigmen yang berfungsi sebagai penangkap energi cahaya matahari
Fotosintesis merupakan proses utama yang dilakukan oleh tumbuhan. Sesuai dengan fungsinya yaitu mengolah bahan makanan menjadi energi. Tanpa adanya energy, semua makhluk hidup tidak dapat melakukan aktivitas. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa fotosintesis merupakan proses vital yang wajib terjadi pada tumbuhan.
Selain itu, hasil dari proses fotosintesis juga dimanfaatkan oleh makhluk hidup lain untuk menimbulkan energi pula. Sehingga, fotosintesis merupakan proses yang penting untuk dipelajari
Karena bahan baku yang digunakan adalah CO2 (zat karbon) maka fotosintesis dapat pula disebut asimiliasi karbon. Proses pembuatan makanan pada tumbuhan hijau dapat terjadi dengan bantuan:
a. sinar matahari,
b. air,
c. garam mineral yang diserap,
d. karbondioksida dari udara diubah menjadi zat makanan.
Secara umum reaksi dalam fotosintesis dapat dituliskaan sebagai berikut;
6 CO2 + 6 H2O cahaya matahari C6H2O6 + 6O22) Proses Fotosintesis
Fotosintesis merupakan proses penggabungan CO2 dan H2O menjadi gula dengan menggunakan energi cahaya dengan menggunakan organel yang disebut kloroplas. Seperti yang telah dikatakan sebelumnya bahwa fotosintesis hanya terjadi pada tumbuhan yang memiliki klorofil. Dalam hal ini Klorofil adalah pigmen karena menyerap cahaya, yakni radiasi elektromagnetik di spektrum kasat mata. Cahaya putih mengandung semua warna spektrum kasat mata dari warna merah sampai violet, tidak seluruh panjang gelombang unsur dapat diserap dengan baik secara merata oleh klorofil. Klorofil tadi berfungsi menyerap cahaya matahari. Tenaga eksitasi yang diperoleh klorofil digunakan untuk memecah molekul air menjadi hidrogen dan oksigen yang dibebaskan ke atmosfer, peristiwa ini disebut peristiwa fotolisis air . Oleh karena itu proses fotosintesis pada tumbuhan dibedakan atas reaksi terang dan reaksi gelap, yaitu
Proses yang terjadi dalam fotosintesis terjadi dalam dua tahap yaitu:
a. Reaksi Terang
Reaksi terang yaitu reaksi yang memerlukan cahaya secara langsung yang nantinya energi dari cahaya matahari tersebut akan dikonversikan menjadi energy kimia. Koneversi energy cahaya matahari menjadi energy kimia ini dilakukan oleh aktivitas pigmen daun yaitu klorofil. Pada reaksi ini, enrgi cahaya matahari merupakan sumber tenaga untuk membangkitkan ATP dan NADPH yang berasal dari ADP, P, NADP, dan H2O. Hasil sampingan dari proses ini adalah dibebaskannya O2. ATP dan NADPH2 inilah yang nanti akan digunakan sebagai energi dalam reaksi gelap.
Reaksi terang terjadi pada grana tepatnya di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Selain itu Reaksi ini juga melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid berupa pigmen yang terdiri dari sistem cahaya yang disebut fotosistem.[2] Fotosistem terbagi menjadi dua bagian yaitu:
a) Reaksi pertama disebut dengan fotosistem I, yang mengangkut penyerapan energy matahari pada panjang gelombang disekitar 700 nm sehingga disebut dengan P700, serta tidak melibatkan proses pelepasan O2[3]. Dalam hal ini fotosistem I berfungsi untuk menghasilkan NADPH. Dari semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang gelombang tertentu yang dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitu panjang gelombang yang berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Pigmen yang terdapat pada membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi tinggi dari klorofil a yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron. Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi fotosintesis.[4]
b) Reaksi yang kedua disebut dengan fotosistem II, yaitu sebuah proses dari reksi terang menyangkut penyerapan energy matahari pada panjang gelombang sekitar 680 nm yang disebut dengan P680 serta melibatkan pembentukan O2 dan H2O.
b. Reaksi Gelap
Reaksi gelap adalah reaksi pembentukan gula dari CO2 yang terjadi di stroma. Berbeda dengan reaksi terang, reaksi gelap atau reaksi tidak bergantung cahaya bisa terjadi pada saat siang dan malam, namun pada siang hari laju reaksi gelap tentu lebih rendah dari pada laju reaksi terang.
Dalam tahap reaksi gelap ini, energy yang dihasilkan adalah berupa NADPH dan ATP. Dalam tahap reaksi terang cahaya selanjutnya digunakan dalam reaksi sintesis glukosa dari CO2, yang kemudian digunakan dalam reaksi pemebentukan senyawa pati, selulosa, dan polisakarida lainya sebagai hasil akhir proses fotosintesis dalam tumbuhan.[5] Secara sederhana reaksi terang dapat dituliskan sebagi berikut:
6CO2 + 6 Akseptor + 18 ATP + 12 NADPH C6H12O6 + 18 ADP + P + 12 NADPH+ akseptorDi dalam reaksi gelap pada tumbuhan terjadi melalui dua jalur yaitu siklus Calvin-Benson dan siklus Hatch-Slack.
a) Pada siklus Calvin-Benson tumbuhan mengubah senyawa ribulosa 1,5 bisfosfat menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu senyawa 3-phosphogliserat. Oleh karena itulah tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini dinamakan tumbuhan C-3. Contoh tumbuhan yang termasuk dalam golongan C3 adalah seperti tumbuhan yang hidup didaerah iklim subtropis Penambatan CO2 sebagai sumber karbon pada tumbuhan ini dibantu oleh enzim rubisco.
b) Tumbuhan yang reaksi gelapnya mengikuti jalur Hatch-Slack disebut tumbuhan C-4 contoh tumbuhan yang termasuk dalam golongan C4 adalah seperti tumbuhan yang hidup didaerah tropis. karena senyawa yang terbentuk setelah penambatan CO2 adalah oksaloasetat yang memiliki empat atom karbon. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxilase. Dalam siklus ini terjadi dalam sel mesofil atau disebut dengan Jaringan Tiang, jaringan ini mengandung banyak kloroplas yang berfungsi dalam proses pembuatan makanan.
3) Faktor Penentu Laju Fotosintesis:
a. Intensitas cahaya. Dalam hal ini Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
b. Konsentrasi karbon dioksida, semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
c. Suhu. Dalam hal ini, Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
d. Kadar air. Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
e. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis). Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik.
f. Tahap pertumbuhan. Dalam penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.
2. Fermentasi
Fermentasi adalah proses penguraian yang dilakukan oleh mikroorganisme (misal jamur) yang berlangsung dalam keadaan anaerob untuk memperoleh energi. Respirasi aerob menggunakan oksigen sebagai penerima hidrogen. Respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima hidrogen disebut reaksi anaerob. Respirasi anaerob merupakan respirasi sel yang tidak sempurna, karena tersisa senyawa berenergi tinggi seperti asam laktat dan alkohol. Kerugian respirasi anaerob :
a. Dalam jumlah grol zat yang sama menghasilkan energi yang jauh lebih sedikit
b. Dihasilkan zat-zat yang dapat menjadi racun bagi sel, misal alkohol
Secara umum fermentasi dibagi menjadi tiga yaitu:
a. Fermentasi Asam Laktat : merupakan proses fermentasi yang menghasilkan As am Laktat (asam susu = asam lelah), terjadi pada hewan tingkat tinggi dan manusia,menghasilkan Asam Laktat sebagai produk sampingan yang mengakibatkan: napas tersengal-sengal, pegal-pegal di sekujur tubuh, dihasilkan energi sebesar 2 ATP. Reaksi sederhananya dapat dituliskan sebagai berikut:
C6H12O6 2CH3CH(OH)COOH + 2CO2 + 2 ATP (asam laktat) b. Fermentasi Alkohol : proses fermentasi yang menghasilkan alkohol sebagai produk sampingan, terjadi pada sel Ragi (Saccharomyces cerreviceae), menghasilkan alkohol sebagai produk sampingan. Alkohol mengakibatkan racun bagi organisme tersebut, energi sebesar 2 ATP + 2 NADH2. reaksi sederhananya dapat dituliskan sebagai berikut:
C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2 ATP (etil alkohol)c. Fermentasi Asam Cuka : proses fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob dan menghasilkan asam cuka, terjadi pada bakteri asam cuka, substratnya adalah Etanol (Alkohol), dihasilkan energi 5 kali lebih besar dari fermentasi alkohol, yaitu 10 ATP[6]
3. Glikolisis
Kata glikolisis berasal dari bahasa Yunani, glicos yang artinya manis dan lysis yang artinya terurai. Glikolisis secara harfiah memiliki arti pemecahan glukosa. Glikolisis adalah serangkaian reaksi biokimia di mana glukosa dioksidasi menjadi molekul asam piruvat dengan menghasilkan 2 mol ATP/ mol glukosa[7].
Glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel. Reaksi yang terjadi pada glukolisis terbagi menjadi dua fase. Pada awal glikolisis, glukosa yang diaktifkan oleh mulekul ATP diubah menjadi glukosa fosfat. Kemudian, glukosa fosfat diubah menjadi asam piruvat melalui reaksi oksidasi. Hasil akhir glikolisis adalah pemecahan glukosa yang mempunyai 6 atom karbon menjadi dua ikatan yang mengandung tiga atom karbon yaitu piruvat/asam piruvat. Proses glikolisis terdiri dari 10 tahap reaksi yang terbagi menjadi 2 fase, yaitu:
1. Tahap I yang disebut fase preparatory (Persiapan)
[3] M. Wirahad ikusumah, Biokimia: Metabolisme Energi, Karbohidrat, dan Lipid. (Bandung: ITB, 1985) hlm 104.
[4] internet
[5] M. Wirahad ikusumah, Biokimia: Metabolisme Energi, Karbohidrat, dan Lipid. (Bandung: ITB, 1985) hlm 108
0 komentar