SISTEM
METABOLISME TUBUH
1.
Pengertian
Metabolisme
Metabolisme
merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat awal dan diakhiri
oleh produk akhir, yang terjadi di dalam sel. Berbeda dengan reaksi kimia pada
umumnya, reaksi kimia yang terjadi di dalam sel tidak bersifat bolak-balik,
melainkan berjalan satu arah. Setiap produk suatu reaksi akan menjadi reaktan
bagi reaksi berikutnya, sampai produk akhir dari suatu jalur metabolisme
terbentuk.
Reaksi
1 Reaksi 2 Reaksi 3 Reaksi 4
A → B B
→ C C → D D → E
Gambar 1.1 Rangkaian reaksi
1, 2, 3 dan 4 dalam suatu jalur metabolisme. Dalam jalur ini A adalah substrat
awal atau reaktan awal dan E adalah produk akhir.
Berdasarkan
tujuannya, metabolisme dibedakan menjadi katabolisme dan anabolisme.
Katabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul
besar dan produk akhirnya adalah molekul kecil. Lihat gambar 1.2.
C6H12O6 + 6O2 6CO2 +
6H2O
Glukosa
Oksigen Karbondioksida Air
Gamba 1.2 penguraian makromolekul menjadi mikromolekul
Dengan kata lain, katabolisme adalah
rangkaian reaksi yang bertujuan untuk pembongkaran atau penguraian suatu
molekul. Biasanya katabolisme eksergonik (menghasilkan energi). Katabolisme
memiliki dua fungsi, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain
dan menyediakan energi kimia
yang dibutuhkan untuk melakukan berbagai aktivitas kehidupan baik tingkat
seluler maupun tingkat invidu
Sedangkan anabolisme adalah rangkaian
reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul kecil dan produk akhirnya
adalah produk besar. Dengan kata lain, anabolisme adalah rangkaian reaksi yang
bertujuan untuk penyusunan atau sintesis molekul. Lihat gambar 1.3.
6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Gambar 1.3 pembentukan
makromolekul dari mikromolekul
Salah satu
contoh proses metabolisme adalah katabolisme dan anabolisme karbohidrat. Berikut
ini akan diuraikan proses katabolisme
dan anabolisme karbohidrat, serta keterkaitannya antara kedua proses tersebut.
2.
Katabolisme Karbohidrat
Katabolisme
karbohidrat adalah pemecahan molekul karbohidrat menjadi unit-unit yang lebih
kecil. Katabolisme karbohidrat meliputi proses pemecahan polisakarida menjadi
monosakarida dan pemakaian glukosa (monosakarida) dalam proses respirasi untuk
menghasilkan energi dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat). ATP inilah yang
digunakan oleh seluruh makhluk hidup untuk melakukan seluruh aktivitas
kehidupan.
Karbohidrat akan masuk dalam reaksi
respirasi dalam bentuk glukosa. Oleh karena itu, karbohidrat (polisakarida)
harus diubah dulu menjadi monosakarida (glukosa) dalam proses pencernaan.
2.1 Pemecahan Polisakarida Menjadi Monosakarida
Proses
pemecahan polisakarida (karbohidrat) maupun disakarida menjadi monosakarida
(gula sederhana) seperti glukosa, galaktosa, dan fruktosa terjadi di sepanjang
saluran pencernaan dengan melibatkan berbagai enzim pencernaan.
Ketika makanan
dikunyah, makanan akan bercampur dengan saliva yang mengandung enzim ptialin.
Enzim ini menghidrolis pati menjadi maltosa yang merupakan disakarida dan glukosa.
Makanan berada di dalam mulut dalam waktu yang relatif singkat, sehingga hanya
3 – 5% pati yang telah terhidrolisis pada saat makanan ditelan.
Walaupun
makanan tidak cukup lama berada dalam mulut, kerja ptialin dapat terus
berlangsung selama satu jam setelah makanan memasuki lambung. Selanjutnya,
kerja ptialin akan dihambat oleh asam yang dikeluarkan oleh lambung karena
ptialin merupakan enzim yang tidak aktif saat pH medium turun di bawah 4. Di
lambung, sekitar 30 – 40% pati dihidrolisis menjadi maltosa.
Di
duodenum (usus dua belas jari), makanan bercampur dengan getah pankreas yang
mengandung α-amilase. Enzim ini memiliki fungsi yang sama dengan enzim ptialin.
Selanjutnya disakarida (laktosa, sukrosa dan maltosa) dan polimer glukosa akan
dipecah menjadi monosakarida oleh empat enzim, yaitu laktase, sukrase, maltase
dan α-dekstrinase yang disekresikan oleh sel epitel yang melapisi usus. Laktosa
dipecah menjadi satu molekul glukosa dan satu molekul galaktosa. Sukrosa
dipecah menjadi satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Maltosa dan
polimer glukosa akan dipecah menjadi molekul-molekul glukosa. Lihat gambar 2.1.
Pati
Ptialin
(saliva)
Amilase
(pankreas)
Maltosa dan
polimer glukosa Laktosa Sukrosa
Maltase
dan Laktase Sukrase
α-dekstrinase
(usus) (usus) (usus)
Glukosa Glukosa Glukosa
dan
galaktosa dan fruktosa
Gambar 2.1 Pemecahan polisakarida dan disakarida menjadi
monosakarida
Dalam
makanan yang kita konsumsi, lebih dari 80% hasil katabolisme pati adalah
glukosa, sedangkan galaktosa dan fruktosa hanya mewakili 20% dari makanan
tersebut. Setelah penyerapan oleh usus halus, sebagian fruktosa dan hampir
semua galaktosa dengan segera diubah menjadi glukosa. Dengan demikian sangat
sedikit galaktosa dan fruktosa yang terdapat dalam sirkulasi darah.
2.2 Pemakaian
Glukosa (Monosakarida) pada Respirasi dalam Sel
Glukosa
(monosakarida) yang telah dipecah dalam salauran pencernaan, selanjutnya
digunakan sebagai substrat dalam proses respirasi. Respirasi merupakan cara sel
untuk mendapatkan energi dalam bentuk ATP (adenosin
trifosfat) dan energi elektron tertinggi (NADH2 = Nicotinamide Adenine Dinuclotide H2
dan FADH2 = Flavin
Adenine Dinucleotide H2). Terdapat dua jenis respirasi, yaitu
respirasi aerob dan anaerob.
2.2.1 Respirasi Aerob
Respirasi
aerob merupakan peristiwa pembakaran zat yang melibatkan oksigen dari
pernapasan. Oksigen akan digunakan sebagai penerima elektron terakhir dalam
pembentukan ATP. Respirasi pada tingkat organisme berupa pertukaran oksigen
dengan karbondioksida di dalam alveolus paru-paru. Sedangkan respirasi pada
tingkat sel terjadi di dalam mitokondria. Secara singkat reaksi yang terjadi
pada respirasi aerob adalah sebagai berikut :
C6H12O6
+
6O2 →→→ 6CO2 + 6H2O + 36
ATP
Glukosa Oksigen
Karbon Air Energi
dioksida
Respirasi
aerob terjadi dalam tiga tahap, yaitu glikosis, siklus krebs dan sistem
transpor elektron. Hubungan antara glikosis, siklus krebs dan transpor elektron
serta tempat terjadinya di dalam sel dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 proses respirasi pada tingkat sel
A. Glikolisis
Glikolisis terjadi di
dalam sitoplasma sel. Pada tahap glikolisis, terjadi dua langkah, yaitu langkah
memerlukan energi dan langkah melepaskan energi. Saat langkah memerlukan
energi, 2 molekul ATP diperlukan untuk mentransfer gugus fosfat ke glukosa
sehingga glukosa memiliki simpanan energi yang lebih tinggi. Energi ini
diperlukan untuk reaksi selanjutnya, yaitu reaksi pelepasan energi.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa glikolisis
adalah reaksi pelepasan energi yang memecah 1 molekul glukosa (terdiri dari 6
atom karbon) atau monosakarida yang lain menjadi 2 molekul asam piruvat
(terdiri dari 3 atom karbo), 2 NADH (Nicotinamide
Adenine Dinucleotide H), dan 2 ATP. Lihat gambar 2.3.
Gambar 2.3 Tahapan glikolisis
Keterangan
gambar :
(a)Penggunaan ATP
menjadikan glukosa berikatan dengan fosfat
anorganik menjadi glukosa-6-fosfat
(b)
Glukosa-6-fosfat mengalami perubahan struktur
menjadi fruktosa-6-fosfat.
(c)
Penggunaan ATP kembali menambah fosfat anorganik
menjadi fruktosa-1,6-difosfat.
(d)
Fruktosa-1,6-difosfat dipecah menjadi 2 molekul
fosfogliseraldehid (PGAL)
(e)
Setiap PGAL memberi 2 elektron dan 1 atom
hidrogen kepada NAD+ untuk membentuk NADH.
(f)
Masing-masing PGAL kembali berikatan dengan
fosfat anorganik membentuk 1,3-difosfogliserat.
(g)
Fosfat anorganik pada 1,3-difosfogliserat
ditransfer ke ADP untuk membentuk ATP, dan 1,3-difosfogliserat menjadi
3-fosfogiserat.
(h)
Kemudian 3-fosfogliserat memindahkan gugus
fosfat ke karbon kedua membentuk 2-fosfogliserat, lalu diikuti pelepasan H2O
menyebabkan 2-fosfogliserat berubah menjadi 3-fosfoenol piruvat (PEP).
(i)
Setiap PEP mentransfer fosfat anorganiknya
kepada ADP untuk menghasilkan ATP, sehinggan PEP berubah menjadi asam piruvat.
B.
Siklus Krebs
Siklus Krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob.
Nama siklus ini berasal dari orang yang menemukan secara rinci tahap kedua
respirasi aerob ini yaitu, Hans Krebs (tahun 1930-an). Siklus ini disebut juga siklus asam sitrat.
Tahap
awal siklus Krebs adalah 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis
meninggalkan sitoplasma dan memasuki mitokondria. Selama reaksi tersebut
dilepaskan 3 molekul karbondioksida, 4 NADH, 1 FADH2 (Flavin Adenine Dinucleotide H2),
dan 1 ATP. Reaksi ini terjadi dua kali karena pada glikolisis, glukosa dipecah
menjadi 2 molekul asam piruvat. Lihat gambar 2.4
Gambar 2.4 tahapan siklus Krebs
Keterangan
Gambar :
(a)
Asam piruvat hasil glikolisis memasuki
mitokondria.
(b)
Asam piruvat melepaskan gugus karboksil dalam
bentuk CO2.
Asam piruvat juga memberikan hydrogen dan electron kepada NAD+
membentuk NADH. Selanjutnya koenzim bergabung dengan sisa 2 atom
karbon dari asam piruvat membentuk asetil-KoA.
(c)
Asetil-KoA menstransfer 2 atom karbonnya ke
oksaloasetat membentuk sitrat. Koenzim A dilepaskan dari asetil KoA. Penambahan
dan pelepasan H2O mengubah sitrat menjadi asam isositrat.
(d)
Asam
isositrat melepaskan gugus karboksil dalam bentuk CO2 dan terbentuk
asam α-ketoglutarat. Hidrogen dan elektron ditransfer kepada NAD, membentuk NADH.
(e)
Asam α-ketoglutarat melepaskan gugus karboksil
dalam bentuk CO2, dan NADH terbentuk. Asam α-ketoglutarat berikatan berikatan
dengan molekul koenzim A, membentuk suksinil-KoA.
(f)
Koenzim A dilepaskan dan digantikan oleh fosfat
(berasal dari GTP). Fosfat terikat pada ADP membentuk ATP. Suksinil-KoA berubah
menjadi asam suksinat.
(g)
Elektron dan hidrogen dari asam suksinat
ditransfer ke FAD membentuk FADH2. Asam suksinat berubah menjadi
asam fumarat.
(h)
Asam fumarat menggunakan H2O
membentuk asam malat. Asam malat mentransfer hidrogen dan elektron ke NAD+
membentuk NADH. Asam malat berubah menjadi asam oksaloasetat yang akan
digunakan dalam siklus Krebs selanjutnya.
Jadi,
siklus krebs merupakan reaksi tahap kedua dalam respirasi aerob yang
menghasilkan 8 NADH, 2 FADH2 dan 2 ATP.
C. Sistem Transpor Elektron
Transpor elektron
terjadi di bagian membran dalam mitokondria. NADH dan FADH2 yang
dihasilkan dari siklus Krebs dan glikolisis memberikan elektron dan H+ dipompa
keluar dari membran dalam mitokondria. Konsentrasi H+ di luar
membran dalam mitokondria menimbulkan gradien elektron antara bagian luar dan
bagian dalam membran mitokondria. Akibatnya, ion H+ kembali menuju
bagian dalam membran mitokondria melalui ATP sintase. Lihat gambar 2.5.
Gambar 2.5
sistem transpor elektron
ATP sintase merupakan protein yang
menempel di membran dalam mitokondria. Aliran H+ melalui protein
tranpor ini memacu pembentukan ATP dari ADP dan fosfat. Oksigen bebas menjaga
pembentukan ATP terus berjalan, yaitu dengan menerima elektron yang dilepaskan
pada akhir sistem tranpor elektron. Oksigen akan bergabung dengan H+ membentuk
air. ATP yang dihasilkan pada tahap ini adalah 32 ATP.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa
sistem transpor elektron adalah tahapan terakhir dari respirasi aerob ketika
elektron dari reaksi intermedit (siklus Krebs) dialirkan berturut-turut pada
enzim dan kofaktor membran dalam mitokondria, dan menyebabkan terjadinya
gradien elektron yang mendorong sintesis ATP.
ATP yang dihasilkan dari pemecahan
glukosa menjadi karbondioksida dan air dalam respirasi aerob adalah 2 ATP hasil
dari glikolisiss + 2 ATP dari siklus Krebs + 32 ATP dari sistem transpor
elektron (total 36 ATP).
Pada glikolisis dan siklus Krebs
terdapat senyawa-senyawa antara yang berguna untuk bahan baku sintesis asam
amino dan asam lemak, serta senyawa lain yang diperlukan tubuh. Misalnya, asam
piruvat yang merupakan hasil akhir glikolisis adalah hasil untuk bahan sintesis
asam amino. Demikian juga asetil koenzim A, asam α-ketoglutarat dan asam
oksaloasetat (pada hasil siklus Krebs) merupakan bahan dasar lain untuk asam
amino yang berbeda. Sintesis asam amino dilakukan dengan cara penambahan gugus
amina (aminasi) terhadap bahan yang telah disebutkan diatas. Asetil koenzim A
juga merupakan bahan dasar untuk sintesis asam lemak dan kolestrol.
2.2.2 Respirasi
Anaerob
Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak
menggunakan oksigen penerima electron akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi
anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat. Respirasi anaerob merupakan
proses fermentasi.
A. Fermentasi
Beberapa organisme
yang melakukan fermentasi diantaranya adalah bakteri dan protista yang hidup di
rawa, lumpur, makanan yang diawetkan, atau tempat-tempat lain yang tidak
mengandung oksigen. Beberapa organisme dapat menggunakan oksigen untuk
respirasi, tetapi dapat juga melakukan fermentasi. Organisme seperti ini
melakukan fermentasi jika lingkungannya miskin oksigen. Sel-sel otot juga dapat
melakukan fermentasi jika sel-sel otot kekurangan oksigen.
Seperti pada
respirasi aerob, glukosa merupakan substrat pada tahap awal fermentasi. Glukosa
dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH dan terbentuk 2 ATP. Akan
tetapi, reaksi fermentasi tidak terjadi secara sempurna memecah glukosa menjadi
karbondioksida dan air, sehingga ATP yang dihasilkan lebih sedikit dari jumlah
ATP yang dihasilkan oleh glikolisis. Contoh fermentasi adalah fermentasi
alkohol dan fermentasi asam laktat.
Fermentasi alkohol dilakukan oleh
jamur ragi (yeast) secara anaerob.
Sebagai substrat fermentasi adalah asam piruvat. Molekul piruvat (hasil
glikolisis) difermentasi menjadi asetaldehid. NADH memberikan elektron dan
hydrogen kepada asetaldehid, sehingga terbentuk produk akhir alkohol, yaitu
etanol. Pada fermentasi alkohol ini dihasilkan 2 ATP. Lihat gambar 2.6.
Gambar
2.6 tahapan fermentasi alkohol
Fermentasi asam
laktat terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras dan persediaan
oksigen kurang mencukupi. Pada fermentasi asam laktat molekul asam
piruvat hasil glikolisis menerima elektron dan hidrogen dari NADH. Transfer elektron
dan hidrogen menghasilkan NAD+ kembali. Pada saat yang sama, asam
piruvat diubah menjadi asam laktat menghasilkan 2 ATP. Kerja otot terus-menerus
akan menimbulkan asam laktat dalam jumlah besar.
Penimbunan asam laktat pada otot menyebabkan elastisitas
otot menjadi berkurang dan menimbulkan gejala kram serta kelelahan. Lihat
gambar 2.7.
Gambar 2.7
tahapan fermentasi asam laktat
2.2.3 Perbandingan Energi antara Respirasi Aerob dan
Fermentasi
Jika dibandingkan
energi yang diperoleh dari respirasi aerob dengan energi dari fermentasi,
respirasi aerob menghasilkan energi yang lebih besar. ATP yang dihasilkan
respirasi aerob adalah 36 ATP untuk oksidasi satu molekul glukosa. Sebaliknya,
dengan fermentasi hanya akan diperoleh total energi sebesar 2 ATP. Jadi energi
respirasi aerob adalah 18 kali lipat lebih tinggi dibandingkan energi
fermentasi.
Salah
satu alasan mengapa hal tersebut terjadi, karena respirasi aerob merupakan
katabolisme sempurna yang menghasilkan CO2 dan H2O. Jadi,
pembakaran yang dihasilkan optimum. Sebaliknya, hasil fermentasi adalah karbon
yang masih reduktif, misalnya etanol dan asam laktat. Oleh karena itu, etanol
masih menyisakan energi terikat di dalamnya, yang sesungguhnya masih dapat
dibakar untuk menghasilkan energi lanjutan.
3.
Anabolisme
Karbohidrat
Anabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang
substrat awalnya adalah molekul kecil, dan produk akhirnya adalah molekul
besar. Dengan kata lain anabolisme adalah rangkaian reaksi yang bertujuan untuk
penyusunan atau sintesis suatu molekul. Proses ini membutuhkan energi dari
luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun
energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat
senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi,
dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan
dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk.
Selain
dua macam energi diatas, reaksi anabolisme juga menggunakan energi dari hasil
reaksi katabolisme, yang berupa ATP. Agar asam amino dapat disusun menjadi
protein, asam amino tersebut harus diaktifkan terlebih dahulu. Energi untuk
aktivasi asam amino tersebut berasal dari ATP. Agar molekul glukosa dapat
disusun dalam pati atau selulosa, maka molekul itu juga harus diaktifkan
terlebih dahulu, dan energi yang diperlukan juga didapat dari ATP. Proses
sintesis lemak juga memerlukan ATP.
Anabolisme
meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino,
monosakarida, dan nukleotida. Kedua, pengaktivasian senyawa-senyawa tersebut
menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan
prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida,
lemak, dan asam nukleat. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal
dengan fotosintesis, sedangkan
anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.
3.1
Fotosintesis
Salah satu contoh peristiwa
anabolisme karbohirat adalah fotosintesis. Fotosintesis adalah proses
pengubahan zat organik (karbohidrat) dengan pertolongan cahaya. Organel yang
berperan dalam fotosintesis adalah kloroplas. Di dalam kloroplas inilah
penyerapan sinar oleh klorofil dimulai pada proses fotosíntesis. Kloroplas
dibungkus oleh dua lapisan (membran). Membran dlam berupa suatu membran yang
kompleks. Pada membran ini terdapat beberapa lapisan kantong yang rata, disebut
granum. Di dalam seluruh granum terdapat larutan protein yang disebut stroma.
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 fetosintesis 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. Senyawa kompleks yang disintesis
organisme tersebut adalah senyawa organik atau senyawa hidrokarbon. Autotrof,
seperti tumbuhan, dapat membentuk molekul organik kompleks di sel seperti
polisakarida dan protein dari molekul sederhana seperti karbon dioksida dan
air. Di lain pihak, heterotrof, seperti manusia dan hewan, tidak dapat menyusun
senyawa organik sendiri. Jika organisme yang menyintesis senyawa organik menggunakan
energi cahaya disebut fotoautotrof, sementara itu organisme yang menyintesis
senyawa organik menggunakan energi kimia disebut kemoautotrof.
Proses fotosintesis yang terjadi di
kloroplas berlangsung melalui dua tahap reaksi yaitu, reaksi terang (memerlukan
cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya).
3.1.1 Reaksi terang
Pada
tahap pertama, energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya dan diubah
menjadi bentuk energi kimia, ATP, dan senyawa pereduksi NADPH. Proses ini
disebut tahap reaksi terang. Atom hidrogen dari molekul H2O dipakai
untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH, dan O2 dilepaskan sebagai hasil
samping reaksi fotosintesis. Reaksi ini juga dirangkaikan dengan reaksi
endergonik, membentuk ATP dari ADP + Pi. Dengan demikian, reaksi terang dapat
dituliskan dengan persamaan:
Pembentukan
ATP dari ADP + Pi, merupakan suatu mekanisme penyimpanan energi matahari yang
diserap kemudian diubah menjadi bentuk energi kimia. Proses ini disebut fosforilasi
fotosintesis atau fotofosforilasi. Pada reaksi terang yang terjadi
di grana, energi cahaya memacu pelepasan elektron dari fotosistem di dalam
membran tilakoid. Fotosistem adalah tempat berkumpulnya beratus-ratus molekul
pigmen fotosintesis. Aliran elektron melalui sistem transpor menghasilkan ATP
dan NADPH. ATP dan NADPH dapat terbentuk melalui jalur non siklik, yaitu
elektron mengalir dari molekul air, kemudian melalui fotosistem II dan
fotosistem I. Elektron dan ion hidrogen akan membentuk NADPH dan ATP. Oksigen
yang dibebaskan berguna untuk respirasi aerob. Pusat reaksi pada fotosistem I
mengandung klorofil a, disebut sebagai P700, karena dapat menyerap foton
terbaik pada panjang gelombang 700 nm. Pusat reaksi pada fotosistem II
mengandung klorofil a yang disebut sebagai P680, karena dapat menyerap foton
terbaik pada panjang gelombang 680 nm.
3.1.2 Reaksi gelap (reaksi tidak tergantung cahaya)
Disebut
juga siklus Calvin-Benson. Reaksi ini disebut reaksi gelap, karena tidak
tergantung secara langsung dengan cahaya matahari.
Reaksi gelap terjadi di stroma. Namun demikian, reaksi ini tidak mutlak
terjadi hanya pada kondisi gelap. Reaksi gelap memerlukan ATP, hidrogen, dan
elektron dari NADPH, karbon dan oksigen dari karbondioksida, enzim yang
mengkatalisis setiap reaksi, dan RuBp (Ribulosa bifosfat) yang merupakan suatu
senyawa yang mempunyai 5 atom karbon. Lihat gambar...
Gambar 3.1 reaksi gelap fotosintesis
Reaksi gelap
terjadi melalui beberapa tahapan, yaitu:
(a) Karbondioksida
diikat oleh RuBP (Ribulosa bifosfat yang terdiri atas 5 atom karbon) menjadi
senyawa 6 karbon yang labil. Senyawa 6 karbon ini kemudian memecah menjadi 2
fosfogliserat (PGA).
(b) Masing-masing
PGA menerima gugus pfosfat dari ATP dan menerima hidrogen serta e- dari NADPH.
Reaksi ini menghasilkan PGAL (fosfogliseraldehida).
(c) Tiap 6
molekul karbon dioksida yang diikat dihasilkan 12 PGAL.
(d) Dari 12
PGAL, 10 molekul kembali ke tahap awal menjadi RuBp, dan seterusnya RuBp akan
mengikat CO2 yang baru.
(e) Dua PGAL
lainnya akan berkondensasi menjadi glukosa 6 fosfat. Molekul ini merupakan
prekursor (bahan baku) untuk produk akhir menjadi molekul sukrosa yang
merupakan karbohidrat untuk diangkut ke tempat penimbunan tepung pati yang
merupakan karbohidrat yang tersimpan sebagai cadangan makanan.
3.2 Kemosintesis
Kemosintesis terjadi pada organisme autotrof,
tepatnya kemo-autotrof, yang mampu menghasilkan senyawa organik yang
dibutuhkan dari zat-zat anorganik dengan bantuan energi kimia. Yang dimaksud
dengan energi kimia di sini adalah energi yang diperoleh dari suatu reaksi
kimia yang berasal dari reaksi oksidasi. Kemampuan mengadakan kemosintesis ini,
terdapat pada mikroorganisme dan bakteri autotrof. Bakteri Sulfur yang
tidak berwarna memperoleh energi dari proses oksidasi senyawa H2S. Jangan
disamakan dengan bakteri sulfur yang berwarna kelabu-keunguan yang mampu
mengadakan fotosintesis karena memiliki klorofil.
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. Bakteri besi memperoleh
energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri). Bakteri
Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3,
tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:
Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2
HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi Nitrosococcus
Reaksi
anabolisme menghasilkan senyawa-senyawa yang sangat dibutuhkan oleh banyak
organisme, baik organisme produsen (tumbuhan) maupun organisme konsumen (hewan,
manusia). Beberapa contoh hasil anabolisme adalah glikogen, lemak, dan protein
berguna sebagai bahan bakar cadangan untuk katabolisme, serta molekul protein,
protein-karbohidrat, dan protein lipid yang merupakan komponen struktural yang
esensial dari organisme, baik ekstrasel maupun intrasel.
4.
Hubungan antara
Metabolisme Karbohidrat, Lemak dan Protein
Di dalam sel, reaksi-reaksi metabolisme tidak
terpisah satu sama lain, melainkan membentuk jejaring yang saling berkaitan.
Kalaupun terjadi pemisahan jalur metabolisme, hal tersebut disebabkan oleh
perbedaan lokasi terjadinya reaksi metabolisme.
Di
dalam tubuh manusia terjadi metabolisme karbohidrat, yaitu katabolisme
karbohidrat dan anabolisme karbohidrat. Contoh katabolisme karbohidrat adalah
respirasi sel. Sedangkan contoh anabolisme karbohidrat yaitu pembentukan
glikogen dan glukosa. Perhatikan bagan pada gambar 4.1.
Gambar 4.1
hubungan antara katabolisme dan anabolisme karbohidrat
Selain
terjadi metabolisme karbohidrat, di dalam tubuh manusia juga terjadi
metabolisme lemak dan protein. Berikut hubungan antara metabolisme karbohidrat,
lemak dan protein.
 |
|
Gambar
4.2 hubungan antara metabolisme
karbohidrat, lemak dan protein
Pada bagan
terlihat karbohidrat, protein, dan lemak bertemu pada jalur siklus Krebs dengan
masukan asetil koenzim A. Asetil Ko-A
sebagai bahan baku dalam siklus Krebs untuk menghasilkan energi yang berasal
dari katabolisme karbohidrat, protein, maupun lemak. Titik temu dari berbagai
jalur metabolisme ini berguna untuk saling menggantikan “bahan bakar” di
dalam sel, Hasil katabolisme karbohidrat, protein, dan lemak juga bermanfaat
untuk menghasilkan senyawa-senyawa lain yaitu dapat membentuk ATP, hormon, komponen
hemoglobin ataupun komponen sel lainnya.
|
Lemak (asam heksanoat) lebih banyak mengandung
hidrogen terikat dan merupakan senyawa karbon yang paling banyak tereduksi,
sedangkan karbohidrat (glukosa) dan protein (asam glutamat) banyak mengandung
oksigen dan lebih sedikit hidrogen terikat adalah senyawa yang lebih
teroksidasi. Senyawa karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan energi dan
apabila ada pembakaran sempurna akan membebaskan energi lebih banyak karena
adanya pembebasan elektron yang lebih banyak. Jumlah elektron yang dibebaskan
menunjukkan jumlah energi yang dihasilkan.
Pada jalur katabolisme yang berbeda glukosa dan asam
glutamat dapat menghasilkan jumlah ATP yang sama yaitu 36 ATP. Sedangkan
katabolisme asam heksanoat dengan jumlah karbon yang sama dengan glukosa (6
karbon) menghasilkan 44 ATP, sehingga jumlah energi yang dihasilkan pada lemak
lebih besar dibandingkan dengan yang dihasilkan pada karbohidrat dan protein.
Sedangkan jumlah energi yang dihasilkan protein setara dengan jumlah yang
dihasilkan karbohidrat dalam berat yang sama.
Dari penjelasan itu dapat disimpulkan jika kita makan
dengan mengkonsumsi makanan yang mengandung lemak akan lebih memberikan rasa
kenyang jika dibandingkan dengan protein dan karbohidrat. Karena rasa kenyang
tersebut disebabkan oleh kemampuan metabolisme lemak untuk menghasilkan energi
yang lebih besar.
0 komentar:
Posting Komentar