RSS

SP ANFIS, Teknik Elektromedik - Wahyu Bima Putra, Sistem Metabolisme Tubuh



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.

Description: http://1.bp.blogspot.com/-yt92OomXoW0/T9dsWYhRdvI/AAAAAAAAAR8/4WLVZAKPbO4/s1600/New+Picture+%287%29.png
                           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.

Description: http://3.bp.blogspot.com/-28EV7bpoRAk/UPdgF7-TpsI/AAAAAAAAAHw/9Epf_hpxuKE/s1600/glikolisis.jpg  
                      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
                    Description: http://4.bp.blogspot.com/-qo5OVXNBbDw/TzxW_M9BqCI/AAAAAAAAAFI/gcWDWUbhKHo/s320/Untitled.jpg

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.
Description: http://4.bp.blogspot.com/-483OhbqpPM8/TgWV7kZW8LI/AAAAAAAAKVI/JzrRA1O6W2Q/s1600/STE.jpg
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.
Description: http://1.bp.blogspot.com/_HGNB2IZO3yY/SnpGX8g5TeI/AAAAAAAAAtw/98K_tGfwiZ8/s400/Slide33.JPG

              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.
Description: http://3.bp.blogspot.com/_HGNB2IZO3yY/SnpGX3hLuMI/AAAAAAAAAto/g6QBabMgeiw/s400/Slide34.JPG

                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:

Description: http://3.bp.blogspot.com/_4IwHTsRufBg/TEE3zNHLGwI/AAAAAAAAEBQ/-MVy3P79wQQ/s1600/NADPH.bmp
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...
Description: http://istiqomahrrr.files.wordpress.com/2013/06/calvin1.jpg
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.
Description: http://1.bp.blogspot.com/-JzMM8b5b7jE/UHBF4OKUQGI/AAAAAAAAAEM/J8qEhCcURfU/s1600/bagan.JPG
          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.


Description: http://3.bp.blogspot.com/-h3nTDXeI1WQ/UGQlTBj_0EI/AAAAAAAAAl0/kCAnPaKjDcQ/s1600/Hubungan+antara+metabolisme.png
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.

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • RSS

0 komentar:

Poskan Komentar