December 03, 2015
Alyanis Mufid SWM
Semua aktivitas hidup memerlukan energi. Berpikir, berolahraga, bahkan
tidur pun memerlukan energi. Dari mana energi berasal? Mobil mendapat energi
dari bensin, sementara itu tubuh organisme mendapat energi dari bahan makanan.
Sumber energi untuk segala kehidupan kita berasal dari cahaya matahari yang
ditangkap oleh tumbuhan melalui klorofil. Selanjutnya, dalam proses
jaring-jaring makanan, energi yang terdapat dalam makanan masuk dalam sistem
pencernaan dan setelah dicerna menghasilkan zat-zat makanan. Zat-zat makanan
ini akan diangkut menuju sel-sel dan jaringan tubuh baik pada konsumen pertama
atau berikutnya. Nah, zat makanan ini di dalam sel-sel tubuh akan mengalami
proses katabolisme.
Metabolisme berasal dari kata metabole yang artinya perubahan. Berubah di
sini memiliki dua pengertian. Pertama, berubah menjadi lebih kompleks disebut anabolisme,
asimilasi, atau sintesis. Kedua, berubah menjadi lebih sederhana
disebut katabolisme atau disimilasi.
Dengan demikian metabolisme meliputi dua macam reaksi, yaitu anabolisme dan
katabolisme. Anabolisme (biosintesis)
merupakan proses pembentukan makromolekul (lebih kompleks) dari molekul
yang lebih sederhana. Makromolekul yang dimaksud misalnya komponen sel
(protein, karbohidrat, lemak, dan asam nukleat). Oleh karena proses
pembentukannya memerlukan energi bebas maka disebut reaksi endergonik.
Katabolisme merupakan proses pemecahan makromolekul kompleks menjadi
molekul yang lebih sederhana. Misalnya pengubahan karbohidrat menjadi CO2 dan
H2O dalam proses respirasi. Proses ini menghasilkan energi bebas sehingga
disebut reaksi eksergonik. Energi tersebut tersimpan dalam bentuk
molekul pembawa energi tinggi antara lain adenosin triphosphat (ATP) dan
nikotinamida adenin dinukleotida phosphat (NADPH). Semua proses
metabolisme (anabolisme dan katabolisme) merupakan reaksi enzimatis. Artinya,
reaksi itu terjadi melalui keterlibatan enzim. Sebelum membahas lebih lanjut
mengenai metabolisme marilah kita bahas terlebih dulu mengenai enzim.
A.Peran Enzim dalam Metabolisme
Enzim merupakan senyawa protein yang berfungsi sebagai katalisator reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologi (makhluk hidup). Oleh karena merupakan katalisator dalam sistem biologi, enzim sering disebut biokatalisator. Katalisator adalah suatu zat yang mempercepat reaksi kimia, tetapi tidak mengubah kesetimbangan reaksi atau tidak mempengaruhi hasil akhir reaksi. Zat itu sendiri (enzim) tidak ikut dalam reaksi sehingga bentuknya tetap atau tidak berubah.
Enzim merupakan senyawa protein yang berfungsi sebagai katalisator reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologi (makhluk hidup). Oleh karena merupakan katalisator dalam sistem biologi, enzim sering disebut biokatalisator. Katalisator adalah suatu zat yang mempercepat reaksi kimia, tetapi tidak mengubah kesetimbangan reaksi atau tidak mempengaruhi hasil akhir reaksi. Zat itu sendiri (enzim) tidak ikut dalam reaksi sehingga bentuknya tetap atau tidak berubah.
1.Komponen Enzim
Enzim (biokatalisator) adalah senyawa protein sederhana maupun protein kompleks yang bertindak sebagai katalisator spesifik. Enzim yang tersusun dari protein sederhana jika diuraikan hanya tersusun atas asam amino saja, misalnya pepsin, tripsin, dan kemotripsin. Sementara itu, enzim yang berupa protein kompleks bila diuraikan tersusun atas asam amino dan komponen lain.
Enzim (biokatalisator) adalah senyawa protein sederhana maupun protein kompleks yang bertindak sebagai katalisator spesifik. Enzim yang tersusun dari protein sederhana jika diuraikan hanya tersusun atas asam amino saja, misalnya pepsin, tripsin, dan kemotripsin. Sementara itu, enzim yang berupa protein kompleks bila diuraikan tersusun atas asam amino dan komponen lain.
Enzim lengkap atau sering disebut holoenzim, terdiri atas komponen
protein dan nonprotein. Komponen protein yang menyusun enzim disebut apoenzim.
Komponen ini mudah mengalami denaturasi, misalnya oleh pemanasan dengan suhu
tinggi. Adapun penyusun enzim yang berupa komponen nonprotein dapat berupa
komponen organik dan anorganik. Komponen organik yang terikat kuat oleh protein
enzim disebut gugus prostetik, sedangkan komponen organik yang terikat
lemah disebut koenzim. Beberapa contoh koenzim antara lain: vitamin
(vitamin B1, B2, B6, niasin, dan biotin), NAD (nikotinamida adenin
dinukleotida), dan koenzim A (turunan asam pentotenat). Komponen anorganik yang
terikat lemah pada protein enzim disebut kofaktor atau aktivator, misalnya
beberapa ion logam seperti Zn2+, Cu2+, Mn2+, Mg2+, K+, Fe2+, dan Na+.
2.Cara Kerja Enzim
Salah satu ciri khas enzim yaitu bekerja secara spesifik. Artinya, enzim hanya dapat bekerja pada substrat tertentu. Bagaimana cara kerja enzim? Beberapa teori berikut menjelaskan tentang cara kerja enzim.
a. Lock and Key Theory (Teori Gembok dan Kunci)
Teori ini dikemukakan oleh Fischer (1898). Enzim diumpamakan sebagai gembok yang mempunyai bagian kecil dan dapat mengikat substrat. Bagian enzim yang dapat berikatan dengan substrat disebut sisi aktif. Substrat diumpamakan kunci yang dapat berikatan dengan sisi aktif enzim. Perhatikan Gambar 2.1 berikut.
Salah satu ciri khas enzim yaitu bekerja secara spesifik. Artinya, enzim hanya dapat bekerja pada substrat tertentu. Bagaimana cara kerja enzim? Beberapa teori berikut menjelaskan tentang cara kerja enzim.
a. Lock and Key Theory (Teori Gembok dan Kunci)
Teori ini dikemukakan oleh Fischer (1898). Enzim diumpamakan sebagai gembok yang mempunyai bagian kecil dan dapat mengikat substrat. Bagian enzim yang dapat berikatan dengan substrat disebut sisi aktif. Substrat diumpamakan kunci yang dapat berikatan dengan sisi aktif enzim. Perhatikan Gambar 2.1 berikut.
Selain sisi aktif, pada enzim juga ditemukan adanya sisi alosterik. Sisi
alosterik dapat diibaratkan sebagai sakelar yang dapat menyebabkan kerja
enzim meningkat ataupun menurun. Apabila sisi alosterik berikatan dengan
penghambat (inhibitor), konfigurasi enzim akan berubah sehingga aktivitasnya
berkurang. Namun, jika sisi alosterik ini berikatan dengan aktivator (zat
penggiat) maka enzim menjadi aktif kembali.
b. Induced Fit Theory (Teori Ketepatan Induksi)
Sisi aktif enzim bersifat fleksibel sehingga dapat berubah bentuk menyesuaikan bentuk substrat. Perhatikan Gambar 2.2
Sisi aktif enzim bersifat fleksibel sehingga dapat berubah bentuk menyesuaikan bentuk substrat. Perhatikan Gambar 2.2
3.Penghambatan Aktivitas Enzim
Telah dijelaskan bahwa mekanisme kerja enzim dalam suatu reaksi kimia dilakukan melalui pembentukan kompleks enzim-substrat. Adakalanya reaksi kimia yang dikatalisir enzim mengalami gangguan, yaitu jika enzim itu sendiri mengalami penghambatan. Molekul atau ion yang menghambat kerja enzim disebut inhibitor. Terdapat tiga jenis inhibitor, yaitu inhibitor reversibel, inhibitor tidak reversibel, dan inhibitor alosterik.
Telah dijelaskan bahwa mekanisme kerja enzim dalam suatu reaksi kimia dilakukan melalui pembentukan kompleks enzim-substrat. Adakalanya reaksi kimia yang dikatalisir enzim mengalami gangguan, yaitu jika enzim itu sendiri mengalami penghambatan. Molekul atau ion yang menghambat kerja enzim disebut inhibitor. Terdapat tiga jenis inhibitor, yaitu inhibitor reversibel, inhibitor tidak reversibel, dan inhibitor alosterik.
a.Inhibitor
Reversibel
Inhibitor reversibel meliputi tiga jenis hambatan berikut.
1) Inhibitor kompetitif (hambatan bersaing)
Pada penghambatan ini zat-zat penghambat mempunyai struktur mirip dengan struktur substrat. Dengan demikian, zat penghambat dengan substrat saling berebut (bersaing) untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (Gambar 2.3).
Inhibitor reversibel meliputi tiga jenis hambatan berikut.
1) Inhibitor kompetitif (hambatan bersaing)
Pada penghambatan ini zat-zat penghambat mempunyai struktur mirip dengan struktur substrat. Dengan demikian, zat penghambat dengan substrat saling berebut (bersaing) untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (Gambar 2.3).
2) Inhibitor
nonkompetitif (hambatan tidak bersaing)
Penghambatan ini dipicu oleh terikatnya zat penghambat pada sisi alosterik sehingga sisi aktif enzim berubah. Akibatnya, substrat tidak dapat berikatan dengan enzim untuk membentuk kompleks enzim-substrat (Gambar 2.4).
Penghambatan ini dipicu oleh terikatnya zat penghambat pada sisi alosterik sehingga sisi aktif enzim berubah. Akibatnya, substrat tidak dapat berikatan dengan enzim untuk membentuk kompleks enzim-substrat (Gambar 2.4).
3) Inhibitor umpan balik
Hasil akhir (produk) suatu reaksi dapat menghambat bekerjanya enzim. Akibatnya, reaksi kimia akan berjalan lambat. Apabila produk disingkirkan, reaksi akan berjalan lagi.
Hasil akhir (produk) suatu reaksi dapat menghambat bekerjanya enzim. Akibatnya, reaksi kimia akan berjalan lambat. Apabila produk disingkirkan, reaksi akan berjalan lagi.
b.Inhibitor Tidak Reversibel
Hambatan ini terjadi karena inhibitor bereaksi tidak reversibel dengan bagian tertentu pada enzim sehingga mengakibatkan bentuk enzim berubah. Perubahan bentuk enzim ini mengakibatkan berkurangnya aktivitas katalitik enzim tersebut. Hambatan tidak reversibel umumnya disebabkan oleh terjadinya proses destruksi atau modifikasi sebuah gugus enzim atau lebih yang terdapat pada molekul enzim.
Hambatan ini terjadi karena inhibitor bereaksi tidak reversibel dengan bagian tertentu pada enzim sehingga mengakibatkan bentuk enzim berubah. Perubahan bentuk enzim ini mengakibatkan berkurangnya aktivitas katalitik enzim tersebut. Hambatan tidak reversibel umumnya disebabkan oleh terjadinya proses destruksi atau modifikasi sebuah gugus enzim atau lebih yang terdapat pada molekul enzim.
c.Inhibitor Alosterik
Pada penghambatan alosterik, molekul zat penghambat tidak berikatan pada sisi aktif enzim, melainkan berikatan pada sisi alosterik. Akibat penghambatan ini sisi aktif enzim menjadi tidak aktif karena telah mengalami perubahan bentuk.
Pada penghambatan alosterik, molekul zat penghambat tidak berikatan pada sisi aktif enzim, melainkan berikatan pada sisi alosterik. Akibat penghambatan ini sisi aktif enzim menjadi tidak aktif karena telah mengalami perubahan bentuk.
4.Sifat-Sifat
Enzim
Secara ringkas sifat-sifat enzim dijelaskan sebagai berikut.Enzim merupakan biokatalisator.
Secara ringkas sifat-sifat enzim dijelaskan sebagai berikut.Enzim merupakan biokatalisator.
- Enzim dalam jumlah sedikit saja dapat mempercepat reaksi beribu-ribu kali lipat, tetapi ia sendiri tidak ikut bereaksi.
- Enzim bekerja secara spesifik. Enzim tidak dapat bekerja pada semua substrat, tetapi hanya bekerja pada substrat tertentu saja. Misalnya, enzim katalase hanya mampu menghidrolisis H2O2 menjadi H2O dan O2.
- Enzim berupa koloid. Enzim merupakan suatu protein sehingga dalam larutan enzim membentuk suatu koloid. Hal ini menambah luas bidang permukaan enzim sehingga aktivitasnya lebih besar.
- Enzim dapat bereaksi dengan substrat asam maupun basa. Sisi aktif enzim mempunyai gugus R residu asam amino spesifik yang merupakan pemberi atau penerima protein yang sesuai.
- Enzim bersifat termolabil. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu rendah, kerja enzim akan lambat. Semakin tinggi suhu, reaksi kimia yang dipengaruhi enzim semakin cepat, tetapi jika suhu terlalu tinggi, enzim akan mengalami denaturasi.
- Kerja enzim bersifat bolak-balik (reversibel). Enzim tidak dapat menentukan arah reaksi, tetapi hanya mempercepat laju reaksi mencapai kesetimbangan. Misalnya enzim lipase dapat mengubah lemak menjadi asam lemak dan gliserol. Sebaliknya, lipase juga mampu menyatukan gliserol dan asam lemak menjadi lemak.
Berdasarkan kegiatan di depan, kita dapat mengetahui dua faktor yang
mempengaruhi kerja enzim, yaitu suhu dan konsentrasi enzim. Berikut akan
dijelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim.
a.Suhu (Temperatur)
Aktivitas enzim dipengaruhi oleh suhu. Enzim pada suhu 0°C tidak aktif,
akan tetapi juga tidak rusak. Jika suhu dinaikkan sampai batas optimum,
aktivitas enzim semakin meningkat. Jika suhu melebihi batas optimum, dapat
menyebabkan denaturasi protein yang berarti enzim telah rusak. Suhu optimum
untuk aktivitas enzim pada manusia dan hewan berdarah panas ± 37°C, sedangkan
pada hewan berdarah dingin ± 25°C. Hubungan antara suhu dengan kecepatan reaksi
(enzimatis) dijelaskan dalam Gambar 2.6
.bmp)
b.pH
(Derajat Keasaman)
Enzim mempunyai pH optimum yang dapat bersifat asam maupun basa. Sebagian besar enzim pada manusia mempunyai pH optimum antara 6–8, misalnya enzim tripsin yang mendegradasi protein. Namun, ada beberapa enzim yang aktif pada kondisi asam, misalnya enzim pepsin. Perubahan pH dapat mempengaruhi efektivitas sisi aktif enzim dalam membentuk kompleks enzim-substrat. Selain itu, perubahan pH dapat menyebabkan terjadinya proses denaturasi sehingga menurunkan aktivitas enzim. Grafik hubungan antara pH dengan kecepatan reaksi dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Enzim mempunyai pH optimum yang dapat bersifat asam maupun basa. Sebagian besar enzim pada manusia mempunyai pH optimum antara 6–8, misalnya enzim tripsin yang mendegradasi protein. Namun, ada beberapa enzim yang aktif pada kondisi asam, misalnya enzim pepsin. Perubahan pH dapat mempengaruhi efektivitas sisi aktif enzim dalam membentuk kompleks enzim-substrat. Selain itu, perubahan pH dapat menyebabkan terjadinya proses denaturasi sehingga menurunkan aktivitas enzim. Grafik hubungan antara pH dengan kecepatan reaksi dapat dilihat pada Gambar 2.7.
.bmp)
c.Konsentrasi
Enzim
Pada umumnya konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi. Hal ini berarti penambahan konsentrasi enzim mengakibatkan kecepatan reaksi meningkat hingga dicapai kecepatan konstan. Kecepatan konstan tercapai apabila semua substrat sudah terikat oleh enzim. Perhatikan grafik pada Gambar 2.8
Pada umumnya konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi. Hal ini berarti penambahan konsentrasi enzim mengakibatkan kecepatan reaksi meningkat hingga dicapai kecepatan konstan. Kecepatan konstan tercapai apabila semua substrat sudah terikat oleh enzim. Perhatikan grafik pada Gambar 2.8
.bmp)
d.Zat-zat
Penggiat (Aktivator)
Terdapat zat kimia tertentu yang dapat meningkatkan aktivitas enzim. Misalnya, garam-garam dari logam alkali dalam kondisi encer (2%–5%) dapat memacu kerja enzim. Demikian pula dengan ion logam Co, Mg, Ni, Mn, dan Cl. Akan tetapi, mekanisme kerja zat penggiat ini belum diketahui secara pasti.
Terdapat zat kimia tertentu yang dapat meningkatkan aktivitas enzim. Misalnya, garam-garam dari logam alkali dalam kondisi encer (2%–5%) dapat memacu kerja enzim. Demikian pula dengan ion logam Co, Mg, Ni, Mn, dan Cl. Akan tetapi, mekanisme kerja zat penggiat ini belum diketahui secara pasti.
e.Zat-Zat
Penghambat (Inhibitor)
Beberapa zat kimia dapat menghambat aktivitas enzim, misalnya garam-garam yang mengandung merkuri (Hg) dan sianida. Dengan adanya zat penghambat ini, enzim tidak dapat berikatan dengan substrat sehingga tidak dapat menghasilkan suatu produk.
Beberapa zat kimia dapat menghambat aktivitas enzim, misalnya garam-garam yang mengandung merkuri (Hg) dan sianida. Dengan adanya zat penghambat ini, enzim tidak dapat berikatan dengan substrat sehingga tidak dapat menghasilkan suatu produk.
Katabolisme
Ketika kita melakukan aktivitas, misalnya berolahraga, dalam tubuh terjadi pembakaran glukosa dan lemak menjadi energi atau panas. Pemecahan glukosa dan lemak atau bahan makanan lain yang menghasilkan energi atau panas disebut katabolisme. Dengan kata lain, katabolisme dapat diartikan sebagai proses pemecahan molekul-molekul kompleks menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana dengan menghasilkan sejumlah energi.
1.Respirasi
Respirasi adalah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi, baik menggunakan oksigen maupun tidak dari senyawa organik kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam proses tersebut dibebaskan sejumlah energi. Tenaga yang dibebaskan dalam respirasi berasal dari tenaga potensial kimia yang berupa ikatan kimia.
Respirasi adalah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi, baik menggunakan oksigen maupun tidak dari senyawa organik kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam proses tersebut dibebaskan sejumlah energi. Tenaga yang dibebaskan dalam respirasi berasal dari tenaga potensial kimia yang berupa ikatan kimia.
Respirasi yang memerlukan oksigen disebut respirasi aerob dan respirasi yang tidak memerlukan oksigen disebut respirasi anaerob. Respirasi anaerob hanya dapat dilakukan oleh kelompok mikroorganisme tertentu (bakteri), sedangkan pada organisme tingkat tinggi belum diketahui kemampuannya untuk melakukan respirasi anaerob. Dengan demikian bila tidak tersedia oksigen, organisme tingkat tinggi tidak akan melakukan respirasi anaerob melainkan akan melakukan proses fermentasi. Sementara itu, terdapat respirasi sempurna yang hasil akhirnya berupa CO2 dan H2O dan respirasi tidak sempurna yang hasil akhirnya berupa senyawa organik.
Di manakah reaksi respirasi berlangsung? Sebagian reaksi respirasi
berlangsung dalam mitokondria dan sebagian yang lain terjadi di sitoplasma.
Mitokondria mempunyai membran ganda (luar dan dalam) serta ruangan intermembran
(di antara membran luar dan dalam). Krista merupakan lipatan-lipatan dari
membran dalam. Ruangan paling dalam berisi cairan seperti gel yang disebut matriks.
Perhatikan Gambar 2.9. ATP paling banyak dihasilkan selama respirasi pada
mitokondria sehingga mitokondria sering disebut mesin sel.
a.Respirasi Aerob
Berdasarkan
jalur reaksinya, respirasi aerob dibedakan menjadi dua yaitu respirasi aerob
melalui jalur daur Krebs dan jalur oksidasi langsung atau jalur pentosa fosfat
(Hexose Monophosphat Shunt = HMS). Apa perbedaan kedua jalur itu?
1) Respirasi Aerob Melalui Jalur Daur Krebs
Respirasi aerob melalui daur Krebs memiliki empat tahap yaitu glikolisis, pembentukan asetil Co-A, daur
Krebs, dan sistem transpor elektron.
1) Respirasi Aerob Melalui Jalur Daur Krebs
Respirasi aerob melalui daur Krebs memiliki empat tahap yaitu glikolisis, pembentukan asetil Co-A, daur
Krebs, dan sistem transpor elektron.
1) Glikolisis
Glikolisis
adalah rangkaian reaksi kimia penguraian glukosa (yang memiliki 6 atom C)
menjadi asam piruvat (senyawa yang memiliki 3 atom C), NADH, dan ATP.
NADH (Nikotinamida Adenina Dinukleotida Hidrogen) adalah koenzim yang
mengikat elektron (H), sehingga disebut sumber elektron berenergi
tinggi. ATP (adenosin trifosfat) merupakan senyawa berenergi tinggi.
Setiap pelepasan gugus fosfatnya menghasilkan energi.
Pada proses glikolisis, setiap 1 molekul glukosa
diubah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP.
Glikolisis memiliki sifat-sifat, antara lain: glikolisis dapat berlangsung
secara aerob maupun anaerob, glikolisis melibatkan enzim ATP dan
ADP, serta peranan ATP dan ADP pada glikolisis adalah memindahkan
(mentransfer) fosfat dari molekul yang satu ke molekul yang lain.
Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di sitoplasma
(sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan
yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan energi dan 5 tahapan
pelepasan energi. Berikut ini reaksi glikolisis secara lengkap:
.bmp)
Ket :
a) Tahap penggunaan energi :
(1)
Penambahan gugus fosfat pada molekul glukosa dengan bantuan enzim
heksokinase, sehingga terbentuk glukosa 6-fosfat.
(2) Glukosa 6-fosfat diubah menjadi isomer nya yaitu fruktosa 6-fosfat.
(3) Fosfofruktokinase mentransfer gugus fosfat dari ATP ke fruktosa 6-fosfat fruktosa 1,6 bisfosfat.
(4) Aldolase membagi molekul gula (fruktosa 1,6 bisfosfat) menjadi 2 molekul gula yang berbeda dan merupakan isomernya.
(5) Dua molekul gliseraldehid postat masing-masing akan masuk pada tahapan glikolisis selanjutnya.
(2) Glukosa 6-fosfat diubah menjadi isomer nya yaitu fruktosa 6-fosfat.
(3) Fosfofruktokinase mentransfer gugus fosfat dari ATP ke fruktosa 6-fosfat fruktosa 1,6 bisfosfat.
(4) Aldolase membagi molekul gula (fruktosa 1,6 bisfosfat) menjadi 2 molekul gula yang berbeda dan merupakan isomernya.
(5) Dua molekul gliseraldehid postat masing-masing akan masuk pada tahapan glikolisis selanjutnya.
b) Tahap pelepasan energi :
(6)
Triosafosfat dehidrogenase mengkatalisis pemindahan elektron dan H+ dari
substrat (gliseraldehid fosfat) ke NAD membentuk NADH.
(7) Glikolisis menghasilkan ATP. Gula telah diubah menjadi senyawa asam organik oleh fosfogliserokinase.
(8) Gugus fosfat dipindahkan sehingga menjadi 2-fosfogliserat oleh fosfogliseromutase.
(9) 2-fosfogliserat melepaskan molekul H2O sehingga terbentuk fosfoenol piruvat kinase oleh enolase.
(10) Piruvat kinase mentransfer gugus fosfat sehingga menghasilkan 2 ATP lagi.
(7) Glikolisis menghasilkan ATP. Gula telah diubah menjadi senyawa asam organik oleh fosfogliserokinase.
(8) Gugus fosfat dipindahkan sehingga menjadi 2-fosfogliserat oleh fosfogliseromutase.
(9) 2-fosfogliserat melepaskan molekul H2O sehingga terbentuk fosfoenol piruvat kinase oleh enolase.
(10) Piruvat kinase mentransfer gugus fosfat sehingga menghasilkan 2 ATP lagi.
Dari skema tahapan glikolisis menunjukkan bahwa energi yang
dibutuhkan pada tahap penggunaan ener gi adalah 2 ATP. Sementara
itu, energi yang dihasilkan pada tahap pelepasan ener gi adalah
4 ATP dan 2 NADH. Dengan demikian, selisih energi atau hasil akhir
glikolisis adalah 2 ATP + 2 NADH.
.bmp)
Jika kalian amati lebih cermat lagi,
kalian akan mengetahui pada tahapan mana sajakah energi ( ATP) dibentuk.
Nah, proses pembentukan ATP inilah yang disebut fosforilasi. Pada tahapan glikolisis tersebut,
enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat (molekul organik dalam glikolisis)
ke ADP sehingga prosesnya disebut fosforilasi tingkat substrat. 
Selain glukosa, bahan makanan yang kalian konsumsi tidak selalu mengandung gula sederhana seperti glukosa saja. Kadang-kadang kalian mengkonsumsi bahan-bahan yang mengandung gula kompleks (karbohidrat kompleks) seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa. Kemudian, dapatkah gula-gula atau karbohi drat yang kompleks tersebut langsung dimetabolisme oleh sel? Tentu saja tidak, bahan-bahan yang belum sederhana tersebut harus dirombak dahulu sehingga menjadi bahan yang dapat dimetabolisme langsung oleh sel.
2) Siklus Krebs
Reaksi pembentukan asetil Co-A sering disebut reaksi transisi karena menghubungkan glikolisis dengan daur Krebs. Pembentukan asetil Co-A pada organisme eukariotik berlangsung dalam matriks mitokondria, sedangkan pada organisme prokariotik berlangsung dalam sitosol. Pada reaksi ini, asam piruvat dikonversi menjadi gugus asetil (2C) yang bergabung dengan Coenzim A membentuk asetil Co-A dan melepaskan CO2. Reaksi ini terjadi 2 kali untuk setiap 1 molekul glukosa. Perhatikan reaksi pembentukan asetil Co-A berikut.
Asetil-KoA yang telah terbentuk akan menjadi bahan baku pada siklus selanjutnya, yaitu siklus Krebs. Oleh karena itu, Asetil Ko-A disebut senyawa intermediate atau senyawa antara. Siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria dan disebut juga siklus asam trikarboksilat. Hal ini disebabkan siklus Krebs tersebut menghasilkan senyawa yang mempunyai 3 gugus karboksil, seperti asam sitrat dan asam isositrat. Asetil koenzim A hasil dekarboksilasi oksidatif memasuki matriks mitokondria untuk bergabung dengan asam oksaloasetat dalam siklus Krebs, membentuk asam sitrat. Demikian seterusnya, asam sitrat membentuk bermacam-macam zat dan akhirnya membentuk asam oksaloasetat lagi.
Tahap-tahap
Siklus Krebs sbb. :
1. Enzim sitrat sintase mengkatalisis reaksi kondensasi antara asetil koenzim-A dengan oksalo asetat menghasilkan sitrat
2. Pembentukan isositrat dari sitrat melalui Cis-akonit dikatalisis secara reversibel oleh enzim akonitase
3. Oksidasi isositrat menjadi alfa ketoglutarat berlangsung pembentukan senyawa antara oksalosuksinat yang berikatan dengan enzim isositrat dehidrogenase dengan NAD sebagai koenzim.
4. Oksidasi alfa ketoglutarat menjadi suksinat melalui pembentukan suksinil koenzim-A merupakan reaksi yang irreversibel dan dikatalisis oleh enzim alfa ketoglutarat dehidrogenase. Suksinil koenzim-A adalah senyawa tioester yang berenergi tinggi. Selanjutnya suksinil koenzim-A melepaskan koenzim –A dengan dirangkaikan dengan reaksi pembentuk energi GTP dari GDP. GTP yang terbentuk dipakai untuk sintesis ATP dari ADP dengan enzim nukleosida difosfat kinase. Pembentukan GTP dikaitkan dengan reaksi deasilasi suksinil koenzim-A ini disebut “fosforilasi tingkat substrat”.
5. Suksinat dioksidasi menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase dengan FAD sebagai koenzim. FAD berperan sebagai gugus penerima hidrogen.
6. Reaksi reversibel penambahan satu molekul H2O ke ikatan rangkap fumarat, menghasilkan malat yang dikatalisis oleh fumarase.
7. Asam malat dioksidasi menjadi oksalo asetat oleh enzim L-malat dehidrogenase yg berikatan dengan NAD (reaksi endergonik) atau laju reaksi berjalan ke kanan,karena reaksi berikut kondensasi oksaloasetat denga asetil koenzim-A yaitu reaksi eksergonik yang irreversibel.
1. Enzim sitrat sintase mengkatalisis reaksi kondensasi antara asetil koenzim-A dengan oksalo asetat menghasilkan sitrat
2. Pembentukan isositrat dari sitrat melalui Cis-akonit dikatalisis secara reversibel oleh enzim akonitase
3. Oksidasi isositrat menjadi alfa ketoglutarat berlangsung pembentukan senyawa antara oksalosuksinat yang berikatan dengan enzim isositrat dehidrogenase dengan NAD sebagai koenzim.
4. Oksidasi alfa ketoglutarat menjadi suksinat melalui pembentukan suksinil koenzim-A merupakan reaksi yang irreversibel dan dikatalisis oleh enzim alfa ketoglutarat dehidrogenase. Suksinil koenzim-A adalah senyawa tioester yang berenergi tinggi. Selanjutnya suksinil koenzim-A melepaskan koenzim –A dengan dirangkaikan dengan reaksi pembentuk energi GTP dari GDP. GTP yang terbentuk dipakai untuk sintesis ATP dari ADP dengan enzim nukleosida difosfat kinase. Pembentukan GTP dikaitkan dengan reaksi deasilasi suksinil koenzim-A ini disebut “fosforilasi tingkat substrat”.
5. Suksinat dioksidasi menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase dengan FAD sebagai koenzim. FAD berperan sebagai gugus penerima hidrogen.
6. Reaksi reversibel penambahan satu molekul H2O ke ikatan rangkap fumarat, menghasilkan malat yang dikatalisis oleh fumarase.
7. Asam malat dioksidasi menjadi oksalo asetat oleh enzim L-malat dehidrogenase yg berikatan dengan NAD (reaksi endergonik) atau laju reaksi berjalan ke kanan,karena reaksi berikut kondensasi oksaloasetat denga asetil koenzim-A yaitu reaksi eksergonik yang irreversibel.
Dalam Siklus Krebs 1 molekul asam
piruvat akan menghasilkan 4 molekul NADH, 1 molekul FADH2, 1 molekul ATP. Dalam Glikolisis, glukosa dipecah
menjadi 2 molekul asam piruvat.Jadi, siklus krebs menghasilkan 8 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.
3) Sistem Transportasi Elektron (STE)
Sistem transportasi elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Pada tahap ini, elektron-elektron yang dibawa oleh produk glikolisis dan siklus Krebs (NADH dan FADH2) dipindahkan melewati beberapa molekul yang sebagian besar berupa protein.
Molekul pertama yang menerima elektron berupa flavoprotein, dinamakan flavin mononukleotida (FMN). Selanjutnya, elektron dipindahkan berturut-turut melewati molekul protein besi-sulfur (Fe-S),
ubiquinon (Q atau CoQ), dan sitokrom (Cyst). Elektron melewati sitokrom b, Fe-S, sitokrom c1, sitokrom c, sitokrom a, sitokrom a3, dan oksigen sebagai penerima elektron terakhir. Akhirnya terbentuklah molekul H2O (air).
Pada sistem transportasi elektron, NADH dan FADH2 masing-masing menghasilkan rata-rata 3 ATP dan 2 ATP. Sebanyak 2 NADH hasil glikolisis dan 2 NADH hasil dekarboksilasi oksidatif masing-masing menghasilkan 6 ATP. Sementara itu, 6 NADH dan 2 FADH2 hasil siklus Krebs masing-masing menghasilkan 18 ATP dan 4 ATP. Jadi, sistem transportasi elektron menghasilkan 34 ATP.
3) Sistem Transportasi Elektron (STE)
Sistem transportasi elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Pada tahap ini, elektron-elektron yang dibawa oleh produk glikolisis dan siklus Krebs (NADH dan FADH2) dipindahkan melewati beberapa molekul yang sebagian besar berupa protein.
Molekul pertama yang menerima elektron berupa flavoprotein, dinamakan flavin mononukleotida (FMN). Selanjutnya, elektron dipindahkan berturut-turut melewati molekul protein besi-sulfur (Fe-S),
ubiquinon (Q atau CoQ), dan sitokrom (Cyst). Elektron melewati sitokrom b, Fe-S, sitokrom c1, sitokrom c, sitokrom a, sitokrom a3, dan oksigen sebagai penerima elektron terakhir. Akhirnya terbentuklah molekul H2O (air).
Pada sistem transportasi elektron, NADH dan FADH2 masing-masing menghasilkan rata-rata 3 ATP dan 2 ATP. Sebanyak 2 NADH hasil glikolisis dan 2 NADH hasil dekarboksilasi oksidatif masing-masing menghasilkan 6 ATP. Sementara itu, 6 NADH dan 2 FADH2 hasil siklus Krebs masing-masing menghasilkan 18 ATP dan 4 ATP. Jadi, sistem transportasi elektron menghasilkan 34 ATP.
Berapakah jumlah total ATP yang dihasilkan selama proses respirasi aerob
pada organisme eukariotik? Perhatikan Gambar
Tabel Respirasi Aerob melalui Jalur Siklus Krebs?
TABEL RESPIRASI AEROB
|
NAMA TAHAP
|
TEMPAT TERJADI
|
BAHAN
|
REAKSI KIMIA
|
HASIL
|
||
|
Senyawa karbon
|
Jumlah akseptor
|
Jumlah ATP
|
||||
|
GLIKOLISIS
|
Sitosol
|
1 Glukosa
|
GlukosaàAsam piruvat+@NADH+2ATP
|
2 Asam piruvat
|
2 NADH
|
2
|
|
DOAP
|
Matriks mitokondria
|
2 Asam piruvat
|
Asam piruvat+2H KoAà2Asetil KoA+2NADH+2CO2
|
2 Asetil KoA
2 CO2
|
2 NADH
|
-
|
|
SIKLUS KREBS
|
Matriks mitokondria
|
2 Asetil KoA
|
2Asetil KoA+2 Oksaloasetatà6NADH+2FADH+4CO2+2ATP
|
4CO2
|
6NADH
2FADH2
|
2
|
|
STE
|
Krista mitokondria
|
10NADH
2FADH2
|
10NADH+5O2à10NAD+10H2O
2FADH2+O2à2FAD+2H2O
|
-
|
-
|
34
|
|
|
|
|
Jumlah ATP keseluruhan : 38 ATP
Dibutuhkan untuk pindah NADH dari sitosol ke
mitokondria : 2 ATP
Jumlah total ATP : 38ATP-2 ATP = 36 ATP
|
|
|
|
Pada jalur pentosa fosfat dihasilkan CO2 dan 2 NADPH2 . Selanjutnya, NADPH2 dioksidasi dalam sistem transpor elektron.
Pada jalur tersebut senyawa antara yang terbentuk berupa gula. Perhatikan skema berikut!
Gambar. Siklus Pentosa Fosfat
b. Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak memerlukan oksigen. Reaksi-reaksi yang terjadi serta organel yang berperan dalam respirasi anaerob sama seperti pada respirasi aerob. Namun, dalam respirasi anaerob peran oksigen digantikan oleh zat lain, contoh NO3 dan SO4. Respirasi anaerob hanya dapat dilakukan oleh mikroorganisme tertentu, misal bakteri. Adapun organisme tingkat tinggi jika tidak tersedia oksigen akan melakukan fermentasi.
2. Fermentasi
Pada organisme tingkat tinggi, fermentasi terjadi apabila dalam proses respirasi tidak tersedia oksigen. Fermentasi terdiri atas dua tahap, yaitu tahap glikolisis dan pembentukan NAD+. Pada proses tersebut, asam piruvat hasil glikolisis tidak diubah menjadi asetil Co-A. Namun, senyawa tersebut akan direduksi menjadi senyawa lain dengan bantuan NADH. Perhatikan skema berikut!
Gambar. Skema Fermentasi
Ada perbedaan antara fermentasi dengan respirasi anaerob. Fermentasi tidak melibatkan mitokondria, sedangkan respirasi anaerob melibatkan mitokondria. Dalam fermentasi, dari satu molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP. Fermentasi dapat dibedakan menjadi dua macam berikut.
a. Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat terjadi pada sel-sel otot. Proses tersebut menggunakan bahan baku berupa asam piruvat (hasil dari glikolisis). Hasil dari proses tersebut berupa asam laktat dan ATP. Timbunan asam laktat yang berlebihan dapat mengakibatkan otot terasa lelah dan nyeri. Perhatikan reaksi dari fermentasi asam laktat berikut!
b. Fermentasi Alkohol
Fermentasi alkohol dapat terjadi pada khamir atau yeast (Saccharomyces sp.). Proses tersebut menggunakan bahan baku berupa asam piruvat. Hasil dari proses tersebut berupa etanol, CO2, dan ATP. Perhatikan reaksi dari fermentasi alkohol berikut!
Persamaan antara Fermentasi Asam laktat
dengan fermentasi alcohol :
-bertujuan untuk mendapatkan energy
-menghasilkan energy lebih sedikit
daripada energy yang dihasilkan dari Respirasi aerob
Perbedaan antara Fermentasi Asam laktat
dengan fermentasi alcohol :
|
NAMA TAHAP
|
TEMPAT TERJADINYA
|
BAHAN BAKU
|
HASIL
|
|
Fermentasi Asam laktat
|
Sel otot
|
1 Glukosa
|
2 Asam laktat, 2 NAD+, 2 ATP
|
|
Fermentasi Alkohol
|
Khamir/yeast
|
1 Glukosa
|
2 Etanol, 2 NAD+, 2 ATP
|
Perbedaan antara Respirasi Aerob dengan
Respirasi Anaerob :
|
RESPIRASI AEROB
|
RESPIRASI ANAEROB
|
|
1.Membutuhkan Oksigen
|
1.Tidak membutuhkan Oksigen
|
|
2.Meliputi Glikolisis, DOAP, Siklus Krebs, STE
|
2.Meliputi Glikolisis, Fermentasi
|
|
3.Terjadi di sitosol dan mitokondria
|
3.Terjadi di sitosol
|
|
4.Menghasilkan 36 ATP
|
4.Menghasilkan 2 ATP
|
|
5.Lebih hemat dan efisien
|
5.Lebih boros
|
b.
Respirasi Anaerobik
Dalam reaksi oksidasi, tidak hanya terjadi penerimaan oksigen saja. Proses
pelepasan elektron juga merupakan reaksi oksidasi. Oleh karena itu,
oksidasi tanpa oksigen masih dapat memungkinkan ter-jadinya metabolisme.
Berdasarkan kemampuan menggunakan oksigen dalam respirasi, organisme dibedakan
menjadi 2 yaitu organisme aerobik (menggunakan oksigen untuk respirasi) dan
organisme anaerobik (mampu melakukan respirasi tanpa oksigen). Respirasi yang
dapat dilakukan dalam keadaan tanpa oksigen ini disebut respirasi anaerobik
(bahasa Yunani, an = tanpa, aer = udara, dan bios = kehidupan).
Sementara respirasi aerobik menggunakan oksigen sebagai penerima elektron
terakhir, respirasi anaerobik menggunakan senyawa organik selain oksigen
sebagai penerima elektron terakhir. Nah, proses perombakan
senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana, dengan
penerima maupun pemberi elektron atau hidrogen berupa senyawa organik
disebut fermentasi.
1. Fermentasi alkohol
Beberapa organisme seperti khamir (Saccharomyces
cereviceace) melakukan fermentasi alkohol. Organisme ini mengubah glukosa
melalui fermentasi menjadi alkohol (etanol).
Proses fermentasi alkohol diawali dengan pemecahan satu molekul glukosa
menjadi dua molekul asam piruvat. Pada proses tersebut, dibentuk juga 2 ATP dan
2 NADH. Setiap asam piruvat diubah menjadi asetildehid dengan membebaskan CO2 Asetildehid
diubah menjadi etanol dan NADH diubah menjadi NAD+ untuk selanjutnya digunakan
dalam glikolisis kembali. Fermentasi alkohol merupakan jenis fermentasi yang
banyak digunakan manusia selama ribuan tahun dalam pengolahan bahan makanan.
Khamir banyak digunakan dalam pembuatan roti dan minuman beralkohol.
2. Fermentasi Asam Laktat
Sama halnya dengan fermentasi alkohol, fermentasi asam laktat dimulai
dengan tahap glikolisis. Fermentasi asam laktat dilakukan oleh sel otot dan
beberapa sel lainnya, serta beberapa bakteri asam laktat. Pada otot, proses ini
dapat menyediakan energi yang dibutuhkan secara cepat. Akan tetapi, penumpukan
asam laktat berlebih dapat menyebabkan otot lelah. Asam laktat berlebih dibawa
darah menuju hati untuk diubah kembali menjadi asam piruvat. Industri susu
menggunakan fermentasi asam laktat oleh bakteri untuk membuat keju dan yoghurt.
Glukosa akan dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat melalui glikolisis,
membentuk 2 ATP dan 2 NADH. NADH diubah kembali menjadi NAD+ saat pembentukan
asam laktat dari asam piruvat. Fermentasi asam laktat tidak menghasilkan CO2, seperti
halnya fermentasi alkohol.
Persamaan
antara Fermentasi Alkohol dengan Fermentasi Asam Laktat ?
Tabel
Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob ?
Perbedaan antara Respirasi Aerob dengan
Respirasi Anaerob :
|
RESPIRASI AEROB
|
RESPIRASI ANAEROB
|
|
1.Membutuhkan Oksigen
|
1.Tidak membutuhkan Oksigen
|
|
2.Meliputi Glikolisis, DOAP, Siklus Krebs, STE
|
2.Meliputi Glikolisis, Fermentasi
|
|
3.Terjadi di sitosol dan mitokondria
|
3.Terjadi di sitosol
|
|
4.Menghasilkan 36 ATP
|
4.Menghasilkan 2 ATP
|
|
5.Lebih hemat dan efisien
|
5.Lebih boros
|
C. Anabolisme
Selain menghasilkan energi, metabolisme juga memerlukan
energi untuk menyusun senyawa-senyawa sederhana menjadi senyawa-senyawa
yang dibutuhkan oleh tubuh melalui anabolisme. Misalnya, anabolisme
lemak dapat menggunakan asetil Ko-A yang merupakan produk dari katabolisme. Glukosa
dapat dibuat dari piruvat. Selain itu, asam-asam amino penyusun protein dapat
dibuat dengan memodifi kasi senyawa-senyawa hasil siklus Krebs.
Selanjutnya, lemak, protein, maupun glikogen hasil anabolisme dapat
digunakan sebagai bahan baku cadangan dalam katabolisme. Dengan demikian,
katabolisme dan anabolisme merupakan peristiwa yang saling berkaitan satu
sama lain.
Setiap organisme mempunyai kemampuan berbeda-beda dalam memperoleh energi
untuk melangsungkan aktivitas kehidupannya. Oleh karena itu, organisme
dibedakan menjadi beberapa kelompok berdasarkan sumber karbon, sumber
donor elektron, dan sumber energinya.
1. Fotosintesis
Tumbuhan dan alga hijau mempunyai kemampuan untuk menggunakan senyawa
anorganik seperti CO2, dan H2O, serta
bantuan cahaya matahari untuk mensintesis karbohidrat. Proses tersebut terjadi
melalui peristiwa yang disebut fotosintesis. Oleh karena itu, organ
ismenya bersifat fotoautotrof. Beberapa organisme fotoautotrof meliputi
tumbuhan seperti lumut, pakis, tumbuhan paku, tumbuh an berbunga, alga hijau
(rumput laut), dan Euglena. Bakteri sulfur merupakan contoh organisme khemotrof
(akan dibahas pada kemosintesis). Fotosintesis merupakan satu-satunya penghasil
makanan yang diperlukan bagi seluruh kehidupan organisme, termasuk
manusia (heterotrof).
Penelitian pertama tentang fotosintesis dilakukan oleh van Helmont
(1648). Dari hasil penelitiannya, dia menyatakan bahwa bertambahnya berat
tumbuhan (yang telah ditanam selama lebih dari 5 tahun) disebabkan oleh
pasokan air. Selanjutnya, berdasarkan penelitian Joseph priestly, tikus dan
lilin yang menyala akan mati jika berada pada ruangan yang tertutup. Tanaman
juga akan mati jika berada pada ruangan yang kekurangan oksigen. Sementara itu,
menurut seorang dokter dari Belanda yaitu Ingen Housz, bila tanaman yang berada pada ruangan
tersebut disinari, maka tikus dan lilin dapat hidup dengan menghabiskan oksigen
yang dihasilkan dari tanaman. Selanjutnya, dari hasil penelitian Senebier,
diketahui bahwa pertumbuhan tanaman ditandai dengan meningkatnya kandungan
karbon. Menurutnya, karbon dioksida akan diuraikan dan karbon tersebut akan
bergabung dengan senyawa organik pada tanamannya dengan melepaskan oksigen.
a. Reaksi
Terang/Reaksi Hill/Fotolisis
Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari (energi cahaya) akan diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untuk mensintesis NADPH dan ATP) di dalam kloroplas. Warna cahaya yang paling efektif diserap klorofil adalah merah dan biru. Reaksi terang terjadi di dalam grana. Salah satu pigmen yang berperan secara langsung dalam reaksi terang adalah klorofil a. Di dalam membran tilakoid, klorofil bersama-sama dengan protein dan molekul organik berukuran kecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem. Beberapa ratus klorofil a, klorofil b, dan karotenoid membentuk suatu kumpulan sebagai “pengumpul cahaya” yang disebut kompleks antena. Sebelum sampai ke pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesis pertama kalinya.
Di dalam
membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem berdasarkan urutan
penemuannya, yaitu fotosistem I dan fotosistem II.
Setiap fotosistem tersebut mempunyai klorofil pusat reaksi yang berbeda,
tergantung dari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofil
pusat reaksi pada fotosistem I disebut P700, karena
mampu menyerap panjang gelombang cahaya 700 nm (spektrum-nya sangat merah),
sedangkan pada fotosistem II disebut P680
(spektrum merah).
Kalian tentu masih ingat bahwa di dalam fotosistem terdapat ratusan antena atau klorofil. Oleh karena itu, alir an elektron pada reaksi terang akan mengikuti suatu rute tertentu. Selanjutnya, bagaimanakah proses aliran elektron pada reaksi terang? Ada 2 kemungkinan aliran elektron pada reaksi terang. Nah, untuk menjawab hal tersebut simaklah uraian berikut.
1) Aliran Elektron Non-siklisà hasil : ATP dan NADPH2
Langkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasi dari klorofil pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut akseptor elektron primer. Air (H2O) diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2. Elektron yang berasal dari air (H2O) menggantikan elektron yang hilang pada P680. Sebagaimana sistem transportasi elektron pada respirasi aerobik, transport elektron pada reaksi terang ini melalui rantai transport elektron menuju fotosistem I (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yaitu: plastokuinon (Pq), merupakan pembawa elektron; kompleks sitokrom; dan plastosianin (Pc), merupakan protein yang mengandung tembaga. Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energi-energi yang kemudian tersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang menggunakan energi cahaya melalui aliran elektron non siklis pada reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non siklis.
Kalian tentu masih ingat bahwa di dalam fotosistem terdapat ratusan antena atau klorofil. Oleh karena itu, alir an elektron pada reaksi terang akan mengikuti suatu rute tertentu. Selanjutnya, bagaimanakah proses aliran elektron pada reaksi terang? Ada 2 kemungkinan aliran elektron pada reaksi terang. Nah, untuk menjawab hal tersebut simaklah uraian berikut.
1) Aliran Elektron Non-siklisà hasil : ATP dan NADPH2
Langkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasi dari klorofil pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut akseptor elektron primer. Air (H2O) diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2. Elektron yang berasal dari air (H2O) menggantikan elektron yang hilang pada P680. Sebagaimana sistem transportasi elektron pada respirasi aerobik, transport elektron pada reaksi terang ini melalui rantai transport elektron menuju fotosistem I (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yaitu: plastokuinon (Pq), merupakan pembawa elektron; kompleks sitokrom; dan plastosianin (Pc), merupakan protein yang mengandung tembaga. Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energi-energi yang kemudian tersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang menggunakan energi cahaya melalui aliran elektron non siklis pada reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non siklis.
Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkap oleh akseptor primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transport elektron kedua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase mentransfer elektron ke NADP+ sehingga membentuk NADPH yang menyimpan elektron berenergi tinggi dan berfungsi dalam sintesis gula dalam siklus berikutnya yaitu siklus Calvin. Dengan demikian, reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH.
2)
Aliran elektron siklis à hasil ATP
Pada aliran elektron siklis ini, elektron dari akseptor primer fotosistem I dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui feredoksin, kompleks sitokrom, dan plastosianin. Oleh karena itu, pada aliran siklis ini menyebabkan produksi ATP bertambah tetapi tidak terbentuk NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2. Proses pembentukan ATP melalui aliran siklis ini disebut fotofosforilasi siklis.
b. Reaksi Gelap/Siklus Kalvin-Benson/Reaksi Blackman
merupakan reaksi tahap kedua dari fotosintesis. Disebut reaksi gelap karena reaksi ini tidak memerlukan cahaya. Reaksi gelap terjadi di dalam stroma kloroplas. Reaksi gelap pertama kali ditemukan oleh Malvin Calvin dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi gelap fotosintesis sering disebut siklus Calvin-Benson atau siklus Calvin. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap, yaitu fase fiksasi, fase reduksi, dan fase regenerasi. Pada fase fiksasi terjadi penambatan CO2 oleh ribulose bifosfat (Ribulose biphosphat = RuBP) menjadi 3-fosfogliserat (3-phosphoglycerate = PGA). Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ribulose bifosfat karboksilase (Rubisco).
Pada aliran elektron siklis ini, elektron dari akseptor primer fotosistem I dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui feredoksin, kompleks sitokrom, dan plastosianin. Oleh karena itu, pada aliran siklis ini menyebabkan produksi ATP bertambah tetapi tidak terbentuk NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2. Proses pembentukan ATP melalui aliran siklis ini disebut fotofosforilasi siklis.
b. Reaksi Gelap/Siklus Kalvin-Benson/Reaksi Blackman
merupakan reaksi tahap kedua dari fotosintesis. Disebut reaksi gelap karena reaksi ini tidak memerlukan cahaya. Reaksi gelap terjadi di dalam stroma kloroplas. Reaksi gelap pertama kali ditemukan oleh Malvin Calvin dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi gelap fotosintesis sering disebut siklus Calvin-Benson atau siklus Calvin. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap, yaitu fase fiksasi, fase reduksi, dan fase regenerasi. Pada fase fiksasi terjadi penambatan CO2 oleh ribulose bifosfat (Ribulose biphosphat = RuBP) menjadi 3-fosfogliserat (3-phosphoglycerate = PGA). Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ribulose bifosfat karboksilase (Rubisco).
Rubisco
6 CO2 + 6 RuBP ---------------------à 12 PGA
Pada fase reduksi
diperlukan ATP dan ion H+ dari NADPH2 untuk mereduksi 3-fosfogliserat (PGA)
menjadi 1,3-bifosfogliserat (PGAP) kemudian membentuk 12 fosfogliseraldehid
(glyceraldehyde-3-phosphat = PGAL atau G3P = glukosa 3-fosfat).
12 ATP 12
ADP 12 NADPH2 12 NADP+
12 PGA --------------------------------à 12 DPGA
---------------------------------à 12 PGAL
Pada fase regenerasi,
molekul PGAL disusun ulang menjadi 3 molekul RuBP yang membutuhkan 3
ATP. PGAL yang lain akan membentuk Glukosa.
12 PGAL à 10 PGAL à RuBP
2 PGAL à Glukosa
Kemosintesis
Tumbuhan hijau menggunakan energi cahaya untuk membentuk bahan makanan berupa karbohidrat atau glukosa. Hal ini tidak terjadi pada beberapa bakteri, seperti bakteri sulfur dan bakteri besi. Bakteri sufur menggunakan energi dari senyawa kimia yaitu hidro-gen sulfida (H2S) dan juga CO2 untuk membentuk karbohidrat. Proses pembentukan bahan makanan dengan menggunakan energi dari bahan-bahan kimia disebut kemosintesis. Bakteri tersebut menguraikan H2S menjadi atom hidrogen dan sulfur. Kemudian pada reaksi gelap, atom-atom hidrogen digunakan untuk mereduksi CO2 dalam membentuk gula atau karbohidrat. Proses tersebut tidak melepaskan oksigen, tetapi menghasilkan sulfur. Persamaan reaksinya sebagai berikut:
Kemosintesis
Tumbuhan hijau menggunakan energi cahaya untuk membentuk bahan makanan berupa karbohidrat atau glukosa. Hal ini tidak terjadi pada beberapa bakteri, seperti bakteri sulfur dan bakteri besi. Bakteri sufur menggunakan energi dari senyawa kimia yaitu hidro-gen sulfida (H2S) dan juga CO2 untuk membentuk karbohidrat. Proses pembentukan bahan makanan dengan menggunakan energi dari bahan-bahan kimia disebut kemosintesis. Bakteri tersebut menguraikan H2S menjadi atom hidrogen dan sulfur. Kemudian pada reaksi gelap, atom-atom hidrogen digunakan untuk mereduksi CO2 dalam membentuk gula atau karbohidrat. Proses tersebut tidak melepaskan oksigen, tetapi menghasilkan sulfur. Persamaan reaksinya sebagai berikut:
CO2 + 2H2S
à
(CH2O) + H2O + 2S
.bmp){kind=link}