buku xii bab 2 (metabolisme)

1

2

3

4

5

6

7

Sumber: Dokumen Penerbit

1

2

3

4

5

6

7

Metabolisme

Katabolisme Anabolisme

Katabolisme

Karbohidrat

Katabolisme

Protein

Katabolisme

Lemak

Respirasi

Fermentasi

Glikolisis

Pembentukan

Asetil KoA

Siklus Krebs

Transpor Elektron

Fermentasi

Alkohol

Fermentasi

Asam Laktat

Fotosintesis

Kemosintesis

Reaksi

Terang

Reaksi

Gelap

Enzim

Struktur Cara Kerja

Faktor-Faktor

yang Berpengaruh

Suhu

pH

Jumlah

Enzim

Konsentrasi

Substrat

Inhibitor

meliputi

meliputi meliputi

terdiri atas

meliputi

tahap-tahap

terbagi menjadi

terdiri atas

melibatkan

memiliki

terdiri atas

1

2

3

4

5

6

7

Metabolisme

A. Enzim

B. Adenosine Triphosphate (ATP)

C. Katabolisme

D. Anabolisme

1

2

3

4

5

6

7

METABOLISME

Seluruh reaksi kimia yang terjadi di dalam sel-sel tubuh

makhluk hidup.

KATABOLISME

Reaksi pemecahan molekul-molekul besar yang

kompleks menjadi molekul-molekul kecil yang lebih

sederhana

ANABOLISME

Reaksi penyusunan molekul-molekul besar dan

kompleks dari molekul-molekul yang lebih kecil dan

sederhana

meliputi:

1

2

3

4

5

6

7

Sumber: Clegg dan Mackean, 2000: 170

1

2

3

4

5

6

7

A. Enzim Biokatalisator

Reaksi-reaksi kimia metabolisme terjadi secara cepat. Semua reaksi tersebut dimungkinkan terjadi karena adanya kerja enzim

Berfungsi meningkatkan kecepatan laju reaksi

kimia, tetapi ia tidak ikut bereaksi

Bersifat spesifik

Artinya, satu jenis enzim hanya dapat

mengatalisis satu jenis reaksi kimia.

1

2

3

4

5

6

7

Enzim yang terbentuk dan terdapat di dalam sel,

di dalam sitoplasma atau nukleus.

Enzim intraseluler

Enzim

ekstraseluler

Enzim

Beberapa jenis enzim dibentuk di

dalam sel, tetapi bekerja di luar sel,

contohnya beberapa enzim-enzim

pencernaan.

1

2

3

4

5

6

7

Struktur

Enzim

Sebagian besar enzim tersusun atas protein. Namun, ada pula

enzim yang terdiri atas komponen tambahan yang bukan

protein. Enzim yang seperti itu dinamakan protein konjugasi.

Komponen enzim yang terdiri atas protein disebut APOENZIM

Komponen enzim yang bukan protein dinamakan KOFAKTOR

Gabungan antara apoenzim (protein enzim) dan kofaktor

(nonprotein) dinamakan HOLOENZIM

Komponen Enzim

1

2

3

4

5

6

7

Kerja

Enzim

Tipe-

tipe

enzim

1

2

3

4

5

6

7

Reaksi kimia yang dikatalis oleh enzim tidak berjalan

spontan, tetapi melalui beberapa tahap, yaitu:

Pembentukan kompleks enzim-substrat

Modifikasi substrat membentuk enzim

yang masih terikat dengan substrat

Pelepasan produk dari ikatan

molekul enzim

1

2

3

4

5

6

7

Suatu

reaksi

katalisis

enzim

1

2

3

4

5

6

7

Teori

mekanisme

kerja enzim LOCK AND KEY

THEORY

Dikemukakan oleh Emil Fischer tahun 1894

Menurut teori ini, enzim bekerja dengan mekanisme kunci dan

anak kunci.

Hanya anak kunci (substrat) dengan ukuran yang sesuai yang

dapat masuk ke lubang kunci (sisi aktif enzim).

1

2

3

4

5

6

7

INDUCED FIT

THEORY

Ditemukan oleh Daniel Koshland

Teori ini berasumsi bahwa substrat berperan

dalam menentukan bentuk akhir enzim dan

bahwa sebagian enzim bersifat fleksibel

Menurut teori ini, pemutusan atau

penggabungan ikatan kimia akan berjalan

lebih aktif

Pada beberapa enzim, bentuk sisi aktif

berubah pada saat molekul substrat melekat,

yaitu menyesuaikan dengan bentuk substrat

1

2

3

4

5

6

7

Faktor-faktor yang

memengaruhi kerja enzim

Aktivitas enzim akan meningkat seiring

dengan meningkatnya suhu hingga

mencapai suhu optimum. Suhu

optimum adalah suhu di mana enzim

dapat bekerja secara maksimal. Makin

jauh di atas suhu optimum, enzim akan

mengalami denaturasi.

Enzim bekerja maksimal pada pH

optimum. pH optimum adalah pH di

mana enzim menyebabkan laju reaksi

yang maksimal. Efektivitas enzim akan

berkurang pada pH sedikit di atas atau

di bawah pH optimum.

Suhu

pH

1

2

3

4

5

6

7

Makin banyak jumlah enzim,

makin cepat laju reaksi yang

dikatalisis, hingga mencapai

kecepatan maksimum

Makin tinggi konsentrasi

substrat, makin cepat laju reaksi

yang terjadi hingga mencapai

kecepatan maksimum. Setelah

mencapai kecepatan maksimum,

penambahan substrat tidak akan

mempercepat laju reaksi

sehingga laju reaksi menjadi

konstan.

Jumlah enzim

Konsentrasi

substrat

1

2

3

4

5

6

7

Inhibitor adalah senyawa kimia yang menghambat kerja

enzim. Contohnya adalah garam-garam logam berat,

seperti air raksa (Hg); senyawa yodium asetat, fluorida,

sianida, dan karbon monoksida. Makin banyak jumlah

inhibitor, makin lambat laju reaksi yang dikatalisis oleh

suatu enzim.

Inhibitor

1

2

3

4

5

6

7

B. Adenosine

Triphosphate [ATP]

Dalam reaksi anabolisme, misalnya reaksi

pembentukan protein dari ratusan molekul

asam amino, diperlukan sejumlah besar

energi dalam bentuk ATP.

Struktur ATP

1

2

3

4

5

6

7

ATP merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi sel-sel hidup.

Adenosine triphosphate adalah nukleotida yang

terdiri atas suatu basa organik (adenin), gula dengan

5 atom karbon (ribosa), dan 3 gugus fosfat yang

saling bersambungan.

ATP

ATP pertama kali diisolasi dari otot manusia

Mengapa

demikian?

Di dalam ATP tersimpan energi utama yang diperlukan untuk

berbagai aktivitas sel. Pada saat terjadi reaksi

katabolisme akan dihasilkan ATP yang akan digunakan dalam

reaksi anabolisme.

1

2

3

4

5

6

7

Energi dalam

ATPdibebaskan

pada saat

pemecahan (hidrolisis) molekul ATP

adenosine diphosphate (ADP) fosfat anorganik (Pi)

hanya dapat terjadi jika

ada enzim

ATP-asemenjadi

ATP + H2O ADP + Pi + Energi (30 – 33 kJ/mol)

air

1

2

3

4

5

6

7

Dari mana sel-sel tubuh dapat memperoleh ATP?

reaksi kimia di dalam tubuhDiperoleh dari

merupakan reaksi oksidasi-reduksi

melibatkan unsur-unsur oksigen, hidrogen, dan elektron

Fosforilasi adalah peristiwa penggabungan senyawa fosfat pada suatu

bentuk senyawa kimia.

Berbagai senyawa organik ataupun anorganik dapat digunakan

sebagai sumber energi dan sekaligus sebagai donor elektron

Selama proses oksidasi-reduksi senyawa-senyawa kimia atau

substrat tersebut, terjadi sintesis ATP

Sintesis ATP dari ADP dan fosfat organik tersebut dinamakan

fosforilasi

1

2

3

4

5

6

7

C.

Kataboli

sme

1. Katabolisme Karbohidrat

dimulai saat terjadi pencernaan makanan

molekul-molekul karbohidrat

kompleks (polisakarida)

molekul-molekul karbohidrat

sederhana (monosakarida)

diuraikan secara

enzimatis

1

2

3

4

5

6

7

RESPIRASI

peristiwa oksidasi biologis yang menggunakan oksigen

sebagai akseptor (penerima) elektron terakhirnya

Dalam proses ini, oksigen direduksi menjadi air (H2O)

Elektron dan hidrogen yang bebas mula-mula

ditangkap oleh NAD (nicotinamide adenine

dinucleotide: suatu substansi yang berasal dari

vitamin niasin) menjadi NADH2, tetapi selanjutnya

atom hidrogen dan elektron diberikan kepada

oksigen melalui sistem transpor elektron sehingga

dihasilkan kembali NAD dan H2O

1

2

3

4

5

6

7

RESPIRASI

AEROB 1) glikolisis;

2) pembentukan asetil koenzim A;

3) siklus Krebs atau siklus asam sitrat;

4) transpor elektron

Tahap-tahap penguraian glukosa

1

2

3

4

5

6

7

GLIKOLISISGlukosa (6C)

Glukosa 6-fosfat (6C) Fruktosa 6-fosfat (6C)

Fruktosa 1,6-difosfat (6C)

Gliseraldehid 3-fosfat (3C) Dihidroksiaseton fosfat (3C)

Gliseraldehid 1,3-difosfat (3C)

Gliseraldehid 3-fosfat (GP) (3C) Gliseraldehid 2-fosfat (3C) Fosfoenolpiruvat (3C)

Enolpiruvat (3C)Piruvat (3C)

ATP

ADP

ATP

ADP

2NAD+

2NAD+ + H+

2Pi

2ADP

2ATP

2ADP

2ATP

1

2

3

4

5

6

7

Jalur metabolisme piruvat sangat tergantung pada kondisi

aerob sel. Jika tersedia oksigen yang cukup, piruvat akan

diubah menjadi asetil KoA dan masuk ke siklus Krebs.

Namun, jika kondisi sel

anoksia (kekurangan

oksigen), piruvat akan

masuk ke jalur fermentasi

membentuk etanol atau

asam laktat.

1

2

3

4

5

6

7

Pada kondisi anaerob, misalnya pada jaringan otot yang aktif, piruvat

yang terbentuk akan direduksi menjadi asam laktat oleh enzim laktat

dehidrogenase.

Asam laktat inilah yang menyebabkan rasa lelah.

piruvat + NADH + H+ → laktat + NAD+

Reaksi glikolisis pada kondisi anaerob meliputi perubahan glukosa menjadi

2 molekul asam laktat serta pembentukan 2 ATP dari 2 ADP dan 2 fosfat.

Dalam kondisi aerob, piruvat tidak direduksi menjadi laktat sehingga

piruvat merupakan produk akhir glikolisis. Peristiwa ini terjadi di dalam

mitokondria.

Setiap NADH yang berasal dari glikolisis dalam jalur fosforilasi oksidatif

hanya menghasilkan dua ATP.

1

2

3

4

5

6

7

PEMBENTUKAN

ASETIL KOENZIM A

Reaksi:

+ 2 NAD+2 piruvat + 2 KoA-SH 2 asetil KoA + 2 CO2 + 2 NADH + H+

Dalam respirasi aerob, dihasilkan 4 molekul NADH dari 1

molekul glukosa, yaitu 2 selama glikolisis dan 2 selama

pembentukan asetil KoA dari piruvat.

1

2

3

4

5

6

7

SIKLUS ASAM

SITRAT [KREBS

CYCLE]

Ditemukan oleh

Sir Hans Krebs

(1937)

Sebelum memasuki siklus asam sitrat, asam piruvat (3 atom karbon) harus

dioksidasi terlebih dahulu menjadi asetil koenzim A atau asetil KoA (2 atom

karbon)

Pada kondisi aerob, glukosa yang telah diubah menjadi asam piruvat melalui

glikolisis akan dioksidasi secara sempurna menjadi air dan karbon dioksida

melalui siklus asam sitrat.

Reaksi siklus asam sitrat terjadi di dalam matriks mitokondria.

piruvat + NAD+ + KoA-SH → asetil KoA + CO2 + NADH + H+

Reaksi ini terjadi di dalam mitokondria dan dikatalisis oleh enzim piruvat

dehidrogenase.

Dua molekul NADH yang terbentuk pada reaksi ini akan memberikan elektronnya

pada rantai transpor elektron, yang selanjutnya akan diterima oleh oksigen. Satu

molekul NADH, melalui transpor elektron, akan menghasilkan 3 molekul ATP

sehingga pada reaksi ini akan dihasilkan 6 ATP

1

2

3

4

5

6

7

SIKLUS ASAM

SITRAT [SIKLUS

KREBS]

1

2

3

4

5

6

7

TRANSPOR

ELEKTRON

[FOSFORILASI

OKSIDATIF]

Transpor elektron terjadi pada membran sebelah dalam mitokondria

merupakan reaksi tahap akhir respirasi sel

Pada transpor elektron, aliran elektron dari senyawa organik menuju

oksigen akan menghasilkan energi untuk membuat ATP dari ADP dan

fosfat

1

2

3

4

5

6

7

FERMENTASI = RESPIRASI ANAEROB

Proses katabolisme untuk memperoleh energi tanpa

menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron

terakhirnya.

Sebagai pengganti oksigen, digunakan senyawa antara,

misalnya asam piruvat atau asetaldehid untuk mengikat

elektron terakhirnya.

Karena tidak menggunakan oksigen, fermentasi disebut

juga respirasi anaerob.

contohnya:

Fermentasi alkohol

Fermentasi asam LAKTAT

1

2

3

4

5

6

7

Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol terutama dilakukan oleh ragi atau

khamir, misalnya Saccharomyces

Secara singkat, reaksi fermentasi alkohol dapat

ditulis sebagai berikut:

Khamir ini bersifat anaerob fakultatif, artinya hidup secara

aerob, tetapi dapat juga hidup atau tumbuh secara anaerob

jika tidak ada oksigen bebas

asam piruvatpiruvat dehidogenase

asetaldehid + CO2

asetaldehid + NADH + H+ alkohol dehidogenaseetanol + NADH+

glukosaenzim

etanol (etil alkohol) + 2CO2 + 2ATP

Dalam fermentasi alkohol, untuk setiap molekul glukosa dihasilkan

dua ATP (lebih sedikit dibandingkan respirasi aerob)

1

2

3

4

5

6

7

Selain untuk membuat tapai, fermentasi

alkohol juga digunakan untuk membuat roti

dan minuman beralkohol, misalnya bir,

anggur (wine), serta tuak.

Dalam pembuatan anggur, sari buah

anggur yang mengandung gula di

fermentasikan menjadi alkohol

1

2

3

4

5

6

7

Fermentasi asam LAKTAT

Umumnya dilakukan oleh mikroorganisme, misalnya

bakteri asam laktat (contohnya Lactobacillus bulgaricus dan

Lactobacillus casei).

Fermentasi asam laktat juga dapat terjadi dalam sel-sel otot. Jika

bekerja terlalu keras, sel-sel otot kita akan mengalami kekurangan

pasokan oksigen. Akibatnya, terjadi kondisi anaerob. Dalam

kondisi demikian, sel-sel otot melakukan fermentasi asam laktat

untuk membentuk ATP.

Proses perubahan asam piruvat menjadi asam laktat dikatalisis oleh

enzim laktat dehidrogenase.

asam piruvatlaktat dehidogenase

asam laktat + NAD++ NADH + H+

glukosaenzim

2 asam laktat + 2H2O + 2ATP+ 2ADP

Pada fermentasi asam laktat, dihasilkan dua ATP untuk setiap

molekul glukosa

1

2

3

4

5

6

7

Perbedaan antara

Fermentasi Alkohol

dan Fermentasi Asam

Laktat

1

2

3

4

5

6

7

KATABOLISME

LEMAK

Setelah berada di dalam mitokondria, asam lemak akan mengalami oksidasi

untuk menghasilkan energi. Oksidasi asam lemak terjadi dalam dua tahap, yaitu

oksidasi asam lemak yang menghasilkan residu asetil KoA dan oksidasi asetil

KoA menjadi karbon dioksida melalui siklus Krebs.

Oksidasi Asam Lemak yang

Menghasilkan Residu Asetil KoA

Pada tahap ini asam lemak akan mengalami pemotongan dua unit karbon

berturut-turut secara oksidatif yang dimulai dari ujung karboksil asam lemak.

Dari setiap pemotongan akan dihasilkan satu unit asetil berkarbon dua, yaitu

asetil KoA.

disebut juga beta oksidasi.

1

2

3

4

5

6

7

Oksidasi Asetil KoA Menjadi Karbon

Dioksida melalui

Siklus Krebs

Pada tahap ini, asetil KoA akan dioksidasi menjadi karbon dioksida

dan air melalui siklus Krebs yang juga terjadi di dalam mitokondria.

Kedua tahap oksidasi asam lemak ini akan menyebabkan adanya aliran

melalui rantai transpor elektron dan akan dihasilkan ATP dari ADP melalui

mekanisme fosforilasi oksidatif.

Oksidasi 1 molekul asam lemak (16 atom karbon) menghasilkan energi

yang besar, yaitu 131 ATP. Bandingkan dengan oksidasi 1 molekul glukosa

(6 atom karbon) yang hanya menghasilkan 38 ATP.

1

2

3

4

5

6

7

KATABOLISME protein

Di dalam sistem pencernaan makanan, protein dapat

diuraikan/dirombak oleh enzim protease menjadi peptida-

peptida yang lebih sederhana, yaitu asam-asam amino.

Selanjutnya, asam-asam amino tersebut mengalami

deaminasi, yaitu pemutusan gugus amino (–NH2) dari

asam amino.

Asam-asam amino mengalami deaminasi oksidatif di

dalam sel-sel hati.

Pada mamalia, gugus amino hasil deaminasi diubah

menjadi amonia (NH3) dan diekskresikan dalam bentuk

urea.

Sementara itu, rantai (rangka) karbon yang tersisa

masuk ke jalur respirasi glukosa melalui beberapa titik,

bergantung pada jumlah atom karbonnya.

1

2

3

4

5

6

7

Metabolisme karbohidrat,

lemak, dan protein

1

2

3

4

5

6

7

D.

Anaboli

sme

reaksi PENYUSUNAN SENYAWA KOMPLEKS dari

SENYAWA-SENYAWA SEDERHANA, misalnya sintesis asam

lemak, sintesis asam amino, atau sintesis berbagai metabolit

sekunder lainnya

Berdasarkan sumber energi yang dipakai, dibedakan menjadi

Fotosintesis Kemosintesis

1

2

3

4

5

6

7

Fotosintesis

peristiwa PENYUSUNAN SENYAWA KARBON ORGANIK DARI

SENYAWA KARBON ANORGANIK dengan bantuan ENERGI

CAHAYA.

Apakah peran cahaya

matahari dalam

fotosintesis?

Cahaya matahari berperan sebagai sumber energi. Besar kecilnya energi

yang dikandung cahaya bergantung pada panjang gelombangnya.

Cahaya matahari yang dapat digunakan untuk fotosintesis adalah yang

memiliki panjang gelombang tertentu.

Sebagai contoh, klorofl a hanya dapat menyerap secara maksimum

cahaya dengan panjang gelombang sekitar 600-700 nm, sedangkan

klorofl b menyerap cahaya dengan panjang gelombang 400-500 nm

1

2

3

4

5

6

7

Letak

kloroplas

dalam sel

Pada daun,

kloroplas banyak

dijumpai pada

jaringan bunga

karang (spons) dan

jaringan palisade

atau jaringan tiang.

1

2

3

4

5

6

7

Tempat

berlangsung

nya

fotosintesis

Di dalam kloroplas terdapat butiran-butiran yang disebut

GRANUM (jamak: GRANA). Antara granum yang satu dan

granum yang lain dihubungkan oleh suatu lamela yang

disebut LAMELA ANTARGRANUM. Satu granum tersusun

oleh unit yang disebut TILAKOID. Klorofil a dan klorofil b

terdapat di dalam membran tilakoid tersebut. Grana terdapat

di dalam cairan yang disebut STROMA. Pigmen penyerap

cahaya yang tersusun atas klorofil a serta klorofil b terdapat

pada membran tilakoid dan membentuk kelompok-kelompok

yang disebut FOTOSISTEM (satuan fungsional penangkap

cahaya).

1

2

3

4

5

6

7

Struktur suatu fotosistem

1

2

3

4

5

6

7

Tahap-Tahap

Fotosintesis

Reaksi Terang

Reaksi terang terjadi jika ada cahaya matahari dan

berlangsung di dalam bagian grana. Pada reaksi terang terjadi

penyerapan energi matahari oleh klorofil untuk diubah

menjadi energi kimia yang tersimpan dalam dua jenis molekul

berenergi tinggi, yaitu ATP dan NADPH. Pada saat reaksi

terang terjadi FOTOLISIS (penguraian air oleh cahaya

menjadi hidrogen dan oksigen).

Selama reaksi terang terdapat dua jalur aliran elektron,

yaitu FOTOFOSFORILASI NONSIKLIS dan

FOTOFOSFORILASI SIKLIS.

1

2

3

4

5

6

7

Fotofosforilasi nonsiklis dan

fotofosforilasi siklis

dalam reaksi terang

1

2

3

4

5

6

7

Fotofosforilasi siklis merupakan reaksi terang yang paling

sederhana karena hanya melibatkan FS I.

Aliran elektronnya membentuk siklus karena elektron yang

tereksitasi yang berasal dari P700 pada pusat reaksi, sering kali

kembali ke P700.

Untuk setiap elektron yang masuk ke fotofosforilasi siklis,

disintesis 1 ATP melalui kemiosmosis.

Pada jalur ini tidak terbentuk NADPH dan oksigen.

1

2

3

4

5

6

7

Pembentukan ATP melalui kemiosmosis

terjadi di dalam membran tilakoid.

1

2

3

4

5

6

7

Reaksi Gelap

Reaksi ini terjadi di dalam bagian STROMA. Pada reaksi

gelap, ATP dan NADPH yang dihasilkan pada reaksi terang

digunakan sebagai sumber energi untuk MEREDUKSI

KARBON DIOKSIDA menjadi GLUKOSA. Pembentukan

glukosa dari karbon dioksida adalah melalui SIKLUS

CALVIN BENSON.

1

2

3

4

5

6

7

Faktor yang

memengaruhi

fotosintesis

Faktor

genetikSuhu

Mineral

AirCahaya

Karbon

dioksida

1

2

3

4

5

6

7

Kemosintesis

Reaksi biosintesis yang menggunakan energi dari reaksi

kimia.

Nitrobacter

Thiobacillus thio-oxidans

Kemosintesis dapat dilakukan oleh beberapa jenis bakteri, seperti

bakteri belerang, bakteri besi, dan bakteri nitrifikasi.

mengoksidasi nitrit menjadi

nitrat

mengoksidasi sulfur (belerang)

anorganik menjadi asam sulfat