Metabolisme Sel Kelas 12

METABOLISME SEL

Sel hidup adalah suatu miniature industri kimiawi, dimana ribun reaksi terjadi di dalam suatu ruangan mikroskopik. Gula diubah menjadi asam amino, demikian juga sebaliknya. Molekul-molekul kecil juga dirakit menjadi polimer, yang bisa dihidrolisis pada suatu waktu sesuai dengan perubahan kebutuhan sel.

             Pada tumbuhan dan hewan, banyak sel menghasilkan bahan kimiawi yang kemudian dikirimkan untuk digunakan pada bagian lain organism itu. Proses kimiawi yang dikenal ebagai respirasi seluler akan menggerakkan ekonomi seluler dengan cara mengekstraksi energy yang tersimpan dalam guladan cadangan makanan lain. Sel-sel menggunakan energy ini untuk melaksanakan berbagai jenis kerja.

            Pada contoh yang lain, sel-sel fungi pada foto mengubah energi yang tersimpan dalam molekul organic tertentu menjadi cahaya, suatu proses yang disebut bioluminensensi. (cahaya tersebut dapat menarik serangga yang akan membantu fungi itu untuk menyebarkan sporanya). Biolumensensi dan semua aktivitas metabolik lain yang dilaksanakan oleh sel dikoordinasikan dan dikontrol dengan sangat cermat. Sel sebagai suatu lembaga kimiawi tak ada bandingnya dalam kerumitannya, efisiensinya, integrasimya, dan responsivitasnya terhadap perubahan yang sedikit saja. Konsep metabolisme yang akan dipelajari pada bab ini akan membantu kita memahami lebih jauh mengenai hubungan antara kimia dan kehidupan.

A. Pengertian Metabolisme Sel 

            Metabolisme sel merupakan aktivitas hidup yang dijalankan oleh sebuah sel yang merupakann  unit kehidupan yang terkecil.

            Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup atau sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.

B. Enzim

 Enzim merupakan molekul protein kompleks yang dihasilkan sel hidup dan berfungsi sebagai biokatalisator. Enzim bekerja dalam mempercepat reaksi dengan menurunkan anergi aktivasi (EA) sehingga membuat reaksi dapat berlangsung dalam suhu atau kondisi normal. Molekul yang wujud pertamanya dikenal dengan nama substrat akan dioptimalkan perubahannya menjadi molekul yang lebih sederhana berupa produk yang siap diserap tubuh.

Dalam proses proses reaksi biokimia tersebut, enzim mampu mempercepat lintasan metabolisme. Ia bekerja dengan melakukan reaksi bersama dengan molekul pada substrat. Nah, jika sebelumnya kita telah membahas secara mendetail mengenai pengertian enzim dan cara kerjanya, kali ini kita akan membahas lebih mendalam mengenai sifat-sifat enzim.

Sifat Sifat Enzim

Spesifitas enzim sangat tinggi terhadap substratnya. Substrat adalah reaktan yang diolah pada reaksi yang dikatalisasi oleh enzim (enzimatik). Enzim memiliki sifat khas terhadap suatu substrat tertentu, kekhasan inilah yang menjadi ciri suatu enzim. Adapun sifat-sifat khas yang dimiliki suatu enzim tersebut antara lain:

1. Sebagai katalisator

Sifat-sifat enzim yang pertama ialah ia berperan sebagai katalisator. Enzim adalah katalis yang dapat mengubah laju reaksi tanpa ikut bereaksi. Tanpa kehadiran enzim, suatu reaksi itu sangat sukar terjadi, sementara dengan kehadiran enzim kecepatan reaksinya dapat meningkat 107 - 1013 kali.

Sebagai contoh enzim katalase yang mengandung ion besi (Fe) mampu menguraikan 5.000.000 molekul hidrogen peroksida (H2O2) permenit pada 00C. H2O2 hanya dapat diuraikan oleh atom besi, tetapi satu atom besi akan memerlukan waktu 300 tahun untuk menguraikan sejumlah molekul H2O2 yang oleh satu molekul katalase yang mengandung satu atom besi diuraikan dalam satu detik.

2. Enzim bekerja secara spesifik dan selektif Enzim bekerja secara spesifik, artinya enzim tertentu hanya dapat mengadakan pengubahan pada zat tertentu pula. Dengan kata lain, enzim hanya dapat mempengaruhi satu reaksi dan tidak dapat mempengaruhi reaksi lain yang bukan bidangnya. Satu enzim khusus untuk satu substrat, misalnya enzim katalase hanya mampu menghidrolisis H2O2 menjadi H2O dan O2.

3. Enzim bersifat bolak-balik

Sifat-sifat enzim selanjutnya adalah bekerja bolak-balik karena dapat ikut bereaksi tanpa mempengaruhi hasil akhir dan akan terbentuk kembali pada hasil reaksi sebagai enzim. Ketika ikut bereaksi, struktur kimia enzim berubah, tetapi pada akhir reaksi struktur kimia enzim akan terbentuk kembali seperti semula.

Misalnya enzim lipase dapat mengubah lemak menjadi asam lemak dan gliserol. Sebaliknya, lipase juga mampu menyatukan gliserol dan asam lemak menjadi lemak. Enzim tidak hanya menguraikan molekul kompleks, tetapi juga dapat membentuk molekul kompleks dari molekul-molekul sederhana penyusunnya (reaksi bolak-balik).

4. Seperti protein

Enzim memiliki sebagian besar sifat protein yaitu dipengaruhi oleh suhu dan pH. Pada suhu rendah protein enzim akan mengalami koagulasi dan pada suhu tinggi akan mengalami denaturasi.

5. 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.

6. Hanya diperlukan dalam jumlah sedikit

Oleh karena enzim berfungsi sebagai katalisator, tetapi tidak ikut bereaksi, maka jumlah yang dipakai sebagai katalis tidak perlu banyak. Satu molekul enzim dapat bekerja berkali-kali, selama molekul tersebut tidak rusak.

7. Merupakan koloid

Karena enzim tersusun atas komponen protein, maka sifat-sifat enzim tergolong koloid. Enzim memiliki permukaan antar partikel yang sangat besar sehingga bidang aktivitasnya juga besar.

8. Enzim mampu menurunkan energi aktivasi

Suatu reaksi kimia dapat terjadi jika molekul yang terlibat memiliki cukup energi internal untuk membawanya ke puncak bukit energi menuju bentuk reaktif yang disebut tahap transisi. Energi aktivasi suatu reaksi adalah jumlah energi dalam kalori yang diperlukan untuk membawa semua molekul pada 1 mol senyawa pada suhu tertentu menuju tingkat transisi pada puncak batas energi. Apabila suatu reaksi kimia ditambahkan katalis -yaitu enzim, maka energi aktivasi dapat diturunkan dan reaksi akan berjalan dengan lebih cepat.

Faktor Mempengaruhi Kinerja Enzim

1. Pengaruh Temperatur

Karena enzim adalah zat yang tersusun atas protein, maka enzim juga memiliki sifat thermolabil atau sifat mudah rusak karena pengaruh suhu. Oleh karena itu, suhu atau temperatur termasuk salah satu faktor yang mempengaruhi kerja enzim. Suhu terlalu tinggi akan membuat enzim mengalami denaturasi protein atau kerusakan, sementara suhu yang terlalu rendah akan membuat reaksi kerja enzim terhambat.

Masing-masing enzim memiliki suhu optimum yang berbeda. Akan tetapi, rata-rata enzim dapat bekerja pada suhu optimum antara 30 sd 40 derajat Celcius.

Umumnya enzim tidak akan menunjukan reaksi jika suhu di sekitarnya turun hingga 0 derajat Celcius. Akan tetapi, pada suhu ini enzim tidak akan rusak. Ia akan bekerja dan aktif kembali jika suhu telah normal. Enzim baru akan rusak jika terkena pengaruh temperatur yang tinggi. Enzim rusak bila kondisi suhu disekitarnya mencapai 60 derajat Celcius. Secara sederhana, pengaruh suhu terhadap kerja enzim dapat dilihat pada gambar atau grafik di bawah ini!

2. Pengaruh pH

Selain suhu, pH juga termasuk salah satu faktor yang mempengaruhi kerja enzim. Perubahan pH pada lingkungan sekitar enzim akan membuat perubahan asam amino kunci di sisi aktif enzim. Hal ini membuat sisi aktif enzim terhalangi untuk dapat bergabung dengan substrat. pH optimum yang diperlukan masing-masing enzim mempunyai kisaran yang berbeda, tergantung dari jenis enzimnya. Secara sederhana, grafik pengaruh pH terhadap laju reaksi enzim dapat dilihat pada gambar di samping.

3. Pengaruh Konsentrasi Substrat dan Enzim

Reaksi kerja enzim dapat optimum jika perbandingan antara konsentrasi substrat dan enzim berada dalam jumlah yang seimbang. Bila jumlah enzim lebih sedikit dibanding jumlah substratnya, maka reaksi hanya akan berjalan lambat sehingga ada beberapa substrat yang tidak terkatalisasi. Sementara, bila jumlah enzim lebih banyak dibanding jumlah substratnya, maka reaksi akan berjalan sangat cepat.

Secara sederhana, pengaruh konsentrasi sebagai faktor yang mempengaruhi kerja enzim dapat dilihat pada grafik 

4. Pengaruh Inhibitor

Laju reaksi enzim sebagai biokatalisator suatu substrat juga dipengaruhi adanya zat penghambat atau inhibitor. Bila inhibitor ditambahkan atau muncul dalam lingkungan reaksi, maka kecepatan kerja enzim akan menurun. Cara kerja inhibitor ini adalah dengan membentuk ikatan kompleks enzim-nhibitor yang masih mampu atau tidak mampu bereaksi dengan substratnya.

Secara umum, ada 2 jenis inhibitor dalam faktor yang mempengaruhi kerja enzim. Keduanya yaitu inhibitor kompetitif dan inhibitor non kompetitif.

a. Inhibitor kompetitif

Inhibitor kompetitif adalah inhibitor yang mempunyai struktur mirip dengan substrat. Oleh karenanya, antara inhibitor dan substrat akan saling bersaing dalam melakukan ikatan dan bergabung dengan sisi aktif enzim. Bila inhibitor yang lebih dulu berikatan, maka substrat tidak akan terkatalis, begitupun sebaliknya. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar ilustrasi mekanisme penghambatan oleh inhibitor kompetitif pada gambar di bawah ini.

b. Inhibitor non kompetitif

Inhibitor non kompetitif adalah inhibitor yang jika telah melakukan ikatan pada suatu bagian enzim mampu mengubah sisi aktif enzim menjadi tidak sesuai dengan struktur substrat. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar ilustrasi mekanisme penghambatan oleh inhibitor non kompetitif pada gambar di atas.

Cara Kerja Enzim

Seperti pernah disinggung di artikel sebelumnya, sebagian besar enzim bekerja secara khas yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Adapun perbedaan struktur kimia tiap-tiap enzim tersebut sedikit banyak akan berpengaruh terhadap bagaimana cara kerja enzim tersebut sebagai biokatalisator dalam proses pencernaan makanan.

Gambar Mekanisme Kerja Enzim menurut Teori Lock and Key 

Mekanisme Cara Kerja Enzim

Cara kerja enzim sebagai biokatalisator dilakukan melalui percepatan reaksi dengan cara menurunkan energi yang diperlukan untuk berlangsungnya reaksi kimia di dalam sel hidup. Zat yang akan dikatalis oleh enzim disebut substrat. Substrat akan berikatan dengan enzim pada daerah yang disebut sisi aktif. Sisi aktif pada enzim hanya dapat berikatan dengan substrat tertentu. Oleh karena itu, enzim bekerja sebagai spesifik dan 1 jenis enzim hanya akan terlibat dalam satu jenis reaksi saja.

Cara kerja enzim tersebut terbilang unik, meskipun enzim ikut serta dalam reaksi dan mengalami perubahan fisik selama reaksi, enzim akan tetap kembali ke keadaan semula jika proses reaksi telah selesai. Proses dan cara kerja enzim di dalam tubuh akan menghasilkan senyawa intermediat dalam reaksi organik dengan energi rendah. Enzim merangsang laju reaksi kimia dengan pembentukan kompleks dan substrat sehingga dapat menekan energi aktivasi yang diperlukan tubuh dalam reaksi biokimia. 

Secara lebih jelas, mekanisme cara kerja enzim dapat dijelaskan melalui alur berikut:

1. Menciptakan lingkungan yang transisinya terstabilisasi untuk menurunkan energi aktivasi, misalnya dengan cara mengubah substrat.
2. Meminimalkan energi transisi dengan membuat lingkungan reaksi terdistribusi muatan berlawanan dan tanpa mengubah bentuk substrat sedikit pun.
3. Melalui pembentukan lintasan reaksi alternatif.
4. Menggiring substrat ke orientasi yang tepat untuk bereaksi dengan menurunkan entropi reaksi.

Ditinjau dari cara kerja enzim tersebut, bagian enzim yang aktif sebagai katalis dianggap memiliki gugus prostetik dengan bentuk sangat spesifik sehingga hanya dapat bereaksi dengan molekul yang bentuknya spesifik pula. Melalui anggapan tersebut, beberapa ahli mengambil hipotesis bahwa cara kerja enzim sesuai dengan teori teori kunci gembok (lock and key) yang dipopulerkan oleh Emil Fischer, serta teori teori induksi pas (induced fit) yang dipopulerkan oleh Daniel Kashland.

1. Teori Lock and Key

Menurut teori lock and key, cara kerja enzim mirip dengan mekanisme kerja kunci dan gembok. Enzim diibaratkan sebagai kunci yang memiliki sisi aktif, sedangkan substratnya diibaratkan sebagai gembok. Substrat memasuki sisi aktif dari enzim seperti halnya kunci memasuki gembok. Substrat tersebut kemudian diubah menjadi produk tertentu. Produk inilah yang kemudian dilepaskan dari sisi aktif enzim untuk kemudian enzim siap menerima substrat baru.

2. Teori Induced Fit

Berdasarkan teori induksi pas (induced fit), enzim diibaratkan dapat melakukan penyesuaian bentuk untuk berikatan dengan suatu substrat. Hal ini ditujukan untuk meningkatkan kecocokan dengan substrat dan membuat ikatan antara enzim dan substrat menjadi lebih reaktif.

Gambar Mekanisme Kerja Enzim menurut Teori Induksi Pas 

Molekul enzim mempunyai sisi aktif tempat menempelnya substrat sehingga terbentuklah molekul kompleks enzim substrat. Pengikatan substrat menginduksi penyesuaian pada enzim sehingga meningkatkan kecocokan antara keduanya dan mendorong molekul kompleks enzim-enzim substrat ada dalam kondisi yang lebih reaktif. Saat substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif akan termodifikasi melingkupinya dan membentuk kompleks. Saat produk sudah lepas dari kompleks, enzim berubah menjadi tidak aktif lagi dan menjadi bentuk yang lepas. Substrat lain pun kemudian kembali bereaksi dengan enzim tersebut. Begitu seterusnya.

C. Anabolisme

Anabolisme adalah proses menyusun beberapa senyawa organik sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks.

Sederhananya, anabolisme adalah reaksi kimia yang menyusun senyawa sederhana menjadi senyawa yang lebih kompleks. Reaksi ini terjadi di dalam tubuh tubuh manusia

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.

Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar: 

1. Produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida. 
2. Aktivasi senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. 
3. 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.

Hasil-hasil anabolisme berguna dalam fungsi yang esensial (diperlukan). Hasil-hasil tersebut misalnya glikogen dan protein sebagai bahan bakar dalam tubuh, asam nukleat untuk pengkopian informasi genetik.

Protein, lipid, dan karbohidrat menyusun struktur tubuh makhluk hidup, baik intraselular maupun ekstraselular. Bila sintesis bahan-bahan ini lebih cepat dari perombakannya, maka organisme akan tumbuh.

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari.

Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi.

Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

Daun tempat berlangsungnya fotosintesis. Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel, tetapi hanya pada sel yang mengandung pigmen fotosintetik. Sel yang tidak mempunyai pigmen fotosintetik ini tidak mampu melakukan proses fotosintesis.

Pada percobaan Jan Ingenhousz, dapat diketahui bahwa intensitas cahaya mempengaruhi laju fotosintesis pada tumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena perbedaan energi yang dihasilkan oleh setiap spektrum cahaya.

Di samping adanya perbedaan energi tersebut, faktor lain yang menjadi pembeda adalah kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya yang berbeda tersebut. Perbedaan kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya tersebut disebabkan adanya perbedaan jenis pigmen yang terkandung pada jaringan daun. 

Di dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan jaringan pagar. Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung pigmen hijau klorofil. Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan penting dalam menyerap energi matahari.

Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk batang dan buah yang belum matang. Di dalam kloroplas terdapat pigmen klorofil yang berperan dalam proses fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Membran stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli.          

Di dalam stroma juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana (kumpulan granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid. Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa komponen seperti protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid.

Secara keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun perak (Cu). Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid.

Sedangkan, pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma. Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem. 

Struktur kloroplas:

1. Membran luar
2. Ruang antar membrane
3. Membran dalam (1+2+3: bagian amplop)
4. Stroma
5. Lumen tilakoid (inside of thylakoid)
6. Membran tilakoid
7. Granum (kumpulan tilakoid)
8. Tilakoid (lamella)
9. Pati
10. Ribosom
11. DNA plastid
12. Plastoglobula

Fotosintesis Tumbuhan

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa berikut ini:

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas.

Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia. Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis.            

Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.

Proses Fotosintesis

Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri.  Pada tumbuhan, organ utama tempa berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.

Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida

Proses Fotosintesis

fotosintesis dapat dibedakan menjadi dua proses reaksi yang memerlukan cahaya dan reaksi yang tidak memerlukan cahaya. Reaksi yang memerlukan cahaya disebut juga reaksi terang. Reaksi ini secara langsung berhubungan dengan pigmen dan tilakoid di kloroplas. Adapun reaksi yang tidak memerlukan cahaya disebut juga reaksi gelap, terjadi di stroma dan matriks klorofil.

Reaksi terang dan reaksi gelap pada kloroplas

Reaksi Terang

Proses dari reaksi terang adalah pusat fotosintesis. Pusat reaksi tersusun atas molekul klorofil yang dikelilingi oleh molekul lain yang mampu menerima elektron. Pusat reaksi terang disebut fotosistem yang terdiri atas kompleks protein, klorofil, dan pigmen lain yang menyerap cahaya. Fotosistem ini terdapat di membran tilakoid.

Pada tumbuhan dan alga terdapat dua pusat reaksi yang bekerja secara teratur. Pusat reaksi ini ditemukan karena memiliki penyerapan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Fotosistem I memiliki penyerapan cahaya maksimum 700 nm, karena pada fotosistem I terdapat pigmen yang dapat menyerap panjang gelombang maksimum 700 nm (p700). Fotosistem II memiliki penyerapan cahaya maksimum 680 nm dengan pigmen yang dapat menyerap panjang gelombang maksimum 680 nm (p680). Meskipun fotosistem I ditemukan lebih dahulu, reaksi transfer elektron berawal dari fotosistem II. Elektron bergerak dari fotosistem II ke fotosistem I.

Ketika cahaya matahari (foton) mengenai fososistem II, akan menyebabkan elektronnya tereksitasi (keluar). Elektron ini akan digantikan oleh elektron hasil hidrolisis dari molekul air. Peristiwa pemecahan molekul air pada fotosintesis ini disebut fotolisis.

Dapat Anda lihat bahwa fotolisis menyediakan elektron (e–). Selain itu juga, proses ini menghasilkan oksigen (O2) dan pasangan proton bebas (H+) di dalam tilakoid. Pada reaksi inilah sumber oksigen di bumi dihasilkan.

Bagaimanakah proses fotosintesis selanjutnya? Elektron yang dihasilkan akan memasuki sistem transfer elektron. Reaksi transfer elektron ini dapat dibedakan menjadi reaksi nonsiklik dan reaksi siklik.

Reaksi nonsiklik

Elektron yang tereksitasi dari fotosistem II bergerak melalui rangkaian akseptor elektron, seperti plastoquinon, sitokrom f, dan plastosianin. Pada proses tersebut dilepaskan energi yang ditangkap oleh ADP menjadi ATP. Selanjutnya elektron mencapai fotosistem I.

Seperti fotosistem II, fotosistem I merupakan molekul kompleks yang dapat melepaskan elektron yang dipicu oleh cahaya matahari. Elektron yang terlepas dari fotosistem I segera digantikan oleh elektron dari fotosistem II.

Elektron berenergi tinggi yang dilepaskan fotosistem I akan bergerak melalui rangkaian akseptor elektron baru. Pada akhirnya, elektron tersebut digunakan untuk mereduksi NADP (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate) menjadi NADPH.

Reaksi nonsiklik

Pada reaksi ini, elektron yang dilepas fotosistem I tidak kembali lagi ke fotosistem I. Pembentukan ATP dari reaksi nonsiklik ini disebut juga fotofosforilasi nonsiklik.

Reaksi siklik

Pada beberapa kasus, terjadi pola pergerakan elektron yang berbeda. Pola ini disebut reaksi siklik, karena elektron yang dilepaskan fotosistem I selalu kembali pada fotosistem I. Ketika elektron melalui beberapa akseptor elektron, energi yang dilepaskan digunakan untuk membentuk ADP menjadi ATP.

Reaksi siklik

Pembentukan ATP melalui reaksi siklik disebut juga fotofosforilasi siklik. Reaksi ini dilakukan jika ATP yang dibuat kurang dan banyak terjadi pada bakteri fotoautototrof.

Reaksi Gelap

Reaksi gelap merupakan langkah selanjutnya setelah reaksi terang. Reaksi ini terjadi di stroma kloroplas. Reaksi terang telah menyediakan energi kimia pada stroma kloroplas dalam bentuk ATP dan NADPH. Energi ini akan digunakan untuk menghasilkan glukosa, yaitu hasil akhir reaksi fotosintesis.

Reaksi gelap memerlukan ATP, NADPH, CO2, rangkaian enzim, serta kofaktor yang dapat ditemukan pada stroma kloroplas. Reaksi ini dijelaskan pertama kali oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi ini disebut juga siklus Calvin-Benson. Perhatikan gambar berikut.

Siklus Calvin-Benson

Fase Fiksasi

Berdasarkan gambar tersebut, langkah pertama siklus Calvin-Benson adalah fiksasi CO2 dari udara oleh ribulosa bifosfat (RuBP) dengan bantuan enzim rubisko. Fiksasi ini membentuk senyawa beratom C6. Hasil yang tidak stabil tersebut dipecah menjadi 2 senyawa C3 (3-fosfogliserat). Oleh karena itu, setiap 3 molekul CO2 yang masuk akan menghasilkan enam molekul 3-fosfogliserat.

Fase Reduksi

Pada fase reduksi, NADPH mereduksi 3-fosfogliserat menjadi 3-fosfogliseraldehid (G3P) dengan bantuan ATP. Untuk membuat 1 molekul G3P, siklus tersebut memerlukan atom karbon dari tiga molekul CO2.

Sebenarnya siklus ini mengambil satu karbon setiap satu siklusnya. Namun pada awal reaksi, digunakan 3 molekul CO2 sehingga satu siklus reaksi ini menghasilkan 1 molekul G3P utuh.

Pelepasan satu molekul G3P

Lima molekul G3P dari langkah kedua tetap berada dalam siklus. Satu molekul G3P yang dilepaskan dari siklus merupakan hasil bersih fotosintesis. Sel tumbuhan menggunakan dua molekul G3P untuk membentuk satu molekul glukosa.

Fase regenerasi RuBP

Rangkaian reaksi kimia menggunakan energi ATP untuk menyusun kembali atom pada lima molekul G3P (total 15 atom C). Hal tersebut untuk membentuk tiga molekul RuBP yang akan digunakan kembali dalam siklus Calvin-Benson.

Kemosintesis

Kemosintesis merupakan contoh reaksi anabolisme selain fotosintesis. Kemosintesis adalah konversi biologis satu molekul karbon atau lebih (biasanya karbon dioksida atau metana), senyawa nitrogen dan sumber makanan menjadi senyawa organik dengan menggunakan oksidasi molekul anorganik (contohnya gas hidrogen, hidrogen sulfida) atau metana sebagai sumber energi, daripada cahaya matahari, seperti pada fotosintesis. Dalam penjelasan yang lebih sederhana, kemosintesis adalah anabolisme yang menggunakan energi kimia. Energi kimia yang digunakan pada reaksi ini adalah energi yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yaitu reaksi oksidasi.

Organisme autotrof yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof. Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri nitrogen (Nitrosomonas dan Nitrosococcus). Banyak mikroorganisme di daerah laut dalam menggunakan kemosintesis untuk memproduksi biomassa dari satu molekul karbon. Dua kategori dapat dibedakan. Pertama, di tempat yang jarang tersedia molekul hidrogen, energi yang tersedia dari reaksi antara CO2 dan H2 (yang mengawali produksi metana, CH4) dapat menjadi cukup besar untuk menjalankan produksi biomassa. Kemungkinan lain, dalam banyak lingkungan laut, energi untuk kemosintesis didapat dari reaksi antara O2 dan substansi seperti hidrogen sulfida atau amonia. Pada kasus kedua, mikroorganisme kemosintetik bergantung pada fotosintesis yang berlangsung di tempat lain dan memproduksi O2 yang mereka butuhkan.
Reaksi kemosintesis pada bakteri belerang berlangsung sebagai berikut.



Bakteri nitrogen, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi hasil dengan cara mengoksidasi NH3 yang telah bereaksi dengan CO2 dan membentuk amonium karbonat ((NH4)2CO3).



Jenis bakteri lain yang mampu melaksanakan kemosintesis antara lain Nitrobacter. Bakteri ini mampu mengoksidasi senyawa nitrit dalam mediumnya. Hasilnya adalah senyawa nitrat dan membebaskan energi yang akan dipergunakan untuk menyintesis senyawa organik.

KATABOLISME

Katabolisme adalah reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Penguraian senyawa ini menghasilkan atau melepaskan energi berupa ATP yang biasa digunakan organisme untuk beraktivitas.

Katabolisme

Katabolisme mempunyai dua fungsi, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain, dan menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas sel. Reaksi yang umum terjadi adalah reaksi oksidasi.Energi yang dilepaskan oleh reaksi katabolisme disimpan dalam bentuk fosfat, terutama dalam bentuk ATP (Adenosin trifosfat) dan elektron berenergi tinggi NADH2 (Nikotilamid adenin dinukleotida H2) serta FADH2 (Flavin adenin dinukleotida H2).

Tabel Tahapan Katabolisme

No	Tahapan	Tempat	Sustrat	Hasil
1	Glikolisis	Sitoplasma	C6H12O6	2ATP, 2 Asam piruvat, 2NADH
2	Dekarboksilasi oksidatif	Mitokondria	Asam piruvat	Asetil CO-A
3	Siklus asam sitrat	Matriks mitokondria	Asetil CO-A	NADH2 + ATP
4	Transpor elektron	Membran dalam mitokondria	NADH2 dan FADH2	30ATP + 4ATP + H2O+ CO2
5	Siklus Krebs	Matriks mitokondria	Glukosa	34 ATP

Respirasi sel

Respirasi sel adalah jalur metabolisme yang menghasilkan energi (dalam bentuk ATP dan NADPH) dari molekul-molekul bahan bakar (karbohidrat, lemak, dan protein). Jalur-jalur metabolisme respirasi sel juga terlibat dalam pencernaan makanan.

Respirasi dalam biologi adalah proses mobilisasi energi yang dilakukan jasad hidup melalui pemecahan senyawa berenergi tinggi (SET) untuk digunakan dalam menjalankan fungsi hidup. Dalam pengertian kegiatan kehidupan sehari-hari, respirasi dapat disamakan dengan pernapasan.

Namun demikian, istilah respirasi mencakup proses-proses yang juga tidak tercakup pada istilah pernapasan. Respirasi terjadi pada semua tingkatan organisme hidup, mulai dari individu hingga satuan terkecil, sel. Apabila pernapasan biasanya diasosiasikan dengan penggunaan oksigen sebagai senyawa pemecah, respirasi tidak melulu melibatkan oksigen.

Proses Katabolisme

Pada dasarnya, respirasi adalah proses oksidasi yang dialami SET sebagai unit penyimpan energi kimia pada organisme hidup. SET, seperti molekul gula atau asam-asam lemak, dapat dipecah dengan bantuan enzim dan beberapa molekul sederhana.

Karena proses ini adalah reaksi eksoterm (melepaskan energi), energi yang dilepas ditangkap oleh ADP atau NADP membentuk ATP atau NADPH. Pada gilirannya, berbagai reaksi biokimia endotermik (memerlukan energi) dipasok kebutuhan energinya dari kedua kelompok senyawa terakhir ini.

Kebanyakan respirasi yang dapat disaksikan manusia memerlukan oksigen sebagai oksidatornya. Reaksi yang demikian ini disebut sebagai respirasi aerob. Namun demikian, banyak proses respirasi yang tidak melibatkan oksigen, yang disebut respirasi anaerob. Yang paling biasa dikenal orang adalah dalam proses pembuatan alkohol oleh khamir Saccharomyces cerevisiae.

Berbagai bakteri anaerob menggunakan belerang (atau senyawanya) atau beberapa logam sebagai oksidator. Respirasi dilakukan pada satuan sel. Proses respirasi pada organisme eukariotik terjadi di dalam mitokondria.

Glikolisis

Glikolisis merupakan proses pengubahan glukosa menjadi dua molekul asam piruvat dengan menghasilkan ATP dan NADH. Glikolisis terjadi pada sel mikroorganisme, tumbuhan, dan hewan melalui 10 tahap reaksi. Proses ini terjadi di sitoplasma dengan bantuan 10 jenis enzim yang berbeda.

Glukosa dalam sel dapat mengalami berbagai jalur metabolisme, baik disimpan, diubah menjadi energi, ataupun diubah menjadi molekul lain. Apabila terjadi kelebihan gula dalam darah, glukosa akan didimpan dalam otot atau hati dalam bentuk glikogen. Apabila sel-sel tubuh sedang aktif membelah, glukosa akan diubah menjadi gula pentosa yang penting dalam sintesis DNA dan RNA. Dan ketika tubuh membutuhkan energi, glukosa akan diproses untuk menghasilkan energi melalui tahapan glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transfer elektron. tahapan-tahapan tersebut dapat terjadi apabila terdapat oksigen dalam jaringan sehingga prosesnya disebut respirasi aerob (menghasilkan energi dengan adanya oksigen). Glikolisis merupakan tahapan pertama dari proses respirasi aerob untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

ATP yang dihasilkan dalam glikolisis akan digunakan untuk berbagai proses yang membutuhkan energi, karena ATP merupakan molekul penyimpan energi. Sedangkan NADH nantinya akan menjalani proses transfer elektron untuk menghasilkan ATP. Sebuah molekul NADH dalam transfer elektron akan menghasilkan tiga molekul ATP.

Dalam tahap awalnya, proses glikolisis membutuhkan dua ATP sebagai sumber energi. Namun dalam tahap selanjutnya, glikolisis akan menghasilkan ATP yang dapat digunakan untuk membayar hutang ATP yang telah digunakan tadi dan masih ada sisa ATP yang dapat digunakan untuk fungsi yang lain. Jadi dalam glikolisis, terjadi surplus ATP, lebih banyak ATP yang dihasilkan daripada yang digunakan dalam proses tersebut.

Proses glikolisis

Alur langkah glikolisis adalah sebagai berikut.

1. 1. Tahap pertama, glukosa akan diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim hexokinase. Tahap ini membutuhkan energi dari ATP (adenosin trifosfat). ATP yang telah melepaskan energi yang disimpannya akan berubah menjadi ADP.
2. 2. Glukosa 6-fosfat akan diubah menjadi fruktosa 6-fosfat yang dikatalisis oleh enzim fosfohexosa isomerase.
3. 3. Fruktosa 6-fosfat akan diubah menjadi fruktosa 1,6-bifosfat, reaksi ini dikatalisis oleh enzim fosfofruktokinase. Dalam reaksi ini dibutuhkan energi dari ATP.
4. 4. Fruktosa 1,6-bifosfat (6 atom C) akan dipecah menjadi gliseraldehida 3-fosfat (3 atom C) dan dihidroksi aseton fosfat (3 atom C). Reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim aldolase.
5. 5. Satu molekul dihidroksi aseton fosfat yang terbentuk akan diubah menjadi gliseraldehida 3-fosfat oleh enzim triosa fosfat isomerase. Enzim tersebut bekerja bolak-balik, artinya dapat pula mengubah gliseraldehida 3-fosfat menjadi dihdroksi aseton fosfat.
6. 6. Gliseraldehida 3-fosfat kemudian akan diubah menjadi 1,3-bifosfogliserat oleh enzim gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase. Pada reaksi ini akan terbentuk NADH.
7. 7. 1,3 bifosfogliserat akan diubah menjadi 3-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat kinase. Para reaaksi ini akan dilepaskan energi dalam bentuk ATP.
8. 8. 3-fosfogliserat akan diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase.
9. 9. 2-fosfogliserat akan diubah menjadi fosfoenol piruvat oleh enzim enolase.
10. 10. Fosfoenolpiruvat akan diubah menjadi piruvat yang dikatalisis oleh enzim piruvat kinase. Dalam tahap ini juga dihasilkan energi dalam bentuk ATP.

Yang perlu diperhatikan adalah pada langkah ke-6 hingga ke-10. Langkah-langkah tersebut terjadi dua kali karena terbentuk dua gliseraldehida 3-fosfat dari pemecahan fruktosa 1,6-bifosfat. Oleh karena itu dua molekul gliseraldehida 3-fosfat masing-masing akan menjalani langkah 6 hingga 10 tersebut.

Jadi hasil total glikolisis adalah 2 molekul asam piruvat dengan 2 ATP dan 2 NADH. Molekul ATP yang terbentuk sebenarnya ada 4, namun 2 ATP telah digunakan untuk membayar hutang ATP yang telah dipakai pada tahap reaksi pertama dan ketiga.

Dalam keadaan terdapat oksigen, asam piruvat akan masuk tahap dekarboksilasi oksidatif dan siklus krebs untuk membentuk energi lebih lanjut. Namun ketika tidak tersedia oksigen, piruvat akan menjalani proses fermentasi homolaktat atau fermentasi alkohol. Kedua jenis fermentasi tersebut merupakan proses menghasilkan energi tanpa kehadiran oksigen sehingga disebut respirasi anaerob.

Fermentasi homolaktat terjadi pada mikroorganisme dan hewan. Hasil akhir proses ini adalah asam laktat yang akan tertimbun dalam jaringan dan menyebabkan munculnya rasa lelah. Saat seorang berolahraga dengan keras, kebutuhan oksigennya tidak tercukupi dengan pernapasannya. Maka jaringan tidak dapat menjalani respirasi aerob sehingga yang terjadi adalah fermentasi homo laktat. Asam laktat yang tertimbun menyababkan otot terasa lelah saat berolahraga. Asam laktat akan diubah kembali menjadi glukosa di dalam hati namun memerlukan proses yang agak lambat.

Sedangkan fermentasi alkohol terjadi pada yeast, atau jamur bersel satu yang biasanya digunakan untuk membuat anggur. Yeast akan mengubah piruvat menjadi alkohol yang dilepaskan ke lingkungan yang dimanfaatkan oleh manusia untuk membuat minuman.

Siklus krebs adalah serangkaian reaksi yang digunakan oleh organisme aerobik untuk menghasilkan energi dari oksidasi molekul asetil-CoA hasil tiga metabolisme karbohidrat utama, Glikolisis, Jalur Pentosa Fosfat dan Jalur Entner-Doudoroff.

Molekul tersebut akan dioksidasi lebih lanjut untuk mendapatkan energi lebih banyak, tergantung jenis mikroorganisme dan kondisi fisiologi lingkungan. Jadi, siklus yang juga dikenal sebagai siklus asam sitrat dan siklus asam trikarboksilat ini merupakan salah satu cara sel mengoksidasi secara total asam piruvat dalam kondisi aerobik.

Sejarah Siklus Krebs

Siklus asam sitrat ini pertama kali dipelajari oleh ilmuwan peraih hadiah Nobel, Albert Szent-Györgyi pada periode 1930-an dan berhasil mendeteksi salah satu senyawa kunci dari siklus ini yakni asam fumarat.

Studi mengenai siklus ini akhirnya berhasil dirampungkan oleh Hans A. Krebs pada tahun 1937 dan para ilmuwan sepakat menamai siklus yang ditemukannya ini siklus krebs. Krebs akhirnya mendapat hadiah nobel fisiologi dan kedokteran pada tahun 1952.

Fungsi dan Peranan Siklus Krebs Bagi Makhluk Hidup

Peranan atau fungsi siklus krebs bagi makhluk hidup yang paling utama adalah menghasilkan energi berupa ATP, NADH dan FADH dari metabolisme biomolekul. Namun, siklus ini juga memiliki beberapa peranan atau fungsi lain yang krusial bagi makhluk hidup.

Tempat Terjadinya TCA Dalam Sel Mikroorganisme

Untuk organisme eukariotik termasuk mikroorganisme eukariotik seperti cendawan (khamir, kapang dan jamur), siklus krebs terjadi pada organel mitokondria, mesin pemanen energi sel. Spesifiknya terletak pada matriks mitokondria

 

Sedangkan siklus krebs pada organisme prokariotik, terjadi langsung pada sitoplasma sel, karena organisme prokariotik tidak memiliki organel endomembran pengasil energi yakni mitokondria.

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

Sebelum memasuksi siklus Krebs, asam piruvat akan mengalami proses dekarboksilasi oksidatif oleh piruvat dehidrogenase dengan bantuan NAD+ sebagai reduktor yang akan mengoksidasi asam piruvat dan koenzim A. Reaksi tersebut, secara kasar terjadi seperti persamaan dibawah ini

ringkasan siklus krebs

Asetil-CoA hasil reaksi ini umumnya dapat menjadi prekursor asam amino dan asam lemak

Powered by Inline Related Posts

Langkah-langkah Proses Siklus Krebs Secara Lengkap

 Secara lengkap dan singkat, proses siklus krebs terjadi sebagai berikut

1. Penggabungan molekul asetil-KoA dengan oksaloasetat dan membentuk asam sitrat. Enzim yang digunakan dalam reaksi ini adalah enzim asam sitrat sintetase.
2. Tahap kedua yang disebut isomerase sitrat dibantu oleh enzim akonitase yang menghasilkan isositrat.
3. Enzim isositrat dehidrogenase mengubah isositrat menjadi alfa-ketoglutarat dengan bantuan NADH. Setiap satu reaksi melepaskan satu molekul karbon dioksida.
4. Alfa ketoglutarat diubah menjadi suksinil-CoA. Reaksi dikatalisasi oleh enzim alfa-ketoglutarat dehidrogenase.
5. Suksinil-CoA diubah menjadi suksinat dengan mengubah GDP + Pi menjadi GTP. GTP digunakan untuk membentuk ATP.
6. Suksinat yang dihasilkan dari proses sebelumnya akan didehidrogenasi menjadi fumarat dengan bantuan enzim suksinat dehidrogenase.
7. Terjadi hidrasi yaitu penambahan atom hidrogen pada ikatan karbon ganda (C=C) yang ada pada fumarat sehingga menghasilkan malat.
8. Enzim malat dehidrogenase mengubah malat menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat yang dihasilkan berfungsi untuk menangkap asetil-CoA, sehingga siklus Krebs akan terus berlangsung. Pada tahap ini juga dihasilkan NADH ketiga dari NAD+.

Skema Proses Siklus Krebs Lengkap dan Enzim yang Terlibat

Enzim yang Terlibat dalam Siklus Krebs

1. Citrate synthase : Enzim yang menyintesis asam sitrat dengan cara menggabungkan Asetil-coA dengan oksaloasetat. Reaksi kondensasi ini dilakukan dengan menggunakan sebuah molekul air  dan dilepaskan molekul koenzim A.
2. Acotinate hydratase: Adalah enzim yang mengkatalis reaksi isomerasi asam sitrat menjadi isositrat dengan molekul intermediet cis-aconitate
3. Isocitrate dehydrogenase: Enzim ini mengkatalis reaksi dekarboksilasi oksidatif isositrat menjadi alfa-ketoglutarat dan karbon dioksida. Pada reaksi ini juga terjadi pelepasan H+ yang digunakan untuk memproduksi NADH
4. Alfaglutarat-dehidrogenase : Enzim yang berperan dalam dehidrogenasi alfaketoglutarat

Intermediet dalam Proses Siklus Krebs Dapat Menjadi Bahan Sintesis Biomolekul Esensial Sel

Beberapa intermediet ini dapat menjadi prekursor dalam reaksi biosintesis beberapa molekul esensial sel seperti yang dirangkum dalam skema berikut:

Rangkuman Hasil Reaksi dalam TCA

Hasil reaksi dari siklus krebs adalah CO2 dan beberapa molekul berenergi tinggi seperti NADH, NADPH, FADH dan ATP yang dirangkum dalam persamaan reaksi berikut:

Molekul-molekul berenergi tinggi seperti NADH, NADPH dan FADH bukanlah molekul berenergi yang dapat langsung dipakai oleh sel, kecuali dalam proses biosintesis biomolekul.

Jadi, tiga molekul tersebut harus direduksi dalam rantai transport elektron untuk menggerakkan proton motion force dan mensintesis ATP.

Regulasi Siklus Asam Sitrat

Siklus Krebs atau asam sitrat adalah siklus amfibolik yang menyuplai energi dan prekursor-prekursor berbagai sintesis biomolekul dalam sel. Maka dari itu, Siklus ini diregulasi berdasarkan status energi dalam sel dan ketersediaan intermediet yang dihasilkan dari reaksi didalamnya.

Contohnya adalah keberadaan oksigen yang diperlukan sebagai aseptor elektron saat molekul berenergi tinggi seperi NADH dan FADH direduksi untuk menyintesis ATP, akan mengontrol enzim-enzim yang berperan dalam ini.

Contohnya adalah enzim 2-ketoglutarate dehydrogenase yang tidak diproduksi secara anaerobik tanpa adanya aseptor elektron pengganti lain, nitrat misalnya.

 

Enzim yang berperan penting dalam regulasi siklus krebs adalah Citrate synthase yang direpresi ekspresi gen penyandinya oleh NADH dan ATP atau keberadaan 2-ketoglutarate yang terakumulasi.

Akumulasi tiga senyawa tersebut memberi sinyal pada sel bahwa telah tersedia banyak energi dan prekursor untuk menjalankan aktivitas biologis sel.

Reaksi Anaplerotik Intermediet Siklus Krebs

Reaksi anaplerotik adalah reaksi pembentukan senyawa intermediet suatu siklus metabolisme dari senyawa intermediet siklus lain.

Contohnya adalah saat suatu bakteri ditumbuhkan pada media minimal (glukosa dan garam mineral saja) ternyata tidak mampu tumbuh, dapat diduga bahwa bakteri tersebut adalah mutan yang memanfaatkan PEP karboksilase (1) sebagai sekuens anaplerotiknya,

hingga hanya dapat tumbuh jika dalam medium tersebut juga diberi beberapa intermediet hasil siklus krebs.

Reaksi anaplerotik yang melibatkan siklus krebs

Misalnya adalah penambahan glutamat pada medium yang akan dideaminasi menjadi α-ketoglutarat oleh glutamate-dehydrogenase

yang selanjutnya akan masuk kedalam siklus TCA untuk menghasilkan energi berupa ATP dan beberapa intermediet lain yang dibutuhkan dalam proses biologis sel tersebut

Jumlah Energi (ATP) yang Dihasilkan Dalam Siklus Krebs

Total ATP yang dihasilkan adalah = 12 ATP

• 3 NAD+ = 9 ATP
• 1 FAD = 2 ATP
• 1 ATP = 1 ATP

Dari seluruh proses diatas, dapat disimpulkan bahwa sebenarnya siklus krebs ini mengubah asetil COA dan air menghasilkan CO2 dan molekul berenergi tinggi seperti ATP, NADH dan FADH

Siklus Krebs

Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler. Siklus Krebs adalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.

Pertama-tama, asetil ko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat. Setelah “mengantar” asetil masuk ke dalam siklus Krebs, ko-A memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat. Lalu, asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi NADH, dan melepaskan satu molekul CO2 dan membentuk asam a-ketoglutarat (baca: asam alpha ketoglutarat). Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO2, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan tambahan satu ko-A dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinil ko-A, molekul ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan ko-A dan perubahan suksinil ko-A menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik menjadi satu molekul ATP. Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi dan melepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2, dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asam fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat, karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malat mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima oleh NAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil ko-A dan kembali menjalani siklus Krebs.

Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron.

Siklus asam sitrat

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Siklus asam sitrat

Siklus asam sitrat (bahasa Inggris: citric acid cycle, tricarboxylic acid cycle, TCA cycle, Krebs cycle, Szent-Györgyi-Krebs cycle) adalah sederetan jenjang reaksi metabolisme pernapasanseluler yang terpacu enzim yang terjadi setelah proses glikolisis, dan bersama-sama merupakan pusat dari sekitar 500 reaksi metabolisme yang terjadi di dalam sel. Lintasan katabolismeakan menuju pada lintasan ini dengan membawa molekul kecil untuk diiris guna menghasilkan energi, sedangkan lintasan anabolisme merupakan lintasan yang bercabang keluar dari lintasan ini dengan penyediaan substrat senyawa karbon untuk keperluan biosintesis.

Metabolom dan jenjang reaksi pada siklus ini merupakan hasil karya Albert Szent-Györgyi and Hans Krebs.

Pada sel eukariota, siklus asam sitrat terjadi pada mitokondria, sedangkan pada organisme aerob, siklus ini merupakan bagian dari lintasan metabolisme yang berperan dalam konversi kimiawi terhadap karbohidrat, lemak dan protein - menjadi karbon dioksida, air, dalam rangka menghasilkan suatu bentuk energi yang dapat digunakan. Reaksi lain pada lintasan katabolisme yang sama, antara lain glikolisis, oksidasi asam piruvat dan fosforilasi oksidatif.

Produk dari siklus asam sitrat adalah prekursor bagi berbagai jenis senyawa organik. Asam sitrat merupakan prekursor dari kolesterol dan asam lemak, asam ketoglutarat-alfa merupakan prekursor dari asam glutamat, purina dan beberapa asam amino, suksinil-KoA merupakan prekursor dari heme dan klorofil, asam oksaloasetat merupakan prekursor dari asam aspartat, purina, pirimidina dan beberapa asam amino.

Sekilas proses

Siklus asam sitrat dimulai dengan satu molekul asetil-KoA bereaksi dengan satu molekul H₂O, melepaskan gugus koenzim-A, dan mendonorkan dua atom karbon yang tersisa dalam bentuk gugus asetil kepada asam oksaloasetat yang memiliki molekul dengan empat atom karbon, hingga menghasilkan asam sitrat dengan enam atom karbon.

	Substrat	Produk	Enzim	Reaksi	Keterangan
1	Oksaloasetat + Asetil-KoA	Asam sitrat + CoA-SH + H+	Sitrat sintase	Hidrolisis	Setelah enzim sitrat sintase melepaskan satu ion H+ dari molekul CH3 gugus asetil dari asetil-KoA, molekul CH2- pada gugus asetil tersebut akan bereaksi dengan asam oksaloasetat membentuk metabolit S-sitril-KoA. Reaksi hidrolisisyang terjadi selanjutnya pada gugus koenzim-A akan mendorong reaksi hingga menghasilkan tiga jenis produk.
2	Asam sitrat	cis-Asonitat + H2O	Asonitase	Dehidrasi	Reaksi isomerisasi terjadi dengan dua tahap, enzim asonitase akan melepaskan gugus air dari asam sitrat membentuk metabolit cis-Asonitat, kemudian terjadi penambahan kembali molekul air dengan pergeseran lokasi gugus hidroksil dan menghasilkan isomer asam sitrat.
3	cis-Asonitat + H2O	Isositrat		Hidrasi
4	Isositrat + NAD+	Oksalosuksinat + NADH + H +	Isositrat dehidrogenase	Oksidasi	Enzim isositrat dehidrogenase bersama dengan koenzim NAD+ akan mengubah gugus karboksil menjadi gugus karbonil, membentuk senyawa intermediat yang disebut oksalosuksinat. Eksitasi oleh ion H+ akan menyebabkan oksalosuksinat melepaskan gugus COO- yang tidak stabil dan membentuk senyawa CO2.
5	Oksalosuksinat	Ketoglutarat-α + CO2		Dekarboksilasi
6	Ketoglutarat-α + NAD+ + CoA-SH	Suksinil-KoA + NADH + H+ + CO2	Ketoglutarat-α dehidrogenase	Dekarboksilasi	Kompleks dehidrogenase ketoglutarat-alfa mirip kompleks piruvat dehidrogenase yang menjadi enzim pada transformasi asam piruvat menjadi asetil-KoA. Bersama dengan koenzim NAD+ akan mempercepat oksidasi yang membentuk koenzim baru, disebut suksinil-KoA, yang memiliki ikatan tioester antara koenzim-A dengan gugus suksinil.
7	Suksinil-KoA + GDP + Pi + H2O	Suksinat + CoA-SH + GTP	Suksinil-KoA sintetase	fosforilasisubstrat	Senyawa Pi akan menggantikan gugus CoA pada suksinat, kemudian didonorkan ke GDP untuk membentuk GTP. Pada bakteri dan tumbuhan, gugus Pi akan didonorkan ke ADP guna menghasilkan ATP.
8	Suksinat + FAD	Fumarat + FADH2	Suksinat dehidrogenase	Oksidasi	Koenzim FAD akan menarik dua atom hidrogen dari suksinat. Reaksi ini tidak terjadi di dalam matriks mitokondria, tetapi terjadi pada antarmuka antara matriks mitokondria dan rantai transpor elektron yang disebut suksinat dehidrogenase yang melintang pada membran mitokondria bagian dalam, enzim ini sering juga disebut "kompleks II".
9	Fumarat + H2O	Malat	Fumarase	Hidrasi	Reaksi penambahan molekul air pada fumarat akan menjadi gugus hidroksil pada senyawa baru.
10	Malat + NAD+	Oksaloasetat + NADH + H+	Malat dehidrogenase	Oksidasi	Reaksi oksidasi yang terakhir akan mengubah gugus hidroksil menjadi karbonil dan menghasilkan senyawa pertama siklus sitrat, yaitu asam oksaloasetat.

ROSES DAN TAHAPAN TRANSFER/ TRANSPOR ELEKTRON

Transfer elektron atau transpor elektron merupakan proses produksi ATP (energi) dari NADH dan FADH2 yang dihasilkan dalam glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus krebs. Transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria, yang dibantu oleh kelompok-kelompok protein yang terdapat pada membran tersebut. Proses ini disebut juga dengan fosforilasi oksidatif dan ditemukan pada tahun 1948 oleh Eugene Kennedy dan Albert Lehninger.

Energi yang diperlukan untuk aktivitas setiap sel tubuh tersimpan dalam bentuk ATP yang dihasilkan melalui respirasi aerob maupun respirasi anaerob. Respirasi aerob merupakan proses pemecahan glukosa menghasilkan energi dengan adanya oksigen yang akan menghasilkan sisa air dan karbondioksida. Sedangkan repirasi anaerob merupakan pemecahan glukosa menghasilkan energi tanpa adanya oksigen dengan hasil akhir berupa asam laktat (pada hewan, tumbuhan, dan mikroorganisme) dan alkohol (pada jamur bersel satu / yeast).

Energi yang dihasilkan dari respirasi aerob lebih banyak (36 / 38 ATP) dibandingkan energi yang dihasilkan melalui respirasi anaerob (2 ATP). Oleh karena itu, tubuh selalu mengutamakan terjadinya respirasi aerob dibandingkan anaerob. Respirasi aerob terjadi melalui empat tahapan yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transfer elektron.

Transfer elektron merupakan tahapan terakhir dari respirasi aerob yang nantinya akan menghasilkan ATP dan H2O sebagai hasil akhirnya. Dalam transfer elektron, oksigen berperan sebagai penerima elektron terakhir yang nantinya akan membentuk H2O yang akan dikeluarkan dari sel.

Disebut dengan transfer elektron karena dalam prosesnya terjadi transfer elektron dari satu protein ke protein yang lain. Elektron yang ditransfer berasal dari NADH dan FADH2 yang telah terbentuk sebelumnya.  Elektron akan ditransfer dari tingkat energi tinggi menuju tingkat energi yang lebih rendah sehingga akan melepaskan energi yang akan digunakan untuk membentuk ATP.

Pada membran dalam mitokondria terdapat komplek protein I, komplek protein II, ubiquinon (Q), komplek protein III, sitokrom c (cyt c), dan komplek protein IV. Elektron akan ditransfer ke masing-masing protein tersebut untuk membentuk ATP. Sedangkan molekul O2 akan berperan sebagai penerima elekron terakhir yang nantinya akan berubah menjadi H2O.  ATP akan dihasilkan oleh enzim ATP sintase melalui proses yang disebut kemiosmosis.

Tahapan transfer elektron adalah sebagai berikut.

1. 1. NADH akan melepaskan elektronnya (e-) kepada komplek protein I. Peristiwa ini membebaskan energi yang memicu dipompanya H+ dari matriks mitokondria menuju ruang antar membran. NADH yang telah kehilangan elektron akan berubah menjadi NAD+.
2. 2. Elektron akan diteruskan kepada ubiquinon.
3. 3. Kemudian elektron diteruskan pada komplek protein III. Hal ini akan memicu dipompanya H+ keluar menuju ruang antar membran.
4. 4. Elektron akan diteruskan kepada sitokrom c.
5. 5. Elektron akan diteruskan kepada komplek protein IV. Hal ini juga akan memicu dipompanya H+  keluar menuju ruang antar membran.
6. 6. Elektron kemudian akan diterima oleh molekul oksigen, yang kemudian berikatan dengan 2 ion H+  membentuk H2O.
7. 7. Bila dihitung, transfer elektron dari bermacam-macam protein tadi memicu dipompanya 3 H+  keluar menuju ruang antar membran. H+  atau proton tersebut akan kembali menuju matriks mitokondria melalui enzim yang disebut ATP sintase.
8. 8. Lewatnya H+  pada ATP sintase akan memicu enzim tersebut membentuk ATP secara bersamaan. Karena terdapat 3 H+  yang masuk kembali ke dalam matriks, maka terbentuklah 3 molekul ATP.
9. 9. Proses pembentukan ATP oleh enzim ATP sintase tersebut dinamakan dengan kemiosmosis.

Penjelasan di atas adalah proses transfer elektron yang berasal dari molekul NADH. Bagaimana dengan elektron yang berasal dari FADH2 ?

FADH2  akan mentransfer elektronnya bukan kepada komplek protein I, namun pada komplek protein II. Transfer pada komplak protein II tidak memicu dipompanya H+  keluar menuju ruang antar membran. Setelah dari komplek protein II, elektron akan ditangkap oleh ubiquinon dan proses selanjutnya sama dengan transfer elektron dari NADH. Jadi pada transfer elektron yang berasal dari FADH2 , hanya terjadi 2 kali pemompaan H+  keluar menuju ruang antar mebran. Oleh sebab itu dalam proses kemiosmosis hanya terbentuk 2 molekul ATP saja.

Jadi kesimpulannya adalah:

• Satu NADH yang menjalani transfer elektron akan menghasilkan 3 molekul ATP.
• Sedangkan satu molekul FADH2 yang menjalani transfer elektron akan menghasilkan 2 molekul ATP.

Disinilah akhir dari respirasi aerob molekul glukosa. Respirasi ini akan menghasilkan energi sebanyak 36 / 38 ATP dengan hasil akhir berupa CO2 dan H2O yang akan dikeluarkan dari tubuh sebagai zat sisa respirasi. Satu molekul glukosa dengan 6 atom C, ketika mengalami respirasi aerob akan melepaskan 6 molekul CO2. Karbondioksida tersebut dibebaskan pada tahap dekarboksilasi oksidatif dan siklus krebs.

Transpor Elektron

Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH₂, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.

Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.

Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan FADH2 sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.

Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.

Penjelasan Tentang Respirasi anaerob 

Respirasi anaerob adalah proses respirasi yang tidak memerlukan oksigen. Salah satu contoh proses ini adalah proses fermentasi. Respirasi anaerob dapat terjadi pada manusia dan hewan jika tubuh memerlukan energi secara cepat. Pada mikroorganisme seperti bakteri dan jamur, respirasi anaerob dilakukan karena keadaan lingkungan yang tidak memungkinkan dan belum memiliki sistem metabolisme yang kompleks.

Mengapa respirasi anaerob dapat terjadi dan berapa banyak energi yang dihasilkannya? Masih ingatkah Anda tahap glikolisis pada respirasi aerob? Pada tahap tersebut, glukosa dapat dipecah untuk menghasilkan total 2 ATP dan tidak memerlukan oksigen. Meskipun energi yang dihasilkannya jauh lebih kecil daripada respirasi aerob, jumlah ini cukup bagi mikroorganisme dan energi awal bagi hewan.

Selain menghasilkan ATP, glikolisis juga menghasilkan NADH dan NAD+. Tanpa suplai NAD+ yang memadai, proses glikolisis pada respirasi anaerob dapat terhenti. Oleh karena itu, organisme yang melakukan respirasi anaerob harus mampu mengoksidasi NADH menjadi NAD+ kembali. Berdasarkan hal tersebut terdapat dua cara respirasi anaerob yang dilakukan organisme.

Fermentasi alkohol

Beberapa organisme seperti khamir (Saccharomyces cereviceace) melakukan fermentasi alkohol. Organisme ini mengubah glukosa melalui fermentasi menjadi alkohol (etanol).

Bagan fermentasi alkohol

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

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.

Bagan fermentasi asam laktat

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.

LATIHAN SOAL

1. Pernyataan manakah di bawah ini yang benar ?

A. Amilum harus dijadikan glukosa dahulu sebelum direspirasi aerob maupun anaerob

B. O2 hanya diperlukan pada respirasi aerob, tetapi H2O terbentuk baik pada respirasi aerob maupun anaerob

C. Jumlah makanan yang sama yang direspirasi aerob maupun anaerob, akan menghasilkan jumlah energi yang sama pula

D. CO2 dan H2O terbentuk baik pada respirasi aerob maupun anaerob

E. Respirasi anaerob hanya berlangsung pada substratnya dan respirasi aerob berlangsung pada sel

2. Pada fotosintesis non siklik terjadi pemecahan molekul air yang membebas kan oksigen dan hydrogen yang diikat olh molekul akseptor. 
Berikut ini manakah yang merupakan akseptor hydrogen pada peristiwa diatas ?

A. Flavin Adenin Dinukleotida ( FAD )

B. Nikotiamin Adenin Dinukleotida ( NAD )

C. Nikotiamin Adenin Dinukleotida Phospat ( NADP )

D. Asam phospoenolpiruvat (PEP)

E. Ribulose diphospat (RDP)

3. Sebelum masuk ke siklus asam sitrat, Asam piruvat yang diproduksi pada glikolisis pertama kali akan dikonversi menjadi :

A. Koenzim A

B. Asetil Koenzim A

C. Oksiasi piruvat

D. Sitrat

E. Etanol

4. Enzim merupakan biokatalisator pada proses – proses metabolisme dalam tubuh makhluk hidup . Karena itu enzim mempunyai sifat – sifat berikut, kecuali …

A. Sifatnya sama dengan sifat protein pada umumnya

B. Bekerja baik ekstra maupun intraseluler

C. Banyak dihasilkan organel mitokondria

D. Hanya bekerja pada substrat tertentu yang sesuai

E. Oleh enzim, segala proses kimia berjalan cepat dan memerlukan sedikit energi

5. Salah satu hal yang terjadi pada proses kehidupan adalah penyusunan senyawa yang sederhana menjadi lebih kompleks. Proses penyusunan tersebut dinamakan …

A. Respirasi

B. Anabolisme

C. Katabolisme

D. Disimilasi

E. Dekomposisi

6. Berikut ini adalah jenis enzim yang termasuk dalam golongan karbohidrase , kecuali ....

A. katalase

B. hidrolase

C. karboksilase

D. sitokrom

E. selulose

7.Hasil percobaan enzim katalase menggunakan potongan hati dan H2O2 adlah sebagai berikut

No	Potongan Hati +	Perlakuan	Gelembung Udara	Keterangan
1	H2O2	Suhu 30◦C	+++	banyak sekali
2	H2O2	Suhu 35◦C	+++	banyak
3	H2O2	Suhu 75◦C	--	Kurang
4	H2O2	pH 4	---	Tidak ada
5	H2O2	pH 7	++	Banyak
6	H2O2	pH 13	---	Tidak ada

Data di atas menunjukkan bahwa yang mempengaruhi kerja enzim antara lain adalah ….

A. suhu dan pH

B. banyaknya gelembung

C. potongan hati

D. macam substrat

E. jumlah H2O2

8. Daging yang dibekukan di dalam lemari es tidak membusuk. Kejadian ini dapat dijelaskan sebagai ….

A. daging tersebut tidak mengalami metabolisme

B. di dalam lemari es tidak berlangsung respirasi aerobic

C. pada suhu rendah enzim mikroorganisme pembusuk tidak bekerja

D. di dalam lemari es tidak ada cahaya

E. di dalam lemari es tidak ada O2

9. Enzim memiliki sifat sebagai berikut, kecuali ….

A. berperan sebagai biokatalisator

B. bekerja pada suhu dan pH tertentu

C. kerjanya dipengaruhi oleh ketersediaan air

D. terdiri dari zat protein

E. setiap enzim dapat bekerja untuk berbagai zat

10. Dalam tubuh makhluk hidup. Karena itu enzim mempunyai sifat-sifat berikut, kecuali ….

A. sifatnya sama dengan sifat protein pada umumnya

B. bekerja baik ekstra maupun intraseluler

C. banyak dihasilkan organel mitokondria

D. hanya bekerja pada substrat tertentu yang sesuai

E. oleh enzim, segala pross kimia berjalan hemat, cepat, dan memerlukan sedikit energi

11. Enzim yang dipakai pada proses sintesis untuk menghasilkan energi dalam sel disebut ….

A. koenzim

B. holoenzim

C. endoenzim

D. eksoenzim

E. apoenzim

12. Perhatikan gambar disamping !

Pernyataan yang benar mengenai sifat enzim berdasarkan gambar adalah …

A. mempercepat reaksi kimia

B. menghambat reaksi kimia

C. terdiri atas protein

D. kerja enzim spesifik

E. bekerja dua arah

13. Enzim termasuk senyawa organic, tersusun atas protein, dan bertindak sebagai biokatalisator dalam metabolisme memiliki sifat ….

A. bekerja irreversible pada suatu reaksi kimia

B. kerja enzim tidak bersifat khusus

C. ikut bereaksi bersama substrat yang dipengaruhinya

D. makin tinggi konsentrasi enzim, makin lambat reaksi kimianya

E. tidak menentukan arah reaksi kimia

14. Kesimpulan yang dapat dikemukakan dari hasil percobaan di atas adalah ….
A. enzim katalase bekerja optimal pada suhu 40◦ C
B. pada jantung, kerja enzim katalase sangat dipengaruhi oleh temperature
C. enzim katalase banyak dijumpai di hati daripada di jantung
D. kerja enzim katalase tidak dipengaruhi oleh pH
E. Pada hati, kerja enzim katalase tidak dipengaruhi oleh Ph dan temperature

15. Contoh enzim dan hasil kerjanya yang berperan dalam metabolisme sel adalah ….

A. maltase, pembentukan maltosa

B. katalase, menguraikan peroksida air

C. protease, pembentukan protein

D. lipase, menguraikan lemak

E. glukase, pembentukan glukosa

16. Perhatika gambat

Manakah kesimpulan yang tepat tentang katalisator berdasarkan grafik tersebut?

A. Tidak mempengaruhi aktifitas sel sehingga reaksi kimia relatif tetap

B. Mengurangi energi aktivasi yang diperlukan sehingga reaksi kimia berlangsung cepat

C. Meningkatkan energi aktivasi yang diperlukan sehingga reaksi kimia berlangsung lambat

D. Meningkatkan suhu dalam sel sehingga aktivitasnya menjadi tinggi

E. Menghambat jalannya reaksi kimia pada suhu rendah

17. Enzim yang bekerja secara spesifik. Kerja enzim tersebut sangat dipengaruhi oleh …

1. suhu lingkungan
2. pH medium
3. konsentrasi substrat
4. jenis substrat

18. Perolehan energi pada hewan berasal dari proses pemecahan zat makanan yang terjadi di dalam saluran pencernaan makanan.

SEBAB

Di dalam pencernaan makanan terjadi proses pemecahan karbohidray lemak, dan protein dengan bantuan enzim

19. Beberapa ciri zat adalah sebagai berikut :

1. berperan sebagai pelarut
2. konsentrasinya ditentukan oleh molekul air
3. bekerja secara spesifik
4. memperlambat suatu reaksi
5. rusak bila suhu terlalu tinggi

Ciri khas enzim adalah ….

A. 1 dan 3

B. 3 dan 5

C. 1 dan 4

D. 4 dan 5

E. 2 dan 3

20. Dalam suatu percobaan mengenai enzim, seorang siswa berhasil menyimpulkan satu kesimpulan mengenai peranan dari enzim katalase. Kesimpulan paling tepat yang dibuat oleh siswa itu adalah ....

A. Enzim katalase berperan dalam pembentukan gelembung gas

B. Enzim katalase berperan penting dalam sisitem pencernaan

C. Enzim katalase berperan untuk menguraikan racun dari H2O2 menjadi H2O dan O2

D. Enzim katalase berperan untuk membunuh mikroorganisme berbahaya serta sebagai pengurai racun

E. Enzim katalase berperan untuk menetralkan asam dalam tubuh

PEMBAHASAN 

1. Pernyataan manakah di bawah ini yang benar ?

A. Amilum harus dijadikan glukosa dahulu sebelum direspirasi aerob maupun anaerob

B. O2 hanya diperlukan pada respirasi aerob, tetapi H2O terbentuk baik pada respirasi aerob maupun anaerob

C. Jumlah makanan yang sama yang direspirasi aerob maupun anaerob, akan menghasilkan jumlah energi yang sama pula

D. CO2 dan H2O terbentuk baik pada respirasi aerob maupun anaerob

E. Respirasi anaerob hanya berlangsung pada substratnya dan respirasi aerob berlangsung pada sel

Jawaban : A

• Amilum merupakan polisakarida ( senyawa kompleks ) yang tidak bisa langsung terurai apabila dioksidasi sehingga harus dirubah menjadi oligosacharida / disacharida yang meliputi Maltosa, Laktosa, Sukrosa kemudian disederhanakan lagi menjadi bentuk monosakarida ( Glukosa , Fructosa , Galaktosa dll)
• Makanan meskipun ukuran sama tidak menghasilkan kalori yang sama , misal 1 gram Lemak akan menghasilkan 9,3 kalori dibandingkan karbohidrat dan protein dalam jumlah sama ( 1 gram - 4,1 kalori) karena lemak akan dikatabolisme menghasilkan dua senyawa yaitu asam lemak dan gliserol 
• Asam lemak akan diubah menjadi AsetilKoa kemudian masuk ke siklus krebs dan Gliserol menjadi PGAL yang masuk ke Glikolisis OK

2. Pada fotosintesis non siklik terjadi pemecahan molekul air yang membebas kan oksigen dan hydrogen yang diikat olh molekul akseptor. 
Berikut ini manakah yang merupakan akseptor hydrogen pada peristiwa diatas ?

A. Flavin Adenin Dinukleotida ( FAD )

B. Nikotiamin Adenin Dinukleotida ( NAD )

C. Nikotiamin Adenin Dinukleotida Phospat ( NADP )

D. Asam phospoenolpiruvat (PEP)

E. Ribulose diphospat (RDP)

Jawaban : C

• 2H+ dari fotolisis H2O akan diikat oleh akseptor hydrogen NADP menjadi NADPH2.
• NADP ada di daun sebagai Koenzim yang memindahkan ion H+ pada reaksi terng khususnya pada Fotosistem II
• NADP koenzim yang berupa Nikotin Amide Dinukleotida Phosphat
• NADPH diperlukan H+ nya untuk reaksi gelap dalam reduksi untuk memproses PGA menjadi PGAL 

3. Sebelum masuk ke siklus asam sitrat, Asam piruvat yang diproduksi pada glikolisis pertama kali akan dikonversi menjadi :

A. Koenzim A

B. Asetil Koenzim A

C. Oksiasi piruvat

D. Sitrat

E. Etanol

Jawaban : B

• Glukosa diubah menjadi asam piruvat, asam piruvat diubah menjadi asetil KoA (Asetil/ Asetat yang diikat oleh Koenzim A)
• Asetil KoA akan masuk ke mitochondria untuk mengawali siklus krebs
• Asetil KoA akan dikondensasi oleh Oksaloasetat menjadi asam Sitrat

4. Enzim merupakan biokatalisator pada proses – proses metabolisme dalam tubuh makhluk hidup . 
Karena itu enzim mempunyai sifat – sifat berikut, kecuali …

A. Sifatnya sama dengan sifat protein pada umumnya

B. Bekerja baik ekstra maupun intraseluler

C. Banyak dihasilkan organel mitokondria

D. Hanya bekerja pada substrat tertentu yang sesuai

E. Oleh enzim, segala proses kimia berjalan cepat dan memerlukan sedikit energi

Jawaban : C


Sifat – sifat enzim :

• Sifatnya sama dengan sifat protein pada umumnya
• Dapat bekerja di dalam / luar sel (Endoenzim = tetap didalam sel , Eksoenzim = dikeluarkan dari sel)
• Hanya bekerja pada substrat tertentu (Key - Lock)
• Mempercepat reaksi kimia dan memerlukan sedikit energi (menurunkan energi pengaktifan) 
• Enzim umumnya dihasilkan oleh badan golgi

5. Salah satu hal yang terjadi pada proses kehidupan adalah penyusunan senyawa yang sederhana menjadi lebih kompleks. Proses penyusunan tersebut dinamakan …

A. Respirasi

B. Anabolisme

C. Katabolisme

D. Disimilasi

E. Dekomposisi

Jawaban : B 

Contoh Anabolisme adalah proses Fotosintesis yang dilakukan tanaman hijau dan khemosintesis yang dilakukan oleh bakteri nitrifikans


6. Berikut ini adalah jenis enzim yang termasuk dalam golongan karbohidrase , kecuali ....

A. katalase

B. hidrolase

C. karboksilase

D. sitokrom

E. selulose

Jawaban : D

Pembahasan :

• Jenis-jenis enzim yang termasuk ke dalam golongan karbohidrase adalah katalase, selulose, hidrolase, dan karboksilase.
• Sitokrom bukan termasuk enzim. Sitokrom adalah pigmen yang dapat dioksidasi dan umum terdapat di dalam sel.

7.Hasil percobaan enzim katalase menggunakan potongan hati dan H2O2 adlah sebagai berikut

No	Potongan Hati +	Perlakuan	Gelembung Udara	Keterangan
1	H2O2	Suhu 30◦C	+++	banyak sekali
2	H2O2	Suhu 35◦C	+++	banyak
3	H2O2	Suhu 75◦C	--	Kurang
4	H2O2	pH 4	---	Tidak ada
5	H2O2	pH 7	++	Banyak
6	H2O2	pH 13	---	Tidak ada

Data di atas menunjukkan bahwa yang mempengaruhi kerja enzim antara lain adalah ….

A. suhu dan pH

B. banyaknya gelembung

C. potongan hati

D. macam substrat

E. jumlah H2O2

Jawaban : A
Pembahasan :

• Enzim memiliki karakteristik : bekerja pada pH optimum, jika suhu diturunkan, enzim menjadi nonaktif, jika suhu dinaikkan ( sampai 40◦ C ) enzim rusak karena proteinnya mengalami denaturasi.

8. Daging yang dibekukan di dalam lemari es tidak membusuk. Kejadian ini dapat dijelaskan sebagai ….

A. daging tersebut tidak mengalami metabolisme

B. di dalam lemari es tidak berlangsung respirasi aerobic

C. pada suhu rendah enzim mikroorganisme pembusuk tidak bekerja

D. di dalam lemari es tidak ada cahaya

E. di dalam lemari es tidak ada O2

Jawaban : C

Pembahasan :

• Seperti yang telah kita ketahui, kerja enzim dipengaruhi lingkungan.
• Pada suhu rendah misalnya 0◦ C atau di bawahnya seperti pada lemari es, enzim bersifat nonaktif, tetapi tidak rusak, sehingga di dalam kulkas daging tidak membusuk. Enzim baru dapat bekerja optimal pada suhu 30◦ C.

9. Enzim memiliki sifat sebagai berikut, kecuali ….

A. berperan sebagai biokatalisator

B. bekerja pada suhu dan pH tertentu

C. kerjanya dipengaruhi oleh ketersediaan air

D. terdiri dari zat protein

E. setiap enzim dapat bekerja untuk berbagai zat

Jawaban : E

Pembahasan :

1. Berperan sebagai biokatalisator
2. Bekerja pada suhu tertentu
3. Bekerja pada pH tertentu
4. Bekerja spesifik (khas), jadi setiap enzim hanya bekerja untuk satu substrat.
5. Enzim merupakan biokatalisator pada proses-proses metabolisme

10. Dalam tubuh makhluk hidup. Karena itu enzim mempunyai sifat-sifat berikut, kecuali ….

A. sifatnya sama dengan sifat protein pada umumnya

B. bekerja baik ekstra maupun intraseluler

C. banyak dihasilkan organel mitokondria

D. hanya bekerja pada substrat tertentu yang sesuai

E. oleh enzim, segala pross kimia berjalan hemat, cepat, dan memerlukan sedikit energi

Jawaban : C

Pembahasan :
Karakteristik enzim :

1. Sifatnya sama dengan sifat protein pada umumnya
2. Dapat bekerja di dalam atau di luar sel
3. Hanya bekerja pada substrat tertentu
4. Mempercepat reaksi kimia dan memerlukan sedikit energi
5. Enzim umumnya dihasilkan oleh ribosom

11. Enzim yang dipakai pada proses sintesis untuk menghasilkan energi dalam sel disebut ….

A. koenzim

B. holoenzim

C. endoenzim

D. eksoenzim

E. apoenzim

Jawaban : B

Pembahasan :

• Endoenzim adalah enzim yang bekerja di dalam sel
• Koenzim adalah enzim yang terdiri dari bahan organic dan berdiri sendiri
• Apoenzim adalah enzim yang tersusun atas protein aktif
• Holoenzim adalah apoenzim dan koenzim yang bersatu
• Eksoenzim adalah enzim yang bekerja di luar sel

12. Perhatikan gambar disamping !

Pernyataan yang benar mengenai sifat enzim berdasarkan gambar adalah …

A. mempercepat reaksi kimia

B. menghambat reaksi kimia

C. terdiri atas protein

D. kerja enzim spesifik

E. bekerja dua arah

Jawaban : D
Pembahasan :

• Permukaan enzim memiliki tempat bergabung dengan substrat yang disebut lokasi aktif.
• Hubungan enzim dengan substrat bagaikan kunci dengan anak kunci sehingga hanya substrat khusus yang dapat bergabung karena kerja dari enzim sangatlah spesifik.

13. Enzim termasuk senyawa organic, tersusun atas protein, dan bertindak sebagai biokatalisator dalam metabolisme memiliki sifat ….

A. bekerja irreversible pada suatu reaksi kimia

B. kerja enzim tidak bersifat khusus

C. ikut bereaksi bersama substrat yang dipengaruhinya

D. makin tinggi konsentrasi enzim, makin lambat reaksi kimianya

E. tidak menentukan arah reaksi kimia

Jawaban : E
Pembahasan :

Sifat yang dimiliki oleh enzim :

• Sebagai biokatalisator artinya mempercepat raksi tapi tidak menentukan arah reaksi
• Dapat bekerja bolak-balik
• Merupakan protein yang sangat spesifik

14.Kesimpulan yang dapat dikemukakan dari hasil percobaan di atas adalah ….

A. enzim katalase bekerja optimal pada suhu 40◦ C

B. pada jantung, kerja enzim katalase sangat dipengaruhi oleh temperature

C. enzim katalase banyak dijumpai di hati daripada di jantung

D. kerja enzim katalase tidak dipengaruhi oleh pH

E. Pada hati, kerja enzim katalase tidak dipengaruhi oleh Ph dan temperature

Jawaban : C

Pembahasan :

• Enzim ktalase lebih banyak di hati daripada di jantung, sehingga salah satu fungsi hati adalah menetralkan racun.

15. Contoh enzim dan hasil kerjanya yang berperan dalam metabolisme sel adalah ….

A. maltase, pembentukan maltosa

B. katalase, menguraikan peroksida air

C. protease, pembentukan protein

D. lipase, menguraikan lemak

E. glukase, pembentukan glukosa

Jawaban : C

Pembahasan :

• maltase mengubah maltosa menjadi 2 mol glokosa
• protease mengubah protein menjadi dipepetida
• lipase mengubah lemak menjadi asam lemak dan gliserol
• kalalase menguraikan H2O2-H2O+O2

16. Perhatika gambat

Manakah kesimpulan yang tepat tentang katalisator berdasarkan grafik tersebut?

A. Tidak mempengaruhi aktifitas sel sehingga reaksi kimia relatif tetap

B. Mengurangi energi aktivasi yang diperlukan sehingga reaksi kimia berlangsung cepat

C. Meningkatkan energi aktivasi yang diperlukan sehingga reaksi kimia berlangsung lambat

D. Meningkatkan suhu dalam sel sehingga aktivitasnya menjadi tinggi

E. Menghambat jalannya reaksi kimia pada suhu rendah

Jawaban : B
Pembahasan :

• Berdasarkan grafik tersebut, dapat dinuat kesimpulan yaitu dengan bantuan enzim dapat mengurangi energi aktivasi yang diperlukan sehingga reaksi kimia dapat berlangsung cepat.

17. Enzim yang bekerja secara spesifik. Kerja enzim tersebut sangat dipengaruhi oleh …

1. suhu lingkungan
2. pH medium
3. konsentrasi substrat
4. jenis substrat

Jawaban: D
Pembahasan:
Sifat-sifat enzim :

• bersifat spesifik, bergantung pada jenis substrat
• dipengaruhi suhu lingkungan
• dipengaruhi pH medium
• dipengaruhi oleh konsentrasi substrat.

18. Perolehan energi pada hewan berasal dari proses pemecahan zat makanan yang terjadi di dalam saluran pencernaan makanan.

SEBAB

Di dalam pencernaan makanan terjadi proses pemecahan karbohidray lemak, dan protein dengan bantuan enzim

Jawaban : A
Pembahasan :

• Seperti yang telah kita ketahui, energi hewan dan makhluk hidup lainnya berasal dari proses pencernaan makanan, dimana terjadi proses pemecahan karbohidrat, lemak, dan protein tentunya dengan bantuan dari enzim.

19. Beberapa ciri zat adalah sebagai berikut :

1. berperan sebagai pelarut
2. konsentrasinya ditentukan oleh molekul air
3. bekerja secara spesifik
4. memperlambat suatu reaksi
5. rusak bila suhu terlalu tinggi

Ciri khas enzim adalah ….

A. 1 dan 3

B. 3 dan 5

C. 1 dan 4

D. 4 dan 5

E. 2 dan 3

Jawaban : D

Pembahasan :
Ciri-ciri enzim :

1. Satu enzim bekerja untuk satu substrat
2. Enzim terdenaturasi pada suhu tinggi, dan nonaktif pada suhu rendah
3. Membantu mempercepat reaksi
4. Bekerja bolak-balik

20. Dalam suatu percobaan mengenai enzim, seorang siswa berhasil menyimpulkan satu kesimpulan mengenai peranan dari enzim katalase. Kesimpulan paling tepat yang dibuat oleh siswa itu adalah ....

A. Enzim katalase berperan dalam pembentukan gelembung gas

B. Enzim katalase berperan penting dalam sisitem pencernaan

C. Enzim katalase berperan untuk menguraikan racun dari H2O2 menjadi H2O dan O2

D. Enzim katalase berperan untuk membunuh mikroorganisme berbahaya serta sebagai pengurai racun

E. Enzim katalase berperan untuk menetralkan asam dalam tubuh

Jawaban : C
Pembahasan :

• Dalam percobaan tersebut, membuktikan bahwa adanya peranan penting dari enzim.
• Salah satu enzim yang berperan yaitu enzim katalase yang berfungsi untuk mrnguraikan H2O2 yang bersifat racun menjadi H2O dan O

LATIHAN LAGI

1. Metabolisme sel dilaksanakan dengan bantuan enzim yang dihasilkan oleh bagian sel tertentu. Organel yang mengandung enzim sel pencernaan adalah.....

A. Nukleus

B. Mitokondria

C. Lisosom

D. Badan mikro

E. Kloroplas

2. Kegiatan metabolisme yang tidak termasuk anabolisme adalah.....

A. Fotosintesis

B. Asimilasi

C. Polimerisasi

D. Desimilasi

E. Kemosintesis

3. Oksigen untuk pembentukan karbohidrat pada tumbuhan berasal dari....

A. Air dari dalam tanah

B. O2 di udara

C. Mineral tanah

D. CO2 di udara

E. pembongkaran gliukosa

4. Respirasi anaerob yang terjadi pada tubuh kita membentuk zat racun yang disebut....

A. Asam piruvat

B. Asam asetat

C. Asam laktat

D. Alkohol

E. Etanol

5. Sel tubuh manusia dapat mensintesis lemak, caranya dengan mengambil langsung.... sebagai bahan dasarnya berasal dari penguraian karbohidrat.

A. Asetil ko enzim A

B. Asam piruvat

C. Asam oksaloaselat

D. Asam fumarat

E. Asam lemak

6. Proses fotokimia di dalam fotosintesis berlangsung di....

1. Dalam stroma

2. Dalam grana

3. Mesofil

4. Membran tilakoid

Yang pertama terbentuk pada proses fiksasi CO2 adalah.....

A. ATP

B. PGAL

C. PGA

D. Amilum

E. Glukosa

7. Pada fotosintesis tanaman C4 CO2 diikat malam hari oleh
A. RuBP
B. RDP
C. PEP
D. Pirivuat
E. Oksaloasetat

8. Sel ragi dapat melakukan fermentasi karena mengandung..... 

A. Alkohol

B. Enzim

C. Karbohidrat

D. Glukosa

E. Asam

9. Senyawa yang diperlukan dalam reaksi gelap, tetapi tidak berasal dari reaksi terang fotosintesis adalah.... 

A. O2

B. CO2

C. NAD

D. NADPH

E. ATP

10. Perhatikan gambar kloroplast!

Tempat terjadinya siklus Calvin ditunjukkan pada nomor ….

A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
E. 5

11. Peristiwa berikut terjadi selama berlangsung nya fotosintesis :

1. Penguraian H2O menjadi H+ dan O2
2. Pembentukan ATP dan NADPH
3. Terbentuk RDP
4. Fiksasi CO2 oleh RDP
5. Berlansung di dalam grana

Peristiwa yang terjadi pada reaksi terang adalah …
A. 1, 2, 3
B. 1, 2, 5
C. 2, 3, 4
D. 2, 3, 5
E. 3, 4, 5

12. Proses untuk mengubah zat beracun menjadi zat tidak beracun dan dapat dikeluarkan dari tubuh adalah proses ….

A. fotosintesis

B. kemosintesis

C. detoksifikasi

D. katabolisme

E. metabolisme

13. Perhatikan pernyataan-pertanyaan berikut.

1. Anabolisme merupakan bagian dari proses metabolisme.

2. Katabolisme merupakan bagian dari proses metabolisme.

3. Enzim berfungsi mempercepat reaksi kimia.

4. Enzim berfungsi memperlambat reaksi kimia.

Pernyataan di atas yang benar ditunjukkan oleh nomor ….

A. 1, 2, dan 3

B. 1 dan 3

C. 2 dan 4

D. 1 dan 4

E. 1, 2, 3, dan 4

14. Gabungan dua enzim yang menyebabkan enzim menjadi aktif disebut ….

A. holoenzim

B. apoenzim

C. koenzim

D. sintesis

E. zimogen

15. Berikut ini yang tidak memengaruhi aktivitas enzim adalah ….

A. substrat

B. katalisator

C. H2O

D. suhu

E. pH

16. Enzim yang berfungsi mengubah hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen adalah ….

A. oksidase

B. hidrase

C. dehidrogenase

D. katalase

E. peroksida

17. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut.

1. Enzim desmolase berfungsi membantu penggabungan ikatan karbon.
2. Untuk memindahkan hidrogen dari suatu zat ke zat yang lain diperlukan enzim hidrase.
3. Karbohidrat tersusun atas unsurunsur C, H, dan O.
4. Penguraian karbohidrat menjadi piruvat disebut glikogenesis.

Pernyatan di atas yang benar ditunjukkan oleh nomor ....

A. 1, 2, dan 3

B. 1 dan 3

C. 2 dan 4

D. 1, 2, 3, dan 4

18. Hormon yang berfungsi menurunkan kadar glukosa dalam darah adalah ….

A. adrenalin

B. tripsin

C. linin

D. glutamat

E. insulin

19. Metabolisme karbohidrat yang berfungsi untuk membentuk glikogen dari glukosa disebut ….

A. glikosis

B. glikogenesis

C. glukosuria

D. hipoglisemia

E. hiperglisemia

20. Pada metabolisme glukosa, proses penguraian karbohidrat menjadi laktat tanpa melibatkan O2 terjadi melalui peristiwa ….

A. fermentasi

B. glikolisis

C. glikolisis anaerob

D. respirasi

E. bio-energi

21. Glikolisis adalah proses penguraian karbohidrat menjadi piruvat.

Berikut ini yang bukan merupakan sifat-sifat peristiwa glikolisis adalah ….

A. oksidasi glikogen/glukosa menjadi piruvat dan laktat

B. dapat berlangsung secara aerob dan anaerob

C. diperlukan energi dan enzim

D. terjadi sintesis ATP dari ADP + Pi

E. terjadi penguraian karbohidrat, etanol, dan CO2

22. Pembentukan glukosa dari piruvat (kebalikan glikolisis) disebut .…

A. glukoneogenesis

B. fermentasi

C. glikogenesis

D. glikolisis anaerob

E. Daur Krebs

23. Di dalam peristiwa Daur Krebs, satu molekul asetil co-A akan menghasilkan …..

A. 10 ATP

B. 12 ATP

C. 13 ATP

D. 14 ATP

E. 15 ATP

24. Salah satu senyawa hasil metabolisme protein adalah NH3. Zat ini bersifat racun dan akan diekskresikan dalam bentuk urea.

Pembentukan urea ini terjadi di dalam organ ….

A. ginjal

B. kantong urine

C. usus besar

D. vesica urinaria

E. hati

25. Berikut ini yang bukan termasuk peranan lemak adalah ….

A. sebagai komponen dalam proses pengangkutan melalui membran

B. sebagai lapisan pelindung pada beberapa jasad

C. sebagai energi cadangan

D. sebagai pelarut vitamin B dan C

E. sebagai komponen permukaan sel yang berperan dalam proses kekebalan jaringan

26. Seluruh reaksi yang terjadi di dalam sel makhluk hidup, dan terjadi secara reaksi kimia disebut ....

A. anabalisme

B. metabolisme

C. katabolisme

D. katalisator

E. fotosintesis

27. Sumber energi yang digunakan untuk berlangsungnya seluruh reaksi kimia yang terjadi di dalam sel makhluk hidup adalah ....

A. penyusunan zat makanan

B. penguraian zat makanan

C. sinar matahari

D. senyawa ATP

E. senyawa ADP

28. Pada proses fotosintesis, tumbuhan hijau mengambil oksigen yang ada dalam karbondioksida dari udara bebas, kemudian diubah menjadi ....

A. H2O

B. senyawa ATP

C. senyawa ADP

D. glikolisis

E. glukosa

29. Fermentasi merupakan suatu proses pemecahan molekul gula menjadi molekul yang lebih sederhana dengan menggunakan ....

A. enzim dan oksigen

B. enzim tanpa oksigen

C. enzim

D. oksigen

E. karbondioksida

30. Energi yang terkandung dalam glukosa merupakan energi ikatan kimia yang berasal dari transformasi energi sinar matahari. Proses transformasi energi dalam biologi dilakukan oleh ....

A. enzim

B. bakteri belerang

C. bakteri nitrat

D. mitokondria

E. H2O

31. Enzim adalah senyawa organik yang memiliki ciri-ciri sebagai berikut, kecuali ....

A. diperlukan dalam jumlah yang tidak sedikit

B. hanya dapat mengkatalis suatu reaksi tertentu

C. hanya digunakan satu kali

D. hanya bekerja pada suhu yang terlalu panas atau dingin

E. ikut bereaksi dengan substratnya

32. Bagian bukan protein pada enzim yang berasal dari senyawa anorganik disebut ....

A. kofaktor

B. koenzim

C. apoenzim

D. akseptor

E. inhibitor

33 Komponen-komponen yang sangat berperan dalam proses metabolisme di dalam sel makhluk hidup adalah ....

A. asam piruvat

B. glikolisis

C. asam laktat

D. reaksi oksidasi-reduksi

E. transpor elektron

34. Pada respirasi terjadi proses pemakaian karbohidrat menjadi piruvat yang disebut ....

A. siklus Krebs

B. siklus Calvin

C. fermentasi

D. glikolisis

E. fiksasi

35. Pada tahap I reaksi glikolisis energi yang digunakan untuk mengubah glukosa menjadi asam piruvat sebesar ..

A. 2 ATP

B. –2 ATP

C. c –4 ATP

D. 4 ATP

E. 6 ATP

ESSAY
Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!

1. Metabolisme merupakan suatu proses perubahan yang terjadi dalam sel makhluk hidup. Jelaskan perubahan-perubahan tersebut!
2. Transformasi energi biologis pada proses fotosintesis dapat dibedakan menjadi tiga. Sebut dan jelaskan!
3. Sebutkan komponen-komponen yang berperan dalam proses metabolisme!
4. Enzim merupakan senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan oleh sel yang berperan sebagai biokatalisator. Apakah yang dimaksud enzim?
5. Suatu senyawa organik dapat disebut sebagai enzim, bila memiliki ciri-ciri enzim.
6. Sebutkan ciri-ciri tersebut!
7. Apa yang dimaksud anabolisme dan katabolisme?
8. Sebutkan bagian-bagian dari enzim beserta sifat dan fungsinya.
9. Buatlah skema Daur Krebs.
10. Sebutkan peranan fisiologis asam lemak bagi tubuh. DAN Sebutkan hubungan metabolisme lemak, karbohidrat, dan protein sebagai jalur metabolisme menuju Daur Krebs.

DASAR THEORY

A. Enzim

Reaksi metabolisme merupakan reaksi enzimatis yang melibatkan enzim. Sifat-sifatnya sbb:

1. merupakan protein.
2. biokatalisator (katalisator hidup yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak berubah setelah selesai reaksi.
3. mempercepat reaksi kimia dengan jalan menurunkan energi aktivasi.
4. tidak mengubah keseimbangan reaksi.
5. bekerja sangat spesifik, yaitu satu substrat, satu enzim.
6. memiliki sisi aktif atau sisi katalistik, yaitu bagian enzim tempat substrat berkombionasi.
7. substrat “asing” berfungsi menghambat reaksi disebut inhibitor dan yang berfungsi mempercepat reaksi disebut aktivator.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim:

1. konsentrasi substrat,
2. konsentrasi enzim,
3. temperatur,
4. prubahan pH.

B. Respirasi Aerob dan Anaerob

Respirasi merupakan oksidasi senyawa organik secara terkendali untuk membebaskan energi bagi pemeliharaan dan perkembangan makhluk hidup.

1. Respirasi aerob, yaitu respirasi yang membutuhkan oksigen bebas.
2. Respirasi anaerob, yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas.

Respirasi Aerob

Respirasi sel secara aerob berlangsung melalui empat tahap, yaitu:

1. Glikolisis

• berlangsung di sitoplasma,
• berlangsung secara anaerob,
• mengubah satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat,
• dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk setiap molekul glukosa.

2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

• berlangsung pada matriks mitokondria,
• mengubah asam piruvat menjadi Asetil Koenzim A,
• dihasilkan 1 NADH dan CO2 untuk setiap pengubahan molekul asam piruvat menjadi Asetil Koenzim A.

3. Siklus Kreb’s

• berlangsung pada matriks mitokondria,
• mengubah Asetil Koenzim A menjadi CO2,
• untuk tiap molekul senyawa Asetil Koenzim A dihasilkan 1 ATP, 1 FADH, dan 3 NADH.

4. Rantai Transpor Elektron

• NADH dan FADH merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen,
• melalui rantai respirasi, hidrogen dari NADH dan FADH yang dihasilkan pada proses glikolisis. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat dan siklus kreb’s dilepaskan ke oksigen (sebagai senyawa penerima hidrogen terakhir), untuk membentuk H20 dengan melepaskan energi secara bertahap,
• satu molekul NADH akan menghasilkan 3 ATP, sedangkan satu molekul FADH akan menghasilkan 2 ATP.

Pada respirasi anaerob jalur yang ditempuh meliputi:

1. glikolisis
2. pembentukkan alhokol (fermentasi alkohol) atau pembentukkan asam laktat (fermentasi asam laktat). Contoh organisme yang melakukan fermentasi alkohol adalah ragi. Reaksi fermentasi adalah:

• C6H12O6 (glukosa) → 2 CH3-CH2-OH (etanol) + 2 CO2 + E
• contoh organisme yang melakukan fermentasi asam susu adalah bakteri asam susu yang menyebabkan asamnya susu.

C. Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses pembentukkan bahan organik dari bahan organik dengan bantuan cahaya dan kloroplas. Proses fotosintesis terjadi pada kloroplas dengan dua tahap reaksi, yaitu:

1. Reaksi Terang

• terjadi pada tilakoid (grana) kloroplas,
• terjadi proses fotolisis air sehingga dihasilkan oksigen. Jadi, oksigen dihasilkan dari H2O,
• reaksi tergantung pada cahaya untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia berupa ATP dan NADPH.

2. Reaksi Gelap

• terjadi pada stroma kloroplas,
• reaksi yang dapat (bukan harus) berlangsung dalam gelap karena enzim-enzim untuk fiksasi CO2 pada stroma kloroplas tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan ATP dan NADPH yang dihasilkan dari reaksi terang,
• menggunakan daur Calvin (daur reduksi karbon, daur C-3) yang terdiri atas tiga bagian utama, yaitu:

1. karboksilasi adalah penambahan CO2 ke RuBp (Ribulosa Bi Pospat) membentuk dua molekul APG (Asam Pospo Gliserat) dengan bantuan enzim karboksilase,
2. reduksi adalah perubahan gugus karboksil dalam APG menjadi gugus aldehid dalam PGAL (Pospo Gliserat Aldehid),
3. regenerasi adalah pembentukkan kembali RuBp yang diperlukan untuk bereaksi dengan CO2 yang berdifusi ke dalam daun melalui stomata.

D. Kemosintesis

Kemosintesis adalah asimilasi karbon yang energinya berasal dari reaksi-reaksi kimia dan tidak diperlukan klorofil. Umumnya dilakukan oleh mikroorganisme, misalnya bakteri. Organismenya disebut kemoautotrof. Bakteri kemoautotrof ini akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan energi yang timbul digunakan untuk asimilasi karbon.

• contoh bakteri nitrit: Nitrosomonas, Nitrosococcus
• contoh bakteri nitrat: Nitrobacter
• contoh bakteri belerang: Thiobacillus, Begiatoa

E. Percobaan Tentang Fotosintesa dan Respirasi

1. Ingenhouz

• tujuan: membuktikan pada fotosintesis dilepaskan oksigen,
• obyek: tanaman air Hydrilla verticillata,
• hasil: tanaman air yang ditutup dengan corong terbalik dan ditempatkan di bawah sinar matahari maka timbullah gelembung-gelembung gas (oksigen).

2. Engelmann

• tujuan: membuktikan pada fotosintesis mutlak diperlukan klorofil,
• obyek: ganggang Spyrogira dan bakteri oksigen,
• hasil: hanya kloroplas yang terkena sinar yang melepaskan oksigen, hal ini terbukti dengan berkerumunnya bakteri oksigen di sekitar tempat yang terkena sinar.

3. Sachs

• tujuan: membuktikan bahwa pada fotosintesis dihasilkan amilum,
• obyek: daun yang sebagian ditutup dan reagent Yodium,
• hasil: daun yang menjadi obyek dimasukkan ke air panas kemudian ke alkohol dan kemudian ke reagent Yodium. Hasilnya adalah daun yang tidak ditutup berwarna hitam dan yang ditutup tidak berwarna.

4. Percobaan Respirasi pada Hewan

• tujuan: mempelajari respirasi pada hewan, melihatfaktor-faktor yang mempengaruhi jumlah kebutuhan oksigen pada hewan saat bernafas.