BAB II

METABOLISME
Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh karena itu sel dapat menjalankan
aktivitas hidup, di antaranya metabolisme.Metabolisme adalah proses-proses kimia
yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi
enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.

Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu:

1. Anabolisme/Asimilasi/Sintesis,
yaitu proses pembentukan molekul yang kompleks dari molekul yang sederhana dengan
menggunakan energi tinggi.
Contoh : fotosintesis (asimilasi C) dan kemosintesis

energi cahaya mth

6 CO2 + 6 H2O ———————————> C6H1206 + 6 02(gas)
klorofil glukosa
(energi kimia)

Pada kloroplas terjadi transformasi energi, yaitu dari energi cahaya sebagai energi
kinetik berubah menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan senyawa
organik pada glukosa. Dengan bantuan enzim-enzim, proses tersebut berlangsung cepat
dan efisien. Bila dalam suatu reaksi memerlukan energi dalam bentuk panas reaksinya
disebut reaksi endergonik. Reaksi semacam itu disebut reaksi endoterm.

2. Katabolisme (Dessimilasi),
yaitu proses penguraian molekul komplek menjadi molekul yang sederhana dengan
membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam senyawa organik tersebut.
Contoh:

Peristiwa respirasi.
enzim
C6H12O6 + 6 O2 ———————————> 6 CO2 + 6 H2O + 686 Kkal (Energi).
energi kimia

Saat molekul terurai menjadi molekul yang lebih kecil terjadi pelepasan energi sehingga
terbentuk energi panas. Bila pada suatu reaksi dilepaskan energi, reaksinya disebut
reaksi eksergonik. Reaksi semacam itu disebut juga reaksi eksoterm.

Molekul Yang Terlibat Dalam Metabolisme

ENZIM .Ditemukan oleh Kuhne

Enzim merupakan biokatalisator / katalisator(zat yang dpt mempercepat reaksi tanpa
mengalami perubahan struktur kimia) organik yang dihasilkan oleh sel .

Struktur enzim terdiri dari:

Enzym yang lengkap disebut holoenzym,terdiri-dari :

• Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yang akan
rusak bila suhu terlampau panas(termolabil).
• Gugus Prostetik , yaitu bagian enzim yang tidak tersusun dari protein, tetapi dari
ion-ion logam (besi,tembaga,seng) atau molekul-molekul organik yang disebut
KOENZIM, dan yang tersusun bahan anorganik disebut Kofaktor .Molekul gugus
prostetik lebih kecil dan tahan panas (termostabil), ion-ion logam yang menjadi
kofaktor berperan sebagai stabilisator agar enzim tetap aktif. Koenzim yang terkenal
pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu NAD (Nikotinamid Adenin
Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), SITOKROM.

Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di
dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis
tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah
respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi nitrogen,
dan pencernaan.

Sifat-sifat enzim
Enzim mempunyai sifat-siat sebagai berikut:
1. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.
2. Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena
enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.
3. Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat
pada enzim.
4. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya
sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.
5. Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel
(ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase.
6. Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada
juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, mengkatalisis pembentukan
Dan penguraian lemak.

lipase
Lemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol

7. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif

(permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan
permukaan substrat tertentu.
8. Umumnya enzim tidak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non
protein tambahan yang disebut kofaktor.

9. Bersifat koloid.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZYM :

1. Aktivator dapat mempercepat jalannya reaksi,

contoh aktivator enzim: ion Mg2+, Ca2+, zat organik seperti koenzim-A.
2. Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim. Contoh inhibitor : CO, Arsen,
Hg, Sianida.Cara kerja inhibitor adalah berikatan dengan enzym membentuk
komplek enzym-inhibitor yang masih mampu atau tidak mampu berikatan
dengan substrat. Ada 2 jenis inhibitor adalah :

1.Inhibitor kompetitif :struktur inhibitor sama dengan struktur substrat, shg

inhibitor dan substrat bersaing untuk bergabung dengan sisi aktif enzym.

2. Inhibitor nonkompetitif :struktur inhibitor tidak sama dengan substrat

 Gbr. Penghambatan Reversible terhadap kerja enzim

3. Temperatur, suhu optimun enzym adalah 30 – 400C.

4. pH

No Nama Enzym pH obtimum

Pepsin 2
Sukrase 4,5 5. Konsentrasi enzym
Amilase liur 7,8 dan substrat. Agar reaksi
Katalase 7,6 berjalan optimum ,maka
Lipase pankreas 9 perbandingan jumlah
antara enzym dan
substrat harus sesuai.

CARA KERJA ENZYM

Enzym bekerja dengan cara menurunkan energy aktivasi .

Cara kerja enzyme dapat dijelaskan dengan 2 hipotesis,yaitu :

1.Hipotesis KUNCI DAN GEMBOK (Lock And Key )

2.Hipotesis KETEPATAN INDUKSI

UKSI (induced fit hypothesis)

Cara Kerja Enzim

Cara enzim bekerja adalah dengan membentuk senyawa enzim-substrat,

kemudian menghasilkan suatu produk tanpa merubah senyawa enzim itu
sendiri, setelah produk terbentuk maka enzim akan melepaskan diri untuk
membentuk senyawa baru dengan substrat yang lain.
Ada 2 (dua) cara kerja enzim :

1. Lock and key (gembok dan anak kunci)

Setiap enzim memiliki sisi aktif yang tersusun dari sejumlah asam amino.
Bentuk sisi aktif ini sangat spesifik, sehingga hanya molekul dengan bentuk
tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim.
2. Induced fit (induksi pas)
Sisi aktif enzim merupakan bentuk yang tidak kaku (fleksibel). Ketika substrat
memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif berubah bentuk sesuai dengan
bentuk substrat kemudian terbentuk kompleks enzim-substrat. Pada saat
produk sudah terlepas dari kompleks, maka enzim lepas dan kembali bereaksi
dengan substrat yang lain.

Enzim bekerja dengan cara mengkatalis reaksi sehingga meningkatkan

kecepatan reaksi yang dilakukan dengan menurunkan energi aktivasi (energi
yang dibutuhkan untuk reaksi).

Katabolisme

Katabolisme adalah reaksi pemecahan / pembongkaran senyawa kimia kompleks yang

mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandung energi lebih
rendah. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di
dalam senyawa sumber. Bila pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen
(aerob) disebut proses respirasi, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut
fermentasi.
Contoh Respirasi : C6H12O6 + O2 ——————> 6CO2 + 6H2O + 688 Kkal(Energi)
(glukosa)

Contoh Fermentasi :C6H1206 ——————> 2C2H5OH + 2CO2 + Energi.

(glukosa) (etanol)

RESPIRASI
Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat
sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari
respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untuk kegiatan kehidupan, seperti
sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan, mengganti sel-sel yang rusak.

Contoh:
Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya:
C 6 H 12 0 6 + 6 0 2 ———————————> 6 H 2 O + 6 CO 2 + Energi
(gluLosa)

Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H20 + CO2 + Energi, melalui empat tahap :

1. Glikolisis.
2. Dekarboksilasi Oksidatif/siklus antara/oksidasi asam piruvat
3. Daur Krebs/siklus crebs.
4. Transpor elektron respirasi.

1. Glikolisis, terjadi di dalam sitosol/sitoplasma yaitu perubahan glukosa (6C) menjadi 2 molekul
asam piruvat (3 C)
Peristiwa perubahan :
Glukosa  Glulosa - 6 - fosfat  Fruktosa 1,6 difosfat 
3 fosfogliseral dehid (PGAL) / Triosa fosfat  Asam piruvat.
Jadi hasil dari glikolisis :
1.1. 2 molekul asam piruvat.
1.2. 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi
tinggi.
1.3. 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.
2. Dekarboksilasi Oksidatif (reaksi antara)/ oksidasi piruvat

Setelah melalui reaksi glikolisis, jika terdapat molekul oksigen yang cukup maka asam piruvat akan
menjalani tahapan reaksi selanjutnya, yaitu siklus Krebs yang bertempat di matriks mitokondria.
Jika tidak terdapat molekul oksigen yang cukup maka asam piruvat akan menjalani reaksi
fermentasi. Akan tetapi, asam piruvat yang mandapat molekul oksigen yang cukup dan akan
meneruskan tahapan reaksi tidak dapat begitu saja masuk ke dalam siklus Krebs, karena asam
piruvat memiliki atom C terlalu banyak, yaitu 3 buah. Persyaratan molekul yang dapat menjalani
siklus Krebs adalah molekul tersebut harus mempunyai dua atom C (2 C). Karena itu, asam piruvat
akan menjalani reaksi dekarboksilasi oksidatif.

Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi yang mengubah asam piruvat yang beratom 3 C menjadi

senyawa baru ya ng beratom C dua buah, yaitu asetil koenzim-A

(asetil ko-A). Reaksi dekarboksilasi oksidatif ini (disingkat DO) sering juga disebut sebagai tahap
persiapan untuk masuk ke siklus Krebs. Reaksi Dekarboksilasi Oksidatif (DO) ini mengambil
tempat di intermembran mitokondria.

Pertama-tama, molekul asam cuka yang dihasilkan reaksi glikolisis akan melepaskan satu gugus
karboksilnya yang sudah teroksidasi sempurna dan mengandung sedikit energi, yaitu dalam
bentuk molekul CO2. Setelah itu, 2 atom karbon yang tersisa dari piruvat akan dioksidasi menjadi
asetat (bentuk ionisasi asam asetat). Selanjutnya, asetat akan mendapat transfer elektron dari
NAD+ yang tereduksi menjadi NADH. Kemudian, koenzim A (suatu senyawa yang mengandung
sulfur yang berasal dari vitamin B) diikat oleh asetat dengan ikatan yang tidak stabil dan
membentuk gugus asetil yang sangat reaktif, yaitu asetil koenzim-A, yang siap memberikan
asetatnya ke dalam siklus Krebs untuk proses oksidasi lebih lanjut. (lihat bagan)

Selama reaksi transisi ini, satu molekul glukosa yang telah menjadi 2 molekul asam piruvat lewat
reaksi glikolisis menghasilkan 2 molekul NADH

3.Daur Krebs (daur trikarboksilat):

Terjadi di matriks mitokondria

Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan
pembongkaran asam piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi
kimia
 Gbr. Bagan reaksi pada siklus Krebs

4. Rantai Transportasi Elektron Respiratori:

Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2
(NADH + H+ + 1 elektron) dan FADH2, sehingga di dalam mitokondria (dengan
adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem
pengangkutan elektron) akan terbentuk air (H2 O), sebagai hasil sampingan
respirasi selain CO2.

Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh

melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa
pernafasan hewan tingkat tinggi.

Ke 4 proses respirasi yang penting tersebut dapat diringkas sebagai berikut:

PROSES AKSEPTOR ATP

1. Glikolisis:
Glukosa ——> 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP

2. Dekarboksilasi Oksidatif
2 asam piruvat ——> 2 asetil KoA + 2 C02 2 NADH

3. Siklus Krebs:
2 asetil KoA ——> 4 CO2 6 NADH 2 ATP
2 FADH2

4. Rantai trsnspor elektron respirator:

10 NADH + 502 ——> 10 NAD+ + 10 H20 30 ATP
2 FADH2 + O2 ——> 2 FAD + 2 H20 4 ATP

Total 38 ATP

Kesimpulan :
Pembongkaran 1 mol glukosa (C6H1206) + 6 O2 ——> 6 H20 + 6 CO2 menghasilkan
energi sebanyak 38 ATP.

Pada kebanyakan tumbuhan dan hewan respirasi yang berlangsung adalah respirasi
aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada sesuatu hal,
maka hewan dan tumbuhan tersebut melangsungkan proses fermentasi yaitu proses
pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama lainnya adalah respirasi anaerob.

Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/asam susu
dan fermentasi alkohol, fermentasi asam cuka.

A. Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat.
Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.

Reaksinya: C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Energi

enzim asam laktat

Prosesnya :

1. Glukosa ————> asam piruvat (proses Glikolisis).

enzim
C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Energi

2. Dehidrogenasi asam piruvat akan terbentuk asam laktat.

2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD +2 ATP
laktat
dehidrogenase

Energi yang terbentak dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :

8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

B. Fermentasi Alkohol
Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat
diubah menjadi asam asetat + CO2 selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol.
Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul
ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38
molekul ATP.

Reaksinya :

1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)

2. Dekarbeksilasi asam piruvat.

Asampiruvat ————————————————————> asetaldehid + CO2.

piruvat dekarboksilase (CH3CHO)
3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol
(etanol).
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————> 2 C2H5OH + 2 NAD.+ 2 ATP
alkohol dehidrogenase
enzim
Ringkasan reaksi :
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NAD + Energi ( 2 ATP )

C. Fermentasi Asam Cuka

Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam
keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti)
dengan substrat etanol.
Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi
alkohol secara anaerob.
Reaksi:
anaerob
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH ———————————————> 2 CH3COOH + H2O + 116 kal
(glukosa) Saccaromices (alcohol) bakteri asam cuka asam cuka

KATABOLISME

RESPIRASI
Respirasi merupakan suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam sumber energi
dengan menggunakan oksigen. Atau juga respirasi merupakan suatu proses dimana molekul
glukosa diuraikan menjadi CO2 + H2O dan Energi (ATP).
Proses Respirasi ada 4 tahapan, yaitu:
1. Glikolisis
2. Dekarboksilasi Oksidatif
3. Siklus Krebs
4. Rantai Transpor Elektron

A. Glikolisis
Glikolisis merupakan proses penguraian glukosa (6C) menjadi senyawa asam piruvat (3C).
Ciri-ciri dari Glikolisis adalah:

1. Berasal dari bahasa Latin, yaitu: Gliko (=Glukosa/gula) dan Lisis

(=Penguraian/hancur).
2. Berlangsung secara anaerob
3. Terjadi di sitoplasma/sitosol
4. Menghasilkan: 2 molekul asam piruvat, 2 molekul ATP, 2 molekul NADH2
5. Terdapat 10 langkah perubahan mulai dari Glukosa sampai terbentuknya
Asam Piruvat

B. Dekarboksilasi Oksidatif
Tahap ini merupakan tahap dimana proses bergabungnya asam piruvat
dengan koenzim A membentuk Asetil koenzim A (Ko-A) dan melepaskan 1
molekul CO2
Ciri-ciri Dekarboksilasi Oksidatif:
1. Terjadi reaksi antara Asam Piruvat (3C) menjadi Asetil Ko-A (2C)
2. Berlangsung secara aerob
3. Terjadi di Ruang Intermembran Mitokondria
4. Menghasilkan: 2 molekul Asetil ko-A, 2 molekul CO2, 2 molekul NADH2.

C. Siklus Krebs
Siklus Krebs adalah salah satu rangkaian daur asam sitrat (daur Asam
Trikarboksilat).
Ciri-ciri dari Siklus Krebs:
1. ditemukan oleh Hans Krebs
2. terjadi reaksi Asetil Ko-A (2C) dengan Oksaloasetat (4C) menghasilkan
Daur Asam Sitrat (6C)
3. berlangsung secara aerob
4. terjadi di matriks mitokondria
5. menghasilkan:
a. 2 molekul ATP
b. 2 molekul FADH2
c. 6 molekul NADH2
d. 4 molekul CO2
D. Transpor Elektron
Transpor elektron merupakan suatu rantai yang terjadi di dalam membran
mitokondria bagian dalam (Krista mitokondria) yang berakhir setelah
elektron bersama-sama dengan H+ menuju dan berakhir membentuk H2O
(air).
Ciri-ciri Transpor Elektron:
1. terdapat akseptor Elektron terakhir berupa O2 yang membentuk H2O
[Elektron (e-) + H+ + O2 → H2O]
2. berlangsung secara aerob
3. terjadi di krista mitokondria
4. terdapat beberapa faktor yang berperan penting, yaitu:
a. Akseptor Elektron, yaitu: NADH2, FADH2, O2
b. Koenzim Q
c. Sitokrom oksidasi a, b, c
5. terjadi perombakan NADH2 dan FADH2 menjadi ATP, dengan:
a. 1 NADH dirombak menjadi 3 ATP
b. 1 FADH dirombak menjadi 2 ATP
6. menghasilkan:
a. 12 molekul H2O
b. 34 molekul ATP yang diperoleh dari perombakan:
1) 2 NADH2 dari Glikolisis = 2 x 3 ATP = 6 ATP
2) 2 NADH2 dari Dekarboksilasi Oksidatif = 2 x 3 ATP = 6 ATP
3) 6 NADH2 dari Siklus Krebs = 6 x 3 ATP = 18 ATP
4) 2 FADH2 dari Siklus Krebs = 2 x 2 ATP = 4 ATP

Total ATP yang terbentuk pada proses respirasi adalah 38 ATP (2 ATP dari
Glikolisis, 2 ATP dari Siklus Krebs, dan 34 ATP dari Transpor Elektron).

SISTEM TRANSPORT 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 sebanyak 10 dan
FADH2 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 (2ATP) dan siklus Krebs (2 ATP), maka secara
keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP
 Jadi dari satu molekul glukosa menghasilkan total 38 ATP.
 Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil
bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP. (lihat gambar)

FERMENTASI

Fermentasi adalah proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen.

Ciri-ciri dari Fermentasi adalah :
1. Terjadi pada organisme yang tidak membutuhkan oksigen bebas
2. terjadi proses glikolisis
3. tidak terjadi penyaluran elektron ke Siklus Krebs dan Transpor Elektron
4. energi (ATP) yang terbentuk lebih sedikit jika dibandingkan dengan Respirasi aerob
5. Fermentasi terdiri atas 3 macam, yaitu:
a. Fermentasi Asam Laktat
b. Fermentasi Alkohol
c. Fermentasi Asam Cuka

A. Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi Asam Laktat merupakan proses fermentasi yang menghasilkan Asam Laktat (asam susu =
asam lelah)
Ciri-ciri dari fermentasi asam laktat adalah:
1. Terjadi pada hewan tingkat tinggi dan manusia
2. menghasilkan Asam Laktat sebagai produk sampingan yang mengakibatkan:
a. napas tersengal-sengal
b. pegal-pegal di sekujur tubuh
3. dihasilkan energi sebesar 2 ATP
4. reaksi sederhananya:
2CH3CCOCOOH → 2CH3CHOHCOOH + 47 kkal

B. Fermentasi Alkohol
Fermentasi Alkohol merupakan proses fermentasi yang menghasilkan alkohol sebagai produk
sampingan.
Ciri-ciri fermentasi alkohol:
1. terjadi pada sel Ragi (Saccharomyces cerreviceae).
2. menghasilkan alkohol sebagai produk sampingan. Alkohol mengakibatkan racun bagi organisme
tersebut.
3. dihasilkan energi sebesar 2 ATP + 2 NADH2
4. reaksi sederhananya:
2CH3COCOOH → 2CH3CH2OH + 2 CO2 + 28 kkal

C. Fermentasi Asam Cuka

Fermentasi asam cuka merupakan proses fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob dan
menghasilkan asam cuka.
Ciri-ciri fermentasi asam cuka:
1. terjadi pada bakteri asam cuka
2. substratnya adalah Etanol (Alkohol)
3. dihasilkan energi 5 kali lebih besar dari fermentasi alkohol, yaitu 10 ATP

ANABOLISME

Anabolisme disebut juga sintesis, merupakan proses penyusunan senyawa organik

dari senyawa anorganik. Dalam peristiwa ini diperlukan masukan energi (reaksi
endergonik), misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk
kemosintesis. Contoh dari anabolisme adalah proses fotosintesis yang berlangsung
dalam kloroplas.

1. Fotosintesis

Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan senyawa organik

dari senyawa anorganik dengan menggunakan energi cahayamatahari atau foton.
Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra
merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu
(tidak kelihatan).
Yang digunakan dalam proses fotosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari
ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.

Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil

sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk
mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen
yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.

Untuk membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari,

dapat dilakukan percobaan Ingenhousz.

2. Pigmen Fotosintesis

Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di

dalam daun terdapat jaringan pagar ( Jaringan palisade ) dan jaringan bunga
karang, pada keduanya mengandung kloroplast yang mengandung klorofil / pigmen
hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi
cahaya matahari.

Kloroplas
Dilihat dari strukturnya, kloroplas terdiri atas membran ganda yaitu membran luar
dan membran dalam yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut
stroma. Membran dalam memiliki bentuk perluasan yang disebut lamela. Membran
tersebut membentuk suatu sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu
bangunan yang disebut kantung tilakoid. Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat
berlapis-lapis membentuk grana .Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan
pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedang
pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintetis berlangsung di stroma.

Organel ini memiliki bagian-bagian:

1. Tilakoid
2. Ruang tilakoid/ ruangan/rongga tilakoid
3. Grana/granum
4. Stroma
5. Ruang antar membran

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan klorofil antara lain :

1. Gen :
bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki
klorofil.
2. Cahaya :
 beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya,
tanaman lain tidak memerlukan cahaya.
3. Unsur N. Mg, Fe :
merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.
4. Air :
bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.

Reaksi fotosintesis juga merupakan reaksi redoks. Proses ini berlangsung dalam
dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

1. Reaksi Terang/Light Reaction/Reaksi Hill

Pada tabun 1937 : Robin Hill mengemukakan bahwa cahaya matahari yang
ditangkap oleh klorofil digunakan untuk memecahkan air menjadi hidrogen dan
oksigen. Peristiwa ini disebut fotolisis (reaksi terang).

CAHAYA

2H2O ------------ 2H2 + O2

H2 yang terlepas akan diikat oleh NADP dan terbentuklah NADPH2, sedang O2 tetap
dalam keadaan bebas. Menurut Blackman (1905) akan terjadi penyusutan CO2 oleh
H2 yang dibawa oleh NADP tanpa menggunakan cahaya. Peristiwa ini disebut reaksi
gelap .NADPH2 akan bereaksi dengan CO2 dalam bentuk H+ menjadi CH2O.

CO2 + 2 NADPH2 + O2 ————> 2 NADP + H2 + CO+ O + H2 + O2

Ringkasnya :
Reaksi terang : 2 H2O ——> 2 NADPH2 + O2
Reaksi gelap : CO2 + 2 NADPH2 + O2——>NADP + H2 + CO + O + H2 +O2
atau
2 H2O + CO2 ——> (CH2O)n + O2
atau
6 H2O + 6 CO2 ——> C6H12O6 + 6 O2

NADP ( nikotinamida adenin dinukleotida fosfat) merupakan koenzym yang

berperan penting dalam reaksi reduksi oksidasi yang menghasilkan ATP.
Sintesis ATP dalam kloroplas disebut fotofosforilasi. Untuk memahami
fotofosforilase kita bahas dulu tentang fotosistem.

Fotosistem adalah suatu unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari
,yang terdiri dari klorofil a, kompleks antena, dan akseptor elektron. Di dalam
kloroplas terdapat beberapa macam klorofil dan pigmen lain, seperti klorofil a yang
berwarna hijau muda, klorofil b berwarna hijau tua, dan karoten yang berwarna
kuning sampai jingga. Pigmen-pigmen tersebut mengelompok dalam membran
tilakoid dan membentuk fotosistem yang berperan penting dalam fotosintesis

Klorofil a berada dalam bagian pusat reaksi. Klorofil ini berperan dalam menyalurkan
elektron yang berenergi tinggi ke akseptor utama elektron. Elektron ini selanjutnya
masuk ke sistem siklus elektron.[ Elektron yang dilepaskan klorofil a mempunyai
energi tinggi sebab memperoleh energi dari cahaya yang berasal dari molekul
perangkat pigmen yang dikenal dengan kompleks antena.

Dalam membran tilakoid terdapat dua jenis fotosistem yang bekerja secara bersama
dalam reaksi terang, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Pada fotosistem I ini
penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap cahaya
dengan panjang gelombang 700 nm sehingga klorofil a disebut juga P700. Energi
yang diperoleh P700 ditransfer dari kompleks antena.

Pada fotosistem II penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif
terhadap panjang gelombang 680 nm sehingga disebut P680. P680 yang
teroksidasi merupakan agen pengoksidasi yang lebih kuat daripada P700. Dengan
potensial redoks yang lebih besar, akan cukup elektron negatif untuk memperoleh
elektron dari molekul-molekul air.

Sintesis NADPH dan ATP digerakkan oleh cahaya dengan memberi energi kepada
fotosistem yang terdapat pada membran tilakoid kloroplas.Kunci untuk transpormasi
energi ini ialah aliran elektron melalui fotosistem yang ada di dalam membran
tilakoid.
Selama reaksi terang fotosintesis terdapat 2 rute untuk aliran elektron ,yaitu non
siklik dan siklik

1.Aliran elektron non siklik

Bila P700 menerima cahaya, elektronnya akan tereksitasi sehingga elektron lepas
dari P700 dan diterima oleh feredoxin (akseptor primer). Feredoxin memberikan
elektron pada NADP sehingga tereduksi menjadi NADPH. Karena P700 kehilangan
elektron ia memperoleh gantinya dari P680.
Bila P680 menerima cahaya, elektronnya tereksitasi sehingga lepas dan diterima
oleh feredokxin ( akseptor primer ). Elektron berjalan dari akseptor primer ke
sitokrom dan akhirnya ke P700. Saat elektron berpindah dari sitokrom ke P700
dilepaskan energi yang digunakan untuk membentuk ATP. P680 yang kehilangan
elektron memperoleh ganti dari proses fotolisis air.
Aliran elektron non siklik menghasilkan O2 , ATP dan NADPH

2. Aliran elektron siklik

Siklus ini bermula dari P700 yang menerima cahaya, elektron yang lepas diterima
feredoksin tetapi tidak diberikan ke NADP melainkan ke sitokrom, lalu kembali ke
P700. Saat elektron berjalan dari sitokrom ke P700 dihasilkan energi yang
digunakan untuk membentuk ATP. Jadi selama siklus siklik hanya menghasilkan
ATP saja .Dari keterangan di atas dapat diketahui ada tiga bahan yang dihasilkan
saat reaksi terang, yaitu: NADPH2, ATP, dan O2. Dua yang pertama digunakan
sebagai bahan untuk terlaksananya reaksi gelap.

2. Reaksi Gelap/Dark Reaction/Siklus Calvin-Benson

Reaksi gelap
merupakan
tahap
fotosintesis
yang tidak
memerlukan
cahaya.
Proses yang
berlangsung
pada stroma
ini
memerlukan
bahan yang
dibentuk pada
reaksi terang yaitu NADPH dan ATP, serta CO2 dari udara. Reaksi dimulai dari
pengikatan CO2 oleh ribulosa difosfat (RDP) dan pada akhir siklus dibentuk
fosfogliseraldehid (PGAL) yang kemudian diubah menjadi glukosa (lihat bagan di
atas).

Reaksi gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur, yaitu siklus Calvin-
Benson dan siklus Hatch-Slack.

Pada siklus Calvin-Benson, CO2 diikat oleh ribulosa 1,5 bisfosfat (RuBP) menjadi
senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu Asam 3-phosphogliserat (APG).
Oleh karena itulah tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini
dinamakan tumbuhan C-3. Penambatan CO2 sebagai sumber karbon pada
tumbuhan ini dibantu oleh enzim rubisco.

Pada siklus Hatch-Slack, CO2 diikat oleh fosfoenolpiruvat (PEP) menjadi Asam
oksaloasetat(AOA) yang memiliki empat atom karbon. Oleh karena itulah tumbuhan
yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini disebut tumbuhan C-4 .Enzim yang
berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxilase.Tempat pengikatan CO2 dari
udara terjadi di dalam sel-sel mesofil,sedangkan reaksi reduksi terjadi di jaringan
pembuluh.Contoh tumbuhan C4 adalah sorgum dan jagung.

Jalur CAM (Crassulacean Acid Metabolism) ,tumbuhan ini hidup di daerah kering
atau epifit/xerofit ,daun berdaging dan sukulen, contoh :kaktus. Pada tumbuhan
CAM ,CO2 diikat oleh PEP menjadi Asam oksaloasetat(AOA) yang memiliki empat
atom karbon (seperti tumbuhan C4), tetapi semua reaksi fotosintesis terjadi di mesofil
(seperti tumbuhan C3 ) , tumbuhan CAM stomata menutup pada siang hari sehingga
pengikatan CO2 dilakukan malam hari.

Siklus Calvin-Benson
Perhatikan gambar berikut

Reaksi terang adalah reaksi yang melibatkan tenaga matahari sedangkan reaksi
gelap (calvin-Benson Cycle) dapat terjadi tanpa kehadiran sinar matahari.

Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa:

 Reaksi terang dan gelap berkaitan, kaitannya adalah reaksi terang

menyediakan energi untuk melangsungkan reaksi bagi reaksi gelap. Energi
yang dipersiapkan oleh reaksi terang berupa ATP dan NADPH.
 ATP diperoleh dari tenaga foton yang berasal dari matahari dan H+ pada
NADPH berasal dari pemecahan air. Selain itu pemecahan air juga
menghasilkan oksigen yang akan dibebaskan ke lingkungan.
 Pada raksi gelap dihasilkan gula dengan memanfaatkan CO2 lingkungan.

Percobaan tentang Fotosintesis

Fotosintesis merupakan suatu proses yang penting bagi kehidupan makhluk hidup di
bumi. Dengan fotosintesis, tumbuhan menyediakan makanan bagi makhluk hidup
lain baik secara langsung maupun tidak langsung. Banyak ilmuwan yang melakukan
penelitian tetang fotosintesis, diantaranya adalah:

1. Ingenhousz
Orang yang pertama kali menemukan fotosintesis adalah Jan Ingenhousz (1730-
1799). Beliau memasukkan tumbuhan air Hydrila verticilata ke dalam bejana yang
diisi air. Bejana gelas itu ditutup dengan corong terbalik dan diatasnya diberi tabung
reaksi yang berisi air hingga penuh. Bejana itu diletakkan di terik matahari. Tak lama
kemudian muncul gelembung udara dari tumbuhan air. Setelah diuji, ternyata
gelembung tersebut adalah oksigen. Ingenhousz menyimpulkan fotosintesisis
menghasilkan oksigen.

2. T W Engelman
Pada tahun 1822, T W Engelmann melakukan percobaan menggunakan gangang
Spyrogyra. Ganggang ini mempunyai kloroplas seperti spiral. Hanya kloroplas yang
terkena cahaya yang mengeluarkan oksigen. Kloroplas yang tidak kena cahaya tidak
mengeluarkan oksigen. Hal ini dibuktikan dengan banyaknya bakteri aerob (suka
oksigen) yang berkerumun di bagian kloroplas yang terkena cahaya. Kesimpulan
nya adalah:
a. Fotosintesis terjadi di kloroplas
b. Fotosintesis memerlukan cahaya matahari

3. Sachs
Pada tahun 1860, Sachs membuktikan bahwa proses fotosintesis menghasilkan
amilum. Daun yang sebagian dibungkus kertas timah (kertas bungkus rokok) dipetik
di sore hari, setelah terkena matahari sejak pagi hari, daun tersebut direbus untuk
dimatikan sel-selnya. Selanjutnya daun tersebut dimasukkan ke dalam alkohol, agar
klorofilnya larut sehingga daun tersebut menjadi pucat. Saat daun itu ditetesi dengan
yodium, bagian yang tertutup oleh ketas timah tetap pucat, sedangkan bagian daun
yang tidak tertutup warnanya menjadi biru kehitaman. Warna biru kehitaman
menandakan bahwa di bagian daun tersebut terdapat amilum.

3.2.1.4 Hill dan FF Blackman

Hill pada tahun 1937 berhasil membuktikan bahwa energi sinar yang diterima
digunakan untuk memecah molekul air menjadi H+ dan O2. Peristiwa ini dikenal
sebagai fotolisis yang merupakan tahap awal dari fotosintesis. Fotolisis
berlangsung dengan bantuan cahaya matahari sehingga disebut reaksi terang .
Pada reaksi terang, molekul air (H2O) terurai menjadi molekul oksigen (O2), proton
(H+) dan elektron. Elektron tersebut akan mengalami transport elektron melalui
reaksi redoks. Pada akhir transport elektron,elektron tersebut bersama dengan H+
akan ditangkap oleh NADP+ sehingga terbentuk NADPH. Selain NADPH, reaksi
terang juga menghasilkan ATP.

3. Kemosintesis

Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai

sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat
mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-
reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan
lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-
senyawa tertentu.

a. Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi
Fe3+ (ferri).

b. Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara

mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan

reaksi:
Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi
Nitrosococcus
 atau

Nitrosococcus/Nitrosomonas( bakteri nitrit)

2 NH3 + 3O2 ----------------------------- 2HNO2 + 2H2O + Energi

Ammonia asam nitrit

Nitrobacter (bakteri nitrat)

2HNO2 + O2 ------------------------------- 2HNO3 + Energi

Asam nitrit asam nitrat

c. Bakteri belerang

Beggiatoa / Thiospirillum

2H2S + O2 ----------------------------------- 2S + 2H2O + Energi

Belerang

1. Sintesis Lemak
Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme,
ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya
berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim
A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan
pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat,
karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.

4.1. Sintesis Lemak dari Karbohidrat :

Glukosa diurai menjadi piruvat ———> gliserol.
Glukosa diubah ———> gula fosfat ———> asetilKo-A ———> asam lemak.
Gliserol + asam lemak ———> lemak.

4.2. Sintesis Lemak dari Protein:

Protein ————————> Asam Amino
protease

Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dahulu, setelah
itu memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piruvat
———> Asetil Ko-A.

Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam
piruvat, selanjutnya asam piruvat ——> gliserol ——> fosfogliseroldehid.
Fosfogliseraldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifikasi membentuk
lemak.

Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih
tinggi daripada karbohidrat. 1 gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan
1 gram karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori. 1 gram protein,
menghasilkan 4,1 kalori.

5. Sintesis Protein
Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom.
Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk
molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida.

Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang
sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada
inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur
sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.