METABOLISME SEL

HUKUM KEKEKALAN ENERGI

Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi dapat

diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Contoh : energi matahari diubah oleh tumbuhan melalui proses

fotosintesis menjadi energi kimia yang tersimpan di dalam
makanan.

Energi kimia dalam makanan kemudian dapat diubah lagi oleh

hewan dan manusia (heterotrof) melalui proses respirasi menjadi
energi panas dan energi gerak.
STANDAR KOMPETENSI :
Memahami pentingnya proses metabolisme pada organisme

Kompetensi Dasar :

2.1 Mendeskripsikan fungsi enzim dalam proses

metabolisme
2.2. Mendeskripsikan proses katabolisme dan
anabolisme karbohidrat
Pengertian

Metabolisme merupakan seluruh proses kimia di dalam

tubuh. Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang
bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap bertahan
hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi.
Metabolisme hanya dapat berlangsung jika ada enzim
yang bekerja
Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan
kemudian mengubahnya dalam bentuk energi lain pada
proses metabolisme.
Proses metabolisme dibedakan menjadi anabolisme dan katabolisme

Anabolisme adalah pembentukan
molekul-molekul besar dan kompleks Katabolisme adalah penguraian
dari molekul-molekul kecil dan
sederhana. Misalnya pembentukan
/pemecahan molekul-molekul
senyawa-senyawa seperti pati, besar dan kompleks menjadi
selulosa, lemak, protein dan asam molekul-molekul kecil, dan
nukleat. Pada peristiwa anabolisme prosesnya melepaskan energi.
memerlukan masukan energi. Contoh : respirasi, yaitu proses
oksidasi gula menjadi H2O dan
CO2
ENZIM

 Reaksi kimia metabolisme berlangsung cepat, tanpa henti dan tanpa

dipengaruhi rekasi-reaksi dari sekelilingnya. Semua reaksi dapat
berjalan karena adanya kerja Enzim. Tanpa kerja enzim, rekasi-
reaksi biokimiawi akan berjalan sangat lambat.
 Zat yang dipengaruhi oleh enzim disebut substrat, sedangkan hasil
reaksi disebut produk.
 Enzim merupakan biokatalisator organik yang dihasilkan organisme
hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu
senyawa yang berikatan dengan protein.
 Enzim bekerja dengan cara mempercepat laju reaksi tetapi tidak ikut
bereaksi. Enzim bersifat spesifik, dimana satu jenis enzim hanya
dapat mengatalisis satu jenis reaksi kimia.
ENZIM
Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai berikut.
1. Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.
2. Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang
sama.
Berdasar tempat kerjanya, enzim dibedakan menjadi 2, yaitu :
3. Enzim intraseluler : bekerja di dalam sel, misalnya katalase
4. Enzim ekstraseluler : bekerja di luar sel, misalnya enzim pencernaan
KOMPONEN ENZIM
Sebagian besar enzim tersusun atas protein. Komponen enzim yang
terdiri dari protein disebut apoenzim, sedang komponen enzim yang
bukan protein disebut gugus prostetik. Gugus prostetik yang terdiri dari
iom organik disebut kofaktor.
Kofaktor enzim dibedakan menjadi :
Kofaktor organik  contoh : vitamin, flavin
Kofaktor anorganik  contoh: Mg2+, Mn2+
SIFAT ENZIM

1. Menggumpal jika dipanaskan lebih dari 50⁰C (enzim mengalami

denaturasi). Suhu yang panas akan mengubah struktur dan bentuk
sisi aktif enzim.
2. Enzim bekerja secara spesifik (pada substrat tertentu). Misalnya
enzim ptialin hanya mengubah karbohidrat meskipun pada
makanan yang dikunyah terdapat protein dan lemak.
3. Enzim berfungsi sebagai katalis (disebut biokatalisator) yang
mempercepat jalannya reaksi dengan cara menurunkan energi
aktivasi (EA).
4. Enzim tidak ikut bereaksi, sehingga bisa dipakai berulang kali.
5. Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit
6. enzim dapat bekerja dua arah/bolak-balik (reversibel).
Cara Kerja Enzim
Enzim meningkatkan laju reaksi kimia dengan menurunkan cara menurunkan
energi aktivasi.
Enzim memiliki sisi aktif berbentuk celah/kantung yang berfungsi sebagai
katalis. Enzim berbentuk tiga dimensi dengan sisi aktif yang sangat spesifik
sehingga hanya substrat tertentu yang dapat berikatan.
Bereaksi dengan senyawa lain (disebut substrat) membentuk kompleks Enzim
Substrat (ES) dan terbentuk pada sisi aktif enzim. Kompleks ES akan
membentuk produk dan meninggalkan enzim
 Tahap reaksi kimia yang dikatalisis enzim :
1. Pembentukan kompleks enzim-substrat pada sisi aktif enzim
2. Modifikasi substrat membentuk enzim yang masih terikat dengan substrat
3. Pelepasan produk dari ikatan molekul enzim
Cara Kerja Enzim
Cara Kerja Enzim
Teori kunci/gembok dan anak kunci (Lock and key)  Emil Fischer
(1894)
Hanya anak kunci (substrat) yang ukurannya sesuai yang dapat masuk
ke lubang gembok (sisi aktif enzim), membentuk ikatan kompleks
enzim ssubstrat kompleks Hal ini menjadikan Enzim bekerja secara
spesifik.
 Cara Kerja Enzim
 Teori cocok terinduksi (Induced Fit Theory) : Daniel Koshland
Substrat berperan dalam menentukan bentuk akhir enzim, jadi sisi
aktif enzim bersifat fleksibel
 Kerjakan soal-soal dibawah ini !

1. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim!

2. Jelaskan yang dimaksud dengan inhibitor dan jenis-jenis
inhibitor!
3. Dalam proses anabolisme (misalnya pembentukan protein dari
sejumlah asam amino) dibutuhkan energi berupa ATP!
a. Jelaskan apa yang dimaksud dengan ATP!
b. Gambar struktur ATP!
c. Berikan contoh reaksi kimia yang menggunakan ATP!
d. Jelaskan dari mana sel-sel tubuh memperoleh ATP!
4. Proses pernafasan pada tingkat sel (respirasi aerob) yang
menghasilkan energi berlangsung melalui 4 tahap, apa saja?
Sebutkan dan jelaskan!
5. Jelaskan tahapan proses glikolisis hingga dihasilkan asam
piruvat dan ATP!
 PENGHAMBAT KERJA ENZIM (INHIBITOR)
Ada beberapa senyawa kimia yang dapat menghambat (menginhibisi)
kerja enzim spesifik.
Berdasar sifat ikatannya, inhibitor dibedakan menjadi 2:
1. Inhibitor irreversible, jika inhibitor berikatan dengan sisi aktif
enzim secara kovalen sehingga ikatannya kuat dan tidak dapat
terlepas, dan menyebabkan enzim menjadi tidak aktif.
2. Inhibitor reversible, dibedakan menjadi :
a. Inhibitor reversible kompetitif : menempati sisi aktif enzim
dengan cara bersaing dengan substrat. Penghambatan dapat
dihilangkan dengan menambahkan jumlah substrat.
b. Inhibitor reversible nonkompetitif : menempati bagian lain dari
enzim dan tidak bersaing dengan substat untuk menempati sisi
aktif enzim, menyebabkan molekul enzim mengubah bentuknya
sehingga sisi aktif enzim menjadi tidak reseptif (tidak bisa
menerima substrat.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzim

 Konsentrasi substrat : makin tinggi konsentrasi substrat, makin cepat

laju reaksi yang dikatalisis.
 Konsentrasi enzim : makin banyak jumlah enzim, makin cepat laju
reaksi hingga mencapai kecepatan maksimum.
 Suhu : aktivitas enzim akan meningkat seiring meningkatnya suhu
hingga mencapai suhu optimum. Jika suhu terlalu tinggi, enzim akan
mengalami denaturasi (modifikasi terhadap konformasi protein).
 pH : enzim bekerja maksimal pada suhu optimum. Efektivitas enzim
akan berkurang jika dibawah atau diatas pH optimum (6-8), kecuali
pepsin yang memiliki suhu optimum dengan pH 2
 Inhibitor : senyawa kimia yang menghambat kerja enzim, dengan cara
menempati sisi aktif enzim. Contoh : air raksa (Hg), sianida, CO3.
Adenosine Triphosphate
 Merupakan nukleotida yang terdiri atas suatu basa organik (adenin), gula dengan
5 atom karbon (ribosa) dan 3 gugus fosfat yang saling bersambungan.
 Di dalam ATP tersimpan energi utama yang diperlukan untuk berbagai aktivitas
sel, yang akan dibebaskan saat terjadi pemecahan (hidrolisis) molekul ATP
menjadi ADP dan fosfat anorganik (P).
ATP + H2O  ADP + P + Energi (30-33 kJ/mol)
 KATABOLISME KARBOHIDRAT
 Merupakan pemecahan/perombakan molekul karbohidrat dari
karbohidrat kompleks (polisakarida) menjadi karbohidrat
sederhana (monosakarida) secara enzimatis
 Respirasi merupakan oksidasi senyawa organik secara
terkendali untuk membebaskan energi bagi pemeliharaan dan
perkembangan makhluk hidup.
Berdasarkan kebutuhan terhadap oksigen bebas, respirasi dibedakan
:
1. Respirasi aerobik : respirasi yang membutuhkan oksigen
bebas. Oksigen merupakan penerima hidrogen terakhir.
2. Respirasi anaerobik : respirasi yang tidak membutuhkan
oksigen bebas. Sebagai penerima hidrogen terakhir bukan
oksigen, tetapi senyawa lain seperti asam pyruvat dan
asetaldehid.
Katabolisme karbohidrat meliputi respirasi dan fermentasi
Tahap-tahap respirasi aerob

 Glikolisis (penguraian gula/bahan bakar organik berkarbon 6

menjadi 2 molekul asam piruvat (asam berkarbon 3)
  dekarboksilasi oksidatif/pembentukan asetil koenzim A,
merupakan reaksi transisi/antara glikolisis dan Siklus Krebs,
dimana terjadi pengubahan molekul asam piruvat (beratom 3C)
menjadi Asetil ko-A (beratom 2C) yang berlangsung di dalam
matriks mitokondria.
  Siklus Krebs : berlangsung dalam 8 tahap rekasi dengan hasil
akhir 6 NADH, 2FADH2, 2 ATP dan 4 CO2
  Rantai Transpor Elektron, berlangsung di bagian krista
mitokondria.
Glikolisis

 Berlangsung di sitoplasma
 Berlangsung secara anaerob
 Mengubah/penguraian
glukosa (6C) menjadi 2
asam piruvat (3C).
 Untuk setiap molekul
glukosa dihasilkan energi 2
ATP dan 2 NADH
 Dikenal sebagai Reaksi
Embden dan Meyerhoff
 Reaksi glikolisis terjadi dalam 10 tahap secara berurutan

• Fosforilasi glukosa : ATP + glukosa  glukosa 6 fosfat + ADP + H

• Pengubahan glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat
• Fosforilasi fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat
• Penguraian fruktosa 1,6-difosfat menjadi dua triosa fosfat
• Pengubahan dihidroksi aseton fosfat menjadi gliseraldehid 3-fosfat.
• Pengoksidasian gliseraldehid 3-fosfat menjadi 3-fosfogliseroil fosfat
• Pengubahan 3-fosfogliseroil fosfat menjadi 3-fosfogliseraldehid dan
ATP
• Pengubahan 3-fosfogliseraldehid menjadi 2-fosfogliseraldehid
• Pengubahan 2-fosfogliseraldehid menjadi fosfoenol piruvat
• Pengubahan fosfoenol piruvat menjadi piruvat.
 Jika tersedia oksigen cukup. Piruvat akan diubah menjadi asetil
KoA dan masuk ke siklus Krebs.
 Jika kondisi sel anoksia piruvat akan masuk ke jalur fermentasi
membentuk etanol atau asam laktat.
Pembentukan Asetil Koenzim A
 Molekul piruvat yang terbentuk pd glikolisis  masuk mitokondria
 dekarboksilasi oksidatif  asetil KoA

TUGAS MANDIRI TERSTRUKTUR

1. Buatlah skema siklus Krebs lengkap dengan keterangan 8 tahap
yang berlangsung!
2. Buatlah skema siklus Calvin lengkap dengan keterangan 3 tahap
yang berlangsung!
Siklus Asam Sitrat (Siklus Krebs)
 Asam piruvat hasil glikolisis akan dioksidasi menjadi air dan
karbondioksida melalui siklus asam sitrat (Siklus Krebs).
Uraian Siklus Krebs  8 tahap

1. Pembentukan asam sitrat oleh asetil KoA dan

asam oksaloasetat
2. Perubahan asam sitrat menjadi isositrat
3. Dehidrogenasi isositrat menjadi ά-
ketoglutarat dan karbondioksida
4. Dekarboksilasi ά-ketoglutarat menjadi
suksinil-KoA dan karbondioksida
5. suksinil-KoA diubah menjadi suksinat
6. Suksinat mengalami dehidrogenasi menjadi
fumarat
7. Hidrasi fumarat membentuk malat
8. Dehidrogenasi malat membentuk
oksaloasetat.
Transpor Elektron/Fosforilasi Oksidatif
 Merupakan reaksi tahap akhir dari respirasi sel.
 Berlangsung di membran dalam mitokondria
 Aliran elektron dari senyawa organik menuju oksigen akan menghasilkan energi
untuk membuat ATP dari ADP dan fosfat.
 Elektron yang masuk rantai transpor elektron memiliki energi yang tinggi, dan
saat melintasi rantai transpor elektron perlahan-lahan energinya akan habis
digunakan untuk membentuk ATP (dari ADP dan Phospat)
 FERMENTASI
 Disebut juga respirasi anaerob  tidak menggunakan Oksigen
 Merupakan proses penguraian senyawa organik untuk memperoleh
energi tanpa menggunakan oksigen, dan sebagai gantinya
digunakan piruvat atau asetaldehid untuk mengikat elektron akhir.
FERMENTASI ASAM LAKTAT
Dilakukan oleh mikroorganisme (bakteri)
Asam piruvat diubah menjadi asam laktat. dengan
bantuan enzim laktat dehidrogenase.
Setiap molekul glukosa menghasilkan 2 ATP
FERMENTASI ALKOHOL
Dilakukan oleh ragi/khamir, misalnya Saccharomyces
Asam piruvat mengalami dekarboksilasi menjadi
asetaldehid dan kemudian mengalami reduksi menjadi
alkohol dengan bantuan enzim alkohol dehidrogenase.
Setiap molekul glukosa menghasilkan 2 ATP
 ANABOLISME
Disebut juga biosintesis/asimilasi
 penyusunan senyawa kompleks
dari senyawa sederhana.

Berdasar sumber
energinya, anabolisme
dibedakan menjadi :
• Fotosintesis (sumber
energi : cahaya
matahari)
• kemosintesis
(sumber energi :
energi kimia)
Kerjakan dalam kelompok @2-3 siswi  jawaban di tulis pada
kertas lepas, dikumpulkan

1. Di bagian daun manakah berlangsung proses fotosintesis?

2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan fotosistem, dan jelaskan
perbedaan antara fotosistem I dan fofosistem II!
3. Jelaskan proses reaksi terang pada fotositesis (tempat
berlangsung, proses yang terjadi, hasil)
4. Jelaskan proses reaksi gelap pada fotositesis (tempat
berlangsung, proses yang terjadi, hasil)
5. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi proses fotosintesis.
6. Jelaskan tentang kemosintesis lengkap dengan contoh reaksinya!
FOTOSINTESIS
 FOTOSINTESIS
• Hanya dapat dilakukan oleh organisme autotrof yang memiliki pigmen
fotosintesis yang dapat menyerap energi matahari secara langsung
• Pigmen fotosintetik meliputi : klorofil, karoten, fikoeritrin, fikosianin.
• Cahaya matarhari
• Proses fotosintesis berlangsung di dalam kloroplas, terutama pada jaringan
palisade (tiang) dan jaringan bunga karang (spons)
Berlangsungnya Fotosintesis
Di dalam kloroplas terdapat butir-
butir granum.
Antar granum satu dengan yang
lain dihubungkan oleh lamela
antargranum
Setiap granum tersusun atas unit-
unit yang disebut Tilakoid.
Didalam membran tilakoid
terdapat klorofil a dan klorofil b.
Klorofil a dan klorofil b yang terdapat dalam membran tilakoid
membentuk fotosistem.
Fotosistem dibedakan menjadi fotosistem I dan II (FS I dan FS II)
Proses fotosintesis berlangsung dalam 2 tahap  rekasi terang dan
reaksi gelap
Reaksi Terang
 Terjadi penyerapan energi matahari oleh klorofil menjadi energi
kimia (ATP dan NADPH).
 Berlangsung proses fotolisis air  penguraian air oleh energi
cahaya yang menghasilkan ion Hidrogen dan Oksigen.
 Dalam reaksi terang terdapat dua pusat reaksi, yaitu fotosistem I
(FS I) dan fotosistem II (FS II). Pada FS I terdapat klorofil a.683
(kl A.683) dan karotenoid yang mampu menyerap energi cahaya
maksimum pada gelombang 700 nm (P 700), sedangkan untuk FS
II dengan P 680 diserap oleh klorofil a 673 (kl A.673) dan klorofil
b.
 Jika kloroplast mendapat cahaya, maka elektron dari klorofil pada
kedua fotosistem akan tereksitasi.  Elektron kaya energi ini
kemudian dipindahkan melalui akseptor-akseptor untuk
dimanfaatkan energinya.
 Reaksi Terang
 Terdapat 2 jalur aliran elektron, yaitu Fotofosforilasi non siklik dan
Fotofosforilasi siklik.
Reaksi Gelap
 Dapat berlangsung ketika ada cahaya matahari/tidak.
 Reaksi gelap berlangsung di dalam stroma
 ATP dan NADPH hasil dari reaksi terang digunakan sebagai
sumber energi untuk mereduksi/memfiksasi karbondioksida
menjadi glukosa melalui siklus Calvin Benson
Siklus Calvin
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fotosintesis

1. Faktor genetik  menyebabkan perbedaan fasilitas fotosintesis.

2. Suhu  aktivitas enzim berlangsung maksimal pada suhu
optimum.
3. Cahaya  lama pencahayaan, intensitas cahaya, panjang
gelombang cahaya.
4. Air  pada reaksi terang terjadi proses fotolisis yang menjadi
pemasok elektron untuk proses fotofosforilasi pembentukan
ATP dan NADPH.
5. Karbondioksida  difiksasi oleh stomata daun, kemudian
direduksi menjadi glukosa.
6. Mineral  bahan penyusun molekul klorofil.
Kemosintesis
 Biosintesis menggunakan energi dari reaksi kimia.
 Dilakukan oleh bakteri nitrit (Nitrosomonas, Nitrosococcus),
bakteri nitrat ((Nitrosobacter), bakteri belerang ((Thiothrix,
Thiobacillus), bakteri besi (Cladothrix)
PERBANDINGAN ANTARA FOTOSINTESIS DAN KEMOSINTESIS
 Bahan yang
Organisme Type proses Sumber energi Hasil
dipakai
Cahaya yang diabsorbsi Gula, H2O,
Tumbuhan hijau Fotosintesis CO2 , H2O
klorofil O2
Bakteri Cahaya yang diabsorbsi
Fotosintesis CO2 , H2S Gula, H2O , S
belerang hijau klorofil bakteri
Bakteri CO2 , H2S, Cahaya yang diserap
Fotosintesis Gula, H2SO4
belerang ungu H2 O bakteriopurpurin

Bakteri Kemosintesi Oksidasi ammonia menjadi Gula, H2O,

CO2 , H2O
Nitrifikasi s nitrit O2

Bakteri Kemosintesi Gula, H2O,

CO2 , H2O Oksidasi nitrit menjadi nitrat
Nitrifikasi s O2
Bakteri Gula, H2O,
Kemosintesi
belerang tak CO2 , H2O Oksidasi H2S menjadi sulfat
s O2
berwarna
Kemosintesi Gula, H2O,
Bakteri besi CO2 , H2O Oksidasi ferro menjadi ferri
s O2
Bakteri sulfur mengoksidasi sulfida menjadi  sulfat :

 Menyerap (H2S) maupun S2 dari lingkungan

 Kedua senyawa tsb bergabung dengan oksigen dan
menghasilkan energi yang digunakan untuk membuat
Karbohidrat
 Hasil samping berupa S2, bila bahan asalnya H2S dan ion
sulfat (SO42-) bila asalnya S2
KATABOLISME LEMAK DAN PROTEIN

Lemak dirombak menjadi :

1. Asam lemak : mengandung 95% energi
2. Gliserol : mengandung 5% energi
Asam lemak mengalami oksidasi di mitokondria, berlangsung 2 tahap yaitu:
Oksidasi asam lemak dan oksidasi asetil koA.
Gliserol dirombak secara glikolisis, diubah menjadi hidroksi aseton fosfat.
KATABOLISME PROTEIN
Oksidasi asam amino menghasilkan energi 10% dari total energi yang
diperlukan.
Protein dirombak oleh enzim protease, kemudian menjadi peptida sederhana,
misalnya asam amino.
Asam amino kemudian mengalami deaminasi oksidatif di dalams el-sel hati,
yaitu pemutusan gugus amino. Pada mamlia, gugus amino diubah menjadi
amonia, dan dikeluarkan dalam bentuk urea