2. Metabolisme

Embed Size (px)

Citation preview

Standar Kompetensi : Kompetensi Dasar : Indikator

2. Memahami pentingnya proses metabolisme pada organisme. 2.1 Mendeskripsikan fungsi enzim dalam proses metabolisme. 2.2 Mendeskripsikan proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat : 2.1.1 Menjelaskan pengertian metabolisme. 2.1.2. Mengidentifikasi ciri-ciri enzim. 2.1.3 Menjelaskan fungsi enzim dalam metabolisme. 2.1.4 Memahami prinsip kerja enzim. 2.1.5 Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim. 1.2.1 Menjelaskan tahapan proses respirasi sel. 1.2.2 Menjelaskan tempat terjadinya setiap tahapan respirasi sel. 1.2.3 Mengidentifikasi enzimenzim yang berperan dalam respirasi sel. 1.2.4 Menghitung jumlah energi yang diperoleh dalam respirasi aerob dan anaerob.

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 dengan menggunakan energi tinggi. Contoh : fotosintesis (asimilasi C) energi cahaya 6 CO2 + 6 H2O > C6H1206 + 6 02 klorofil glukosa Pada kloroplas terjadi transformasi energi, dari energi cahaya sebagai energi kinetik menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan senyawa organik pada glukosa. Dengan bantuan enzimenzim, 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 (Dissimilasi), yaitu proses penguraian zat untuk membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam senyawa organik tersebut. Contoh: enzim C6H12O6 + 6 O2 > 6 CO2 + 6 H2O + 686 KKal. energi kimia Saat molekul terurai menjadi molekul yang lebih kecil terjadi pelepasan energi dalam bentuk energi panas. Bila pada suatu reaksi dilepaskan energi, reaksinya disebut reaksi eksergonik. Reaksi semacam itu disebut juga reaksi eksoterm.

Molekul yang Terlibat dalam Metabolisme1. ENZIM Enzim merupakan biokatalisator / katalisator organik yang dihasilkan oleh sel. Struktur enzim terdiri dari: Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yang akan rusak bila suhu terlampau panas(termolabil). Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak tersusun dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik yang disebut KOENZIM. 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. Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat pada enzim. 2. Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor. 3. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi dan reaksinya sangat cepat sehingga menurunkan energi aktivasi. 4. Bekerja secara spesifik, enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu. 5. Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60 C, karena enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil. 6. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, dan dapat digunakan berulang-ulang. 7. Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase. 8. Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah (reversibel), meskipun ada juga yang mengkatalisis reaksi dua arah (irreversibel), contoh : lipase, mengkatalisis pembentukan dan penguraian lemak. lipase Lemak + H2O > Asam lemak + Gliserol

Cara Kerja enzim: Substrat + Enzim Kompleks enzim-substrat Enzim + Produk

(1).Teori Lock and Key / Gembok dan Kunci

(2). Teori Induced Fit / Ketepatan Induksi

Kerja enzim menurut teori ketepatan induksi; Sisi aktif enzim fleksibel menyesuaikan bentuk substrat Faktor yang mempengaruhi kerja enzim : a. Suhu suhu tinggi aktivitas enzim tinggi; enzim bersifat termolabil suhu tinggi ter-denaturasi; sedangkan suhu rendah in-aktif

b.

pH perubahan pH merubah asam amino pada sisi aktif enzim, sehingga tidak bisa berikatan dengan substrat

c. Aktivator dan Inhibitor Pada reaksis enzimatis terdapat zat yang mempengaruhi reaksi, yakni aktivator dan inhibitor. Aktivator dapat mempercepat jalannya reaksi, contoh aktivator enzim: ion Mg2+, Ca2+, zat organik seperti koenzim-A. Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim. Contoh inhibitor : CO, Arsen, Hg, Sianida. Inhibitor kompetitif; struktur inhibitor mirip substrat Inhibitor non-kompetitif ; inhibitor berikatan dengan sisi alosterik; sehingga mengubah bentuk sisi aktif enzim Inhibitor umpan balik; Hasil akhir reaksi menghambat kerja enzim

d. Konsentrasi enzim dan Konsentrasi Substrat konsentrasi enzim dan substrat berbanding lurus dengan kecepatan reaksi

2. ATP (Adenosin Tri Phosphat) Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekul fosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi. Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.

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 + 6 O2 > 6CO2 + 6H2O + 688 KKal. (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. Contoh: Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya: C6H12O6 + 6 O2 > 6CO2 + 6H2O + Energi (688KKal) Reaksi pembongkaran glukosa menjadi CO2 + H20+ Energi, melalui tiga tahap : 1. Glikolisis. 2. Daur Krebs. 3. Transpor elektron respirasi. 1. Glikolisis: Tempat Terjadi : Sitoplasma / Sitosol Peristiwa perubahan : 1. Glukosa 2. Glukosa - 6 - fosfat 3. Fruktosa 1,6 difosfat 4. 2 fosfogliseral dehid (PGAL) Triosa fosfat 5. 2 Asam piruvat. Hasil Glikolisis : 1. 2 molekul asam piruvat. 2. 2 molekul NADH (sebagai sumber elektron berenergi tinggi). 3. 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.

/

Reaksi sederhana Glikolisis : Glukosa + 2 ATP 2 Asam Piruvat + 4 ATP+ 2 NADH 2. Daur Krebs (daur trikarboksilat): Tempat Terjadi : Matriks Mitokondria Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia Transisi 2 asam piruvat menjadi 2 Asetil KoA menghasilkan 2 NADH dan 2 CO2. Asetil KoA ditangkap oleh asam oksaloasetat dan menghasilkan asam sitrat Hasil akhir siklus krebs : 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP dan 4 CO2.

Gb. Siklus Krebs 3. Rantai Transport Elektron: Tempat Terjadi : membran dalam / kristae mitokondria. Dari daur Krebs akan keluar e- dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH (NAD+ + H+ + 1 e-) dan FADH2, sehingga dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air di dalam mitokondria. Oksigen menangkap e- dari sitokrom dan berikatan dengan H+ dari lingkungan sehingga terbentuk H2O. Dengan demikian air sebagai hasil sampingan respirasi. Produk sampingan CO2 diangkut ke alat pernafasan ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi.

Kesimpulan : Pembongkaran 1 mol glukosa (C6H1206) + O2 > 6 H20 + 6 CO2 menghasilkan energi sebanyak 38 ATP. Ketiga proses respirasi yang penting tersebut dapat diringkas sebagai berikut: PROSES 1. Glikolisis: Glukosa > 2 asam piruvat 2. Dekarboksilasi oksidatif 2 asetil piruvat > 2 asetil KoA + 2 C02 3. Siklus Krebs: 2 asetil KoA > 4 CO2 4. Rantai transpor elektron: 10 NADH + 502 > 10 NAD+ + 10 H20 2 FADH2 + O2 > 2 FAD + 2 H20 Total AKSEPTOR 2 NADH 2 NADH 6 NADH 2 FADH2 2 ATP ATP 2 ATP

30 ATP 4 ATP 38 ATP

Gbr. Rangkuman Respirasi Aerob

FERMENTASI Pada umumnya respirasi tumbuhan den hewan dilakukan secara aerob, namun apabila respirasi aerob terhambat, maka hewan dan tumbuhan tersebut melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, atau respirasi anaerob. Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/asam susu dan fermentasi alkohol. 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 Prosesnya : 1. (Glikolisis): Glukosa > as. piruvat enzim C6H12O6 > 2 C2H3OCOOH + ATP 2. Dehidrogenasi asam piruvat membentuk asam laktat. 2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 > 2 C2H5OCOOH + 2 NAD Piruvat dehidrogenase Energi yang terbentuk 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. Dekarboksilasi asam piruvat. Asam piruvat > asetaldehid(CH3CHO) + CO2. piruvat dekarboksilase 3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol(etanol).

2 CH3CHO + 2 NADH2 > 2 etanol (C2HsOH) + 2 NAD. alkohol dehidrogenase Ringkasan reaksi : C6H12O6 > 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

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: aerob C6H12O6 > 2 C2H5OH > 2 asam cuka (CH3COOH) + H2O + 116 kal (glukosa) bakteri asam cuka

ANABOLISME / SINTESIS Anabolisme adalah penyusunan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks. Anabolisme memerlukan energi (endergonik), misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis. 1. Fotosintesis Fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan senyawa menggunakan energi cahaya 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). Spektrum cahaya tampak yang digunakan dalam proses fotosintesis adalah ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis. Hasil fotosintesis adalah karbohidrat dan oksigen. Oksigen merupkan hasil samping fotosintesis dan volumenya dapat diukur, oleh sebab itu volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan dapat diukur untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis. Percobaan Ingenhousz membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari. 2. Pigmen Fotosintesis Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Salah satu pigmen fotosintetik dalam daun terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang. Jaringan tersebut mengandung kloroplast yang berisi klorofil / pigmen hijau dan mampu menyerap energi cahaya matahari. Struktur kloroplas : terdiri membran ganda yang melingkupi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentuk suatu sistem membran tilakoid . Kumpulan tilakoid 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 (tanpa membutuhkan cahaya / reaksi gelap). 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. 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).

H2 yang terlepas akan diikat oleh NADP dan terbentuklah NADPH 2, 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 (Siklus Calvin). NADPH2 akan bereaksi dengan CO2 dalam bentuk H+ menjadi CH20. CO2 + 2 NADPH2 + O2 > 2 NADP + H2 + CO+ O + H2 + O2

Gbr. Siklus Calvin / Reaksi Gelap Ringkasnya : Reaksi terang Reaksi gelap Atau Atau : 2 H20 > 2 NADPH2 + O2 : CO2 + 2 NADPH2 + O2 >NADP + H2 + CO + O + H2 +O2 2 H2O + CO2 > CH2O + O2 12 H2O + 6 CO2 > C6H12O6 + 6 O2

Energi Cahaya Matahari/foton Klorofil fosforilasi Klorofil-e

(I)12 ADP

12 ATP 24 H2O

R E A K S I T E R A N G

Fotolisis air24 H+

24 OH

-

12 H2O + 6O2 (ke udara)

12 NADPH2

12 NADP (dalam daun)

fosforilasi

12 Asam Fosfo gliserat (APG)

1. Fiksasi karbon6CO2

2. Reduksi karbon12 Fosfo gliseraldehida (PGAL)

(Ribulosa difosfat = 6 RDP)

II R E A K S I G E L A P

3. RegenerasiRDP

C6H12O6 (glukosa) ADP (C6H10O5) + nH2O ke udara

(glukosa/amilum)

I.

Pilih salah satu jawaban yang paling benar!

1. Perhatikan gambar enzim berikut : Pernyataan yang benar mengenai sifat kerja enzim berdasarkan gambar adalah .... a. Mempercepat reaksi kimia b. Menghambat reaksi kimia c. Kerja enzim spesifik d. Dapat dihambat oleh inhibitor e. Berperan sebagai biokatalisator 2. Perhatikan grafik hubungan antara aktivasi sel dengan enzim berikut! 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 dapat berlangsung cepat c. Meningkatkan energi aktivasi yang diperlukan sehingga reaksi kimia berlangsung lambat d. Meningkatkan suhu dalam sel sehingga aktivasinya menjadi tinggi e. Menghambat jalannya reaksi kimia pada suhu rendah 3. Inhibitor-inhibitor kompetitif dari suatu senyawa fermentasi memiliki . a. Struktur yang sama dengan molekul senyawa fermentasi b. Struktur yang sama dengan molekul senyawa substratnya c. Struktur yang sama dengan gen yang mengkode senyawa fermentasi d. Kemampuan untuk berhubungan dengan sisi allosterik substrat e. Kemampuan menghambat enzim 4. Enzim ptialin yang dihasilkan oleh kelenjar ludah tidak akan mampu lagi bekerja setelah berada di dalam lambung. Hal tersebut terjadi karena keadaan di dalam lambung . a. memiliki kisaran suhu terlalu tinggi b. memiliki konsentrasi substrat tinggi c. memiliki pH sangat rendah d. menghasilkan pepsin sebagai inhibitor kompetitif e. memproduksi HCl sebagai inhibitor non kompetitif 5. Di bawah ini percobaan enzim katalase:Bara

Ekstrak hati

X

terbentuk gas

Kesimpulan percobaan tersebut adalah . a. Bara menyala menandakan terbentuk gas O2 hasil penguraian peroksida oleh katalase b. Percobaan pada kondisi pH asam, X adalah H2O2 berubah menjadi H2O + O2

c. X adalah enzim katalase, yang akan menguraikan ekstrak hati d. Percobaan pada kondisi suhu 45oC, gas terbentuk hasil fotolisis H2O e. Gas yang terbentuk berasal dari enzim katalase 6. Berikut ini adalah proses katabolisme karbohidrat : 1. menggunakan CO2 sebagai akseptor elektron 2. menggunakan O2 sebagai akseptor elektron 3. terjadi glikolisis dan terbentuk asam piruvat 4. terjadi pembongkaran asam piruvat tanpa O2 sebagai akseptor elektron 5. dihasilkan senyawa asetaldehid dan CO2 6. menggunakan NADH2 dan FADH2 yang dihasilkan secara enzimatik Pernyataan yang merupakan proses respirasi anaerob adalah a. 1, 2, 3 dan 4 d. 2, 3, 4 dan 6 b. 1, 2, 3 dan 5 e. 3, 4, 5 dan 6 c. 1, 3, 5 dan 6 7. Lintasan glikolisis pada proses respirasi terjadi di dalam sitoplasma dan berlangsung secara.... a. Aerob d. heterotrof b. Anaerob e. autotrof c. Fermentasi 8. Perhatikan skema respirasi aerob berikut : Hasil reaksi yang ditunjuk oleh nomor 1 dan 2 berturut-turut adalah . GlukosaATP 2 NAD NADH+

1

CO2

a. b. c. d. e.

FADH2 dan Co-enzim A FADH2 dan asam piruvat NADH dan Co-enzim A NADH dan asam piruvat NADH dan asetaldehid

Asetil Co-A

Asam sitrat

9. Perhatikan bagian tahapan Siklus Krebs berikut 1

Asetil KoA

Asam oksaloasetat 2 Bagian yang bernomor 1 dan 2 adalah ....

a. asam piruvat dan ATP b. asam piruvat dan asam laktat c. asam sitrat dan asam piruvat

d. asam piruvat dan asam sitrat e. asam sitrat dan NADPH

10. Produk fermentasi anaerob yang dilakukan oleh Saccharomyces adalah . a. CO2, alkohol dan ATP b. NADH2, air dan alcohol c. Asam laktat, ATP dan air d. Alkohol, asam piruvat dan CO2 e. Glukosa, ATP dan alkohol II. Jawablah dengan singkat dan jelas ! 1. Jelaskan pengaruh faktor suhu, pH, jumlah enzim dan jumlah substrat terhadap kecepatan reaksi enzim beserta gambar grafik masing-masing! 2. Jelaskan tiga mekanisme penghambatan kerja enzim ! 3. Perhatikan diagram rangkaian tahap-tahap respirasi aerob berikut : a. Lengkapi tabel berikut : Glukosa Label Tahapan Proses Jumlah ATP Akseptor eJumlah A (NADH) CO2 A ..... ..... ..... ..... Piruvat B ..... ..... ..... ..... B C ..... ..... ..... ..... X b. Sebutkan bagian yang berlabel X !

C

4. Tuliskan reaksi kimia sederhana pada fermentasi 1 molekul glukosa secara anaerob yang dilakukan oleh Saccharomyces cereviseae ! 5. Perhatikan gambar struktur kloroplas berikut :

a. Tentukan keterangan gambar yang berlabel 1 sampai 5 ! b. Terangkan 2 fungsi masing-masing bagian yang berlabel 4 dan 5! 6. Jelaskan perbedaan fosforilasi siklik dan nonsiklik pada reaksi terang fotosintesis berdasarkan fotosistem yang berperan, proses dan energi yang dihasilkan! 7. Reaksi gelap / siklus Calvin dalam fotosintesis terbagi menjadi tiga fase. Identifikasi tahap-tahap reaksi yang terjadi pada masing-masing fase! SUMBER : Buku Erlangga Kelas XII Buku ESIS, Erlangga Jilid 3 Buku Intan Pariwara 3A