Handout Biologi Metabolisme XII IA 3

Hand out Biologi XII IA 3

KKN PPL UNM ANGK. V

Andi Maryam Mogana Karpov iymo_bio [email protected]| 1

PETA PIKIRAN

Metabolisme

Katabolisme

Respirasi

aerob

Glikolisis

Dekarboksilasi

Oksidatif

Siklus Krebs

Transfer

elektron

Respirasi

Anaerob

Fermentasi

Alkohol

Fermentasi

Asam Laktat

Anabolisme

Sintesis C

Fotosintesis

Reaksi

Terang

Reaksi

Gelap

Kemosintesis

Sintesis NSintesis

Protein

Nama Sekolah : SMA Negeri 1 Liliriaja

Mata Pelajaran: Biologi

Kelas/Semester : XII / Ganjil

Alokasi waktu : 6 x 45 menit

I. Standar kompetensi

2. Memahami pentingnya proses metabolisme pada organaisme

II .Kompetensi Dasar

2.1. Mendeskripsikan fungsi enzim dalam proses metabolisme

III. Indikator.

1. Menjelaskan pengertian metabolisme

2. Menemukan faktor-faktor yang memengaruhi kerja enzim

3. Menceritakan kembali cara menguji kerja enzim ptialin ( amilase )

4. Menjelaskan fungsi enzim dalam metabolisme

5. Mengidentifikasi ciri-ciri enzim


KKN PPL UNM ANGK. V


A. METABOLISME

Keseluruhan reaksi kimia di dalam tubuh organisme yang melibatkan perubahan energi disebut

metabolisme. Reaksi kimia dalam tubuh terbagi dua yaitu katabolisme dan anabolisme. Proses

pembongkaran senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dengan membebaskan energi dan

electron dinamakan katabolisme. Adapun proses pembentukan senyawa kimia kompleks dari molekul

sederhana dengan menyerap energi dan mengikat elektron dinamakan anabolisme. Contoh anabolisme

adalah fotosintesis sedangkan katabolisme adalah respirasi. Molekul yang Berperan dalam Metabolisme:

1. Molekul Energi

Dalam proses transfer energi, terdapat beberapa jenis molekul energi yang berperan sebagai

molekul penyimpan energi, yakni NADH, FADH2, dan ATP. Semua molekul tersebut memiliki

kesetaraan dengan produksi ATP. NADH = 3 ATP dan FADH2 = 2 ATP.

2. Enzim

Enzim adalah senyawa organik yang tersusun atas protein, berperan sebagai biokatalisator dalam

sel organisme yang hidup. Tanpa adanya enzim, reaksi kimia pada jalur metabolisme akan terhenti.

Enzim dapat bertindak sebagai katalis, yaitu dapat meningkatkan kecepatan reaksi kimia tetapi

tidak berubah dalam reaksi kimia tersebut. Molekul yang bereaksi di dalam suatu reaksi yang

dikatalisis oleh enzim disebut substrat, dan molekul yang dihasilkan disebut produk.

a. Struktur Enzim

Enzim memiliki sisi aktif, yakni bagian atau tempat pada enzim yang berfungsi sebagai tempat

menempelnya substrat. Berikut ini komponen kimia enzim:

b. Sifat Enzim

1) Biokatalisator

2) Enzim adalah protein

3) Enzim bekerja secara spesifik/khusus

4) Enzim berfungsi sebagai katalis

5) Enzim hanya diperlukan dalam jumlah yang sedikit

6) Enzim dapat digunakan berulang kali

7) Enzim tidak berperan bolak-balik

8) Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan

c. Cara Kerja Enzim

Enzim bekerja dengan cara menurunkan energi aktivasi sehingga energi awal minimum untuk

sebuah reaksi dapat diperkecil. Dua teori yang menerangkan cara kerja enzim:

1) Teori Lock and Key (Gembok dan Kunci)

menganalogikan mekanisme kerja enzim seperti kunci dan gembok. Substrat masuk ke

dalam sisi aktif enzim. Jadi, sisi aktif enzim seolah-olah gembok dan substrat adalah

kunci.

2) Teori Induced Fit (Kecocokan yang terinduksi)

Mengemukakan bahwa setiap molekul substrat memiliki permukaan yang hampir pas

dengan permukaan sisi aktif enzim. Jika substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim, akan

terbentuk kompleks enzim substrat yang pas (Keeton and Gould, 1986: 79)

Komponen Enzim

Konyugasi

Apoenzim

(Protein)

Kofaktor

(Nonprotein)

Gugus

Prostetik

Terdiri dari senyawa

logam ( Mn,Fe,Mg.Na

dll )

KoenzimTerdiri dari beberapa

vitamin mis, B1,B6,B12


KKN PPL UNM ANGK. V


d. Penamaan Enzim

Penamaan enzim disesuaikan dengan substrat yang diuraikan lalu dibubuhi akhiran –ase.

e. Jenis Enzim

1) Eksoenzim, enzim yang bekerja di luar sel

2) Endoenzim, enzim yang bekerja di dalam sel

f. Faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim

1) Temperatur. Aktivitas enzim meningkat dengan meningkatnya suhu sampai pada titik

tertentu

2) pH. Perubahan kondisi asam dan basa di sekitar molekul enzim memengaruhi bentuk tiga

dimensi enzim dan menyebabkan denaturasi enzim. Setiap enzim memiliki pH optimum.

3) Konsentrasi Substrat & Konsentrasi Enzim. Konsentrasi substrat yang terlalu banyak dan

konsentrasi enzim sedikit akan menyebabkan reaksi tidak optimal. Konsentrasi enzim

membatasi laju reaksi. Enzim akan “jenuh” jika sisi aktif semua molekul terpakai setiap

waktu. Pada titik jenuh, laju reaksi tidak akan meningkat meskipun substrat ditambahkan.

4) Kofaktor. Membantu proses transfer elektron.

5) Inhibitor Enzim. inhibit artinya menghalangi, inhibitor merupakan senyawa yang

menghambat kerja enzim. Ada dua macam: 1) Inhibitor kompetitif, bersaing dengan

substrat untuk bergabung dengan enzim. 2) Inhibitor nonkompetitif, tidak akan bersaing

dengan substrat untuk bergabung dengan enzim.

6) Kadar air. Rendahnya kadar air dapat menyebabkan enzim tidak aktif. Contoh, Biji.

Cara Menguji Kerja Enzim Ptialin (Amilase)

1. Alat :

a. Gelas aqua

b. Gelas kimia

c. Gelas ukur

d. Tabung reaksi

e. Rak tabung reaksi

f. Pipet tetes

2. Bahan :

a. Air liur

b. Aquades

c. Larutan kanji

d. Larutan fehling A dan B

3. Prosedur Kerja

1. Mengisi dua tabung reaksi dengan air liur sebanyak 3 ml

2. Memberikan label pada kedua tabung reaksi tersebut. Tabung I ditambahkan 1 ml

air liur, dan tabung II tidak ditambahkan air liur

3. Mengocok sampel pada tabung I dan tabung II

4. Meneteskan larutan fehling A dan B pada kedua tabung (± 5 tetes)

5. Mengocok tabung-tabung tersebut dan meletakkan pada penangas 37oC selama 10

menit

6. Mencatat hasilnya dengan memberi tanda positif (+) untuk reaksi positif dengan

warna merah bata dan tanda negatif (-) untuk tabung yang tidak berubah warna.


KKN PPL UNM ANGK. V


Cara Menguji Kerja Enzim Ptialin (Amilase)

1. Alat :

a. Tabung Reaksi

b. Rak Tabung Reaksi

c. Pipet

d. Pembakar Spritus

2. Bahan :

a. Aquades/Air Suling

b. Reagen Lugol

c. Iodine

d. Fehling A Dan B

e. Naoh

f. Cuka

g. Amilum (Kanji)

3. Prosedur Kerja:

1. Kegiatan I (pengaruh suhu terhadap kerja amilase)

a. Mengisi empat tabung reaksi dengan air liur setinggi 1 cm

b. Memberikan label pada empat tabung reaksi tersebut. Tabung I dengan 4o,

tabung II dengan 25o, tabung III dengan 37

o. dan tabung IV dengan 70

o.

c. Meletakkan tabung I kedalam lemari es, tabung II ke dalam air kran, tabung

III kedalam penangas air 37o dan tabung IV kedalam penangas air 70

o selama

10,15 dan 30 menit.

d. Setelah 10 menit tambahkan larutan kanji pada masing-masing tabung

sehingga isi tabung reaksi menjadi 2 cm, lalu masukkan kembali ketempat

semula.

e. Mengambil sedikit sampel pada setiap waktu yang ditentukan dan

meletakkannya di plat tetes kemudian menambahkan reagen lugol

f. Mencatat hasilnya pengamatan

2. Kegiatan II (Pengaruh pH pada kerja amilase)

a. Memasukkan air liur kedalam 3 tabung reaksi masing- masing setinggi 1 cm

dan meletakkannya dirak tabung reaksi.

b. Menambahkan beberapa tetes NaOH pada tabung I, dan Cuka pada tabung

II, sedangkan tabung III tidak ditambahkan apa-apa.

c. Menghomogenkan isi dari ketiga tabung, didiamkan 3 menit

d. Menambahkan larutan kanji ke dalam masing-masing tabung

e. Mengaduk dan memasukkan kedalam penangas air selama 5 menit.

f. Mengambil sampel pada waktu 5 menit, 15 menit, dan 30 menit dan

mengujinya dengan menambahkan reagen lugol.


KKN PPL UNM ANGK. V


B. KATABOLISME & ANABOLISME KARBOHIDRAT

1. Katabolisme Karbohidrat.

Katabolisme merupakan reaksi eksergonik karena melepaskan energy. Jika yang

dilepaskan berupa energi panas, disebut reaksi eksoterm. Katabolisme dibedakan menjadi

Respirasi aerob dan Respirasi anaerob. Respirsi aerob melibatkan oksigen sebagai

penerima hidrogen, respirasi anaerob melibatkan senyawa tertentu seperti asam piruvat

dan asetaldehid sebagai penerima Hydrogen.

a. Respirasi Aerob (Menggunakan oksigen bebas)

Menurut Campbell, et al, (2006: 93) tahap-tahap reaksi respirasi aerob, yaitu:

1) Glikolisis, yaitu proses pemecahan glukosa (6C) menjadi asam piruvat (3C),

2) Dekarboksilasi oksidatif (reaksi antara) asam piruvat, yakni perombakan asam

piruvat menjadi asetil Co-A,

3) Daur Asam Sitrat (Daur Krebs), yakni siklus perombakan asetil Ko-A menjadi

akseptor elektron dan terjadi pelepasan sumber energi,

4) Transfer elektron, yakni mekanisme pembentukan energi terbesar dalam proses

respirasi sel yang menghasilkan produk sampingan berupa air. Oksigen berperan

sebagai akseptor terakhir.

Nama Sekolah : SMA Negeri 1 Liliriaja

Mata Pelajaran : Biologi

Kelas / semester : XII / Ganjil

Alokasi Waktu : 10 X 45 menit

I. Standar Kompetensi

2. Memahami pentingnya proses metabolisme pada organaisme

II. Kompetensi Dasar

2.2 Mendeskripsikan proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat

III. Indikator.

1. Menjelaskan tahapan proses respirasi sel

2. Menjelaskan tempat terjadinya setiap tahapan respirasi sel

3. Mengidentifikasi enzim-enzim yang berperan dalam respirasi sel

4. Menghitung jumlah energi yang diperoleh dalam respirasi aerob dan anaerob

5. Merakit alat pengamatan fermentasi gula

6. Menjelaskan cara melakukan pengamatan fermentasi gula

7. Menjelaskan hasil yang diperoleh dari respirasi aerob dan anaerob

8. Menemukan faktor-faktor yang mempengaruhi kegiatan fotosintesis dan hasil-nya

9. Membuktikan bahwa fotosintesa menghasilkan amilum

10. Menjelaskan tahapan reaksi fotosintesa; reaksi terang dan reaksi gelap C3-C4

11. Menemukan tempat terjadinya reaksi terang dan reaksi gelap.

12. Menemukan bakteri yang melakukan kemosintesa karbohidrat/senyawa lain

13. Menemukan hasil-hasil kegiatan kemosintesa yang dihasilkan bakteri.


KKN PPL UNM ANGK. V


1) Glikolisis Tempat: Sitoplasma

Gambar 1. Tahap Tahap reaksi glikolisis serta enzim yang berperan

Alternatif 1: Jika ada oksigen, maka Asam Piruvat akan melalui tahapan dekarboksilasi oksidatif,

daur krebs dan sistem transport elektron.

Alternatif 2: Jika tidak ada oksigen, maka Asam Piruvat akan mengalami proses fermentasi

Phosphogluco Isomerase

Glyceraldehyde

-3-phosphate

Dehydrogenase

Enolase

Pyruvat Kinase


KKN PPL UNM ANGK. V


2) Daur Asam Sitrat (Daur Krebs) Tempat: Matriks Mitokondria

Sebelum berlangsung siklus krebs. asam piruvat (3C) diubah menjadi asetil KoA

(2C) melalui decarboksilasi oksidatif.

Gambar 2. Reaksi antara (Dekarboksilasi oksidatif)

sebelum memasuk daur krebs

Gambar 3. Daur Krebs dan enzim yang berperan

3) Siistem Transfer Elektron Tempat: Krista Mitokondria

Sintesis ATP selama proses ini disebut fosforilasi oksidatif. Oksigen adalah akseptor

elektron yang terakhir.


KKN PPL UNM ANGK. V


Jadi, Jumlah keseluruhan energi yang dihasilkan dari Proses respirasi aerob adalah:

Proses Akseptor ATP Tempat

Glikolisis

Glukosa 2 as. piruvat

2 NADH

2 ATP Sitoplasma

Daur Krebs

2 As. Piruvat 2 Asetil Co A+2 CO2

2 Asetil Co A 4 CO2

2 NADH

6 NADH

2 FADH2

2 ATP

Matriks Mitokondria

Transpor Elektron

10 NADH+5O2 10 NAD + 10 H2O

2 FADH2+O2 2 FAD + 2H2O

O2

30 ATP

4 ATP

Krista Mitokondria

Jumlah energi yang dihasilkan 38 ATP

Ingat:

1 NADH = 3 ATP, Jadi 10 NADH = 30 ATP

1 FADH2 = 2 ATP, Jadi 2 FADH2 = 4 ATP

b. Respirasi Anaerob (Tanpa menggunakan oksigen)

Dikenal juga dengan istilah fermentasi. Dua tipe reaksi fermentasi:

Gambar 5. Perbedaan Fermentasi Alkohol dan Asam Laktat

Gambar 4. Tahapan Sistem Transpor Elektron


KKN PPL UNM ANGK. V


Fotosintesis: reaksi pengubahan zat anorganik (air, karbondioksida) menjadi zat organik

(gula, amilum) oleh klorofil dengan bantuan energi cahaya. Terjadi di Kloroplas

Percobaan tentang fotosintesis:

Ingenhousz : Fotosintesis menghasilkan oksigen

Engelmann : Fotosintesis dilakukan oleh klorofil dengan bantuan cahaya

Sachs : Fotosintesis menghasilkan amilum

Hill : Energi cahaya untuk memecah air (Fotolisis), reaksi terang.

Blackman : Reduksi CO2 oleh H2 tanpa keterlibatan langsung dari cahaya, reaksi gelap.

Perbedaan Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob

2. Anabolisme Karbohidrat

a. Fotosintesis

Mekanisme Fotosintesis

Fotosintesis terdiri dari dua tahapan yaitu: Reaksi terang dan reaksi gelap.

Reaksi Terang (bergantung cahaya) berlangsung di grana, memecahkan molekul air

untuk menghasilkan Oksigen dan Hidrogen (elektron). Reaksi Gelap (tidak

bergantung cahaya) berlangsung di stroma, memerlukan CO2 dan menghasilkan

C(H2O)n yakni glukosa/amilum.

1) Reaksi Terang

Sering disebut reaksi fotokimia / reaksi fotolisis / reaksi Hill, prosesnya

berlangsung di Grana. 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.

a). Fotosistem I ( FS I )

Elektron yang dikeluarkan dari FS I diteima oleh akseptor feredoksin

sebagai akseptor utama. Elektron ini lalu ditransfer ke NADP. Pada saat yang


KKN PPL UNM ANGK. V


sama juga menerima ion H+ sehingga terbentuk nikotinamida adenin

dinukleotid fosfat tereduksi (NADPH2).

NADP + 2 H+ + 2e NADPH2

b). Fotosistem II ( FS II )

Elektron dari FS II diterima oleh akseptor-akseptor elektron

(plastoquinon, sitokrom dan plastosianin) menuju FS I. Elektron ini

digunakan untuk mengisi lubang pada FS I. Waktu mengalir melaui ekseptor-

akseptornya, elektron ini melepaskan energinya. Energi ini digunakan untuk

mensintesis ATP dari ADP dan Pi (fotofosforilasi)

ADP + Pi ATP

FS II yang telah kehilangan elektron ini akan segera diganti dari pemecahan air

(fotolisis) :

2 H2O 2 H+ + 2 OH

-

2 OH- 2 e + H2O + ½ O2

H2O 2 H+ + 2 e

- + ½ O2

2 H2O 4 H+

+ 4 e- + O2

Pada fotolisis terlihat bahwa O2 yang dibebaskan berasal dari dua molekul air

( 2 H2O ), Jadi pada reaksi terang dihasilkan ATP, NADPH2 dan O2.

2) Reaksi gelap (Siklus Calvin)

Suatu proses fiksasi CO2 untuk membentuk glukosa dengan menggunakan

energi yang dihasilkan oleh reaksi terang. Reaksi ini terjadi di stroma pada

kloroplas dan tidak memerlukan cahaya. Reaksi biokimiawinya berlangsung

melalui suatu siklus yang disebut siklus Calvin Benson.

Dalam siklus Calvin terdapat 3 tahap reaksi, yaitu:

a) Karboksilasi (pengambilan CO2) oleh akseptor RuBP membentuk 2 molekul

PGA yang mengandung 3 atom C.

b) Reduksi molekul PGA menjadi asam fosfogliseraldehid (PGAL) yang

selanjutnya akan membentuk karbohidrat berupa glukosa, sukrosa, dan

amilum.

c) Regenerasi (pembentukan kembali) akseptor CO2, yaitu RuBP, dari molekul

PGAL. Proses ini diperlukan karena CO2 terus-menerus dihasilkan dari reaksi

terang sehingga harus selalu tersedia senyawa yang dapat mengikatnya, yaitu

RuBP.

Fotosintesis melalui jalur C3

Senyawa pertama yang ditemukan setelah pengikatan CO2 oleh RuBP adalah

PGA ( asam fosfogliserat ) yang terdiri atas 3 atom karbon. Oleh karenanya,

tumbuhan yang melakukan fotosintesis menggunakan cara ini disebut tumbuhan

C3.

Fotosintesis melalui jalur C4 (Jalur metabolisme Hatch – Slack)

Terjadi pada tumbuhan golongan C4; yaitu tumbuhan tebu, jagung,

berbagai rerumputan (crabgrass, shorghum dan Bermuda grass) dan beberapa

tumbuhan padang pasir. Tumbuhan ini digolongkan ke dalam tumbuhan C4 karena

senyawa pertama yang dijumpai setelah fiksasi CO2 adalah asam oksaloasetat yang

merupakan senyawa dengan 4 atom karbon.

Kelebihan Tumbuhan C4 dibanding dengan C3

1. Membutuhkan lebih banyak ATP;

2. Sintesis glukosa berlangsung lebih cepat per satuan luas daun;

3. Berlangsung lebih efisien dalam keadaan intensitas cahaya yang tinggi;


KKN PPL UNM ANGK. V


4. Affinitas enzym fosfoenolpiruvat karboksilase terhadap CO2 lebih besar

dibanding dengan RuBP

5. Penambatan CO2 lebih efektif;

6. Proses fotosintesis berlangsung cukup baik dalam keadaan jumlah CO2 yang

sangat sedikit di udara.

7. Tumbuh lebih cepat.

Faktor-Faktor yang Memengaruhi Fotosintesis

1) Faktor Hereditas

2) Faktor Lingkungan

a) Temperatur

b) Intensitas Cahaya Matahari dan Lama Pencahayaan

c) Kandungan Air dalam Tanah

d) Kandungan Mineral dalam Tanah

e) Kandungan CO2 di Udara

f) Kandungan O2

b. Kemosintesis

Kemosintesis adalah proses penyususnan senyawa organik dengan menggunakan

energi yang berasal dari hasil oksidasi senyawa anorganik ( bukan dari cahaya).

Bakteri kemoautotrof antara lain:

1. Bakteri Sulfur : Thiobacillus, Beggiatoa, Thiotrix

2. Bakteri Nitrifikasi: Nitrobakter, Nitrococcus, Nitrosomonas, Bactoderma

3. Bakteri Besi: Cladothrix, Teptothrix

4. Bakteri Hidrogen: B. Panctotrophus

Contoh organisme kemosintesis dan tahapannya adalah :

1. Bakteri belerang, mengoksidasi hidrogen sulfida menjadi unsur sulfur dan air

2H2S + O2 2S + 2H2O + 122,2 kkal

2. Bakteri nitrit ( Nitrosomonas, Nitrosococcus ) mengoksidasi amoniak menjadi

nitrit

2 NH3 + O2 2HNO2+ 2H2O + 158 kkal

3. Bakteri nitrat ( Nitrobakter dan Beggiatoa )

2HNO2 +O2 2HNO3 + 36 kkal

4. Bakteri feroksidan mengoksidasi ferrohidroksida menjadi ferrihidroksida

Fe(OH)2 +O2 Fe(OH)3 + 158 kkal

Handout Biologi Metabolisme XII IA 3

Documents

Transcript of Handout Biologi Metabolisme XII IA 3