Kode Modul: 01.BIO-SMA-T.2005MODUL DIKLAT BERJENJANGJenjang Sekolah : SMABidang Studi : BiologiJenjang Diklat : Tinggi

METABOLISME ORGANISME

Penyusun : Drs. Deddy SuhardiPenyunting : Dra. Sumastri, M.Si

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALDIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAH

PUSAT PENGEMBANGAN DAN PENATARAN GURU ILMU PENGETAHUAN ALAM(SCIENCE EDUCATION DEVELOPMENT CENTRE)

iKATA PENGANTAR

Pusat Pengembangan Penataran Guru Ilmu Pengetahuan Alam (PPPG IPA)sebagai lembaga diklat memiliki tugas pokok dan fungsi antara lain mengembangkandan meningkatkan kualitas pendidikan sains untuk tingkat SD, SMP, SMA, SMK ,dan SLB. Sebagai lembaga pengembang, PPPG IPA selalu berupaya meningkatkanperan dan fungsinya dengan mengembangkan standardisasi kompetensi tenagakependidikan, menerapkan standar pelayanan nasional, serta mengkaji danmengembangkan bahan diklat yang inovativ, aktual, dan sesuai dengan kebutuhanlapangan.

Modul adalah salah satu bahan diklat yang disusun untuk mengembangkanmodel-model pembelajaran sains untuk dikaji, dipahami, dan diimplementasikan olehguru-guru dalam proses pembelajaran, agar guru dan siswa lebih memahamibagaimana proses pemahaman sains. Oleh karena itu, pada proses belajarmengajar sains, guru harus berorientasi pada tiga hal pokok, sebagai berikut.1. Proses sains, siswa belajar dan memahami sains melalui pengamatan,

pengukuran, percobaan, menarik kesimpulan, dan lainnya.2. Struktur konsep sains yaitu: Fisika, Biologi, Kimia, dan IPBA.3. Kecakapan hidup siswa (life skills).

Berdasarkan tiga aspek tersebut, cara yang ditempuh adalah dengan lebihmengenalkan konsep-konsep sains dengan cara menggunakan model keterampilanproses sains dan bahan diklat yang sesuai.

Diharapkan modul ini dapat dimanfaatkan oleh guru-guru di sekolah, sehinggadapat meningkatkan kompetensi siswa dalam pembelajaran sains.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita dalam meningkatkanmutu pendidikan khususnya sains di Indonesia.

Bandung, November 2005Plh. Kepala PPPG IPA,

DDrs. Suryadi, M.MNIP. 131 070 737

ii

DAFTAR ISI

Halaman

Kata Pengantar...... i

Daftar Isi.. ii

Daftar Gambar iii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Kompetensi Dasar ..... 1

B. Indikator. . 1

C. Deskripsi Singkat Materi ... 2

BAB II. METABOLISME ORGANISME 4

A. Metabolisme ... 5

B. Teknologi Makanan 26

BAB III. PENERAPAN DALAM PEMBELAJARAN . 32

BAB IV. RANGKUMAN 40

BAB V. EVALUASI .. 43

DAFTAR PUSTAKA ..... 47

iii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Mekanisme Reaksi Enzim-Substrat.. 6

Gambar 2. Skema Reaksi Kimia Glikolisis .. 9

Gambar 3. Skema Reaksi Kimia Dekarboksilasi Oksidatif 10

Gambar 4. Skema Masuknya Senyawa Selain Glukosa Ke Dalam

Proses Glikolisis...

10

Gambar 5. Skema Siklus Krebs. 11

Gambar 6. Skema Sistem Transpor Elektron.. 13

Gambar 7. Skema Jalur Glikolisis pada Respirasi Anaerob. 14

Gambar 8. Irisan Suatu Kloroplas yang Menunjukkan Tiga Dimensi.. 17

Gambar 9. Diagram Struktur dalam Satu Grana yang Berlapis-lapis. 18

Gambar 10. Diagram Spektrum Elektromagnetik. 19

Gambar 11. Proses Fotosintesis. 20

Gambar 12. Diagram Fotosistem Siklik.. 21

Gambar 13. Diagram Fotosistem Non Siklik.. 22

Gambar 14. Skema Siklus Calvin 24

Gambar 15. Ikhtisar Perubahan PGAL menjadi Zat Lain-lain. 26

1BAB IPENDAHULUAN

Setiap makhluk hidup, di dalam tubuhnya selalu terjadi proses

metabolisme. Perlu diketahui bahwa istilah metabolisme sendiri berasal dari

bahasa Yunani, yaitu metabole yang artinya perubahan. Jadi, metabolisme

adalah proses-proses reaksi kimia yang melibatkan energi dan enzim secara

keseluruhan di dalam sel.

Metabolisme dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu katabolisme

dan anabolisme. Katabolisme adalah proses perombakan (pembongkaran)

senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan

enzim. Contoh: respirasi sel. Anabolisme adalah proses penyusunan (sintesis)

dari senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks dengan bantuan enzim.

Contoh: fotosintesis.

Uraian materi pokok tentang Metabolisme Organisme diberikan untuk

siswa Kelas XII , Semester 1, di Sekolah Menengah Atas.

A. Kompetensi DasarSetelah mempelajari modul ini diharapkan peserta mampu menganalisis

proses metabolisme organisme dan implikasinya pada sains, lingkungan,

teknologi, dan masyarakat (salingtemas).

B. IndikatorSetelah mempelajari modul tentang Metabolisme Organisme diharapkan

peserta mampu:

1. menjelaskan mekanisme metabolisme di dalam tubuh organisme yang

melibatkan energi dan enzim;

2. membedakan proses katabolisme dan anabolisme yang terjadi di dalam

tubuh secara singkat;

3. mengidentifikasi enzim-enzim yang berperan dalam katabolisme gula;

4. menjelaskan proses-proses enzimatis pada katabolisme gula;

5. mengidentifikasi hasil-hasil katabolisme amilum;

6. mengidentifikasi enzim-enzim yang berperan dalam anabolisme karbohidrat;

27. menjelaskan proses-proses enzimatis dalam anabolisme karbohidrat;

8. mengidentifikasi hasil-hasil anabolisme karbohidrat;

9. menjelaskan penyebab lemak menghasilkan energi lebih besar

dibandingkan dengan karbohidrat dan protein untuk jumlah berat yang

sama;

10.menjelaskan penyebab protein menghasilkan energi setara dengan

karbohidrat untuk jumlah berat yang sama;

11.mengumpulkan informasi mengenai teknologi makanan berkadar gula

rendah;

12.mengumpulkan informasi teknologi pengawetan makanan berkaitan dengan

perolehan sumber makanan utama (karbohidrat, lipida, dan protein yang

berkualitas tinggi);

C. Deskripsi Singkat MateriMetabolisme organisme dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu

proses katabolisme dan anabolisme. Di dalam metabolisme organisme, terjadi

proses perombakan dan penyusunan molekul-molekul dengan melibatkan

berbagai macam enzim serta membebaskan atau membutuhkan energi

Uraian singkat substansi materi pokok Metabolisme Organisme dalam

modul ini adalah sebagai berikut.

Deskripsi tentang mekanisme metabolisme yang melibatkan energi dan

enzim; perbedaan antara katabolisme dan anabolisme; enzim-enzim yang

berperan dalam katabolisme gula dan amilum.

Deskripsi tentang enzim-enzim yang berperan dalam anabolisme

karbohidrat; proses-proses enzimatis dalam anabolisme karbohidrat dan

identifikasi hasil-hasil anabolisme karbohidrat.

Deskripsi tentang lemak sebagai penghasil energi lebih besar daripada

protein dan karbohidrat; teknologi makanan berkadar gula rendah; teknologi

pengawetan makanan; dan teknologi suplemen makanan.

Penerapan materi ini dalam pembelajaran Biologi di SMA yang

dilengkapi dengan kegiatan praktikum. Hal ini bertujuan untuk mempermudah

guru dalam membelajarkan tentang katabolisme dan anabolisme kepada siswa.

3Rangkuman tentang metabolisme organisme, yaitu meliputi konsep-

konsep penting dari uraian tersebut.

Akhir dari uraian materi ini diberikan evaluasi yang bertujuan sampai

sejauh mana materi tersebut dipahami.

4BAB IIMETABOLISME ORGANISME

Semua makhluk hidup yang ada di muka Bumi ini memerlukan energi.

Energi tersebut dalam kehidupan sehari-hari digunakan untuk bergerak,

mencari makanan, mengeluarkan sisa-sisa pencernaan makanan, menanggapi

rangsang, dan melakukan reproduksi. Tanpa energi, semua proses kehidupan

akan terhenti. Jadi, dari mana energi itu diperoleh makhluk hidup?

Sumber energi utama bagi makhluk hidup di Bumi adalah Matahari.

Energi Matahari dimanfaatkan tumbuhan hijau dalam proses fotosintesis,

kemudian energi itu diubah ke dalam bentuk persenyawaan kimia, yaitu dalam

bentuk glukosa (C6H12O6). Selanjutnya, glukosa diubah menjadi amilum,

protein, lemak, dan berbagai persenyawaan organik.

Persenyawaan kimia tersebut menjadi bahan makanan bagi makhluk

hidup heterotrof. Semua makhluk hidup, baik tumbuhan maupun hewan,

memanfaatkan karbohidrat untuk dioksidasi menjadi karbon dioksida, air, dan

energi. Jadi, energi matahari ditangkap oleh tumbuhan dan diubah menjadi

persenyawaan kimia. Selanjutnya, energi kimia yang tersimpan dalam

tumbuhan berpindah ke makhluk hidup lain ketika tumbuhan dimakan oleh

hewan. Di dalam tubuh makhluk hidup terjadi terjadi perombakan menjadi

berbagai senyawa kimia untuk kelangsungan hidupnya.

Berdasarkan Hukum Termodinamika, energi tidak dapat diciptakan dan

tidak dapat dimusnahkan. Akan tetapi, energi dapat diubah dari bentuk yang

satu ke bentuk yang lain, yaitu yang disebut transformasi energi. Makhluk hidup

mampu melepaskan transformasi energi melalui reaksi kimia yang berlangsung

dalam sel tubuh.

Dalam proses transformasi energi tersebut, sebagian energi berubah

menjadi energi panas. Misalnya, panas tubuh manusia atau hewan. Sebagian

lagi, energi diubah ke dalam bentuk senyawa kimia yang lain. Jika makhluk

hidup itu mati, maka semua energi panas dibebaskan ke lingkungan. Reaksi-

reaksi kimia apa sajakah yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup?

Untuk lebih jelasnya, Anda dapat pelajari pada uraian berikut ini.

5A. Metabolisme

Di dalam tubuh makhluk hidup berlangsung ribuan reaksi kimia yang

disebut metabolisme organisme. Pada makhluk hidup, banyak reaksi kimia

yang terjadi secara simultan. Jika kita mengamati reaksi kimia tersebut satu per

satu, tentu mengalami kesulitan dalam memahami aliran energi yang terjadi di

dalam sel. Dua hal yang penting untuk memahami metabolisme adalah sebagai

berikut.

1. Semua reaksi kimia yang terjadi di dalam sel akan melibatkan berbagai

macam enzim.

2. Reaksi-reaksi kimia tersebut dapat dikelompokkan ke dalam suatu lintasan.

Satu lintasan dapat terdiri atas 9 atau lebih reaksi kimia. Setiap lintasan

mempunyai fungsi tersendiri bagi organisme (sel) yang bersangkutan.

Lintasan tersebut dapat berupa lintasan lurus (linier) atau lintasan melingkar

(siklik).

Telah kita ketahui bahwa metabolisme dapat dibedakan menjadi dua

macam, yaitu reaksi perombakan/penguraian yang disebut katabolisme serta

reaksi penyusunan/sintesis yang disebut anabolisme.

Metabolisme dilakukan makhluk hidup untuk memperoleh energi,

menyimpan energi, menyusun bahan makanan, merombak bahan makanan,

membentuk struktur sel, merombak struktur sel, memasukkan atau

mengeluarkan zat-zat, serta melangsungkan kehidupannya seperti: gerak,

tumbuh, menanggapi rangsang, dan bereproduksi. Untuk melakukan

transformasi energi, makhluk hidup menyelenggarakan metabolisme di dalam

sel-selnya.

EnzimAgar reaksi kimia dalam metabolisme lebih cepat, maka diperlukan

katalisator. Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat reaksi kimia, tetapi

zat itu sendiri tidak ikut bereaksi. Katalisator di dalam sel organisme disebut

biokatalisator atau yang sering disebut enzim.

Enzim merupakan pengatur suatu reaksi seperti contoh berikut ini.

6maltosa maltase 2 glukosa(substrat) (enzim) (produk)

Bahan tempat enzim bekerja disebut substrat. Dalam contoh reaksi di

atas, substratnya adalah maltosa. Bahan baru yang dibentuk sebagai hasil

reaksi disebut produk. Contoh di atas hanya ada 1 produk, yaitu glukosa. Enzim

yang mengkatalisis adalah maltase. Reaksi kimia tersebut di atas, sebenarnya

dapat berlangsung bolak-balik (reversibel), yaitu maltosa dapat berubah

menjadi glukosa atau glukosa menjadi maltosa.

Kerja suatu enzim sangat spesifik, yaitu enzim hanya dapat bereaksi

dengan substrat tertentu. Hal ini seperti anak kunci yang hanya dapat membuka

gembok tertentu. Untuk lebih jelas mekanismenya, Anda dapat pelajari pada

gambar berikut ini.

Gambar 1. Mekanisme Reaksi Enzim-Substrat

Beberapa sifat yang dimiliki enzim pada umumnya adalah sebagai

berikut.

1. Enzim berfungsi sebagai katalisator.

2. Enzim itu suatu protein.

3. Enzim bekerja sangat spesifik.

4. Banyak enzim dapat bekerja bolak-balik.

5. Enzim itu tidak tahan panas.

6. Enzim diperlukan dalam jumlah yang tidak banyak.

7. Enzim dalam air merupakan suatu koloid.

8. Enzim bekerja pada pH dan suhu optimum.

7Setiap enzim diberi nama sesuai dengan substrat yang terlibat atau jenis

reaksi yang dikatalisis oleh enzim tersebut, kemudian diberi akhiran ase.

Contoh beberapa enzim adalah seperti berikut ini.

1. Kinase, enzim yang memindahkan gugus fosfat dari ATP.

2. Isomerase, kelompok enzim yang menata kembali atom-atom suatu molekul

untuk memberi struktur isomer.

3. Laktat dehidrogenase, enzim yang mengubah asam laktat menjadi asam

piruvat dengan memindahkan atom hidrogen atau elektron.

4. Fosfogliseraldehid dehidrogenase, enzim yang mengubah APG menjadi

PGAL pada reaksi fotosintesis.

5. Dekarboksilase, enzim yang mengubah asam piruvat menjadi asetil KoA

pada respirasi sel.

1. KatabolismeKatabolisme adalah reaksi penguraian senyawa kimia yang kompleks

menjadi senyawa kimia yang lebih sederhana dengan bantuan enzim.

Penguraian suatu senyawa kimia dapat menghasilkan energi. Energi tersebut

berasal dari terlepasnya ikatan-ikatan kimia yang menyusun suatu

persenyawaan. Semakin kompleks pesenyawaan kimia, semakin banyak ikatan

yang menyusunnya sehingga semakin besar energi yang dilepaskannya. Akan

tetapi, energi itu tidak dapat digunakan secara langsung oleh sel. Energi

tersebut diubah terlebih dahulu menjadi persenyawaan ATP (Adenosin trifosfat)

yang dapat digunakan sel sebagai sumber energi.

Contoh katabolisme adalah proses respirasi sel yang dilakukan oleh sel

penyusun tubuh, baik sel manusia, hewan, maupun tumbuhan. Respirasi

terjadi siang dan malam.

Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, respirasi dapat dibedakan

menjadi dua macam seperti berikut ini.

a. Respirasi aerob, yaitu respirasi yang menggunakan oksigen bebas untuk

memperoleh energi.

b. Respirasi anaerob, yaitu respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas

untuk memperoleh energi.

8Bahan baku respirasi adalah karbohidrat, asam lemak, asam amino

(protein). Hasil respirasi berupa karbon dioksida, air, serta energi dalam bentuk

ATP.

a. Respirasi AerobPersamaan reaksi kimia dalam proses respiasi aerob secara sederhana

dapat dituliskan sebagai berikut.

C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6 CO2 + 675 kal.

Kenyataannya, reaksi kimia tersebut di atas tidak sesederhana itu.

Banyak tahapan yang terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-

reaksi kimia itu dapat dibedakan menjadi 3 tahapan, yaitu glikolisis, siklus

Krebs, dan transpor elektron.

1) GlikolisisGlikolisis adalah peristiwa pengubahan satu molekul glukosa (terdiri atas

6 atom C) menjadi 2 molekul asam piruvat (terdiri atas 3 atom C), 2 molekul

NADH ( nikotinamid adenin dinukleotida H) yang merupakan sumber elektron

berenergi tinggi, dan 2 molekul ATP. ATP juga merupakan senyawa kimia yang

berenergi tinggi.

Selama glikolisis, dihasilkan 4 molekul ATP, tetapi 2 molekul ATP di

antaranya digunakan kembali untuk berlangsungnya reaksi-reaksi lain sehingga

tersisa 2 molekul ATP yang siap digunakan tubuh. Reaksi glikolisis berlangsung

di sitoplasma (di luar mitokondria). Hasil akhir sebelum memasuki siklus Krebs

adalah asam piruvat. Untuk lebih jelasnya, Anda dapat pelajari pada Gambar 2

Skema Glikolisis di halaman 9.

Dua hal yang membedakan tahap glikolisis, yaitu glikolisis dan

dekarboksilasi oksidatif. Glikolisis mengubah senyawa 6 C menjadi senyawa 3

C, sedangkan dekarboksilasi oksidatif mengubah senyawa 3 C, menjadi

senyawa 2 C pada hasil akhir glikolisis (menjelang memasuki siklus Krebs).

Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi asam piruvat (3 C) diubah menjadi asetil

KoA (2 C). Hasil akhir pemecahan glukosa, menjadi asetil KoA adalah 2 ATP +

4 NADH.

9Gambar 2. Skema Reaksi Kimia Glikolisis

Keterangan:

Energi yang dibutuhkan = 2 ATP

Energi yang dihasilkan = 4 ATP + 2 NADHHasil akhir bersih = 2 ATP + 2 NADH

Glukosa

Glukosa 6-fosfat

Fruktosa 6-fosfat

Fruktosa 1,6-difosfat

Dihidroksiasetonfosfat

As.Gliseraldehidfosfat

As.1,3-Disfosfogliserat

As. 3-Fosfogliserat

As. 2- Fosfogliserat

As.Fosfoenolpiruvat

Asam Piruvat

Heksokinase

Fosfoglukoisomerase

ATP

ADP

ATP

ADPFosfofruktokinase

Isomerase

2NAD+

+2H+2NADH

Triose fosfatdehidrogenase2 Pi

2ATP

2ATP

2ADP

2H2O

2ADP

Fosfogliserokinase

Fosfogliseromutase

Enolase

Piruvatkinase

10

Gambar 3. Skema Reaksi Kimia Dekarboksilasi Oksidatif

Selain senyawa glukosa, seperti fruktosa, galaktosa, manosa, dan lemak

dapat juga mengalami metabolisme melalui proses glikolisis dengan bantuan

enzim-enzim tertentu. Untuk lebih jelasnya, Anda dapat pelajari pada Gambar 3

berikut ini.

Gambar 4. Skema Masuknya Senyawa Selain Glukosa Ke Dalam Proses Glikolisis

Maltosa Glukosa Galaktosa

Sukrosa

Glukosa

Fruktosa

Manosa

Glukosa 6-P

Fruktosa 6-P

Fruktosa 1,6-difosfat

Gliseraldehid 3P

Asam piruvat

Gliseroldari lemak

dihidroksiasetil P

2 Asam piruvat

2 NAD+2 NADH

Koenzim ACO2

Asetil koenzim A

11

2) Siklus KrebsSebelum berlangsung siklus Krebs, asam piruvat (3C) sebagai hasil

akhir dari glikolisis terlebih dahulu diubah menjadi asetil KoA (2C). Selanjutnya,

asetil KoA bereaksi dengan asam oksaloasetat (4C) menjadi asam sitrat (6C).

Asam oksaloasetat memasuki siklus menjadi berbagai macam zat yang

akhirnya kembali menjadi asam oksalosuksinat.

Gambar 5. Skema Siklus Krebs

Keterangan:

Energi hasil akhir siklus Krebs = 2 GTP (=2 ATP), 2 FAD, dan 6 NADH

Energi hasil akhir glikolisis + siklus Krebs = 4 ATP, 2 FAD, 10 NADH

2 asetil KoA (2 C)

2 oksaloasetat (4 C)

2 NADH + 4 H+

2 NADmalat (4 C)

2 fumarat (4 C)

2 FADH + 4 H+

2 oksalosuksinat (6 C)

2 FAD

2 suksinat (4 C )2 GDP

2 GTP2 suksinil KoA (4 C)

2 CO2

2 NAD

2 NADH + H+

2, ketoglutarat (5 C)

2 CO2

2 NADH + 2 H+

4 NAD

2 isositrat (6 C)

2 sis akonitat (6 C)

12

Dalam prosesnya, CO2 (1C) dilepaskan. Tiap tahapan, dilepaskan ATP

dan hidrogen. ATP yang dihasilkan langsung digunakan. Sebaliknya, hidrogen

berenergi bergabung dengan penerima hidrogen (akseptor hidrogen), yaitu

NAD dan FAD untuk dibawa ke transpor elektron. Dalam tahap ini dilepaskan

energi, sedangkan hidrogen bereaksi dengan oksigen membentuk air. Seluruh

reaksi dalam siklus Krebs berlangsung dengan memerlukan oksigen bebas

(aerob) yang berlangsung dalam mitokondria.

3) Sistem Transpor ElektronEnergi yang terbentuk dari peristiwa glikolisis dan siklus Krebs terdapat

dua macam. Pertama, dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi, yaitu ATP

atau GTP (Guanosin trifosfat). Energi ini merupakan energi yang langsung

dapat digunakan. Kedua, dalam bentuk sumber elektron, yaitu NADH

(Nikotinamid adenin dinukleotida H) dan FAD (Flavin adenin dinukleotida)

dalam bentuk FADH2. Kedua macam sumber elektron ini dibawa ke sistem

transpor elektron. Proses transpor elektron itu sangat kompleks. Pada

dasarnya, elektron H+ dari NADH dan FADH2 dibawa dari satu substrat ke

substrat yang lain secara berantai. Setiap kali dipindahkan, energi yang

terlepas digunakan untuk mengikatkan fosfat anorganik (P) ke molekul ADP

sehingga terbentuk ATP. Pada bagian akhir terdapat oksigen sebagai penerima

(akseptor), sehingga terbentuklah H2O (pelajari Gambar 5. Skema Sistem

Transpor Elektron pada halaman 13!). Jadi, katabolisme 1 glukosa melalui

respirasi aerobik menghasilkan 3 ATP.

Tahapan sistem transpor elektron dapat dirinci sebagai berikut ini.

a) Terjadinya di bagian membran dalam mitokondria.

b) Berakhir setelah elektron bersama-sama H+ menuju dan akhirnya bereaksi

dengan O2 (berfungsi sebagai aseptor) membentuk H2O.

c) Reaksi tersebut kompleks, yang berperan dalam reaksi ini adalah NADH,

FADH2, dan molekul-molekul khusus yang berperan dalam respirasi:

Flavoprotein, Ko-enzim Q, dan beberapa sitokrom (sitokrom c1, c, a, b, dan

a3).

Proses reaksi tersebut di atas adalah sebagai berikut.

13

(a) Elektron (e-) berenergi (berasal dari NADH ditranspor ke FMN Ko-enzim

Q (sitokrom c1, c, a, b, dan a3 ).

(b) Dari a3 sitokrom oksidasi, molekul O2 menangkap e- dari a3, akhirnya

berkaitan dengan H sehingga terjadi reaksi yang membentuk H2O. Secara

sederhana reaksinya adalah sebagai beikut,

24 e- + 24 H+ 12 H2O

Reaksi respirasi:

C6 H12O6 + 6 O2 6 H2O + 6 CO2 + Energi

Untuk lebih jelasnya, silakan Anda pelajari pada Gambar 5 berikut ini.

Gambar 6. Skema Sistem Transpor Elektron

b. Respirasi AnaerobRespirasi anaerob adalah reaksi pemecahan karbohidrat untuk

mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Respirasi anaerob

14

menggunakan senyawa seperti asam fosfoenol atau asetaldehid sebagai

pengikat oksigen dan membentuk asam laktat atau alkohol. Pada jalur glikolisis

anaerob hanya dihasilkan 2 ATP seperti yang digambarkan pada skema berikut

ini.

Gambar 7. Skema Jalur Glikolisis pada Respirasi Anaerob

Perlu diketahui bahwa respirasi anaerob terjadi pada:

1) jaringan yang kekurangan oksigen, misalnya pada jaringan otot, ketika kita

lari sangat cepat, atau melakukan kontraksi otot yang sangat kuat;

2) akar tumbuhan yang terendam air;

3) biji-biji berkulit tebal yang sulit ditembus oksigen;

4) sel-sel ragi dan bakteri anaerob.

Bahan baku respirasi anaerob pada peragian adalah glukosa. Selain

glukosa, bahan baku seperti fruktosa, galaktosa, maltosa, serta manosa juga

dapat diubah menjadi alkohol. Hasil akhirnya adalah alkohol, karbon dioksida,

dan energi. Alkohol bersifat racun bagi sel-sel ragi. Sel-sel ragi hanya tahan

terhadap alkohol pada kadar 9-18%. Lebih tinggi dari kadar tersebut proses

pembuatan alkohol (alkoholisasi) terhenti.

Dalam respirasi anaerob, glukosa tidak terurai lengkap menjadi air dan

karbon dioksida, maka energi yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan respirasi

aerob. Pada respirasi aerob dihasilkan 675 kal, sedangkan pada respirasi

anaerob dihasilkan 21 kal. Proses anaerob ini disebut fermentasi. Reaksi

kimianya adalah sebagai berikut.

C6H12O6 ragi 2C2H5OH + 2CO2 + 21 kal

2 asam piruvat(dari glikolisis)

2 ADP2 ATP

2 fosfoenol piruvat

2 Laktat

2 ADP2 ATP

15

Dari persamaan reaksi tersebut tampak bahwa oksigen tidak diperlukan.

Bahkan, bakteri anaerob seperti Clostridium tetani (penyebab tetanus) tidak

dapat hidup bila berhubungan dengan udara bebas.

FermentasiProses pembuatan alkohol oleh mikroorganisme disebut fermentasi

alkohol. Selain fermentasi alkohol, fermentasi lain juga dilakukan oleh

mikroorganisme dengan menggunakan berbagai substrat zat organik. Jika hasil

akhirnya asam laktat, maka disebut fermentasi asam laktat.

Fermentasi asam laktat tergolong respirasi anaerob. Hasil akhirnya

adalah asam laktat atau asam susu. Fermentasi asam laktat berlangsung di

dalam sel-sel otot. Jika asam laktat yang dihasilkannya menumpuk, maka akan

timbul kelelahan otot. Misalnya, jika otot kita bergerak melebihi takaran, maka

kita akan melakukan respirasi anaerob yang menghasilkan asam laktat. Jika

asam laktat berlebihan, maka otot terasa lelah dan nyeri. Ketika istirahat, asam

laktat diangkut dan dikeluarkan dari tubuh sehingga tubuh terasa segar

kembali.

Pada fermentasi asam laktat, proses respirasi diawali dengan tahap

glikolisis (ingat reaksi-reaksi pemecahan glukosa hingga terbentuk asam

piruvat). Asam piruvat yang dihasilkannya akan diubah menjadi asam laktat

atau asam susu.

2. Katabolisme Lemak dan ProteinSel-sel dapat memperoleh energi dalam bentuk ATP tidak hanya dari

karbohidrat, melainkan dari lemak dan protein. Begitu pula, pemecahan lemak

dan protein dengan bantuan enzim.

Katabolisme lemak dimulai dengan pemecahan lemak oleh enzim lipase

menjadi asam lemak dan gliserol. Gliserol yang merupakan senyawa dengan 3

atom C dapat diubah menjadi gliseraldehid 3-fosfat. Selanjutnya, gliseraldehid

3-fosfat mengikuti jalur glikolisis sehingga terbentuk asam piruvat.

Asam lemak dapat dipecah menjadi molekul-molekul dengan 2 atom C.

Molekul dengan 2 atom C kemudian diubah menjadi asetil ko-enzim A. Satu

molekul glukosa hanya menghasilkan 2 asetil ko-enzim A, sedangkan satu

16

molekul lemak dengan 18 atom C dapat menghasilkan 10 asetil ko-enzim A.

Oleh karena itu, dalam proses katabolisme, energi yang dihasilkan lemak lebih

besar daripada yang dihasilkan karbohidrat. Kita telah mengetahui bahwa 1

gram karbohidrat menghasilkan energi sebesar 4,1 kalori, sedangkan 1 gram

lemak menghasilkan 9,3 kalori.

Asam amino dihasilkan dari proses hidrolisis protein. Setelah gugus amin

dari asam amino dilepas, beberapa asam amino diubah menjadi asam piruvat

dan ada pula yang diubah menjadi asetil ko-enzim A. Gugus amin yang dilepas

dari asam amino dibawa ke hati untuk diubah menjadi amoniak (NH3) dan

dibuang melalui urine. Telah kita ketahui bahwa 1 gram protein menghasilkan

energi yang sama dengan 1 gram karbohidrat, yaitu 4,1 kalori.

3. AnabolismeAnabolisme adalah semua reaksi proses penyusunan atau sintesis dari

molekul-molekul sederhana menjadi molekul-molekul kompleks yang

berlangsung di dalam sel. Contoh: proses fotosintesis pada tumbuhan hijau.

FotosintesisFotosintesis adalah peristiwa penyusunan zat organik (glukosa) dari zat

anorganik (air dan karbon dioksida) dan energi cahaya. Karena bahan baku

yang digunakan adalah zat karbon (karbon dioksida), maka dapat disebut juga

asimilasi zat karbon.

Pada dasarnya proses fotosintesis itu kebalikan dari proses respirasi.

Dalam proses respirasi adalah memecahkan glukosa (zat gula) menjadi karbon

diosida, air dan energi, sedangkan proses fotosintesis adalah mereaksikan

karbon dioksida dan air menjadi zat gula dengan menggunakan energi cahaya.

Secara singkat reaksi kimia fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut.

6CO2 + 6H2O + energi cahaya C6H12O6 + 6O2enzim

Dalam proses fotosintesis, selain senyawa organik (CO2 dan H2O) serta

enzim, melibatkan pula komponen klorofil dan energi cahaya.

17

a. KlorofilFotosintesis tidak hanya terbatas pada daun, tetapi terjadi dalam semua

bagian tumbuhan yang berwarna hijau. Pada alga hijau dan tumbuhan tingkat

tinggi, klorofil terdapat dalam plastida yang disebut kloroplas. Jika kloroplas

diamati dengan menggunakan mikroskop elektron, maka akan tampak bagian-

bagiannya seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 8. Irisan Suatu Kloroplas yang Menunjukkan Tiga Dimensi

1) Selaput (membran), permukaan luar yang memisahkan kloroplas dan

sitoplasma.

2) Stroma, bagian dalam terdapat bahan dasar yang tidak berwarna. Di dalam

stroma terdapat:

(a) grana, struktur-struktur hijau daun;

(b) satu grana terdiri atas satu tumpukan lamela;

(c) tiap lamela terdiri atas lapisan protein, lipida, klorofil, dan karotenoid.

18

Struktur satu grana yang berlapis-lapis itu digambarkan seperti berikut

ini.

Gambar 9. Diagram Struktur dalam Satu Grana yang Berlapis-lapis

b. CahayaCahaya putih yang sampai kepada kita dari matahari itu terdiri atas

gelombang dengan panjang gelombang yang berbeda-beda dan tersusun

secara berurutan mulai cahaya merah dengan panjang gelombang relatif

panjang hingga ke cahaya dengan panjang gelombang yang relatif pendek.

Melalui suatu prisma kaca, cahaya putih diuraikan menjadi deretan

warna-warna. Pita warna ini adalah spektrum cahaya. Spektrum cahaya terdiri

atas warna-warna ungu, biru, hijau, kuning, jingga, dan merah (urutannya mulai

dari panjang gelombang terpendek hingga panjang gelombang terpanjang).

Di samping itu, masih terdapat panjang gelombang yang tidak mampu

dilihat mata kita, yaitu setelah sinar merah terdapat sinar yang lebih panjang

adalah sinar infra merah, dan sebelum sinar ungu terdapat sinar yang lebih

pendek adalah sinar ultra violet. Dengan demikian, spektrum cahaya hanya

sebagian dari energi radiasi yang tampak ke bumi dari matahari. Untuk lebih

jelasnya, Anda dapat pelajari diagram spektrum elektromagnetik berikut ini.

19

Gambar 10. Diagram Spektrum Elektromagnetik

Kenyataannya, dari cahaya putih yang diserap klorofil adalah sinar ungu,

biru, dan merah, sedangkan sinar hijau diteruskan atau dipantulkan. Jadi,

cahaya yang diserap itulah yang digunakan dalam fotosintesis.

Dalam klorofil, sinar yang diserap tampak sebagai pita-pita gelap

sehingga disebut pita serapan. Posisi pita gelap dalam klorofil menunjukkan

panjang gelombang dari sinar-sinar yang diserap tersebut. Oleh karena itu,

akan tampak bahwa dari sinar merah, biru, dan ungu yang diserap merupakan

panjang gelombang yang banyak digunakan dalam fotosintesis.

Apabila sebagai ganti larutan klorofil ditempatkan sehelai daun hijau di

antara sumber cahaya dan prisma, maka pita-pita serapan tepat sama,

meskipun tidak identik dengan pita sarapan larutan klorofil. Untuk lebih

jelasnya, Anda dapat pelajari pada gambar berikut ini.

20

Gambar 11. Proses Fotosintesis

c. FotosistemDi dalam klorofil terdapat pigmen berwarna hijau yang disebut klorofil.

Pigmen ini dapat menyerap energi cahaya. Ditinjau dari strukturnya, kloroplas

terdiri atas membran ganda (stroma), membran tersebut membentuk suatu

sistem tilakoid (berwujud sebagi suatu bangunan seperti kantung).

Kantung-kantung tilakoid tersebut berlapis-lapis membentuk grana. Jadi,

klorofil itu sendiri terdapat pada membran tilakoid yang merupakan tempat

pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia. Sedangkan pembentukan

glukosa (produk fotosintesis) berlangsung di stroma.

Dua macam klorofil yang terlibat dalam fotosintesis, yaitu klorofil a

(pigmen hijau tua) dan klorofil b yang mempunyai struktur mirip klorofil a

(pigmen hijau muda). Klorofil a dan pigmen-pigmen lain mengelompok dalam

membran tilakoid dan membentuk perangkat pigmen yang berfungsi dalam

fotosintesis.

21

Klorofil a terdapat dalam bangunan pusat reaksi, menyalurkan elektron

yang berenergi tinggi karena menyerap energi cahaya ke akseptor utama

elektron, selanjutnya masuk dalam sistem siklus elektron.

Klorofil yang melepaskan elektron berenergi tinggi memperoleh

energinya dari cahaya yang berasal dari sekelompok perangkat pigmen yang

disebut antene. Jadi, unit yang mampu untuk menangkap energi cahaya

matahari adalah klorofil a, kompleks antene, dan akseptor elektron disebut

fotosistem.

Diketahui ada dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II.

Klorofil a dalam fotosistem I disebut P 700, artinya klorofil a sensitif terhadap

energi cahaya dengan panjang gelombang 700 nm. Sedangkan klorofil a dalam

fotosistem II disebut P 680 karena sensitif terhadap cahaya dengan panjang

gelombang 680 nm.

Perjalanan yang ditempuh elektron dapat dibedakan menjadi fotosistem

siklik dan fotosistem nonsiklik. Untuk lebih jelasnya, Anda dapat pelajari pada

gambar berikut ini.

Gambar 12. Diagram Fotosistem Siklik

Sistem transpor elektron

Energi yang dibebaskan secara tidaklangsung untuk membentuk ATP

ATP

Akseptorelektron

P 700

22

Gambar 13. Diagram Fotosistem Non Siklik

Fotosistem siklik adalah pembentukan ATP melalui fosforilasi secara

siklik, sedangkan fosforilasi secara non siklik menghasilkan NADH dan ATP.

Elektron yang berasal dari pemecahan molekul H2O (fotolisis) beredar melalui 2

fotosistem yang bekerja sama dalam mendorong/menaikkan elektron pada

tingkat energi yang cukup tinggi menuju ke pembentukan NADPH.

d. Tahapan Proses FotosintesisTelah kita ketahui bahwa fotosintesis adalah suatu proses anabolisme

yang memanfaatkan energi cahaya matahari untuk mengubah bahan anorganik

(CO2 dan H2O) menjadi senyawa organik (karbohidrat) yang terjadi dalam

klorofil.

Secara singkat reaksi kimia fotosintesis dapat sebagai berikut.

6CO2 + 6H2O + energi cahaya C6H12O6 + 6O2enzim

energi potensial rendah energi potensial tinggi

Reaksi tersebut di atas merupakan suatu reduksi, yaitu pereduksian CO2dan pengikatan energi dengan pelepasan O2.

23

Proses fotosintesis terjadi dalam 2 tahap, yaitu:

1) reaksi terang (dalam grana);

2) reaksi gelap (dalam stroma).

1) Reaksi Terang

Pada tahap ini, diperlukan energi cahaya untuk memecahkan molekul

H2O. Oksigen (O2) segera dilepaskan ke udara dan hidrogen (H2) ditangkap

oleh NADP (Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat), membentuk 2 NADP + 2

H+.

2H2O O2 +4H++2e- (reaksi fotolisis)

2 NADP 2 NADPH + 2H+

Energi cahaya diperlukan pula untuk melepaskan elektron berenergi

tinggi dari klorofil (K+). Selanjutnya, energi elektron tersebut digunakan untuk

pembentukan ATP. Pemindahan-pemindahan elektron dilakukan secara

bertahap oleh pembawa elektron.

Kekurangan elektron klorofil akan diisi kembali oleh elektron semula

yang telah membebaskan energinya, atau dapat pula digantikan oleh elektron

yang berasal dari pemecahan molekul air. Energi yang tersimpan dalam ATP

dan NADPH akan digunakan pada tahap reaksi gelap.

2) Reaksi GelapSumber energi (ATP dan NADPH), digunakan untuk mengikat dan

mereduksi CO2. Pengikatan CO2 dilakukan oleh RDP (Ribulosa difosfat), yaitu

senyawa karbohidrat (5C) dan P. Pengikatan ini menghasilkan APG (3C) (asam

fosfogliserat) yang mengandung P.

Selanjutnya adalah reduksi atau pemindahan H2 dari NADPH ke APG

menjadi PGAL (3C) (fosfogliseraldehid).

energi cahaya

2 klorofil(K+)

2 klorofil + 2 e -(K)

ADP + P ATP

energi cahaya

24

6PGAL: 1 molekul PGAL merupakan karbohidrat (produk akhir fotosintesis)

5 molekul PGAL 3RDP, diperlukan ATP (dihasilkan dari fotolisis)(3C) (5C)

Siklus Calvin

Reaksi gelap dapat dijelaskan dengan siklus Calvin seperti berikut ini.

Fotolisis : 12H2O

6H2O3O26NADP(H2)12 ATP

Gambar 14. Skema Siklus Calvin

Keterangan:

Tahap 1: 3 molekul RDP + 3 molekul CO2 + 3 molekul H2O 6 APG Tahap 2: 2a. 6 APG mengalami fosforilasi (produk dari fotolisis).

25

2b. Selanjutnya 6 APG berinteraksi dengan 6 NADP(H2) (produk dari

fotolisis). Hasil sampingannya adalah NADP, fosfat, dan H2O,

sedangkan hasil akhirnya adalah PGAL.

Tahap 3: 3a. 6 molekul PGAL 1 mol glukosa amilum5 molekul PGAL 3 molekul RDP yang masuk ke

dalam siklus

ATP ADP(dari fotolisis)

3b. 5 molekul PGAL 3 mol RDP

PGAL yang dibentuk dalam grana dimanfaatkan sebagai nutrien,

diekspor ke sel-sel lain, dan untuk disimpan

Sebagai nutrien, PGAL dimanfaatkan dalam respirasi, yaitu diubah

menjadi asam piruvat dan mengikuti siklus Krebs. Karena PGAL dihasilkan

berlebihan, kemudian diekspor ke sel-sel lain yang tidak berklorofil. Caranya:

PGAL gula (glukosa, fruktosa, dan sukrosa), kemudian diekspor.

PGAL yang berlebihan juga akan disimpan untuk jangka waktu lama,

yaitu disimpan dalam sel yang berklorofil. Tetapi kebanyakan disimpan dalam

akar dan batang, yaitu dalam bentuk gula, amilum, atau lemak. Untuk lebih

jelasnya Anda dapat pelajari pada Gambar 15 berikut ini.

26

Gambar 15. Ikhtisar Perubahan PGAL menjadi Zat Lain-lain

Jadi untuk menghasilkan 1 molekul glukosa, memerlukan 2PGAL dan

memerlukan 6 siklus Calvin.

B. Teknologi MakananSejalan dengan perkembangan pengetahuan manusia tentang metabo-

lisme, berkembang pula teknologi yang berkaitan dengan makanan. Misalnya,

kelainan fungsi tubuh seperti kegemukan (obesitas), dapat dikendalikan dengan

pengelolaan makanan dan diet. Demikian pula, kelainan organ yang

menyebabkan kelainan metabolisme, seperti diabetes mellitus (kencing manis)

dapat dikurangi dengan mengkonsumsi makanan yang berkadar gula rendah.

1. Makanan Berkadar Gula RendahPada umumnya gula dihasilkan dari tumbuhan, yaitu glukosa, fruktosa,

dan sukrosa. Gula pada susu atau laktosa merupakan kombinasi antara

glukosa dan galaktosa. Semua macam gula tersebut termasuk merupakan

karbohidrat yang mengandung 4 kalori per gramnya.

27

Setelah gula dicerna dalam tubuh kita, gula diangkut oleh darah dan di

bawa ke sel-sel. Di dalam sel, gula diubah menjadi energi, membantu

metabolisme lemak, dan jika gula berlebihan, maka disimpan dalam bentuk

glikogen.

Sumber utama energi bagi tubuh adalah glukosa. Meskipun protein dan

lemak yang merupakan sumber energi tersedia berlimpah dalam tubuh, namun

keduanya lebih lama untuk dicerna. Kebutuhan energi otak dan saraf sangat

tergantung ketersediaan glukosa. Tetapi bagi penderita kencing manis

(diabetes mellitus), masuknya gula tidak boleh berlebihan karena akan

meningkatkan kadar glukosa darah. Oleh karena itu, saat ini berkembang

teknologi yang menyediakan pemanis dengan kadar kalori rendah. Pemanis

merupakan zat yang berkalori rendah seperti sakarin, sukralosa, tagatosa,

neotam, aspartam, dan gula alkohol.

a. Sakarin merupakan pemanis rendah kalori yang sudah dikenal sejak lama.

Sakarin ini tidak mengandung kalori.

b. Sukralosa merupakan pemanis rendah kalori yang dibuat dari gula. Rasa

manisnya 600 kali dibanding gula, tidak mengandung kalori.

c. Tagatosa seingkali disebut D-tagatosa, merupakan pemanis rendah kalori

yang dibuat dari laktosa.

d. Neotam merupakan pemanis tanpa kalori yang rasanya mirip dengan gula.

Kira-kira 8000 kali lebih manis dibanding gula. Neotam ini aman digunakan

bagi wanita hamil, anak-anak, dan penderita diabetes mellitus.

e. Aspartam banyak digunakan sebagai pemanis yang umum dan dijual dalam

bentuk tablet yang dapat dicampurkan ke dalam makanan. Setiap gram

aspartam mengandung 4 kalori, tetapi tingkat kemanisannya 200 kali

dibanding gula. Oleh karena itu, pemakaian aspartam dalam makanan

hanya 1/200 dari gula.

f. Gula alkohol merupakan gula turunan dari alkohol. Gula alkohol disebut

juga palitol. Misalnya, isomal, maltilol, sorbitol, dan xilitol yang biasanya

digunakan sebagai pemanis pada permen, roti, dan permen karet. Secara

alami, gula alkohol banyak terdapat di dalam buah-buahan dan sayur-

sayuran.

28

2. Teknologi Pengawetan MakananSebagaimana kita ketahui bahwa makanan merupakan bahan yang

mudah rusak. Oleh karena itu, bahan makanan yang mudah rusak tidak dapat

disimpan lama, sehingga perlu adanya pengawetan makanan. Tujuan

pengawetan bahan makanan adalah untuk mencegah atau menghambat

terjadinya kerusakan makanan, mempertahankan kualitas bahan makanan,

menghindari terjadinya keracunan, serta mempermudah penanganan dan

penyimpanan.

Bermacam-macam teknik pengawetan dan pengolahan bahan makanan

dapat dilakukan, yaitu melalui pengeringan, pembekuan, penggunaan bahan

kimia, dan iradiasi.

a. PengeringanPengeringan merupakan cara sederhana dalam pengawetan bahan

makanan. Pengeringan ini bertujuan untuk menurunkan kadar air. Bahan

makanan yang dikeringkan masih memiliki kadar air antara 2-5%. Dengan

kadar air rendah dalam bahan makanan, mikroba seperti jamur dan bakteri

tidak dapat hidup.

b. PembekuanBanyak bahan makanan seperti ikan, daging, buah-buahan, dan sayur-

sayuran yang diawetkan dengan pembekuan atau pendinginan. Pengawetan

bahan makan melalui pembekuan bertujuan untuk menghambat pertumbuhan

mikroba, karena mikroba tidak dapat hidup pada suhu di bawah 0oC.

c. Penggunaan Bahan KImiaContoh sederhana pengawetan bahan makanan dengan menggunakan

bahan kimia adalah pembuatan ikan asin, pembuatan manisan buah, dan

sayuran asinan. Tujuan pengasinan ini juga untuk menghambat kerja mikroba.

Bahan kimia selain garam dan gula, dapat juga digunakan untuk pengawet ada-

lah asam benzoat atau natrium benzoat.

29

d. IradiasiIradiasi merupakan salah satu cara pengawetan bahan makanan yang

menerapkan pemakaian gelombang elektromagnetik. Iradiasi bertujuan untuk

mengurangi kerusakan dan pembusukan makanan, membunuh mikroba dan

organisme lain yang menimbulkan penyakit yang terbawa makanan.

Jenis iradiasi makanan yang dapat digunakan untuk pengawetan bahan

makanan adalah iradiasi elektromagnetik, yaitu radiasi yang menghasilkan

foton berenergi tinggi sehingga menyebabkan terjadinya ionisasi dan eksitasi

pada bahan makanan yang dilaluinya. Jenis radiasi ini disebut radiasi pengion.

Contoh radiasi pengion adalah partikel , , dan gelombang elektromagnetik .

Dua jenis radiasi pengion yang umum digunakan untuk pengawetan makanan

adalah sinar gamma yang dipancarkan oleh radio nuklida 60Co (Cobalt-60),37Cs

(Caesium-37), dan elektron yang terdiri atas partikel-partikel bermuatan listrik.

Kedua jenis radiasi pengion ini memiliki pengaruh yang sama terhadap

makanan.

Perlu diketahui pula bahwa pengawetan bahan makanan melalui radiasi

akan menimbulkan masalah. Permasalahan yang timbul berkaitan dengan

kesehatan pada bahan makanan yang diiradiasi adalah sebagi berikut.

1) Perubahan kimia akibat radiasi mengakibatkan penurunan nilai gizi

makanan yang meliputi perubahan komposisi protein, vitamin, dan lain-lain.

2) Mikroba yang diradiasi bersifat resisten atau mengalami mutasi. Daya tahan

berbagai jenis mikroorganisme terhadap radiasi, yaitu spora bakteri >

khamir > kapang > bakteri gram positif > bakteri gram negatif. Ternyata,

bakteri gram negatif paling peka terhadap radiasi. Oleh karena itu, untuk

menekan proses pembusukan makanan yang disebabkan oleh bakteri gram

negatif dapat digunakan iradiasi dosis rendah.

3) Iradiasi pada suatu bahan makanan yang mengandung air menyebabkan

terjadinya ionisasi molekul-molekul air membentuk hidrogen dan radikal

hidroksil. Hidrogen dan radikal hidroksil secara kimiawi dikenal sangat

reaktif dan dapat bertindak sabagai zat pereduksi atau pengoksidasi.

30

3. Makanan SuplemenKebutuhan energi setiap orang berbeda-beda, karena sangat bergantung

kepada empat faktor utama, yaitu kegiatan fisik, ukuran, komposisi tubuh, umur,

dan keadaan iklim.

Kebutuhan energi rata-rata seorang laki-laki dewasa yang melakukan

kerja 8 jam per hari, kira-kira 3000 kalori. Sedangkan pada wanita dewasa

diperlukan kira-kira 2400 kalori per hari. Pada wanita hamil, energi dibutuhkan

antara 2800-3000 kalori per hari. Energi laki-laki remaja membutuhkan 2600-

3000 kalori per hari, sedangkan wanita remaja membutuhkan 2300-2500 kalori

per hari. Selain energi, manusia juga membutuhkan protein, lemak, karbohidrat,

vitamin, dan mineral.

Pengetahuan tentang metabolisme memunculkan teknologi pembuatan

makanan suplemen. Makanan suplemen adalah makanan tambahan yang

merupakan sumber energi, protein, vitamin, dan mineral.

Beberapa contoh makanan suplemen yang telah diproduksi adalah

sebagai berikut.

a. Suplemen Berenergi TinggiMakanan suplemen berenergi tinggi biasanya mengandung senyawa

glukosa dan senyawa prekursor koenzim. Contohnya adalah nikotinamida.

Glukosa merupakan gula yang diserap oleh usus, mudah ditransportasikan ke

organ-organ yang membutuhkan energi, serta mudah dikatabolisme untuk

menghasilkan energi. Sedangkan senyawa prekursor koenzim merupakan

senyawa yang akan membetuk koenzim.

Dalam metabolisme karbohidrat dibutuhkan koenzim seperti NAD

(nikotinamida adenin dinukleotida). Senyawa nikotinamida merupakan

prekursor NAD. Jadi, dengan mengkonsumsi niktotinamida akan memudahkan

terjadinya katabolisme.

b. Protein Sel TunggalProtein sel tunggal merupakan protein yang dihasilkan terutama dari alga

hijau satu sel, yaitu Chlorella sp dan Spirulina sp.

c. Suplemen Vitamin

31

Vitamin adalah koenzim B1 (Tiamin) merupakan prekursor koenzim

Tiamin Pirofosfat (TPP) yang dibutuhkan dalam oksidasi asam piruvat. Vitamin

B6 (Piridoksin) merupakan koenzim pada enzim yang mengoksidasi protein

menjadi energi. Vitamin B12 (Sianokobalamin) merupakan koenzim dari

beberapa enzim yang memproduksi asam nukleat.

d. Suplemen MineralMineral yang penting bagi tubuh kita adalah Fe (besi) dan Ca (kalsium).

Fe merupakan unsur pembentuk hemoglobin, sedangkan Ca berfungsi sebagai

unsur pembentuk tulang dan ion-ion yang mentransfer impuls saraf. Banyak

unsur-unsur kalsium sekarang ini ditambahkan pada susu dan makanan

suplemen kalsium.

32

BAB IIIPENERAPAN DALAM PEMBELAJARAN

Dalam membelajarkan tentang Metabolisme Organisme, guru dapat

memulai dengan mengajukan beberapa pertanyaan kepada siswa sebagai

berikut.

Apa yang dimaksud dengan metabolisme organisme? Apa sebabnya dalam mekanisme metabolisme organisme itu melibatkan

energi dan enzim?

Perbedaan apa yang kamu ketahui antara katabolisme dan anabolisme? Dalam peristiwa apa proses katabolisme berlangsung dalam tubuh

organisme?

Dalam peristiwa apa proses anabolisme berlangsung dalam tubuhorganisme?

Jika sebagian besar siswa tidak dapat menjawab semua pertanyaan

tersebut, maka guru hendaknya memulai dengan menjelaskan tentang

metabolisme organisme, pentingnya energi dan enzim dalam metabolisme,

serta perbedaan antara katabolisme dan anabolisme disertai contoh-contohnya.

Dalam menjelaskan katabolisme yang termasuk respirasi aerob,

hendaknya guru memulai dengan 3 tahapan reaksi kimia yang terjadi dalam

katabolisme, yaitu glikolisis (terjadi di luar mitokondria), siklus Krebs (terjadi di

dalam mitokondria), dan tranpor elektron (terjadi di dalam mitokondria).

Dalam menjelaskan glikolisis, hendaknya guru menyuruh siswa untuk

mengidentifikasi enzim-enzim yang berperan dalam katabolisme gula melalui

Gambar 2. Skema Reaksi Kimia Glikolisis (halaman 9), serta menjelaskan

proses-proses enzimatis pada katabolisme gula. Selanjutnya, ajukan beberapa

pertanyaan seperti berikut ini.

1. Enzim-enzim apakah yang berperan dalam memecah glukosa menjadi

gliseraldehid 3-fosfat dan dehidroksi aseton fosfat?

2. Berapa jumlah ATP yang dihasilkan pada perubahan glukosa menjadi

piruvat?

3. Berapa jumlah molekul piruvat yang dihasilkan dari katabolisme dua gula?

33

4. Samakah jumlah ATP yang diperoleh dari katabolisme glukosa, fruktosa,

dan galaktosa? Jelaskan!

Kegiatan siswa berikutnya adalah disuruh mengidentifikasi hasil-hasil

katabolisme amilum seperti pada skema berikut ini.

Katabolisme amilum

dipecah oleh enzim

menjadi

dipecah oleh enzim

Glukosamenjadi

2ATP

dipecah menjadi

Dihidroksi asetonfosfatdan

Piruvat Piruvat

siklus

Anaerob

menghasilkan

hasilnya

H2O

34

Pertanyaan1. Enzim-enzim apa saja yang berperan dalam katabolisme amilum menjadi

glukosa? Sebutkan pula senyawa kimia yang dihasilkan oleh pemecahan

setiap enzim tersebut!

2. Senyawa kimia apa saja dari glukosa sehingga terbentuk asam piruvat?

3. Senyawa kimia apa yang dihasilkan asam piruvat dalam proses anaerob?

4. Senyawa kimia apa saja dari asam piruvat yang masuk ke dalam siklus

Krebs?

5. Senyawa kimia apa saja hasil akhir dari siklus Krebs?

Akhirnya, siswa disuruh melengkapi hasil katabolisme antara protein,

polisakarida, dan lemak seperti pada skema berikut ini.

Polisakarida

dipecah menjadimonosakarida

Protein

dipecahmenjadi

Lemak

dipecahmenjadi

Gliseraldehid 3-fosfat

Asetil KoA

katabolisme

sisanya

35

Pertanyaan1. Senyawa kimia apa saja yang dihasilkan dari pemecahan polisakarida,

protein, dan lemak?

2. Senyawa kimia apa yang dihasilkan dari sisa katabolisme protein?

3. Senyawa kimia apa yang dihasilkan dari lanjutan katabolisme protein,

polisakarida, dan lemak?

4. Senyawa kimia apa yang terjadi dari hasil akhir katabolisme protein,

polisakarida, dan lemak?

Kegiatan praktik yang berkaitan dengan anabolisme adalah melakukan

percobaan fotosintesis seperti berikut ini.

PENGARUH WARNA CAHAYA TERHADAP LAJU FOTOSINTESIS

Tujuan1. Siswa dapat membuat grafik pengaruh warna cahaya terhadap banyaknya

gelembung-gelembung udara yang dihasilkan fotosintesis.

2. Menunjukkan bahwa gelembung-gelembung udara yang dihasilkan dalam

fotosintesis adalah oksigen.

Alat dan BahanGelas kimia 1000 cc; 4 buah

Corong gelas; 4 buah

Tabung reaksi; 4 buah

Kawat penyangga; 12 buah

Plastik berwarna merah, hijau, dan ungu; 3 lembar

Korek api; 1 pak

Kertas label kecil; 1 lembar

Hydrilla verticillata; 1 ikat

Air

36

Cara Kerja1. Susunlah perangkat seperti gambar berikut ini sebanyak 4 buah. Agar dapat

berdiri tegak, gunakan kawat yang menyangga corong dan tabung reaksi.

2. Beri label A, B, C, dan D pada setiap perangkat percobaan, yaitu label:

A, perangkat percobaan tanpa dilapisi plastik;

B, perangkat percobaan ditutup plastik berwarna merah agar tanaman

tersebut hanya terkena cahaya merah;

C, perangkat percobaan ditutup dengan plastik berwarna hijau;

D, perangkat percobaan ditutup dengan plastik berwarna ungu.

3. Letakkan semua perangkat percobaan di tempat yang langsung kena

cahaya matahari.

4. Setelah semua perangkat percobaan dijemur selama 30 menit, amatilah

gelembung udara yang dihasilkan pada perangkat percobaan A, B, C, dan

D.

Pertanyaan1. Pada perangkat percobaan manakah yang paling banyak menghasilkan

gelembung-gelembung udara?

2. Warna cahaya apakah yang paling meningkatkan laju fotosintesis?

3. Lengkapilah grafik berikut ini yang menunjukkan hubungan antara warna

cahaya dengan banyaknya gelembung-gelembung udara yang dihasilkan.

37

4. Bagaimana cara menunjukkan bahwa dari hasil fotosintesis dalam

percobaan tersebut adalah oksigen?

FOTOSINTESIS MENGHASILKAN AMILUM

TujuanMenunjukkan bahwa hasil fotosintesis adalah amilum

Alat dan BahanGelas kimia 600 CC; 1 buah

Tabung reaksi; 2 buah

Rak tabung reaksi; 1 buah

Penjepit kayu; 1 buah

Kaki tiga + kasa; 1 set

Pembakar api spiritus; 1 buah

Pinset; 1 buah

Cawan petri; 1 pasang

Pipet; 1 buah

Hekter; 1 buah

Potongan kertas karbon

Daun singkong atau daun ubi jalar

Larutan iodium

38

Larutan alkohol 70%

Spiritus

Air

Cara Kerja1. Tutuplah sebagian daun singkong dengan kertas karbon di sore hari atau di

pagi hari. Penutupan daun singkong dengan menggunakan hekter. Biarkan

daun singkong selama beberapa jam kena cahaya matahari.

2. Apabila daun singkong tersebut akan digunakan baru dipetik. Daun

singkong yang telah dipetik jangan dibiarkan layu. Oleh karena itu, daun

singkong segera digunakan.

3. Sediakan penangas air (memanaskan air di dalam gelas kimia).

4. Tuangkan alkohol 70% ke dalam tabung reaksi kira-kira bagian tabung

reaksi, kemudian didihkan dalam penangas air.

5. Daun singkong yang telah dipetik, segera buka kertas karbon yang

menutupnya. Upayakan membuka kertas karbonnya perlahan-lahan agar

daun singkong tidak sobek. Kemudian daun singkong tersebut celupkan ke

dalam penangas air hingga layu.

6. Daun singkong yang telah layu, kemudian digulung agar dapat dimasukkan

ke dalam tabung reaksi yang berisi alkohol panas. Memasukkan daun

singkong tersebut, gunakan pinset dan doronglah daun singkong tersebut

hingga terletak di dasar tabung reaksi.

7. Daun singkong yang ada dalam tabung reaksi, biarkan selama beberapa

menit hingga daun tersebut menjadi pucat.

8. Setelah gulungan daun singkong tersebut benar-benar pucat, kemudian

ambillah dengan menggunakan pinset.

9. Daun singkong yang masih menggulung, kemudian dibentangkan dan

celupkan ke dalam air dingin.

10.Bentangkan daun singkong tersebut, letakkan di atas tutup wadah

serbaguna. Selanjutnya, tetesi dengan larutan iodium hingga merata.

Biarkan selama beberapa menit sambil dilakukan pengamatan.

Untuk lebih jelasnya cara melakukan percobaan Sachs, amati bagannya

seperti berikut ini.

39

Catatan

Jika suatu zat yang diselidiki itu ditetesi dengan larutan iodium, maka timbulwarna biru kehitaman. Hal ini berarti zat tersebut mengandung amilum.

Misalnya, roti, nasi, dan terigu ditetesi dengan larutan iodium timbul warna

biru kehitaman.

Janganlah mendidihkan alkohol 70% langsung pada api, tetapi didihkanlahalkohol 70% itu dalam penangas air. Hal ini untuk mencegah agar tidak

terjadi kebakaran, karena alkohol 70% mudah sekali terbakar.

Pertanyaan1. Apa yang terjadi pada daun singkong dalam percobaan itu setelah ditetesi

dengan larutan iodium? Apa sebabnya demikian? Jelaskan!

2. Bagaimana persamaan reaksi kimia fotosintesis dalam percobaan ini?

Jelaskan!

3. Bagaimana proses perubahan dari glukosa menjadi amilum dalam

percobaan ini? Jelaskan!

4. Manfaat apa yang dapat diaplikasikan dari percobaan ini dalam kehidupan

sehari-hari? Jelaskan!

Air panas Alkohol Larutan iodium

40

BAB IVRANGKUMAN

Metabolisme organisme adalah proses-proses reaksi kimia yang melibatkanenergi dan enzim secara keseluruhan di dalam sel (tubuh organisme).

Metabolisme dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu katabolisme dananbolisme. Katabolisme adalah proses perombakan (pembongkaran)

senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan

bantuan enzim. Contoh: respirasi sel. Anabolisme adalah proses penysunan

(sintesis) dari senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks dengan

bantuan enzim. Contoh: fotosintesis.

Proses katabolisme dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu respirasiaerob dan respirasi anaerob. Respirasi aerob adalah respirasi yang

menggunakan oksigen bebas untuk mendapatkan energi. Respirasi anaerob

adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas untuk

mendapatkan energi.

Reaksi kimia dalam respirasi aerob dapat dibedakan menjadi tiga tahapan,yaitu glikolisis, siklus Krebs, dan transpor elektron.

Tahap glikolisis, yaitu glukosa (6C) diubah menjadi asam piruvat (2C); siklusKrebs, asetil KoA bereaksi dengan asam oksaloasetat, kemudian masuk ke

dalam siklus berulang-ulang; dan pada sistem transpor elektron, secara

estafet, elektron dipindahkan sehingga terbentuk ATP dan air sebagai hasil

akhir.

Reaksi kimia pada jalur respirasi anaerob, 2 asam piruvat (dari glikolisis)diubah menjadi 2 fosfoenol piruvat, kemudian 2 fosfoenol piruvat diubah lagi

menjadi 2 laktat. Dalam respirasi anaerob hanya dihasilkan 2 ATP.

41

Fotosintesis adalah proses anabolisme yang memanfaatkan energi cahayauntuk mengubah zat anorganik (H2O dan CO2) menjadi senyawa organik

(karbohidrat) yang terjadi dalam klorofil.

Proses fotosintesis terjadi dalam dua tahap, yaitu reaksi terang (dalamgrana) dan reaksi gelap (dalam stroma)

Dalam reaksi terang, diperlukan energi cahaya untuk memecahkan molekulH2O. Oksigen (O2) segera dilepaskan ke udara dan H2 ditangkap oleh NA-

DP (Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat) membentuk 2 NADP + 2 H+.

Dalam reaksi gelap, sumber energi (ATP dan NADPH) digunakan untukmengikat dan mereduksi CO2. Pengikatan CO2 dilakukan oleh RDP

(Ribulosa difosfat). Pengikatan ini menghasilkan APG (Asam fosfogliserat)

yang mengandung P. Selanjutnya, terjadi reduksi atau pemindahan H2 dari

NADPH ke APG menjadi PGAL (fosfogliseraldehid).

Bagian-bagian kloroplas bila dilihat dengan mikroskop elektron terdiri atasmembran (selaput) dan stroma. Membran adalah permukaan sebelah luar

yang memisahkan kloroplas dan sitoplasma.

Stroma adalah bagian dalam terdapat bahan dasar yang tidak berwarna. Didalam stroma tertanam grana (struktur-struktur hijau daun). Satu grana

terdiri atas tumpukan lamela, tiap lamela terdiri atas lapisan protein, lipida,

klorofil, dan karotenoid.

Di dalam kloroplas terdapat pigmen berwarna hijau yang disebut klorofil.Pigmen ini dapat menyerap energi cahaya.

Dua macam klorofil yang terlibat dalam fotosintesis, yaitu klorofil a (pigmenhijau tua) dan klorofil b (pigmen hijau muda). Klorofil a dan pigmen-pigmen

lain mengelompok dalam membran tilakoid, membentuk pigmen yang

berfungsi dalam fotosintesis.

Unit yang mampu menangkap energi cahaya adalah klorofil a, kompleksantene, dan akseptor elektron disebut fotosistem.

42

Fotosistem dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu fotosistem I danfotosistem II. Klorofil a dalam fotosistem I disebut P 700, artinya klorofil a

sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 700 nm. Klorofil

a dalam fotosistem II disebut P 680, artinya klorofil a sensitif terhadap energi

cahaya dengan panjang gelombang 680 nm.

Perkembangan ilmu metabolisme memacu perkembangan teknologi dibidang makanan, misalnya diciptakannya makanan berkadar gula rendah,

teknologi pengawetan makanan, dan suplemen makanan.

43

BAB VEVALUASI

Petunjuk:Berilah tanda silang (X) pada huruf A, B, C, D atau E pada lembar jawaban

yang Anda anggap benar!

1. Enzim yang mengubah C2H4O3 menjadi asetil KoA pada peristiwa respirasi

sel adalah . . . .

A. laktat dehidrogenase

B. isomerase

C. fosfogliseraldehid dehidrogenase

D. dekarboksilase

E. kinase

2. Sumber energi yang digunakan untuk mengikat dan mereduksi CO2 pada

reaksi gelap dalam fotosintesis adalah . . . .

A. NADPH dan ATP

B. RDP dan ATP

C. NADPH2 dan ADP

D. APG dan ATP

E. NADPH2 dan ADP

3. Pada siklus Krebs, enzim-enzim yang bekerja pada asam sitrat menjadi

asam suksinil KoA secara berurutan, yaitu . . . .

A. isositratdehidrogenase-akonitase-akonitase -ketoglutarat dehidrogenase

B. akonitase-isositratdehidrogenase-akonitase-ketoglutarat dehidrogenase

C. ketoglutarat dehidrogenase-akonitase-akonitase-isositratdehidrogense

D. akonitase-akonitase-ketoglutarat dehidrogrnase-isositratdehidrogenase

E. akonitase-akonitase-isositratdehidrogenase-ketoglutarat dehidrogenase

44

4. Jumlah ATP dalam respirasi sel melalui transmisi elektron pada tingkat

transpor elektron dihasilkan . . . .

A. 6 ATP

B. 12 ATP

C. 22 ATP

D. 36 ATP

E. 38 ATP

5. Energi yang akan digunakan pada tahap reaksi gelap, disimpan dalam

bentuk . . . .

A. ATP dan NADP + 2 H+

B. ATP dan NADPH

C. ATP dan NADPH2D. ATP dan NADP + H+

E. ATP dan NADPH + H+

6. Pada kondisi anaerob, asam piruvat bertindak sebagai akseptor hidrogen

terakhir, sehingga oksidasi glukosa terhenti, maka terbentuklah . . . .

A. asam sitrat dan metanol

B. asam laktat dan metanol

C. asam laktat dan etanol

D. asam sitrat dan etanol

E. asam laktat dan propanol

7. Asam piruvat yang berasal dari proses glikolisis, masuk ke siklus Krebs

kemudian bereaksi antara . . . dan . . . menjadi . . . .

A. asetil KoA + asam oksaloasetat asam sitrat

B. asam sitrat + NAD+ asam ketoglutarat

C. asam malat + NAD+ asam oksaloasetat

D. NAD + KoA asam ketoglutarat

E. KoA + NAD+ asetil KoA

45

8. Tahap pertama pada siklus Calvin akan dihasilkan senyawa . . . .

A. ribulosa difosfat

B. fosfogliseraldehid

C. nikotinamida adenin dinukleotida difosfat

D. asam fosfogliserat

E. glukosa

9. Urutan respirasi aerob dalam proses katabolisme adalah . . . .

A. siklus Krebs glikolisis sistem transpor elektron

B. glikolisis sistem transpor elektron siklus Krebs

C. glikolisis siklus Krebs sistem transpor elektron

D. fermentasi glikolisis sistem transpor elektron

E. sistem transpor elektron siklus Krebs fermentasi

10. Pernyataan berikut ini yang berkaitan dengan fotosintesis, kecuali . . . .

A. fotosintesis tidak dapat berlangsung tanpa adanya energi cahaya

B. fotolisis berlangsung tanpa bantuan energi cahaya, memecah molekul

air menjadi H2 dan O2C. reaksi gelap tidak dapat berlangsung tanpa didahului reaksi terang

D. fotosintesis dapat berlangsung pada malam hari, asal ada cahaya lam-

pu yang cukup

E. hasil akhir fotosintesis berupa bahan organik yang disimpan pada

daun, batang berwarna hijau, dan umbi akar

11. Pada proses glikolisis dihasilkan . . . .

A. glukosa

B. glukosa 6-fosfat

C. asetil KoA

D. fruktosa

E. asam piruvat

46

12 Berikut ini pemanis berkalori rendah yang dapat dikonsumsi oleh penderita

diabetes mellitus, kecuali . . . .

A. sukralosa

B. sukrosa

C. tagatosa

D. aspartam

E. neotam

13. Daging yang dibekukan dalam lemari es tidak membusuk, karena . . . .

A. di dalam lemari es tidak ada cahaya

B. daging tersebut tidak mengalami metabolisme

C. di dalam lemari es berlangsung respirasi aerob

D. enzim mikroorganisme pembusuk tidak bekerja pada suhu rendah

E. di dalam lemari es tidak ada oksigen

14. Hasil akhir dari siklus Calvin adalah . . . .

A. 1,3 difosfogliserat

B. ribulosa difosfat

C. glukosa 6-fosfat

D. fosfogliseraldehid

E. gliseraldehid 3-fosfat

15. Hasil akhir pada jalur glikolisis adalah . . . .

A. asam piruvat

B. fosfoenol piruvat

C. asam laktat

D. gliseraldehid fosfat

E. dihidroksiaseton fosfat

47

DAFTAR PUSTAKA

Amien, Moh., Sukarno. (1995) Biologi 3 untuk SMU Kelas 3 Program IPA.Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

Fairley L. James et al., (1966). Essentials of Biological Chemistry. Second Edi-tion. New York: Van Nostrand Reinhold Company.

Syamsuri Istamar, dkk., (2004). Biologi untuk SMA Kelas XII. Jakarta: PenerbitErlangga.

Siregar M. Arbayah. (1982). Penggunaan Energi oleh Sel Fotosintesis. Jakarta:Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

Tjirosoepomo Gembong dkk., (1985). Biologi 2 Pegangan Umum Guru untukSMA., Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

Zuarsyah Yan dkk., (1996). Biologi 3 untuk SMU Kelas 3 Caturwulan I, II, danIII. Bandung: Penerbit PT Remaja Rosdakarya.