III.
KOMPOSISI KIMIAWI DALAM ORGANISME
I. IDENTITAS
A. Standar Kompetensi
Memahami struktur, komposisi bahan kimia,
reaksi-reaksi dan fungsinya dalam
kehidupan organisme.
B. Kompetensi Dasar
Mahasiswa mampu :
1. Menuliskan
zat kimia dalam tubuh organisme
2. Menjelaskan
peranan zat anorganik dan organik dalam tubuh organisme
3. Menjelaskan
macam-macam zat organik dengan rumus kimianya dalam tubuh organisme
4. Membedakan
molekul DNA dan RNA
5. Menjelaskan
reaksi metabolisme pada organisme
C. Indikator Keberhasilan
Mahasiswa
dapat:
1.
Menuliskan zat kimia dalam tubuh organisme
2.
Menjelaskan peranan zat anorganik dan organik dalam tubuh organism
3. Menjelaskan macam-macam zat organik dengan
rumus kimianya dalam tubuh
organisme
4. Membedakan molekul DNA dan RNA
5. Menjelaskan reaksi metabolisme pada organisme
II. MATERI POKOK
A. UNSUR-UNSUR KIMIA DALAM ORGANISME
Organisme tersusun dari materi, yaitu segala sesuatu yang menempati ruang
dan memiliki massa. Materi terdapat dalam berbagai bentuk, masing-masing dengan
karakternya sendiri-sendiri.
Unsur
merupakan bahan yang tidak dapat dipecah lagi menjadi bagian lain dengan reaksi
kimiawi. unsur-unsur tersebut adalah C (karbon), O2 (Oksigen), H
(Hidrogen), N (Nitrogen), Fe (Besi) dan lain-lain.
Para kimiawan mengenal 92
unsur yang terdapat di alam secara alami. Kira-kira 25 dari 92 unsur alami,
diketahui penting untuk kehidupan. Empat unsur yaitu karbon (C), oksigen (O),
hidrogen (H) dan nitrogen (N) adalah unsur penyusun 96% materi hidup. Fosfor
(P), sulfur (S), kalsium (Ca) dan kalium (K) merupakan bagian terbesar dari 4%
unsur yang tersisa dalam berat organisme.
Selain unsur makro di atas, didalam
organisme terdapat unsur-unsur mikro. Unsur mikro hanya terdapat dalam jumlah
yang sangat sedikit atau hanya dimiliki oleh beberapa organisme tertentu.
Misalnya pada manusia, unsur iodin (I) merupakan bahan utama penyususun hormon
yang diproduksi kelenjar tiroid. Tetapi jumlah harian iodin sebanyak 0,15
miligram sudah cukup untuk kegiatan normal tiroid manusia. Tabel di bawah ini memuat unsur yang membentuk tubuh manusia dalam
presentase.
Tabel
1. Unsur yang terdapat dalam tubuh manusia
|
UNSUR YANG TERDAPAT SECARA
ALAMI DALAM TUBUH MANUSIA
|
|
Lambang Unsur Nomor Atom Persentase Berat
|
|
O
C
H
N
Ca
P
K
S
Na
Cl
Mg
|
Oksigen
Karbon
Hidrogen
Nitrogen
Kalsium
Fosfor
Kalium
Sulfur
Natrium
Klorin
Magnesium
|
8
6
1
7
20
15
19
16
11
17
12
|
65,0
18,5
9,5
3,3
1,5
1,0
0,4
0,3
0,2
0,2
0,1
|
B. ZAT-ZAT ANORGANIK
Zat- zat anorganik adalah zat-zat yang sukar bahkan tidak bisa diuraikan
oleh bakteri pengurai atau dekomposer. Zat- zat anorganik antara lain adalah :
Air dan Kelembapan
Air
merupakan komponen utama yang berperan dalam proses proses fotosintesis dan
respirasi, air berperan juga sebagai pelarut mineral dan karbohidrat yang
diserap oleh tumbuhan. Air bertanggung jawab sebagai medium yang berperan dalam
beberapa reaksi biokimia yang terjadi di dalam tubuh tumbuhan. Kecepatan
rata-rata air akan berpengaruh langsung terhadap kecepatan rata-rata
transpirasi tumbuhan. Jika angin bertiup maka kelembaban menurun tetapi
transpirasi meningkat.
Suhu
Suhu sangat
berperan penting dalam pertumbuhan pada tumbuhan
karena suhu berpengaruh terhadap kerja enzim yang
terlibat dalam proses-proses metabolisme di dalam sel tumbuhan.
Mineral
Mineral merupakan komponen yang diperlukan
dalam jumlah kecil tetapi penting peranannya dalam metabolisme tubuh. Mineral merupakan salah satu zat yang diekskresikan berupa
keringat melalui pori-pori tubuh. Garam yang terlarut dalam air digunakan
sebagai elektrolit dalam tubuh.
Asam Klorida
Asam klorida (HCl) merupakan unsur utama dalam asam lambung. Asam klorida
berguna untuk mengasamkan kandungan dalam lambung. Ion H+ dan ion Cl-
disekresikan secara terpisah dalam perut. Asam klorida berfungsi untuk membantu
pencernaan makanan dan mencegah mikroorganisme lain masuk lebih jauh ke dalam
usus.
Selain zat-zat diatas masih banyak lagi zat anorganik yang terdapat di
dalam organisme, seperti karbon dioksida, amonia dan lain lain.
C. ZAT-ZAT ORGANIK.
Zat organik adalah zat yang pada umumnya merupakan bagian
utama dari binatang atau tumbuhan, dengan komponen utamanya adalah
karbon (C), hydrogen (H)dan oksigen (O). Zat organik meliputi karbohidrat, lemak, protein, asam nukleat dan
zat organik lainnya. Zat organik ini
mudah sekali mengalami pembusukkan oleh bakteri dengan menggunakan oksigen
terlarut.
1.
Karbohidrat
Karbohidrat mengandung atom
karbon, hidrogen dan oksigen. Contoh karbohidrat adalah glukosa. Glukosa ini
merupakan sumber energi atau bahan bakar terpenting bagi organisme hidup.
Glukosa ini juga merupakan monomer atau unit/satuan penyusun polimer
karbohidrat seperti pati dan selulosa. Pati yang merupakan polimer dari
glukosa, ada 2 macam yaitu amilosa dan amilopektin. Pati tidak dapat larut
dalam air jadi dapat dimanfaatkan sebagai depot penyimpanan glukosa. Tumbuhan
yang kelebihan glukosa akan merubahnya menjadi pati sebagai makanan cadangan.
Pati banyak terdapat dalam kentang, padi, jagung dan gandum. Seperti halnya
dengan pati, selulosa adalah suatu polisakarida dengan glukosa sebagai
monomernya. Tetapi bentuk ikatan antar glukosanya berbeda dengan ikatan antar
glukosa pada pati. Ikatan antar glukosa pada selulosa sedemikian rupa
menghasilkan suatu molekul yang panjang, lurus, kaku dan rapat, sehingga
selulosa berbentuk rangkaian serat yang panjang dan kaku, suatu bahan baku yang
sempurna sebagai penyusun dinding sel tumbuhan.
Klasifikasi Karbohidrat:
Monosakarida
Terdiri atas 3-6
atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis oleh larutan asam dalam air
menjadi karbohidrat yang lebih sederhana dan zat
ini tidak lagi dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air menjadi
karbohidrat yang lebih sederhana. Umumnya memiliki rumus molekul yang merupakan
beberapa kelipatan CH2O. Glukosa
(C 6H12O6), Monosakarida yang paling
umum, memiliki peran penting yang utama dalam kimia kehidupan. Berikut macam-macam
monosakarida : dengan ciri utamanya memiliki jumlah atom C berbeda-beda :
triosa (C3), tetrosa (C4),
pentosa (C5), heksosa (C6), heptosa (C7).
Triosa : Gliserosa,
Gliseraldehid, Dihidroksi aseton
Tetrosa : threosa, Eritrosa,
xylulosa
Pentosa : Lyxosa, Xilosa,
Arabinosa, Ribosa, Ribulosa
Hexosa : Galaktosa, Glukosa,
Mannosa, fruktosa
Heptosa : Sedoheptulosa
Disakarida
senyawanya terbentuk dari 2
molekul monosakarida yg sejenis atau tidak. Disakarida dapat dihidrolisis oleh
larutan asam dalam air sehingga terurai menjadi 2 molekul monosakarida. Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam
dalam air sehingga terurai menjadi 2 molekul monosakarida. Terdiri atas dua
monosakarida yang dihubungkan oleh suatu ikatan glikosidik (ikatan kovalen yang
terbentuk antara dua monosakarida melalui reaksi dehidrasi). Misalnya maltosa,
merupakan suatu disakarida yang dibentuk melalui penyatuan dua molekul glukosa,
juga dikenal dengan gula malto. Laktosa, gula yang ditemukan dalam susu,
merupakan disakarida lain, yang terdiri atas sebuah molekul glukosa yang berikatan dengan sebuah
molekul galaktosa. Disakarida yang paling banyak di alam adalah sukrosa, yaitu
gula yang sehari-hari kita konsumsi. Kedua monomernya adalah glukosa dan
fruktosa. Tumbuhan umumnya mengangkut karbohidrat dari daun ke akar dan ke
organ non-fotosintetik lainnya dalam bentuk sukrosa.
hidrolisis : terdiri dari 2
monosakatida
sukrosa : glukosa + fruktosa
(C 1-2)
maltosa : 2 glukosa (C 1-4)
trehalosa ; 2 glukosa (C1-1)
Laktosa ; glukosa + galaktosa
(C1-4)
Oligosakarida
Senyawa yang terdiri dari gabungan
molekul2 monosakarida yang banyak gabungan dari 3 – 6 monosakarida dihidrolisis
: gabungan dari 3 – 6 monosakarida misalnya maltotriosa.
Polisakarida
Senyawa yang
terdiri dari gabungan molekul- molekul
monosakarida yang banyak jumlahnya yang
dihubungkan dengan ikatan glikosidik, senyawa ini bisa dihidrolisis
menjadi banyak molekul monosakarida. Polisakarida merupakan jenis karbohidrat
yang terdiri dari lebih 6 monosakarida dengan rantai lurus/cabang.. Beberapa di antara polisakarida berfungsi sebagai
materi simpanan atau cadangan, yang nantinya ketika diperlukan akan
dihidrolisis untuk menyediakan gula bagi sel. Polisakarida lain berfungsi
sebagai materi pembangun (penyusun) untuk struktur yang melindungi sel atau
keseluruhan organisme. Arsitektur dan fungsi suatu polisakarida ditentukan oeh
monomer gulanya dan oleh posisi ikatan glikosidiknya. Contoh dari polisakarida
adalah amilum, selulosa, glikogen dan dekstrin.
2.Lemak/Lipid
Lemak mengandung sejumlah besar atom karbon, hidrogen, serta oksigen, dan
kadang kala ditambah Nitrogen dan Posfor. Di dalam sel terdapat bermacam jenis
lipid, di antaranya adalah lemak, fosfolipid dan steroid. Lemak, baik lemak
jenuh (yang berasal dari hewan) maupun lemak tak jenuh (yang berasal dari
minyak tumbuhan) merupakan sumber cadangan energi bagi organisme hidup. Satu gram cadangan lemak
memiliki kandungan energi dua kali lipat dibanding dengan satu gram
polisakarida, seperti pati. Manusia dan mamalia lain menumpuk cadangan makanan
jangka panjangnya dalam sel-sel lemak atau adiposa, yang membengkak dan
mengkerut ketika lemak disimpan atau dibebaskan dari cadangan penyimpanan.
Selain tempat penyimpanan energi, jaringan adiosa juga berfungsi sebagai
bantalan bagi organ vital seperti ginjal dan lapisan lemak dibawah kulit akan
berfungsi sebagai insulator tubuh.
Lemak atau lipid adalah
salah satu kategori molekul biologi yang
besar yang tidak mencakup polimer. Senyawa yang disebut lipid dikelompokan
bersama karena memiliki satu ciri penting yaitu lipid tidak memiliki atau
sedikit sekali afinitasnya terhadap air. Perilaku hidrofobik lipid didasarkan
pada struktur molekulnya. Meskipun lipid bisa memiliki beberapa ikatan polar
yang berikatan dengan oksigen, lipid sebagian besar terdiri atas hidrokarbon.
Lipid lebih kecil bila dibandingkan dengan makromolekul (polimerik)
sesungguhnya, dan merupakan gugus yang sangat beragam bentuk maupun fungsinya.
Lipid meliputi waks (lilin) dan pigmen-pigmen tertentu, akan tetapi kita akan
memfokuskan perhatian pada golongan lipid yang paling penting yaitu lemak.
3.Protein
Protein adalah makro molekul yang polimer (dibangun
oleh asam amino sebagai monomernya) dan tidak bercabang. Tersusun dari
unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H) oksigen (O) dan nitrogen (N), dan kadang-kadang
disertai unsur sulfur (S), dan posfor (P). Kira-kira 50% dari berat kering
organisme hidup adalah protein. Protein dalam organisme hidup ini ada yang
berperan sebagai enzim, sebagai sumber energi misalnya untuk pergerakan otot,
ada yang bertanggungjawab atas pengangkutan materi melalui peredaran darah
misalnya hemoglobin dan anti bodi, ada
pula yang berperan sebagai persediaan makanan misalnya ovalbumin pada putih
telur dan kasein pada susu. Protein juga merupakan bahan untuk perbaikan,
pertumbuhan dan pemeliharaan struktur sel dari organ tubuh. Terdapat 20 macam
asam amino yang membentuk berbagai macam protein dalam tubuh organisme hidup.
Molekul ini sangat
berguna sebagai alat bantu dalam hampir setiap hal yang dilakukan organisme.
Protein merupakan molekul yang dikenal mempunyai struktur paling rumit. Sesuai
dengan fungsinya yang beragam, molekul protein juga sangat beragam strukturnya,
setiap jenis protein memiliki bentuk
tiga dimensi atau konformasi yang unik. Meskipun protein beragam, semua molekul
protein merupakan polimer yang dibangun dari kumpulan 20 asam amino yang sama. Asam
amino adalah molekul organik yang memiliki gugus karboksil dan gugus amino.
Polimer asam amino disebut polipeptida. Suatu protein terdiri atas satu atau
lebih polipeptida yang terlipat dan terbelit membentuk kesesuaian yang
spesifik. Suatu protein fungsional bukanlah sekedar rantai popipeptida, akan
tetapi satu atau lebih polipeptida yang yang terpilin, dilipat dan dililit
secara tepat menjadi suatu molekul dengan bentuk yang unik. Banyak protein
berbentuk globuler, sementara yang lain bentuknya seperti serat. Fungsi suatu
protein bergantung pada kemampuannya mengengenali dan berikatan dengan beberapa
molekul lain.
4 .Asam nukleat
Asam
nukleat (nucleic acid) merupakan makromolekul biokimia yang
kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang
mengandung informasi genetic Asam nukleat yang paling umum adalah deoxyribonucleic acid (DNA) dan ribonucleic acid (RNA). Asam nukleat
ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus. DNA adalah materi genetik yang diwarisi organisme dari orang tuanya.
Suatu molekul DNA sangat panjang dan umumnya terdiri atas ratusan atau bahkan
ribuan gen. Ketika suatu sel bereproduksi sendiri dengan cara membelah, DNA-nya
akan disalin dan diteruskan dari satu generasi sel ke generasi sel berikutnya.
Informasi yang terkode dalam struktur DNA memprogram semua aktivitas sel
tersebut. Namun demikian, DNA tidak secara langsung terlibat dalam pelaksanaan
operasi sel. Setiap gen disepanjang rentang
molekul DNA mengarahkan sintesis suatu jenis RNA yang disebut RNA mesenger
atau m-RNA. Molekul m-RNA ini kemudian berinteraksi dengan peralatan
pensintesis protein dalam sel untuk mengarahkan produksi polipeptida. Tempat
sesungguhnya sintesis protein adalah struktur seluler yang disebut ribosom.
Pada sel eukariotik, ribosom berada didalam sitoplasma, akan tetapi DNA berada
di dalam nukleus. RNA mesenger akan mengirimkan instruksi genetik untuk
membangun protein dari nukleus sampai sitoplasma. Sel-sel prokariotik tidak
memiliki nukleus, namun masih menggunakan RNA untuk mengirimkan pesan dari DNA
ke ribosom dan perkakas lain dari sel yang menerjemahkan informasi yang dikode
menjadi urutan asam amino.
Asam nukleat merupakan polimer dari monomer-monomer
yang disebut nukleotida. Masing-masing nukleutida itu sendiri terdiri atas tiga
bagian yaitu:
1.
Basa Nitrogen.
Terdapat dua basa nitrogen: pirimidin dan
purin. Pirimidin memiliki cincin enam anggota yang terdiri dari atom karbon dan
atom nitrogen. Anggota pirimidin adalah sitosin (C), timin (T),dan urasil (U).
Purin lebih besar, dengan cincin enam anggota yang menyatu dengan suatu cincin
lima anggota. Yang termasuk purin adalah adenin (A), dan guanin (G). Pirimidin
dan purin yang spesifik berbeda dalam hal gugus fungsional yang terikat ke
cincinya. Adenin, guanin, dan sitosin ditemukan pada kedua jenis asam nukleat.
Timin hanya ditemukan dalam DNA dan urasil hanya ditemukan pada RNA.
2.
Gula Pentosa (gula berkarbon lima).
Pentosa
yang berikatan dengan basa nitrogen adalah ribosa pada nukleotida RNA dan
deoksiribosa pada molekul DNA. Perbedaan satu-satunya antara kedua gula ini
adalah bahwa deoksiribosa tidak memiliki satu atom oksigen pada karbon nomor duanya
yang membuat namanya disebut deoksi.
3.
Gugus fosfat.
Dalam suatu polimer asam nukleat atau
polinukleotida, nukleutida-nukleutida dihubungkan dengan ikatan kovalen yang
disebut ikatan fosfodiester antara fosfat dari suatu nukleotida dan gula dari
nukleotida berikutnya. Pengikatan ini menghasilkan suatu tulang belakang dengan
suatu pola gula-fosfat-gula-fosfat yang berulang. Disepanjang tulang belakang
gula-fosfat ini terdapat tempelan tambahan yang terdiri atas basa-basa nitrogen.
Tabel 2. Perbedaan
molekul DNA dan RNA
|
No
|
Perbedaan
|
DNA
|
RNA
|
|
1.
|
Letak
|
Di dalam inti sel, mitokondria
|
Di dalam sitoplasma (dalam ribosom) dan dalam inti sel
|
|
2.
|
Komponen
|
Gula: deoksiribosa
Basa N: timin, adenin, guanine, dan sitosin
|
Gula: ribose
Basa N: urasil, adenine, guanine, dan sitosin
|
|
3.
|
Bentuk
|
Pilinan ganda (double helix) dan panjang
|
Sepasang pita dan pendek
|
|
4.
|
Fungsi
|
Mengendalikan aktivitas
metabolisme makhluk hidup
Arsitek sintesis protein
|
Membantu ADN dalam sintesis protein
|
|
5.
|
Kadar
|
Tetap
|
Berubah menurut kecepatan sintesis protein
|
5.Zat-zat lain seperti
pigmen,dan klorofil (lihat materi sebelumnya)
D. REAKSI-REAKSI DALAM METABOLISME
Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh
makhluk hidup/sel. Metabolisme
disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan
katalisator enzim. Enzim merupakan
senyawa organik berupa protein fungsional yang sangat berperan dalam
metabolisme. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim adalah sebagai
berikut:
1)
Enzim bekerja pada substrat yang spesifik
2)
Enzim bekerja dengan konsentrasi tertentu
3)
Enzim bekerja dengan suhu yang spesifik
4)
Enzim bekerja pada tingkat keasaman (pH) tertentu
Metabolisme dibagi menjadi dua, yaitu katabolisme (reaksi pemecahan) dan
anabolisme (reaksi pembentukkan). Apabila katabolisme dalam tubuh berlangsung
lebih cepat daripada anabolisme, akan terjadi penurunan berat tubuh.
Sebaliknya, apabila anabolisme berlangsung lebih cepat daripada katabolisme,
akan semakin mendorong proses pertumbuhan
dan terjadi kenaikan berat tubuh. Keseimbangan dinamis akan tercapai
apabila kecepatan katabolisme dan anabolisme sebanding.
1.
Katabolisme
Katabolisme merupakan reaksi pemecahan molekul kompleks menjadi molekul
sederhana, disertai dengan pembebasan sejumlah energi (bersifat eksergonik).
Oleh karena itu, katabolisme terkait dengan pengaturan suhu tubuh. Kata lain
untuk katabolisme adalah lisis, degradasi, disimilasi. Contoh katabolisme
adalah sebagai berikut:
a. Respirasi sel
Respirasi sel disebut juga respirasi adalah peristiwa pembebasan energi.
Sel akan menggunakan oksigen sebagai penangkap (akseptork) elektron untuk
memecah glukosan dan menyimpan energi dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP).
Respirasi terjadi di mitokondria. Proses respirasi sel terjadi melalui 4
tahapan yaitu:
a. Glikolisis
b.
Dekarboksilasi oksidatif
c.
Siklus krebs
d.
Tranport
elektron
b.
Fermentasi
Pada
umumnya, makhluk hidup memperoleh ATP melalui respirasi sel. Akan tetapi,
beberapa makhluk hidup tidak dapat melakukan respirasi sel karena hidup dalam
lingkungan yang berkadar oksigen rendah. Proses ini disebut respirasi anaerob
atau fermentasi.Fermentasi merupakan reaksi pemecahan senyawa organic kompleks menjadi lebih
sederhana dengan bantuan enzim fermentasi. Enzim ini dapat dipropduksi beberapa
organisme seperti kapang, bakteri, atau khamir.
c. Katabolisme
lemak (lipolisis)
Lemak
merupakan sumber energi yang penting bagi tubuh, setiap satu gram lemak dapat
menghasilkan energi sekitar 9,3 kkal. Katabolisme lemak terjadi di matriks
mitokondria. Membran mitokondria tidak permeable terhadap asam lemak. Katabolisme
lemak disebut juga β-oksidasi. Proses serangkaian reaksi yang bertujuan untuk
membuang dua karbon dari ujung gugus karboksil asam lemak untuk dikeluarkan
dalam bentuk asetil ko-A.
d.
Katabolisme
protein
Katabolisme protein terjadi
melalui mekanisme deaminasi, yaitu pemutusan gugus amino untuk diuraikan
menjadi amoniak dan asam keto. Amoniak kemudian diubah menjadi urea di hati
karena bersifat toksik pada tubuh. Sedangkan asam keto akan memasuki jalur respirasi
sel untuk menghasilkan energi.
2.
Anabolisme
Anabolisme
merupakan reaksi pembentukan molekul kompleks dari molekul -molekul sederhana
tersebut dapat ditransfortasikan dari luar sel atau mungkin diperoleh dari
reaksi katabolisme. Anabolisme dibutuhkan untuk pertumbuhan organisme dan
pemeliharaan jaringan. Contoh anabolisme adalah sebagai berikut:
a.
Fotosintesis
Fotosintesis
merupakan proses pembuatan molekul glukosa dari CO2 dan H 2O
dengan bantuan klorofil dan energi cahaya. Proses ini menghasilkan karbohidrat
yang digunakan sebagai sumber energi bagi setiap organisme. Pada umumnya
fotosintesis terjadi pada bagian tubuh (daun, batang, bunga atau buah) yang
berwarna hijau, tepatnya organel yang disebut kloroplas. Kloroplas terdiri atas
membran ganda yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut stroma.
Membran tersebut membentuk suatu sistem membran tilakoid yang berwujud
sebagai suatu bangunan yang disebut kantung
tilakoid. Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan
membentak apa yang disebut 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.
Proses
fotosintesis terjadi padadua tahap reaksi, yaitu :
a. Reaksi Terang
Merupakan reaksi
pengikatan/penangkapan energi cahaya matahari oleh klorofil yang berlangsung di
grana (membran tilakoid) dan dilaksanakan oleh fotosistem.
Reaksi terang terdiri
atas 3 proses yaitu:
1.Fotolisis
air, merupakan proses pemecahan molekul air untuk menghasilkan molekul H+
dan melepaskan gas O2
2.Transpor
elektron,melalui jalur siklik dan jalur non-siklik
3.Fotofosforilasi,
merupakan proses sintesis ATP dari ADP dan phospat berenergi tinggi melalui
jalur siklik dan non-siklik.
b. Reaksi Gelap
Merupakan reaksi
pengikatan karbon dioksida oleh RBP (Ribulosa Biphospat) atau RDP (Ribulosa
Diphospat) untuk mensintesis glukosa. Reaksi ini terjadi di stroma. Reaksi
gelap terdiri atas tiga bagian utama yaitu :
-
Karboksilasi, merupakan penambahan CO2 ke RBP (Ribulosa Bi
Phospat) membentuk dua molekul APG (Asam Phospo Gliserat) dengan bantuan enzim
karboksilase,
-
Reduksi, merupakan perubahan
gugus karboksil dalam APG menjadi gugus aldehida dalam PGAL (Pospo Gliserat
Aldehid),
-
Regenerasi, merupakan pembentukan kembali RBP yang diperlukan
untuk bereaksi dengan CO2 yang berdifusi ke dalam daun melalui stomata.
b.
Kemosintesis
Khemosintesis
adalah asimilasi karbon yang energinya berasal dari reaksi-reaksi kimia dan
tidak memerlukan klorofil. Kemosintesis terjadi pada organisme
kemoautotrof, yaitu organisme yang mampu mensintesis senyawa organik dari
senyawa anorganik dengan bantuan energi dari reaksi kimia. Bakteri
khemoautotrof ini akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan energi yang
timbul digunakan untuk asimilasi karbon.
Selain anabolisme, dalam metabolisme juga terjadi proses yang dinamakan
katabolisme. Katabolisme adalah proses pemecahan senyawa organik yang kompleks
menjadi senyawa yang lebih sederhana dan merupakan proses pembentukan energi
dalam bentuk ATP.
Proses katabolisme dibedakan menjadi dua macam berdasarkan kebutuhan
terhadap oksigen, yaitu :
1. Respirasi Aerob
Merupakan proses pemecahan senyawa kompleks untuk mensintesis senyawa
kimia berupa ATP yang hanya dapat berlangsung dengan bantuan oksigen bebas.
Respirasi anaerob melibatkan gas oksigen sebagai senyawa penerima hidrogen
terakhir, sehingga hidrogen yang dibebaskan pada proses oksidasi akan bergabung
dengan oksigen membentuk H2O. Respirasi anaerob berlangsung dalam 4
tahap yaitu :
a.
Glikolisis
Merupakan proses pemecahan glukosa (senyawa dengan 6 unsur C) menjadi dua
molekul asam piruvat (senyawa dengan 3 unsur C). Berlangsung di sitoplasma
(diluar mitokondria) secara anaerob dan menghasilkan 2 molekul asam piruvat, 2
ATP dan 2 NADH untuk setiap satu molekul glukosa.
b.
Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat
Merupakan proses pemecahan asam piruvat menjadi asetil ko-A dengan
melepaskan 1 CO2 dan 1 NADH untuk setiap 1 molekul asam piruvat.
Berlangsung di matriks mitokondria dan terjadi secara dan dapat berlangsung
jika tersedia oksigen yang mencukupi. Asetil ko-A merupakan unsur yang sangat
penting untuk biosintesis dan menjembatani proses glikolisis untuk masuk ke
siklus krebs.
c.
Siklus Krebs
Merupakan proses pemecahan asetil ko-A menjadi karbon dioksida.
Berlangsung di matriks mitokondria dan terjadi secara aerob. Siklus krebs
disebut siklus asam sitrat karena senyawa pertama yang dihasilkan dalam siklus
krebs adalah asam sitrat. Disebut juga siklus asam trikarboksilat karena dalam
siklus krebs terlibat asam-asam dengan tiga gugus karboksil. Siklus krebs
diawali dengan reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat membentuk
asam sitrat dan melepaskan ko-A untuk dipakai kembali. Setiap satu molekul
asetil ko-A yang masuk ke dalam siklus krebs menghasilkan 3 NADH, 1 FADH dan 1
ATP. Siklus krebsbersifat amfibolik karena berfungsi ganda yaitu, sebagai jalur
anabolisme dan katabolisme.
d.
Transpor Elektron Respiratori
Berlangsung di dalam krista mitokondria secara anaerobik dan merupakan
tahap yang paling banyak menghasilkan ATP untuk setiap molekul glukosa.
Sintesis ATP yang berlangsung selama transpor elektron disebut fosforilasi
oksida. Hidrogen dan oksigen yang dilepaskan pada tiap tahap respirasi akan
bergabung dengan aseptor hidrogen (NAD dan FAD) untuk dibawa ke sistem transpor
elektron. Pada sistem transpor elektron, elektron dan hidrogen dari NADH dan
FADH2 dibawa dari satu substrat ke substrat lain secara berantai.
Setiap kali dipindahkan, energi yang terlepas digunakan untuk mengikatkan
fosfat anorganik dengan ADP sehingga terbentuk ATP dan hidrogen berikatan
dengan gas oksigen sebagai aseptor elektron sehingga terbentuk H2O
sebagai hasil samping respirasi aerob. Setiap 1 molekul NADH yang masuk ke
dalam transpor elektron menghasilkan 3 ATP
dan 1 FADH2
2. Reaksi Anaerob
Merupakan proses
pemecahan senyawa kompleks untuk mensintesis energi kimia dalam bentuk ATP yang
hanya dapat berlangsung tanpa menggunakan oksigen. Pada respirasi anaerob yang
berfungsi sebagai penerima senyawa hidrogen bukanlah oksigen tetapi asam
piruvat atau asetaldehid yang merupakan produk antara, sehingga hidrogen yang
dibebaskan akan bergabung dengan asam piruvat membentuk asam laktat atau dengan
asetaldehid membentuk alkohol.
Penentuan suatu senyawa
dipecah secara aerob atau anaerob adalah pada saat pemecahan glukosa menjadi
asam piruvat dengan proses glikolisis selesai. Jika oksigen tersedia dengan
jumlah yang mencukupi, maka asam piruvat akan menempuh jalur respirasi aerob.
Tetapi jika oksigen tidak tersedia, maka asam piruvat akan menempuh jalur
respirasi anaerob.
Asam piruvat sebagai
produk akhir glikolisis mempunyai tiga jalur yaitu :
a.
Jalur pengubahan asam piruvat menjadi asetil ko-A secara
aerob dengan melepaskan CO2 dan 1 NADH dan berlangsung di
mitokondria.
b.
Jalur pereduksian asam piruvat oleh NADH menjadi asam laktat
dalam keadaan anaerob dan terjadi pada kontraksi otot rangka. Dikenal sebagai
fermentasi asam laktat. Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat berperan
sebagai penerima hidrogen dan pereduksi. Penimbunan asam laktat dalam otot
menyebabkan kelelahan.
c.
Jalur dekarboksilasi dan pereduksian asam piruvat menjadi
etanol dan CO2 terjadi secara anaerob dan terjadi pada sel ragi.
Dikenal dengan fermentasi alkohol. Pada fermentasi alkohol, yang berfungsi
sebagai penerima hidrogen adalah asetaldehid. Reaksi fermentasi alkohol adalah:
C6H12O6 (glukosa) → 2 CH3-CH2-OH
(etanol) + 2 CO2 + Energi.
c.
Glukoneogenesis
Glukoneogenesis merupakan reaksi pembentukkan glukosa dari senyawa selain
glikogen seperti asam amino dan lemak. Proses glukoneogenesis berlangsung
terutama dalam hati. Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat
dibawa oleh darah ke hati. Di sini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali
melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yaitu glukoneogenesis (pembentukan
gula baru).
Glukoneogenesis yang dilakukan oleh hati atau
ginjal, menyediakan suplai glukosa yang tetap. Kebanyakan karbon yang digunakan
untuk sintesis glukosa akhirnya berasal dari katabolisme asam amino. Laktat
yang dihasilkan dalam sel darah merah dan otot dalam keadaan anaerobik juga
dapat berperan sebagai substrat untuk glukoneogenesis. Glukoneogenesis
mempunyai banyak enzim yang sama dengan glikolisis, tetapi demi alasan
termodinamika dan pengaturan, glukoneogenesis bukan kebalikan dari proses
glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak reversibel,
artinya diperlukan enzim lain untuk reaksi kebalikannya.
d.
Sintesis
lemak
Lemak dapat disentesis dari asam lemak dan gliserol. Selain itu, lemak
juga dapat disentesis dari protein dan karbohidrat karena dalam metabolisme
ketiga zat tersebut bertemu di dalam daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya
berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil
Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai
bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan
karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.
-
Sintesis Lemak dari Karbohidrat:
Glukosa diurai menjadi piruvat ———> gliserol.
Glukosa diubah ———>
gula fosfat ———>
asetilKo-A ———>
asam lemak.
Gliserol + asam lemak ———> lemak.
-
Sintesis Lemak dari Protein:
Protein ————————>
Asam Amino
protease
Sebelum
terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dahulu, setelah itu
memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piravat ———> Asetil Ko-A. Asam
amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam
pirovat, selanjutnya asam piruvat ——> gliserol ——> fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam
lemak akan mengalami esterifkasi membentuk lemak. Lemak berperan sebagai sumber
tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih tinggi daripada karbohidrat. 1
gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya
menghasilkan 4,1 kalori saja.
e) Sintesis protein
Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan
Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan
membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida.
Proses sintesis protein terjadi di
ribosom.
Sintesis protein merupakan
proses terbentuknya protein yang terdiri dari 2 tahap yaitu tahap transkripsi
dan tahap translasi. Tahap transkripsi adalah tahap dimana pada saat
pembentukan mRNA di dalam nukleus dari DNA template dengan dibantu oleh enzim
polimerase. Tahap translasi adalah tahap dimana mRNA keluar dari inti sel dan
bertemu dengan tRNA lalu dibantu oleh Ribosom yang terdiri dari sub unit besar
dan sub unit kecil. Sekarang kita akan membahas satu persatu proses luar biasa
itu yang ada didalam setiap sel tubuh kita.
1. Proses Transkripsi
Pada tahap ini terjadi di dalam nukleus.DNA
double heliks yang terdiri dari 2 sisi, misal yang sisi bawah adalah DNA sense
(pencetak/cetakan) sedangkan sisi atas adalah DNA non sense (bukan cetakan).
Pertama, enzim polimerase akan masuk diantara double heliks dan menempel pada
sisi DNA sense. Enzim polimerase akan mencetak/ mengkopi kode genetik DNA
seperti yang ada pada DNA non sense dengan jalan DNA sense sebagai cetakan.
Proses pencetakan ini dimulai dari start kodon pada mRNA yaitu AUG lalu proses
pengkopian ini berakhir pada stop kodon yaitu UAG, UAA,atau UGA. Proses
transkripsi selesai lalu mRNA keluar dari nukleus.
2.
Proses Translasi
Setelah
mRNA keluar dari nukleus ke sitoplasma yang membawa kode genetik akan menempel
pada ribosom sub unit kecil. Setelah itu tRNA yang tersebar di sitoplasma akan
menghampiri mRNA dengan membawa pasangan yang sesuai dengan kode genetik mRNA.
setelah itu ribosom sub unit besar akan menghampiri ribosom sub unit kecil
sehingga tRNA berada pada site P lalu pada site A akan ada tRNA lain yang
membawa kode genetik yang sesuai dengan mRNA sehingga berjajaran. Setelah itu
asam amino yang dibawa oleh masing-masing tRNA akan berikatan membentuk rantai
polipeptida dan begitu terus menerus tRNA di site A bergeser ke site P dan
datang lagi tRNA lain di site A asam amino berikatan lagi hingga ujung mRNA
maka selesailah proses tanslasi sehingga terbentuk asam amino atau polipeptida.
III. STRATEGI PEMBELAJARAN
Strategi pembelajaran yang
digunakan pada materi ini yaitu dengan ceramah, diskusi, tanya jawab,
demonstrasi, penugasan, dan praktikum di
laboratorium atau lapangan
IV.
MEDIA
PEMBELAJARAN
Power
Point dan LCD, bahan asli, dan klipping
V. EVALUASI
1. Sebutkan
unsur-unsur kimia dalam organisme!
2. Jelaskan
dengan contoh zat anorganik dan zat
organik yang ada pada organisme?
3. Jelaskan
peranan zat organik pada organisme?
4. Jelaskan
perbedaan DNA dengan RNA?
5. Jelaskan
metabolisme yang terjadi pada organisme?
6. Jelaskan perbedaan antara Katabolisme dan Anabolisme dengan contoh ?
VI. DAFTAR PUSTAKA
Jati,
Wijaya. 2007. Aktif Biologi. Jakarta:
Ganeca
Kusnadi dan Didik Priyandoko. 2007. Biologi. Jakarta: Piranti Darma
Kalakatama
Stansfield,
William, 2006. Biologi
Molekuler dan Sel. Jakarta: Erlangga .
Anonim.2012.http://www.blogfrengki.com/2010/10/proses-sintesis-protein.html.
Diakses tanggal 24 Oktober 2012
