KOMPOSISI KIMIAWI DALAM ORGANISME

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://wanenoor.blogspot.com/2011/06/pengertian-karbohidrat-klasifikasi.html#.UFfgdag6wf4. Diakses tanggal 24 Oktobar 2012

Anonim.2012.http://ipulmujib.blogspot.com/2010/06/glukoneogenesis-biokimia.html. Diakses tanggal 24 Oktober 2012

Anonim.2012.http://www.blogfrengki.com/2010/10/proses-sintesis-protein.html. Diakses tanggal 24 Oktober 2012