M HASYBI IZZADIN (E1G014049) LAPORAN PRAKTIKUM DAN KARYA TULIS FAKULTAS PERTANIAN (UNIB)

METABOLISME

Metabolisme dalam sel adalah reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Metabolisme dapat merupakan peristiwa:

• Katabolisme jika merupakan proses penguraian dan terjadi pembebasan energi yang disebut reaksi eksergonik seperti Respirasi.

• Anabolisme jika merupakan proses sintesis atau penyusunan dan terjadi penyimpanan energi, disebut endergonik seperti Asimilasi.

Fotosintesis

Pada hakekatnya, semua kehidupan di atas bumi ini tergantung langsung dari adanya proses asimilasi CO2 menjadi senyawa kimia organik dengan energi yang didapat dari sinar matahari. Dalam proses ini energi sinar matahari (energi foton) ditangkap dan diubah menjadi energi kimia dengan proses yang disebut fotosintesis. Proses ini berlangsung didalam sel pada tumbuhan tinggi, tumbuhan pakis, lumut, ganggang (ganggang hijau, biru, merah dan coklat) dan berbagai jasad renik (protozoa golongan euglena, bakteri belerang ungu, dan bakteri belerang biru).

Energi matahari yang ditangkap pada proses fotosintesis merupakan lebih dari 90% sumber energi yang dipakai oleh manusia untuk pemanasan, cahaya dan tenaga.

Gambar 2. Penggunaan energi matahari oleh klorofil tanaman

Selaide no 12 dan 13

·         Keseluruhan proses fotosintesis yang melibatkan berbagai macam enzim dituliskan dengan persamaan reksi:

• Dalam bakteri berfotosintesis sebagai pengganti H2O dipakai zat pereduksi yang lebih kuat seperti H2, H2S, H2R (R adalh gugus  organik ). Persamaan reaksinya adalah :

Proses fotosintesis pada tumbuhan tinggi dibagi dalam dua tahap. Pada tahap pertama energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya dan diubah menjadi bentuk energi kimia, ATP dan senyawa reduksi, NADPH. Proses ini disebut reaksi terang. Atom hydrogen dari molekul H2O dipakai untuk mereduksi NADP menjadi NADPH, dan O2 dilepaskan sebagai hasil samping reaksi fotosintesis. Reaksi ini juga dirangkaikan dengan reaksi endergonik pembentukan ATP dari ADP + Pi. Dengan demikian tahap reaksi terang dapat dituliskan dengan persamaan:

Dalam hal ini pembentukan ATP dari ADP + Pi merupakan suatu mekanisme penyimpanan energi matahari yang diserap kemudian diubah menjadi bentuk energi kimia. Proses ini disebut fotofosforilasi.

Tahap kedua disebut tahap reaksi gelap. Dalam hal ini senyawa kimia berenergi tinggi NADPH dan ATP yang dihasilkan dalam tahap pertama (reaksi gelap) dipakai untuk proses reaksi reduksi CO

2 menjadi glukosa dengan persamaan:

1. Tahap Reaksi Terang Cahaya

Reaksi terang cahaya dalam proses pebebasan energi matahari oleh klorofil dimana dilepaskan molekul O2, terdiri dari dua bagian. Bagian pertama disebut fotosistem I mempunyai kemampuan penyerapan energi matahari dengan panjang gelombang di sekitar 700nm dan tidak melibatkan proses pelepasan O,. bagian kedua yang menyangkut penyerapan energi matahari pada panjang gelombang di sekitar 680 nm, disebut fotosistem II, melibatkan proses pembentukan O2 dan H2O.

Fotosistem I merupakan suatu partikel yang disusun oleh sekitar 200 molekul klorofil-a, 50 klorofil-b, 50-200 pigmen karotenoid dan satu molekul penerima energi matahari yang disebut protein P700. Energi matahari (foton) yang ditangkap oleh pigmen pelengkap dipindahkan melelui beberapa molekul pigmen, disebut proses perpindahan eksiton, yang akhirnya diterima oleh P700. Akibatnya P700 melepaskan elektron yang berenergi tinggi. Proses penangkapan foton dan perpindahan eksiton di dalam fotosistem ini berlangsung dengan sangat cepat dan di pengaruhi oleh suhu. Dengan mekanisme yang sama, proses penangkapan foton dan pemindahan eksiton terjadi pula pada fotosistem II yaitu pada panjang gelombang 680.

Partikel fotosistem I dan II terdapat dalam membrane kantong tilakoid secara terpisah.

2. Pengangkutan Elektron dan Fotofosforilasi

Fotosistem I dan II merupakan komponen penyalur energi dalam rantai pengangkutan elektron fotosintesis secara kontinyu, dari molekul air sebagai donor elektron ke NADP2 sebagai aseptor elektron.

Perbedaan antara pengangkutan elektron dalam fotosintesis dan pengangkutan elektron pernafasan adalah:

1. Pada yang pertama, elektron mengalir dari molekol H2O ke NADPH, sedangkan pada yang kedua arah aliran elektron adalah dari NADPH ke H2O

2. Pada yang pertama terdapat dua system pigmen, fotosistem I dan II yang berperan sebagai pendorong untuk mengalirkan elektron dengan bantuan energi matahari dari H2O ke NADP2

3. Pada yang pertama dihasilkan O2 sedangkan pada yang ke dua memerlukan O2

Persamaannya ialah kedua rantai pengangkutan elektron tersebut menghasilkan energi ATP dan melibatkan sederetan molekul pembawa elektron.

Pengangkutan elektron dalam fotosintesis terdiri dari tiga bagian yaitu bagian pendek dari H2O ke fotosistem II, bagian dari fotosistem II ke fotosistem

I yang dirangkaikan dengan pembentukan ATP dari ADP + Pi, dan bagian dari fotosistem I ke NADP2yang menghasilkan NADPH seperti pada gambar 3.

Gambar 3. Hubungan energi dan pengengkutan elektron dalam fotosintesis

Penyerapan foton oleh molekul pigmen fotosintesis I menyebabkan tereksitasinya molekul tersebut, menghasilkan eksiton berenergi tinggi yang kemudian ditangkap oleh molekul P 700. Akibatnya P 700 melepaskan elektron dan memindahkannya ke molekul penerima elektron pertama P 430. selanjutnya elektron dialirkan melalui deretan molekul pembawa elektron sampai ke NADP+ menyebabkan tereduksinya NADP+ menjadi NADP+. Dalam proses ini diperlukan dua elektron untuk mereduksi satu molekul NADP+. Lepasnya satu elektron dari P700 mengakibatkan berubahnya molekul ini menjadi bentuk teroksidasinya, P700+ yang kekurangan satu elektron. Dengan kata lain terjadinya satu lubang elektron pada P700. Untuk mengisi lubang ini, satu elektron dialirkan melalui sederetan molekul pembawa elektron, dari molekul P680 dalam fotosistem II. Dalam hal ini pengaliran elektron hanya terjadi setelah terlebih dulu terjadi penyinaran terhadap fotosistem II, yaitu tereksitasinya P680 yang segera melepaskan elektron ke molekul penerima elektron pertamanya, C550. Ini mengakibatkan teroksidasinya bentuk P680+. Kekurangan elektron pada P680+ dipenuhi dari reaksi oksidasi oksidasi molekul H2O menjadi O2. Proses pengangkutan elektron dari H2O ke NADP2 yang didorong oleh energi matahari ini disebut pengangkutan non siklik (tak mendaur dalam elektron fotosintesis). Dalam hal ini satu molekul H2O melepaskan dua elektron yang diperlukan untuk mereduksi satu molekul NADP+ menajdi NADPH, dirangkaikan dengan pembentuka ATP dari ADP + pi, disebut proses fotofosforilasi.

Persamaan reaksinya adalah

Energi pada proses pengangkutan elektron dalam fotosintesis dari H2O ke NADP+. Elektron yang telah tereksitasi di fotosistem II selanjutnya dialirkan ke fotosistem I melalui molekul penerima elektron; sitokrom 559 (sitokrom b3= cyt. b3), plastoquinon (PQ), sitokrom 553 (sitokrom f = cyt.f), plastosianin(PC) dan molekul P700di fotosistem I. pengankutan elektron dari PQ ke cyt.f dirangkaikan dengan pembentukan ATP dari ADP+Pi. Sementara itu elektron yang telah tereksitasi difotosistem I, dialirkan berturut-turut ke molekul substrat feredoksin, feredoksin, feredoksin reduktase, dan akhirnya ke NADP+ dimana molekul ini tereduksi menjadi NADPH.

Dalam keadaan tertentu, elektron yang tereksitasi di fotosistem I tidak dialirkan ke NADP+, tetapi kembali ke P700 melalui molekul penerima elektron lainnya, sitokrom 564 (cyt.b6) yang selanjutnya melalui cyt. b3 dialirkan ke P700 di fotosistem I. mekanisme pengangkutan elektron ini disebut pengangkutan elektron mendaur dalam fotosintesis, sedangkan pengangkutan elektron dari H2O ke NADP+ melalui fotosistem I dan fotosistem II, disebut pengangkutan elektron tak mendaur dalam fotosintesis.

3. Tahap Reaksi Gelap Cahaya: Daur Calvin

Dalam tahap reaksi gelap cahaya ini, energi yang dihasilkan (NADPH dan ATP) dalam tahap reaksi terang cahaya selanjutnya dipakai dalam reaksi sintesis glukosa dari CO2, untuk kemudian dipakai dalam reaksi pembentukan senyawa pati, selulosa, dan polisakarida lainnya sebagai hasil akhir proses fotosintesis dalam tumbuhan.

Jalur metabolisme reaksi pembentukan glukosa dari CO2 ini merupakan suatu jalur metabolisme mendaur yang pertama kali diusulkan oleh M.Calvin, disebut daur Calvin. Dalam tahap reaksi pertamanya 6 molekul CO2 dari udara bereaksi dengan 6 molekul ribulosa 1,5-difosfat, dikatalis oleh enzim ribulosa difosfat karboksilase, menghasilkan 2 molekul 3-fosfogliserat melalui pembentukan senyawa antara, 2-karboksi 3-ketoribitol 1,5-difosfat.

Pada tahap reaksi kedua, 12 molekul 3-fosfogliserat diubah menjadi 12 molekul gliseral dehida 3-fosfat melalui pembentukan 1,3-difosfogliserat, dikatalis oleh enzim fosfogliserat kinase dan gliseraldehidafosfat dehidrogenase, serta menggunakan 12 ATP dan 12 NADPH.

Tahap reaksi ketiga , 12 gliseraldehida 3-P diubah menjadi 3 molekul fruktosa 6-P dengan melalui pembentukan senyawa dihidroksi aseton fosfat dan fruktosa 1,6 difosfat.

Gambar 4. Daur Calvin: Jalur mendaur metabolisme penambatan CO

Reaksi tahap gelap cahaya pada proses fotosintesis.

Gambar 4. diatas menunjukkan ringkasan keseluruhan jalur metabolisme daur Calvin. Dalam daur ini yang sangat menonjol adalah tahap reaksi penambatan CO2, reaksi yang menggunakan energi NADPH dan ATP dan reaksi yang menghasilkan glukosa sebagai hasil akhir.

Dalam reaksi penambatan CO₂, ternyata dibutuhkan tiga molekul ATP dan dua molekul NADPH untukm mereduksi satu molekul CO2. Energi matahari yang ditangkap oleh foto sistem I dan foto sistem II dalam fase terang cahaya diubah menjadi energi kimia NADPH dan ATP. Kedua macam energi ini kemudian dipakai untuk menjalankan daur Calvin dengan mendorong tahap reaksi pembentukan gliseraldehida 3-fosfat dan ribosa 1,5-difosfat serta pelepasan dlukosa dari daur.

http://awgusti.blogspot.com/2012/11/reaksi-asimilasi-dan-penggunaan-energi.html

Reaksi Asimilasi dan Penggunaan Energi

Proses yang menggunakan ATP meliputi pergerakan, produksi panas, pengangkutan solut melintasi membran, dan bioluminesens. Sebagian besar dari ATP yang diperoleh dari reaksi-reaksi desimilasi dipergunakan untuk proses-proses metabolik yang tidak berkaitan dengan biosintesis bahan sel.

Penggunaan energi dalam proses non biosintetik

·         Produksi panas

Mikroorganisme menghasilkan energi panas melalui aktivitas metabolik normalnya, juga menyebabkan naiknya suhu biakan. Hal ini dapat dengan mudah diamati dalam biakan ukuran besar yang digunakan dalam industri-industri fermentasi, seperti dalam produksi antibiotik.

·         Pergerakan (motilitas)

Pergerakan silia dan flagela pada mikrorganisme motil, dibutuhkan energi. Menurut perkiraan 10% dari energi yang dipakai oleh beberapa dari mikrobe digunakan untuk pergerakan flagela.

·         Pengangkutan Nutrien

Pada proses ini solut melintasi membran yang semipermiabel itu sebagai akibat pergerakan molekular acak dan tidak berinteraksi secara khusus dengan zat apapun pada membran.

·         Translokasi Kelompok

Reaksi pengangkutan ini hanya mengangkat gula ke dalam sel, karena gula fosfat di dalam sel tidak mempunyai afinitas terhadap pengantar. Proses translokasi kelompok lainnya diketahui mencakup pengambilan adenin dan butitrat pada permukaan luar sel dan pengubahannya pada permukaan dalam membran, masing-masing menjadi adenosin menofosfat (AMP) dan buturil-KoA.

·         Angkutan Aktif

Angkutan aktif memiliki 3 cara:

1.                  Pengikatan solut pada situs penerima pada protein pengantar yang terikat pada membran

2.                  Translokasi kompleks solut-penghantar melintasi membran

3.                  Penggandengan translokasi pada suatu reaksi penghasil energi, untuk mengurangi afinitas penghantar protein terhadap solut pada permukaan membran.

Penggunaan energi dalam proses biosintetik

Proses-proses biosintetik di dalam sel juga membutuhkan energi, energi dari ATP digunakan untuk mengubah suatu zat menjadi zat lainnya dan untuk mensintesis subtansi-subtansi yang rumit dari yang sederhana. Proses biosintetik itu dilalkukan dengan cara sintesis makromolekul

·         Pengertian asimilasi menurut definisi para ahli mengatakan bahwa pengertian asimilasi adalah proses sosial dalam tahap lanjut yang ditandai dengan usaha-usaha mengurangi perbedaan-perbedaan yang terdapat antara orang perorangan dan kelompok. asimilasi kini merupakan hal-hal yang selalu dilakukan, ada banyak contoh-contoh asimilasi dan manfaat dari asimilasi ini. Asimilasi merupakan bentuk-bentuk dari interaksi sosial asosiatif. Asimilasi memiliki faktor-faktor mempermudah asimilasi dapat terjadi dan adapula faktor-faktor yang menghambat asimilasi, kedua faktor-faktor tersebut dapat dilihat dibawah ini..

·         Faktor-Faktor Mempermudah Asimilasi

Faktor-faktor yang menyebabkan mudahnya asimilasi antara lain sebagai berikut. 

1). Toleransi 

2). Kesempatan yang seimbang dibidang ekonomi

3). Menghargai orang asing dan kebudayaannya. 

4). Sikap terbukadari penguasa. 

5). Persamaan unsur-unsur kebudayaan. 

6). Perkawinan campuran. 

7). Adanya musuh bersama dari luar. 

Faktor-Faktor penghambat Asimilasi

Adapun faktor yang menghambat asimilasi, antara lain sebagai berikut. 

1). Perbedaan fisik 

2). Perbedaan latar belakang yang ekstrem 

3). Prasangka pribadi yang negatif. 

Metabolisme

   Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh karena itu sel dapat menjalankan aktivitas hidup, di antaranya 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.

Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu:

1. Anabolisme/Asimilasi/Sintesis,

yaitu proses pembentakan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi.

energi cahaya

6 CO2 + 6 H2O ———————————> C6H1206 + 6 02

klorofil         glukosa

(energi kimia)

a.   Fotosintesis

   Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Pada kloroplas terjadi transformasi energi, yaitu dari energi cahaya sebagai energi kinetik berubah menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan senyawa organik pada glukosa.

Dengan bantuan enzim-enzim, proses tersebut berlangsung cepat dan efisien. Bila dalam suatu reaksi memerlukan energi dalam bentuk panas reaksinya disebut reaksi endergonik. Reaksi semacam itu disebut reaksi endoterm.

   Pada tabun 1937 : Robin Hill mengemukakan bahwa cahaya matahari yang ditangkap oleh klorofil digunakan untak memecahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Peristiwa ini disebut fotolisis (reaksi terang).

H2 yang terlepas akan diikat oleh NADP dan terbentuklah NADPH2, sedang O2 tetap dalam keadaan bebas. Menurut Blackman (1905) akan terjadi penyusutan CO2 oleh H2 yang dibawa oleh NADP tanpa menggunakan cahaya. Peristiwa ini disebut reaksi gelap NADPH2 akan bereaksi dengan CO2 dalam bentuk H+ menjadi CH20.

CO2 + 2 NADPH2 + O2 ————> 2 NADP + H2 + CO+ O + H2 + O2

Ringkasnya :

Reaksi terang :  2 H20 ——> 2 NADPH2 + O2

Reaksi gelap :    CO2 + 2 NADPH2 + O2——>NADP + H2 + CO + O + H2 +O2 atau

2 H2O + CO2 ——> CH2O + O2 atau

12 H2O + 6 CO2 ——> C6H12O6 + 6 O2

b. Kemosintesis

   Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.

   Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi

Fe3+ (ferri).

   Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:

Nitrosomonas

(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi

Nitrosococcus

3. Sintesis Lemak

   Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn 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.

3.1. Sintesis Lemak dari Karbohidrat :

Glukosa diurai menjadi piruvat ———> gliserol.

Glukosa diubah ———> gula fosfat ———> asetilKo-A ———> asam lemak.

Gliserol + asam lemak ———> lemak.

3.2. Sintesis Lemak dari Protein:

Protein ————————> Asam Amino protease

Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dabulu, 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.

d. 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.

   Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

D. Keterkaitan Proses Katabolisme dan Anabolisme

   Proses katabolisme dan anabolisme dalam  suatu organisme berlangsung secara kontinyu dan bersamaan. Keduanya merupkan proses pengubahan energi sehingga energi dalam tubuh organisme tersebut teap tersedia.

   Tumbuhan  hijau  sebagai  organisme  fotoautotrof  menyediakan  sumber energi kimia bagi organsime heterotrof, sebaliknya organisme heterotrof akan melepaskan sisa metabolsime berupa CO2 dan H2O yang akan dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan hijau untuk proses fotosintesis.

   Secara  ekologis  terdapat  hubungan  antara  tumbuhan  hijau  sebagai produsen dan hewan sebagai konsumen dalam proses transformasi energi. Dalam tubuh individu organisme itu sendiri terjadi proses penyususnan dan dan pembongkaran zat untuk transformasi energi.

   Dalam tumbuhan hijau, mereka menyusun makanannya sendiri melalui proses fotosintesis. Selajutnya ia juga memanfaatkan senyawa kimia yang terbentuk dari fotosintesis tersebut untuk prosesn respirasi sel guna menghasilkan   energi.   Bahkan   mungkin   kalian   pernah   mengamati beberapa tumbuhan dapat menyimpan cadangan makanannya sebagai energi cadangan, yang tersimpan dalam bentuk umbi-umbian. Begiti pula dalam tubuh hewan, termasuk dalam tubuh manusia terjadai proses penyusunan dan pembongkaran zat tersebut. Disamping ada proses respirasi protein (katabolisme) untuk memperoleh energi, juga terjadi proses penyusunan (sintesis) protein yang penting untuk tersedianya protein guna membangun sel atau jaringan yang rusak dan sebagai pembangun struktur jaringan tubuh. Demikian pula sintesis lemak dan pembongaran  lemak, merupkan  dua proses  yang saling berkaitan satu sama lain.

E. Keterkaitan Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein

Proses metabolisme karbohidrat, protein dan lemak daalam sel  tubuh manusia, satu sama lain saling terkait. Ketiga proses metabolsime tersebut akan melewati senyawa asetil CO-A, sebagai senyawa antara untuk memasuki siklus Krebs. Begitu pula apabila terjadi  kelebihan  sintesis  glukosa,  maka  dalam  tubuh  akan  diubah  menjadi  senyawa lemak sebagai cadangan energi.