Metabolisme | Rangkuman Materi Biologi Kelas 12 | Bab 1 | SMA | Kurikulum Merdeka | Wislah Indonesia |
Metabolisme
Anabolisme dan Katabolisme
Tumbuhan memiliki peran penting dalam menyediakan bahan makanan bagi makhluk hidup lain melalui proses fotosintesis. Fotosintesis merupakan contoh anabolisme, di mana senyawa organik glukosa (C6H12O6) dibentuk dari senyawa anorganik 6CO2 dan 6H2O dengan menggunakan energi cahaya. Anabolisme, juga disebut asimilasi atau sintesis, melibatkan rangkaian proses reaksi kimia yang menyusun molekul kompleks dari molekul sederhana dengan bantuan enzim.
Anabolisme memerlukan energi, baik dari cahaya (fotosintesis) atau energi kimia (kemosintesis). Proses fotosintesis dan kemosintesis memerlukan energi, sehingga disebut reaksi endergonik.
Di sisi lain, katabolisme merupakan proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dengan menghasilkan energi kimia berupa ATP. Respirasi merupakan contoh katabolisme, di mana senyawa organik glukosa (C6H12O6) dipecah menjadi senyawa anorganik 6 CO2 dan 6 H2O, menghasilkan energi kimia dalam bentuk ATP. Katabolisme, juga disebut desimilasi, merupakan rangkaian reaksi kimia yang membongkar molekul kompleks menjadi molekul sederhana dengan bantuan enzim.
Katabolisme memiliki dua fungsi utama, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain dan menyediakan energi kimia untuk kegiatan sel. Reaksi oksidasi adalah reaksi umum yang terjadi dalam katabolisme, di mana energi kimia dilepaskan dan disimpan dalam bentuk ATP.
Anabolisme dan katabolisme merupakan bagian dari metabolisme dalam makhluk hidup. Metabolisme mencakup semua reaksi kimia dalam sel yang didukung oleh enzim dan melibatkan perubahan energi yang menyertainya.
Keseluruhan pemahaman tentang anabolisme dan katabolisme dapat diukur melalui aktivitas yang dilakukan untuk menguji pemahaman tentang proses-proses tersebut.
Respirasi Seluler
Mitokondria dalam sel eukariotik berfungsi sebagai penyedia energi (ATP) untuk aktivitas sel melalui proses respirasi. Proses respirasi ini mengoksidasi glukosa (molekul organik kompleks) menggunakan oksigen untuk menghasilkan ATP, CO2, dan H2O. Ada dua jenis respirasi, yaitu respirasi aerob (memerlukan oksigen) dan respirasi anaerob (tanpa oksigen).
Respirasi aerob terdiri dari empat tahap utama: glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs, dan fosforilasi oksidatif yang melibatkan transpor elektron dan kemiosmosis. Glikolisis terjadi di sitosol sitoplasma dan menghasilkan 2 ATP, 2 asam piruvat, dan 2 NADH. Selanjutnya, asam piruvat masuk ke tahap dekarboksilasi oksidatif di mitokondria, menghasilkan 2 CO2 dan 2 NADH.
Tahap selanjutnya adalah siklus Krebs, yang juga terjadi di mitokondria. Pada siklus Krebs, 2 asam piruvat diubah menjadi 4 CO2, 2 ATP, 6 NADH, dan 2 FADH2. Terakhir, 10 NADH dan 2 FADH2 akan menjadi bahan utama dalam tahap fosforilasi oksidatif, di mana transpor elektron terjadi di membran krista mitokondria.
Dalam fosforilasi oksidatif, energi dari NADH dan FADH2 digunakan untuk menghasilkan ATP melalui kemiosmosis. Seiring perpindahan ion H+ dari ruang antarmembran ke matriks mitokondria, energi dilepaskan dan digunakan oleh ATP sintase untuk mengfosforilasi ADP menjadi ATP. Pada akhirnya, tahap fosforilasi oksidatif menghasilkan 34 ATP dan air (H2O).
Secara keseluruhan, selama proses respirasi aerob, dihasilkan 38 ATP dari 1 molekul glukosa. Proses respirasi ini sangat penting karena menyediakan energi yang diperlukan untuk seluruh aktivitas kehidupan sel.
Fermentasi adalah proses biokimia yang terjadi pada kondisi tanpa oksigen dan melibatkan pemecahan glukosa menjadi senyawa-senyawa sederhana seperti etanol atau asam laktat. Terdapat dua jenis fermentasi yang umum, yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.
Dalam fermentasi alkohol, glukosa mengalami glikolisis dan menghasilkan 2 asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH. Selanjutnya, terjadi dekarboksilasi nonoksidatif yang mengubah 2 asam piruvat menjadi 2 etanol dan 2 CO2. Proses ini menghasilkan 2 ATP dan mengembangkan adonan roti karena pelepasan CO2. Fermentasi alkohol berlangsung secara anaerob, sehingga energi yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan dengan respirasi aerob.
Pada fermentasi asam laktat, glukosa juga mengalami glikolisis dan menghasilkan 2 asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH. Namun, pada tahap ini, asam piruvat direduksi oleh 2 NADH menjadi 2 asam laktat tanpa pelepasan CO2. Proses ini menghasilkan 2 ATP dan terjadi pada sel-sel otot saat ketersediaan oksigen terbatas.
Secara keseluruhan, fermentasi alkohol dan asam laktat adalah hasil dari pemecahan glukosa yang berlangsung secara anaerob dengan produk akhir berupa etanol atau asam laktat, serta hanya menghasilkan sedikit energi. Dalam kondisi anaerob, fermentasi menjadi alternatif bagi sel untuk menghasilkan energi yang diperlukan.
Fotosintesis adalah proses vital bagi tumbuhan yang berperan dalam menghasilkan makanan dan oksigen menggunakan energi cahaya dari matahari. Proses ini terjadi di kloroplas, yang memiliki dua bagian utama, yaitu grana dan stroma. Klorofil, pigmen penting dalam fotosintesis, ada dalam beberapa jenis, seperti klorofil a, b, dan karotenoid, yang berperan menyerap cahaya dalam panjang gelombang tertentu.
Reaksi fotosintesis terdiri dari dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang terjadi di grana, dimulai dengan aktivasi klorofil oleh foton untuk menghasilkan energi bagi elektron pada fotosistem II (FS II). Selanjutnya, terjadi fotolisis air, di mana air terpecah menjadi oksigen dan elektron yang menggantikan yang hilang pada FS II. Kemudian, dalam proses fotofosforilasi nonsiklik, elektron berpindah dari FS II ke fotosistem I (FS I), menghasilkan ATP dan NADPH, serta membentuk NADP+ menjadi NADPH. Dalam fotofosforilasi siklik, hanya ATP yang dihasilkan, dan NADPH tidak diproduksi.
Reaksi gelap terjadi di stroma kloroplas dan membutuhkan ATP dan NADPH yang dihasilkan dari reaksi terang. Reaksi gelap melibatkan fiksasi karbon, di mana 6 CO2 diikat ke 6 molekul ribulose bifosfat (RuBP) menggunakan enzim rubisco. Selanjutnya, dalam tahap reduksi, 12PGA direduksi menjadi 12 PGAL menggunakan ATP dan NADPH. PGAL selanjutnya mengalami sintesis dan regenerasi untuk membentuk glukosa dan memperbaharui RuBP.
Secara keseluruhan, fotosintesis adalah proses yang kompleks dan berlangsung dalam dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH sebagai energi kimia, sedangkan reaksi gelap menggunakan energi ini untuk memproduksi glukosa. Fotosintesis adalah mekanisme krusial yang mendukung kehidupan di Bumi dengan menyediakan makanan bagi makhluk hidup serta menghasilkan oksigen yang kita hirup.
Fotosintesis, proses penting dalam tumbuhan untuk menghasilkan makanan dan oksigen, dipengaruhi oleh beberapa faktor. Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan fotosintesis meliputi intensitas cahaya, konsentrasi CO2, dan suhu. Perbedaan intensitas cahaya terbukti mempengaruhi fotosintesis, di mana di tempat gelap tidak ada O2 yang dihasilkan, sementara di tempat terik banyak O2 yang muncul. Penambahan konsentrasi CO2 meningkatkan aktivitas fotosintesis, dan suhu yang ekstrem dapat merusak enzim dan menghambat fotosintesis.
Pembuktian fotosintesis menghasilkan amilum dilakukan dengan uji iodin, yang mengubah bagian daun yang melakukan fotosintesis menjadi berwarna biru kehitaman. Percobaan Engelmann membuktikan bahwa fotosintesis membutuhkan cahaya, klorofil, dan menghasilkan O2.
Selain itu, ada fenomena fotorespirasi yang terjadi ketika CO2 berkurang dan O2 meningkat, sehingga rubisco memasukkan O2 pada siklus Calvin, mengurangi hasil fotosintesis. Fotorespirasi tidak menghasilkan ATP atau gula seperti fotosintesis, sehingga merugikan.
Tumbuhan C3, C4, dan CAM adalah kelompok tumbuhan yang berbeda dalam reaksi fiksasi CO2. Tumbuhan C3 menggunakan siklus Calvin untuk fiksasi CO2 menjadi PGA, tumbuhan C4 menggunakan siklus Calvin dalam seludang dan siklus asam oksaloasetat dalam mesofil, dan tumbuhan CAM menyimpan CO2 sebagai senyawa asam organik pada malam hari dan melepaskannya pada siang hari untuk sintesis gula.
Kemosintesis adalah proses di mana beberapa bakteri mensintesis glukosa dari oksidasi molekul anorganik. Beberapa bakteri kemosintetik, seperti Ferrobacillus, Nitrosomonas, Nitrosococcus, dan Thiobacillus, menghasilkan energi dengan mengoksidasi senyawa anorganik tertentu dan menggunakan energi tersebut untuk mensintesis glukosa dalam reaksi kimia tertentu. Kemosintesis merupakan mekanisme vital bagi bakteri yang tidak memiliki klorofil untuk memproduksi makanan dan bertahan hidup.
