i

BismillahirrohmaanirrohiimTiada kata yang lebih pantas diucapkan di awal tulisan ini, kecuali ungkapan puji

dan syukur kehadirat Allah SWT, Pemberi kekuatan sejati, Penunjuk jalan yang telah

menganugerahkan Rahmat dan Hidayah yang tiada terhingga, sehingga penulis dapat

menyelesaikan modul pembelajaran Biologi yang berjudul “Metabolisme Sel”.Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penyelesaian modul ini tidak dapat

terlaksana dengan baik tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada

kesempatan ini penulis menyampaikan terimakasih dan penghargaan yang mendalam

kepada:

1. Segenap keluarga besar Irawan, atas cinta dan kasih sayang yang selalu mengiringi

setiap langkah dalam perjalanan hidup ini.

2. Dr. Robinson Situmorang, selaku dosen pengampu mata kuliah Media Pembelajaran

atas bimbingannya selama ini.

3. Heri Sriyanto, S.Pd, selaku Kepala SMA Insan Cendekia Madani yang telah

memberikan izin pengembangan modul di lingkungan Insan Cendekia Madani.

4. Rekan-rekan sesama guru Biologi di SMA Insan Cendekia Madani, atas kesediaannya

memberikan kritik dan saran terhadap modul yang dikembangkan.

5. Rekan-rekan Program Magister Pendidikan Biologi UNJ atas kebersamaannya selama

dua tahun ini.

6. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah turut membantu

terselesaikannya modul ini.

Cukuplah Allah SWT yang membalas semua bantuan, bimbingan, dan dorongan

yang telah Bapak/ Ibu/ Saudara berikan kepada penulis dalam penyelesaian modul ini.

Penulis menyadari bahwa penelitian dan penyusunan modul pembelajaran ini

masih jauh dari sempurna karena masih banyak kekurangan dan kesalahan yang penulis

lakukan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun dari berbagai pihak

sangat penulis harapkan.

Akhirnya, semoga modul ini bermanfaat bagi semua pihak, terutama bagi pejuang-

pejuang pendidikan yang selalu mendambakan pembaharuan.

Maju terus pendidikan Indonesia!!

Tangerang Selatan, Januari 2016

Penulis

Upi Fitriani

ii

Halaman

KATA PENGANTAR ....................................................................................... i

DAFTAR ISI .................................................................................................... ii

PENDAHULUAN ................................................................................... iii

KEGIATAN BELAJAR 1: ENZIM1. Konsep Dasar Metabolisme ........................................................................

2. Definisi Enzim .............................................................................................

3. Karakteristik Enzim .....................................................................................

4. Sifat Kerja Enzim ........................................................................................

Latihan 1 .........................................................................................................

Rangkuman 1 ..................................................................................................

Tes Formatif 1 .................................................................................................

Glosarium 1 ...................................................................................................

1

1

2

4

5

5

6

7

KEGIATAN BELAJAR 2: KATABOLISME & ANABOLISME1. Katabolisme ...............................................................................................

a. Respirasi Aerob ..................................................................................

b. Respirasi Anaerob ..............................................................................

2. Anabolisme ................................................................................................

a. Fotosintesis .........................................................................................

b. Kemosintesis ......................................................................................

Latihan 2 .........................................................................................................

Rangkuman 2 ..................................................................................................

Tes Formatif 2 .................................................................................................

Glosarium 2 ....................................................................................................

8

8

10

11

11

13

13

13

14

14

KUNCI JAWABAN TES FORMATIF ................................................................

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................

16

17

RIWAYAT PENULIS ....................................................................................... 18

iii

Salah satu permasalahan yang sering dihadapi ketika mengolah daging kambing adalah dagingkambing yang sulit digigit atau dikunyah. Sebab pengolahan yang salah memang bisa membuatdaging kambing menjadi alot. Namun Anda bisa melakukan berbagai trik untuk menghasilkan dagingkambing yang empuk, antara lain:Daun pepaya. Agar empuk, bungkus daging kambing dengan daun pepaya yang sudah diremassebentar. Kemudian biarkan selama 10 menit.Nanas muda. Nanas muda ini dilembutkan dulu agar ekstraknya lebih keluar dan bisa melembutkandaging. Setelah nanas dilembutkan hingga menjadi seperti jus, lumurkan jus nanas ini ke kedua sisidaging. Namun, jangan membiarkan daging dalam lumuran nanas terlalu lama, maksimal 10 menitsaja. Daging kambing yang terlalu lama didiamkan dengan lumuran nanas akan membuat dagingnyamenjadi terlalu empuk.Source:http://female.kompas.com/read/2011

Pernahkan kamu membaca artikel sejenis atau pernahkah kamu menemukan orang-orang di sekitarmumelakukan hal yang sama?

Setelah kamu membaca artikel di atas, tentunya akan muncul pertanyaan Mengapa nanas muda dapat

menyebabkan daging menjadi empuk? Pertanyaan inilah yang akan menjadi pokok bahasan kita padakegiatan pembelajaran kali ini. Setiap bahan makanan yang masuk ke dalam tubuh akan diurai menjadibentuk yang lebih sederhana. Pada waktu yang bersamaan tubuh pun merakit molekul-molekul kecil menjadibentuk yang lebih kompleks. Reaksi penguraian atau yang dikenal dengan istilah catabolism dan reaksipenyusunan atau anabolism ini merupakan reaksi biokimia kompleks yang berada dalam jalur metabolikyang rumit dari ribuan peristiwa reaksi yang terjadi di tingkat sel. Lantas pernahkan jalur metabolik ini menjadisangat kacau hingga bahan makanan yang masuk dalam tubuh tidak dapat diuraikan?

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan di atas, modul ini secara khusus akan membahas peran molekulspesifik yang bernama enzim yang mengendalikan setiap jalur metabolik dalam tubuh. Pada kegiatan belajar1 akan dibahas konsep dasar metabolisme, definisi enzim, karakteristik enzim dan faktor-faktor yang dapatmempengaruhi kerja enzim. Sedangkan pada kegiatan belajar 2, akan dibahas tentang jalur metabolismedalam sel (cell metabolism) yaitu catabolism dan anabolism.

Setelah mempelajari modul ini, kamu diharapkan mampu memahami karakteristik dan sifat kerja enzimdalam kaitannya dengan jalur metabolik tubuh. Namun sebelumnya kamu diharapkan dapat menjelaskankonsep dasar metabolisme, jenis jalur metabolisme dalam makhluk hidup serta fungsi enzim dalam jalurmetabolisme tubuh tersebut.

S

1

Metabolisme adalah serangkaian reaksikimia dalam tubuh yang terdiri atas reaksi penguraian(Catabolism) dan reaksi pembentukan senyawa kimiatertentu (Anabolism). Dalam reaksi penguraian,senyawa kimia kompleks diubah menjadi senyawa-senyawa kimia sederhana. Sebaliknya, dalam reaksipenyusunan senyawa-senyawa sederhana diubahmenjadi senyawa kompleks.

Metabolisme sel terdiri atas serangkaianreaksi kimiawi kompleks dalam jalur-jalur metaboliktertentu. Setiap jalur metabolik dalam sel diawalidengan satu molekul spesifik bernama enzim yangkemudian diubah menjadi produk tertentu dalam

angkah perubahan yang jelas. Setiap langkah dalamjalur tersebut dikatalisis oleh enzim spesifik yangdigambarkan sebagai berikut:

Gambar 1. Reaksi Enzimatis

Konsep UtamaMetabolisme merupakan serangkaian reaksi kimiadalam tubuh yang meliputi reaksi pembentukansenyawa (Anabolisme) maupun penguraian senyawatertentu (Katabolisme). Kedua jenis reaksi kimia inimelibatkan aktivitas enzimatis yang kompleks yangterjadi secara bertahap.

.

Setiap jalur metabolikdalam tubuh dikendalikan olehmolekul spesifik yang bernamaenzim. Sebagaimana lampumerah, kuning dan hijau yang

mengontrol aliran lalu lintas kendaraan bermotor,enzim menyeimbangkan jalur metabolik tubuhdengan mengatur penawaran dan permintaanmetabolisme, sehingga kekurangan maupunkelebihan molekul dapat dihindari.

Istilah "enzyme", berasal dari bahasaYunani yang berarti "dalam bahan pengembang"

(ragi). Penggunaan enzim pada mulanya digunakanuntuk merujuk pada zat mati yang terlibat dalamreaksi kimiawi organisme hidup. Kini istilah enzimdigunakan sebagai sebutan untuk makromolekul(protein) yang bekerja sebagai catalyst, agen kimiawiyang mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi. Perankatalis enzim adalah peran sebagai regulator lalulintas kimiawi pada jalur-jalur metabolik tubuh. Karenaregulator ini hanya dapat diproduksi oleh sistemhidup, maka enzim dikenal sebagai Biocatalyst.

2

Molekul spesifik yang akan diubah oleh enzimdinamakan substrat enzim (S) atau reactant. Enzimberikatan dengan substrat membentuk kompleks enzim-substrat (E-S). Ketika enzim berikatan dengan substrat,kerja katalitik enzim akan mengubah substrat menjadiproduk reaksi (P). Perhatikan gambar di bawah ini untuklebih memahami perbedaan antara substrat, enzim,kompleks enzim-substrat dan produk:

Gambar 2. Kompleks Enzim – Substrat

Sebagian besar enzim berakhiran –ase. Sebagai contohenzim amilase yang terdapat dalam mulut.

Amilase, sebagaimana awalan katanya, merupakanenzim yang mengkatalisis amilum menjadi maltosa(disakarida) dan glukosa (monosakarida). Amilaseterlarut dalam air liur dan dikenal pula sebagaiptialin.Setiap enzim hanya dapat mengenali substrat tertentu.Itu berarti, amilase tidak dapat digunakan dalam jalurmetabolik yang mengubah sukrosa atau jenis karbohidratlainnya. Mengapa demikian?

Protein merupakan makromolekul dengan strukturspesifik yang ditentukan oleh urutan monomer (asamamino) penyusunnya. Oleh karena itu, sebagai protein,kespesifikan enzim pun ditentukan oleh urutan asamamino yang menyusunnya. Selanjutnya akan dijelaskankerja enzim dalam kedudukannya sebagai protein.

Substrat dapat berikatan dengan enzimpada wilayah tertentu yang disebut situs atau sisi

aktif (active site), yang merupakan lekukan dipermukaan enzim sebagai tempat katalisis terjadi(Gambar 3a). kespesifikan enzim ditentukan olehkecocokan antara bentuk bentuk situs aktif denganbentuk substrat.

Saat substrat memasuki sisi aktif enzim,terjadi interaksi kimia substrat dan gugus kimiarantai samping asam amino sisi aktif enzim yangmenyebabkan terjadinya kecocokan kompleksenzim-substrat (Gambar 3b).

Gambar 3. Kecocokan antara Enzim dan Substrat(a) Lekukan pada enzim dinamakan situs aktif(b) Kompleks enzim-substrat

Gambar 2 menunjukkan bahwa setelahterbentuk kompleks E-S, substrat diubah menjadiproduk. Produk yang dihasilkan kemudianmeninggalkan situs aktif. Enzim kemudian bebasuntuk mengambil substrat lain ke dalam situsaktifnya. Satu molekul enzim umumnya dapatmengkatalisis seribu molekul substrat per detik.Bahkan beberapa enzim jauh lebih cepat lagi!!

3

Enzim, seperti katalis lainnya, pada akhir reaksi tetapberada dalam bentuk semula (Gambar 2). Olehkarena itu, enzim dalam sel terdapat dalam jumlahyang sedikit, namun memiliki dampak metabolikyang sangat besar karena dapat bekerja berulanguntuk mengkatalisis jenis substrat yang sama.

Suatu enzim dapat mengkatalisis reaksimaju atau reaksi mundur, yang artinya enzim dapatbekerja menguraikan suatu senyawa menjadisenyawa-senyawa lain dan sebaliknya dapat pulabekerja menyusun senyawa-senyawa itu menjadisenyawa semula. Ini menunjukkan kerja enzimbolak-balik (reversible).

Sebagai contoh, Lipase dapatmengkatalisis reaksi pengubahan lipid menjadi asamlemak dan gliserol. Sebaliknya, lipase juga dapatdigunakan dalam mengkatalisis reaksi pembentukanlipid dari asam lemak dan gliserol. Dalam hal ini,enzim tidak dapat menentukan arah reaksi(pemnguraian atau pembentukan), karena arahreaksi enzim sangat ditentukan oleh konsentrasirelatif substrat dan produk yang terdapat dalam sel.

Energi yang dibutuhkan untukmendorong substrat melakukan reaksi dinamakanenergi aktivasi (EA). Energi ini disuplai dalambentuk panas yang diserap oleh molekul substratdari lingkungan. Oleh karena itu, untuk dapatbereaksi, substrat memerlukan sejumlah EA untukmencapai puncak reaksi. Perhatikan gambar 4 untuklebih memahami tentang EA.

Sebagai contoh, selama respirasi,molekul glukosa (C6H12O6) bereaksi dengan molekuloksigen (O2) dan dipecah untuk membentuk karbondioksida (CO2) dan air (H2O) serta melepaskan

energi. Karena glukosa dan oksigen secara alamitidak reaktif, sejumlah kecil EA harus ditambahkanuntuk memulai proses penguraian glukosa ini.

Gambar 4. EA adalah energi yang diperlukan substrat (Reactans) untukmencapai puncak reaksi (potential energy)

Dalam penguraian glukosa, enzimglucose dibutuhkan untuk berikatan dengan glukosamembentuk kompleks E-S. Saat substrat glukosaberikatan dengan enzim glucose, bentuk molekulglukosa sedikit berubah. Hal ini menyebabkanglukosa lebih mudah mengikat molekul lain atauberubah menjadi produk reaksi.

Dengan demikian, enzim telahmengurangi EA reaksi, atau mempermudahterjadinya reaksi. Enzim bekerja dengan mengikatsubstrat yang menyebabkannya berada pada kondisitidak stabil (unstable) yang dikenal sebagai kondisitransisi (transition state), sehingga EA yangdibutuhkan substrat untuk bereaksi lebih rendahdibandingkan tanpa kehadiran enzim.

Gambar 5. Enzim menyebabkan substrat (reactant) berada pada kondisi transisi(transition state) sehingga lebih mudah berubah menjadi produk

4

Dalam tubuh makhluk hidup, enzim bekerjadengan dua mekanisme kerja yang dapat dijelaskandengan dua teori berikut, yaitu:a. Teori gembok dan anak kunci (Lock and key

theory)Enzim dan substrat bergabung bersama membentukKompleks E-S, seperti kunci yang masuk dalamgembok. Setelah bereaksi, kompleks lepas danmelepaskan produk serta membebaskan enzim.

b. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fittheory)Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktifenzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketikasubstrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktiftermodifikasi mengikuti bentuk substrat membentukkompleks E-S.

Gambar 6. Mekanisme Kerja Enzim(a) Lock and key(b) Induced fit

Dalam melakukan aktivitasnya, enzimdipengaruhi oleh lingkungannya. Pengaruh tersebutdapat mengganggu stabilitas enzim. Stabilitas enzim

dapat didefinisikan sebagai kestabilan aktivitas enzimselama penyimpanan dan penggunaan enzim tersebut,serta kestabilan terhadap senyawa yang bersifatmerusak seperti pelarut tertentu (asam, basa) dan olehpengaruh temperatur dan pH ekstrim. Stabilitas Thermal Enzim

Laju reaksi enzimatik akan meningkatbersamaan dengan peningkatan suhu sampai padasatu titik yang disebut suhu optimal. Pada suhuoptimal, aktivitas enzim berada pada laju reaksipaling tinggi.

Sebagian besar enzim manusia bekerjaoptimal pada suhu 35-40oC, sedangkan enzim padajenis bakteri thermofilik yang hidup di mata air panasbekerja optimal pada suhu 70oC.

© 2011 Pearson Education, Inc

Gambar 7. Variasi suhu optimal (optimal temperature) enzim

Peningkatan suhu yang melebihi suhuoptimal akan menyebabkan reaksi enzimatik turun.Peningkatan ini mengganggu ikatan hidrogen, ikatanionik dan ikatan interaktif lain yang menstabilkanbentuk aktif enzim, hingga akhirnya enzim mengalamidenaturasi, yaitu perubahan struktur dan sifatkimiawi protein (enzim) yang menyebabkan enzimtidak aktif secara biologis.

Stabilitas pH EnzimEnzim juga memiliki pH optimal untuk

aktivitas reaksinya, yaitu kisaran pH 6-8. Namun,beberapa enzim dalam tubuh seperti pepsin bekerjaoptimal pada pH 2.

© 2011 Pearson Education, Inc

Gambar 8. Variasi pH optimal (optimal pH) enzim

Activator dan Inhibitor EnzimSenyawa-senyawa kimia tertentu secara

selektif dapat meningkatkan kerja enzim (activator)atau menghambat kerja enzim (inhibitor).

5

Activator. Activator enzim pada umumnya berupasenyawa non-protein yang dapat berikatan denganenzim secara permanen maupun dalam ikatanlonggar dan dapat balik bersama substrat. Activatorenzim dikenal dengan sebutan Kofaktor (cofactor).Jenis kofaktor antara lain:- Anorganik, seperti Zn2+, Cu2+ dan Fe3+

- Organik (koenzim), seperti vitamin, NADH,NADPH, ATP

Inhibitor. Zat kimia yang tergolong sebagai inhibitoratau penghambat kerja enzim dapat berikatan kuatdan tidak dapat baik, maupun berikatan lemah dandapat balik.- Inhibitor yang tidak dapat balik (Irreversible

Inhibitor) menyebabkan kerusakan permanen

pada enzim, tidak aktif secara biologis. Zat kimiayang dapat menyebabkan kerusakan permanenenzim antara lain: Mercury, silver dan arsenic.

- Inhibitor yang dapat balik (reversible inhibitor)karena berikatan atau berinteraksi lemah denganenzim. Inhibitor reversibel dibedakan menjadiinhibitor kompetitif dan inhibitornonkompetitif.

Gambar 9. Penghambatan aktivitas enzim(a) Substrat dapat berikatan normal dengan situs aktif enzim(b) Inhibitor kompetitif meniru substrat, sehingga dapat

berikatan dengan situs aktif enzim(c) Inhibitor nonkompetitif berikatan pada sisi lain (bukan situs

aktif), sehingga mengubah situs aktif enzim

Setelah mempelajari materi dalam kegiatan belajar ini, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut sebagaipengayaan agar kamu lebih memahami konsep dasar metabolism serta karakteristik dan sifat kerja enzim:

Let’s think for a moment here!1. Mengapa enzim hanya mengkatalisis substrat tertentu?2. Energi apa yang dibutuhkan substrat untuk bereaksi? Bagaimana enzim dapat menurunkan kebutuhan

substrat akan energi itu?3. Perhatikan grafik berikut yang menunjukkan variasi suhu optimal pada beberapa jenis bakteri!

a. Berdasarkan grafik tersebut, tentukanrentang suhu yang memungkinkan bakteri-bakteri tersebut hidup

b. Lakukan studi literature untuk menemukancontoh dari setiap kelompok bakteri!

Dalam tubuh makhluk hidup, tepatnya pada tingkatsel, terjadi serangkaian reaksi kimia yang disebutMetabolisme. Metabolisme sel meliputi reaksipembentukan senyawa (Anabolisme) dan reaksipenguraian senyawa tertentu (Katabolisme).

Dalam mengerjakan fungsinya, enzim berikatandengan substrat membentuk kompleks enzim-substrat (E-S). Kerja katalitik enzim pada substratmengubah substrat menjadi produk reaksi (P).

6

Enzim merupakan protein, sehingga karakteristikenzim meliputi sifatnya sebagai protein, antara lain:a. Spesifikb. Bekerja berulang dan dibutuhkan dalam

jumlah sedikitc. Bekerja bolak-balikd. Menurunkan energi aktivasi

Mekanisme kerja enzin antara lain dijelaskan dalamdua teori, yaitu teori gembok dan anak kunci sertateori kecocokan yang terinduksi.

Stabilitas kerja enzim dapat dipengaruhi oleh factorlingkungan, antara lain: suhu, pH, activator daninhibitor enzim.

TES FORMATIFSUB MATERI ENZIM

Petunjuk Umum:1. Bacalah Basmalah, kemudian tulis nama dan nomor tes Anda pada lembar jawaban2. Periksalah dan bacalah soal–soal dengan teliti sebelum menjawab3. Dahulukan menjawab soal–soal yang Anda anggap mudahPetunjuk Khusus:Jawablah soal-soal berikut dengan tepat!1. Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel yang dikatalisis oleh ___1___. Metabolisme

dibedakan dalam dua kategori, yaitu; ___2___, yang merupakan reaksi penguraian senyawa organik dan___3___ yang merupakan reaksi pembentukan senyawa organik.

skor: 3 poin2. Pada umumnya enzim merupakan ___1___. Sebagai ____2____, enzim mampu mempercepat suatu reaksi

tanpa ikut bereaksi. Karakteristik enzim adalah:3. __________________________4. __________________________

5. __________________________6. __________________________

skor: 6 poin3. Lengkapi label pada gambar di bawah ini!!

A. _______________B. _______________C. _______________D. _______________E. _______________

skor: 5 poin4. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh: ___1____;___2___;___3___;___4___

Grafik a di samping menunjukkan pHoptimal chymotrypsin adalah ___5___.Sedangkan grafik b menunjukkan pHoptimal pepsin adalah ___6___, itusebabnya mengapa pepsin dapatditemukan dalam organ ___7___ untukmenguraikan ___8___ menjadi peptone.

a b skor: 8 poin5. Perhatikan keempat tabung reaksi pada gambar di samping!

Setiap tabung reaksi terdiri atas sejumlah enzim dan 2 mlhydrogen peroksida yang diinkubasi pada suhu yangbervariasi, antara lain: 5oC; 20oC; 37oC and 70oC. Pasangkankeempat tabung reaksi tersebut dengan suhu inkubasi yangtepat! W( ___oC); X( ___oC); Y( ___oC); Z( ___oC)

skor: 8 poinTotal Skor: 30

7

Activator zat atau senyawa kimia yang dapatmeningkatkan kerja enzim

Amilase enzim yang terlarut dalam air liur, ptialinBiocatalyst agen kimiawi yang dapat mempercepat

reaksi tanpa ikut bereaksi, yang berasaldari makhluk hidup.

Denaturasi perubahan struktur dan sifat kimiawiprotein (enzim) yang menyebabkan enzimtidak aktif

Enzim biomolekul berupa protein yang berfungsisebagai katalis (biokatalisator) dan hanyadiproduksi dalam tubuh makhluk hidup.

Inhibitor zat atau senyawa kimia yang dapatmenghambat kerja enzim

Katalase enzim antioksidan yang mengkatalisisproses dekomposisi hydrogenperoksida menjadi air dan oksigen.Ditemukan di darah, sumsum tulang,jantung, ginjal dan hati.

Pepsin enzim di lambung yang mengkatalisisreaksi perubahan protein menjadi pepton

Tripsin enzim di usus halusyang mengkatalisisreaksi perubahan pepton menjadi ikatanpeptida (asam amino)

8

Katabolisme atau desimilasi merupakanReaksi penguraian senyawa kompleks menjadisenyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim.Reaksi ini disebut juga reaksi eksergonik, karenamenghasilkan atau melepaskan energi berupa ATPyang biasa digunakan organisme untuk beraktivitas. Disamping itu, reaksi penguraian tergolong reaksieksoterm, yaitu reaksi yang melepaskan panas kelingkungan.

Reaksi kimia pada makhluk hidup yangtermasuk katabolisme adalah Respirasi, yaitu prosespembebasan energi kimia melalui reaksi oksidasi(penambahan oksigen) suatu molekul organik.Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, respirasi dibagimenjadi dua, yaitu: respirasi aerob (membutuhkanoksigen untuk menghasilkan energi) dan respirasianaerob (tidak membutuhkan oksigen untukmenghasilkan energi).

a. Respirasi Aerob

Sumber: Biology, Campbell

Gambar 10. Tahap Respirasi Aerob

Tabel 1 Tahap Respirasi AerobNo Tahap Tempat Produk

ATP NADH FADH CO2 Produk lain1 Glikolisis Sitoplasma 2 2 - - 2 Asam piruvat2 Dekarboksilasi Oksidatif Matriks mitokondria - 2 - 2 2 Asetil CoA3 Siklus Krebs Matriks mitokondria 2 6 2 4 -

4 Transfer Elektron Membran dalam mitokondria(krista) 34 - - - 6 H2O

9

1. Glikolisis: reaksi penguraian glukosa (senyawadengan 6 atom karbon) menjadi 2 asam piruvat(senyawa dengan 3 atom karbon) yang terjadi disitoplasma.

Sumber: Biology, Campbell

Gambar 11. Tahap Glikolisis

2. Dekarboksilasi Oksidatif: reaksi pembentukan asetilKoA (koenzim A) dari asam piruvat. Reaksi ini terjadisaat asam piruvat memasuki matriks mitokondria.

Sumber: Biology, Campbell

Gambar 12. Pembentukan Asetil KoA

3. Siklus Krebs: siklus Krebs terjadi di matriksmitokondria dan disebut juga siklus asam sitrat atausiklus asam trikarboksilat. Pada tahap ini asetil KoAyang dihasilkan dari dekarboksilasi oksidatif akandioksidasi secara sempurna menjadi air dankarbondioksida.

4. Transfer Elektron: tahap akhir dari respirasi sel yangterjadidi membran dalam mitokondria. Pada reaksi initerjadi aliran electron dari senyawa organik menujuoksigen yang menghasilkan energi melaluipembentukan ATP dari ADP dan fosfat.

Sumber: Biology, Campbell

Gambar 13. Sistem Transfer Elektron

10

Sumber: Biology, Campbell

Gambar 14. Siklus Krebs

b. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob disebut juga fermentasi,yaitu respirasi yang tidak menggunakan oksigensebagai penerima akhir pada saat pembentukan ATP.Pada fermentasi, glukosa yang diuraikan berasal dariluar sel, sehingga proses penguraian glukosaberlangsung di luar sel pada substratnya. Energi (ATP)yang dihasilkan dari 1 glukosa hanya 2 molekul ATP.

Berdasarkan hasil akhirnya, fermentasidibedakan menjadi fermentasi asam laktat danfermentasi alkohol.a. Fermentasi alkohol. Asam piruvat yang dihasilkan

dari tahap glikolisis diubah menjadi asam asetat danCO2. Selanjutnya, asam asetat menjadi alkohol.

b. Fermentasi asam laktat. Hasil akhir fermentasi iniialah asam laktat yang atau asam susu. Prosesfermentasi juga dimulai dengan tahap glikolisis yang

menghasilkan asam piruvat. Karena pada proses initidak ada oksigen, maka asam piruvat diubahmenjadi asam laktat.

Gambar 15. Diagram Respirasi Anaerob

11

Anabolisme yang disebut juga asimilasi atausintesis merupakan pembentukan senyawa kompleksdari senyawa-senyawa sederhana dengan bantuanenzim. Reaksi ini termasuk reaksi endergonik, yaitureaksi yang membutuhkan energi berupa ATP dan

reaksi endoterm, yaitu reaksi yang menyerap panasdari lingkungan. Berdasarkan sumber energi yangdigunakan dalam reaksi, anabolisme dibedakanmenjadi Fotosintesis (bantuan energi matahari) danKemosintesis (bantuan energi kimia).

a. Fotosintesis

Sumber: Biology, Campbell

Gambar 16. Fotosintesis (Reaksi Terang dan Reaksi Gelap)

Fotosintesis adalah proses transfer energimatahari menjadi energi kimia dalam bentukkarbohidrat. Sumber energi dari reaksi ini adalah radiasimatahari dengan panjang gelombang lebih dari 680 nm(sinar merah) dan 440-480 nm (sinar violet-biru).

Fotosintesis terjadi di kloroplast. Untukmenangkap radiasi matahari, dalam kloroplast terdapatfotosistem, yang terdiri atas:1. Antenna: sebagai penangkap radiasi matahari2. Klorofil: mentransfer energi matahari menjadi

energi kimia (elektron)3. Akseptor (penerima) elektron: penerima elektron.

Terdapat dua jenis fotosistem, yaitu:fotosistem I (sangat baik menyerap energi cahayadengan panjang gelombang 700 nm) dan fotosistem II(sangat baik menyerap energi cahaya dengan panjanggelombang 680 nm).

Fotosintesis meliputi 2 tahap reaksi, yaitu:Reaksi terang dan Reaksi gelap atau siklus Calvin

Tabel 2. Tahap FotosintesisNo Tahap Tempat Produk

1 Reaksi Terang Grana kloroplast ATP, NADPH,O2

2 Reaksi Gelap Stromakloroplast

Gluokosa(C6H12O6), H2O

Reaksi terang disebut juga reaksi Hill. Padatahap ini, cahaya matahari mutlak dibutuhkan untukmenghasilkan ATP dan NADPH.

Pada umumnya reaksi terang terjadi dalamjalur linear atau non-siklik. Namun, dalam kondisitertentu tumbuhan dapat pula melakukan reaksi terangdalam jalur siklik.

12

Sumber: Biology, CampbellGambar 17. Reaksi Terang Non-siklik Sumber: Biology, Campbell

Gambar 18. Reaksi Terang Siklik

Reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson. Pada tahap ini dilakukan sintesis karbohidrat(glukosa) dengan tidak menggunakan cahayamatahari namun dibutuhkan produk-produk darireaksi terang yaitu ATP dan NADPH. Reaksi gelapterdiri atas:

I. Fiksasi CO2: tahap pengikatan karbondioksidaoleh akseptor RuBP (Ribulose biphosphate)menjadi senyawa fosfogliserat (PGA).

II. Reduksi PGA: pada tahap ini PGA direduksioleh NADPH dan ATP menjadi senyawagliseraldehid 3-fosfat (G3P) atau disebut jugaphosphoglyceraldehid (PGAL).

III. Regenerasi RuBP: pembentukan kembaliRuBP dari PGAL. Dari total keseluruhan PGALyang dihasilkan pada tahap sebelumnya, hanyasebagian kecil yang digunakan untuk regenerasiRuBP. Sebagian besar PGAL digunakan dalamsintesis glukosa dan senyawa organik lainnya.

Sumber: Biology, Campbell

Gambar 19. Tahap Reaksi Gelap

13b. Kemosintesis

Kemosintesis adalah reaksi biosintesis yangmenggunakan energi kimia. Reaksi ini dilakukan olehbeberapa jenis bakteri. salah satu contoh kemosintesisadalah proses nitrifikasi.

Nitrifikasi adalah proses pembentukansenyawa nitrat dari amonia. Proses ini terjadi dalamsiklus nitrogen dengan melibatkan berbagai bakteri.terdapat dua tahap reaksi nitrifikasi yaitu:1. Nitritasi: reaksi pembentukan senyawa nitrit dari

ammonia.

2. Nitratasi: reaksi pembentukan senyawa nitrat darinitrit.

Sumber: Biology, Campbell

Gambar 20. Siklus Nitrogen

Nitrifikasi membantu tanaman dalammendapatkan nitrogen. Nitrogen bebas di udara (N2)tidak dapat langsung digunakan oleh tanaman. Olehkarena itu, nitrogen perlu memasuki reaksi nitrifikasiuntuk diubah menjadi senyawa nitrat yang dapatdigunakan tanaman.

Setelah mempelajari materi dalam kegiatan belajar ini, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut sebagaipengayaan agar kamu lebih memahami tahap dan produk pada reaksi katabolisme dan anabolisme:

Let’s think for a moment here!1. Berikut ini adalah pernyataan mengenai

metabolisme:(1) Membutuhkan H2O sebagai sumber elektron(2) Membutuhkan oksigen sebagai akseptor

elektron(3) Membutuhkan NADPH sebagai sumber

elektron(4) Menghasilkan ATP dan CO2(5) Mengubah energi cahaya meqiadi energi kimiaPernyataan yang terkait dengan proses katabolismeadalah .... (jawaban bisa lebih dari satu)

2. Pernyataan-pernyataan berikut berkaitan denganfotosintesis:(1) Hasil fiksasi CO2 berupa PGA(2) Sinar matahari merupakan sumber energi dalam

sintesis(3) Asam malat merupakan senyawa antara sebelum

terbentuk glukosa(4) NADPH2 dan ATP merupakan faktor penting dalam

reaksi gelap(5) CO2 dan H2O berlebihan akan dibuang dalam

fotosintesisPernyataan yang benar tentang fotosintesis adalah....(jawaban bisa lebih dari satu)

Katabolisme merupakan reaksi penguraian senyawakompleks menjadi senyawa yang lebih sederhanadengan bantuan enzim. Reaksi ini disebut juga reaksi

eksergonik dan reaksi eksoterm. Contoh reaksikatabolisme adalah respirasi (aerob dan anaerob).

14

Respirasi aerob terdiri atas empat tahap, yaitu:Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs danTransfer electron.

Respirasi anaerob disebut juga fermentasi, terdiri atas3 jenis, yaitu fermentasi alcohol, fermentasi asamlaktat dan fermentasi asam asetat.

Anabolisme merupakan reaksi pembentukansenyawa kompleks dari senyawa-senyawasederhana dengan bantuan enzim. Reaksi ini disebutreaksi endergonik dan reaksi endoterm. Contoh

reaksi anabolisme adalah fotosintesis dankemosintesis.

Fotosintesis terdiri atas dua reaksi utama, yaitu reaksiterang dan reaksi gelap. Reaksi terang padatumbuhan dapat terjadi dalam reaksi non-siklik danatau reaksi siklik. Adapun reaksi gelap terdiri atas 3tahap, yaitu fiksasi CO2, Reduksi dan Regenerasi.

Kemosintesis adalah reaksi penyusunan denganmenggunakan energi kimia, salah satu bentukkemosintesis adalah nitrifikasi.

TES FORMATIFSUB MATERI KATABOLISME & ANABOLISME

Petunjuk Umum:4. Bacalah Basmalah, kemudian tulis nama dan nomor tes Anda pada lembar jawaban5. Periksalah dan bacalah soal–soal dengan teliti sebelum menjawab6. Dahulukan menjawab soal–soal yang Anda anggap mudahPetunjuk Khusus:Tuliskan ‘B’ pada kolom sebelah kiri, jika pernyataan pada kolom sebelah kanan kamu anggap Benar atau tuliskan‘S’ jika pernyataan pada kolom sebelah kanan kamu anggap Salah!

…..…..…..…..…..…..…..…..___…..…..…..…..…..…..…..

1. CO2 yang diperlukan dalam proses asimilasi glukosa berasal dari udara.2. Fotosintesis terutama terjadi di dalam jaringan bunga karang daripada jaringan tiang.3. Energi cahaya yang diserap oleh klorofil dapat menyebabkan terjadinya reaksi fotolisis.4. Pada fotosintesis fiksasi karbon dioksida terjadi tanpa bantuan energi cahaya matahari5. ATP dan NADPH dalam fotosintesis diproduksi di dalam tilakoid.6. Pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintesis berlangsung di grana kloroplas7. Klorofil hanya sensitif terhadap energi cahaya matahari dengan panjang gelombang 700 nm.8. Nitritasi adalah perubahan amonia menjadi senyawa nitrat oleh bakteri Nitrosomonas di dalam tanah.

____________________________________________________________________________________9. O2 yang diambil dari udara waktu berespirasi pada akhirnya akan menjadi CO2.10. Tahap proses respirasi yang paling banyak menghasilkan elektron adalah transfer elektron.11. Respirasi aerob sempurna terhadap dua mol glukosa dapat menghasilkan ATP sebanyak 40 molekul.12. Karbondioksida dilepaskan pada proses glikolisis dan siklus krebs.13. Empat putaran lengkap siklus krebs untuk satu glukosa menghasilkan 12 molekul NADH.14. Asam laktat maupun alkohol pada proses fermentasi melalui proses glikolisis.15. Respirasi anaerob menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan respirasi aerob.

Total Skor: 30 (15 soal x @ 2 poin)

Anabolisme reaksi pembentukan senyawakompleks dari penggabungansenyawa-senyawa sederhana.

Eksergonik reaksi pelepasan energi berupaATP

Eksoterm reaksi yang melepaskan panas kelingkungan.

Endergonik reaksi yang membutuhkan energiberupa ATP.

15Endoterm reaksi yang menyerap panas ke

lingkungan.Fermentasi respirasi anaerob, respirasi sel

yang tidak membutuhkan oksigen.Fotosintesis proses transfer energi matahari

menjadi energi kimia dalam bentukkarbohidrat

Fotosistem sistem penangkap cahaya yangterdapat dalam kloroplast. Terdiriatas antenna, klorofil dan akseptorelektron

Katabolisme reaksi penguraian senyawakompleks menjadi senyawa yanglebih sederhana.

Kemosintesis reaksi biosintesis yangmenggunakan energi kimia

Nitrifikasi proses pembentukan senyawanitrat dari amonia

Nitratasi reaksi pembentukan senyawa nitratdari nitrit.

Nitritasi reaksi pembentukan senyawa nitritdari ammonia.

16

TES FORMATIF 1SUB MATERI ENZIM

1. Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel yang dikatalisis oleh 1.enzim. Metabolisme dibedakandalam dua kategori, yaitu; 2. katabolisme yang merupakan reaksi penguraian senyawa organik dan 3.Anabolisme yang merupakan reaksi pembentukan senyawa organik.

skor: 3 poin2. Pada umumnya enzim merupakan 1. Protein. Sebagai 2. Biokatalisator enzim mampu mempercepat suatu

reaksi tanpa ikut bereaksi. Karakteristik enzim adalah:3. Spesifik4. Bekerja bolak-balik

5. Menurunkan energi aktivasi6. berulang dan dibutuhkan sedikit

skor: 6 poin3. Lengkapi label pada gambar di bawah ini!!

A. SubstratB. EnzimC. Kompleks Enzim-SubstratD. ProdukE. Enzim

skor: 5 poin4. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh: 1. pH; 2. Suhu; 3. Aktivator; 4. Inhibitor

Grafik a di samping menunjukkan pHoptimal chymotrypsin adalah 5. 7-8Sedangkan grafik b menunjukkan pHoptimal pepsin adalah 6. 2 itu sebabnyamengapa pepsin dapat ditemukan dalamorgan lambung untuk menguraikanprotein menjadi peptone.

a b skor: 8 poin5. Perhatikan keempat tabung reaksi pada gambar di samping!

Setiap tabung reaksi terdiri atas sejumlah enzim dan 2 mlhydrogen peroksida yang diinkubasi pada suhu yangbervariasi, antara lain: 5oC; 20oC; 37oC and 70oC. Pasangkankeempat tabung reaksi tersebut dengan suhu inkubasi yangtepat! W( 70oC); X(5oC); Y( 20oC); Z( 37oC)

skor: 8 poinTotal Skor: 30

17

TES FORMATIF 2SUB MATERI KATABOLISME & ANABOLISME

BSBBBSSS

___SBSSSBS

1. CO2 yang diperlukan dalam proses asimilasi glukosa berasal dari udara.2. Fotosintesis terutama terjadi di dalam jaringan bunga karang daripada jaringan tiang.3. Energi cahaya yang diserap oleh klorofil dapat menyebabkan terjadinya reaksi fotolisis.4. Pada fotosintesis fiksasi karbon dioksida terjadi tanpa bantuan energi cahaya matahari5. ATP dan NADPH dalam fotosintesis diproduksi di dalam tilakoid.6. Pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintesis berlangsung di grana kloroplas7. Klorofil hanya sensitif terhadap energi cahaya matahari dengan panjang gelombang 700 nm.8. Nitritasi adalah perubahan amonia menjadi senyawa nitrat oleh bakteri Nitrosomonas di dalam tanah.

____________________________________________________________________________________9. O2 yang diambil dari udara waktu berespirasi pada akhirnya akan menjadi CO2.10. Tahap proses respirasi yang paling banyak menghasilkan elektron adalah transfer elektron.11. Respirasi aerob sempurna terhadap dua mol glukosa dapat menghasilkan ATP sebanyak 40 molekul.12. Karbondioksida dilepaskan pada proses glikolisis dan siklus krebs.13. Empat putaran lengkap siklus krebs untuk satu glukosa menghasilkan 12 molekul NADH.14. Asam laktat maupun alkohol pada proses fermentasi melalui proses glikolisis.15. Respirasi anaerob menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan respirasi aerob.

Total Skor: 30 (15 soal x @ 2 poin)

Campbell, Neil A, dan Jane B. Reece. 2008. Biologi Edisike-8 Jilid 1. Terj dari: Biology. 9th ed. OlehManulu, W. Jakarta: Erlangga

-----------------------------------------------------. Biologi Edisi ke-8Jilid 3. Terj dari: Biology. 9th ed. Oleh Manulu, W.Jakarta: Erlangga

18