1

2

3

4

5

6

7

Sumber: Dokumen Penerbit

1

2

3

4

5

6

7

Metabolisme

Katabolisme Anabolisme

KatabolismeKarbohidrat

KatabolismeProtein

KatabolismeLemak

Respirasi

Fermentasi

Glikolisis

PembentukanAsetil KoA

Siklus Krebs

Transpor Elektron

FermentasiAlkohol

FermentasiAsam Laktat

Fotosintesis

Kemosintesis

ReaksiTerang

ReaksiGelap

Enzim

Struktur Cara Kerja

Faktor-Faktoryang Berpengaruh

Suhu

pH

JumlahEnzim

KonsentrasiSubstrat

Inhibitor

meliputi

meliputi meliputi

terdiri atas

meliputitahap-tahap

terbagi menjadi

terdiri atas

melibatkan

memiliki

terdiri atas

1

2

3

4

5

6

7

MetabolismeMetabolisme

A. EnzimA. Enzim

B. B. Adenosine TriphosphateAdenosine Triphosphate (ATP) (ATP)

C. KatabolismeC. Katabolisme

D. AnabolismeD. Anabolisme

1

2

3

4

5

6

7

METABOLISMEMETABOLISMEMETABOLISMEMETABOLISME

Seluruh reaksi kimia yang terjadi di dalam sel-sel tubuh makhluk hidup.

KATABOLISMEKATABOLISME

Reaksi pemecahan molekul-molekul besar yang kompleks menjadi molekul-molekul kecil yang lebih sederhana

ANABOLISMEANABOLISME

Reaksi penyusunan molekul-molekul besar dan kompleks dari molekul-molekul yang lebih kecil dan sederhana

meliputi:

1

2

3

4

5

6

7

Sumber: Clegg dan Mackean, 2000: 170

1

2

3

4

5

6

7

A. EA. EnzimnzimA. EA. Enzimnzim Biokatalisator

Reaksi-reaksi kimia metabolisme terjadi secara cepat. Semua reaksi tersebut dimungkinkan terjadi karena adanya kerja enzim

Berfungsi meningkatkan kecepatan laju reaksi kimia, tetapi ia tidak ikut bereaksi

Bersifat spesifik

Artinya, satu jenis enzim hanya dapat mengatalisis satu jenis reaksi kimia.

1

2

3

4

5

6

7

Enzim yang terbentuk dan terdapat di dalam sel, di dalam sitoplasma atau nukleus.

Enzim intraselulerEnzim intraseluler

Enzim ekstraseluler

Enzim ekstraseluler

EnzimEnzim

Beberapa jenis enzim dibentuk di dalam sel, tetapi bekerja di luar sel, contohnya beberapa enzim-enzim pencernaan.

1

2

3

4

5

6

7

Struktur Enzim

Struktur Enzim

Sebagian besar enzim tersusun atas protein. Namun, ada pula enzim yang terdiri atas komponen tambahan yang bukan protein. Enzim yang seperti itu dinamakan protein konjugasi.

Komponen enzim yang terdiri atas protein disebut APOENZIM

Komponen enzim yang bukan protein dinamakan KOFAKTOR

Gabungan antara apoenzim (protein enzim) dan kofaktor (nonprotein) dinamakan HOLOENZIM

Komponen Enzim

Komponen Enzim

1

2

3

4

5

6

7

Kerja EnzimKerja Enzim

Tipe-tipe enzim

Tipe-tipe enzim

1

2

3

4

5

6

7

Reaksi kimia yang dikatalis oleh enzim tidak berjalan spontan, tetapi melalui beberapa tahap, yaitu:

Pembentukan kompleks enzim-substrat

Modifikasi substrat membentuk enzim yang masih terikat dengan

substrat

Pelepasan produk dari ikatan molekul enzim

1

2

3

4

5

6

7

Suatu reaksi

katalisis enzim

Suatu reaksi

katalisis enzim

1

2

3

4

5

6

7

Teori mekanisme kerja enzim

Teori mekanisme kerja enzim

LOCK AND KEY THEORY

LOCK AND KEY THEORY

Dikemukakan oleh Emil Fischer tahun 1894

Menurut teori ini, enzim bekerja dengan mekanisme kunci dan anak kunci.

Hanya anak kunci (substrat) dengan ukuran yang sesuai yang dapat masuk ke lubang kunci (sisi aktif enzim).

1

2

3

4

5

6

7

INDUCED FIT THEORY

INDUCED FIT THEORY

Ditemukan oleh Daniel Koshland

Teori ini berasumsi bahwa substrat berperan dalam menentukan bentuk akhir enzim dan bahwa sebagian enzim bersifat fleksibel

Menurut teori ini, pemutusan atau penggabungan ikatan kimia akan berjalan lebih aktif

Pada beberapa enzim, bentuk sisi aktif berubah pada saat molekul substrat melekat, yaitu menyesuaikan dengan bentuk substrat

1

2

3

4

5

6

7

Faktor-faktor yang memengaruhi kerja enzim

Faktor-faktor yang memengaruhi kerja enzim

Aktivitas enzim akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga mencapai suhu optimum. Suhu optimum adalah suhu di mana enzim dapat bekerja secara maksimal. Makin jauh di atas suhu optimum, enzim akan mengalami denaturasi.

Enzim bekerja maksimal pada pH optimum. pH optimum adalah pH di mana enzim menyebabkan laju reaksi yang maksimal. Efektivitas enzim akan berkurang pada pH sedikit di atas atau di bawah pH optimum.

SuhuSuhu

pHpH

1

2

3

4

5

6

7

Makin banyak jumlah enzim, makin cepat laju reaksi yang dikatalisis, hingga mencapai kecepatan maksimum

Makin tinggi konsentrasi substrat, makin cepat laju reaksi yang terjadi hingga mencapai kecepatan maksimum. Setelah mencapai kecepatan maksimum, penambahan substrat tidak akan mempercepat laju reaksi sehingga laju reaksi menjadi konstan.

Jumlah enzimJumlah enzim

Konsentrasi substrat

Konsentrasi substrat

1

2

3

4

5

6

7

Inhibitor adalah senyawa kimia yang menghambat kerja enzim. Contohnya adalah garam-garam logam berat, seperti air raksa (Hg); senyawa yodium asetat, fluorida, sianida, dan karbon monoksida. Makin banyak jumlah inhibitor, makin lambat laju reaksi yang dikatalisis oleh suatu enzim.

InhibitorInhibitor

1

2

3

4

5

6

7

B. B. Adenosine Adenosine TTriphosphateriphosphate [[ATPATP]]

B. B. Adenosine Adenosine TTriphosphateriphosphate [[ATPATP]]

Dalam reaksi anabolisme, misalnya reaksi pembentukan protein dari ratusan molekul asam amino, diperlukan sejumlah besar energi dalam bentuk ATP.

Struktur ATPStruktur ATP

1

2

3

4

5

6

7

ATP merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi sel-sel hidup.

Adenosine triphosphate adalah nukleotida yang terdiri atas suatu basa organik (adenin), gula dengan 5 atom karbon (ribosa), dan 3 gugus fosfat yang saling bersambungan.

ATP

ATP pertama kali diisolasi dari otot manusia

Mengapa

demikian?

Di dalam ATP tersimpan energi utama yang diperlukan untuk berbagai aktivitas sel. Pada saat terjadi reaksi katabolisme akan dihasilkan ATP yang akan digunakan dalam reaksi anabolisme.

1

2

3

4

5

6

7

Energi dalam ATP

dibebaskan

pada saat

pemecahan (hidrolisis) molekul ATP

adenosine diphosphate (ADP) fosfat anorganik (Pi)

hanya dapat terjadi jika ada

enzim ATP-ase

menjadi

ATP + H2O ADP + Pi + Energi (30 – 33 kJ/mol)air

1

2

3

4

5

6

7

Dari mana sel-sel tubuh dapat memperoleh ATP?

reaksi kimiadi dalam tubuhDiperoleh

dari

merupakan reaksi oksidasi-reduksi

melibatkan unsur-unsur oksigen, hidrogen, dan elektron

Fosforilasi adalah peristiwa penggabungan senyawa fosfat pada suatu bentuk senyawa kimia.

Berbagai senyawa organik ataupun anorganik dapat digunakan sebagai sumber energi dan sekaligus sebagai donor elektron

Selama proses oksidasi-reduksi senyawa-senyawa kimia atau substrat tersebut, terjadi sintesis ATP

Sintesis ATP dari ADP dan fosfat organik tersebut dinamakan fosforilasi

1

2

3

4

5

6

7

C. C. KatabolismKatabolism

ee

C. C. KatabolismKatabolism

ee1. Katabolisme Karbohidrat

dimulai saat terjadi pencernaan makanan

molekul-molekul karbohidrat kompleks

(polisakarida)

molekul-molekul karbohidrat sederhana (monosakarida)

diuraikansecara

enzimatis

1

2

3

4

5

6

7

RESPIRASI

RESPIRASI

peristiwa oksidasi biologis yang menggunakan oksigen sebagai akseptor (penerima) elektron terakhirnya

Dalam proses ini, oksigen direduksi menjadi air (H2O)

Elektron dan hidrogen yang bebas mula-mula ditangkap oleh NAD (nicotinamide adenine dinucleotide: suatu substansi yang berasal dari vitamin niasin) menjadi NADH2, tetapi selanjutnya atom hidrogen dan elektron diberikan kepada oksigen melalui sistem transpor elektron sehingga dihasilkan kembali NAD dan H2O

1

2

3

4

5

6

7

RESPIRASI AEROB

RESPIRASI AEROB 1) glikolisis;

2) pembentukan asetil koenzim A;3) siklus Krebs atau siklus asam sitrat;4) transpor elektron

Tahap-tahap penguraian glukosa

1

2

3

4

5

6

7

GLIKOLISIS

GLIKOLISISGlukosa (6C)

Glukosa 6-fosfat (6C) Fruktosa 6-fosfat (6C)

Fruktosa 1,6-difosfat (6C)

Gliseraldehid 3-fosfat (3C) Dihidroksiaseton fosfat (3C)

Gliseraldehid 1,3-difosfat (3C)

Gliseraldehid 3-fosfat (GP) (3C) Gliseraldehid 2-fosfat (3C) Fosfoenolpiruvat (3C)

Enolpiruvat (3C)Piruvat (3C)

ATP

ADP

ATP

ADP

2NAD+

2NAD+ + H+

2Pi

2ADP

2ATP

2ADP

2ATP

1

2

3

4

5

6

7

Jalur metabolisme piruvat sangat tergantung pada kondisi aerob sel. Jika tersedia oksigen yang cukup, piruvat akan diubah menjadi asetil KoA dan masuk ke siklus Krebs.

Namun, jika kondisi sel anoksia (kekurangan oksigen), piruvat akan masuk ke jalur fermentasi membentuk etanol atau asam laktat.

1

2

3

4

5

6

7

Pada kondisi anaerob, misalnya pada jaringan otot yang aktif, piruvat yang terbentuk akan direduksi menjadi asam laktat oleh enzim laktat dehidrogenase.

Asam laktat inilah yang menyebabkan rasa lelah.

piruvat + NADH + H+ → laktat + NAD+

Reaksi glikolisis pada kondisi anaerob meliputi perubahan glukosa menjadi 2 molekul asam laktat serta pembentukan 2 ATP dari 2 ADP dan 2 fosfat.

Dalam kondisi aerob, piruvat tidak direduksi menjadi laktat sehingga piruvat merupakan produk akhir glikolisis. Peristiwa ini terjadi di dalam mitokondria.

Setiap NADH yang berasal dari glikolisis dalam jalur fosforilasi oksidatif hanya menghasilkan dua ATP.

1

2

3

4

5

6

7

PEMBENTUKAN ASETIL KOENZIM

A

PEMBENTUKAN ASETIL KOENZIM

A

Reaksi:

+ 2 NAD+2 piruvat + 2 KoA-SH 2 asetil KoA+ 2 CO2+ 2 NADH+ H+

Dalam respirasi aerob, dihasilkan 4 molekul NADH dari 1 molekul glukosa, yaitu 2 selama glikolisis dan 2 selama pembentukan asetil KoA dari piruvat.

1

2

3

4

5

6

7

SIKLUS ASAM SITRAT [KREBS

CYCLE]

SIKLUS ASAM SITRAT [KREBS

CYCLE]

Ditemukan olehSir Hans Krebs

(1937)

Sebelum memasuki siklus asam sitrat, asam piruvat (3 atom karbon) harus dioksidasi terlebih dahulu menjadi asetil koenzim A atau asetil KoA (2 atom karbon)

Pada kondisi aerob, glukosa yang telah diubah menjadi asam piruvat melalui glikolisis akan dioksidasi secara sempurna menjadi air dan karbon dioksida melalui siklus asam sitrat.

Reaksi siklus asam sitrat terjadi di dalam matriks mitokondria.

piruvat + NAD+ + KoA-SH → asetil KoA + CO2 + NADH + H+

Reaksi ini terjadi di dalam mitokondria dan dikatalisis oleh enzim piruvat dehidrogenase.

Dua molekul NADH yang terbentuk pada reaksi ini akan memberikan elektronnya pada rantai transpor elektron, yang selanjutnya akan diterima oleh oksigen. Satu molekul NADH, melalui transpor elektron, akan menghasilkan 3 molekul ATP sehingga pada reaksi ini akan dihasilkan 6 ATP

1

2

3

4

5

6

7

SIKLUS ASAM SITRAT [SIKLUS KREBS]

SIKLUS ASAM SITRAT [SIKLUS KREBS]

1

2

3

4

5

6

7

TRANSPOR ELEKTRON [FOSFORILASI OKSIDATIF]

TRANSPOR ELEKTRON [FOSFORILASI OKSIDATIF]

Transpor elektron terjadi pada membran sebelah dalam

mitokondria

merupakan reaksi tahap akhir respirasi sel

Pada transpor elektron, aliran elektron dari senyawa organik menuju oksigen akan menghasilkan energi untuk membuat ATP dari ADP dan fosfat

1

2

3

4

5

6

7

FERMENTASI = RESPIRASI ANAEROBFERMENTASI = RESPIRASI ANAEROB

Proses katabolisme untuk memperoleh energi tanpa menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terakhirnya. Sebagai pengganti oksigen, digunakan senyawa antara, misalnya asam piruvat atau asetaldehid untuk mengikat elektron terakhirnya. Karena tidak menggunakan oksigen,

fermentasi disebut juga respirasi anaerob.

contohnya:Fermentasi alkoholFermentasi alkohol

Fermentasi asam LAKTAT

Fermentasi asam LAKTAT

1

2

3

4

5

6

7

Fermentasi Alkohol

Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol terutama dilakukan oleh ragi atau khamir, misalnya Saccharomyces

Secara singkat, reaksi fermentasi alkohol dapat ditulis sebagai berikut:

Khamir ini bersifat anaerob fakultatif, artinya hidup secara aerob, tetapi dapat juga hidup atau tumbuh secara anaerob jika tidak ada oksigen bebas

asam piruvatpiruvat dehidogenase

asetaldehid + CO2

asetaldehid + NADH + H+alkohol dehidogenase etanol + NADH+

glukosaenzim

etanol (etil alkohol) + 2CO2 + 2ATP

Dalam fermentasi alkohol, untuk setiap molekul glukosa dihasilkan dua ATP (lebih sedikit dibandingkan respirasi aerob)

1

2

3

4

5

6

7

Selain untuk membuat tapai, fermentasi alkohol juga digunakan untuk membuat roti dan minuman beralkohol, misalnya bir, anggur (wine), serta tuak.

Dalam pembuatan anggur, sari buah anggur yang mengandung gula di fermentasikan menjadi alkohol

1

2

3

4

5

6

7

Fermentasi asam LAKTATFermentasi asam LAKTAT

Umumnya dilakukan oleh mikroorganisme, misalnya bakteri asam laktat (contohnya Lactobacillus bulgaricus dan Lactobacillus casei).

Fermentasi asam laktat juga dapat terjadi dalam sel-sel otot. Jika bekerja terlalu keras, sel-sel otot kita akan mengalami kekurangan pasokan oksigen. Akibatnya, terjadi kondisi anaerob. Dalam kondisi demikian, sel-sel otot melakukan fermentasi asam laktat untuk membentuk ATP.

Proses perubahan asam piruvat menjadi asam laktat dikatalisis oleh enzim laktat dehidrogenase.

asam piruvatlaktat dehidogenase

asam laktat + NAD++ NADH + H+

glukosaenzim

2 asam laktat + 2H2O + 2ATP+ 2ADP

Pada fermentasi asam laktat, dihasilkan dua ATP untuk setiap molekul glukosa

1

2

3

4

5

6

7

Perbedaan antara Fermentasi Alkohol dan Fermentasi Asam

Laktat

Perbedaan antara Fermentasi Alkohol dan Fermentasi Asam

Laktat

1

2

3

4

5

6

7

KATABOLISME LEMAKKATABOLISME LEMAK

Setelah berada di dalam mitokondria, asam lemak akan mengalami oksidasi untuk menghasilkan energi. Oksidasi asam lemak terjadi dalam dua tahap, yaitu oksidasi asam lemak yang menghasilkan residu asetil KoA dan oksidasi asetil KoA menjadi karbon dioksida melalui siklus Krebs.

Oksidasi Asam Lemak yang Menghasilkan Residu Asetil KoA

Oksidasi Asam Lemak yang Menghasilkan Residu Asetil KoA

Pada tahap ini asam lemak akan mengalami pemotongan dua unit karbon berturut-turut secara oksidatif yang dimulai dari ujung karboksil asam lemak.

Dari setiap pemotongan akan dihasilkan satu unit asetil berkarbon dua, yaitu asetil KoA.

disebut juga beta oksidasi.

1

2

3

4

5

6

7

Oksidasi Asetil KoA Menjadi Karbon Dioksida melalui

Siklus Krebs

Oksidasi Asetil KoA Menjadi Karbon Dioksida melalui

Siklus Krebs

Pada tahap ini, asetil KoA akan dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air melalui siklus Krebs yang juga terjadi di dalam mitokondria.

Kedua tahap oksidasi asam lemak ini akan menyebabkan adanya aliran melalui rantai transpor elektron dan akan dihasilkan ATP dari ADP melalui mekanisme fosforilasi oksidatif.

Oksidasi 1 molekul asam lemak (16 atom karbon) menghasilkan energi yang besar, yaitu 131 ATP. Bandingkan dengan oksidasi 1 molekul glukosa (6 atom karbon) yang hanya menghasilkan 38 ATP.

1

2

3

4

5

6

7

KATABOLISME proteinKATABOLISME protein

Di dalam sistem pencernaan makanan, protein dapat diuraikan/dirombak oleh enzim protease menjadi peptida-peptida yang lebih sederhana, yaitu asam-asam amino. Selanjutnya, asam-asam amino tersebut mengalami deaminasi, yaitu pemutusan gugus amino (–NH2) dari asam amino.Asam-asam amino mengalami deaminasi oksidatif di dalam sel-sel hati. Pada mamalia, gugus amino hasil deaminasi diubah menjadi amonia (NH3) dan diekskresikan dalam bentuk urea. Sementara itu, rantai (rangka) karbon yang tersisa masuk ke jalur respirasi glukosa melalui beberapa titik, bergantung pada jumlah atom karbonnya.

1

2

3

4

5

6

7

Metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein

Metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein

1

2

3

4

5

6

7

D. D. AnabolismeAnabolisme

D. D. AnabolismeAnabolisme

reaksi PENYUSUNAN SENYAWA KOMPLEKS dari SENYAWA-SENYAWA SEDERHANA, misalnya sintesis asam lemak, sintesis asam amino, atau sintesis berbagai metabolit sekunder lainnya

Berdasarkan sumber energi yang dipakai, dibedakan menjadi

FotosintesisFotosintesis KemosintesisKemosintesis

1

2

3

4

5

6

7

Fotosintesis

Fotosintesis

peristiwa PENYUSUNAN SENYAWA KARBON ORGANIK DARI SENYAWA KARBON ANORGANIK dengan bantuan ENERGI CAHAYA.

Apakah peran cahaya matahari dalam

fotosintesis?

Cahaya matahari berperan sebagai sumber energi. Besar kecilnya energi yang dikandung cahaya bergantung pada panjang gelombangnya. Cahaya matahari yang dapat digunakan untuk fotosintesis adalah yang memiliki panjang gelombang tertentu. Sebagai contoh, klorofl a hanya dapat menyerap secara maksimum cahaya dengan panjang gelombang sekitar 600-700 nm, sedangkan klorofl b menyerap cahaya dengan panjang gelombang 400-500 nm

1

2

3

4

5

6

7

Letak kloroplas dalam sel

Letak kloroplas dalam sel

Pada daun, kloroplas banyak dijumpai pada jaringan bunga karang (spons) dan jaringan palisade atau jaringan tiang.

1

2

3

4

5

6

7

Tempat berlangsungnya

fotosintesis

Tempat berlangsungnya

fotosintesis

Di dalam kloroplas terdapat butiran-butiran yang disebut GRANUM (jamak: GRANA). Antara granum yang satu dan granum yang lain dihubungkan oleh suatu lamela yang disebut LAMELA ANTARGRANUM. Satu granum tersusun oleh unit yang disebut TILAKOID. Klorofil a dan klorofil b terdapat di dalam membran tilakoid tersebut. Grana terdapat di dalam cairan yang disebut STROMA. Pigmen penyerap cahaya yang tersusun atas klorofil a serta klorofil b terdapat pada membran tilakoid dan membentuk kelompok-kelompok yang disebut FOTOSISTEM (satuan fungsional penangkap cahaya).

1

2

3

4

5

6

7

Struktur suatu fotosistem

Struktur suatu fotosistem

1

2

3

4

5

6

7

Tahap-Tahap FotosintesisTahap-Tahap Fotosintesis

Reaksi TerangReaksi Terang

Reaksi terang terjadi jika ada cahaya matahari dan berlangsung di dalam bagian grana. Pada reaksi terang terjadi penyerapan energi matahari oleh klorofil untuk diubah menjadi energi kimia yang tersimpan dalam dua jenis molekul berenergi tinggi, yaitu ATP dan NADPH. Pada saat reaksi terang terjadi FOTOLISIS (penguraian air oleh cahaya menjadi hidrogen dan oksigen).Selama reaksi terang terdapat dua jalur aliran elektron, yaitu FOTOFOSFORILASI NONSIKLIS dan FOTOFOSFORILASI SIKLIS.

1

2

3

4

5

6

7

Fotofosforilasi nonsiklis dan fotofosforilasi siklis

dalam reaksi terang

Fotofosforilasi nonsiklis dan fotofosforilasi siklis

dalam reaksi terang

1

2

3

4

5

6

7

Fotofosforilasi siklis merupakan reaksi terang yang paling sederhana karena hanya melibatkan FS I.

Aliran elektronnya membentuk siklus karena elektron yang tereksitasi yang berasal dari P700 pada pusat reaksi, sering kali kembali ke P700.

Untuk setiap elektron yang masuk ke fotofosforilasi siklis, disintesis 1 ATP melalui kemiosmosis.

Pada jalur ini tidak terbentuk NADPH dan oksigen.

1

2

3

4

5

6

7

Pembentukan ATP melalui kemiosmosis terjadi di dalam

membran tilakoid.

1

2

3

4

5

6

7

Reaksi GelapReaksi Gelap

Reaksi ini terjadi di dalam bagian STROMA. Pada reaksi gelap, ATP dan NADPH yang dihasilkan pada reaksi terang digunakan sebagai sumber energi untuk MEREDUKSI KARBON DIOKSIDA menjadi GLUKOSA. Pembentukan glukosa dari karbon dioksida adalah melalui SIKLUS CALVIN BENSON.

1

2

3

4

5

6

7

Faktor yang memengaruhi fotosintesis

Faktor yang memengaruhi fotosintesis

Faktor genetikFaktor genetik SuhuSuhu

MineralMineral

AirAirCahayaCahaya

Karbon dioksidaKarbon dioksida

1

2

3

4

5

6

7

KemosintesisKemosintesis

Reaksi biosintesis yang menggunakan energi dari reaksi kimia.

NitrobacterNitrobacter

Thiobacillus thio-oxidansThiobacillus thio-oxidans

Kemosintesis dapat dilakukan oleh beberapa jenis bakteri, seperti bakteri belerang, bakteri besi, dan bakteri nitrifikasi.

mengoksidasi nitrit menjadi nitrat

mengoksidasi sulfur (belerang) anorganik menjadi asam sulfat