METABOLISME (ENZIM)

KD                                      : 3.2 DAN 4.2  

JUMLAH PERTEMUAN : 4 x 4JP 

PERTEMUAN KE            : 4/5

MATERI                              : METABOLISME SEL 

KELAS                               : XII IPA 1 - XII IPA 5   

METABOLISME SEL

A.      Pengertian Metabolisme

Makhluk multiseluler, baik manusia, hewan, maupun tumbuhan tersusun atas jutaan sel. Tiap sel memiliki fungsi tertentu untuk kelangsungan hidup suatu organisme. Untuk menjalankan fungsinya, sel melakukan proses metabolisme. Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain.

Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim. Metabolisme melibatkan banyak komponen (molekul –molekul) yang terdapat di dalam sel. Komponen yang memiliki keterkaitan erat dengan metabolisme diantaranya enzim dan ATP.

B.  Struktur Enzim

Enzim merupakan senyawa protein yang berfungsi sebagai biokatalisator yang di hasilkan di dalam sel.

      Struktur enzim terdiri dari:

a.      Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yang akan rusak bila suhu terlampau panas (termolabil).

b.     Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak tersusun dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik yang disebutkoenzim. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan tahan panas (termostabil), ion-ion logam yang menjadi kofaktor berperan sebagai stabilisator agarenzim tetap aktif. Koenzim yang terkenal pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu NAD (Nikotinamid Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), SITOKROM.

Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi, nitrogen, dan pencernaan. 

 C.   Enzim mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

a.   Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.

b.  Thermolabil, mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena enzim tersusun dari  protein yang mempunyai sifat thermolabil.

c.    Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat pada enzim.

d.  Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.

e.  Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase, maltase.

f.   Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada juga yang mengkatalisis reaksi dua arah.

contoh : lipase, mengkatalisis pembentukan dan penguraian lemak.

lipase

Lemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol

g.  Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu. Seperti gembok dengan kunci.

h.   Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor.

D. Cara kerja enzim ada dua macam yaitu dengan model kunci gembok dan kecocokan terinduksi.

a.     Kunci gembok (lock and key)
Enzim dimisalkan sebagai gembok karena memiliki sebuah bagian kecil yang dapat berikatan dengan substract. Bagian tersebut disebut sisi aktif. Substrat dimisalkan sebagai kunci karena dapat berikatan secara pas dengan sisi aktif enzim (gembok)

b.   Kecocokan terinduksi (induced fit)
Pada model ini, penempelan substrat pada sisi aktif enzim akan menginduksi perubahan sisi aktif enzim menjadi sesuai dengan bentuk substrat.

E. Faktor yang mempengaruhi kerja enzim

a.       Temperatur

b.      Perubahan PH

c.       Konsentrasi Enzim dan Substrat

d.      Inhibitor Enzim

F. ATP (Adenosin Tri Phosphat) 
Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekulfosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi. Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.

Anabolisme/Asimilasi/Sintesis 

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi, misalnya : energi cahaya untuk fotosintesis, energi kimia untuk kemosintesis.

1. Fotosintesis

Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun terdapat jaringan pagar/tiang (palisade) dan jaringan bunga karang (spons), pada keduanya mengandung kloroplast yang mengandung klorofil / pigmen hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari.

Dilihat dari strukturnya, kloroplas terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentak 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.

Fotosintesis merupakan proses pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk gula yang dihasilkan dari reduksi karbondioksida yang miskin energi. Fotosintesis dapat dituliskan dengan persamaan reaksi sederhana

 Pada dasarnya proses fotosintesis terjadi dalam dua tahap, yaitu reaksi terang (reaksi tergantung cahaya) dan reaksi gelap (reaksi tak tergantung cahaya).

a.    Reaksi Terang (Reaksi Tergantung Cahaya)

Reaksi pertama dalam fotosintesis memang tergantung adanya cahaya, sehingga disebut sebagai reaksi terang. Sering reaksi ini disebut reaksi fotokimia / reaksi fotolisis / reaksi Hill, prosesnya berlangsung di Grana. Dalam reaksi terang terdapat dua pusat reaksi, yaitu fotosistem I (FS I) dan fotosistem II (FS II). Pada FS I terdapat klorofil a.683 (kl A.683) dan karotenoid yang mampu menyerap energi cahaya maksimum pada gelombang 700 nm (P 700), sedangkan untuk FS II dengan P 680 diserap oleh klorofil a 673 (kl A.673) dan klorofil b. Jika kloroplast mendapat cahaya, maka electron dari klorofil pada kedua fotosistem akan tereksitasi.  Elektron kaya energi ini kemudian dipindahkan melalui akseptor-akseptor untuk dimanfaatkan energinya.

1)   Fotosistem I (FS I)

Elektron yang dikeluarkan dari FS I diteima oleh akseptor feredoksin sebagai akseptor utama. Elektron ini lalu ditransfer ke NADP. Pada saat yang sama juga menerima ion H⁺ sehingga terbentuk nikotinamida adenin dinukleotid fosfat tereduksi (NADPH₂).

      NADP + 2 H⁺ + 2e           NADPH₂

2)   Fotosistem II ( FS II )

Elektron dari FS II diterima oleh akseptor-akseptor elektron (plastoquinon, sitokrom dan plastosianin) menuju FS I.  Elektron ini digunakan untuk mengisi lubang pada FS I. Waktu mengalir melaui ekseptor-akseptornya, elektron ini melepaskan energinya.  Energi ini digunakan untuk mensintesis ATP dari ADP dan Pi (fotofosforilasi)

ADP + Pi  menjadi   ATP

FS II yang telah kehilangan elektron ini akan segera diganti dari pemecahan air (fotolisis):
Pada fotolisis terlihat bahwa O₂ yang dibebaskan berasal dari dua molekul air ( 2 H₂O ), Jadi pada reaksi terang dihasilkan ATP, NADPH₂ dan O₂.

b.      Reaksi gelap (Siklus Calvin )

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. Siklus Calvin yang terjadi dalam stroma kloroplas, menggunakan ATP dan NADPH untuk mengubah CO₂  menjadi karbohidrat. Produk langsung dari siklus Calvin adalah gula berkarbon-tiga gliseraldehida 3-fosfat (G3P), enzim dalam kloroplas dan sitosol mengubah gula kecil ini menjadibermacam macam senyawa organic lainya. Siklus Calvin mengembalikan ADP, fosfat organik dan NADPH⁺ ke reaksi terang.

2. 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.

Beberapa organisme yang melakukan kemosintesis :

1.  Bakteri sulfur tidak berpigmen yang mengoksidasi sulfida menjadi  sulfat :

§      Menyerap (H₂S) maupun S₂ dari lingkungan

§   Kedua senyawa tsb bergabung dengan oksigen dan menghasilkan energi yang digunakan untuk membuat Karbohidrat

§       Hasil samping berupa S₂, bila bahan asalnya H₂S dan ion sulfat (SO₄^2-) bila asalnya S₂

 2. Bakteri besi yang mengoksidasi ferrohidroksida menjadi ferrihidroksida.

§      Hidup di air tawar atau air asin yang mengandung senyawa besi terlarut.

§   Bakteri menyerap senyawa besi terlarut dan menggabungkannya dengan oksigen sehingga menjadi bentuk tidak larut dengan mengeluarkan energi.

3. Bakteri Nitrifikasi

§      Tipe bakteri yang menggunakan amonia dan melepaskan ion nitrit. Contoh : Nitrosomonas

§       Tipe bakteri yang menggunakan ion nitrit dan melepaskan ion nitrat : Nitrobakter

3. Penelitian tentang Fotosintesis

Beberapa percobaan yang dilakukan untuk mengetahui hasil-hasil yang diperoleh dari fotosintesis, antara lain : 

 Percobaan Ingenhousz 

Obyek yang digunakan adalah tumbuhan Hydrilla verticillata. Hasil dari percobaannya    disimpulkan bahwa fotosintesis menghasilkan gas, yang ternyata adalah oksigen
   Percobaan Engelman
 Obyek yang digunakan adalah ganggang Spirogyra dan bakteri thermo. Di bawah mikroskop terlihat bakteri thermo berkumpul pada bagian kloroplas yang terkena cahaya matahari (B) akibat banyaknya oksigen di daerah ini. Kesimpulan yang dapat ditarik oleh Engelmann, yaitu bahwa fotosintesis membebaskan gas oksigen dan kloroplast yang bertanggung jawab terhadap produksi oksigentersebut. 
 Percobaan Sacch
 Dalam percobaan ini, Sacchs membuktikan bahwa fotosintesis memerlukan cahaya, berlangsung pada bagian yang berklorofil, sedang hasil akhir dari fotosintesis adalah zat tepung (amylum). Percobaan ini didasari atas pengertian bahwa amylum, jika bereaksi dengan iodium akan berwarna biru. Pada bagian daun yang ditutup dengan kertas timah (tidak kena cahaya) tidak berwarna biru, berarti di daerah tersebut tidak berlangsug fotosintesis.

§  PERBANDINGAN ANTARA FOTOSINTESIS DAN KEMOSINTESIS

Organisme	Type proses	Bahan yang dipakai	Sumber energi	Hasil
Tumbuhan hijau	Fotosintesis	CO2 , H2O	Cahaya yang diabsorbsi klorofil	Gula, H2O, O2
Bakteri belerang hijau	Fotosintesis	CO2 , H2S	Cahaya yang diabsorbsi klorofil bakteri	Gula, H2O , S
Bakteri belerang ungu	Fotosintesis	CO2 , H2S, H2O	Cahaya yang diserap bakteriopurpurin	Gula, H2SO4
Bakteri Nitrifikasi	Kemosintesis	CO2 , H2O	Oksidasi ammonia menjadi nitrit	Gula, H2O, O2
Bakteri Nitrifikasi	Kemosintesis	CO2 , H2O	Oksidasi nitrit menjadi nitrat	Gula, H2O, O2
Bakteri belerang tak berwarna	Kemosintesis	CO2 , H2O	Oksidasi H2S menjadi sulfat	Gula, H2O, O2
Bakteri besi	Kemosintesis	CO2 , H2O	Oksidasi ferro menjadi ferri	Gula, H2O, O2