revisi_MODUL ENZIM

UPGRIS UNIVERSITAS PGRI SEMARANG KELAS XII

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 ENZIM BIOLOGI KELAS XII PENYUSUN SINTA ARIMAH SLAMET SATRIANI ANISA RAHMA 2

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 DAFTAR ISI DAFTAR ISI.............................................................................................................................3 DAFTAR GAMBAR................................................................................................................4 GLOSARIUM ..........................................................................................................................5 PENDAHULUAN ....................................................................................................................6 A. IDENTITAS MODUL ....................................................................................................6 B. KOMPETENSI DASAR.................................................................................................6 KEGIATAN PEMBELAJARAN ...........................................................................................7 A. Tujuan Pembelajaran ......................................................................................................7 B. Uraian Materi ..................................................................................................................7 1. Komponen Enzim dan Sifat-Sifat Enzim .......................................................................7 1.1. Komponen Enzim........................................................................................................8 1.1.1. Apoenzim.............................................................................................................8 1.1.2. Kofaktor ...............................................................................................................8 1.1.3. Gugus Prostetik....................................................................................................8 1.2. Sifat-Sifat Enzim .........................................................................................................9 2. Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim...................................................................10 3. Prinsip Kerja Enzim.......................................................................................................12 3.1. Teori Gembok dan Kunci (lock and key theory)...........................................................12 3.2. Teori Ketetapan Induksi................................................................................................12 4. Tahap-Tahap Reaksi Aerob ..........................................................................................13 5. Tahap-Tahap Reaksi Anaerob ......................................................................................16 6. Perbandingan Respirasi Aerob dan Anaerob ..............................................................17 7. Tahap-Tahap Reaksi Fotosintesis .................................................................................18 8. Macam-Macam Reaksi Kemosintesis ...........................................................................21 9. Penugasan........................................................................................................................23 DAFTAR PUSTAKA.............................................................................................................25 3

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. 1 Struktur Enzim .....................................................................................................7 Gambar 1. 2 Enzim yang mempunyai Kofaktor dan Koenzim.................................................8 Gambar 1. 3 Cara Kerja Enzim menurut Teori Lock and Key ...............................................12 Gambar 1. 4 Cara kerja enzim menurut Teori Ketetapan Induksi ..........................................12 Gambar 1. 5 Tahap-Tahap dalam............................................................................................13 Gambar 1. 6 Dekarboksilasi Oksidatif....................................................................................14 Gambar 1. 7 Urutan proses siklus krebs .................................................................................14 Gambar 1. 8 Tansport Elektron...............................................................................................15 Gambar 1. 9 Proses Fermentasi Alkohol ................................................................................17 Gambar 1. 10 Proses Fermentasi Asam Laknat ......................................................................17 Gambar 1. 11 Tahapan Reaksi ................................................................................................18 Gambar 1. 12 Siklus Calvin atau reaksi gelap ........................................................................19 Gambar 1. 13 Fotosintesis pada Tumbuhan............................................................................20 Gambar 1. 14 Proses Kemosintesis pada bakteri belerang .....................................................21 4

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 GLOSARIUM Anabolisme : reaksi pembentukan senyawa komplek dari senyawa sederhana. Apoenzim : bagian enzim yang terdiri protein, yang menyatu dengan kofaktor agar Autotrof berfungsi secara aktif. Biokatalisator : organisme yang dapat memenuhi bahan organik yang dibutuhkan dengan cara mensintesisnya dari bahan anorganik. Fermentasi : enzim yang berperan dalam reaksi-reaksi kimia dalam sel tubuh Fotosintesis makhluk hidup. Glikolisis : pemecahan senyawa organik oleh mikroba yang berlangsung secara anaerob. Inhibitor Katabolisme : Peristiwa penyusunan zat organik (karbohidrat) dari zat anorganik Koenzim yang dilakukan oleh klorofil dengan bantuan cahaya matahari. : pengubahan satu molekul gula 6C menjadi 2 molekul asam piruvat (3C), 2 molekul NADH dan 2 molekul ATP. : zat atau senyawa yang menghalangi kerja enzim. : Reaksi penguraian yang berlangsung di dalam tubuh organisme. : Bagian bukan protein pada enzim, berupa senyawa organik (misalnya vitamin). 5

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 PENDAHULUAN A. IDENTITAS MODUL Mata pelajaran : BIOLOGI Kelas : XII Judul modul : ENZIM B. KOMPETENSI DASAR 3. 3 Mendeskripsikan sifat dan fungsi enzim dalam proses metabolisme 6

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 KEGIATAN PEMBELAJARAN A. Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari kegiatan pembelajaran, kamu diharapkan mampu menganalisis prinsip dasar metabolisme dan penerapannya sebagai upaya peningkatan kesejahteraan manusia.: Metabolisme merupakan serangkaian reaksi kimiawi yang berlangsung di dalam tubuh suatu organisme. Metabolisme dapat dibedakan menjadi: 1. Katabolisme: yaitu proses pembongkaran molekul-molekul berukuran besar menjadi molekul yang berukuran lebih kecil. 2. Anabolisme: yaitu proses penyusunan molekul-molekul kecil menjadi molekul yang berukuran lebih besar. B. Uraian Materi 1. Komponen Enzim dan Sifat-Sifat Enzim Dua ciri penting makhluk hidup adalah dapat bereplikasi dan reaksi yang terjadi pada makhluk hidup dikatalisis oleh enzim. Enzim adalah sentral untuk setiap proses biokimia. Enzim mengkatalisis setiap reaksi pada deretan reaksi metabolisme baik pada degradasi molekul nutrien menghasilkan molekul yang lebih sederhana dan energi kimia (katabolisme) maupun pada pembuatan makromolekul dari preskursor sederhana (anabolisme). Enzim juga dapat mengontrol kadar metabolik pada deretan reaksi tersebut. Oleh sebab itu, kerusakan enzim dapat berakibat fatal pada makhluk hidup. Tanpa enzim reaksi berlangsung sangat lambat. Tanpa enzim, untuk mendegradasi makanan pagi anda dibutuhkan waktu sekitar 50 tahun. Sungguh waktu yang sangat lama. Enzim yaitu suatu protein yang paling luar biasa dan sangat khusus. Enzim mempunyai tenaga katalitik yang luar biasa. Daya katalitik enzim sering jauh lebih besar daripada katalis inorganik atau katalis sintetik. Enzim mempunyai derajat kespesifikan yang tinggi untuk substratnya. Enzim mempercepat reaksi dengan dahsyat dan enzim berfungsi dalam larutan berair pada kondisi pH dan suhu tertentu. Sedikit katalis nonbiologi yang mempunyai semua sifat ini. Gambar 1. 1 Struktur Enzim 7

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 Studi mengenai enzim mempunyai manfaat yang besar sekali terutama pada beberapa penyakit, khususnya pada penyakit genetik. Pada beberapa penyakit genetik ternyata disebabkan oleh defisiensi satu atau lebih enzim. Kondisi penyakit lainnya mungkin disebabkan oleh aktivitas enzim yang berlebihan. Pengukuran aktivitas enzim dalam plasma darah, eritrosit atau jaringan sampel adalah penting pada diagnosa penyakit tertentu. Kebanyakan obat-obatan berperan melalui interaksinya dengan enzim. Enzim memiliki sisi aktif, yaitu bagian atau tempat pada enzim yang berfungsi sebagai tempat menempelnya substrat. Kerja enzim sangat spesifik karena sisi aktif dari enzim sangat selektif terhadap bentuk kimia dari substrat yang akan dikatalisis. Ikatan yang terbentuk antara enzim dengan subsrat bersifat lemah sehingga reaksi dapat berlangsung bolak-balik. Substrat menempel pada sisi aktif enzim dan akan mengasilkan produk baru. 1.1. Komponen Enzim Enzim terdiri dari dua komponen, yakni bagian pro (apoenzim) dan bukan bagian dari protein (gugus prostetik). Apoenzim tersusun atas protein dan mudah berubah tergantung faktor lingkungan, misalnya pH dan suhu. Sedangkan, gugus prostetik adalah gugus yang tidak aktif. 1.1.1. Apoenzim Apoenzim merupakan bagian dari enzim aktif yang mana tersusun atas protein yang bersifat mudah berubah terhadap faktor lingkungan yang ada disekitarnya. 1.1.2. Kofaktor Kofaktor merupakan bagian dari komponen non protein yang ada di dalam enzim, yaitu berupa Ion Anorganik atau aktivator, berupa logam yang memiliki ikatan lemah dengan enzim, Fe, Ca, Mn, Zn, K, Co, Ion Klorida, dan Ion Kalsium. 1.1.3. Gugus Prostetik Gugus prostetik merupakan sebuah senyawa organik yang memiliki ikatan kuat dengan enzim. Flavin Adenine Dinucleotide (FAD), Heme, dan Biotin merupakan bagian dari Gugus Prostetik yang memiliki kandungan zat besi dan berperan untuk memberikan kekuatan ekstra pada enzim, terlebih pada Katalase, Sitokrom Oksidase, dan Peroksidase. Gambar 1. 2 Enzim yang mempunyai Kofaktor dan Koenzim 8

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 1.2. Sifat-Sifat Enzim Enzim merupakan protein atau molekul berbasis protein yang mempercepat reaksi kimia dalam tubuh organisme. Perannya adalah sebagai katalis untuk reaksi kimia. Dimana ini artinya enzim mendorong perubahan satu set reaktan atau substrat menjadi produk tertentu. Sifat enzim juga beragam. Terkait perannya yang spesifik di alam. 1.2.1. Sebagai Katalisator Sifat enzim yang pertama yaitu berperan sebagai katalisator. Enzim merupakan katalis yang bisa merubah laju reaksi tanpa ikut bereaksi. Tanpa adanya enzim, sebuah reaksi sangat sulit terjadi, sedangkan dengan adanya enzim, kecepatan reaksinya bisa meningkat sampai 107 hingga 1013 kali. Misalnya saja, enzim katalase yang mengandung ion besi (Fe) yang dapat menguraikan 5.000.000 molekul hidrogen peroksida (H2O2) permenit pada 00C. Hidrogen peroksida tersebut hanya bisa diuraikan oleh atom besi, namun satu atom besi akan membutuhkan waktu 300 tahun untuk bisa menguraikan sejumlah molekul H2O2 yang mana oleh satu molekul katalase yang mengandung satu atom besi dapat diuraikan dalam satu detik saja. 1.2.2. Bekerja Secara Spesifik dan Selektif Sebuah enzim akan bekerja secara spesifik, itu artinya enzim tertentu hanya bisa mengadakan perubahan pada zat tertentu juga. Dengan kata lain, enzim hanya bisa mempengaruhi satu reaksi dan tidak bisa mempengaruhi reaksi lainnya yang bukan bidangnya. Satu enzim akan khusus untuk satu substrat saja. Misalnya, enzim katalase yang hanya bisa menghidrolisis H2O2 menjadi H2O dan O2. 1.2.3. Bolak-Balik Sifat enzim berikutnya yaitu dapat bekerja bolak-balik karena bisa ikut bereaksi tanpa mempengaruhi hasil akhir dan akan terbentuk lagi di hasil reaksi sebagai enzim. Saat ikut serta untuk bereaksi, maka struktur kimia enzim juga akan berubah. Namun di akhir reaksi, struktur kimia enzim akan terbentuk kembali seperti semula. 1.2.4. Seperti Protein Suhu dan pH. Pada suhu rendah, protein enzim akan mengalami koagulasi dan pada suhu tinggi akan mengalami denaturasi. Karena enzim tersusun dari komponen protein, maka sifat enzim tergolong koloid. Enzim sendiri mempunyai permukaan antar partikel yang sangat besar sehingga bidang kegiatannya juga besar. 1.2.5. Termolabil Aktivitas enzim dapat dipengaruhi oleh suhu. Apabila suhu rendah, maka kerja enzim akan melambat. Semakin tinggi suhu reaksi kimia 9

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 yang dipengaruhi oleh enzim, maka akan semakin cepat. Namun apabila suhu terlalu tinggi, maka enzim tersebut akan mengalami denaturasi. 1.2.6. Hanya Dibutuhkan Dalam Jumlah Sedikit Karena enzim berperan sebagai katalisator, namun tidak ikut bereaksi, maka jumlah yang digunakan sebagai katalis tidak perlu banyak-banyak. Satu molekul enzim bisa bekerja berulang kali, selama molekul tersebut tidak rusak. 1.2.7. Merupakan Koloid Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa enzim tersusun atas komponen protein. Oleh karena itu, sifat enzim tergolong koloid. Enzim sendiri mempunyai permukaan antar partikel yang cukup besar. Sehingga bidang aktivitasnya juga cenderung besar. 1.2.8. Dapat Menurunkan Energi Aktivasi Sebuah enzim kimia bisa terjadi apabila molekul yang terlibat mempunyai cukup energi internal untuk membawanya ke puncak bukit energi menuju ke bentuk reaktif yang disebut dengan tahap transisi. Energi aktivasi sebuah reaksi yaitu jumlah energi dalam kalori yang dibutuhkan untuk membawa semua molekul pada 1 mol senyawa pada suhu tertentu menuju tingkat transisi di puncak batas energi. Jika suatu reaksi kimia ditambahkan dengan katalis berupa enzim, maka energi aktivasi bisa diturunkan dan reaksi akan berjalan dengan lebih cepat. 1.2.9. Tidak Menentukan Arah Reaksi Enzim tidak berperan untuk menentukan mau kemana arah reaksi tersebut berjalan. Senyawa yang lebih diperlukan adalah poin dari arah sebuah reaksi kimia. Misalnya saja, tubuh yang kekurangan glukosa, maka akan bisa memecah gula cadangan atau glikogen dan juga sebaliknya. 2. Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim 2.1. Suhu (temperatur) Faktor pertama yang bisa mempengaruhi aktivitas enzim adalah suhu atau temperatur. Aktivitas enzim akan semakin meningkat dengan semakin tingginya suhu hingga batas optimum. Hal itu disebabkan karena enzim tersusun atas protein. Oleh karena itu, pada temperatur yang tinggi dan melebihi batas maksimum, hal itu bisa menyebabkan denaturasi protein atau enzim sudah rusak. Pada suhu 0 derajat Celcius enzim tidak aktif, namun tidak rusak. Apabila temperatur dikembalikan lagi ke posisi normal, maka enzim akan aktif kembali. Suhu maksimum untuk aktivitas enzim pada manusia dan juga hewan berdarah panas yaitu 37 derajat celcius, sementara pada hewan berdarah dingin yaitu 25 derajat celcius. Kemampuan kerja enzim akan semakin menurun apabila berada di atas suhu tertentu. Hal itu disebabkan karena panas akan mengganggu ikatan hidrogen, ion, dan 10

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 berbagai macam ikatan yang bisa menstabilkan bentuk aktif dari enzim. Dengan begitu, enzim yang merupakan protein akan mengalami proses denaturasi. 2.2. Derajat Keasaman atau pH Perlu dipahami bahwa enzim memiliki pH optimum yang khas. pH optimum pada enzim bisa bersifat basa ataupun asam. Sebagian besar enzim yang ada di dalam tubuh manusia memiliki pH optimum antara 6 hingga 8. Misalnya saja enzim tripsin pendegradasi protein. Akan tetapi, ada beberapa enzim yang aktif pada kondisi asam, misalnya saja enzim pepsin. Perubahan pH bisa mempengaruhi perubahan asam amino pada sisi aktif. Sehingga bisa menghalangi sisi aktif enzim yang berkombinasi dengan substratnya. 2.3. Konsentrasi Enzim dan Substrat Biasanya, konsentrasi enzim dan substrat berbanding lurus dengan kecepatan reaksi. Hal tersebut berarti apabila konsentrasi enzim menjadi dua kali lipat, sementara faktor lainnya tetap, yaitu kecepatan reaksinya akan menjadi dua kali lipat. Kondisi konstan dicapai jika enzim sudah mengikat semua substrat yang akan dikatalisir. Meskipun kadar enzim tersebut dinaikkan. Ketika kadar enzim tetap, namun kadar substrat dinaikkan, maka kecepatan reaksi akan naik hingga mencapai kondisi konstan, yaitu saat semua substrat sudah diikat oleh enzim. 2.4. Zat-Zat Penggiat Adapun zat kimia tertentu yang bisa meningkatkan aktivitas enzim. Misalnya saja, garam-garam dan juga logam alkali dalam konsentrasi encer yaitu 2 persen hingga 5 persen, bisa memacu kerja enzim. Begitu juga dengan ion logam Co, Mg, Ni, Mn, dan Ci. Hal tersebut bisa mendukung teori Ketepatan Terinduksi. 2.5. Zat-Zat Penghambat Beberapa zat kimia bisa menghambat kinerja enzim. Misalnya saja garam yang mengandung raksa dan juga sianida. Terdapat tiga jenis inhibitor atau penghambat yang perlu dipahami. 2.5.1. Inhibitor Kompetitif Pada penghambatan ini, terdapat zat penghambat yang memiliki struktur hampir sama dengan struktur substrat. Dengan begitu, zat penghambat dengan substrat ini akan saling berebut dan bersaing untuk bisa bergabung dengan sisi aktif enzim. Proses penghambatan tersebut bisa diatasi dengan cara meningkatkan konsentrasi substrat. 2.5.2. Inhibitor Non-kompetitif Inhibitor nonkompetitif bisa berhubungan dengan enzim yang ada di luar sisi aktif. Sehingga enzim akan kehilangan aktivitasnya. Oleh karena itu, permukaan sisi aktif tidak bisa berhubungan dengan substrat. 2.5.3. Inhibitor Umpan Balik Hasil akhir dari suatu reaksi dapat menghambat proses kerja enzim pada reaksi itu sendiri. 11

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 3. Prinsip Kerja Enzim 3.1. Teori Gembok dan Kunci (lock and key theory) Teori gembok dan kunci pertama kali dikemukakan oleh Emil Fischer, di tahun 1894. Di dalam teori penelitian ini, enzim akan berhubungan pada substrat dengan bentuk yang serupa atau spesifik pada sisi aktif enzim. Teori yang satu ini disebut dengan Teori Gembok dan Kunci. Dimana enzim digambarkan sebagai sebuah kunci yang bisa membuka sebuah substrat yang digambarkan sebagai gembok. Karena antara kunci dan gembok ini ada sisi yang serupa, maka keduanya bisa terbuka dan tertutup. Namun pada teori ini mempunyai sebuah kekurangan, yaitu tidak bisa menjelaskan tentang kestabilan pada enzim ketika mengalami peralihan dengan titik reaksi enzim. Gambar 1. 3 Cara Kerja Enzim menurut Teori Lock and Key 3.2. Teori Ketetapan Induksi Sisi aktif enzim sendiri bersifat fleksibel, sehingga bisa berubah bentuk menyesuaikan bentuk substrat. Sudah dijelaskan sebelumnya bahwa enzim merupakan sebuah protein katalis. Katalis adalah suatu agen kimia yang merubah kecepatan reaksi tanpa ikut berubah karena adanya reaksi tersebut. Enzim bisa melakukan hal itu berdasarkan pengaruhnya pada energi aktivasi yang diperlukan oleh setiap reaksi kimia. Energi aktivasi merupakan energi yang diperlukan untuk memecahkan molekul senyawa reaktan. Sementara peran enzim yaitu untuk menurunkan batasan energi aktivasi yang diperlukan untuk memulai reaksi. Turunnya batasan energi tersebut memungkinkan reaksi kimia itu terjadi pada temperatur yang lebih rendah. Hal tersebut menjadi penting karena mayoritas molekul yang berhubungan proses kehidupan sangat sensitif terhadap suhu yang tinggi. Gambar 1. 4 Cara kerja enzim menurut Teori Ketetapan Induksi 12

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 4. Tahap-Tahap Reaksi Aerob Respirasi aerob merupakan sebuah reaksi pemecahan senyawa glukosa yang memerlukan bantuan oksigen. Dalam respirasi ini, oksigen berperan sebagai penerima elektron terakhir dalam pembentukan ATP. ATP ini merupakan energi yang digunakan oleh sel dalam tubuh makhluk hidup untuk menunjang pertumbuhan, gerak, transportasi, reproduksi, dan kegiatan yang lainnya. Respirasi ini akan berlangsung di dua tempat, yaitu sitoplasma dan mitokondria. 4.1. Glikolisis Glikolisis merupakan tahap pertama respirasi aerob yang terjadi di dalam sitoplasma atau sitosol. Pada tahap ini molekul glukosa akan diuraikan menjadi senyawa yang lebih sederhana. Hasil penguraian molekul glukosa pada glikolisis berupa 2 molekul ATP, 2 molekul asam piruvat, dan 2 molekul NADH. Untuk lebih lengkapnya, perhatikan bagan berikut. Urutan proses yang terjadi pada bagan di atas adalah sebagai berikut. • Glukosa diubah menjadi glukosa, 6-fosfat disertai pemecahan ATP menjadi ADP. ATP harus dipecah menjadi ADP karena dibutuhkan sumber energi. • Glukosa, 6-fosfat diubah menjadi fruktosa, 6-fosfat. • Fruktosa, 6-fosfat diubah menjadi fruktosa, 1,6-bifosfat disertai pemecahan ATP menjadi ADP. • Fruktosa, 1,6-bifosfat (6 atom C) dipecah menjadi 1 molekul gliseraldehid 3-fosfat atau PGAL (3 atom C) dan 1 molekul dihidroksiaseton fosfat atau DHAP (3 atom C). Molekul DHAP diubah menjadi senyawa PGAL, sehingga terbentuk 2 molekul PGAL. Gambar 1. 5 Tahap-Tahap dalam Proses Glikolisis • Molekul PGAL diubah menjadi senyawa 1,3-bifosfogliserat dengan cara mengikat Pi (fosfat organik). Setiap 1 molekul PGAL menghasilkan 1 NADH. • 1,3-bifosfogliserat diubah menjadi 3-fosfogliserat. Pada reaksi ini, dihasilkan ATP sebagai sumber energi. • 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat. 13

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 • 2-fosfogliserat diubah menjadi senyawa fosfoenolpiruvat (PEP). • Fosfoenolpiruvat diubah menjadi asam piruvat disertai pembentukan ATP. ATP (adenosin trifosfat) merupakan sumber energi yang nantinya digunakan untuk transpor aktif menuju mitokondria. Untuk 2 molekul NADH yang dihasilkan akan ditransfer ke tahap transpor elektron. 4.2. Dekarboksilasi Oksidatif Tahap kedua setelah glikolisis adalah dekarboksilasi oksidatif. Tahap ini berlangsung di dalam mitokondria. Reaksi pertama diawali dengan perubahan asam piruvat menjadi asetil koenzim A (asetil koA). Perubahan tersebut menghasilkan molekul CO2 dan NADH. Artinya, satu molekul asam piruvat akan menghasilkan 1 molekul asetil koA, CO2, dan NADH. Oleh karena pada tahap glikolisis dihasilkan 2 asam piruvat, maka dekarboksilasi oksidatif menghasilkan 2 molekul asetil koA, 2 molekul CO2, dan 2 molekul NADH. Untuk prosesnya, simak bagan berikut. Gambar 1. 6 Dekarboksilasi Oksidatif Urutan prosesnya adalah sebagai berikut. • Asam piruvat yang terbentuk pada tahap glikolisis akan melepaskan gugus karboksilat (COO–). Gugus tersebut akan diubah menjadi CO2. • Sisa atom C dalam bentuk CH3COO– akan mentransfer kelebihan elektronnya pada molekul NAD+ menjadi NADH. Untuk CH3COO– akan diubah menjadi asam asetat. • Asam asetat akan berikatan dengan koenzim A membentuk asetil koenzim A (asetil koA). 4.3. Siklus Krebs Siklus Krebs adalah tahapan ketiga dari serangkaian proses respirasi aerob. Pada tahap ini akan dihasilkan 2 molekul ATP, 6 molekul NADH, 2 molekul FADH2, dan 4 molekul CO2. Untuk urutan prosesnya adalah sebagai berikut. • Asetil koA (2 atom C) berikatan dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6 atom C). Itulah mengapa siklus Krebs biasa disebut siklus asam sitrat. Gambar 1. 7 Urutan proses siklus krebs 14

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 • Asam sitrat diubah menjadi asam isositrat. • Asam isositrat (6 atom C) diubah menjadi asam α-ketoglutarat (5 atom C). Reaksi ini disertai pelepasan CO2 dan pembentukan NADH. • Asam α-ketoglutarat (5 atom C) diubah menjadi suksinil koA yang memiliki 4 atom C. Reaksi ini juga disertai pelepasan CO2 dan pembentukan NADH. • Suksinil koA yang terbentuk diubah menjadi asam suksinat (4 atom C). Reaksi ini menghasilkan GTP. Selanjutnya, GTP diubah menjadi ATP. • Lalu, asam suksinat diubah menjadi asam fumarat disertai pembentukan FADH2. • Asam fumarat yang terbentuk diberi tambahan air agar berubah menjadi asam malat (4 atom C). • Asam malat diubah menjadi asam oksaloasetat kembali disertai pembentukan NADH. 4.4. Transport Elektron Tahap ini merupakan tahap akhir pada respirasi aerob yang disertai pembentukan ATP paling banyak. Transpor elektron berlangsung di dalam krista, yaitu membran dalam mitokondria. Reaksi yang berlangsung di dalam transpor elektron adalah reaksi reduksi dan oksidasi antara senyawa NADH dan FADH2. Kedua senyawa tersebut dihasilkan dari tahapan sebelumnya. Senyawa yang terlibat dalam transpor elektron adalah koenzim Q, sitokrom B, sitokrom C, sitokrom A, sitokrom A3, dan oksigen. Gambar 1. 8 Tansport Elektron Adapun penjabaran bagan di atas adalah sebagai berikut. • NADH mampu menghasilkan elektron berenergi tinggi melalui proses oksidasi. Lalu, elektron tersebut ditransfer ke koenzim Q. Oleh karena tingginya energi elektron, ADP dan fosfat anorganik bersatu membentuk ATP. • Koenzim Q akan dioksidasi oleh sitokrom B. Akibatnya, koenzim Q akan melepaskan elektron dan 2 ion H+. • Sitokrom B akan dioksidasi oleh sitokrom C, sehingga dihasilkan energi cukup tinggi. Akibatnya, ADP dan fosfat anorganik akan bersatu membentuk ATP. • Selanjutnya, sitokrom C akan mereduksi sitokrom A. • Sitokrom A akan mengoksidasi sitokrom A3. Reaksi ini juga memicu bersatunya ADP dan fosfat anorganik membentuk ATP. 15

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 • Sitokrom A3 dioksidasi oleh sebuah atom oksigen. Hasil akhir dari reaksi ini adalah terbentuknya molekul H2O. Transpor elektron yang melibatkan oksidasi NADH akan menghasilkan 3 ATP dan 1 H2O. Demikian halnya dengan oksidasi FADH2. Pada oksidasi FADH2, jumlah ATP yang dihasilkan lebih sedikit, yaitu 2 ATP. Hal itu disebabkan oleh kecilnya energi yang dihasilkan dari oksidasi FADH2. Dari tahapan glikolisis sampai siklus Krebs NADH dan FADH2 yang dihasilkan berturut-turut adalah 10 dan 2 molekul. Dengan demikian, tahap transpor elektron menghasilkan 34 ATP dan 12 H2O. Jika seluruh ATP dijumlahkan (mulai glikolisis-transpor elektron), akan dihasilkan seperti tabel berikut. Reaksi Jumlah Glikolisis 2 ATP (digunakan untuk transpor aktif) Dekarboksilasi Oksiatif Siklus Krebs 2 ATP Transpor Elektron 34 ATP Total 36 ATP 5. Tahap-Tahap Reaksi Anaerob Organisme akan mendahulukan respirasi aerob jika terdapat oksigen yang cukup karena reaksi aerob menghasilkan lebih banyak energi. Namun, jika tidak ada oksigen yang cukup, maka akan terjadi respirasi anaerob. Setiap tumbuhan memiliki mekanisme dan reaksi berbeda terhadap minimnya ketersediaan oksgen. Ada beberapa tanaman yang tidak bisa hidup sama sekali tanpa oksigen, seperti jagung. Namun, ada tanaman lain yang bisa bertahan hingga beberapa bulan tanpa oksigen, seperti tanaman apel dan pir. Ketika tidak ada oksigen, buah apel dan pir akan terus menghasilkan gas karbon dioksida. Ini merupakan pertanda adanya respirasi anaerob. 5.1. Fermentasi Alkohol Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol melalui dua langkah reaksi. Langkah pertama adalah pembebasan CO2 dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida. Langkah kedua adalah reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan digunakan untuk glikolisis. Fermentasi alkohol adalah suatu proses pengubahan senyawa gula seperti glukosa, fruktosa, serta sukrosa menjadi energi (ATP) dan menghasilkan etanol serta karbon dioksida sebagai produk sampingan. Pada proses ini terjadi pada beberapa mikroorganisme seperti jamur, khamir (Saccharomyces cereviceace) dan lain sebagainya. 16

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 Gambar 1. 9 Proses Fermentasi Alkohol 5.2. Asam Laknat Fermentasi asam laktat adalah fermentasi glukosa yang menghasilkan asam laktat. Fermentasi asam laktat dimulai dengan glikolisis yang menghasilkan asam piruvat, kemudian berlanjut dengan perubahan asam piruvat menjadi asam laktat. Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat bereaksi secara langsung dengan NADH membentuk asam laktat. Fermentasi asam laktat adalah suatu proses respirasi anaerob dimana menghasilkan asam laktat yang berasal dari terbentuknya asam piruvat pada tahapan glikolisis akibat kekurangan oksigen. Fermentasi asam laktat sendiri dapat terjadi pada sel hewan (juga manusia) terutama pada sel-sel otot manusia yang bekerja atau berolahraga dengan berat atau keras. Hal tersebut disebabkan asam piruvat yang kekurangan oksigen kemudian diuraikan menjadi asam laktat, sehingga manusia yang mengalami ini akan muncul pegal-pegal pada otot mereka. Karena tidak adanya oksigen sebagai penerima H (hidrogen) yang terakhir maka asam piruvat yang terbentuk pada tahapan glikolisis tidak melalui daur Krebs serta rantai transpor elektron. Hasil dari tahapan fermentasi asam laktat ini adalah 2 ATP pada setiap mol glukosa yang telah di respirasi. yaitu: CH3.CO.COOH+NADH —–> CH3.CHOH.COOH+NAD+E (asam piruvat) (asam laktat) Gambar 1. 10 Proses Fermentasi Asam Laknat 6. Perbandingan Respirasi Aerob dan Anaerob 6.1. Respirasi Aerob Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen, sedangkan respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen. Respirasi 17

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 aerob terdiri dari beberapa tahap, yaitu: glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan rantai transport elektron yang telah dibahas pada materi sebelumnya. 6.2. Respirasi Anaerob Respirasi anaerob adalah proses katabolisme yang tidak memerlukan oksigen untuk menghasilkan energi. Respirasi anaerob terjadi pada bakteri, ragi, dan organisme prokariotik ataupun makhluk hidup uniseluler yang berada pada lingkungan dengan kadar oksigen yang rendah. Respirasi anaerob berdasarkan hasil katabolismenya dibedakan menjadi dua, yaitu fermentasi alcohol dan fermentasi asam laktat. 7. Tahap-Tahap Reaksi Fotosintesis Jika Anda pernah memasuki suatu daerah hutan atau jalanan yang memiliki pepohonan rindang, tentu Anda akan merasa segar pada siang hari yang panas. Akan tetapi, jika Anda melewati bagian yang telah gundul atau tidak terdapat pepohonan, Anda akan lebih mudah merasa gerah. Semua itu mungkin terjadi begitu saja tanpa Anda sadari. Proses apakah yang sebenarnya sedang terjadi? Mengapa hal tersebut dapat tejadi? Tumbuhan di sekitar kita mungkin hanyalah suatu makhluk tanpa daya bagi sebagian orang. Akan tetapi, jika Anda telah mengetahui peristiwa menakjubkan di dalamnya, Anda mungkin akan berubah pikiran mengenai betapa pentingnya pepohonan dan hutan bagi kehidupan manusia di bumi. Dari cahaya matahari yang menyinari bumi, dimulailah suatu proses transfer energi di alam. Melalui daun-daunnya, tumbuhan hijau menangkap cahaya tersebut sebagai bahan bakar pembuatan makanan. Air dan gas CO2 yang ditangkap, diolah menjadi sumber energi bagi kita dan konsumen lainnya di planet bumi ini. Produk itu dapat berupa buah yang kita makan, daundaunan, ataupun bagian lain dari tumbuhan, seperti umbi dan bunga. Satu hal yang tidak kalah pentingnya adalah tumbuhan menghasilkan oksigen dalam proses fotosintesis. Fotosintesis meliputi dua tahap reaksi, yakni tahap reaksi terang yang diikuti dengan tahap reaksi gelap. Reaksi terang membutuhkan cahaya matahari, sedangkan reaksi gelap tidak membutuhkan cahaya. Secara keseluruhan, fotosintesis berlangsung dalam kloroplas. Reaksi terang merupakan salah satu langkah dalam fotosintesis untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Reaksi terang ini berlangsung di dalam grana. Perlu diingat bahwa cahaya juga memiliki energi yang disebut foton. Jenis pigmen klorofil berbeda-beda karena pigmen tersebut hanya dapat menyerap panjang gelombang dengan besar energi foton yang berbeda. Gambar 1. 11 Tahapan Reaksi Terang Fotosintesis 18

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 Pada reaksi terang yang terjadi di grana, energi cahaya memacu pelepasan elektron dari fotosistem di dalam membran tilakoid. Fotosistem adalah tempat berkumpulnya beratus-ratus molekul pigmen fotosintesis. Aliran elektron melalui sistem transpor menghasilkan ATP dan NADPH. ATP dan NADPH dapat terbentuk melalui jalur non siklik, yaitu elektron mengalir dari molekul air, kemudian melalui fotosistem II dan fotosistem I. Elektron dan ion hidrogen akan membentuk NADPH dan ATP. Oksigen yang dibebaskan berguna untuk respirasi aerob. Pusat reaksi pada fotosistem I mengandung klorofil a, disebut sebagai P700, karena dapat menyerap foton terbaik pada panjang gelombang 700 nm. Pusat reaksi pada fotosistem II mengandung klorofil a yang disebut sebagai P680, karena dapat menyerap foton terbaik pada panjang gelombang 680 nm. Reaksi Gelap Disebut juga siklus Calvin-Benson. Reaksi ini disebut reaksi gelap, karena tidak tergantung secara langsung dengan cahaya matahari. Reaksi gelap terjadi di stroma. Namun demikian, reaksi ini tidak mutlak terjadi hanya pada kondisi gelap. Gambar 1. 12 Siklus Calvin atau reaksi gelap Reaksi gelap memerlukan ATP, hidrogen, dan elektron dari NADPH, karbon dan oksigen dari karbondioksida, enzim yang mengkatalisis setiap reaksi, dan RuBp (Ribulosa bifosfat) yang merupakan suatu senyawa yang mempunyai 5 atom karbon. Reaksi gelap terjadi melalui beberapa tahapan, yaitu: • Karbondioksida diikat oleh RuBp (Ribulosa bifosfat yang terdiri atas 5 karbon) menjadi senyawa 6 karbon yang labil. Senyawa 6 karbon ini kemudian memecah menjadi 2 fosfogliserat (PGA). • Masing-masing PGA menerima gugus pfosfat dari ATP dan menerima hidrogen serta e- dari NADPH. Reaksi ini menghasilkan PGAL (fosfogliseraldehida) • Tiap 6 molekul karbon dioksida yang diikat dihasilkan 12 PGAL • Dari 12 PGAL, 10 molekul kembali ke tahap awal menjadi RuBp, dan seterusnya RuBp akan mengikat CO2 yang baru. • Dua PGAL lainnya akan berkondensasi menjadi glukosa 6 fosfat. Molekul ini merupakan prekursor (bahan baku) untuk produk akhir menjadi molekul sukrosa yang merupakan karbohidrat untuk diangkut ke tempat penimbunan tepung pati yang merupakan karbohidrat yang tersimpan sebagai cadangan makanan. 7.1. Fotosintesis pada Alga dan Bakteri Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang hingga alga mikroskopik yang terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi. Semua 19

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain. 7.2. Fotosintesis pada Tumbuhan Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Berikut ini adalah persamaan reaksi fotosintesis yang menghasilkan glukosa: 6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2 Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia. Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. Klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, Gambar 1. 13 Fotosintesis pada Tumbuhan menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar Matahari ataupun penguapan air yang berlebihan. 20

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 8. Macam-Macam Reaksi Kemosintesis Kemosintesis adalah reaksi penyusunan molekul yang kompleks dari molekul yang lebih sederhana. Kemosintesis menyusun molekul organik dari molekul anorganik, sebagaimana yang dilakukan oleh fotosintetis. Produsen melakukan fotosintetis untuk menghasilkan makanan bagi rantai makanan. Kemosintesis ini terjadi pada organismeautotrof, yaitu kemo-autotrof yang dapat menghasilkan senyawa organic dari zat-zat anorganik dengan bantuan dari energy kimia. Energi kimia merupakan energy yang didapat dari suatu reaksi kimia berasal dari reaksi oksidasi. Proses kemosintesis tersebut merupakan kemampuan yang dimiliki oleh mikroorganisme dan bakteri autotrof. Kemosintesis ini biasanya terjadi pada bakteri belerang, bakteri nitrifikasi, bakteri besi, bakteri hydrogen dan bakteri metan. Berikut ini penjelasan lebih lanjut mengenai Kemosintesis: Contoh Dan Reaksi Proses Terjadinya. 8.1. Bakteri Nitrifikasi Proses nitrifikasi terjadi di tanah dalam keadaan tersedia oksigen. Nitrifikasi akan mengubah amonia menjadi nitrit kemudian diubah menjadi nitrat. Energi yang dihasilkan dari reaksi-reaksi tersebut akan digunakan untuk membentuk glukosa. Amonia akan diubah menjadi nitrit oleh bakteri Nitrosomonas. 8.2. Bakteri Belerang Bakteri belerang ditemukan pada sumber air panas atau genangan air yang tidak mengalir. Bakteri belerang seperti Thiobacillus ferrooxidans mampu mengubah hidrogen sulfida menjadi sulfur (belerang) dan menggunakan energi yang dihasilkan untuk membentuk glukosa. Thiobacillus ferrooxidans dapat digunakan sebagai agen pembersih lingkungan karena mampu mengubah hidrogen sulfida yang beracun menjadi belerang yang lebih aman. Hidrogen sulfida berbentuk gas dan sering ditemukan pada pengeboran minyak bumi. Gambar 1. 14 Proses Kemosintesis pada bakteri belerang 21

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 8.3. Bakteri Besi Bakteri besi ditemukan pada perairan yang banyak mengandung unsur besi dan biasanya memiliki endapan berwarna kemerahan. Bakteri besi seperti Ferrobacillus ferrooxidans akan mengubah ion ferri yang larut air menjadi endapan ferro yang tidak larut air. Energi yang dihasilkan akan digunakan untuk membentuk glukosa. Dalam keadaan tidak tersedia oksigen, ion ferro yang berbentuk endapan akan diubah kembali oleh bakteri tersebut menjadi ion ferri yang larut air. 8.4. Bakteri Hidrogen Bakteri ini memperoleh energi dengan mengoksidasi hidrogen dan menggunakan energi tersebut untuk membentuk glukosa. Bakteri yang mampu mengoksidasi hidrogen umumnya hidup di tempat dengan kadar oksigen rendah, contohnya adalah Cupriavidus necator. 8.5. Bakteri Metana Bakteri ini mampu menggunakan metana untuk menghasilkan energi dan karbondioksida, yang kemudian digunakan untuk membentuk glukosa. Bakteri yang menggunakan metana sebagai sumber energi contohnya adalah Methanomonas. Beberapa bakteri kemosintesis memiliki kemampuan seperti organism berklorofil, yakni dapat membuat karbohidrat dari bahan anorganik, akan tetapi mereka tidak memakai energy cahaya untuk melakukannya. Karbondioksida dapat diubah menjadi karbohidrat yang berlangsung dalam sel-sel hewan seperti yang terjadi pada sel tumbuhan. Bakteri yang melakukan kemosintesis memperoleh energy dan elektron- elektron dengan melakukan oksidasi dengan beberapa substansi tereduksi yang terdapat di alam sekitarnya. Energi bebas telah tersedia oleh oksidasi yang kemudian digunakan dalam proses pembuatan karbohidrat. Energi yang diperoleh akan dipakai untuk mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat dengan cara yang persis sama seperti yang dilakukan bakteri belerang fotosintetik di atas. Mereka kemudian menyelesaikan oksidasi senyawa besi yang telah teroksidasi sebagian dan mampu merangkai kan energi yang dihasilkan oksidasi tersebut untuk mensitesis karbohidrat. Oksidasi tersebut akan menghasilka nenergi yang digunakan untuk mendorong reaksi bakteri tersebut. Nitrat yang telah dihasilkan menyediakan keperluan nitrogen bagi tumbuhan. 22

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 9. Penugasan 9.1. Latihan Pilihan Ganda 1. Hasil percobaan enzim katalase sebagai berikut A. pada suhu dan pH rendah enzim masih aktif. B. bekerja optimal pada pH 7 & suhu 37oC. C. aktivitasnya dipengaruhi oleh pH dan suhu. D. dipengaruhi suhu, tetapi tidak dipengaruhi pH. E. kerjanya kurang dipengaruhi pH dan suhu. 2. Penyusun utama enzim dalam bentuk molekul protein, disebut.... A. kofaktor. B. apoenzim. C. koenzim. D. holoenzim. E. gugus prostetik. 3. Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi. Peningkatan laju reaksi dilakukan enzim melalui…. A. peningkatan energi aktivasi. B. energi aktivasi meningkatkan kerja enzim. C. energi aktivasi tidak mempengaruhi kerja enzim. D. penurunan energi aktivasi. E. kerja enzim tidak ada hubungan dengan energi aktivasi. 4. Asam piruvat merupakan produk dari metabolisme…. A. Glikolisis B. siklus Krebs C. fotosintesis D. siklus Calvin E. dekarboksilasi oksidatif 5. Dalam rantai transfer elektron setiap 1 molekul NADH akan menghasilkan …. A. 1 ATP B. 2 ATP C. 3 ATP D. 4 ATP E. 6 ATP 23

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 9.2. Latihan Essay Kerjakan semua soal di bawah ini di kertas, kemudian cocokan dengan alternatif penyelesaiannya! 1. Perhatikan tabel berikut ini! Buatlah simpulan pada tabel di atas! Altenatif penyelesaian Enzim sangat dipengaruhi suhu dan ph, pada suhu optimun 37 Celcius dan pH 7 hal itu didukung dengan jumlah gelembung yang menunjukkan adanya oksigen cukup banyak. 2. Perhatikan grafik di bawah ini dan buatlah simpulannya! Altenatif penyelesaian Reaksi metabolisme yang menggunakan enzim dengan menggunakan energi yang lebih rendah daripada tanpa adanya Latihan Essay enzim 3. Jelaskan hubungan metabolisme antara karbohidrat dan lemak! 24

Modul biologi Kelas. XII KD 3.3 DAFTAR PUSTAKA Aryilina, Diah. Dkk, 2007. Biologi SMA dan MA untuk Kelas XII, Jakarta, Erlangga Campbell, N.A., J.B. Reece, & L.G. Mitchell. 2003. Biologi.Edisi ke-5. Terj. Dari Biologi,5th ed. oleh Manulu, W. Jakarta: Penerbit Erlangga. Irmaningtyas. 2014. Biologi untuk SMA/MA Kelas XI Kelompok peminatan Matematika dan Imu Alam. Jakarta: Erlangga Diakses dari laman http://biologi.blogsome.com/2011/08/16/enzim/ pada 14 November 2022 Diakses dari laman http://www.biologi-sel.com/2012/06/anabolisme-dan-katabolisme.html pada 14 November 2022 Diakses dari laman http://yudhim.blogspot.com/2008/01/katabolisme.html pada 21 November 2022 25