MODUL METABOLISME UNTUK SMA PDF

Preview

Summary

LUTHFIYYAH AYU ANNISA (0310172059) ] i KATA PENGANTAR Alhamdulillahirrabil’alamiin, puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberi rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan “Modul Metabolisme” dengan tepat waktu. Tugas ini dibuat untuk memenuhi salah satu tugas waji...

Description

LUTHFIYYAH AYU ANNISA (0310172059)

]

i

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirrabil’alamiin, puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberi rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan “Modul Metabolisme” dengan tepat waktu. Tugas ini dibuat untuk memenuhi salah satu tugas wajib dari mata kuliah Kapita Selekta Biologi. Saya mengucapkan terima kasih kepada dosen pengampu mata kuliah ini yaitu Bapak Muhammad Hasyim Ansyari B., M.Pd yang telah membimbing kami dalam penyusunan modul ini. Dalam menyelesaikan tugas ini, kami menyadari bahwa tugas ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, kami mengharapkan tegur sapa, kritik dan saran yang bersifat membangun dari dosen dan seluruh pembaca, agar dapat dijadikan pedoman perbaikan untuk selanjutnya.

Medan, 05 Mei 2020

i

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ................................................................................................................i DAFTAR ISI ...............................................................................................................................ii UNIT 3 .........................................................................................................................................1

A. Pengertian Metabolisme................................................................................................3 B. Molekul yang mempengaruhi metabolisme ...............................................................5 C. Katabolisme....................................................................................................................11 D. Anabolisme .....................................................................................................................15 RANGKUMAN ..........................................................................................................................24 SOAL LATIHAN .......................................................................................................................25 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................................26

ii

A. Standar Kompetensi :  Siswa memahami pentingnya proses metabolisme pada organisme B. Kompetensi Dasar :  Mendeskripsikan fungsi enzim dalam proses metabolisme  Mendeskripsikan proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat  Menjelaskan keterkaitan antara proses metabolisme karbohidrat dengan metabolisme lemak dan protein. C. Tujuan Pembelajaran : 

Mendefiniskan pengertian enzim



Mendeskripsikan prinsip umum mekanisme kerja enzim.



Mendeskripsikan faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim



Melakukan percobaan untuk mengetahui pengaruh suatu faktor terhadap kerja suatu enzim.



Mendeskripsikan tahap-tahap reaksi katabolisme karbohidrat



Mendiskusikan tahap-tahap reaksi anabolisme karbohidrat, khususnya fotosintesis.



Mendeskripsikan reaksi katabolisme dan anabolisme protein



Menjelaskan keterkaitan antara rekais metabolisme lemak, protein dan karbihidrat.

1

Pendahuluan Salah satu kebutuhan utama makhluk hidup adalah makanan. Makanan merupakan bahan utama yang kita butuhkan untuk menghasilkan energi guna melaksanakan semua aktivitas hidup. Perubahan makanan menjadi energi, tentu terjadi dalam sel sebagai suatu satuan fungsional dan struktural terkecil yang menyusun tubuh makhluk hidup. Dalam makhluk hidup, sel merupakan unit penyusun terkecil. Di dalam sel tersebutlah terjadi aktivitas perubahan reaksi-reaksi untuk menghasilkan energy yang dibutuhkan oleh manusia. Metabolisme adalah suatu proses perubahan reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh. Metabolisme terdiri dari pembentukan makanan (anabolisme) dan juga penguraian makanan menjadi senyawa yang lebih sederhana (katabolisme). Pentingnya proses metabolisme dalam tubuh berpengaruh penting pada kesehatan. Karena didalamnya menyangkut organ-organ yang dijadikan tempat mesin untuk membantu menguraikan senyawa-senyawa kompleks (karbohidrat, lemak, dan protein) seperti lambung, usus halus, hati, dan pancreas.

Peta Konsep

Keterkaitan Antara Anabolisme Dan Katabolisme

2

Metabolisme merupakan totalitas proses kimia di dalam tubuh. Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi. Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup memerlukan energi agar proses kehidupan dapat berlangsung. Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan kemudian mengubahnya dalam bentuk energi lain pada proses metabolisme.  Metabolisme dibedakan atas anabolisme dan katabolisme Anabolisme adalah pembentukan molekul-molekul besar dari molekul-molekul kecil. Misalnya pembentukan senyawa-senyawa seperti pati, selulosa, lemak, protein dan asam nukleat. Pada peristiwa anabolisme memerlukan masukan energi. Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil, dan prosesnya melepaskan energi. Contoh : respirasi, yaitu proses oksidasi gula menjadi H2O dan CO2 Karbohidrat menjadi salah satu komponen makanan yang kompleks. Komponen inilah yang menjadi salah satu bahan dalam proses metabolisme. Karbohidrat merupakan senyawa yang terbentuk dari molekul karbon, hidrogen dan oksigen. Senyawa biologis ini hanya terdapat dalam jumlah 1% dari keseluruhan tubuh manusia, diolah dalam tubuh sebagai bahan makanan, dicadangkan dalam bentuk glikogen dan digunakan sebagai bahan bakar sel, juga dibutuhkan dalam pembentukan tulang rawan. Sumber karbohidrat yang paling banyak berasal dari tumbuhan. Dalam proses untuk menghasilkan energi, semua jenis karbohidrat yang dikonsumsi akan masuk ke dalam sistem pencernaan dan juga usus halus, terkonversi menjadi glukosa untuk kemudian diabsorpsi oleh aliran darah dan ditempatkan ke berbagai organ dan jaringan tubuh. Molekul glukosa hasil konversi berbagai macam jenis karbohidrat inilah yang kemudian akan berfungsi sebagai dasar pembentukan energi di dalam tubuh. Melalui 3

berbagai tahapan dalam proses metabolisme, sel-sel yang terdapat di dalam tubuh dapat mengoksidasi glukosa menjadi CO2 & H2O dimana proses ini juga akan disertai dengan produksi energi. Proses metabolisme glukosa yang terjadi di dalam tubuh ini akan memberikan kontribusi hampir lebih dari 50% bagi ketersediaan energi. Di dalam tubuh, karbohidrat yang telah terkonversi menjadi glukosa tidak hanya akan berfungsi sebagai sumber energi utama bagi kontraksi otot atau aktifitas fisik tubuh, namun glukosa juga akan berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem syaraf pusat termasuk juga untuk kerja otak. Selain itu, karbohidrat yang dikonsumsi juga dapat tersimpan sebagai cadangan energi dalam bentuk glikogen di dalam otot dan hati. Glikogen otot merupakan salah satu sumber energi tubuh saat sedang berolahraga sedangkan glikogen hati dapat berfungsi untuk membantu menjaga ketersediaan glukosa di dalam sel darah dan sistem pusat syaraf.

Metabolisme adalah keseluruhan perubahan reaksi kimia yang berlangsung dalam sel tubuh mahkluk hidup dengan konsekuensi perubahan energi yang menyertainya. Anabolisme adalah peristiwa penyusunan senyawa kompleks (organik) dari senyawa sederhana (anorganik) dengan bantuan energi dari luar sehingga reaksinya termasuk endotermis (endergonik). Contoh peristiwa fotosintesis dan khemosintesis. Katabolisme adalah peristiwa pemecahan senyawa kompleks (organik) menjadi senyawa sederhana (anorganik) dan membebaskan energi, sehingga reaksinya termasuk eksotermis (eksergonik). Contoh peristiwa fermentasi dan respirasi

4

ATP merupakan molekul berenergi tinggi. Molekul ini merupakan ikatan adenosin yang mengikat tiga gugusan pospat, dengan ikatan yang lemah / labil sehingga mudah melepaskan ikatan pospatnya pada saat mengalami hidrolisis

Reaksi metabolisme merupakan reaksi enzymatis yang melibatkan enzim

Enzim adalah biokatalisator organik yang dihasilkan organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan dengan protein. Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai berikut.

1. Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia. 2. Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang sama.

5

Enzim disintesis dalam bentuk calon enzim yang tidak aktif, kemudian diaktifkan dalam lingkungan pada kondisi yang tepat. Misalnya, tripsinogen yang disintesis dalam pankreas, diaktifkan dengan memecah salah satu peptidanya untuk membentuk enzim tripsin yang aktif. Bentuk enzim yang tidak aktif ini disebut zimogen. Enzim tersusun atas dua bagian. Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya menyebabkan enzim tidak aktif. Namun keduanya dapat digabungkan menjadi satu, yang disebut holoenzim. Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan koenzim. Enzim tersusun atas senyawa protein dan nonprotein.

Komponen Enzim adalah apoenzim dan gugus prostetik. Apoenzim merupakan bagian aktif enzim, tersususun atas protein dan mudah berubah (labil) terhadap faktor lingkungan, misalnya pH dan suhu. Gugus protestik merupakan gugus yang tidak aktif, berupa unsur – unsur logam, seperti besi (Fe2+), mangan (Mn2+), magnesium (Mg2+) dan natrium (Na+) yang disebut kofaktor. Gugus prostetik juga dapat berupa bahan

organik selain protein seperti vitamin B yang disebut koenzim.

Cara kerja enzim dapat digambarkan melalui hipotesis kunci gembok (lock and key hypothesis). Sisi aktif enzim mempunyai konfigurasi aktif tertentu dan hanya substrat tertentu yang dapat tergabung. Hal ini menyebabkan enzim bekerja secara spesifik. Secara sederhana reaksi enzim dapat dituliskan : E

+

(enzim)

S (substrat)

↔

↔

ES (kompleks)

6

E

+

(enzim)

P (hasil)

ada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu: 1. Teori kunci dan anak kunci (Lock and key) Teori ini dikemukakan oleh Emil Fisher yang menyatakan kerja enzim seperti kunci dan anak kunci, melalui hidrolisis senyawa gula dengan enzim invertase, sebagai berikut:  Enzim memiliki sisi aktivasi, tempat melekat substrat  hubungan antara enzim dan substrat terjadi pada sisi aktivasi  Hubungan antara enzim dan substrat membentuk ikatan yang lemah

2. Teori cocok terinduksi (induced fit theory) a. Enzim dan sisi aktifnya merupakan struktur yang secara fisik lebih fleksibel daripada hypothesis Fischer. b. Terjadi interaksi dinamis antara enzim dan substrat c. Jika substrat berkombinasi dengan enzim, akan terjadi perubahan dalam struktur (konformasi) sisi aktif enzim sehingga fungsi enzim berlangsung efektif. d. Struktur molekul substrat juga berubah selama diinduksi sehingga kompleks enzim-substrat lebih berfungsi.

a. Biokatalisator Enzim berfungsi mempercepat reaksi kimia. Proses percepatan reaksi kimia oleh enzim dengan cara menurunkan energi aktivasinya.

7

b. Protein Sifat – sifat enzim sama dengan protein, yang dipengaruhi suhu dan pH.

Pada suhu rendah enzim mengalami koagulasi dan pada suhu yang tinggi menyebabkan denaturasi. pH yang tidak cocok dapat menyebabkan ionisasi dari gugus karboksil dan amin serta menyebabkan denaturasi. c. Bekerja spesifik Dalam mereaksikan suatu zat tertentu memerlukan enzim tertentu pula atau one enzyme one substrate (satu jenis enzim hanya khusus untuk satu substrat). Contoh enzim maltase hanya dapat memecah maltosa menjadi glukosa saja. d.

Tidak berperan bolak-balik Enzim dapat bekerja menguraikan suatu substrat menjadi substrat tertentu akan tetapi tidak dapat kembali menyusun substrat semula. Sebagai contoh enzim kelompok protease dapat menguraikan protein menjadi asam amino, tetapi tidak dapat menggabungkan asam amino dengan asam amino yang lain menjadi protein.

e.

Bekerja cepat Enzim dapat bekerja cepat. Sifat cepat enzim disebabkan enzim hanya berfungsi menurunkan energi aktivasi pada awal reaksi kimia dalam sel.

f.

Enzim ikut bereaksi dan terbentuk kembali pada akhir reaksi Enzim dapat mempercepat reaksi dengan menurunkan energi aktivasi dengan jalan ikut bereaksi dan terbentuk kembali pada akhir reaksi. Tetapi enzim kadang menjadi rusak selama reaksi dan harus diganti.

g.

Kerja enzim dipengaruhi lingkungan Inhibitor mempunyai struktur mirip substrat dan dapat tergabung dalam reaksi enzimatik sehingga aktivitas enzim menjadi terganggu. Inhibitor yang menghambat kerja enzim pada sisi pasif disebut inhibitor nonkompetitif

8

1. Temperatur

1.

Temperatur Enzim tersusun dari protein, maka enzim sangat peka terhadap temperature, temperature yang tinggi dapat meyebabkan denaturasi protein sedang temperature yang rendah dapat menghambat reaksi. Temperature yang optimum enzim adalah 30-40t.

2.

Perubahan PH Enzim juga sangat terpengaruh oleh PH. Perubahan PH dapat mempengaruhi perubahan asam amino, pada sisi aktif.

3.

Inhibitor Merupakan zat yang dapat menghambat kerja enzim. Bersifat reversible dan irreversible. Inhibitor reversible dibedakan menjadi inhibitor kompetitif dan nonkompetitif.  Inhibitor Kompetitif Menghambat kerja enzim dengan menempati sisi aktif enzim. Inhibitor ini besaing dengan substrat untuk berikatan dengan sisi aktif enzim. Pengambatan bersifat reversibel (dapat kembali seperti semula) dan dapat dihilangkan dengan menambah konsentrasi substrat. Inhibitor kompetitif misalnya malonat dan oksalosuksinat, yang bersaing dengan substrat untuk berikatan dengan enzim suksinat dehidrogenase, yaitu enzim yang bekerja pada substrat oseli suksinat  Inhibitor nonkompetitif. Inhibitor ini biasanya berupa senyawa kimia yang tidak mirip dengan substrat dan berikatan pada sisi selain sisi aktif enzim. Ikatan ini menyebabkan perubahan bentuk enzim sehingga sisi aktif enzim tidak sesuai lagi dengan substratnya. Contohnya antibiotik penisilin 9

menghambat kerja enzim penyusun konsentrasi substrat. dinding sel bakteri. Inhibitor ini bersifat reversible tetapi tidak dapat dihilangkan dengan menambahkan

4.

Konsentrasi Enzim Agar reaksi berjalan optimum maka perbandingan jumlah enzim dan subshar harus sesuai. Semakin banyak enzim, reaksi akan semakin cepat. berdasarkan peristiwa-peristiwa yang terjadi dalam suatu reaksi, maka enzim dapat di golongkan menjadi dua, yaitu : a.

Golongan Hidrolase yaitu enzim yang dengan penambahan air atau adanya air dapat mengubah suatu menjadi hasil akgir, missal karboksilase, protease dan lipase.

b.

Golongan Desmolase, yaitu enzim yang dapat memecah ikatan Contoh : Peroksidasi, katalase, dll

10

Katabolisme merupakan reaksi pemecahan/penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi sederhana (anorganik) yang akan menghasilkan energi. Berdasarkan kebutuhan oksigennya respirasi dibedakan menjadi respirasi aerobik, yaitu respirasi yang menggunakan oksigen untuk menghasilkan energi dan respirasi anaerobik, yaitu respirasi yang tidak menggunakan oksigen untuk menghasilkan energi.

Respirasi aerob secara garis besar dapat dibedakan menjadi 3 tahapan utama dan 1 tahap transisi, yaitu glikolisis, (dekarboksilasi oksidatif), siklus krebs, dan tranpor elektron. a.

Glikolisis Glikolisis adalah peristiwa pemecahan satu molekul glokosa (6 atom C)

menjadi asam piruvat (3 atom C) yang berlangsung di sitosol sitoplasma dalam kondisi anaerob. Pada peristiwa ini menghasilkan hasil samping berupa 2 molekul NADH2 dan 2 molekul ATP. Untuk mempernudah memahami peristiws glikolisis dapat diringkas menjadi dua tahapan pokok sebagai berikut.

11

Berdasarkan tahapan di atas, untuk memecah glukosa menjadi asam piruvat dibutuhkan 2 ATP, terjadi pelepasan energi 4 ATP, serta pelepasan hidrogen yang ditangkap oleh kofaktor NAD+ (Nicotinamide Adenie Dinucleotida) menjadi NADH. Hasil bersih dari pemecahan 1 glukosa dalam glikolisis adalah 2 molekul asam piruvat, 2 ATP dan 2 NADH2. b.

Dekarboksilasi Oksidatif Dekarboksilasi Oksidatif adalah peristiwa pelepasan gugus karboksil dari asam

piruvat (2 C3) dan penambahan molekul koA sehingga menghasilkan Asetil koA (2 C2) dalam suasana aerob yang berlangsung di membran krista mitokondria. Bukti adanya pelepasan gugus karboksil dari 2 asam pirvat adalah dihasilkannya 2 CO2 dan 2 NADH2 pada akhir reaksi. Reaksi dekarboksilasi oksidatif dikatalisis oleh enzim piruvat dehidrogenase. c.

Siklus krebs Daur asam sitrat atau daur Krebs adalah siklus pemecahan asetil KoA menjadi

CO2 yang berlangsung secara anaerob di dalam matriks mitokondria. Asetil koA sebagai bahan dalam siklus ini masuk dan bereaksi dengan asam oksaloasetat (C4) menjadi asam sitrat (C8). Selanjutnya asam sitrat (6C) akan secara bertahap akan melepaskan 2 atom C-nya sehingga menjadi asam oksaloasetat (C4) lagi. Peristiwa pelepasan atom C diikuti dengan pelepasan energi yang berupa ATP. Pada tiap tahap pelepasan ATP dapat langsung digunakan oleh sel. Selain ATP, hydrogen juga dilepaskan, bergabung dengan NAD dan FAD (Flavoadenine Dinukleotida) menjadi NADH dan FADH2 untuk dibawa menuju system transpor yang direaksikan dengan oksigen menghasilkan air. Secara ringkas siklus krebs terbagi menjadi 5 tahapan : 1.

2 Asetil KoA + 2 Oksaloasetat + H2O → 2 Asam sitrat (2 C2)

2.

(2C4)

(2C6)

2 Asam Sitrat + H2O + 2 NAD → 2 α Ketoglutarat + 2 CO2 + 2 NADH2 (2C6)

(2 C5)

12

3.

2 α Ketoglutarat + 2 ADP + 2 NAD → 2 Suksinat + 2 ATP + 2 CO2 + 2 NADH2 (2 C5)

4.

(2C4)

2 Suksinat + H2O + 2 FAD → 2 Malat + 2 FADH2 (2C4)

5.

(2C4)

2 Malat + 2 NAD → 2 Oksaloasetat + 2 NADH2 (2 C4)

(2 C4)

Berdasarkan ringkasan 5 tahapan proses siklus Krebs di atas dapat diketahui bahwa hasil akhir siklus ini adalah 4 CO2, 6 NADH2, 2 FADH2, dan 2 ATP. d.

Sistem Transpor Elektron Tranpor elektron adalah peristiwa pelepasan elektron berenergi tinggi dari

NADH2 dan FADH2 dari glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs untuk menghasilkan ATP dan H2O yang berlangsung di membran krista dalam suasana aerob. Tahap glikolilis dihasilkan 2 NADH2, dekarboksilasi oksidatif dihasilkan 2 NADH2, dan pada siklus Krebs dihasilkan 6 NADH2 dan 2 FADH2. Total NADH2 dan FADH2 yang terbentuk pada 3 tahap respirasi adalah 10 NADH2 dan 2 FADH2. Selanjutnya 10 NADH2 akan masuk dalam sistem transpor elektron dan dapat melepaskan 30 ATP

(1 NADH setara 3 ATP), sedang 2 ADH2 akan melepaskan 4

ATP (1 FADH2 setara 2 ATP), Hidrogen yang terlepas dari FAD dan NAD selanjutnya akan diterima oleh oksigen dan menjadi H2O. Jumlah hydrogen yang dapat dilepaskan pada transport elektron dari 2 FADH2 (4 H+) dan 10 NADH (10 NADH2 = 20 H+) sebanyak 24 H+. selanjutnya 24 H+ diterima oleh 6 O2 dan membentuk 12 H2O. Pada pembentukan H2O ini O2 berfungsi sebagai akseptor hidrogen. Hasil yang berupa 12 H2O dari transpor elektron ini sebanyak 6 H2O digunakan pada siklus Krebs sehingga hasil bersih molekul air hanya sebanyak 6 H2O.

13

Gambar tranpor elektron Berdasarkan diagram alur transpor elektron diatas dapat disimpulkan bahwa hasil akhir tahap ini berupa 34 ATP dan 6 H2O. Setelah kita mencermati masing – masing tahapan respirasi aerob di atas

maka secara sederhana dapat dituliskan reaksi kimianya sebagai berikut : C6H12O6 + 6 O2 → 6 H2O + 6CO2 + 38 ATP

Respirasi anaerob merupakan reaksi pemecahan karbohidrat untuk mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Sel jamur dan bakteri tertentu dapat melakukan respirasi anaerob. Ketika kita berlari d...