METABOLISME

BIOLOGI

“METABOLISME”

Guru Pembimbing Bapak SUKARNO, S. Pd, M. Si

DI SUSUN OLEH:

NAMA      : RISMAWATI

NO           : 25

KELAS     : XIIA2

SMA NEGERI 1 SUKODONO

TAHUN AJARAN 2012/2013

SOAL SERTA JAWABAN

BIOLOGI

“METABOLISME”

1.        Jelaskan pengertian metabolisme dan macamnya, jelaskan!

Jawab:

Metabolisme adalah Proses reaksi kimia sel yang melibatkan enzim.

Macam-Macam Metabolisme :

1)      Anabolisme

Adalah Reaksi penyusunan senyawa kompleks dari yang sederhana. Contoh : pembentukan senyawa seperti pati, selulosa, lemak, protein, dan asam nukleat. Pada peristiwa anabolisme memerlukan masukan energi.

Macam-macam anabolisme :

·         Fotosintesis                  Reaksi :                       Ginjal

·         Khemosintesis                                                 

·         Sintesis lemak                      (Hati)            Adrenalin

·         Sintesis protein                  Glikogen                                Glukosa

·         Glikogenesis                     (Gula Otot)          Insulin

2)    Katabolisme

Adalah Reaksi penguraian zat kimia dari yang kompleks ke yang sederhana. Contoh : respirasi, yaitu proses oksidasi gula menjadi H₂O dan CO_2.

Reaksi :

                           Respirasi

C₂H₁₂O₆  + O₂                         CO₂ + H₂O + Energi

                                                                    Fotosintesis

Macam-macam katabolisme :

·         Respirasi aerob

·         Respirasi an-aerob (fermentasi)

·         Penguraian lemak

·         Penguraian protein

·         Glikogenelisis

2.       Jelaskan pengertian enzim dan macamnya!

Jawab :

Enzim adalah protein yang berfungsi untuk mempercepat reaksi-reaksi biologi tanpa mengalami perubahan struktur kimia.

Berdasarkan komponen penyusunannya, enzim dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu :

1)       Enzim protein sederhana, yang hanya tersusun atas protein saja

2)     Enzim konjugasi, yang terdiri atas protein dan non protein.

Enzim Protein Sederhana

 

                                                            Apoenzim

                                                            (Bagian Protein)

                                                                        Gugus Prostetik : Cn, Fe, Mn, Zn,

Enzim                                                                                     Ca, K, Co

                                                                                   

                                                                        Koenzim : senyawa organik tak

                                                                            Melekat pada bagian protein

                        Enzim Konjugasi                       enzim, misalnya NAD,

                            (Holoenzim)                            NADP, koenzim A.

3.       Jelaskan cara kerja enzim beri penjelasan dengan illustrasi gambar!

Jawab :

Cara Kerja Enzim

Reaksi enzimatis dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

Enzim + Substrat             Kompleks Enzim – Substrat            Produk + Enzim

   E              S                                       ES                                     P            E

            Enzim dan Substrat bergabung membentuk kompleks enzim-substrat kemudian terurai menjadi produk. Enzim dilepaskan kembali pada akhir reksi dan dapat digunakan untuk reaksi selanjutnya dengan molekul substrat yang lain.

            Tempat menempelnya enzim pada substrat disebut sisi aktif enzim. Ada dua teori yang menjelaskan yaitu:

1)       Teori Lock and Key (Kunci dan Anak Kunci), yang dikemukakan oleh Emil Fischer.

·         Antara enzim dan substrat terjadi persatuan yang kaku seperti kunci dan anak kunci.

·         Substrat ibarat kunci yang bentuknya komplemen dengan anak kunci yang berfungsi sebagai enzim.

·         Salam reaksi berjalan, enzim dan substrat berkombinasi esmentara membentuk kompleks enzim substrat.

·         Setelah reaksi, hasil-hasil reaksi tidak lagi dengan sisi aktif/sisi katalitiknya.

Gambar Teori Lock and Key (Kunci dan Anak Kunci).

2)     Teori Induced Fit (Induksi Pas), yang dikemukakan oleh Koshland.

·         Enzim dan sisi aktifnya merupaka struktur yang secara fisik fleksibel daripada Teori Emil Fischer.

·         Terjadi interaksi dinamis antar enzim dan substrat.

·         Jika substrat berkombinasi dengan enzim, akan terjadi perubahan dalam struktur (konformasi) sisi aktif enzim sehingga fungsi enzim berlangsung efektif.

·         Struktur molekul substrat juga berubah selama  diinduksi sehingga kompleks enzim-substrat lebih berfungsi.

Gambar Teori Induced Fit (Induksi Pas)

4.       Jelaskan factor apa saja yang mempengaruhi kerja enzim? Dan buatlah diagram yang menunjukkan hubungan antara factor tersebut dengan kecepatan reksi enzim!

Jawab :

Factor yang mempengaruhi kerja enzim, antara lain :

1)       Suhu

Enzim bekerja optimal pada suhu 30^o – 37^o atau pada suhu tubuh dan akan rusak pada suhu tinggi. Biasanya enzim bersifat non aktif pada suhu rendah, tetapi tidak rusak. Jika suhunya kembali normal enzim mampu bekerja kembali.

2)     Derajat Keasaman atau pH

Enzim bekerja optimal pada pH netral, kecuali beberapa enzim tertentu yang bekerja pada keadaan asam atau basa. Jika derajat keasaman berubah, kerja enzim akan terhambat bahkan menjadi rusak.

3)     Hasil Akhir

Kerja enzim dipengaruhi oleh konsentrasi hasil akhir. Hasil akhir yang terakumulasi dalam jumlah berlebihan menyebabkan kerja enzim terhambat. Hal ini disebabkan enzim sulit membentuk ikatan dengan substrat. Semakin banyak produk yang terakumulasi semakin lambat kerja enzim.

4)     Konsentrasi Substrat

Sampai batas tertentu, semakin banyak substrat maka kerja enzim semakin cepat.

5)     Zat Penghambat (Inhibator)

Inhibator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu

·         Inhibator kompetitif

Inhibator kompetitif menghambat kerja enzim dengan cara menempati sisi aktif enzim sehingga substrat tidak dapat berkaitan dengan enzim. Inhibator ini dapat dihilangkan dengan penambah konsentrasi substrat.

·         Inhibator non kompetitif

Inhibator non kompetitif bekerja dengan cara menempati bagian lain dengan permukaan enzim sehingga dapat mengubah sisi aktifnya. Inhibator ini dapat dihilangkan dengan cara penambahan konsentrasi substrat.

6)     Pengaruh Konsentrasi Enzim

Jika factor lain seperti temperature lingkungan, kadar substrat, dan pH-nya konstan, pengaruh konsentrasi enzim terhadap kecepatan reaksi kimia berbanding lurus, artinya makin tinggi konsentrasi enzim, maka makin cepat reaksi kimia berlangsung.

7)      Kadar Air

Beberapa enzim baru aktif setelah mempunyai kadar air tertentu. Contohnya biji-bijian segera berkecambah setelah direndam dalam air selama periode waktu tertentu. Perendaman ini mengaktifkan enzim-enzim sehingga memacu pertumbuhan embrio yang ditunjukkan oleh terjadinya perkecambahan.

8)      Pengaruh Zat Penggiat

Ada beberapa jenis zat seperti ion kobalt, mangan, nikel, magnesium, klor, dan garam-garam dari logam alkali tanah yang encer dapat meningkatkan aktivitas suatu enzim atau suatu kelompok enzim.

5.       Jelaskan sifat-sifat enzim!

      Jawab :

      Sifat-sifat enzim, diantaranya sebagai berikut :

1)       Merupakan protein.

2)     Biokatalisator, yaitu katalisator hidup yang mempercepat reaksi kimia tetapi tidak berubah setelah proses reaksi selesai.

3)     Mempercepat reaksi kimia dengan jalan menurunkan energy aktivasi, yaitu energy awal yang diperlukan untuk memulai reaksi.

4)     Tidak mengubah kesetimbangan reaksi.

5)     Bekerja sangat spesifik, yaitu satu substrat, satu enzim.

6)     Memiliki sisi aktif atau sisi katalitik, yaitu bagian enzim tempat substrat berkombinasi.

7)      Substrat “asing” yang berfungsi menghambat reaksi disebut inhibator, dan yang berfungsi mempercepat reaksi disebut activator.

6.       Jelaskan proses fotosintesis secara lengkap beserta tahapannya!

Jawab :

Fotosintesis adalah sintesis zat dengan bantuan energy cahaya.

·         Terjadi di klorofil                     dalam kloroplas atau tidak

·         Reaksi sederhana

M

                 Me         Mi

CO₂ + H₂O        klorofil          C₆H₁₂O₆ + O₂

                                                     Respirasi Sel

     

Proses fotosintesis diawali dari penangkapan energy cahaya diikuti dengan aliran electron dan penggunaan energy yang dilepaskan electron untuk menghasilkan senyawa organic.

Fotosintesis berlangsung dalam dua tahap :

1)       Reaksi Terang   : - Butuh Cahaya

            : - Terjadi di grana           tilakoid         klorofil

Reaksi :

                        Terjadi Siklus Hill     R. Siklik    Dari FSi      FSi      Hasil ATP

                                                        R. Non Siklik      Dari FS₂      FS₂         ATP

                                                                                                                  NADPH₂

·         Terjadi                  Fotolisis Diri

      Aktivasi Klorofil

2)    Reaksi Gelap

Reaksi :

Terjadi Di Stroma

                                                            Fiksasi CO₂ Oleh RuBP

                                                                        Reduksi NADPH₂

·         Terjadi          Terjadi Proses        Siklus Calvin           Regenerasi RuBP

7.       Jelaskan proses nitrifikasi secara lengkap!

Jawab :

Reaksi :

      Protein

           

        NH₃    +     O₂ Nitrifikasi (Aerob)      NO₂        + O₂     Nitritasi          NO₃

    (Amoniak)       R. Nitrosmaonas           (Nitrit)         B. Nitrobakter   (Nitrat)

                            R. Nitrosococcus           racun                                      Pupuk

8.       Jelaskan proses kemosintesis pada bakteri belerang dan bakteri besi dengan persamaan reaksinya!

Jawab :

·         Bakteri Belerang

Misalnya bakteri sulfur tak berwarna (Thiobacillus) memperoleh energi dengan cara mengoksidasi H₂S.

Reaksinya :

6CO₂  +  6H₂S                    C₆H₁₂O₆  +  6S  +  6H₂O  + Energi

·      Bakteri Besi

Misalnya lipotrik melakukan kemosintesis dengan menggunakan energy hasil oksidasi ferro (Fe²⁺) menjadi ferri (Fe³⁺).

Reaksinya :

  

9.       Jelaskan proses respirasi aerob secara lengkap setiap tahapannya, dan buatlah rangkuman hasilnya!

Jawab :

Gambar Respirasi aerob

Respirasi aerob adalah reaksi katabolisme yang membutuhkan suasana aerobik sehingga dibutuhkan oksigen, dan reaksi ini menghasilkan energi dalam jumlah besar. Energi ini dihasilkan dan disimpan dalam bentuk energi kimia yang siap digunakan, yaitu ATP. Pelepasan gugus posfat menghasilkan energi yang digunakan langsung oleh sel untuk melangsungkan reaksi-reaksi kimia, pertumbuhan, transportasi, gerak, reproduksi, dll. Reaksi respirasi aerob secara sederhana adalah :

C6H12O6 + 6O26CO2 + 6H2O

Proses respirasi aerob berlangsung dalam 4 tahap yang berurutan, yaitu :

1.                    Glikolisis
Pemecahan molekul glukosa (C6) menjadi senyawa asam piruvat (C3).

Glikolisis adalah peristiwa pemecahan satu molekul glukosa (senyawa beratom C 6 buah) menjadi 2 molekul asam piruvat (senyawa beratom C 3 buah). Peristiwa ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma) sel hidup dalam kondisi anaerob (tanpa oksigen bebas) dikatalis oleh enzim-einzim antara lain: heksokinase, isomerase, fosfogliserokinase, piruvatkinase, dehidrogenase. Tahap ini menghasilkan 2 molekul ATP dan 2 molekul NADH₂.

Untuk memecah molekul glukosa menjadi asam piruvat ternyata melalui tahapan terbentuknya senyawa antara, berupa Phosfogliseraldehid (PGAL), yaitu senyawa beratom C6 yang mendapat tambahan posfat yang berasal dari 2ATP, artinya perubahan molekul glukosa memerlukan energi sebanyak 2 molekul ATP.

Pemecahan molekul PGAL menjadi asam piruvat akan melepaskan energi sebanyak 4 molekul ATP dan pelepasan 2 atom hidrogen yang berpotensi energi tinggi, selanjutnya hidrogen yang dilepaskan ini akan ditangkap oleh kofaktor berupa NAD⁺ dan membentuk senyawa 2NADH₂. Hasil akhir dari tahap Glikolisis menghasilkan 2 molekul asam piruvat, 2 molekul ATP, dan 2 molekul NADH₂. Selanjutnya senyawa asam piruvat memasuki membran mitokondria untuk tahap berikutnya.

2.                  Dekarboksilasi Oksidatif

Merupakan tahap antara Glikolisis dengan Siklus Krebs. Sebelum memasuki tahap berikutnya, senyawa asam piruvat akan mengalami oksidasi berupa pelepasan gugus karboksil (COOH) dalam suasana aerob yang disebut dekarboksilasi oksidatif dan penambahan molekul Coenzim-A (Co-A). Peristiwa ini berlangsung di dalam membran mitokondria dikatalisis oleh enzim piruvat-dehidrogenase dan menghasilkan Asetil Co-A, 2CO₂, dan 2NADH₂.

3.                 Siklus Krebs

Reaksi reduksi molekul Asetil CoA menghasilkan asam sitrat dan oksaloasetat.

Hans Krebs menemukan peristiwa pemecahan glukosa disederhanakan secara perlahan di dalam sel secara siklus yang dikenal Daur Asam sitrat, selanjutnya dinamakan Daur Krebs. Daur Krebs berlangsung di dalam matriks mitokondria secara an aerob, dikatalis oleh enzim-enzim antara lain : sitratsintetase, dehidrogenase.

Siklus Krebs diawali dengan masuknya Asetil CoA (beratom C2) yang bereaksi dengan asam oksaloasetat (beratom C4) menghasilkan Asam Sitrat (beratom C6).

Secara bertahap Asam sitrat melepaskan 2 atom C nya sehingga kembali menjadi asam oksaloasetat (beratom C4), peristiwa ini diikuti dengan reaksi reduksi (pelepasan elektron & ion hidrogen) oleh NAD⁺dan FAD⁺ menghasilkan 2 molekul NADH_2, 2 molekul FADH₂, dan 2 molekul ATP. Dari seluruh rangkaian peristiwa siklus Krebs dihasilkan : 4 molekul CO₂, 6 molekul NADH₂ , 2 molekul FADH₂, dan 2 molekul ATP.

4.    Transpor elektron

Reaksi reduksi-oksidasi molekul-molekul NADH₂ dan FADH₂ menghasilkan H₂O dan sejumlah ATP.

Tahap akhir dari respirasi aerob adalah sistem transpor elektron sering disebut juga sistem (enzim) sitokrom oksidase atau sistem rantai pernapasan yang berlangsung pada krista dalam mitokondria. Pada tahap ini melibatkan donor elektron, akseptor elektron, dan reaksi reduksi dan oksidasi (redoks). Donor elektron adalah senyawa yang dihasilkan selama tahap glikolisis maupun siklus Krebs dan berpotensi untuk melepaskan elektron, yaitu NADH₂ dan FADH₂.

Akseptor elektron adalah senyawa yang berperan sebagai penerima elektron yang dilepaskan oleh donor elektron, yaitu enzim sitokrom dan Oksigen.

Sebanyak 10 molekul NADH₂ dan 2 molekul FADH₂ dihasilkan selama tahap glikolisis dan siklus Krebs. Seluruhnya akan memasuki reaksi redoks pada sistem transpor elektron. Setiap pelepasan elektron akan menghasilkan energi berupa ATP, 1 molekul NADH₂ akan menghasilkan 3 molekul ATP, dan 1 molekul FADH₂ akan menghasilkan 2 molekul ATP.

Mula-mula molekul NADH₂ memasuki reaksi dan dihidrolisis oleh enzim dehidrogenase diikuti molekul FADH2 yang dihidrolisis oleh enzim flavoprotein, keduanya melepaskan ion Hidrogen diikuti elektron, peristiwa ini disebut reaksi oksidasi.

Selanjutnya elektron ini akan ditangkap oleh Fe⁺⁺⁺ sebagai akseptor elektron dan dikatalis oleh enzim sitokrom b, c, dan a. Peristiwa ini disebut reaksi reduksi. Reaksi reduksi dan oksidasi ini berjalan terus sampai elektron ini ditangkap oleh Oksigen (O₂) sehingga berikatan dengan ion Hidrogen (H⁺) menghasilkan H₂O (air). Hasil akhir dari sistem transpor elektron ini adalah 34 molekul ATP, 6 molekul H₂O (air).

Secara keseluruhan reaksi respirasi sel aerob menghasilkan 38 molekul ATP, 6 molekul H₂O, dan 2 molekul CO₂.

Proses Respirasi Sel secara singkat terdiri dari 4 tahap, yaitu:

Glukosa              Terjadi Di Sitosol

                                           2 ATP Langsung

1.            Glikolisis                Hasil        2 NADH                              NAD  +  H⁺  - 6 ATP

                                            2 Asam Piruvat

As. Piruvat

2.                  DO                 Terjadi Di Sitosol

  Hasil              -

                                  2 NADH                                NAD  +  H⁺  - 6 ATP

Asetil ko. A                           2CO₂

3.            Siklus Kreb              Terjadi Di Matrik Mitokondria

      Hasil          2 ATP Langsung

                                                6 NADH                              NAD  +  H⁺  - 18 ATP

                                                  2 FADH                             FAD  +  H⁺  - 4 ATP

                                                  2CO₂                           4 ATP Langsung

4.            STE         O₂  +  H⁺             H₂O  +  4 ATP  +  34 ATP

                                                   Total : 38 ATP – 2 ATP = 36

                                                            Matrik Mitokondria

10.   Jelaskan proses fermentasi alcohol secara lengkap!

Jawab :

Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2 selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol.

Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Reaksi : (Pada Kapang/ Jamur, Tumbuhan).

Amilum (Pati)            Dari : Beras, Gandum, Ketan, Singkong

                    Amylase

           C₆H₁₂O₆      Sacaromyces sp.    C₂H₅OH  +  CO₂   +  2 ATP

            Glukosa     Ferm. An- Aerob      Etanol

                                                             Alkohol

11.      Jelaskan fermentasi asam laktat secara lengkap!

Jawab :

Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat. Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi an aerob.

Reaksi : (Pada Otot Hewan, Manusia)

C₆H₁₂O₆                  2CH₃CH (OH) COOH  + 2 ATP

                                  Asam Laktat

                        Penyebab Rasa Pegal Dan Linu

                          Supaya Hilang Melalui             Dibakar (Oksidasi)

                                                                              Glikogenesis

12.    Jelaskan fermentasi asam asetat secara lengkap!

Jawab :

Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol.

Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara an aerob.

Reaksi :

C₆H₁₂O₆      An Aerob         C₂H₅OH  +  CO₃   +  2 ATP

               Sacaromyces     

                                         +O₂      Bakteri                Bacterium Aceti

                                         CH₃COOH       +  H₂O  + 2 ATP

                                  Asam Asetat (Cuka)