• Fiksasi • Reaksi gelap • Reduksi • Reg en erasi • Pelep asan
Sekilas
Biologi
Melvin Calvin (1911–1997)Melvin Calvin adalah seorang ahli kimia asal Amerika. Bersama Andrew Benson dan James Bassham, ia menemukan siklus reduksi karbon pada proses fotosintesis tum buhan yang disebut siklus Calvin-Benson. Untuk itu, ia m enerim a hadiah nobel dibidang kim ia pada tahun 1961.
Sumber:www.wikipedia.org
(b) (d)
(a)
Sebenarnya siklus ini mengambil satu karbon setiap satu siklusnya. Namun pada awal reaksi, digunakan 3 molekul CO
2 sehingga satu siklus reaksi
ini menghasilkan 1 molekul G3P utuh. c) Pelepasan satu molekul G3P
Lima molekul G3P dari langkah kedua tetap berada dalam siklus. Satu molekul G3P yang dilepaskan dari siklus merupakan hasil bersih fot osint esis. Sel t umbuhan menggunakan dua mol ekul G3P unt uk membentuk satu molekul glukosa.
d) Fase regenerasi RuBP
Rangkaian reaksi kimia menggunakan energi ATP untuk menyusun kembali atom pada lima molekul G3P (total 15 atom C). H al tersebut unt uk membent uk t iga molekul RuBP yang akan digunakan kembali dalam siklus Calvin-Benson. Berapa banyak molekul CO2 yang harus digunakan untuk membentuk satu molekul glukosa dalam siklus Calvin- Benson?
Fotosintesis Tujuan
M enunjukkan zat yang dihasilkan dari fotosintesis A lat dan Bahan
1. 5 buah gelas piala 5. tumbuhan air (H ydrilla) 2. 5 buah tabung reaksi
3. 5 buah corong plastik
4. kertas selofan berwarna merah, hijau, dan biru Langkah Kerja
1. Siapkan 5 buah gelas piala, 5 buah tabung reaksi, 5 buah corong plastik, dan kertas selofan berwarna merah, hijau, dan biru.
2. Siapkan juga ganggang Spirogyra atau tumbuhan air, seperti H ydrilla. 3. Rangkailah alat-alat seperti pada gambar.
Berhat i-hat ilah ket ika memasukkan t abung reaksi, jangan sampai ada gelombang udara yang terperangkap.
4. Gelas piala 1 simpan di tempat teduh, sedangkan gelas piala 2, 3, 4, dan gelas 5 disimpan di tempat terang.
5. Gelas 3 ditutup kertas selofan merah, gelas 4 ditutup kertas selofan hijau, dan gelas 5 ditutup kertas selofan biru.
6. A mati gelembung udara yang muncul setelah beberapa waktu. Data yang diperoleh disusun dalam bentuk tabel.
Pertanyaan
1. Gas apakah yang terdapat pada gelembung udara tersebut? Buktikan. 2. A pakah maksud penutupan tabung piala dengan kertas selofan yang berwarna? 3. Faktor-faktor apakah yang memengaruhi fotosintesis yang diatur dalam
percobaan ini? Jelaskan.
Aktivitas Biologi 2.2
1 2
3 4
5
d. Faktor-Faktor yang M emengaruhi Fotosintesis
Terdapat beberapa fakt or yang memengaruhi fot osint esis pada tumbuhan. Faktor tersebut dapat dikelompokkan menjadi faktor genetis dan faktor lingkungan.
Faktor genetis menentukan sifat dasar fotosintesis suatu tumbuhan. Faktor genetis mengatur lebar daun, jumlah daun, serta konsentrasi klorofil suatu tumbuhan.
Fakt or l i ngkungan memengaruhi fot osi nt esi s suat u t umbuhan sehingga daun t umbuhan dari spesies yang sama dapat memiliki laju fot osi nt esi s yang berbeda. Fakt or l i ngkungan dapat memengaruhi fotosintesis tumbuhan, di antaranya sebagai berikut.
1) Faktor cahaya, sangat mempengarui fotosintesis. Jika tidak terdapat cahaya, fotosintesis tidak terjadi. Ketika cahaya mulai tampak dan intensitasnya semakin naik, fotosintesis pun mulai terjadi dan lajunya naik seiring intensitas cahaya. Laju intensitas maksimum umumnya t erjadi mendekat i t engah hari. Ket ika cahaya mat ahari bersinar sangat terang.
2) Faktor suhu, memengaruhi fotosintesis dengan adanya rentang suhu opt imal bagi fot osint esis. Suhu opt imal t ersebut berkisar ant ara 28–30°C. Fotosintesis umumnya tidak dapat berlangsu ng pada suhu di bawah 5°C dan di atas 50°C. M engapa?
3) Konsentrasi CO2, pada tingkat di bawah 0,15 % dapat meningkatkan laju fotosintesis. A kan tetapi, jika konsentrasi CO2 0,15% atau lebih, st omat a akan menut up dan fot osint esis t erhent i. Bahkan pada beberapa tumbuhan, konsentrasi CO2 di atas normal (0,04%) tidak lagi meningkatkan laju fotosintesis.
4) Ket ersediaan air berperan dalam fot osint esis. Fot osint esis dapat terhenti jika tidak tersedia air yang menyebabkan stomata menutup dan menghentikan laju fotosintesis.
5) Ketersediaan nutrisi, berhubungan dengan pembentukan klorofil serta kofaktor enzim-enzim fotosintesis. Jika nutrisi tersebut tidak tersedia dapat menghambat fotosintesis.
2. Kemosintesis
Kemosintesis merupakan salah satu proses pembentukan (anabolisme) unt uk menghasi l kan mol ekul organi k berenergi . Beberapa bakt eri diketahui memiliki kemampuan ini. Berbeda dengan fotosintesis yang menggunakan energi matahari untuk menghasilkan AT P dan NA DPH , bakteri kemoautotrof menggunakan reaksi kimia anorganik sebagai sumber energi. M ereka dapat mengoksidasi molekul anorganik untuk menghasilkan A T P dan N A DPH, kemudian menggunakannya unt uk mereduksi CO2 menjadi molekul organik.
Bakteri belerang dari genus T hiobacillus, dapat menggunakan sulfur (belerang) untuk menghasilkan molekul organik. Ia mengoksidasi H
2S
(sulfur) menjadi S(sulfat). Berikut reaksinya. Kapankah fotosintesis terjadi? Jika
Anda akan menyiram tanaman, kapankah w aktu yang baik untuk m enyiram tanam an? Faktor apa yang berpengaruh t erhadap w akt u penyiram an t ersebut .
Logika
Biologi
6CO
2 + 12H2S C6H12O6 + 6H2O + 12S
Bak t er i hi dr ogen, H ydr ogenomonas, dapat mengok si dasi H2 (hidrogen) menjadi H2O. A dapun bakt eri besi, Ferrobacillus, mampu mengoksidasi ferro ( Fe2+) menjadi ferri ( Fe3+) unt uk menghasilkan
Kata Kunci
• A i r
• Cahaya
• Karbon dioksida
• Kem oaut ot rof
• Kem osint esis
• Nut risi
molekul organik. Kemosint esis juga t erjadi pada bakt eri N itrosomonas
yang mengoksidasi amoniak (N H3) menjadi nitrit (N O2–). Kemudian,
bakteri N itrobacter mengoksidasi nitrit (NO
2
–) menjadi nitrat (NO 3
–).
M akhluk hidup kemoautotrof tumbuh secara lambat, karena reaksi ini tidak menghasilkan banyak energi. Makhluk hidup ini hidup di tempat- tempat yang ekstrim, tempat makhluk hidup lain tidak bertahan. Contohnya di kawah gunung, di dalam tanah, dan di rekahan dasar laut. Beberapa bakteri kemoautotrof seperti N itrosomonas dan N itrobacter berperan juga dalam siklus materi di ekosistem. Siklus materi apakah itu?
1. A pakah perbedaan fotosintesis dan kemosintesis? 2. A pa sajakah yang dihasilkan dari reaksi terang?
3. M engapa reaksi gelap dinamai demikian? 4. Jelaskan secara ringkas mekanisme fotosintesis. Kerjakanlah di dalam buku latihan.
Latihan Pemahaman Subbab C
Fenilalanin, t irosin lisin, t ript ofan, dan leusin
Aset oaset il KoA
Asam oksaloaset at
Asam aspart at
asp aragin Asam fum arat
Fen ilalan in dan t irosin
Alanin, t reonin sist ein, dan glisin serin
Asam piruvat
Aset il KoA
Asam sit rat
Asam ket og lu t arat Suksinil KoA Isoleusin, m et ion in , dan valin Asam glut am at
Arginin, hist idin, glut am in, dan prolin
Siklus Krebs
Gambar 2.24
Cara asam am ino m em asuki siklus Krebs unt uk m endapat kan energi.
Sumber: Biology, 1999
Kata Kunci
• Am oniak
• Gugus amin
• Pro t ein
D. Metabolisme Protein dan Lemak
Pada awal pembahasan metabolisme, penjelasan lebih banyak ditujukan pada metabolisme karbohidrat. Bagaimana dengan protein dan lemak? Dapatkah protein dan lemak digunakan sebagai sumber energi? Bagaimana jika sel kekurangan atau kelebihan karbohidrat, protein, atau lemak?
1. Penggunaan Protein dan Lemak Sebagai Sumber Energi
Prot ei n dapat di gunakan sebagai sumber energi . A kan t et api , sebelumnya harus dipecah berdasarkan asam amino pembentuknya. A sam amino-asam amino tersebut diubah oleh enzim sehingga gugus karboksil (–COOH ) dari asam amino tersebut dapat menjadi asam piruvat, asetil KoA , atau masuk dalam siklus Krebs. Sebelumnya, gugus amin (–NH
2)
dari asam amino tersebut dipisahkan untuk kemudian diubah menjadi amoniak (N H3) dan dikeluarkan melalui urine.
Jika tubuh kekurangan karbohidrat dan lemak, protein akan dioksidasi untuk menghasilkan energi. Setiap 1 gram protein menghasilkan 4 kkal energi. Perhatikan gamber berikut.
Seperti halnya karbohidrat dan protein, lemak juga dapat digunakan sebagai sumber energi. Bahkan, lemak pada hewan digunakan sebagai penyimpanan energi yang sewaktu-waktu dapat digunakan. Lemak sangat baik digunakan sebagai sumber energi selular karena lemak memiliki rantai karbon yang lebih panjang sehingga berenergi lebih tinggi.
Sebelum digunakan, sel menghidrolisis lemak menjadi asam lemak dan gliserol, kemudian gliserol diubah menjadi 3 fosfogliseraldehid dan memasuki jalur glikolisis. A sam lemak dipecah menjadi dua rantai karbon yang masuk ke siklus Krebs sebagai asetil koA . M elalui jalur-jalur tersebut, satu gram lemak memberikan AT P lebih banyak daripada karbohidrat dan prot ein. Sat u gram lemak mampu menghasilkan 9 kkal energi. Perhatikan gambar berikut.
Gambar 2.25
Jalur respirasi aerob. Prot ein, karbohidrat , dan lem ak m em asuki jalur resp irasi selular m elalui beberapa cara unt uk m enghasilkan en erg i.
2. Pembentukan Protein dan Lemak
Sel memerlukan zat makanan sebagai pembent uk t ubuh maupun sebagai sumber energi. Tidak semua molekul organik digunakan sebagai sumber energi penghasil A T P. M olekul organik menyediakan rangka karbon yang diperlukan sel untuk membangun molekul sel.
Beberapa molekul organik sederhana yang didapat dari makanan dapat langsung digunakan. Contohnya, asam amino hasil hidrolisis protein dapat langsung digunakan sebagai protein sel.
Seringkali sel memerlukan molekul tertentu yang tidak didapat dari makanan. Komponen yang terbentuk sebagai komponen intermediet dari glikolisis dan siklus Krebs, dapat dialihkan ke dalam jalur anabolisme sebagai prekursor unt uk menyint esis mol ekul yang diperl ukan sel . Contohnya, tubuh manusia dapat membentuk asam amino nonesensial
Pro t ein Karb ohid rat Lip id
Asam amino Gula Gliserol Asam lemak
Glikolisis Glukosa Asam piruvat Aset il KoA NH3 (Am oniak) Siklus Krebs
Sumber:Biology: Discovering Life, 1991
Kata Kunci
• Asam lem ak
• Gliserol
Asam am ino
Pro t ein Polisakarida
Glukosa Lem ak Asam lem ak dan gliseraol Asam p iruvat Aset il-KoA Siklus Kreb s
Sintesis asam amino, nukleotida, dan molekul lain
Po lim er (protein, asam nukleat ) NH3 CO2 – Kat ab olism e
– Sint esis unt uk
penyim panan energi cadangan at au pem bent ukan m olekul st rukt ural
Sumber: Biology, 1999
Glikoisis
Gambar 2.26
Jalur m et abolism e bagi sint esis penyim panan energi cadangan at au p em b ent ukan m olekul st rukt ural dengan memodifikasi komponen yang dialihkan dari siklus Krebs. Selain
it u, glukosa dapat dibuat dari asam piruvat , dan asam lemak dapat disintesis dari asetil KoA . Jalur pembentukan molekul anabolisme ini memerlukan A TP. Perhatikan gambar berikut.
Glikolisis dan siklus Krebs berfungsi mengubah beberapa molekul menjadi molekul yang diperlukan t ubuh. Kelebihan makanan dapat disimpan sebagai energi cadangan dalam bent uk lemak, pat i, at au glikogen. Bahan-bahan pembangun sel dapat disintesis dengan mengubah beberapa hasil metabolisme utama menjadi asam amino dan monomer lain yang akhirnya membentuk polimer struktural.
Jika seseorang m elakukan diet dengan cara tidak memakan makanan berlemak, akankah diet yang ia lakukan efektif? Jelaskan.
