Metabolisme merupakan serangkaian peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dalam sel makhluk hidup. Melalui proses metabolisme makanan yang dimakan dapat diubah menjadi energi untuk kelangsungan hidup. Semua makhluk hidup memerlukan energi untuk kelangsungan hidupnya. Kebutuhan energi setiap individu berbeda-beda, sesuai dengan aktivitas yang dilakukan, umur, atau jenis kelamin. Energi dapat diperoleh dari makanan yang dimakan melalui proses metabolisme di dalam tubuh. Laju Metabolisme akan dipengaruhi oleh enzim sebagai biokatalisator. Metabolisme sendiri terdiri atas dua macam yakni katabolisme dan anabolisme. Yuk kita simak lebih dalam lagi mengenai katabolisme dan anabolisme dibawah ini.

Pengertian Katabolisme (Respirasi Seluler)

Katabolisme atau disebut juga desimilasi merupakan rangkaian reaksi kimia yang berkaitan dengan proses pembongkaran, penguraian atau pemecahan molekul/senyawa kompleks menjadi molekul/ senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Penguraian senyawa ini menghasilkan atau melepaskan energi berupa ATP yang tersimpan pada molekul dan biasa digunakan organisme untuk beraktivitas.

Katabolisme mempunyai dua fungsi, yaitu menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain, dan menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas sel. Reaksi yang umum terjadi adalah reaksi oksidasi. Reaksi kimianya membebaskan energi sehingga disebut sebagai reaksi eksergonik.

Energi yang dilepaskan oleh reaksi katabolisme disimpan dalam bentuk fosfat, terutama dalam bentuk ATP (Adenosin trifosfat) dan berenergi elektron tinggi NADH2 (Nikotilamid adenine dinukleotida) serta FADH2 (Flavin adenin dinukleotida). Contoh katabolisme adalah respirasi. Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, katabolisme dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Respirasi aerob : respirasi yang membutuhkan oksigen bebas dari udara untuk menghasilkan energi.

2. Respirasi anaerob : adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi.

Respirasi Aerob

▪ Jalur respirasi yang umum dilakukan oleh makhluk hidup
▪ Menghasilkan energi sebanyak 36 ATP.
▪ Tahapan :

1. Glikolisis
2. Dekarboksilasi Oksidatif
3. Siklus krebs/ siklus asam sitrat/ siklus asam trikarboksilat
4. Transpor Elektron Respirasi (fosforilasi oksidatif)

1. Glikolisis

(Gliko : glukosa, Lisis : pemecahan)
▪ Terjadi di sitoplasma
▪ Proses pemecahan 1 molekul glukosa menjadi 2 molekul asam amino
▪ Substrat : Glukosa. Produk : 2 Asam piruvat, 2 NADH, 2 ATP
▪ Tahapan reaksi ada 10 tahapan:

2. Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat berlangsung dalam matriks mitokondria dan merupakan reaksi kimia yang mengawali siklus krebs. Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA (koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan hilang sebagai CO2 dan akan berdifusi keluar sel.

Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan mengalami oksidasi sehingga gugus hydrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron NAD+. Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA. Hasil akhir dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2 molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1.

3. Siklus Krebs / Siklus Asam Sitrat / Siklus Asam Trikarboksilat

Siklus krebs merupakan tahap ketiga respirasi aerob. Nama siklus ini berasal dari nama orang yang menemukan reaksi respirasi aerob ini, yaitu Hans Krebs. Siklus ini disebut juga siklus asam sitrat. Siklus krebs berlangsung didalam mitokondria pada kelompok eukariota sedangkan pada kelompok prokariota berlangsung didalam sitoplasma.

Dapat disimpulkan bahwa siklus krebs merupakan tahap ketiga dalam respirasi aerob yang mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH2, ATP serta membentuk kembali oksaloasetat. Oksaloasetat ini berfungsi untuk siklus Krebs selanjutnya. Dalam siklus krebs, dari setiap 1 molekul glukosa akan dihasilkan 6 NADH, 2 FADH₂, dan 2 ATP.

4. Transpor Elektron Respirasi (Fosforilasi Oksidatif)

Transpor elektron merupakan serangkaian peristiwa pemindahan electron dan ion hidrogen (H⁺). Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akibat penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yaitu ATP.

Reaksi ini berlangsung di dalam membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi. Reaksinya kompleks, tetapi yang berperan penting adalah NADH, FAD, dan molekul-molekul khusus, seperti Flavo protein, ko-enzim Q, serta beberapa sitokrom.

Dikenal ada beberapa sitokrom, yaitu sitokrom C1, C, A, B, dan A3. Elektron berenergi pertama-tama berasal dari NADH, kemudian ditransfer ke FMN (Flavine Mono Nukleotida), selanjutnya ke Q, sitokrom C1, C, A, B, dan A3, lalu berikatan dengan H yang diambil dari lingkungan sekitarnya. Sampai terjadi reaksi terakhir yang membentuk H₂O. Perhatikan gambar berikut ini.

Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi. Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat. Respirasi anaerob sering disebut juga fermentasi.

Organisme yang melakukan fermentasi di antaranya adalah bakteri dan protista yang hidup di rawa, lumpur, makanan yang diawetkan, atau tempat-tempat lain yang tidak mengandung oksigen. Beberapa organisme dapat berespirasi menggunakan oksigen, tetapi dapat juga melakukan fermentasi. Organisme seperti ini melakukan fermentasi jika lingkungannya miskin oksigen. Sebagai contoh, sel-sel otot dapat melakukan respirasi anaerob jika kekurangan oksigen.

Pada fermentasi, glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan terbentuk 2 ATP. Tetapi, fermentasi tidak bereaksi secara sempurna memecah glukosa menjadi karbondioksida dan air, serta ATP yang dihasilkan pun tidak sebesar ATP yang dihasilkan dari glikolisis. Dari produk yang dihasilkan fermentasi dibedakan menjadi 2 yaitu:

Fermentasi Asam Laktat

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 Alkohol

Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol melalui dua langkah reaksi, yaitu 1) pembebasan CO₂ dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida, 2) reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan digunakan untuk glikolisis. Pada respirasi anaerob energi yang diperoleh lebih sedikit di bandingkan dengan respirasi aerob. Energi yang dihasilkan yaitu 2 ATP setiap molekul glukosa.

Pengertian Anabolisme

Anabolisme disebut juga asimilasi atau sintesis merupakan rangkaian proses reaksi kimia yang berkaitan dengan proses penyusunan atau sintesis molekul/senyawa kompleks dari molekul/ senyawa sederhana atau penyusunan zat dari senyawa/molekul sederhana menjadi senyawa yang kompleks.

Proses tersebut berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup. Anabolisme merupakan kebalikan dari katabolisme. Proses anabolisme memerlukan energi, baik energi panas, cahaya, atau energi kimia. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya disebut fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia disebut kemosintesis. Berikut ini akan dijelaskan mengenai fotosintesis dan kemosintesis.

Fotosintesis

Foton: Energi cahaya, Sintesis: Pembentukan
Merupakan proses pembentukan energi/ ATP yang terjadi pada organisme fotoautotrof (memiliki klorofil) seperti: Cyanobacteria, Ganggang, Lumut, Paku dan Tumbuhan Biji. Urutan Lokasi Fotosintesis:

Tumbuhan ➜ Organ ➜ Daun ➜ Jaringan Mesofil ➜ Kloroplas

1. Reaksi Terang / Reaksi Hills

• butuh cahaya/ light dependent
• saat siang hari
• terjadi di membran tilakoid
• ada 2 tipe reaksi : Siklik & Non siklik
• Hasil reaksi : ATP, NADPH₂, O₂

Tabel Pembeda Non Siklik Dan Siklik Pada Reaksi Terang

Tipe Non Siklik

• Cahaya ditangkap oleh fotosistem II
• Menyebabkan terjadi fotolisis air (pemecahan molekul air)
• Akibatkan elektron pada ion 2H⁺ tereksitasi/ tidak stabil
• Elektron selanjutnya bergerak melewati enzim-enzim fotosintesis secara berurutan, yaitu: Plastoquinon (Pq) Sitokrom Plastosianin (Pc) *Elektron saat melewati sitokrom akan membentuk ATP
• Elektron masuk ke fotosistem I dan bergerak kembali menuju enzim fotosintesis Firidoksin (Fd)
• Elektron berikatan dengan NADP dan berubah menjadi senyawa stabil yaitu NADPH₂

Tipe Siklik

• Elektron masuk ke fotosistem I
• Elektron bergerak melewati enzim Feredoksin (Fd), karena tidak ada NADP⁺ , maka elektron berikatan kembali dengan enzim-enzim fotosintesis yang lain yaitu: Plastoquinon (Pq) Sitokrom Plastosianin (Pc) *Elektron saat melewati sitokrom akan membentuk ATP
• Elektron masuk ke fotosistem I, proses berulang terus menerus

2. Reaksi Gelap / Siklus Calvin-Benson

• Tidak butuh cahaya/ light independent
• Saat malam hari
• Terjadi di stroma
• Hasil reaksi: Glukosa (Karbohidrat)
• Tahapan:
  Fiksasi CO2 proses masuknya karbon dioksida melalui stomata dan diikat oleh enzim Rubisco (RuBp) ➜ Reduksi PGA menjadi PGAL proses reduksi dan oksidasi senyawa fosfogliserat (PGA) menjadi fosfogliseraldehid (PGAL), melalui penambahan ion H dari senyawa NADPH2 dan ion P dari ATP ➜ Regenerasi RuBp pembentukan kembali RuBp.

Berdasarkan reaksi gelapnya, tanaman terbagi atas 3, yaitu:

• Tanaman C3
• Tanaman C4
• Tanaman CAM

Pigmen Fotosintesis

• Klorofil a sebagai pusat reaksi, menyerap gelombang warna biru-merah
• Klorofil b berperan secara tidak langsung, menyerap cahaya kuning-hijau
• Karotenoid

Percobaan Terkait Fotosintesis

Percobaan Sach

Tujuan:

• Membuktikan fotosintesis hasil zat pati/ amilum
• Membuktikan fotosintesis butuh cahaya

Prosedur:

1. Pada pagi hari, sebagian area pada daun dari suatu tanaman ditutupi dengan
   aluminium foil selama 3 jam.
2. Daun tersebut dipetik untuk selanjutnya direndam di larutan alkohol.
3. Larutan alkohol untuk menguraikan klorofil daun, sehingga daun menjadi berwarna putih.
4. Daun ditetesi cairan lugol, pada bagian yang tertutupi aluminium foil dan bagian yang tidak tertutupi aluminium foil.
5. Cairan lugol berfungsi sebagai indikator keberadaan karbohidrat/amilum. Hasil uji dinyatakan positif apabila terdapat warna biru kehitaman.

Percobaan Ingenhousz

Tujuan:

• Membuktikan fotosintesis hasil oksigen
• Membuktikan fotosintesis butuh karbondioksida

Prosedur:

1. Disediakan dua gelas kimia yang masing-masingnya:

• Gelas A : berisi air, tanaman Hydrilla, dan NaHCO3
• Gelas B : berisi air, tanaman Hydrilla

2. Kedua gelas diletakkan pada area yang terkena cahaya

3. Hasil pengamatan dilihat pada pembentukan gelembung udara pada tabung reaksi

4. Semakin banyak gelembung menandakan ada banyak oksigen yang terbentuk.

Percobaan Engelman

Tujuan:

• Membuktikan fotosintesis butuh klorofil
• Membuktikan bahwa klorofil menyerap optimal spektrum warna tertentu

Prosedur:

1. Dibiakkan bakteri autotrof pada suatu media.
2. Bakteri disinari cahaya lampu yang dibiaskan menggunakan prisma
3. Bakteri akan berkumpul di area spektrum warna biru – nila

Kemosintesis

Chemis: Energi kimia, Sintesis: Pembentukan.
Merupakan proses pembentukan energi/ ATP yang terjadi pada organisme kemoautotrof seperti: bakteri.

Daur Nitrogen

• Fiksasi: pengikatan N2 bebas. Contoh: Rhizobium Sp., Anabaena Sp., ganggang laut.
• Amonifikasi : proses pengubahan zat sisa makhluk hidup jadi amoniun
• Nitrifikasi : pembentukan ion nitrat di dalam tanah bagi tanaman yang tidak bisa fiksasi N2 bebas. Ada dua tahapan:
  – Nitritasi : pengubahan amonia menjadi nitrit. Contoh: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus.
  – Nitratasi : pengubahan nitrit jadi nitrat Contoh: Nitrobacter, Nitrospira, Nitrosococcus, Nitrospira.
• Denitrifikasi: pengubahan kembali nitrat menjadi gas nitrogen. Contoh: Micrococcus denitrificans.

Daur Sulfur

Usai menyimak pemaparan diatas, kini kamu makin mahir menguasai seputar katabolisme dan anabolisme.

Oiya, Minco alias Mimin KOCO juga mau kasih bocoran, nih kalau KOCO Star juga menyediakan media pembelajaran jika kamu masih butuh penjelasan yang lebih lengkap lagi. Langsung klik gambar banner ini, ya!

Dapatkan juga akses ke ribuan materi atau video belajar Matematika, IPA, IPS, Bahasa Indonesia, Bahasa Inggris, serta bantuan langsung dari para guru secara live online dengan berlangganan KODIO Learning.