Teknologi dalam Metabolisme Makanan

 Kamu telah mempelajari tentang metabolisme makanan seperti karbohidrat, protein, dan lemak. Kamu telah mengetahui jika kita banyak mengonsumsi makanan berlemak dan kurang berolahraga maka lemak akan menumpuk di jaringan adiposa. Ditambah lagi asam amino dan glukosa dapat disimpan menjadi lemak di dalam tubuh.

        Apakah kamu suka berolahraga? Olahraga apa yang kamu sukai? Umumnya olahraga yang ringan, tetapi dapat membakar lemak adalah olahraga lari. Selain berolahraga sebaiknya kita memperbaiki pola makan. Teknologi yang berkaitan dengan metabolisme makanan sering dihubungkan dengan pola makan seseorang.

        Pola makan yang tidak baik dan sembarangan tanpa mempedulikan tingginya kalori yang dikonsumsi bisa mengakibatkan kegemukan atau obesitas. Selain itu, kita dapat menderita penyakit diabetes melitus. Hal ini memicu jantung koroner, gagal ginjal, dan darah tinggi. Berikut ini beberapa teknologi yang berhubungan dengan metabolisme.

1. Teknologi Makanan dengan Kadar Gula Rendah ◙◙◙◙

Saat ini kesadaran masyarakat untuk menjaga kesehatan semakin tinggi sehingga banyak dikembangkan bahan makanan dengan kadar gula rendah atau sering disebut rendah kalori. Makanan rendah kalori ini adalah makanan yang banyak mengandung serat dan sedikit gula. Contohnya sereal, roti, beras merah, singkong, kacang polong, kacang merah, buah-buahan segar, dan sayuran.

        Makanan rendah kalori ini sangat dibutuhkan untuk orang yang diet atau penderita diabetes. Bahkan makanan yang dikonsumsi tidak menghasilkan kalori karena menggunakan pemanis buatan. Contohnya sakarin, sukralosa, neotam, dan aspartam.

        Sakarin merupakan pemanis buatan dengan tingkat kemanisan 500 kali lebih manis daripada gula pasir. Sukralosa merupakan pemanis buatan dengan tingkat kemanisan sangat tinggi mencapai 600 kali dibanding sukrosa (gula meja). Neotam memiliki rasa manis 8000 kali dibandingkan gula. Aspartam merupakan pemanis buatan yang memiliki tingkat kemanisan kira-kira 200 kali lebih manis daripada gula pasir. Di antara semua pemanis tidak berkalori, hanya aspartam yang mengalami metabolisme. Setiap gram aspartam menghasilkan 4 kalori.

2. Teknologi Pengawetan Makanan ◙◙◙◙

Kemajuan teknologi memungkinkan kita mengembangkan cara baru untuk mengawetkan makanan. Hal ini bertujuan untuk memperoleh kualitas yang lebih baik. ###

Macam-macam pengawetan makanan

⓵ Pengawetan secara Fisika

Pengawetan secara fisika dapat dilakukan dengan cara berikut.

a. Pengeringan, bertujuan mengurangi kandungan kadar air agar bakteri tidak dapat hidup. Misalnya selai pisang.

b. Pemanasan, bertujuan untuk merusak enzim-enzim metabolisme sehingga bakteri tidak dapat aktif kembali. Misalnya pada pembuatan dodol.

c. Pendinginan, bertujuan untuk menghambat pertumbuhan bakteri sehingga makanan menjadi awet. Misalnya telur, sayuran, dan daging yang dimasukkan ke dalam kulkas lebih tahan lama dibandingkan pada suhu ruang.

⓶ Pengawetan secara Kimia

Pengawetan secara kimia melibatkan zat-zat yang bersifat kimiawi sebagai berikut.

a. Pemanisan, dilakukan dengan menambahkan larutan gula yang lebih pekat sehingga bakteri akan mati. Misalnya manisan buah-buahan.

b. Pengasinan, dilakukan dengan menambahkan larutan garam yang lebih pekat sehingga bakteri menjadi mati. Misalnya pembuatan ikan asin.

c. Pengasaman (pH rendah) dengan penambahan asam organik yaitu asam laktat dan asam benzoat. Misalnya pembuatan asinan buah-buahan.

⓷ Pengawetan secara Biologi

Pada saat ini, teknik fermentasi sudah banyak digunakan untuk mengawetkan makanan, misalnya pembuatan kecap.

⓸ Pengalengan

Pernahkah kamu makan buah yang dikalengkan? Pengalengan merupakan salah satu cara untuk mengawetkan makanan. Pengalengan merupakan pengawetan gabungan secara kimia dan fisika, yaitu diberi rasa asam atau manis dan dilakukan pada kondisi hampa udara.

⓹ Pengawetan secara Radiasi

Saat ini, telah banyak digunakan pengawetan secara radiasi yang menggunakan sinar X, ultraviolet, dan gamma. Sinar-sinar ini dapat membunuh mikroba dan menghambat pertunasan, misalnya pengawetan buah-buahan, umbi-umbian, dan biji-bijian.

3. Teknologi Energi Substitusi ◙◙◙◙

Pernahkah kamu sakit atau di rumah sakit? Saat sakit, tubuh kita membutuhkan asupan makanan yang mengandung energi. Contohnya adalah cairan infus, suplemen makanan, dan garam beryodium.

        Cairan infus adalah bahan makanan yang diberikan khusus di pembuluh vena. Cairan ini berupa glukosa yang siap dikonversi menjadi energi oleh tubuh. Cairan infus juga mengandung garam mineral untuk menjaga keseimbangan elektrolit dalam darah.

        Suplemen makanan adalah produk yang digunakan untuk melengkapi makanan yang mengandung satu atau lebih kombinasi bahan. Manfaatnya untuk memelihara kesehatan tubuh. Jika kita mengonsumsi makanan yang seimbang maka suplemen makanan tidak diperlukan tubuh.

        Garam beryodium membantu tersedianya garam mineral mikro yang dibutuhkan tubuh dalam jumlah kecil. Yodium dimanfaatkan tubuh untuk menjaga fungsi kelenjar tiroid. Kelenjar tiroid bertugas untuk mengatur kecepatan pembakaran energi, memproduksi protein, serta mengatur dan menghasilkan hormon. Ketika kelenjar ini kekurangan unsur yodium, tubuh akan merangsang kelenjar tiroid untuk bekerja lebih keras yang mengakibatkan pembengkakan kelenjar tiroid (penyakit gondok).

Sumber :

https://link.quipper.com/id/organizations/5796cd8734c0e70003009ba6/curriculum#curriculum

Metabolisme Lemak

 Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang metabolisme karbohidrat, protein, dan reaksi terang dan gelap. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang metabolisme lemak.

        Bagaimana metabolisme lemak berlangsung? Zat apa yang dihasilkan dari metabolisme tersebut? Agar kalian mengetahui jawabannya, ayo cermati uraian pada topik ini.

🍔 Fungsi Lemak

Manusia dan hewan memiliki cadangan makanan berupa lemak yang disimpan di dalam tubuh. Lemak yang disimpan dalam tubuh dibedakan menjadi dua jenis, yaitu lemak subkutan dan lemak visceral. Lemak subkutan adalah lemak yang terdapat tepat di bawah jaringan kulit, sedangkan lemak visceral adalah lemak yang terdapat di dekat organ tubuh bagian dalam. Lemak visceral berfungsi untuk melindungi organ-organ tubuh bagian dalam. Lemak juga memiliki banyak fungsi diantaranya sebagai berikut.

1. Sebagai penyusun struktur membran sel.

2. Sebagai cadangan energi yang disimpan dalam jaringan adiposa.

3. Sebagai hormon yang mengatur komunikasi antarsel.

4. Sebagai vitamin yang membantu regulasi proses-proses biologis.

5. Media pelarut vitamin yang larut dalam lemak (vitamin A, D,E, dan K).

6. Memperlambat pengosongan pada lambung, sehingga rasa kenyang dapat bertahan lebih lama.

7. Pembentukan sel.

8. Sumber asam lemak esensial.

9. Memelihara suhu tubuh.

🍔 Proses Metabolisme Lemak

Kalian telah mengetahui bahwa lemak dicerna oleh sistem pencernaan menjadi asam lemak dan gliserol. Jika tubuh masih memiliki cukup kalori, maka asam lemak akan mengalami esterifikasi, yaitu reaksi antara ester dan gliserol membentuk trigliserida sebagai cadangan energi. Jika kebutuhan energi dari karbohidrat tidak mencukupi, maka akan terjadi oksidasi lemak untuk memenuhi kebutuhan energi tubuh. Bagaimana proses asam lemak dan gliserol menghasilkan ATP? Ayo perhatikan gambar berikut.

        Berdasarkan pemecahan lemak di atas, kalian dapat melihat bahwa ada dua cara lemak menghasilkan energi, yaitu dengan katabolisme gliserol dan oksidasi asam lemak.

🌾 Katabolisme gliserol

Gliserol merupakan hasil hidrolisis lemak (trigliserida) yang dapat menjadi sumber energi. Gliserol ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat, yaitu glikolisis. Gliserol mendapat 1 gugus fosfat dari ATP untuk membentuk gliserol 3-fosfat. Kemudian, gliserol 3-fosfat diubah menjadi asam piruvat. Selanjutnya, asam piruvat masuk ke dalam siklus Krebs untuk menghasilkan ATP.

🌾 Oksidasi asam lemak

Asam lemak yang dihasilkan dari hidrolisis trigliserida akan diproses dalam oksidasi beta untuk menghasilkan energi. Asam lemak ini akan diubah menjadi asetil KoA yang masuk ke dalam siklus Krebs. Sebelum dipecah dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan terlebih dahulu menjadi asetil-KoA---contohnya asam palmitat ---agar menjadi palmitoyl-KoA (C16). Selanjutnya, palmitoyl-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan sebagai berikut.

1. Palmitoyl-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini akan dihasilkan energi 2P (+2P).

2. Selanjutnya delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA.

3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini akan dihasilkan energi 3P (+3P).

4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan miristoyl-KoA (C14) yang telah kehilangan 2 atom C.

5. Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini, selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat atau Krebs.

        Oksidasi asam lemak, biasa disebut oksidasi beta, menghasilkan asetil KoA. Asetil KoA akan memasuki siklus Krebs dan menghasilkan energi seperti karbohidrat. Asam lemak berfungsi sebagai penghasil energi menggantikan glukosa dalam siklus Krebs. Tahukah kalian berapa jumlah ATP yang dihasilkan dari oksidasi asam lemak?

        Oksidasi asam lemak menghasilkan 44 ATP. Semakin panjang rantai karbon yang menyusun asam lemak, semakin besar energi yang dihasilkan. Asam palmitat yang mempunyai 16 atom C dapat menghasilkan 129 ATP. Bukan hanya itu, senyawa lain hasil hidrolisis lemak, yaitu gliserol juga menghasilkan cukup banyak energi, sekitar (36 ATP).

Sumber :

https://link.quipper.com/id/organizations/5796cd8734c0e70003009ba6/curriculum#curriculum

Hubungan antara metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein

 Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Bagaimana hubungan antara ketiga senyawa tersebut? Nah pada topik ini, kalian akan belajar tentang hubungan metabolisme ketiganya.

            

        Apakah kalian pernah mengalami peristiwa seperti ilustrasi di atas? Biasanya, saat bapak/ ibu guru tidak hadir, beliau akan digantikan oleh guru yang lain agar kalian bisa tetap belajar seperti biasa. Begitu juga dengan metabolisme, saat glukosa dalam darah turun, tubuh akan merombak lemak untuk dijadikan sumber energi. Saat lemak sudah menipis, proteinlah yang akan diubah menjadi sumber energi. Dimanakah ketiga senyawa tersebut bertemu dan saling menggantikan?

🔃 Hubungan antara Protein, Lemak, dan Karbohidrat

Karbohidrat, lemak, dan protein adalah senyawa yang saling berkaitan satu sama lain. Ketiga senyawa tersebut bertemu dalam proses metabolisme, yaitu di dalam siklus Krebs. Sebagian besar pertemuan tersebut melalui pintu awal siklus Krebs, yaitu asetil koenzim A (asetil KoA). Ayo perhatikan ilustrasi berikut.

                              

        Protein, lemak, dan karbohidrat dapat ditemukan di dalam senyawa Asetil KoA. Lalu, asetil KoA tersebut akan masuk ke dalam siklus Krebs. Pada gambar di atas, ditunjukkan bahwa sel menggunakan ketiga molekul tersebut---protein, lemak, dan karbohidrat---untuk menghasilkan ATP sebagai sumber energi. Protein tidak dapat dimanfaatkan secara langsung, tetapi dicerna terlebih dahulu menjadi asam amino. Selanjutnya, asam amino akan diubah menjadi asam piruvat, asetil KoA oleh suatu enzim. Asam amino tersebut akan langsung masuk ke dalam siklus Krebs. Pengubahan asam amino melalui proses deaminasi akan menghasilkan NH3 yang bersifat racun dan akan dikeluarkan dari tubuh melalui ginjal.

        Karbohidrat akan dicerna menjadi glukosa. Selanjutnya, sel tubuh akan merombak glukosa tersebut melalui proses glikolisis dan daur asam sitrat atau Krebs untuk menghasilkan energi. Berikut ini ringkasan metabolisme karbohidrat.

            

        Sel tubuh juga akan mencerna lemak untuk menghasilkan energi. Sel akan menghidrolisis lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Kemudian, gliserol diubah menjadi gliseraldehid–3–fosfat (G3P) dalam proses glikolisis. Lemak merupakan sumber energi utama karena mengandung atom hidrogen terikat dalam jumlah besar. Selain itu, lemak merupakan senyawa karbon yang paling banyak tereduksi, sehingga lebih banyak menyimpan energi. Apabila terjadi pembakaran sempurna, maka energi yang dibebaskan akan semakin banyak. Hal ini dikarenakan adanya pembebasan elektron yang lebih banyak.

        Saat kalian mengonsumsi makanan yang mengandung banyak lemak, kalian akan cepat merasa kenyang. Ternyata, lemak menghasilkan ATP dua kali lebih banyak daripada karbohidrat pada berat yang sama. Oleh karena itu, manusia dan hewan menyimpan cadangan makanan dalam bentuk lemak tubuh. Apa yang terjadi jika lemak banyak menumpuk di dalam tubuh? Kalian akan mengalami obesitas atau kegemukan. Untuk mendapatkan berat badan ideal, kalian dapat melakukan olahraga atau diet yang sehat.

🔃 Protein dan Karbohidrat dapat diubah Menjadi Lemak

Kalian telah mengetahui bahwa protein, lemak, dan karbohidrat dapat saling mengisi sebagai bahan penghasil energi tubuh. Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein.

        Sintesis lemak dari karbohidrat dimulai saat glukosa diuraikan menjadi asam piruvat. Kalian telah mengetahui bahwa asam piruvat ini akan diubah menjadi asetil KoA kemudian diubah menjadi asam lemak. Sebagian asam piruvat diubah menjadi gliserol. Nah, asam lemak dan gliserol ini akan diubah menjadi lemak.

        Begitu juga dengan sintesis lemak dari protein. Asam amino yang terbentuk akan mengalami deaminasi. Kemudian, masuk ke dalam siklus Krebs menjadi asam piruvat, selanjutnya akan berubah menjadi asetil koenzim A. Asetil koenzim A akan diubah menjadi asam lemak. Beberapa jenis asam amino seperti serin, alanine, dan leusin dapat diuraikan menjadi asam piruvat kemudian menjadi gliserol. Gliserol dan asam lemak akan membentuk lemak.

Sumber :

https://link.quipper.com/id/organizations/5796cd8734c0e70003009ba6/curriculum#curriculum

Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

 Tahukah kalian bagaimana tumbuhan bisa menghasilkan amilum, oksigen, dan air?

                                     

        Hal tersebut terjadi karena tumbuhan melakukan proses fotosintesis. Sebagaimana kalian ketahui bahwa cahaya merupakan salah satu faktor yang membantu proses fotosintesis. Namun, apakah proses fotosintesis masih dapat berlangsung jika tidak ada cahaya?

        Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua, yaitu reaksi terang, yaitu reaksi yang memerlukan cahaya dan reaksi gelap, yaitu reaksi yang tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbondioksida. Apa itu reaksi terang dan reaksi gelap? Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut.

          

🌿 Reaksi Terang

Reaksi terang merupakan tahap awal sistem fotosintesis yang memerlukan cahaya. Reaksi ini memerlukan bahan utama berupa molekul air (H2O). Reaksi terang berlangsung di dalam membran tilakoid di grana. Dalam tilakoid terdapat fotosistem yang berperan dalam fotosintesis. Fotosistem adalah kumpulan klorofil, akseptor elektron, dan karotenoid atau disebut juga pigmen antena.

        Fotosistem dibagi menjadi dua macam, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Perbedaan antara kedua fotosistem tersebut terletak pada klorofil yang digunakan. Pada fotosistem I, klorofil a sensitif terhadap sinar dengan panjang gelombang 700 nm (P700). Pada fotosistem II, klorofil b sensitif terhadap sinar dengan panjang gelombang 680 nm (P680). Fotosistem II---klorofil b---membantu penyerapan cahaya yang tidak dapat diserap oleh klorofil a.

🔃 Siklus Siklik

Berlangsungnya reaksi terang berkaitan dengan fotosistem. Pada reaksi terang, energi cahaya ditangkap oleh antena dan dikirim ke klorofil a (P700). Elektron pada klorofil a akan tereksitasi (berpindah ke energi yang lebih tinggi).

        Elektron yang dilepaskan ini diterima oleh akseptor elektron. Oleh karena itu, P700 yang menransfer elektron ke akseptor elektron ini, menjadi kekurangan elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya. Perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain disertai transformasi hidrogen. Kemudian, dari rantai transpor elektron akan kembali ke P700. Dengan kembalinya elektron ke P700, fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya. Saat elektron berjalan ke P700 inilah dihasilkan ATP sebagai sumber energi pada reaksi gelap. Sintesis ATP ini disebut dengan fotofosforilasi. Perjalanan elektron di atas disebut transportasi elektron siklik (siklus siklik) karena elektron berawal dari P700 dan kembali ke P700. Bentuk lain dari lintasan elektron adalah siklus nonsiklik.

🔃 Siklus Nonsiklik

Pada transfer elektron nonsiklik, elektron berasal dari P700 dan berakhir pada NADPH. Ayo perhatikan gambar berikut.

        Ketika P680 menerima cahaya, elektronnya akan tereksitasi sehingga elektron lepas dari P680 dan diterima oleh akseptor primer. Sementara itu, air (H2O) akan diurai menjadi dua ion hidrogen dan satu atom oksigen. Elektron yang berasal dari H2O menggantikan elektron yang hilang pada P680. Transpor elektron pada reaksi terang ini melalui rantai transpor elektron menuju fotosistem I (P700). Rantai elektron tersebut adalah plastokuinon (Pq). Plastokuinon merupakan pembawa elektron, kompleks sitokrom, dan plastosianin (Pc), yaitu protein yang mengandung tembaga. Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energi-energi dalam bentuk ATP. Pembentukan ATP---menggunakan energi cahaya---melalui aliran elektron non siklik pada reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non siklik.

          

        Setelah elektron mencapai P700, elektron ditangkap oleh akseptor primer pada fotosistem I. Elektron melalui rantai transpor elektron kedua, yaitu protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase menransfer elektron ke NADP+, sehingga terbentuklah NADPH. NADPH berfungsi untuk menyimpan elektron berenergi tinggi yang akan digunakan dalam sintesis gula pada siklus berikutnya, yaitu siklus Calvin. Dari keterangan di atas kalian dapat mengetahui ada tiga bahan yang dihasilkan saat reaksi terang, yaitu NADPH, ATP, dan O2. NADPH dan ATP digunakan sebagai sumber energi reaksi gelap.

🌿 Reaksi Gelap (Siklus Calvin)

Reaksi gelap ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson. Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis.

        Reaksi gelap terjadi pada stroma kloroplas dan dapat berlangsung dalam kondisi gelap, karena enzim-enzim untuk fiksasi CO2 pada stroma kloroplas tidak memerlukan energi cahaya tetapi membutuhkan ATP dan NADPH yang dihasilkan dari reaksi terang. Reaksi gelap ini menghasilkan glukosa (C6H12O6) yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Perhatikan gambar berikut.

                

        Apa yang kalian lihat dari gambar di atas? Siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi (pengikatan) CO2 oleh enzim ribulosa difosfat (RDP/ RuBP) yang ada dalam stroma. RDP dan CO2 ini membentuk molekul dengan 6 atom karbon yang labil lalu pecah menjadi 12 molekul asam fosfogliserat (APG) dengan 3 atom karbon. Kemudian, APG mengalami fosforilasi kembali menjadi asam difosfogliserat dengan sumber fosfat dari ATP. Selanjutnya, asam difosfogliserat berikatan dengan H2---yang dilepas dari NADPH2---menjadi fosfogliseraldehid (PGAL) dengan 3 atom karbon. Glukosa yang terbentuk dari 3 PGAL dan RDP berfungsi untuk mengikat CO2, sehingga fotosintesis terus berjalan dengan siklus elektron dan RDP---memerlukan CO2---dan menghasilkan glukosa.

Sumber :

https://link.quipper.com/id/organizations/5796cd8734c0e70003009ba6/curriculum#curriculum

Metabolisme Karbohidrat

 Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang anabolisme dan katabolisme. Anabolisme dan katabolisme merupakan bagian dari metabolisme, yaitu seluruh reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh organisme, termasuk yang terjadi pada tingkat sel. Nah, bagaimana jika metabolisme terjadi pada karbohidrat? Pada topik ini, kalian akan mempelajarinya. Yuk simak dengan saksama.

Kalian tentu sering makan nasi atau roti bukan? Nasi atau roti merupakan sumber makanan yang banyak mengandung karbohidrat. Karbohidrat merupakan sumber energi terbesar bagi tubuh.

            

        Apakah kalian juga bertanya-tanya seperti Beta? Bagaimana karbohidrat dapat diubah menjadi energi? Untuk tahu jawabannya, simak uraian di bawah ini ya.

        Pada awalnya, karbohidrat yang masuk ke dalam tubuh akan diubah menjadi glukosa. Glukosa diserap oleh usus halus dan diedarkan oleh darah hingga ke sel-sel tubuh. Glukosa yang masuk ke dalam sel inilah yang akan mengalami metabolisme dan menghasilkan energi. Metabolisme glukosa menjadi energi ini dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transfer elektron.

🍰 Glikolisis

Glikolisis berasal dari kata gliko yang artinya glukosa dan lisis yang artinya pecah atau terurai. Glikolisis merupakan suatu proses penguraian molekul glukosa (6 atom karbon (C)) secara enzimatik menjadi dua molekul asam piruvat (3 atom karbon (C)) seperti pada gambar berikut.

                  

        Proses di atas terlihat sederhana. Namun, sebenarnya masih banyak proses lagi di dalamnya. Hal ini dikarenakan banyaknya enzim yang terlibat dalam proses tersebut. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut.

                          

        Dari gambar di atas, dapat diketahui bahwa reaksi glikolisis terdiri atas dua tahapan utama, yaitu reaksi tahap I dan reaksi tahap II.

a. Reaksi Tahap I (Reaksi 1- 4)

Reaksi tahap I terdiri atas empat reaksi spesifik yang membutuhkan energi sebanyak 2 ATP. Reaksi ini diawali dengan fosforilasi glukosa menjadi glukosa-6-fosfat dengan bantuan 1 ATP dan enzim heksokinase. Selanjutnya, glukosa-6-fosfat dipecah hingga membentuk dua molekul gliseraldehid-3-fosfat dengan bantuan 1 ATP dan enzim fosfoglukoisomerase, fosfofruktokinase, serta aldolase.

b. Reaksi Tahap II (reaksi 5 - 9)

Dua molekul gliseraldehid-3-fosfat hasil reaksi tahap I masing-masing diubah menjadi asam piruvat melalui beberapa tahapan seperti pada gambar. Masing-masing tahapan-tahapan tersebut dibantu oleh enzim triose fosfat dehidrogenase, fosfogliserokinase, enolase, dan piruvat kinase

        Hasil akhir reaksi glikolisis ini sebenarnya adalah 4 molekul ATP. Oleh karena pada reaksi tahap I membutuhkan 2 ATP, maka hasil bersih ATP dari glikolisis adalah 2 molekul ATP. Selain itu, glikolisis juga menghasilkan 2 NADH (Nicotinamid Adenin Dinucleotid Hidrogen) yang berasal dari awal reaksi tahap II.

            

🍰 Dekarboksilasi oksidatif

Reaksi lanjutan dari glikolisis adalah siklus Krebs. Akan tetapi, sebelum memasuki siklus Krebs terjadi reaksi dekarboksilasi oksidatif terlebih dahulu. Setiap asam piruvat yang dihasilkan dari glikolisis akan diubah menjadi asetil koenzim A (asetil KoA) seperti pada gambar berikut.

                          

Hasil akhir proses dekarboksilasi oksidatif ini berupa 2 asetil KoA dan 2 molekul NADH.

                 

🍰 Siklus Krebs

Siklus Krebs pertama kali ditemukan oleh Hans Krebs, seorang ahli biokimia yang banyak berjasa dalam penelitian tentang metabolisme karbohidrat. Siklus Krebs yang disebut juga siklus asam sitrat digambarkan sebagai berikut.

                        

Dari gambar di atas, dapat diketahui bahwa sklus Krebs dibagi menjadi beberapa tahapan berikut ini.

⓵ Asetil KoA (2C) masuk ke dalam siklus Krebs di dalam mitokondria dan bereaksi dengan asam oksaloasetat (4C) membentuk asam sitrat (6C). Dalam proses ini, KoA dibebaskan kembali.

⓶ Asam sitrat (6C) dengan NAD+ membentuk asam alfa-ketoglutarat (5C) dengan membebaskan CO₂ dan menghasilkan NADH.

⓷ Asam alfa-ketoglutarat diubah menjadi asam suksinat (4C) dengan bantuan NAD⁺ dan ADP. Pada reaksi ini, CO₂ dibebaskan dan menghasilkan NADH dan ATP.

⓸ Asam suksinat yang terbentuk, kemudian bereaksi dengan FAD (Flarine Adenine Dinucleotida) membentuk asam malat (4C) dan menghasilkan FADH₂.

⓹ Asam malat (4C) kemudian bereaksi dengan NAD⁺ membentuk asam oksaloasetat (4C) dan menghasilkan NADH. Asam oksaloasetat inilah yang akan kembali bereaksi dengan asetil koA sehingga membentuk siklus.

        Dari tahapan-tahapan di atas, dapat diketahui bahwa siklus krebs mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH₂, ATP, serta membentuk kembali asam oksaloasetat. Secara keseluruhan, dalam siklus krebs dihasilkan 6 NADH, 2 FADH₂, dan 2 ATP.

🍰 Transfer Elektron

Reaksi lanjutan dari siklus Krebs adalah transfer elektron. Reaksi ini merupakan tahap akhir dari keseluruhan proses dalam metabolisme karbohidrat yang menghasilkan 34 ATP. Transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Transfer elektron berakhir setelah elektron dan H+ bereaksi dengan oksigen membentuk H₂O (air). Proses transfer elektron dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

             

💡  Catatan

                              

Sumber :

https://link.quipper.com/id/organizations/5796cd8734c0e70003009ba6/curriculum#curriculum

Metabolisme Protein

 Pada topik sebelumnya, kamu telah mempelajari metabolisme karbohidrat dan metabolisme lipid. Sekarang, kamu akan mempelajari tentang Metabolisme Protein. Protein tersusun dari molekul-molekul yang disebut asam amino. Bagaimana proses metabolisme protein menjadi energi? Ayo cermati uraiannya pada topik ini.

A. Fungsi Protein ◆◆◆--

Protein adalah suatu senyawa organik yang mempunyai ikatan peptida dan berasal dari monomer asam amino. Protein sangat diperlukan oleh tubuh. Fungsi protein tersebut sebagai berikut.
1. Sebagai zat pembangun untuk pertumbuhan.
2. Untuk pemeliharaan jaringan.
3. Untuk menggantikan sel-sel yang telah mati atau rusak.
4. Sebagai mekanisme pertahanan tubuh.
5. Sebagai zat pengatur dalam proses-proses metabolisme dalam bentuk enzim dan hormon.
6. Menyimpan dan meneruskan sifat-sifat keturunan dalam bentuk gen.
7. Menghasilkan energi. Energi yang dihasilkan dari protein setara dengan glukosa yaitu 36 ATP, tetapi lebih rendah dari lemak yang menghasilkan 44 ATP.

        Protein dicerna di dalam tubuh menjadi asam amino. Asam amino ini dihasilkan dari proses hidrolisis protein. Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh, tetapi disimpan dalam bentuk lemak. Jika jumlah asam amino dalam tubuh berlebih, akan digunakan sebagai sumber energi.
        Asam amino terdiri atas asam amino esensial dan nonesensial. Asam amino esensial yaitu asam amino yang tidak dibuat oleh tubuh sehingga kebutuhannya dipasok dari makanan. Terdapat sembilan jenis asam amino esensial, yaitu isoleusin, histidin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, dan valin. Asam amino nonesensial yaitu asam amino yang dapat diproduksi tubuh. Jenis asam amino nonesensial adalah alanin, asparagin, asam aspartat, dan asam glutamat.

B. Proses Metabolisme Protein ◆◆◆--

Bagaimana proses metabolisme protein di dalam sel tubuh? Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amino. Gugus amino ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh.

Dasar metabolisme protein

1. Deaminasi Oksidatif
Deaminasi oksidatif adalah suatu reaksi kimia pada metabolisme yang melepaskan gugus amino dari molekul senyawa asam amino. Gugus amino yang terlepas menjadi amonia. Gugus-gugus amino dilepaskan menjadi ion amonium (NH₄+) yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urine.
2. Transaminasi
Transaminasi adalah proses katabolisme asam amino yang melibatkan pemindahan gugus amino dari asam amino yang satu ke asam amino yang lainnya. Pada proses transaminasi tidak ada gugus amino yang hilang. Hal ini dikarenakan setiap gugus amino yang lepas diikat oleh senyawa keton.

        Deaminasi oksidatif dan transaminasi merupakan proses perubahan protein menjadi zat yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs. Zat hasil deaminasi atau transaminasi yang dapat masuk siklus Krebs adalah alfa ketoglutarat, suksinil ko-A, fumarat, oksaloasetat, dan sitrat.
        Setelah gugus amino dari asam amino dilepas, beberapa asam amino diubah menjadi asam piruvat, asam glutamat, dan fumarat. Asam amino yang diubah ke dalam asam piruvat yang selanjutnya menjadi asetil KoA adalah serin, alanin, sistenin, triptofan, dan tirosin. Asam amino yang diubah menjadi glutamat yang selanjutnya menjadi alfa ketoglutarat dalam siklus Krebs adalah arginin, glutamine, histidin, dan prolin. Asam amino yang diubah menjadi aspartat yang selanjutnya menjadi asam fumarat dalam siklus krebs adalah asparaginin.
        Metabolisme protein berhubungan erat dengan ekskresi NH₃ (urea). Urea dihasilkan di dalam hati dan dikeluarkan melalui ginjal. Jika hati rusak atau ginjal tidak mampu menyaring darah dengan sempurna, maka urea akan menumpuk di dalam darah dan dapat menyebabkan uremia.

Sumber :

https://link.quipper.com/id/organizations/5796cd8734c0e70003009ba6/curriculum#curriculum

 

◙◙◙◙ Anabolisme dan Katabolisme ◙◙◙◙

Pada topik sebelumnya, kamu telah mempelajari enzim dan fungsinya serta penghambatan aktivitas enzim. Enzim sangat dibutuhkan untuk metabolisme dalam tubuh makhluk hidup. Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh organisme, termasuk yang terjadi di tingkat sel.
        Metabolisme dapat dibagi menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme. Tahukah kamu apa yang dimaksud dengan anabolisme dan katabolisme? Kamu akan mengetahuinya setelah mempelajari topik ini.
        Pernahkah kamu membantu ibumu memasak sayur sup di dapur? Apa saja yang diperlukan untuk memasak sayur sup tersebut? Kamu pasti membutuhkan bahan-bahan sup, panci, dan api untuk memasak.
        Nah, begitu juga tumbuhan saat melakukan fotosintesis membutuhkan bahan-bahan seperti CO₂ dan H₂O serta kloroplas sebagai tempat untuk memasak dan cahaya matahari sebagai sumber panas untuk memasak bahan-bahan tersebut menjadi karbohidrat dan O₂ yang dibutuhkan manusia. Fotosintesis merupakan contoh anabolisme.

A. Anabolisme ◙◙◙◙

Anabolisme adalah proses penyusunan zat dari senyawa sederhana menjadi senyawa yang kompleks. Proses anabolisme memerlukan energi seperti cahaya atau energi kimia. Anabolisme yang menggunakan energi cahaya disebut fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia disebut kemosintesis. Sekarang kamu akan mempelajari tentang fotosintesis secara ringkas.
        Pernahkah kamu memperhatikan daun yang terdapat pada tanaman? Tampaknya daun tersebut tidak berarti. Akan tetapi, tahukah kamu bahwa daun merupakan pabrik tanaman yang memproduksi bahan makanan yang dapat disimpan tumbuhan dalam bentuk buah, umbi batang, dan umbi akar.
        Daun memiliki kloroplas yang mengandung zat hijau daun (klorofil). Klorofil dapat menangkap sinar matahari dan menyimpannya menjadi energi kimia. Klorofil ini berperan penting dalam fotosintesis. Proses fotosintesis dibagi menjadi dua tahapan, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang membutuhkan cahaya matahari, sedangkan reaksi gelap tidak membutuhkan cahaya. Reaksi dari fotosintesis adalah sebagai berikut.

6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

        Reaksi terang merupakan salah satu langkah dalam fotosintesis untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Reaksi terang ini berlangsung di dalam grana, sedangkan reaksi gelap di dalam stroma.

B. Katabolisme ◙◙◙◙

Katabolisme merupakan kebalikan dari anabolisme. Katabolisme merupakan reaksi penguraian atau pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana untuk menghasilkan energi. Contohnya katabolisme karbohidrat, lemak, dan protein.

1. Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme karbohidrat makhluk hidup dibedakan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob. Ayo cermati uraian berikut.
a. Respirasi Aerob
Respirasi terjadi di dalam sel makhluk hidup. Oleh karena itu, disebut respirasi sel. Organel sel yang berfungsi untuk respirasi sel ini adalah mitokondria. Respirasi adalah suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Pada proses respirasi aerob, terjadi perombakan. Pada respirasi ini, glukosa akan dioksidasi secara sempurna menjadi karbondioksida dan air untuk menghasilkan energi (ATP).

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂O

        Respirasi aerob dibagi menjadi tiga tahap reaksi, yaitu glikolisis, siklus krebs, dan transfer elektron. Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma sel, menghasilkan dua asam piruvat. Sebelum masuk ke tahap selanjutnya, di dalam mitokondria, asam piruvat diubah menjadi senyawa Asetil KoA (reaksi dekarboksilasi oksidatif) dan berlangsung dalam membran mitokondria.
        Asam piruvat yang diubah menjadi senyawa Asetil KoA akan masuk ke dalam matriks mitokondria, tempat berlangsungnya daur krebs. Hasil reaksi daur krebs akan masuk ke ruang antarmembran, tempat transpor elektron berlangsung.

Hasil akhir dari tahap glikolisis menghasilkan dua molekul asam piruvat, 2 molekul ATP, dan 2 molekul NADH. Dekarboksilasi oksidatif menghasilkan 2 NADH + 2 CO₂. Siklus krebs akan menghasilkan 4 molekul CO₂, 6 molekul NADH₂, 2 molekul FADH₂, dan 2 molekul ATP. Hasil akhir dari sistem transpor elektron adalah 34 molekul ATP dan 6 molekul H₂O (air).
b. Respirasi Anaerob
Saat tubuh kita melakukan pekerjaan yang berat seperti berolahraga atau membawa beban berat, tubuh kita akan kekurangan pasokan energi. Tubuh kita melakukan respirasi anaerob yaitu pernapasan sel tanpa oksigen. Respirasi anaerob sering disebut dengan fermentasi. Fermentasi ini dibedakan menjadi dua macam, yaitu fermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol.
        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 diperoleh 2 ATP.
        Selain fermentasi asam laktat, ada juga fermentasi alkohol. Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol. Reaksi ini juga menghasilkan 2 ATP.

2. Katabolisme Lemak

Jika kebutuhan energi dari karbohidrat tidak mencukupi maka akan terjadi oksidasi lemak untuk memenuhi kebutuhan energi tubuh. Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. Asetil KoA akan memasuki siklus Krebs dan menghasilkan energi seperti karbohidrat. Asam lemak dapat menggantikan glukosa di dalam siklus Krebs untuk menghasilkan energi.

3. Katabolisme Protein

Asam amino dihasilkan dari proses hidrolisis protein. Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino dalam tubuh berlebih akan digunakan sebagai sumber energi.
        Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amina. Gugus amina ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh. Setelah gugus amina dari asam amino dibuang, beberapa asam amino diubah menjadi asam piruvat dan ada juga yang diubah menjadi asetil koenzim A.

Sumber : 

https://link.quipper.com/id/organizations/5796cd8734c0e70003009ba6/curriculum#curriculum

Penghambatan Aktivitas Enzim

 

Pernahkah kamu memperhatikan anak kunci dan gemboknya? Hanya anak kunci yang cocok saja yang bisa masuk ke dalam gembok tersebut. Apa yang terjadi jika kamu memasukkan anak kunci yang berbeda? Apakah gembok akan terbuka? Tentu tidak bisa, bukan? Sebuah gembok memiliki anak kunci khusus untuk membukanya. Begitu juga enzim memiliki sistem kerja seperti gembok dan anak kunci. Enzim memiliki substrat khusus untuk menghasilkan suatu produk. Agar kamu lebih memahaminya, ayo cermati uraian berikut.

A. Cara Kerja Enzim ◙◙◙◙

Enzim adalah senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan sel dalam suatu reaksi. Enzim memiliki sisi aktif yang berfungsi sebagai katalis. Bentuk sisi aktif sangat spesifik sehingga hanya dapat menangkap substrat yang spesifik pula.

        Substrat berikatan dengan sisi aktif suatu enzim membentuk ikatan kimia yang lemah atau cepat terlepas. Setelah berikatan dengan bagian sisi aktif enzim, substrat bersama-sama enzim kemudian membentuk suatu kompleks enzim-substrat. Selanjutnya terjadi proses katalisis oleh enzim untuk membentuk produk.

Bagaimana cara kerja enzim yang berikatan dengan substrat? Hal ini dapat dijelaskan dengan dua teori yaitu teori gembok dan anak kunci serta teori kecocokan yang terinduksi. Ayo amati gambar berikut.

                Dapatkah kamu menjelaskan kedua teori pada gambar di atas? Ayo baca uraian berikut.

Teori cara kerja enzim

1. Teori gembok dan anak kunci (Lock and key theory)

Teori gembok dan anak kunci adalah salah satu teori yang menjelaskan mekanisme kerja enzim. Teori ini dikemukakan oleh Emil Fischer pada 1894. Menurut teori ini masing-masing enzim memiliki area spesifik tempat terpasangnya substrat tertentu. Enzim dan substrat memiliki bentuk geometri komplemen yang sama persis sehingga bisa saling melekat. Proses ini seperti kunci yang masuk ke dalam gemboknya.

2. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)

Teori ini dikemukakan oleh Daniel Koshland pada 1958. Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi melingkupi substrat membentuk kompleks. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Akibatnya substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut. Teori ini dapat menjelaskan mekanisme kerja berbagai enzim. Teori ini pun diterima secara luas daripada teori gembok dan anak kunci.

B. Penghambat Kerja Enzim ◙◙◙◙

Kerja enzim dapat dihambat oleh suatu zat yang disebut inhibitor. Inhibitor enzim dibagi menjadi dua, yaitu inhibitor kompetitif dan inhibitor nonkompetitif. Ayo amati gambar berikut.

Apa yang kamu lihat pada gambar di atas? Perhatikan sisi aktif enzim pada saat normal dan setelah adanya inhibitor. Apakah ada perbedaan pada sisi aktif enzim?

Kerja enzim dapat dihambat oleh inhibitor. Inhibitor ada yang berkompetisi dengan substrat dan ada yang tidak. Inhibitor kompetitif adalah molekul penghambat yang bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim.

Hal ini menyebabkan substrat tidak dapat berikatan dengan sisi aktif enzim. Contohnya sianida bersaing dengan oksigen untuk berikatan dengan hemoglobin. Penghambatan inhibitor kompetitif bersifat sementara dan dapat hilang dengan cara menambah konsentrasi substrat.

Inhibitor nonkompetitif adalah molekul penghambat enzim yang bekerja dengan cara menempel pada luar sisi aktif enzim. Akibatnya, bentuk enzim berubah dan sisi aktif enzim tidak dapat berfungsi seperti biasa. Inhibitor nonkompetitif menyebabkan substrat tidak dapat masuk ke sisi aktif enzim. Penghambatan inhibitor nonkompetitif bersifat tetap dan tidak dapat dipengaruhi oleh konsentrasi substrat.

C. Cara Mempercepat Kerja Enzim ◙◙◙◙

Kamu telah mempelajari tentang penghambat kerja enzim. Sekarang, kamu akan mempelajari tentang faktor yang dapat mempercepat kerja enzim.

1. Meningkatkan suhu sampai titik tertentu

Suhu sangat mempengaruhi kerja enzim. Jika kamu ingin meningkatkan laju reaksi kamu dapat meningkatkan suhu atau menambah katalis. Setiap kenaikan suhu 10 ℃, kecepatan enzim akan menjadi dua kali lipat sampai batas suhu tertentu.

2. pH yang optimum

Faktor lain yang mempengaruhi kerja enzim adalah pH. Apa yang terjadi dengan enzim jika suasana lingkungan terlalu asam atau terlalu basa? Jika pH dinaikkan atau diturunkan di luar pH optimumnya, maka aktivitas enzim akan menurun dengan cepat. Amati gambar berikut.

Apa yang kamu lihat pada kurva di atas? Secara umum enzim intrasel bekerja efektif pada kisaran pH 7,0. Akan tetapi ada enzim yang memiliki pH optimum sangat asam, seperti pepsin, dan agak basa seperti amilase dan arginase. Pepsin memiliki pH optimum sekitar 2 (sangat asam). Sementara amilase memiliki pH optimum sekitar 7,5 (agak basa) dan arginase sekitar 9,5.

 Sumber :

https://link.quipper.com/id/organizations/5796cd8734c0e70003009ba6/curriculum#curriculum