Anabolisme Karbohidrat( Jalannya Reaksi Fotosintesis )

2.4 Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang subtratawalnya adalah molekul kecil, dan produk akhirnya adalah molekul besar. Anabolisme adalah lintasan metabolisme yang menyusun beberapa senyawa organik sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks. Proses ini membutuhkan energi dari luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk.
Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida. Kedua, adalah aktivasi senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat.
Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia dikenal dengan kemosintesis.

Hasil-hasil anabolisme berguna dalam fungsi yang esensial. Hasil-hasil tersebut misalnya glikogen dan protein sebagai bahan bakar dalam tubuh, asam nukleat untuk pengkopian informasi genetik. Protein, lipid, dan karbohidrat menyusun struktur tubuh makhluk hidup, baik intraselular maupun ekstraselular. Bila sintesis bahan-bahan ini lebih cepat dari perombakannya, maka organisme akan tumbuh. Jalur anabolisme yang membentuk senyawa-senyawa dari prekursor sederhana mencakup:

* Glikogenesis, pembentukan glikogen dari glukosa.
* Glukoneogenesis, pembentukan glukosa dari senyawa organik lain.
* Jalur sintesis porfirin
* Jalur HMG-CoA reduktase, mengawali pembentukan kolesterol dan isoprenoid.
* Metabolisme sekunder, jalur-jalur metabolisme yang tidak esensial bagi pertumbuhan, perkembangan, maupun reproduksi, namun biasanya berfungsi secara ekologis, misalnya pembentukan alkaloid dan terpenoid.
* Fotosintesis
* Siklus Calvin dan fiksasi karbon

Dengan kata lain anabolisme reaksi yang bertujuan untuk penyusunan atau sintesis suatu molekul. Contoh anabolisme karbohidrat adalah fotosintesis atau sintesis karbohidrat dengan bantuan energi cahaya matahari.

Fotosintesis

Fotosintesis merupakan sintesisyang memerlukan cahaya  (fotos = cahaya; sintesis = membuat bahan kimia, memasak). Fotosintesis adalah pristiwa penggunaan energi cahaya untuk membentuk senyawa dasar karbohidrat dari karbon dioksida dan air.

Tempat terjadinya fotosintesis

Tempat Terjadinya fotosintesis

Fotosintesis terjadi dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun( klorofil ). Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada mesofil daun tanaman, yaitu sel – sel jaringan tiang (palisade) dan sel – sel jaringan bunga karang ( spons ) dalam kloroplas terdapat klorofil pada protein integral membran tilakoid kloroplas tersusun dari bagian bagian sebagai berikut.

Stroma : Stroma merupakan struktur kosong di dalam kloroplas. Stroma jugamerupakan tempat glukosa terbentuk dan karbon dioksida dan air.

Tilakoid : Tilakoid merupakan struktur cakram yang terbentuk dan pelipatanmembran dalam kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahayadan mengubahnya menjadi energi kimia.

Grana : Grana merupakan satu tumpuk tilakoid.

Reaksifotosintesis dapat disingkat sebagai berikut.

12H₂O+ 6CO₂ + cahaya → C₆H₁₂O₆ (glukosa) + 12O₂ + 6H₂ Air Karbon

2.5 Proses Anabolisme Karbohidrat

Jalannya Reaksi Fotosintesis

 Jalannva reaksi-reaksi fotosintesis terdiri dan reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di dalam stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2).
Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.

 

Reaksi terang melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I dan II. Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm, sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 nm.
Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Molekul air akan dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim. Hal ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid. Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H+ yang disebut sitokrom b6-f kompleks. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II adalah:

2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 + 2PQH2

Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah:

2PQH2 + 4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H+ (lumen)

Konsep Penting

Pada reaksi terang, energi cahaya memacu pelepasan elektron danfotosistem di dalam membran tilakoid. Aliran elektron melalui sistemtranspor menghasilkan ATP dan NADPH. ATP dan NADPH dapat terbentuk mealui jalur non siklik, yaitu elektron mengalir dan molekulair kemudian melalui fotosistem II dan fotosistem I. Elektron dan ionhidrogen akan membentuk NADPH dan ATP. Oksigen yang dibebaskanberguna untuk respirasi aerob. Penyerapan energi cahaya Beratus-ratus molekul pigmen fotosintesis terkumpul dalam suatu Fotosistem yang melekat pada membran tilakoid. Sebagian besarpigmen tersebut memperoleh energi dan energi cahaya (foton) yangdiserap. Energi cahaya yang diserap ini akan mendorong elektron danpigmen fotosintesis sambil melepaskan energi eksitasi. Energi eksitasiakan dibawa oleh pigmen penerima energi cahaya ke molekul-molekul pigmen yang lain secara acak sarnpai ke klorofil a. Klorofil a hanyadapat menangkap panjang gelombang cahaya tertentu. Klorofil amerupakan pusat reaksi bagi fotosistem. Pusat reaksimenerima energi eksitasi, tetapi tidak mernbawanya ke pigmen lain.Pusat reaksi yang telah teraktivasi ini memberikan elektron ke molekul penerima elektron dalam sistem transpor elektron. Sistem transpor elektron tersusun dan enzim, koenzim, dan proteinyang terikat pada membran sel. Elektron dipindahkan tahap demi tahapmelalui sistem transpor elektron, dan energi dilepaskan pada setiaptahap. Energi tersebut sebagian besar digunakan untuk pembentukanATP dan NADPH.

Aliran elektron siklik dan non siklik 

Ada dua jalur aliran elektron dalam sistern transpor elektron, yaitusiklik dan non siklik. Baik jalur siklik maupun non siklik akan melewati suatu fotosistem. Ada dua tipe fotosistem, yaitu fotosistem I danfotosistem II.

Fotosistem I

memiliki pusat reaksi yang ditandai denganP700. Sedangkan fotosistem II memiliki pusat reaksi yang ditandaidengan  P680..

 

Reaksi Gelap

Reaksi gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur, yaitu siklus Calvin-Benson dan siklus Hatch-Slack. Pada siklus Calvin-Benson tumbuhan mengubah senyawa ribulosa 1,5 bisfosfat menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu senyawa 3-phosphogliserat. Oleh karena itulah tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini dinamakan tumbuhan C-3. Penambatan CO2 sebagai sumber karbon pada tumbuhan ini dibantu oleh enzim rubisco. Tumbuhan yang reaksi gelapnya mengikuti jalur Hatch-Slack disebut tumbuhan C-4 karena senyawa yang terbentuk setelah penambatan CO2 adalah oksaloasetat yang memiliki empat atom karbon. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxilase.

 

• Siklus Calvin dan fiksasi karbon

Mekanisme siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi CO2 oleh ribulosa difosfat karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat. RuBP merupakan enzim alosetrik yang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari pencahayaan kloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini distimulasi oleh peningkatan pH. Jika kloroplas diberi cahaya, ion H+ ditranspor dari stroma ke dalam tilakoid menghasilkan peningkatan pH stroma yang menstimulasi enzim karboksilase, terletak di permukaan luar membran tilakoid. Kedua, reaksi ini distimulasi oleh Mg2+, yang memasuki stroma daun sebagai ion H+, jika kloroplas diberi cahaya. Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh NADPH, yang dihasilkan oleh fotosistem I selama pemberian cahaya.
Fiksasi CO2 ini merupakan reaksi gelap yang distimulasi oleh pencahayaan kloroplas. Fikasasi CO2 melewati proses karboksilasi, reduksi, dan regenerasi. Karboksilasi melibatkan penambahan CO2 dan H2O ke RuBP membentuk dua molekul 3-fosfogliserat (3-PGA). Kemudian pada fase reduksi, gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi menjadi 1 gugus aldehida dalam 3-fosforgliseradehida (3-Pgaldehida). Reduksi ini tidak terjadi secara langsung, tapi gugus karboksil dari 3-PGA pertama-tama diubah menjadi ester jenis anhidrida asam pada asam 1,3-bifosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terakhir dari ATP. ATP ini timbul dari fotofosforilasi dan ADP yang dilepas ketika 1,3-bisPGA terbentuk, yang diubah kembali dengan cepat menjadi ATP oleh reaksi fotofosforilasi tambahan. Bahan pereduksi yang sebenarnya adalah NADPH, yang menyumbang 2 elektron. Secara bersamaan, Pi dilepas dan digunakan kembali untuk mengubah ADP menjadi ATP.
Pada fase regenerasi, yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk bereaksi dengan CO2 tambahan yang berdifusi secara konstan ke dalam dan melalui stomata. Pada akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi tiap molekul CO2 yang ditambat, digunakan untuk mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP, kemudian daur dimulai lagi.
Tiga putaran daur akan menambatkan 3 molekul CO2 dan produk akhirnya adalah 1,3-Pgaldehida. Sebagian digunakan kloroplas untuk membentuk pati, sebagian lainnya dibawa keluar. Sistem ini membuat jumlah total fosfat menjadi konstan di kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat di sitosol. Triosa fosfat digunakan sitosol untuk membentuk sukrosa. (Mahdani, 2015)

BAB III

PENTUTUP

3.1 Kesimpulan

1. Metabolisme adalah pertukaran zat antara suatu sel atau suatu organisme secara keseluruhan dengan zat antara suatusel atau organisme secara keseluruhan dengan lingkungannya.

2. Proses metabolisme yang terjadi didalam sel merupakan aktivitas yang sangat terkoordinasi, melibatkan kerjasama berbagai system enzim yang mengkatalis reaksi-reaksi secara bertahap dan memerlukan pengaturan metabolic untuk mengendalikan mekanisme reaaksinya.
3.      Metabolisme berperan mengubah zat-zat makanan seperti: glukosa, asam amino,dan asam lemak menjadi senyawa-senyawa yang diperlukan untuk proses kehidupan seperti: sumber energi (ATP).

4. katabolisme karbohidrat meliputi proses pemecagan polisakarida menjadi monosakarida dan pemakaian glukosa (monosakarida) dalam proses respirasi tingkat sel untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

5. Respirasi aerob dalam peristiwa pembakaran zat makanan yang memerlukan oksigen.

6. Respirasi aerob terjadi dalam tiga tahap, yaitu glikolisis, siklus kerbs, dan sistem transpor elektron.

·           Dalam tahap glikolisis, 1 molekul glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam NADH serta 2 mlekul ATP. Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma.

·           Dalam tahap siklus Kerbs, reaksi antara asetil KoA dan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat dan dan kembali terbentuk asam oksaloasetat. Dari siklus Kerbs dihasilkan 8 molekul NADH, 2 molekul FADH2, dan 2 molekul ATP, serta dilepasnya 4 molekul CO2. Siklus Kerbs terjadi di mitokondria.

·           Dalam tahap sistem transpor elektron, dibentuk molekul air serta dihasilkan 32 molekul ATP. Sistem transpor elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Jadi, total ATP yang dihasilkan adalah 2 ATP dari glikolisis +  2 ATP dari siklus krebs +  32 dari sistem transpor elektron = 36 ATP. Di antara glikolisis dan siklus Kerbs dihasilkan senyawa -senyawa antara yang berguna untuk bahan baku sintesis senyawa – senyawa yang diperlukan tubuh.

·           Dalam ferementasi, baik fermentasi alkohol maupun fermentasi asam laktat hanya di hasikan masing – masing 2 ATP.

7.  Anabolisme adalah lintasan metabolisme yang menyusun beberapa senyawa organik sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks.

8.  Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan nukleotida. Kedua, adalah aktivasi senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat.