Pintar Pelajaran Pengertian Dan Proses Metabolisme Karbohidrat, Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs, Asam Sitrat, Transfer Elektron

Pengertian dan Proses Metabolisme Karbohidrat, Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs, Asam Sitrat, Transfer Elektron - Keseluruhan reaksi kimia di dalam badan organisme yang melibatkan perubahan energi disebut metabolisme. Sebagai makhluk hidup, energi dapat dihasilkan dari sebuah proses, atau suatu proses justru memerlukan energi. Pada umumnya, energi dilepaskan saat badan organisme mencerna molekul kompleks menjadi molekul yang sederhana. Proses tersebut dinamakan katabolisme. Adapun proses pembentukan senyawa kompleks dari unsur-unsur penyusunnya dan reaksi tersebut memerlukan energi dinamakan anabolisme.

I. Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme merupakan reaksi penguraian atau pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana untuk menghasilkan energi. Proses katabolisme yang terjadi pada makhluk hidup dibedakan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob. Apakah yang membedakan respirasi aerob dengan respirasi anaerob?

Berdasarkan perubahan energinya, reaksi kimia sanggup dibedakan menjadi reaksi eksergonik dan reaksi endergonik. Pada reaksi eksergonik, terjadi pelepasan energi. Katabolisme merupakan reaksi eksergonik. Jika energi yang dilepaskan berupa panas, disebut reaksi eksoterm. Adapun pada reaksi endergonik, terjadi peresapan energi dari lingkungan. Anabolisme termasuk reaksi endergonik lantaran memerlukan energi. Jika energi yang digunakan dalam bentuk panas, disebut reaksi endoterm.

1.1. Respirasi Aerob

Respirasi bertujuan menghasilkan energi dari sumber nutrisi yang dimiliki. Semua makhluk hidup melaksanakan respirasi dan tidak hanya berupa pengambilan udara secara langsung. Respirasi dalam kaitannya dengan pembentukan energi dilakukan di dalam sel. Oleh lantaran itu, prosesnya dinamakan respirasi sel. Organel sel yang berfungsi dalam menjalankan tugas pembentukan energi ini ialah mitokondria. Respirasi termasuk ke dalam kelompok katabolisme lantaran di dalamnya terjadi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, diikuti dengan pelepasan energi. Energi yang kita gunakan dapat berasal dari hasil metabolisme tumbuhan. Oleh lantaran itu, tumbuhan merupakan organisme autotrof, yang berarti sanggup memproduksi makanan sendiri. Adapun konsumen, menyerupai binatang dan manusia, yang tidak dapat menyediakan kuliner sendiri disebut organisme heterotrof. Proses respirasi akrab kaitannya dengan pembakaran materi bakar berupa makanan menjadi energi. Kondisi optimal akan tercapai dalam kondisi aerob (ada oksigen). Secara singkat, proses yang terjadi sebagai berikut.

Pembentukan energi siap pakai akan melalui beberapa tahap reaksi dalam sistem respirasi sel pada mitokondria. Menurut Campbell, et al, (2006: 93) reaksi-reaksi tersebut, yaitu:

1. Glikolisis, ialah proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat;
2. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, adalah perombakan asam piruvat menjadi asetil Co-A;
3. Daur asam sitrat, yakni siklus perombakan asetil Ko-A menjadi akseptor elektron dan terjadi pelepasan sumber energi;
4. Transfer elektron, adalah mekanisme pembentukan energi terbesar dalam proses respirasi sel yang menghasilkan produk sampingan berupa air.

1.1.1. Glikolisis

Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar sanggup bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini menimbulkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim heksokinase. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah molekul gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan dukungan satu ATP dan enzim fosfoheksokinase. Proses selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya adalah 4 molekul ATP dan hasil tamat berupa 2 molekul asam piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yang terjadi sebagai berikut (Gambar 1).

Gambar 1. Tahap reaksi sistem respirasi sel pada mitokondria.

Walaupun empat molekul ATP dibuat pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi keseluruhan ialah dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yang harus diberikan pada fase awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen.

1.1.2. Dekarboksilasi Oksidatif

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 hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh penerima elektron NAD⁺. Perhatikan Gambar 2. 

Gambar 2. Proses glikolisis berlangsung dalam sembilan tahap.

Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA. Hasil tamat dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2 molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1. Berdasarkan hal tersebut, sanggup diketahui betapa pentingnya vitamin B dalam badan binatang maupun tumbuhan.

Gambar 3. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat menghasilkan CO₂, 2 asetil- KoA, dan 2 molekul NADH.

1.1.3. Siklus Krebs / Asam Sitrat

Proses selanjutnya ialah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga dihasilkan banyak penerima elektron. Selain disebut sebagai daur asam sitrat, proses ini disebut juga daur Krebs. Hans A. Krebs ialah orang yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini pada tahun 1930. Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus.

Berikut ialah beberapa tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat. (Gambar 4).

Gambar 4. siklus asam sitrat / krebs.

1. Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat. Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan molekul air.
2. Perubahan deretan asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.
3. Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan dukungan enzim asam isositrat dehidrogenase, membentuk asam α-ketoglutarat. NAD⁺ akan mendapatkan donor elektron dari hidrogen untuk membentuk NADH. Asam α-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil KoA.
4. Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan donor fosfat menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.
5. Asam suksinat dengan dukungan suksinat dehidrogenase akan berubah menjadi asam fumarat disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini, elektron akan ditangkap oleh penerima FAD menjadi FADH2.
6. Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan dukungan enzim fumarase.
7. Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan dukungan enzim asam malat dehidrogenase. NAD⁺ akan mendapatkan sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk NADH.
8. Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan sanggup dimulai lagi dengan sumbangan dua gugus karbon dari asetil KoA.

1.1.4. Transfer Elektron

Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akhir penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yakni ATP. Reaksi ini berlangsung di dalam membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yang melibatkan NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), dan molekul-molekul lainnya. Dalam pembentukan ATP ini, ada akseptor elektron yang akan memfasilitasi pertukaran elektron dari satu sistem ke sistem lainnya.

1. Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah oleh enzim (substrat). Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut : 2H → 2H⁺ + 2e (Elektron).
2. NADH dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen kepada flavoprotein (FP), flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang bertindak sebagai pembawa ion hidrogen. Dari flavoprotein atau FAD, setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma untuk membentuk molekul H₂O.
3. Elektron akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung besi dan belerang (FeSa dan FeSb) → sitokrom b → koenzim quinon → sitokrom b2 sitokrom o → sitokrom c → sitokrom a → sitokrom a3, dan terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk H2O perhatikan Gambar 5.

Gambar 5. Sistem transfer elektron membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi. 

Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H₂O) dihasilkan melalui NADH dan 1 molekul H₂O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H₂O yang melalui NADH setara dengan 3 ATP dan 1 molekul air yang melalui FAD

setara dengan 2 ATP.

Tabel 1 Tahap Reaksi pada Respirasi

Walaupun ATP total yang tertera pada Tabel 1 ialah 38 ATP, jumlah total yang dihasilkan pada proses respirasi ialah 36 ATP. Hal tersebut disebabkan 2 ATP dipakai oleh elektron untuk masuk ke mitokondria.

No	Proses	Akseptor	ATP
1.	Glikolisis → 2 asam piruvat	2 NADH	2 ATP
2.	Siklus Krebs
	2 asam piruvat → 2 asetil KoA + 2CO2	2 NADH	2ATP
	2 asetil KoA → 4CO2	6 NADH
3.	Rantai transfer elektron 10NADH + 502 → 10NAD+ + 10H2O 2 FADH2 + O2 → 2 FAD + 2H2O		30 ATP  4 ATP	34 ATP

1.2.. Respirasi Anaerob

Setelah berolahraga atau mengerjakan suatu pekerjaan berat, napas Anda menjadi terengah-engah lantaran suplai oksigen yang masuk badan menjadi berkurang. Tubuh mengatasi keadaan ini dengan memperpendek jalur pembentukan energi melalui proses respirasi anaerob. Cara ini ditempuh agar badan tidak kekurangan pasokan energi saat melaksanakan suatu aktivitas berat. Respirasi anaerob dikenal juga dengan istilah fermentasi. Fermentasi ialah perubahan glukosa secara anaerob yang meliputi glikolisis dan pembentukan NAD. Fermentasi menghasilkan energi yang relatif kecil dari glukosa. Glikolisis berlangsung dengan baik pada kondisi tanpa oksigen. Fermentasi dibedakan menjadi dua tipe reaksi, yakni fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.

Fermentasi alkohol maupun fermentasi asam laktat diawali dengan proses glikolisis. Pada glikolisis, diperoleh 2 NADH + H⁺ + 2 ATP + asam piruvat. Pada reaksi aerob, hidrogen dari NADH akan bereaksi dengan O₂ pada transfer elektron. Pada reaksi anaerob, ada penerima hidrogen permanen berupa asetildehida atau asam piruvat.

1.2.1. Fermentasi Alkohol

Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol melalui dua langkah reaksi. Langkah pertama ialah pembebasan CO₂ dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida. Langkah kedua ialah reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan dipakai untuk glikolisis (Gambar 6).

Gambar 6. Tahapan fermentasi alkohol.

Sel ragi dan basil melaksanakan respirasi secara anaerob. Hasil fermentasi berupa CO₂ dalam industri roti dimanfaatkan untuk berbagi adonan roti sehingga pada roti terdapat pori-pori.

1.2.2. Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat ialah 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 (Gambar 7). 

Gambar 7. Fermentasi asam laktat diawali dengan proses glikolisis yang menghasilkan asam piruvat.

Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat bereaksi secara pribadi dengan NADH membentuk asam laktat. Fermentasi asam laktat sanggup berlangsung saat pembentukan keju dan yoghurt. Pada sel otot insan yang bersifat fakultatif anaerob, terbentuk ATP dari fermentasi asam laktat kalau kondisi kandungan oksigen sangat sedikit. Pada pembentukan ATP yang berlangsung secara aerob, oksigennya berasal dari darah. Sel mengadakan perubahan dari respirasi aerob menjadi fermentasi. Hasil fermentasi berupa asam laktat akan terakumulasi dalam otot sehingga otot menjadi kejang. Asam laktat dari darah akan diangkut ke dalam hati yang kemudian diubah kembali menjadi asam piruvat secara aerob. Fermentasi pada sel otot terjadi kalau kandungan O₂ rendah dan kondisi dapat pulih kembali sehabis berhenti melaksanakan olahraga.

II. Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme merupakan proses penyusunan zat dari senyawa 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 memakai energi cahaya disebut fotosintesis, sedangkan anabolisme yang memakai energi kimia disebut kemosintesis.

Berikut ini akan dijelaskan mengenai fotosintesis dan kemosintesis.

2.1. Fotosintesis

Jika Anda pernah memasuki suatu kawasan hutan atau jalanan yang memiliki pepohonan rindang, tentu Anda akan merasa segar pada siang hari yang panas. Akan tetapi, kalau Anda melewati belahan yang telah gundul atau tidak terdapat pepohonan, Anda akan lebih gampang merasa gerah. Semua itu mungkin terjadi begitu saja tanpa Anda sadari. Proses apakah yang sebenarnya sedang terjadi? Mengapa hal tersebut sanggup tejadi? Tumbuhan di sekitar kita mungkin hanyalah suatu makhluk tanpa daya bagi sebagian orang. Akan tetapi, kalau Anda telah mengetahui peristiwa menakjubkan di dalamnya, Anda mungkin akan berubah pikiran mengenai betapa pentingnya pepohonan dan hutan bagi kehidupan insan di bumi.

Dari cahaya matahari yang menyinari bumi, dimulailah suatu proses transfer energi di alam. Melalui daun-daunnya, tumbuhan hijau menangkap cahaya tersebut sebagai materi bakar pembuatan makanan. Air dan gas CO₂ yang ditangkap, diolah menjadi sumber energi bagi kita dan konsumen lainnya di planet bumi ini. Produk itu sanggup berupa buah yang kita makan, daun-daunan, ataupun belahan lain dari tumbuhan, menyerupai umbi dan bunga. Satu hal yang tidak kalah pentingnya ialah tumbuhan menghasilkan oksigen dalam proses fotosintesis (Gambar 8).

Gambar 8. Cahaya matahari merupakan sumber energi terbesar yang dibutuhkan oleh organisme.

2.1.1. Perangkat Fotosintesis

Perangkat fotosintesis terdiri atas kloroplas, cahaya matahari dan klorofil. Bagaimanakah kiprah ketiga perangkat fotosintesis tersebut?

a. Kloroplas

Seluruh belahan dari tumbuhan, termasuk batang dan buah, memiliki kloroplas. Akan tetapi, daun merupakan tempat utama berlangsungnya fotosintesis pada tumbuhan. Warna pada daun disebabkan adanya klorofil, pigmen berwarna hijau yang terletak di dalam kloroplas. Klorofil dapat menyerap energi cahaya yang mempunyai kegunaan dalam sintesis molekul kuliner pada tumbuhan. Kloroplas banyak ditemukan pada mesofil. Setiap sel mesofil dapat mengandung 10 hingga 100 butir kloroplas.

Kloroplas sebagai tempat klorofil berada, merupakan organel utama dalam proses fotosintesis. Jika dilihat memakai mikroskop SEM (Scanning Electrone Microscope), sanggup diketahui bentuk kloroplas yang berlembar-lembar dan dibungkus oleh membran. Bagian di sebelah dalam membran dinamakan stroma, yang berisi enzim-enzim yang diharapkan untuk proses fotosintesis. Di belahan ini, terdapat lembaran-lembaran datar yang saling berhubungan, disebut tilakoid. Beberapa tilakoid bergabung membentuk suatu tumpukan yang disebut grana. Perhatikan gambar berikut.

Gambar 9. Proses fotosintesis terjadi di kloroplas.

Seperti halnya respirasi sel, reaksi dari fotosintesis ini merupakan reaksi reduksi dan oksidasi. Reaksi umum yang terjadi pada proses fotosintesis sebagai berikut.

Gambar 10. Reaksi umum proses fotosintesis

b. Cahaya Matahari

Sumber energi alami yang dipakai pada fotosintesis ialah cahaya matahari. Cahaya matahari mempunyai aneka macam spektrum warna. Setiap spektrum warna mempunyai panjang gelombang tertentu. Setiap spektrum warna mempunyai efek yang berbeda terhadap proses fotosintesis (perhatikan Gambar 10). 

Gambar 10. Setiap spektrum warna memiliki efek yang berbeda  terhadap proses fotosintesis

Sinar yang efektif dalam proses fotosintesis adalah merah, ungu, biru, dan oranye. Sinar hijau tidak efektif dalam fotosintesis. Daun yang terlihat hijau oleh mata lantaran spektrum warna tersebut dipantulkan oleh pigmen fotosintesis. Sinar infra merah berperan dalam fotosintesis dan berfungsi juga meningkatkan suhu lingkungan.

c. Klorofil

Proses fotosintesis terjadi pada pigmen fotosintesis. Tanpa pigmen tersebut, tumbuhan tidak bisa melaksanakan fotosintesis. Secara keseluruhan, fotosintesis terjadi pada kloroplas yang mengandung pigmen klorofil. Pada tubuh tumbuhan, fotosintesis sanggup terjadi pada batang, ranting, dan daun yang mengandung kloroplas. Klorofil merupakan pigmen fotosintesis yang paling utama. Klorofil dapat menyerap cahaya merah, oranye, biru, dan ungu dalam jumlah banyak. Adapun cahaya kuning dan hijau diserap dalam jumlah sedikit. Oleh lantaran itu, cahaya kuning dan hijau dipantulkan sehingga klorofil tampak berwarna hijau. Terdapat beberapa jenis klorofil, yakni klorofil a, b, c, dan d. Dari semua jenis klorofil tersebut, klorofil a merupakan pigmen yang paling utama dan hampir terdapat di semua tumbuhan yang melaksanakan fotosintesis.

Pada tumbuhan, terdapat dua pusat reaksi fotosintesis yang berbeda, yakni fotosistem I dan fotosistem II. Keduanya dibedakan berdasarkan kemampuannya dalam menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Perbedaan kemampuan tersebut disebabkan oleh perbedaan kombinasi antara klorofil a dan klorofil b. Perbedaan kombinasi antara klorofil a dan klorofil b kuat terhadap panjang gelombang yang diterima oleh klorofil. Fotosistem I sanggup mendapatkan cahaya dengan panjang gelombang antara 680–700 nm, sedangkan fotosistem II sanggup menerima cahaya dengan panjang gelombang antara 340–680 nm.

2.1.2. Mekanisme Fotosintesis

Fotosintesis mencakup dua tahap reaksi, yakni tahap reaksi terang yang diikuti dengan tahap reaksi gelap. Reaksi terang membutuhkan cahaya matahari, sedangkan reaksi gelap tidak membutuhkan cahaya. Secara keseluruhan, fotosintesis berlangsung dalam kloroplas.

a. Reaksi Terang

Reaksi terang merupakan salah satu langkah dalam fotosintesis untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Reaksi terang ini berlangsung di dalam grana. Perlu diingat bahwa cahaya juga mempunyai energi yang disebut foton. Jenis pigmen klorofil berbeda-beda lantaran pigmen tersebut hanya sanggup menyerap panjang gelombang dengan besar energi foton yang berbeda.

Klorofil berfungsi menangkap foton dari cahaya matahari dan mengubahnya menjadi energi pencetus elektron. Pada proses ini, terjadi pemecahan molekul air oleh cahaya sehingga dilepaskan elektron, hidrogen dan oksigen. Proses ini dinamakan fotolisis.

(1) Reaksi Siklik

Pada fotosistem I (P700), terjadi perputaran elektron yang dihasilkan dan ditangkap oleh penerima sebagai hasil dari reaksi reduksi dan oksidasi. Elektron yang dieksitasikan oleh P700 akan dipindahkan ke setiap penerima hingga hasilnya kembali ke sistem P700. Beberapa penerima elektron yang terlibat dalam fotosistem ialah feredoksin (fd), plastoquinon (pq), sitokrom (cyt), dan plastosianin (pc). Proses ini menghasilkan ATP sebagai hasil penambahan elektron pada ADP atau dikenal dengan nama fotofosforilasi. Perputaran elektron pada fotosistem I ini disebut sebagai fotofosforilasi siklik. Fotosistem I ini umumnya ditemukan pada bakteri dan mikroorganisme autotrof lainnya. Sistem fotosintesis dengan menggunakan fotofosforilasi siklik diduga sebagai awal berkembangnya proses fotosintesis yang lebih kompleks (Gambar 11).

Gambar 11. Reaksi siklik hanya memiliki fotosistem I.

(2) Reaksi Nonsiklik

Reaksi nonsiklik ini memerlukan embel-embel berupa fotosistem II (P680). Sumber elektron utama diperoleh dari fotolisis air yang akan digunakan oleh klorofil pada fotosistem II (P680). Reaksi ini menghasilkan dua elektron dari hasil fotolisis air. Elektron ini akan diterima oleh beberapa akseptor elektron, yakni plastoquinon (pq), sitokrom (cyt), dan plastosianin (pc). Akhirnya, pompa elektron menggerakan satu elektron H⁺ yang akan digunakan pada pembentukan ATP dari ADP atau fotofosforilasi. Pembentukan ATP ini dibantu dengan adanya perbedaan elektron pada membran tilakoid. Beberapa penerima elektron juga terlibat dalam fotosistem II, seperti ferodoksin (fd) untuk menghasilkan NADPH dari NADP. Dengan demikian, pada proses ini akan dihasilkan energi berupa satu ATP dan satu NADPH (Gambar 12).

Gambar 12. Reaksi nonsiklik diawali dari fotosistem II dan terjadi fosforilasi fotosintesis.

b. Reaksi Gelap (Fiksasi CO₂)

Reaksi gelap merupakan tahap bekerjsama dalam pembuatan bahan makanan pada fotosintesis. Energi yang telah dihasilkan selama reaksi terang akan dipakai sebagai materi baku utama pembentukan karbohidrat proses fiksasi CO₂ di stroma. Tumbuhan mengambil karbon dioksida melalui stomata. Anda tentu masih ingat fungsi utama stomata dalam pertukaran gas pada tumbuhan. Karbondioksida diikat oleh suatu molekul kimia di dalam stroma yang bernama ribulosa bifosfat (RuBP). Karbon dioksida akan berikatan dengan RuBP yang mengandung 6 gugus karbon dan menjadi materi utama dalam pembentukan glukosa yang dibantu oleh enzim rubisko. Reaksi ini pertama kali diamati oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson sehingga reaksi ini disebut juga dengan siklus Calvin-Benson.

RuBP yang berikatan dengan karbon dioksida akan menjadi molekul yang tidak stabil sehingga akan membentuk fosfogliserat (PGA) yang mempunyai 3 gugus C. Energi yang berasal dari ATP dan NADPH akan dipakai oleh PGA menjadi fosfogliseraldehid (PGAL) yang mengandung 3 gugus C. Dua molekul PGAL ini akan menjadi materi utama pembentukan glukosa yang merupakan produk utama fotosisntesis, sedangkan sisanya akan kembali menjadi RuBP dengan dukungan ATP. Jadi, reaksi gelap terjadi dalam tiga tahap, yakni fiksasi CO₂, reduksi, dan regenerasi. Perhatikan Gambar 13.

Gambar 13. Reaksi gelap terjadi dalam tiga tahap.

2.1.3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Dengan mengetahui beberapa faktor yang terlibat dalam proses fotosintesis ini, sanggup diketahui beberapa hal yang menjadi faktor pembatas fotosintesis, menyerupai faktor hereditas dan lingkungan.

a) Faktor Hereditas

Faktor hereditas merupakan faktor yang paling memilih terhadap aktivitas fotosintesis. Tumbuhan mempunyai kebutuhan yang berbeda terhadap kondisi lingkungan untuk menjalankan kehidupan normal. Tumbuhan yang berbeda jenis dan hidup pada kondisi lingkungan sama, mempunyai perbedaan faktor genetis atau hereditas. Ada beberapa jenis tumbuhan tidak mampu membentuk kloroplas albino. Hal tersebut disebabkan adanya faktor genetis yang tidak mempunyai potensi untuk membentuk kloroplas.

b) Faktor Lingkungan

Aktivitas fotosintesis sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, seperti temperatur, intensitas cahaya matahari, kandungan air dan mineral, serta kandungan CO₂ dan O2.

(1) Pengaruh Temperatur terhadap Fotosintesis

Aktivitas fotosintesis merupakan reaksi yang memakai enzim, sedangkan kerja enzim dipengaruhi oleh temperatur. Aktivitas fotosintesis tidak berlangsung pada suhu di bawah 5 °C dan di atas 50 °C. Mengapa demikian? Temperatur optimum fotosintesis sekitar 28–30 °C. Tumbuhan yang hidup di kawasan tropis mempunyai enzim yang bekerja secara optimum karena tumbuh di lingkungan yang mempunyai kisaran suhu optimum.

(2) Intensitas Cahaya Matahari dan Lama Pencahayaan

Semakin tinggi intensitas cahaya matahari, semakin tinggi pula aktivitas fotosintesis. Hal ini terjadi kalau ditunjang oleh tersedianya CO₂  H₂O, dan temperatur yang sesuai. Kenaikan acara fotosintesis tidak akan terus berlanjut, tetapi akan berhenti hingga batas keadaan tertentu karena tumbuhan mempunyai batas toleransi. Lama pencahayaan sangat berpengaruh terhadap fotosintesis. Pada animo hujan, usang pencahayaan menjadi pendek sehingga acara fotosintesis akan berkurang.

(3) Kandungan Air dalam Tanah

Air merupakan materi dasar pembentukan karbohidrat (C₆H₁₂O₆). Air merupakan media tanam, penyimpan mineral dalam tanah, dan mengatur temperatur tumbuhan. Berkurangnya air dalam tanah akan menghambat pertumbuhan tumbuhan. Kurangnya air juga akan mengakibatkan kerusakan pada klorofil sehingga daun menjadi berwarna kuning.

(4) Kandungan Mineral dalam Tanah

Mineral berupa Mg, Fe, N, dan Mn merupakan unsur yang berperan dalam proses pembentukan klorofil. Tumbuhan yang hidup pada lahan yang kekurangan Mg, Fe, N, Mn, dan H₂O akan mengalami klorosis atau

penghambatan pembentukan klorofil yang mengakibatkan daun berwarna pucat. Rendahnya kandungan klorofil dalam daun akan menghambat terjadinya fotosintesis.

(5) Kandungan CO₂ di Udara

Kandungan CO₂ di udara, sekitar 0,03%. Peningkatan konsentrasi CO₂ hingga 0,10% meningkatkan laju fotosintesis beberapa tumbuhan hingga dua kali lebih cepat. Akan tetapi, laba ini terbatas lantaran stomata akan menutup dan fotosintesis terhenti kalau konsentrasi CO₂ melebihi 0,15%.

(6) Kandungan O₂

Rendahnya kandungan O₂ di udara dan dalam tanah akan menghambat respirasi dalam badan tumbuhan. Rendahnya respirasi akan menyebabkan rendahnya penyediaan energi. Hal ini menimbulkan acara metabolisme akan terlambat khususnya fotosintesis.

2.2. Kemosintesis

Selain melalui fotosintesis, reaksi pembentukan (anabolisme) molekul berenergi pada beberapa makhluk hidup sanggup juga terjadi melalui kemosintesis. Hal ini terutama dilakukan oleh basil kemoautotrof. Berbeda

dengan fotosintesis yang mendapatkan energi dari sinar matahari, kemosintesis mendapatkan energi dari reaksi molekul anorganik. Beberapa organisme kemosintesis mereaksikan CO₂ dengan H₂ berenergi tinggi untuk menghasilkan metana dan air melalui reaksi sebagai berikut.

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

Hasil reakasi ini berupa energi ikatan H₂ yang dilepaskan dan dapat digunakan sebagai sumber energi bagi sel. Reaksi yang menghasilkan energi lainnya, memakai belerang untuk melepaskan energi ikatan H₂. Hal ini

dilakukan oleh basil belerang yang terdapat di kawah-kawah gunung. Reaksi ini menghasilkan gas hidrogen sulfida (H₂S). Berikut ini rangkuman reaksi yang terjadi.

 H₂ + S → H₂S + energi

Pertumbuhan makhluk hidup kemoautotrof terjadi secara lambat, karena reaksi ini hanya menghasilkan sedikit energi. Tempat hidup bakteri kemoautotrof lebih banyak dilingkungan yang sulit ditempati makhluk lain, seperti di kawah-kawah gunung dan rekahan dasar laut.

Anda kini sudah mengetahui Metabolisme Karbohidrat. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

---

Referensi :

Fiktor Ferdinand P. dan Moekti Ariwibowo. 2009. Mudah Belajar Biologi 1 : untuk kelas 12 Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 194.