Pintar Pelajaran Pola-Pola Hereditas

Pola-pola Hereditas - Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, insiden inheritansi baik pada hewan, tumbuhan, maupun insan akan mengikuti polapola hereditas. Kemudian, bagaimanakah sifat individu gres yang akan dihasilkan tersebut? Berikut akan kalian pelajari ihwal pola-pola hereditas pada pewarisan sifat keturunan.

1. Tautan Autosomal

Bagian kromosom yang berperan dalam insiden pewarisan sifat keturunan yaitu gen. Telah kalian pelajari bersama bahwa satu kromosom sanggup mengandung ratusan bahkan ribuan gen. Nah, kondisi di mana dalam satu kromosom yang sama terdapat dua atau lebih gen inilah yang disebut tautan atau berangkai (linkage). Gen-gen yang ber ada pada kondisi tautan ini disebut gen-gen berangkai (Gambar 1). 

Gambar 1. Gen A tertaut dengan gen B, pada 1 kromosom yang sama. Alel-alelnya a  dan b tertaut pada kromosom homolognya.

Gen-gen berangkai juga terdapat pada kromosom seks. Berdasarkan daerah terdapatnya, kromosom dibedakan menjadi kromosom autosom (terdapat pada sel-sel tubuh diploid atau sel-sel somatis) dan kromosom seks atau gonosom (terdapat pada sel-sel kelamin). Oleh lantaran itu, tautan gen yang terjadi pada kromosom autosom disebut tautan autosomal. Sementara itu, gen yang terdapat kromosom seks disebut tautan seks.

Penemuan adanya tautan gen diawali oleh penelitian Morgan pada lalat buah (Drossophila sp.). Lalat buah dipilih sebagai objek penelitiannya lantaran gampang dan cepat berkembang biak, jumlah kromosomnya hanya 4 pasang (8 kromosom) sehingga kromosomnya mudah diamati dan dihitung, serta gampang dibedakan antara lalat jantan dan betina (lalat betina mempunyai ukuran tubuh lebih besar). Morgan melaksanakan persilangan dihibrida pada lalat buah, yaitu antara lalat buah betina (tubuh abu-abu dan sayap normal) dengan lalat buah jantan (tubuh hitam dan sayap keriput). Simbol vg+ mengatakan alel penentu warna tubuh abu-abu, vg sebagai penentu tubuh hitam, b+ penentu sayap normal, dan b penentu sayap keriput. Warna tubuh hitam dan sayap keriput menunjukkan fenotip yang berlawanan (tidak normal) dengan fenotip yang dimiliki oleh induk betina. Fenotip tersebut sanggup terjadi karena adanya perubahan gen di dalam kromosom (mutasi). Oleh karena itu, fenotip ini disebut fenotip mutan. Perkawinan kedua lalat buah dengan kedua induk yang mempunyai fenotip saling berlawanan tersebut merupakan insiden test cross antara sifat dihibrida dengan resesif homozigotnya. Dengan demikian, perbandingan fenotip yang akan dihasilkan yaitu 1:1:1:1. Namun, hasil tersebut tidak terjadi pada persilangan Morgan lantaran mengatakan perbandingan jumlah fenotip yang jauh berbeda (tidak proporsional). Dari hasil tersebut, Morgan mendapatkan kesimpulan bahwa pewarisan warna tubuh dan bentuk sayap umumnya terjadi bahu-membahu dalam kombinasi yang spesifik. Hal ini disebabkan gen-gen penentu kedua sifat atau fenotip tersebut terdapat pada satu kromosom yang sama sebagai peristiwa tautan gen.

Bentuk tautan gen dan persilangan pada lalat buah tersebut dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar 2. Peristiwa tautan gen pada lalat buah

Fertilisasi antara gamet jantan dan betina akan terjadi secara acak. Pada persilangan lalat buah tersebut, terbentuk individu keturunan de ngan fenotip yang berbeda dengan fenotip dari kedua induknya. Fenotip pada individu menyerupai ini disebut fenotip rekombinan (abu-abu, keriput dan hitam, normal), sedangkan fenotip individu keturunan yang sama dengan yang dimiliki induk disebut fenotip induk (abu-abu, normal dan hitam, keriput). Individu-individu yang dihasilkan tersebut mengalamivariasi genetik yang disebabkan adanya pindah silang. Peristiwa pembentukan keturunan melalui kombinasi-kombinasi gres dari fenotip induknya ini disebut rekombinasi genetik.

2. Pindah Silang

Berdasarkan daerah terjadinya, pindah silang dibedakan menjadi pindah silang tunggal dan pindah silang ganda. Nah, semoga lebih jelasnya perhatikan insiden pindah silang berikut.

a. Pindah silang tunggal

Pindah silang ini hanya terjadi pada satu daerah saja. Hasil dari pindah silang ini akan membentuk 4 gamet. Gamet tersebut adalah gamet tipe parental, yaitu gamet yang mempunyai gen-gen menyerupai induknya dan gamet tipe rekombinasi, yaitu gamet tipe gres hasil pindah silang.

Gambar 3. Terjadinya pindah silang tunggal

b. Pindah silang ganda

Pindah silang ini terjadi pada 2 daerah (kiasmata). Seperti halnya pada pindah silang tunggal, pindah silang ganda ini juga menghasilkan 4 kromatid dan 4 gamet. 

Gambar 4. Terjadinya pindah silang ganda

Pindah silang tersebut terjadi pada individu trihibrid (dengan 3 gen berangkai). Gamet no 1 dan 4 merupakan gamet tipe parental, sedangkan gamet no 2 dan 3 merupakan gamet tipe rekombinasi.

Dengan dihasilkannya individu-individu tipe parental dan tipe rekombinasi, maka sanggup dihitung besarnya persentase kombinasi baru yang dihasilkan sebagai jawaban terjadinya pindah silang. Nilai ini disebut nilai pindah silang (NPS).

Rumus perhitungan nilai pindah silang yaitu sebagai berikut :

                         Jumlah tipe rekomendasi
NPS = ----------------------------------------- X 100%
              Jumlah seluruh individu yang dihasilkan

Persentase nilai pindah silang tersebut mengatakan kekuatan pindah silang antara gen-gen yang tertaut.

3. Tautan Seks

Jumlah kromosom pada manusia, lalat, dan binatang yang lain tentunya mempunyai perbedaan. Kromosom insan terdiri dari 23 pasang, berupa 22 pasang kromosom autosom dan 1 pasang kromosom kelamin atau gonosom (kromosom X dan kromosom Y). Jagung mempunyai 10 pasang kromosom, sedangkan lalat buah mempunyai 8 pasang kromosom termasuk kromosom kelamin. Seperti halnya tautan kromosom, insiden tautan seks ini sanggup dipelajari juga pada lalat buah. Tautan seks dibedakan menjadi tautan kromosom X dan tautan kromosom Y. Seperti apakah tautan seks tersebut? Simaklah uraian berikut ini.

a. Tautan Kromosom X

Tautan kromosom X berarti kromosom X membawa gen yang dapat diturunkan pada keturunannya baik jantan atau betina. Kromosom kelamin pada lalat betina sama menyerupai pada manusia, yaitu terdiri dari 2 kromosom X ( XX), sedangkan pada lalat jantan terdiri dari 1 kromosom X dan 1 kromosom Y ( XY). Sebelum mempelajari persilangan pada lalat buah, simbol-simbol gen yang dipakai yaitu gen +, penentu warna mata merah (normal atau wild type) dan gen w, penentu warna mata putih (white eye).

Lalat buah betina mata merah homozigot dikawinkan dengan lalat jantan mata putih, ternyata F1 nya berkelamin jantan dan betina masing-masing bermata merah. Setelah sesama F1 tersebut dikawinkan, dihasilkan keturunan F2 sebanyak 2 lalat buah betina bermata merah dan 2 lalat buah jantan masing-masing bermata merah dan putih. Untuk lebih jelasnya, berikut ini yaitu diagram persilangannya:

P1	:	♂X+ X+	X	♀XwY
		(mata merah)		(mata putih)
Gamet	:	X+		Xw dan Y
F1	:	♀X+Xw (betina, mata merah)
		♂X+Y (jantan, mata merah)
P2	:	♂X+Xw	X	♀X+Y
Gamet	:	X+ dan Xw		X+ dan Y
F2	:	♀X+ X+ (betina, mata merah)
		♀XwX+ (betina, mata merah)
		♂X+Y (jantan, mata merah)
		♂XwY (jantan, mata putih)

Pada persilangan ini, gen penentu warna mata hanya dibawa oleh kromosom X saja (baik kromosom pada kelamin jantan atau betina). Hasil persilangan tersebut mengatakan bahwa warna merah lebih banyak didominasi terhadap warna putih dan gen lebih banyak didominasi (+) terangkai pada kromosom X. Beberapa pola gen yang hanya terdapat pada kromosom X yaitu gen penentu warna bulu pada burung, gen penentu warna rambut pada kucing, gen penentu kelainan buta warna, anodontia, dan hemofilia. Kelainan-kelainan tersebut akan dibahas pada subbab Hereditas Pada Manusia.

b. Tautan Kromosom Y

Seperti halnya tautan kromosom X, tautan kromosom Y berarti bahwa pada kromosom Y terdapat gen yang hanya diturunkan pada keturunan laki-laki atau jantan saja. Oleh lantaran itu, jikalau gen dominan terdapat pada kromosom Y, maka setiap keturunan jantan atau laki-laki akan mewarisi sifat lebih banyak didominasi tersebut. Pewarisan sifat ini disebut holandrik. Gen pada kromosom Y sanggup berangkai, demikian juga pada kromosom X. Beberapa pola gen yang hanya terdapat pada kromosom Y yaitu gen penentu jari-jari berselaput, gen penentu tumbuhnya rambut pada telinga, serta gen penentu tumbuhnya rambut panjang dan kaku pada insan yang juga akan dibahas pada subbab Hereditas Pada Manusia.

4. Determinasi Seks

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa jumlah kromosom pada tumbuhan, hewan, dan insan mempunyai perbedaan. Perbedaan ini juga terjadi pada susunan kromosom kelamin atau kromosom seks pada tumbuhan, hewan, dan insan tersebut. Susunan kromosom pada jenis kelamin jantan atau laki-laki tentunya berbeda dengan jenis kelamin betina atau wanita. Perbedaan ini dapat disebabkan oleh 2 faktor. Faktor yang pertama yaitu faktor lingkungan, di mana individu keturunan jantan maupun betina yang dihasilkan melalui fertilisasi sanggup dipengaruhi oleh faktor fi siologi induknya. Jika produksi dan peredaran atau kadar hormon kelamin dalam tubuh tidak seimbang, maka pernyataan fenotip ihwal jenis kelaminnya dapat berubah. Akibatnya, tabiat kelaminnya juga mengalami perubahan.

Faktor kedua yaitu faktor genetik. Secara umum, faktor genetiklah yang paling memilih jenis kelamin suatu individu. Komposisi kromosom dapat memengaruhi perbedaan jenis kelamin.

Pada tahun 1891, seorang biolog Jerman berjulukan H. Henking yang sedang melaksanakan penelitian ihwal spermatogenesis, mengamati adanya struktur tertentu pada nukleus spermatozoa serangga. Henking menyebut struktur tersebut sebagai “badan X” kemudian membedakan antara spermatozoa berbadan X dengan spermatozoa tanpa tubuh X. Pembuktian hal tersebut dilakukan pada tahun 1902 oleh Mc Clung. Clung tidak menemukan adanya tubuh X tersebut pada sel telur belalangbetina. Oleh lantaran itu, disimpulkan bahwa tubuh X mempunyai hubungan dengan jenis kelamin. Setelah penelitian dilanjutkan oleh Wilson dan Steven, dinamakanlah tubuh X tersebut sebagai kromosom X.

Berikut ini akan kalian pelajari ihwal tipe-tipe penentuan jenis kelamin (determinasi seks) yang telah dikenal pada hewan, tumbuhan, dan manusia.

a. Tipe XY

Tipe penentuan seks ini sanggup dijumpai pada lalat buah, manusia, tumbuh-tumbuhan berumah dua, dan pada binatang menyusui. Pada nukleus lalat buah terdapat 8 buah kromosom (4 pasang) yang terdiri dari 3 pasang kromosom tubuh (autosom) dan 1 pasang kromosom seks. (perhatikan Gambar 5). 

Gambar 5. Susunan kromosom pada nukleus lalat buah.

Kromosom seks pada lalat betina mempunyai 2 kromosom X (bentuknya batang lurus), sedangkan pada lalat jantan terdiri dari kromosom X dan kromosom Y (lebih pendek dari kromosom X dan salah satu ujungnya membengkok). Formula kromosom lalat buah betina yaitu 8,XX (3 pasang kromosom atau 6 buah autosom + 1 pasang kromosom X), sedangkan lalat buah jantan yaitu 8,XY (3 pasang kromosom autosom + 1 kromosom X + 1 kromosom Y).

Jumlah kromosom pada insan yaitu 46 buah (23 pasang). Pada wanita, terdapat 22 pasang autosom dan 1 pasang kromosom X (46,XX), sedangkan pada laki-laki terdapat 22 pasang autosom, 1 kromosom X, dan 1 kromosom Y (46,XY). Pada gametogenesis, dihasilkan ovum (sel telur) haploid sehingga mengandung 22 autosom (11 pasang) dan 1 kromosom X. Pada spermatogenesis dihasilkan spermatozoa yang mengandung 22 autosom dan 1 kromosom X serta spermatozoa yang mengandung 22 autosom dan 1 kromosom Y. Lalu, bagaimanakah terjadinya pembentukan jenis kelamin laki-laki atau perempuan? Hal ini sanggup kalian lihat pada denah pembentukan jenis kelamin (perhatikan Gambar 6).

Gambar 6. Skema pembentukan jenis kelamin

Selain pada insan dan lalat, hewan menyusui mempunyai sistem kelamin XY (jantan) dan XY (betina). Demikian juga pada flora berumah dua (tumbuhan yang satu sebagai flora betina dan yang satu sebagai flora jantan), misalnya salak (Salacca edulis).

b. Tipe XO

Tipe XO ini dijumpai pada serangga seperti belalang (Ordo Orthoptera) dan kepik (Ordo Hemiptera). Pada belalang tidak dijumpai adanya kromosom Y sehingga hanya mempunyai kromosom X saja. Oleh lantaran itu, belalang jantan bertipe XO dan belalang betina bertipe XX (mempunyai sepasang kromosom X).

c. Tipe ZW

Tipe ini dijumpai pada serangga (kupu-kupu), beberapa jenis ikan dan reptil. Berbeda dengan tipe seks pada insan dan lalat buah yang homogametik (terdiri dari kromosom kelamin yang sama) pada betina atau wanita, tipe seks ZW pada betina bersifat heterogametik (terdiri dari kromosom kelamin yang berbeda). Agar tidak terjadi kekeliruan dengan tipe penentuan kelamin XY, maka dipakai Z dan W. Oleh karena itu, yang betina mempunyai tipe ZW (atau XY) dan yang jantan mempunyai tipe ZZ (atau XX).

d. Tipe ZO

Tipe ZO dijumpai pada unggas menyerupai ayam dan itik. Unggas betina juga bersifat heterogametik, yaitu hanya mempunyai satu kromosom X saja, sehingga tipenya yaitu ZO atau XO. Unggas jantan bersifat homogametik, sehingga tipenya yaitu ZZ atau XX.

5. Gen Letal

Individu gres yang dihasilkan dari perkawinan induk tidak selalu berada dalam keadaan hidup. Secara genetik, hal ini sanggup disebabkan oleh adanya gen letal, yaitu gen yang jikalau berada dalam keadaan homozigotik, ia sanggup menjadikan maut individu. Oleh lantaran itu, adanya gen letal menjadikan perbandingan fenotip keturunan yang dihasilkan akan menyimpang dari Hukum Mendel.

Dengan adanya gen letal, fungsi gen akan mengalami gangguan dalam menumbuhkan sifat atau fenotip. Adanya gen letal ini dapat disebabkan oleh mutasi (akan dibahas pada kepingan berikutnya). Gen letal akan kuat atau sanggup menjadikan maut ketika individu masih berada dalam tahap embrio, pada ketika kelahiran individu, atau setelah individu berkembang dewasa.

Lalu, gen apa sajakah yang sanggup menjadikan maut tersebut? Gen letal sanggup dibedakan menjadi 2 macam, yaitu gen dominan letal dan gen resesif.

a. Gen lebih banyak didominasi letal

Gen lebih banyak didominasi letal yaitu gen lebih banyak didominasi yang sanggup menyebabkan kematian jikalau bersifat homozigotik. Contoh adanya gen lebih banyak didominasi letal ini terdapat pada ayam “Creeper” (ayam redep), tikus kuning, dan manusia. Jika ayam redep (ayam yang bertubuh normal, tetapi kakinya pendek) heterozigotik dikawinkan dengan sesamanya, maka akan dihasilkan keturunan ayam letal, ayam redep, dan ayam normal. Gen C sebagai penentu ayam redep dan gen c sebagai penentu ayam normal.

Hal ini sanggup dilihat pada persilangan berikut.

P	:	♀Cc	X	♂Cc
		(ayam redep)		(ayam redep)
Gamet	:	C dan c		C dan c
F1		CC = letal	1
		Cc = redep	2
		Cc = redep
		cc = normal	1

Berdasarkan Hukum Mendel, perbandingan fenotip yang dibutuhkan yaitu 3 : 1. Dengan adanya gen letal yaitu gen lebih banyak didominasi C yang homozigotik (CC), maka terjadi penyimpangan perbandingan fenotip menjadi 2 redep : 1 normal. Gen letal tersebut menjadikan ayam mati dalam keadaan embrio.

Pada manusia, gen lebih banyak didominasi letal sanggup menjadikan Thallasemia, yaitu kelainan jawaban rusak atau pecahnya (hemolisis) eritrosit, dengan ciri-ciri: ukuran eritrosit kecil berbentuk lonjong (tidak bulat bikonkaf ), jumlahnya melebihi normal, dan daya ikat terhadap oksigen rendah. Thallasemia dibedakan menjadi dua, yakni:

1). Thallasemia Mayor

Thallasemia mayor merupakan thallasemia yang parah, sehingga menyebabkan maut ketika bayi. Th allasemia mayor disebabkan gen dominan homozigot (Th Th ).

2). Thallasemia Minor

Pada thallasemia minor ini, terjadi sedikit kerusakan pada eritrosit atau penderita hanya mengalami anemia (kekurangan darah). Penderita biasanya masih sanggup hidup, meskipun mengalami anemia. Thallasemia minor disebabkan oleh gen heterozigot (Th th). Oleh lantaran itu, orang yang normal mempunyai genotip resesif homozigot (thth).

b. Gen resesif letal

Gen resesif letal yaitu gen resesif yang menjadikan kematian jika dalam keadaan homozigot. Gen ini dijumpai pada tumbuhan jagung, yaitu gen G sebagai pembentuk klorofi l dan gen g yang menyebabkan tidak terbentuknya klorofi l jikalau bersifat homozigotik.

Persilangan antara sesama tumbuhan jagung berdaun hijau heterozigotik dapat dilihat sebagai berikut.

P	:	♀Gg	X	♂Gg
		(hijau)		(hijau)
Gamet	:	G dan g		G dan g
F1		GG = hijau	3
		Gg = hijau
		Gg = hijau
		gg = putih atau albino (letal)

Pada persilangan tumbuhan jagung tersebut, diketahui perbandingan fenotip yang dihasilkan semula yaitu 75% berdaun hijau : 25% berdaun putih. Tanaman berdaun hijau sanggup menjalankan proses fotosintesis serta sanggup menyerap zat kuliner dengan akarnya. Namun, tanaman berdaun putih dengan akar yang belum tepat hanya mampu bertahan selama 14 hari saja, yaitu dengan mendapatkan makanan dari endospermnya (putih lembaga). Tanaman putih tidak sanggup berfotosintesis karena tidak mempunyai klorofi l pada daunnya. 

Setelah 14 hari, tanaman tersebut segera mati. Oleh lantaran itu, persilangan dua tanam an monohibrida tersebut tidak menghasilkan perbandingan fenotip 3 : 1, tetapi terjadi penyimpangan yaitu menjadi 3 : 0. Selain pada jagung, pola gen resesif letal antara lain: gen penyebab perlekatan paru-paru sehingga bayi mati ketika dilahirkan, gen penyebab bentuk tulang rawan tidak normal (salah), penyebab mencit berekor pendek, lalat buah bermata bintang, dan gen penyebab kelainan darah (Sicklemia).

Sicklemia pada insan atau sickle cell merupakan keadaan pada seseorang yang mempunyai eritrosit berbentuk bulan sabit. Hal ini menyebabkan terganggunya peredaran darah. Gen penyebab sicklemia adalah gen resesif homozigot yang bersifat letal (ss). Sementara itu, pada orang normal sanggup mempunyai genotip SS (dominan homozigot) atau heterozigot (Ss).

6. Non-disjunction

Sebelum kalian mempelajari lebih lanjut ihwal gagal berpisah ini, ada beberapa hipotesis ihwal hubungan (korelasi) pemindahan kromosom dengan gen, antara lain: pertama, pada sel somatik (sel-sel tubuh) terdapat 2 kelompok kromosom yang identik (homolog), yang satu berasal dari induk jantan dan satu lagi dari induk betina. Terdapatnya kromosom-kromosom dalam pasangan-pasangan kromosom yang tidak identik yaitu sejajar dengan terdapatnya gen-gen dalam pasangan; kedua, kromosom-kromosom tetap mempunyai sifat morfologi yang sama sepanjang banyak sekali pembelahan sel. Demikian pula gen-gen akan mengatakan kontinuitas yang sama; ketiga, setiap kromosom atau setiap pasang kromosom mempunyai peranan tertentu dalam kehidupan dan perkembangan individu; dan keempat, selama meiosis, kromosom-kromosom homolog berpasangan dan kemudian anggota dari pasangan kromosom tersebut memisah secara bebas ke sel-sel kelamin. Gen-gen juga memisah secara bebas sebelum terbentuknya gamet.

Gmbar 7. a. Gagal berpisah ketika meiosis I (Anafase I), b. Gagal berpisah saat meiosis II (Anafase II)

Nah, pada uraian ini, kalian akan menemukan insiden yang tidak mengikuti hipotesis yang terakhir tersebut. Selama pembentukan individu keturunan, sanggup terjadi beberapa kemungkinan peristiwa yang tidak berjalan normal. Salah satu dari insiden tersebut adalah peristiwa gagalnya pemisahan kromosom pada ketika meiosis (pembentukan gamet) dan disebut gagal berpisah atau non-disjunction. Gagal berpisah sanggup terjadi pada insiden meiosis yaitu pada anafase I atau pada anafase II sehingga pasangan kromatid tidak sanggup memisahkan diri. Peristiwa gagal berpisah tersebut menjadikan terjadinya perubahan jumlah kromosom pada individu keturunannya (berkurang atau bertambah), baik pada kromosom seks maupun autosom.

Hal-hal apa sajakah yang menjadikan gagal berpisah? Gagal berpisah tersebut kemungkinan sanggup disebabkan oleh beberapa hal, yaitu:

1. Adanya virus atau kerusakan jawaban radiasi. Pengaruh ini akan mudah terlihat pada perempuan yang telah berumur tua.
2. Kandungan antibodi tiroid yang tinggi
3. Sel telur dalam kanal telur yang tidak segera dibuahi akan mengalami kemunduran. Oleh lantaran itu, risiko melahirkan anak yang cacat akan dialami oleh perempuan berumur lebih dari 25 tahun.

Anda kini sudah mengetahui Pola Hereditas. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

---

Referensi :

Rochmah, S. N., Sri Widayati, Mazrikhatul Miah. 2009. Biologi : Sekolah Menengan Atas dan MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 282.

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.