Home Biologi

Anabolisme Karbohidrat

Updated: • • min read
Table of Contents

Pengertian Anabolisme

Anabolisme adalah suatu penyusunan senyawa kompleks organik dari senyawa sederhana dengan menggunakan energi. Yang termasuk Anabolisme Karbohidrat adalah proses fotosintesis.


Pengertian Fotosintesis

Menurut Robert Meyer (1845), fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang sangat penting karena selama proses itu energi radiasi akan dikonversi menjadi energi kimia yang bermanfaat untuk proses kehidupan. Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa
Proses fotosintesis = proses anabolisme karbohidrat


Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Disini kita akan melihat faktor eksternal dan faktor internal yang mempengaruhi fotosintesis.

Faktor eksternal

Faktor eksternal fotosintesis adalah faktor yang berasal dari luar tumbuhan, terdiri dari
  1. Karbondioksida (CO2) diambil dari udara.
  2. Air (H2O) diambil dari dalam tanah.
  3. Spektrum cahaya.
  4. Suhu, pada umumnya fotosintesis dapat berlangsung pada suhu 5°C – 42°C, pada suhu 35°C kecepatan fotosintesis meningkat dan pada suhu di atas 40°C kecepatan fotosintesis menurun

Faktor Internal

Faktor internal fotosintesis adalah faktor yang berasal dari dalam tumbuhan itu sendiri, seperti
  1. Pigmen, klorofil adalah komponen terpenting dari tumbuhan yang melakukan fotosintesis.
  2. Enzim, berfungsi sebagai biokatalisator. Berdasarkan peranan enzim dalam membantu reaksi kimia anabolisme enzim dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu:
    1. Enzim yang berkaitan dengan fungsi oksidasi reduksi
      Enzim ini mengatalisis reaksi perpindahan hidrogen dari suatu substrat ke substrat yang lain.
      Contohnya adalah: nikotinamid adenin dinukleotida pospat (NAD), sitokrom, flavin mononukleotida (FMN), ferodoksin, ketoglutarat dehidrogenase, suksinat dehidrogenase.
    2. Enzim yang tidak terkait dengan reaksi oksidasi reduksi. Enzim ini akan mengatalis reaksi pengubahan substrat ke bentuk yang lain tanpa diikuti pelepasan hidrogen.
      Contohnya adalah: enzim karboksilase, fumarase, akonitase.


Tahap Reaksi Fotosintesis

Secara umum proses fotosintesis terjadi di kloroplas. Yuk kita lihat struktur kloroplas.
Struktur kloroplas adalah sebagai berikut.
  1. Berbentuk pipih, panjang rata-rata 7 milimikron dengan lebar 3 – 4 milimikron.
  2. Terdiri dari 2 membran, yaitu stroma dan lamela.
  3. Di membran terdapat lapisan lipid bilayer yang mengandung protein intrinsik dan enzim. Stroma atau membran luar melingkupi fluida. Lamela atau membran dalam terlipat berpasangan. Lamela akan membesar, membentuk gelembung pipih yang terbungkus membran yang disebut tilakoid, tumpukan tilakoid disebut grana.
  4. Mengandung klorofil dan beberapa karotenoid.
  5. Terdiri dari 2 fraksi, yaitu grana yang mengandung pigmen fotosintetik dan stroma yang tidak mengandung pigmen melainkan mengandung enzim-enzim.

Reaksi Terang dan Reaksi Gelap Fotosintesis

Dalam proses fotosintesis dikenal dua reaksi, yaitu reaksi gelap dan reaksi terang. Berikut penjelasannya.

a. Reaksi terang fotosintesis

Reaksi terang pada proses fotosintesis terjadi di dalam membran tilakoid, tepatnya di kloroplas. Dalam tilakoid terdapat unit pengumpul cahaya yang disebut fotosistem.

Terdapat dua macam fotosistem yang terdapat pada membran tilakoid yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Reaksi terang berlangsung ketika fotosistem I dan fotosistem II terkena cahaya matahari.

Reaksi terang terbagi menjadi 2 tahapan yaitu:
  1. Fotofosforilasi siklik
    Fotofosforilasi siklik berlangsung di fotosistem I. Pada fotosistem I terdapat klorofil a yang peka terhadap panjang gelombang 700 nm sehingga disebut p700. Cahaya yang terkena klorofil akan menyebabkan klorofil teraktifasi sehingga melepaskan elektronnya. Elektron yang dilepas klorofil akan ditransfer dari satu enzim menuju enzim yang lain, dan sebagian energinya akan diserap oleh ADP untuk mengikat phospat sehingga terbentuk ATP.
  2. Fotofosforilasi nonsiklik
    Fotosistem I yang terkena cahaya matahari akan melepaskan elektron bersamaan dengan rantai transfer elektron. Sebagian energi yang ada pada reaksi transfer elektron ini digunakan untuk pembentukan ATP dari ADP, bersamaan dengan ini terjadi penguraian molekul air menjadi O2, ion hidrogen dan elektron. NADP akan mengambil elektron yang berasal dari fotosistem I kemudian mengikat ion hidrogen sehingga terbentuk NADPH.

    Fotosistem I yang sudah kehilangan elektronnya akan menyedot elektron dari fotosistem II (p680) yang terkena cahaya. Fotosistem II yang kekurangan elektron akan mengambil elektron yang dihasilkan oleh penguraian air.

    ATP dan NADPH yang dihasilkan dari reaksi terang akan dimanfaatkan untuk membentuk glukosa pada reaksi gelap, sedangkan O2 yang dihasilkan akan segera dikeluarkan sebagai hasil samping fotosintesis.


b. Reaksi gelap (siklus Calvin-Benson)

Sebelumnya telah dijelaskan bahwa melalui ATP dan NADPH pada reaksi terang akan dihasilkan glukosa yang digunakan pada reaksi gelap. Jalur metabolisme reaksi pembentukan glukosa dari CO2 dikenal juga sebagai daur Calvin. Dalam penambahan CO2 terjadi beberapa tahap reaksi, sebagai berikut:

Tahap I
6 molekul CO2 dari udara bereaksi dengan 6 molekul ribulosa 1,5 difosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa difosfat karboksilase menghasilkan 12 molekul 3 fosfogliserat.

Tahap II
12 Molekul 3 fosfogliserat dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase dan gliseraldehida fosfat dehidrogenase akan terbentuk 12 molekul gliseraldehida 3 fosfat dengan bantuan 12 ATP dan 12 NADPH.

Tahap III
12 gliseraldehida 3 fosfat akan diubah menjadi 3 molekul fruktosa-6-fosfat untuk selanjutnya fruktosa 6 fosfat diubah menjadi glukosa.

Persamaan reaksi secara keseluruhan dapat ditampilkan sebagai berikut:
6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12H+ +12H2O → Glukosa + 18Pi + 18ADP + 12NADP+

Secara garis besar hubungan antar reaksi terang dan reaksi gelap adalah energi matahari yang ditangkap oleh fotosistem I dan fotosistem II dalam fasa terang cahaya diubah sebagai energi kimia NADPH dan ATP.

Struktur kloroplas

Tiga Macam Reaksi Sintetis Pada Tumbuhan

Tiga macam reaksi sintesis yang sudah diidentifikasi pada tumbuhan adalah C3, C4 dan CAM.

1) Daur C4

Daur C4 dikenal juga dengan jalur metabolisme Hatch-Slack, yaitu jalur metabolisme penambatan CO2 pada tahap reaksi pertamanya melibatkan pembentukan asam dikarboksinat beratom karbon empat, yaitu oksaloasetat, malat, dan asam aspartat.

Daur C4 ini terjadi pada tumbuhan golongan C, seperti jagung, rumput-rumputan, dan tumbuhan padang pasir.

jalur metabolisme daur C4 Keterangan
  • E1 = karbonik antidrase
  • E2 = fosfoenolpiruvat karboksilase
  • E3 = transaminase
  • E4 = piruvat dikinase
  • E5 = E6 = malat dehidrogenase


2) Daur C3

Daur C3 terjadi pada tanaman polong-polongan, gandum, padi. Daur C3 diawali dengan fiksasi CO2, yaitu menggabungkan CO2 dengan sebuah molekul akseptor karbon. Tetapi pada daur ini CO2 difiksasi ke gula berkarbon lima, yaitu ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim karboksilase RuBP (rubisko). Molekul berkarbon 6 yang terbentuk bersifat tidak stabil dan akan terpisah menjadi 2 molekul fosfogliserat (PGA). Molekul PGA merupakan karbohidrat stabil berkarbon tiga yang pertama kali terbentuk sehingga cara tersebut dinamakan daur C3.

3) CAM

CAM (Crassulacean Acid Metabolism) merupakan mekanisme yang paling sedikit terjadi di antara ketiga daur (C3, C4, CAM). Daur ini terjadi pada tanaman nanas, kaktus, bunga lili, agave, dan beberapa jenis anggrek.

Secara biokimia, daur CAM menyerupai daur C4, kecuali tidak adanya pemisahan reaksi sintesis antara mesofil dengan berkas sel seludang. Bahkan, semua reaksi dipisahkan oleh waktu, suatu faktor yang sangat penting bagi kelangsungan hidup tanaman CAM pada lingkungan yang kering.


Bukti-bukti peristiwa fotosintesis

Untuk membuktikan adanya molekul-molekul yang dibutuhkan dan yang dihasilkan dalam peristiwa fotosintesis dapat dilakukan dengan percobaan sebagai berikut.

1) Percobaan Sachs

Pada percobaan Sachs, membuktikan bahwa fotosintesis akan dihasilkan zat tepung.
  1. Daun yang sudah beberapa saat terkena cahaya matahari dipetik.
  2. Daun dimasukkan pada air yang mendidih.
  3. Kemudian daun dimasukkan pada alkohol panas.
  4. Setelah itu ditetesi dengan larutan iodium (lugol).

Berdasarkan percobaan Sachs, hasilnya adalah daun akan berwarna biru tua. Hal ini membuktikan setelah terbentuk glukosa hasil fotosintesis, akan segera diubah menjadi zat tepung.


2) Percobaan Engelmann

Percobaan Engelmann, membuktikan di dalam fotosintesis diperlukan cahaya dan klorofil. Dari hasil pengamatan yang dilakukan di bawah mikroskop ditemukan Spirogyra dan bakteri termo, ternyata jika seberkas cahaya dijatuhkan dan mengenai kloroplas Spirogyra, maka akan tampak bakteri termo berkerumun pada daerah yang berkloroplas yang terkena cahaya tersebut. Namun jika seberkas cahaya tidak sampai atau terkena kloroplas, maka tidak banyak ditemukan bakteri termo.


3) Percobaan Ingenhouz

Percobaan Ingenhouz membuktikan bahwa pada fotosintesis dihasilkan O2.
  1. Beberapa batang tanaman Hydrilla verticillata dimasukkan ke dalam sebuah corong.
  2. Corong ditempatkan ke dalam beker glass yang berisi air dalam keadaan terbalik (air harus penuh) dan dikaitkan dengan kawat penyangga.
  3. Pipa ditutup dengan tabung reaksi yang berisi air secara terbalik.
  4. Perangkat percobaan ditempatkan pada tempat yang terkena sinar matahari secara langsung.
Pada Percobaan Ingenhouz, hasilnya adalah pada tabung reaksi terdapat gelembung-gelembung air. Untuk membuktikan apakah gas yang muncul adalah gas O2, dapat dilakukan pengujian dengan memasukkan lidi yang membara. Apabila terbentuk nyala api, maka gas yang muncul tersebut O2.


4) Percobaan Van Helmont

Percobaan Van Helmont membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan air.
  1. Van Helmont memperoleh 200 pon tanah yang sudah dikeringkan di dalam pot besar.
  2. Tanah tersebut disiram dengan air dan di dalamnya ditanam pucuk tanaman "willow" seberat 5 pon.
  3. Pot dimasukkan ke dalam tanah dan kemudian tepinya ditutup dengan plat besi yang berlubang-lubang.
  4. Selama 5 tahun Van Helmont menyiram tanaman tersebut dengan air hujan atau air suling.
  5. Pohon dicabut kemudian ditimbang. Ternyata hasilnya adalah berat pohon menjadi 164pon 3ons (berat ini tidak termasuk berat daun yang berguguran + 5tahun).
  6. Tanah dikeringkan lagi dan ditimbang, ternyata beratnya hanya berkurang 2ons dari berat semula.
  7. Kesimpulannya penambahan berat pohon "willow" hanya bersumber dari air.


Perbedaan Fotosintesis dan Respirasi

Agar lebih mudah dalam membedakan antara fotosintesis dan respirasi, perhatikan tabel di bawah ini

Perbedaan fotosintesis dan respirasi
No. Objek Fotosintesis Respirasi
1. Tempat terjadinya Klorofil Mitokondria dan sitoplasma
2. Bahan baku CO2 dan H2O Glukosa
3. Molekul yang dihasilkan Karbohidrat (amilum) ATP
4. Molekul samping yang dihasilkan O2 H2O dan CO2
5. Reaksi utama Reaksi terang dan Reaksi gelap Respirasi aerob dan anaerob
6. Kebutuhan ATP membutuhkan molekul ATP Menghasilkan dan membutuhkan
7. Persamaan reaksinya Terjadi pembentukan glukosa 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
8. Kebutuhan oksigen Menghasilkan oksigen Tidak selalu membutuhkan oksigen, contoh untuk respirasi aerob.
9. Jalur yang ditempuh Fotosintesis I, II, siklus Calvin Glikolisis, siklus Krebs, dan fosforilasi oksidatif (Transpor elektron)
10. Kebutuhan cahaya Tergantung cahaya Tidak tergantung cahaya
11. Akseptor elektron NADH NADP dan FAD
ATP yang dihasilkan melalui respirasi aerob dan anaerob berfungsi sebagai sumber energi untuk semua aktivitas organisme. Aktivitas ini dibagi menjadi empat golongan, yaitu:
  1. Kerja mekanis
    Kerja mekanis selalu terjadi jika otot berkontraksi. Ketika otot berkontraksi, energi yang diperlukan disediakan oleh ATP.
  2. Transpor aktif
    Pada transpor aktif, ATP digunakan untuk mengaktifkan ion atau molekul yang akan ditranslokasikan ke dalam sel.
  3. Produksi panas
    Produksi panas terjadi sebagai hasil sampingan dari proses transformasi energi lain dalam sel, karena tidak ada produksi panas. Transformasi energi yang 100% efisien.
  4. Anabolisme
    Anabolisme adalah proses sintesis molekul organik dari molekul anorganik. ATP merupakan sumber energi bagi aktivitas anabolik di dalam sel.