Transformasi Energi dalam Sel

Transformasi Energi dalam Sel

Transformasi energi adalah prose perubahan energi dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain. Pada makhluk hidup, transformasi energi berlangsung di dalam sel. Energi akan mengalami transformasi dari energi potensial yang berupa energi kimia makanan menjadi energi panas dan energi kinetik atau gerak dalam aktivitas makhluk hidup.

1.         Transformasi energi oleh mitokondria

Mitokondria merupakan salah satu organela sel yang berperan penting dalam proses respirasi sel. Mitokondria memanfaatkan energi kimia untuk mengubah karbohidrat, protein, dan lemak. Mitokondria banyak terdapat di dalam sel otot makhluk hidup dan sel saraf. Fungsi utama dari mitokondria sendiri adalah sebagai pabrik energi sel yang dapat menghasilkan energi dalam bentuk ATP (Adenosine Tri Phosphate). Metabolisme karbohidrat akan berakhir di mitokondria ketika piruvat di transpor serta dioksidasi oleh O₂ yang akan menjadi CO₂ serta air. Energi yang dihasilkan sangatlah efisien, sekitar 30 molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul-molekul glukosa yang dioksidasi. Sedangkan glikolisis hanya bisa dihasilkan 2 molekul ATP. Fungsi dari mitokondria adalah untuk mengatur aktivitas metabolisme sel.

2.         Transformasi energi oleh klorofil

Transformasi energi pada sel tumbuhan terjadi pada bagian daun atau klorofil. Klorofil merupakan zat hijau daun yang terdapat dalam organel sel tumbuhan, yang biasanya disebut dengan kloropas. Proses pembuatan makanan pada tumbuhan disebut dengan fotosintesis. Nah, klorofil-lah yang berfungsi dalam proses fotosintesis.  Energi radiasi matahari ditangkap oleh klorofil untuk melancarkan proses fotosintesis. Proses tersebut untuk mereaksikan CO₂ dan H₂O menjadi glukosa. Selain glukosa yang dihasilkan, juga menghasilkan oksigen yang dapat digunakan oleh tumbuhan untuk beraktivitas. Seperti tumbuh, berkembang, dan juga bernafas. Dalam proses fotosintesis, energi radiasi matahari yang berbentuk energi cahaya diubah menjadi energi potensial dan energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan lainnya. Energi ini dimanfaatkan tumbuhan untuk beraktivitas (tumbuh dan kembang) dan dimanfaatkan oleh makhluk hidup lain yang mengkonsumsi tumbuhan tersebut. Sehingga energi yang terdapat pada tumbuhan berpindah ke dalam tubuh makhluk hidup lainnya dan menjadi energi potensial.

Metabolisme Sel

Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam makhluk hidup, mulai makhluk hidup bersel satu yang sangat sederhana seperti bakteri, protozoa, jamur, tumbuhan, hewan; sampai mkhluk yang susunan tubuhnya kompleks seperti manuasia. Di dalam proses ini, makhluk hidup mendapat, mengubah dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya untuk mempertahankan hidupnya.

Metabolisme meliputi proses sintesis (anabolisme) dan proses penguraian (katabolisme) senyawa atau komponen dalam sel hidup. Semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Hal lain yang penting dalam metabolisme adalah peranannya dalam penawaran racun atau detoksifikasi, yaitu mekanisme reaksi pengubahan zat yang beracun menjadi senyawa tak beracun yang dapat dikeluarkan dari tubuh.

1.         Fotosintesis

Fotosintesis merupakan suatu proses biokimia pembentukan zat makanan seperti karbohidrat yang dilakukan oleh tumbuhan. Fotosintesi berlangsunng dengan bantuan energi cahaya terutama energi cahaya matahari yang diserap oleh klorofil. Fotosintesis berlangsung pada kloroplas. Fotosintesis berlangsung dalam dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

a.       Reaksi terang

Reaksi Terang disebut juga reaksi Hill. Reaksi terang adalah reaksi yang terjadi pada proses fotosintesis di mana pada tahapan ini diperlukan cahaya dalam prosesnya. Energi yang terdapat pada cahaya matahari akan digunakan oleh pigmen fotosintesis pada grana/tumpukan tilakoid. Tujuan dari reaksi terang adalah menghasilkan ATP, NADPH, dan O₂.Selanjutnya, hasil dari proses reaksi terang berupa ATP dan NADPH₂ digunakan pada reaksi gelap atau siklus Calvin. Sedangkan oksigen (O₂) akan dilepaskan ke udara sebagai hasil samping fotosintesis.

Pada reaksi terang fotosintesis terdiri dari dua reaksi yaitufotofosforilasi non siklik dan fotofosforilasi siklik. Proses reaksi terang fotosintesis diawali dengan penangkapan energi cahaya oleh klorofil. Energi cahaya kemudian dipakai untuk reaksi fotolisis air serta fotofosforilasi baik jalur siklik maupun non siklik.

b.      Reaksi gelap

Reaksi gelap sering juga disebut sebagai Siklus Calvin merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam proses fotosintesis. Proses yang terjadi pada reaksi gelap fotosintesis tidak membutuhkan cahaya matahari secara langsung. Maksud dari reaksi gelap fotosintesis bukan berarti berlangsung di tempat yang gelap atau malam hari, hanya saja prosesnya terjadi tanpa cahaya matahari secara langsung. Bagian tumbuhan sebagai tempat terjadinya reaksi gelap adalah stroma yang terdapat pada kloroplas.Energi pada reaksi gelap diperoleh dari ATP yang dihasilkan pada reaksi terang. Dalam kata lain, dapat disimpulkan bahwa reaksi gelap tidak akan berlangsung tanpa adanya reaksi terang.Komponen yang dibutuhkan pada reaksi gelap fotosintesis:

-          CO₂ dari udara bebas

-          ATP dan NADPH dari reaksi terang

Reaksi gelap terdiri atas 3 fase yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi. Reaksi gelap menghasilkan glukosa (C₆H₁₂O₆), ADP, dan NADP.

Proses fotosintesis dipengaruhi oleh cahaya, klorofil, air, suhu, dan karbon dioksida.

a.       Cahaya

Intensitas cahaya matahari akan sangat berpengaruh dalam sebuah proses fotosintesis. Pada batas tertentu, semakin tinggi intensitas cahaya matahari maka energi yang akan dihasilkan  semakin banyak sehingga proses fotosintesis akan semakin cepat dan juga sebaliknya.

b.      Klorofil

Organisme atau tumbuhan yang tidak mempunyai klorofil tidak dapat melakukan proses fotosintesis. Sementara tumbuhan yang mempunyai klorofil bersifat autotrof yakni organisme yang bisa menghasilkan makanan sendiri lewat proses fotosintesis. Bagian tumbuhan yang mengandung klorofil lebih banyak, maka proses fotosintesis semakin cepat.

c.       Air (H₂O)

Dalam melakukan reaksi fotosintesis, tumbuhan juga membutuhkan air atau H₂O sebagai salah satu bahannya. Jika tidak adanya air dapat menghambat proses fotosintesis yang akan dilakukan oleh tumbuhan. Air hanya didapatkan oleh akar yang menyerap air melalui tanah.Kekurangan air saat kekeringan dapat menyebabkan stomata pada tumbuhan akan tertutup. Hal ini dapat menyebabkan penyerapan karbondioksida akan menurun dan dapat menghambat proses fotosintesis.

d.      Karbondioksida

tumbuhan juga memerlukan adanya karbondioksida atau CO₂ untuk melakukan proses fotosintesis. Karbondioksida menjadi komponen terpenting pada saat proses fotosintesis. Tumbuhan bisa mendapatkan karbondioksida di udara bebas lewat stomata. Pada batas tertentu, semakin banyak karbondioksida di udara, maka semakin banyak jumlah bahan karbondioksida yang dapat digunakan tumbuhan untuk melakukan sebuah proses fotosintesis.

e.       Suhu

Selain faktor utama di atas, suhu juga berpengaruh terhadap fotosintesis. Laju fotosintesis cenderung tinggi dibandingkan pada suhu yang rendah. Pada suhu yang teralalu rendah, enzim-enzim menjadi tidak aktif. Namun, jika suhu terlalu tinggi enzim-enzim yang berperan pada fotosintesis akan rusak. Demikian juga dengan daun akan mengalami evaporasi yang tinggi sehingga menjadi kering.

Gambar ilustrasi proses fotosintesi pada tumbuhan

Reaksi fotosintesis:

2.         Respirasi

Secara umum, respirasi adalah seluruh proses mulai dari pemasukan udara, pengambilan oksigen (O₂) dan penggunaan oksigen untuk oksidasi, sampai dengan pengeluaran zat-zat sisa pernapasan. Oksigen di dalam tubuh digunakan untuk membakar zat-zat makanan atau proses oksidasi. Peristiwa oksidasi di dalam sel-sel tubuh disebut juga oksidasi biologi. Oksidasi biologi menghasilkan energi dan mengeluarkan zat sisa berupa karbon dioksida (CO₂) dan uap air. Jadi, tujuan dari pernapasan adalah untuk mendapatkan energi.

Berdasarkan dari tempat terjadinya penukaran gas dibedakan menjadi 2 yaitu:

a.         Pernapasan langsung,oksigen dari lingkungan langsung berdifusi kedalam sel dan oksigen di lepas ke lingkungan. Pada organisme uniseluler dan hewan invertebrata terjadi pernapasan langsung.

b.        Penapasan tidak langsung, pertukaran gas antara lingkungan dan sel tubuh di perlukan alat pernapasan. Pada manusia dan hewan vertebrata terjadi pernapasan tidak langsung.

Pada pernapasan secara tidak langsung terjadi dua tahap. Tahap pertama disebut respirasi luar (eksternal), yaitu proses pemasukan oksigen dari luar tubuh ke dalam aliran darah dan mengeluarkan karbon dioksida melalui paru-paru. Tahap kedua disebut respirasi dalam (internal), yaitu proses pertukaran gas dari aliran darah ke sel-sel tubuh dan sebaliknya. Proses tersebut meliputi proses pengikatan oksigen dan pelepasan karbon dioksida oleh sel-sel tubuh. Kedua proses itu terjadi di dalam tubuh serta berlangsung cepat dan terus-menerus.

Respirasi sel.

Respirasi sel adalah suatu proses dimana glukosa gula sederhana dioksidasi (dikombinasikan dengan oksigen) untuk membentuk senyawa kaya energi adenosin trifosfat (ATP). Glukosa diproduksi dalam sel oleh pemecahan karbohidrat yang lebih kompleks, termasuk tepung, selulosa, dan gula kompleks seperti sukrosa (tebu atau gula bit) dan fruktosa (gula buah). ATP adalah senyawa yang digunakan oleh sel untuk melaksanakan sebagian dari fungsi biasa, seperti produksi komponen sel baru dan bahan kimia, pergerakan senyawa melalui sel dan tubuh secara keseluruhan, dan pertumbuhan.

Gambar terjadinya respirasi sel dalam mitokondria

Perubahan kimia secara keseluruhan yang terjadi pada respirasi seluler dapat diwakili oleh persamaan kimia yang cukup sederhana:

Energi yang dihasilkan pada proses respirasi dari 1 molekul C₆H₁₂O₆ (glukosa) adalah 36 ATP. Energi tersebut antara lain: 2 ATP dihasilkan pada glikolisis, 2 ATP dihasilkan saat siklus krebs, dan 34 ATP dihasilkan saat transport elektron. Karena saat pindah dari proses glikolisis di sitoplasma ke Transfer Elektron di mitokondria membutuhkan 2 ATP, jadi dari total 38 ATP - 2 ATP = 36 ATP.

Setelah mempelajari fotosintesis dan respirasi, apakah kalian menemukan hubungan antara reaksi fotosintesis dengan reaksi pada respirasi?

Pencernaan Zat Makanan di Dalam Tubuh

Makanan merupakan sumber energi bagi tubuh. Zat makanan yang berperan sebagai sumber energi antara lain: karbohidrat, protein, dan lemak. Di dalam tubuh, makanan akan mengalami perombakan menjadi molekul yang lebih sederhana. Perombakan tersebut akan menghasilkan energi.

            1.      Pencernaan karbohidrat

Karbohidat (sakarida) berfungsi sebagai sumber energi utama dalam tubuh. Dalam 1gram karbohidrat akan diperoleh energi sebanyak 4,1 kalori. Karbohidrat berdasarkan rantai molekulnya dibedakan menjadi tiga, antara lain:

a.    Polisakarida

Merupakana polimer (rantai panjang sakarida). Kebanyakan karbohidrat berada dalam bentuk ini. Di alam polisakarida dapat diperoleh dari tumbuhan, amilum/pati/zattepung, dan pada hewan dijumpai dalam bentuk glikogen (gula otot).

b.    Disakarida

Di = dua), sakarida = karbohidrat, disakarida merupakan karbohidrat yang tersusun dari 2 monomer sakarida. Artinya senyawa ini hanya tersusun atas dua jenis monomer sakarida. Macam-macam disakarida:

Maltosa    : gabungan dua molekul glukosa (G−G)

Sukrosa    : gabungan molekul glukosa dan fruktosa (G−F)

Laktosa    : gabungan molekul glukosa dan galaktosa (G−Gl)

c.    Monosakarida

Monomer sakarida atau monosakarida merupakan molekul paling sederhana penyusun sakarida, dan molekul yang dapat digunakan oleh sel karena berukuran kecil. Macam-macam monosakarida:

-       Glukosa (C₆H₁₂O₆) adalah salah satu karbohidrat terpenting yang digunakan sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan.

-       Fruktosaatau gula buah, adalah monosakarida yang ditemukan di banyak jenis tumbuhan dan merupakan salah satu dari tiga gula darah penting bersama dengan glukosa dan galaktosa, yang bisa langsung diserap ke aliran darah selama pencernaan.

-       Galaktosa merupakan salah satu monomer pembentuk laktosa, senyawa ini dapat ditemukan pada susu

Pencernaan karbohidrat dimulai dari mulut yang dilengkapi dengan kelenjar ludah. Kelenjar ludah tersusun atas 99% air, sisanya mengandung enzim ptialin dan antimikroba (lisozim).Enzim ptialin inilah yang membantu memecah polisakarida untuk pertama kalinya menjadi unsur yang lebih disakarida (maltosa). Pencernaan karbohidrat berlanjut di usus duabelas jari, di sini disakarida hasil pemecahan ptyalin akan didegradasi menjadi monosakarida.

Berikut merupakan pencernaan lanjut pada karbohidrat:

Karbohidrat	Enzim	Monosakarida
Maltosa	Maltase	Glukosa
Sukrosa	Sukrose	Glukosa, fruktosa
Laktosa	Laktase	Glukosa, galaktosa
Amilum	Amilase	Glukosa

Selanjutnya monosakarida-monosakarida ini akan diserap melalui usus penyerapan dan diedarkan ke seluruh sel di dalam tubuh. Di dalam sel monosakarida ini akan dimetabolisme untuk pembentukan energi.

              2.      Pencernaan Lemak

Lemak merupakan sumber energi setelah karbohidrat dan juga berperan sebagai unsur penyusun tubuh. Dalam 1gram lemak tersimpan energi sebesar 9,3 kalori. Senyawa triasilgliserol (TAG) merupakan polimer lemak yang tersusun atas tiga asam lemak dan gliserol.Pencernaan lemak dibantu oleh enzim lipase yang berasal dari pankreas di usus halus.

Ketika kim memasuki duodenum (usus 12 jari), dinding-dinding duodenum akan menghasilkan kolesistokinin, hormon ini merangsang hati untuk melepaskan garam empedu.Garam empedu memudahkan pemecahan lemak oleh lipase. Butiran-butiran lemak tak larut dalam air, sedangkan enzim lipase dapat larut dengan air oleh karenanya hanya dapat menyentuh bagian permukaannya saja.

Pengemulsian lemak oleh garam empedu mengubah ukuran butiran lemak menjadi lebih kecil. Sehingga butiran-butiran kecil lemak (TAG) yang teremulsi dengan garam empedu dapat dipecah menjadi asam lemak dan gliserol oleh enzim lipase. Kemudian asam lemak dan gliserol ini akan diserap melalui pembuluh limfe di ileum.

             3.      Perncernaan Protein

Dalam tubuh, protein berfungsi sebagai sumber energi cadangan setelah lemak. Dalam 1gram protein mengandung 5,7 kalori.

Protein merupakan senyawa polipeptida yang tersusun atas polimer asam amino. Sedikitnya ada 20 macam asam amino yang terdapat di alam yang digolongkan menjadi essensial (tidak dapat dibentuk oleh tubuh) dan non-essensial (dapat dibentuk oleh tubuh).Asam amino sangat dibutuhkan oleh tubuh untuk pertumbuhan, penyusunan dan penggantian protein yang rusak di dalam tubuh.

Protein pertama kali dipecah di lambung dengan bantuan enzim pencernaan. Proses pencernaan protein terus berlangsung hingga usus penyerapan (ileum). Enzim yang berperan dalam proses pencernaan protein antara lain: pepsin, renin, tripsin, dipeptidase, karboksipeptidase, dan aminopeptidase.

Bentuk akhir dari proses pencernaan protein adalah asam amino. Asam amino ini akan diserap melalui ileum dan diedarkan ke seluruh sel. Di dalam sel, asam amino ini akan dirangkai ulang melalui proses sintesis protein untuk membentuk protein sesuai kebutuhan tubuh.

SOAL LATIHAN

Share this post