Anabolisme

A. Pendahuluan

Anabolisme disebut juga asimilasi atau sintesis merupakan rangkaian proses reaksi kimia yang berkaitan dengan proses penyusunan atau sintesis molekul/senyawa kompleks dari molekul/ senyawa sederhana atau penyusunan zat dari senyawa/molekul 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 menggunakan energi cahaya disebut fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi kimia disebut kemosintesis.

Berikut ini akan dijelaskan mengenai fotosintesis dan kemosintesis.

a. Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses pengubahan zat anorganik H2O dan CO2, oleh klorofil menjadi zat organik (karbohidrat) dengan bantuan cahaya. Peristiwa fotosintesis dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi kimia sebagai berikut. 

Proses Fotosintesis yang terjadi di kloroplas berlangsung melalui dua tahap reaksi, yaitu tahap reaksi terang dan tahap reaksi gelap. Reaksi terang memerlukan cahaya matahari, sedangkan reaksi gelap tidak memerlukankan cahaya. Secara keseluruhan, fotosintesis berlangsung dalam kloroplas.

Reaksi Terang/Fotolisis/Fotofosforilasi

Reaksi terang akan berlangsung jika ada cahaya, misalnya cahaya matahari. Energi di tangkap oleh klorofil untuk memecah molekul air, pemecahan inilah yang disebut dengan fotolisis. Reaksi terang merupakan salah satu langkah dalam fotosintesis untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Reaksi terang ini berlangsung di dalam grana. 

Cahaya juga memiliki energi yang disebut foton. Jenis pigmen klorofil berbeda-beda karena pigmen tersebut hanya dapat menyerap panjang gelombang dengan besar energi foton yang berbeda. Pada reaksi terang yang terjadi di grana, energi cahaya memacu pelepasan elektron dari fotosistem di dalam membran tilakoid.

Fotosistem adalah tempat berkumpulnya beratus-ratus molekul pigmen fotosintesis. Didalam sel-sel daun terdapat tilakoid yang pada membrannya terdapat klorofil dan bersama protein serta molekul lainnya akan membentuk fotosistem. 

Terdapat dua jenis fotosistem yang bekerjasama dalam reaksi terang fotosintesis, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Kedua fotosistem ini bekerjasam menghasilkan ATP dan NADPH sebagai produk utama dalam reaksi terang.

Perhatikan gambar berikut!

Gambar 1. Tahap Reaksi Terang Non siklik Sumber: edubio.info

ATP dan NADPH dapat terbentuk dengan digerakkan oleh cahaya dengan memberi energi kepada kedua fotosistem yang terdapat pada membran tilakoid kloroplas. Selama reaksi terang fotosintesis terdapat dua kemungkinan aliran elektron yaitu melalui jalur non siklik dan aliran siklik.

Jalur aliran electron non siklik adalah yang utama dengan elektron mengalir dari molekul air, kemudian melalui fotosistem II dan fotosistem I. Elektron dan ion hidrogen akan membentuk NADPH dan ATP. Oksigen yang dibebaskan berguna untuk respirasi aerob. Pusat reaksi pada fotosistem I mengandung klorofil a, disebut sebagai P700, karena dapat menyerap foton terbaik pada panjang gelombang P700 nm. Pusat reaksi pada fotosistem II mengandung klorofil a yang disebut sebagai P680, karena dapat menyerap foton terbaik pada panjang gelombang 680 nm.

Jalur aliran electron siklik yang hanya pada kondisi tertentu electron terfotoeksitasi mengambil jalur ini. Aliran electron siklik merupakan hubungan yang singkat menggunakan fotosistem I tetapi tidak menggunakan fotosistem II.

Reaksi Gelap

Reaksi gelap merupakan proses penggunaan ATP dan NADPH untuk mengubah CO2 menjadi gula.

Fase-fasenya: 

• Pengikatan (fiksasi) CO2
• Reduksi
• Pembentukan RuBP 

Disebut juga siklus Calvin-Benson. Reaksi ini disebut reaksi gelap, karena tidak tergantung secara langsung dengan cahaya matahari. Reaksi gelap terjadi di stroma. Namun demikian, reaksi ini tidak mutlak terjadi hanya pada kondisi gelap. Reaksi gelap memerlukan ATP, hidrogen, dan elektron dari NADPH, karbon dan oksigen dari karbondioksida, enzim yang mengkatalisis setiap reaksi, dan RuBP (Ribulosa Bifosfat) yang merupakan suatu senyawa yang mempunyai 5 atom karbon.

Perhatikan gambar berikut!

Gambar 2. Tahapan Reaksi Gelap Sumber: edubio.info

Reaksi gelap terjadi melalui beberapa tahapan, yaitu:

• Karbondioksida diikat oleh RuBp (Ribulosa bifosfat yang terdiri atas 5 karbon) menjadi senyawa 6 karbon yang labil. Senyawa 6 karbon ini kemudian memecah menjadi 2 fosfogliserat (PGA).

• Masing-masing PGA menerima gugus pfosfat dari ATP dan menerima hidrogen serta edari NADPH. Reaksi ini menghasilkan PGAL (fosfogliseraldehida).

• Tiap 6 molrekul karbondioksida yang diikat dihasilkan 12 PGAL.

• Dari 12 PGAL, 10 molekul kembali ke tahap awal menjadi RuBp, dan seterusnya RuBP akan mengikat CO2 yang baru.

• Dua PGAL lainnya akan berkondensasi menjadi glukosa 6 fosfat. Molekul ini merupakan prekursor (bahan baku) untuk produk akhir menjadi molekul sukrosa yang merupakan karbohidrat untuk diangkut ke tempat penimbunan tepung pati yang merupakan karbohidrat yang tersimpan sebagai cadangan makanan.

Gula berkarbon 3 yang dihasilkan dam suklus Calvin digunakan oleh tumbuhan  untuk menyintesis semua molekul organik sel tumbuhan. Sekitar 50 % dari senyawa  organik yang dihasilkan dalam fotosintesis  tersebut dikonsumsi sebagai bahan bakar untuk respirasi sel di mitokondria dan sebagian lagi akan hilang saat terjadi fotorespirasi. Fotorespirasi (respirasi cahaya) adalah respirasi yang terjadi bersamaan dengan fotosintesis yang terjadi pada siang hari (terdapat cahaya). 

Keika terjadi fotorespirasi, enzim rubisko dapat menerima O2 sebagai pengganti CO2 sehingga rubisko memberikan O2 dalam siklus Calvin, bukan CO2. Dalam hal ini, dihasilkan produk berupa senyawa berkarbon 2 yang akan diuraikan menjadi CO2 di dalam mitokondria dan peroksisom. Fotorespirasi tidak menghasilkan ATP maupun makanan sehingga menurunkan kualitas produk fotosintesis. Fotorespirasi akan meningkat jika keadaan lingkungan panas terik dan kering yang menyebabkan stomata tertutup.

Namun, pada tumbuhan jenis C4 (tumbuhan yang produk fotosintesisnya berupa gula berkarbon 4; misalnya tebu, jagung, dan beberapa jenis rumput) dan CAM (crassulacean acid metabolism, tumbuhan sukulen seperti kaktus), sebagian senyawa organik karbohidrat yang dihasilkan fotosintesis akan dikirim keluar daun melalui berkas pembuluh floem. Di dalam sel nonfotosintesis, karbohidrat digunakan untuk bahan respirasi serta sintesis protein, lemak, polisakarida, selulosa, enzim, hormon, dan produk lainnya. Jika kondisi memungkinkan, tumbuhan akan membuat senyawa organik melebihi jumlah yang diburuhkan. Kelebihan produk fotosintesis akan diubah menjadi pati yang dapat disimpan di akar, batang, biji, atau buah. Contohnya. pada tanaman tebu, kelebihan produk forosintesis disimpan di batang.  Dibawah disajikan gambar berbagai macam jalur fotosintesis.

Gb. 3. Berbagai macam Jalur Fotosintesis Sumber : Agrotek.id

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis

1. Intensitas Cahaya. Intensitas cahaya yang tinggi akan meningkatkan laju fotosintesis, tetapi intensitas cahaya yang terlalu  tinggi akan meerusak klorofil dan menyebabkan daun dehidrasi. Pada iklim yang panas dan terik, daun akan cepat meguning dan mudah rontok.

2.  Panjang Gelombang Cahaya

Cahaya matahari terdiri atas beberapa spektrum cahaya yang memiliki panjang gelombang berbeda-beda, baik tidak tampak maupun cahaya tampak. Inframerah dan ultra violet adalah cahaya tidak tampak. Sementara itu, merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu adalah cahaya tampak. Cahaya yang berguna untuk fotosintesis adalah cahaya tampak. Cahaya tampak yang memiliki panjang gelombang terpendek adalah cahaya ungu, sedangkan yang terpanjang adalah cahaya merah. Proses forosintesis akan berlangsung lebih cepat pada cahaya tampak biru-ungu (λ = ±450 nm) dan cahaya merah (λ = ±680 nm).

3. Konsentrasi CO2

Fotosintesis memerlukan jumlah CO2 yang cukup. Peningkatan kadar CO2 untuk fotosintesis tumbuhan tidak berarti, jika pada lingkungannya sudah cukup mengandung CO2. Kadar CO2 yang terlalu tinggi akan mengganggu respirasi tumbuhan.

4. Suhu

Fotosintesis akan berlangsung dengan baik pada suhu optimum, yaitu 25-39°C. Di daerah yang memiliki empat musim, pada musim dingin air membeku menjadi salju sehingga akar tumbuhan tidak mendapatkan air dan proses fotosintesis akan terhenti. Daun akan berubah menjadi merah, kemudian cokelat, dan akhirnya gugur. Sementara itu, suhu lingkungan yang terlalu panas menyebabkan enzim tidak dapat bekerja sehingga akan menghambat proses fotosintesis.

5. Ion Anorganik

Beberapa ion anorganik diperlukan oleh tumbuhan dalam pembentukan klorofil, antara lain N, Cl, Fe, B, Mn, Zn, S, Cu, Mo, dan Mg. Kekurangan unsur tersebut dapat menyebabkan klorosis pada daun.

6. Zat Inhibitor

Zat inhibitor adalah penghambat fotosintesis, antara lain SO2, hujan asam, dan zat pembasmi tumbuhan liar (herbisida).

Pembuktian Fotosintesis

Fotosintesis berperan penting untuk kelangsungan kehidupan organisme di muka bumi. Hampir seluruh organisme heterotrof secara langsung maupun tidak langsung, sangat bergantung pada zat makanan produk fotosintesis. Hal inilah yang mendorong banyak ahli mengadakan penelitian tentang fotosintesis, antara lain Jan Ingenhousz, T. W. Engelmann, dan Julius von Sach.

1. Percobaan oleh Jan Ingenhousz membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen (O2). Organisme yang digunakan adalah tanaman air Hydrilla sp.
2. Percobaan oleh T. W. Engelmann membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen dan terjadi pada sel yang mengandung klorofil. Organisme yang digunakan, yaitu ganggang Spirogyra sp. dan bakteri aerob.
3. Percobaan oleh Julius von Sachs membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan karbohidrat berupa amilum.

b. Kemosintesis

Kemosintesis merupakan proses penyusunan atau pembentukan zat organik dengan memanfaatkan sumber energi hasil reaksi kimia. Pada kemosintesis energi diperoleh dari hasil oksidasi senyawa anorganik yang diserap dari lingkungan, misanya sulfur, hydrogen, besi, ammonia, nitrit hydrogen sulfida. 

Kemosintesis dapat ditemukan dalam:

1. Pembentukan sulfat oleh bakteri sulfur (Thiobacillus, bagiattoa)
2. Pembentukan nitrat oleh bakteri nitrat dan bakteri nitrit (Nitrosomonas, Nitrosococcus,  Nitrobacter).

Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu. Misalnya bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (Ferro) menjadi Fe3+ (Ferri). Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya amonium karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi berikut ini:

Gambar 3. Reaksi Amonium Karbonat menjadi Asam Nitrit Sumber: http://biologi-news.blogspot.com/

Organisme yang melakukannya disebut kemoautotrof. Bakteri kemoautotrof ini akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan energi yang dihasilkan tersebut akan digunakan untuk asimilasi karbon.

Beberapa bakteri kemosintesis ini mempunyai kemampuan seperti organisme berklorofil, yaitu mampu membuat karbohidrat dari bahan mentah anorganik, tetapi mereka tidak menggunakan energi cahaya untuk melakukan hal itu. Pengubahan karbondioksida menjadi karbohidrat dapat pula terjadi dalam sel-sel hewan seperti pada sel-sel tumbuhan. Bakteri pelaku kemosintesis memperoleh energi dan elektron-elektron dengan melaksanakan oksidasi beberapa substansi tereduksi yang ada di alam sekitarnya. Energi bebas tersedia oleh oksidasi ini kemudian digunakan untuk pembuatan karbohidrat.

Energi yang telah didapat tersebut dipakai untuk mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat dengan cara yang sama seperti yang dilakukan bakteri belerang fotosintetik. Mereka menyelesaikan oksidasi senyawa besi yang teroksidasi sebagian dan mampu merangkaikan energi yang dihasilkan oksidasi ini untuk mensintesis karbohidrat. Oksidasi ini menghasilkan energi untuk mendorong reaksi sintesis bakteri tersebut. Nitrat yang dihasilkan menyediakan keperluan nitrogen bagi tumbuhan. Untuk mudahnya, kamu bisa lihat di bagan di bawah ini.

Gambar 4. Bagan Proses Kemosintesis Sumber: scienceandenvironmentyear3.com

Silakan isi Latihan soal Anabolisme, pengisian soal tersebut sekaligus merupakan bukti rekapan absensi. Tenggat waktu pengisian, selasa, 07 September 2021 pukul 12.00 AM . Selamat bekerja dan selamat mengerjakan. Wassalaamu alaikum wr wb.