Anabolisme

Metabolisme adalah reaksi biokimia dalam tubuh makhluk hidup yang melibatkan substrat dan enzim untuk menghasilkan produk.

Metabolisme terbagi menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme.

 Pengertian katabolisme dan anabolisme: 

Katabolisme mengubah senyawa organik menjadi senyawa anorganik, mengurai molekul
kompleks menjadi sederhana dan menghasilkan ATP

Anabolisme adalah mengubah senyawa anorganik menjadi senyawa organik,
menyusun (sintesis) molekul sederhana menjadi kompleks dan menggunakan ATP

Anabolisme terdiri dari:
1) Fotosintesis (anabolisme karbohidrat), adalah proses anabolisme yang menggunakan         cahaya sebagai sumber energi.
2) Kemosintesis, adalah proses anabolisme yang menggunakan senyawa kimia sebagai
sumber energi.

ATP (adenosin trifosfat) adalah bentuk energi yang digunakan oleh makhluk hidup untuk
melakukan aktivitas tingkat sel.
Energi ATP berasal dari proton (H+) dan elektron yang berada di dalamnya.
Energi ATP pada anabolisme dibawa oleh NADP+ (nikotinamid adenin dinukleotida fosfat).
ATP pada fotosintesis dibentuk dari fotofosforilasi.

KOMPONEN FOTOSINTESIS
Komponen yang melakukan reaksi fotosintesis adalah kloroplas yang mengandung pigmen fotosintetik yang menyerap cahaya tampak dengan λ = 400-700 nm (kecuali warna hijau dan kuning).
Pigmen fotosintetik pada kloroplas:
1) Klorofil a (hijau), mampu menyerap cahaya biru, ungu, dan merah.
2) Klorofil b (hijau kebiruan), mampu menyerap cahaya biru dan jingga.
3) Karotenoid (kuning), mampu menyerap cahaya biru.

Daya absorpsi energi cahaya oleh pigmen fotosintetik pada kloroplas

Organela yang berperan dalam fotosintesis adalah kloroplas yang mengandung pigmen klorofil dan menyebabkan warna hijau pada daun.

Struktur kloroplas:

Kloroplas mempunyai membran ganda (luar dan dalam) yang mengelilingi matriks fluida yang disebut stroma.   yang disebut tilakoid, di mana di beberapa tempat bertumpukan membentuk
grana. Ruangan dalam setiap tilakoid saling berhubungan dengan
ruangan tilakoid lain

Tilakoid adalah suatu cakram yang di dalamnya terdapat pigmen fotosintetik, dan tumpukannya disebut grana 

Klorofil dan pigmen lainnya terdapat pada membran tilakoid. Pigmen yang terdapat pada kloroplas, yaitu klorofil a (berwarna hijau), klorofil b(berwarna hijau tua), dan karoten (berwarna kuning sampai jingga).Pigmen tersebut mengelompok dalam membran tilakoid membentuk perangkat pigmen yang penting dalam fotosintesis

Stroma adalah ruang kosong yang terdapat dalam kloroplas.Stroma mengandung enzim yang berperan untuk menangkap CO2 dan mereduksinya.

Reaksi fotosintesis terjadi di kloroplas, yang terdiri atas reaksi terang yang terjadi pada
tilakoid, dan reaksi gelap yang terjadi pada stroma.

Reaksi terang berlangsung jika ada cahaya, sedangkan reaksi gelap berlangsung tanpa memerlukan cahaya

Reaksi Terang (Light-Dependent Reaction)
Reaksi terang terjadi dalam membran tilakoid, yang di dalamnya terdapat pigmen klorofil a, klorofil b, dan pigmen tambahan yaituz
karoten. Pigmen-pigmen ini menyerap cahaya ungu, biru, dan merah
lebih baik daripada warna cahaya lain.

Fotosistem adalah suatu protein yang terdapat pada membran tilakoid yang mengandung
kumpulan pigmen fotosintetik dan senyawa organik di dalamnya.
Fotosistem terdiri dari fotosistem I (PI atau P700) dan fotosistem II (PII atau P680).

Dalam reaksi terang, terdapat 2 jalur perjalanan elektron, yaitu jalur elektron siklik dan jalur elektron nonsiklik.
1)Jalur elektron siklik
Jalur elektron siklik dimulai setelah kompleks pigmenfotosistem I menyerap energi matahari. Dalam jalur ini, elektron berenergi tinggi (e-) meninggalkan pusat reaksi fotosistem I, tetapi akhirnya elektron itu kembali lagi.

2)Jalur elektron nonsiklik
Reaksi ini dimulai ketika kompleks pigmen fotosistem II (P680) menyerap energi cahaya dan elektron berenergi tinggi meninggalkan molekul pusat reaksi (klorofil a). Fotosistem II mengambil elektron dari hasil penguraian air (fotolisis) yang menghasilkan oksigen, melalui reaksi berikut.

Oksigen di sini dilepaskan oleh kloroplas sebagai gas oksigen. Sementara itu, ion hidrogen (H+) untuk sementara waktu tinggal di ruang tilakoid.

Elektron-elektron berenergi tinggi yang meninggalkan fotosistem II ditangkap oleh akseptor elektron dan mengirimnya ke sistem transpor elektron. Elektron-elektron ini melewati satu pembawa ke pembawa lainnya dan energi untuk pembentukan ATP dikeluarkan dan disimpan dalam bentuk gradien hidrogen(H+). Ketika ion-ion hidrogen melewati gradien elektrokimia serta kompleks sintase ATP maka terbentuklah ATP secara
kemiosmosis. Sementara itu, elektron-elektron berenergi rendah meninggalkan sistem transpor elektron menuju fotosistem I. Ketika fotosistem I menyerap energi cahaya,
elektron-elektron berenergi tinggi meninggalkan pusat reaksi (klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron. Selanjutnya, sistem transpor elektron membawa elektron-elektron ini ke NADP+. Setelah itu, NADP+ mengikat ion H+ terjadilah NADPH2,
seperti reaksi berikut.

Dengan demikian jalur elektron nonsiklis menghasilkan ATP dan NADPH2. NADPH2 dan ATP yang dihasilkan dalam elektron nonsiklik akan digunakan dalam reaksi tahap kedua (reaksi gelap) sintesis karbohidrat

b.Reaksi Gelap (Light-Independent Reaction)

Reaksi gelap merupakan reaksi tahap kedua dari fotosintesis.Disebut reaksi gelap karena reaksi ini tidak memerlukan cahaya.Reaksi gelap terjadi di dalam stroma kloroplas.

Reaksi gelap pertama kali ditemukan oleh Malvin Calvin dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi gelap fotosintesis sering disebut siklus Calvin-Benson atau siklus Calvin. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap, yaitu fase fiksasi, fase reduksi, dan fase regenerasi. Pada fase fiksasi terjadi penambatan CO2 oleh ribulosa bifosfat (Ribulosa biphosphat = RuBP) menjadi 3-fosfogliserat (3-phosphoglycerate = PGA). Reaksi ini dikatalisis
oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase (Rubisco).

Pada fase reduksi diperlukan ATP dan ion H+ dari NADPH2 untuk mereduksi 3-fosfogliserat (PGA) menjadi 1,3-bifosfogliserat (PGAP)
kemudian membentuk fosfogliseraldehid (glyceraldehyde-3-
phosphat = PGAL atau G3P = glukosa 3-fosfat).

 

Pada fase regenerasi, terjadi pembentukan kembali RuBP dari PGAL/G3P. Dengan terbentuknya RuBP, penambatan CO2 kembali berlangsung.

Secara ringkas reaksi gelap atau siklus Calvin dijelaskan dalam skema berikut.