Metabolisme

ENZIM

Enzim merupakan protein yang bertindak sebagai katalis di dalam tubuh makhluk hidup (disebut juga biokatalisator). Enzim bertindak sebagai katalis yaitu dapat meningkatkan kecepatan reaksi kimia tetapi tidak berubah dalam reaksi kimia tersebut. Molekul dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim disebut substrat, molekul yang dihasilkan disebut produk. Enzim yang bekerja dalam sel disebut enzim intraseluler, contohnya adalah katalase. Sedangkan enzim yang dikeluarkan dari dalam sel disebut enzim ekstraseluler, contohnya adalah enzim amilase.

Kerja enzim dapat kita lihat dalam makanan yang cepat basi. Enzim-enzim pencernaan bakteri merupakan penyebab suatu makanan berubah menjadi basi. Aktivitas enzim dapat dihambat dengan cara pemanasan atau pendinginan.

Komponen Enzim

Enzim tersusun dari komponen protein yang disebut  apoenzim, sebaliknya komponen yang non-protein disebut kofaktor. Kofaktor yang berupa ion organik disebut koenzim. Enzim yang terikat dengan kofaktor disebut holoenzim. Berikut beberapa jenis kofaktor:

·       Ion-ion anorganik

           Ion-ion anorganik merupakan salah satu kofaktor. Ion ini dapat terikat dengan enzim atau substrat koompleks dan dapat membuat fungsi enzim lebih efektif. Contoh: amilase dalam saliva akan bekerja lebih baik dengan adanya ion klorida dan kalsium.

·         Gugus prostetik

Perannya untuk memberi kekuatan tambahan trehadap kerja enzim. Gugus prostetik terdiri dari molekul-molekul organik yang terikat rapat dengan enzim. Contoh: Heme (suatu molekul berbentuk cincin pipih yang mengandung besi).

·         Koenzim

Koenzim adalah kofaktor yang terdiri dari molekul organik non-protein kompleks yang terikat renggang dengan enzim. Fungsinya adalah memindahkan gugus kimia, atom, atau elektron dari satu enzim ke enzim yang lain. Contoh: NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide).

Cara kerja Enzim

Mekanisme kerja enzim adalah sebagai berikut.

·         Menciptakan lingkungan dengan transisi terstabilisasi untuk menurunkan energi aktivasi. Misalnya, dengan cara mengubah substrat.

·         Menurunkan energi transisi dengan menciptakan lingkungan yang terdistribusi muatan berlawanan dan tanpa mengubah bentuk substrat sedikit pun.

·         Membentuk lintasan reaksi alternatif.

·         Menggiring substrat pada orientasi yang tepat untuk bereaksi, dengan cara menurunkan perubahan entropi reaksi.

Bagian enzim yang aktif sebagai katalis memiliki gugus prostetik yang bentuknya sangat spesifik sehingga hanya bisa bereaksi terhadap molekul dengan bentuk yang spesifik pula. Cara kerjanya bisa digambarkan dengan teori gembok dan anak gembok atau teori kecocokan yang terinduksi.

a. Teori Gembok dan Anak Gembok (Lock and Key Theory)

Gembok memiliki susunan mekanika khusus yang tersembunyi di dalam badan gembok. Untuk dapat bergerak membuka dan mengunci, formasi mekanika tersebut harus digerakkan dengan anak gembok yang bentuknya spesifik, sesuai dengan gemboknya.

Satu anak gembok hanya bisa digunakan untuk menggerakkan satu jenis gembok. Prinsip kerja gembok-anak gembok inilah yang terjadi pada enzim dan substratnya.

b. Teori Kecocokan yang Terinduksi (Induced Fit Theory)

Teori ini memandang bahwa sisi aktif enzim berbentuk fleksibel. Bentuk tersebut kemudian mengalami modifikasi saat substrat memasukinya. Lalu, subsrat membentuk kompleks untuk memulai reaksi kimia yang lebih cepat. Setelah proses tersebut menghasilkan produk yang diinginkan, enzim tersebut melepaskan diri dan kembali ke bentuk semula.

Sifat-sifat Enzim sebagai Biokatalisator

·         Enzim adalah protein

·         Enzim bekerja secara spesifik/khusus

·         Enzim berfungsi sebagai katalis

·         Enzim hanya diperlukan dalam jumlah sedikit

·         Enzim dapat bekerja secara bolak-balik

·         Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim

Ada beberapa faktor yang memengaruhi aktivitas enzim, di antaranya suhu, keasaman, dan inhibitor.

a. Suhu

Penelitian ilmiah menemukan kenaikan reaksi enzim menjadi dua kali lipat tiap kenaikan suhu 10ºC dalam batas suhu wajar. Kenaikan suhu tersebut menstimulasi peningkatan energi kinetik pada molekul substrat dan enzim sehingga energi substrat mengalami penurunan saat bertubrukan dengan enzim. Penurunan energi substrat memudahkan molekul terikat pada enzim.

Pada suhu yang meningkat ekstrem, enzim bergetar sehingga menyebabkan terputusnya hidrogen dan enzim mengalami denaturasi, yaitu rusaknya bentuk tiga dimensi enzim dan menyebabkan substrat melepaskannya. Akibatnya, aktivitas enzim pun menurun.

Pada manusia, suhu optimum enzim berkisar pada 37ºC, sedangkan tumbuhan mempunyai suhu optimum yang lebih rendah, yaitu 25ºC.

b. Keasaman

Kadar asam basa sangat mempengaruhi kerja enzim sebab sebagian besar enzim sangat peka terhadap perubahan pH. Pada kisaran pH 7,0, enzim intrasel bekerja sangat efektif. Jika pH dinaikkan atau diturunkan, aktivitas enzim akan berkurang dengan cepat. Hanya beberapa enzim yang justru bekerja optimal dalam kandungan pH sangat asam, yaitu pepsin dan amilase.

c. Aktivator dan Inhibitor

Aktivator adalah molekul yang mempermudah ikatan antara enzim dengan substratnya. Contoh aktivator adalah ion klorida yang berperan dalam aktivitas amilase dalam saliva. Inhibitor adalah zat yang menghambat kerja enzim. Zat tersebut bersifat menghalangi kerja enzim untuk sementara waktu atau secara tetap. Ada dua jenis inhibitor:

·         Inhibitor kompetitif, seperti sianida. Inhibitor jenis ini bersaing dengan substrat untuk mencapai sisi aktif enzim. Sianida bersaing dengan oksigen untuk mencapai haemoglobin. Sifat hambatannya sementara dan bisa ditanggulangi dengan menaikkan konsentrasi substrat.

·         Inhibitor nonkompetitif yang menghalangi fungsi enzim dengan cara melekatkan diri pada bagian luar sisi aktif enzim. Dalam kasus semacam ini, enzim tidak bereaksi terhadap substrat. Hambatannya bersifat tetap, tidak terpengaruh konsentrasi substrat.

d. Konsentrasi enzim

Semakin besar konsentrasi enzim semakin cepat pula reaksi yang berlangsung. Konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi.

e.Konsentrasi Substrat

Bila jumlah enzim dalam keadaan tetap, kecepatan reaksi akan meningkat dengan adanya peningkatan konsentrasi substrat. Namun, pada saat sisi aktif semua enzim bekerja, penambahan substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi enzim lebih lanjut. Kondisi ini disebut konsentrasi substrat pada titik jenuh atau disebut dengan kecepatan reaksi telah mencapai maksimum (Vmax).

METABOLISME

Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular.

Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik,

·        katabolisme, yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi

·        anabolisme, yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Kedua arah lintasan metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepatkan oleh senyawa organik yang disebut sebagai enzim. Pada senyawa organik, penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu percepatan reaksi kimia disebut katalis.

Pada setiap arah metabolisme, reaksi kimiawi melibatkan sejumlah substrat yang berinteraksi dengan enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan senyawa intermediat yang lazim disebut dengan metabolit, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya. Keseluruhan pereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi disebut metabolom. Semua ini dipelajari pada suatu cabang ilmu biologi yang disebut metabolomika.

Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme karbohidrat adalah pemecahan molekul karbohidrat menjadi unit-unit yang lebih kecil. Katabolisme karbohidrat meliputi proses pemecahan poliakarida menjadi monosakarida dan pemakaian glukosa dalam proses respirasi untuk menghasilkan energy dalam bentuk ATP. ATP inilah yang digunakan oleh seluruh makhluk hidup untuk melakukan seluruh aktivitas kehidupan.

Respirasi Aerob

Respirasi aerob adalah suatu proses pernapasan yang membutuhkan iksigen dari udara.

Ada beberapa tumbuhan yang kegiatan respirasinya menurun bila konsentrasi oksigen di udara dibawah normal, misalnya bayam, wortel dan bebrapa tumbuhan lainnya.

Respirasi aerob :

C6H12O6 ---- 6 CO2 + 6 H2O + 675 kal + 38 ATP

Respirasi aerob terjadi dalam tiga tahap:

Glikolisis

Sebelum glukosa dapat dikonversi menjadi ATP, itu dipecah menjadi dua molekul piruvat (bentuk terionisasi dari asam piruvat). Proses ini dikenal sebagai glikolisis. Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan dapat terjadi tanpa kehadiran oksigen dan merupakan sumber energi utama bagi sebagian besar organisme, ini. Proses mengkonsumsi ATP dua molekul dan menghasilkan empat molekul ATP dan dua NADH 2 + molekul. Glikolisis terangkum di bawah:

1. Glukosa 6-fosfat terbentuk ketika karbon 6 pada molekul glukosa fosforilasi oleh molekul ATP.

2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi karbon cincin isomer-5, fruktosa 6-fosfat.

3. Fruktosa 6-fosfat fosforilasi oleh ATP lain untuk membentuk fruktosa 1, 6-difosfat.

 4. Fruktosa 1, 6-difosfat yang diproses oleh enzim yang menjadi dua molekul 3-fosfat gliseraldehida.

 5. Dua molekul gliseraldehida 3-fosfat yang teroksidasi, kehilangan atom hidrogen dan mendapatkan gugus fosfat untuk membentuk 1, 3-diphosphoglycerate. Dua molekul NAD + dijabarkan ke NADH 2 + dalam proses.

6. Dua-diphosphoglycerate molekul 1,3 phosphorylate ADP (adenin difosfat) untuk menghasilkan dua molekul 3-phosphoglycerate dan dua ATP yang dihasilkan.

7. Fosfat Kelompok 3-phosphoglycerate untuk pindah ke 2 karbon membentuk 2-phosphoglycerate.

8. Dua-phosphoglycerate molekul 2 mengalami dehidrasi dan energi membentuk dua molekul tinggi Phosphoenolpyruvate.

9. Dua-phospoenolpyruvate yang phosphorylates dua ADPs dan menghasilkan dua ATP lebih dan dua molekul piruvat.

Setelah molekul glukosa telah dikonversi dua piruvat, itu kemudian dikirim ke Siklus Kreb untuk dikonversi menjadi bentuk yang dapat digunakan lebih banyak energi.

Siklus Krebs

Asam piruvat merupakan hasil reaksi glikolisis yang terjadi di glikolisis. Asam piruvat tersebut selanjutnya akan ditransfer menuju mitokondria menggunakan energi dari  ATP. Asam piruvat selanjutnya akan mengalami dekarboksilasi yang menghasilkan Asetil-KoA dan melepaskan karbondioksida.

siklus krebs

Rangkaian Reaksi Siklus Krebs

Proses oksidasi piruvat dibantu oleh adanya enzim piruvat dehidrogenase. Piruvat dehidrogenase mengkatalisis serangkaian reaksi, yang secara garis besar berperan dalam oksidasi satu molekul piruvat menjadi senyawa asetat berkarbon dua.

Reaksi kimiawinya adalah sebagai berikut:

Piruvat + NAD+ + CoA à Asetil-CoA + NADH + H+ + CO2

Siklus Krebs lebih dulu diawali dengan reaksi kondensasi antara asetil-CoA dengan oksaloasetat dengan bantuan enzim sitrat sintase. Hasil dari reaksi tersebut adalah senyawa berkarbon 6, asam sitrat.

Proses selanjutnya adalah isomerasi dari sitrat menjadi isositrat. Reaksi tersebut diikuti dengan dekarboksilasi oksidatif. Dua molekul CO2 melengkapi proses oksidasi piruvat, yang diikuti juga dengan pembentukan dua molekul NADH.

Reaksi siklus krebs memiliki dua fungsi utama. Fungsi pertama adalah konservasi tambahan energi yang dibentuk pada tiga tahap bagian reaksi. Ketiga reaksi tersebut adalah perubahan dari suksinil-CoA menjadi suksinat membentuk ATP, perubahan dari suksinat menjadi fumarat yang memroduksi FADH2, dan serta oksidasi malat menjadi oksaloasetat yang menghasilkan NADH. Fungsi kedua adalah regenerasi yang menghasilkan oksaloasetat.

Secara singkat, siklus Krebs terdiri dari delapan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Reaksi dimulai dari kondensasi asetil-CoA dengan oksaloasetat menjadi asam sitrat. Kelompok senyawa asetat tersebut selanjutnya didegradasi meembentuk dua molekul karbondioksida. Siklus mencakup empat reaksi oksidasi, yang menghasilkan NADH sebanyak tiga tahapan dan FADH sebanyak satu tahapan. Satu molekul ATP akan dibentuk melalui fosforilasi tingkat substrat. Terakhir, oksaloasetat dibentuk kembali. Oksaloasetat akan berperan untuk menangkap asetil-CoA lainnya, sehingga Siklus Krebs akan selalu berlangsung.

Transpor Elektron

Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.

Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.

Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan FADH2 sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.

Reaksi Oksidasi yang Terjadi Pada Transpor Elektron

Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.

Dalam keadaan normal, respirasi seluler organisme dilakukan melalui proses fosforilasi oksidatif yang memerlukan oksigen bebas. Sehingga hasil ATP respirasi sangat tergantung pada pasokan oksigen yang cukup bagi selnya. Tanpa oksigen elektronegatif untuk menarik electron pada rantai transport electron, fosforilasi oksidatif akan terhenti. Akan tetapi, fermentasi memberikan suatu mekanisme sehingga sebagian sel dapat mengoksidasi makanan dan menghasilkan ATP tanpa bantuan oksgen. Misalnya, pada tumbuhan darat yang tanahnya tergenang air sehingga akar tidak dapat melakukan respirasi aerob karena kadar oksigen dalam rongga tanah sangat rendah.

Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob dapat pula disebut fermentasi atau respirasi intramolekul. Tujuan fermentasi sama dengan respirasi aerob, yaitu mendapatkan energy. Hanya saja energi yang dihasilkan jauh lebih sedikit dari respirasi aerob.

Perhatikan reaksi dibawah ini!

Respiasi anaerob:

C6H12O6 ------  2 C2H5OH + 2CO2 + 21 kal + 2 ATP

Pernapasan anaerob dapat berlangsung didalam udara bebas, tetapi proses ini tidak menggunakan O2 yang disediakan di udara. Fermentasi sering pula disebut sebagai peragian alcohol atau alkoholisasi.

Pada respirasi aerob maupun anaerob, asam piruvat hasil proses glikolisis merupakan substrat. Secara prosedural, fermentasi merupakan suatu perluasan glikolisis yang dapat menghasilkan ATP hanya dengan  fosforilasi tingkat substrat sepanjang terdapat pasokan NAD+ yang cukup untuk menerima electron selama langkah oksidasi dalam glikolisis. Mekanisme fermentasi tidak dapat mendaur ulang NAD+  dari NADH karena tidak mempunyai agen pengoksidasi (kondisi anaerob). Sehingga yang terjadi adalah NADH melakukan transfer electron ke piruvat atau turunan piruvat. Berikut bahasan terhadap dua macam fermentasi yang umum yaitu fermentasi alcohol dan fermentasi asam laktat.

Fermentasi alkohol

Fermentasi alkohol biasanya dilakukan oleh ragi dan bakteri yang banyak digunakan dalam pembuatan bir dan anggur. Pada Fermentasi alkohol, piruvat diubah menjadi etanol dalam dua langkah. Langkah pertama menghidrolisis piruvat dengan molekul air sehingga melepaskan karbondioksida dari piruvat dan mengubahnya menjadi asetaldehida berkarbon dua. Dalam langkah kedua, asetaldehida direduksi oleh NADH menjadi etanol sehingga meregenerasi pasokan NAD+ yang dibutuhkan untuk glikolisis.

Fermentasi asam laktat

Fermentasi asam laktat banyak dilakukan oleh fungi dan bakteri tertentu digunakan dalam industri susu untuk membuat keju dan yogurt. Aseton dan methanol merupakan beberapa produk samping fermentasi mikroba jenis lain yang penting secara komersil. Dalam fermentasi asam laktat, piruvat direduksi langsung oleh NADH untuk membentuk laktat sebagai produk limbahnya, tanpa melepaskan CO2. Pada sel otot manusia, fermentasi asam laktat dilakukan apabila suplay oksigen tubuh kurang. Laktat yang terakumulasi sebagai produk limbah dapat menyebabkan otot letih dan nyeri, namun secara perlahan diangkut oleh darah ke hati untuk diubah kembali menjadi piruvat.

Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme adalah reaksi pembentukan molekul sederhana menjadi molekul yang kompleks. Reaksi anabolisme merupakan peristiwa sintesis atau penyusunan sehingga memerlukan energi, dan dibentuk reaksi endergonik. Contoh reaksi anabolisme di antaranya adalah fotosintesis atau sintesis karbohidrat dengan bantuan energi cahaya matahari, kemosintesis dengan bantuan energi kimia.

1. Fotosintesis

Fotosintesis merupakan sintesis yang memerlukan cahaya (fotos = cahaya; sintesis = penyusunan atau membuat bahan kimia). Fotosintesis adalah peristiwa pembentukan karbohidrat dari karbondioksida dan air dengan bantuan energi cahaya matahari. Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil). Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada mesofil daun tanaman yang disebut palisade atau jaringan tiang dan sel-sel jaringan bunga karang yang disebut spons.

Kloroplas tersusun atas bagian-bagian sebagai berikut:

a) Stroma ialah struktur kosong di dalam kloroplas, merupakan tempat glukosa terbentuk dari karbondioksida.

b) Tilakoid ialah struktur cakram bertumpuktumpuk, yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas, dan berfungsi menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia.

c) Grana ialah selubung tangkai penghubung tilakoid.

6 - Anabolisme 2Klorofil merupakan pigmen utama yang terdapat pada tumbuhan yang berfungsi menyerap cahaya radiasi elektromagnetik pada spektrum kasat mata. Klorofil dapat dibedakan menjadi klorofil a dan klorofil b. Klorofil a mampu menyerap cahaya merah dan biru keunguan. Klorofil a sangat berperan dalam reaksi gelap fotosintesis. Sedangkan, klorofil b merupakan klorofil yang mampu menyerap cahaya biru dan  merah kejinggaan. Di dalam kloroplas, selain klorofil juga terdapat pigmen karotenoid, antosianin, dan fikobilin. Jadi, hanya tumbuhan yang dapat melakukan fotosintesis karena mengandung kloroplas pada daunnya. Oleh karena itu, tumbuhan merupakan produsen makanan (karena dapat menghasilkan makanan dengan bantuan cahaya matahari), dan disebut juga organisme autotrof (auto = sendiri; trophic = makanan), yaitu organisme yang dapat membuat makanan sendiri.

Proses reaksi fotosintesis dalam tumbuhan tinggi dibagi menjadi dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Untuk mengetahui bagaimana proses kedua reaksi tersebut, mari cermati uraian berikut ini.

a. Reaksi terang

Pada tahap pertama, energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya dan diubah menjadi bentuk energi kimia, ATP, dan senyawa pereduksi NADPH. Proses ini disebut tahap reaksi terang. Atom hidrogen dari molekul H2O dipakai untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH, dan O2 dilepaskan sebagai hasil samping reaksi fotosintesis. Reaksi ini juga dirangkaikan dengan reaksi endergonik, membentuk ATP dari ADP + Pi.

Pembentukan ATP dari ADP + Pi, merupakan suatu mekanisme penyimpanan energi matahari yang diserap kemudian diubah menjadi bentuk energi kimia. Proses ini disebut fosforilasi fotosintesis atau fotofosforilasi. 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. Aliran elektron melalui sistem transpor menghasilkan ATP dan NADPH. ATP dan NADPH dapat terbentuk melalui jalur non siklik, yaitu 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 700 nm. Pusat reaksi pada fotosistem II mengandung klorofil a yang disebut sebagai P680, karena dapat menyerap foton terbaik pada panjang gelombang 680 nm.

b. Reaksi gelap (reaksi tidak tergantung cahaya)

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.

Reaksi gelap terjadi melalui beberapa tahapan, yaitu:

a)  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).

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

c)  Tiap 6 molekul karbon dioksida yang diikat dihasilkan 12 PGAL.

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

e)  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.

2. Kemosintesis

Kemosintesis terjadi pada organisme autotrof, tepatnya kemo-autotrof, yang mampu menghasilkan senyawa organik yang dibutuhkan dari zat-zat anorganik dengan bantuan energi kimia. Yang dimaksud dengan energi kimia di sini adalah energi yang diperoleh dari suatu reaksi kimia yang berasal dari reaksi oksidasi. Kemampuan mengadakan kemosintesis ini, terdapat pada mikroorganisme dan bakteri autotrof. Bakteri Sulfur yang tidak berwarna memperoleh energi dari proses oksidasi senyawa H2S.

Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe++ (Ferro) menjadi Ferri. Bakteri Nitrogen dengan melakukan oksidasi senyawa tertentu dapat memperoleh energi untuk mensintesis zat organik yang diperlukan. Bakteri Nitrosomonasdan Nitrococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3 yang telah membentuk senyawa ammonium.

3. Sintesis Lemak

Lemak disintesis dari protein dan karbohidrat melalui asetil ko-enzim A. Metabolisme gliserol memiliki cara sama dengan metabolisme karbohidrat, yaitu melalui jalan piruvat. Untuk mensintesis lemak atau asam lemak diperlukan suatu ko-enzim A yang berfungsi memutuskan atau memecahkan dua bagian atom C (karbon)nya untuk membentuk asetil Ko-A. Karena pemutusan rantai karbonnya terjadi pada karbon (C) kedua pada mata rantai asam lemak, maka reaksinya dinamakan beta oksidasi. Beta oksidasi adalah suatu proses yang berlangsung secara berulang-ulang sehingga semua atom karbon (C) pada rantai lemak berubah menjadi asetil Ko-A.

Asetil Ko-A juga dapat diubah kembali menjadi asam lemak sehingga reaksi beta oksidasi disebut pula sebagai reaksi reversible (yang dapat di balik). Asam piruvat sebagai hasil akhir metabolisme gliserol, dan asetil Ko-A bersama-sama akhirnya memasuki siklus asam trikarboksilat yang merupakan langkah terakhir dari metabolisme dalam tubuh. Oksigen yang diperlukan tubuh memerlukan oksigen lebih banyak dalam proses oksidasi lemak untuk menghasilkan energi dibandingkan dengan proses oksidasi karbohidrat. Hal ini dimungkinkan karena perbandingan C : H : O molekul lemak jauh lebih besar dibandingkan dengan molekul karbohidrat. Misalnya, perbandingan C : H : O pada molekul tristearin adalah 57 : 110 : 6, sedangkan molekul glukosa juga memiliki enam atom oksigen, tetapi perbandingan C : H : O pada glukosa jauh lebih rendah, yaitu 6 : 12 : 6. Perbedaan ini mengakibatkan nilai pembakaran yang jauh berbeda. Satu gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori saja.

4. Sintesis Protein

Sintesis protein di dalam sel tersusun atas asam amino dan terjadi dengan melibatkan DNA, RNA dan ribosom. Suatu ikatan molekul peptida terbentuk apabila gugus amino dari satu asam amino berikatan dengan gugus karboksil dari asam amino lain. Secara berurutan, apabila dua asam amino bergabung, maka akan terbentuk molekul dipeptida, bila tiga asam amino berikatan, 6 - Anabolisme 9 maka akan terbentuk molekul tripeptida, dan seterusnya. Dengan demikian, apabila terjadi penggabungan asam amino dalam jumlah besar, maka akan terbentuk molekul yang disebut sebagai polipeptida. Pada dasarnya, protein adalah suatu polipeptida. Setiap sel dari organisme berkemampuan untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi, karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai pengatur sintesis protein sel. Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

Teknologi pengolahan Makanan

Makanan pelestarian adalah proses pengolahan dan penanganan makanan untuk menghentikan atau sangat memperlambat busuk (kehilangan kualitas, sifat dapat dimakan atau nilai gizi) disebabkan atau dipercepat oleh mikro-organisme. Beberapa metode, bagaimanapun, menggunakan bakteri jinak, ragi atau jamur untuk menambah kualitas spesifik dan untuk mengawetkan makanan (misalnya, keju, anggur). Mempertahankan atau menciptakan nilai tekstur, gizi dan rasa adalah penting dalam melestarikan nilai sebagai makanan. Ini adalah budaya tergantung, seperti apa yang memenuhi syarat sebagai makanan cocok untuk manusia dalam satu budaya tidak mungkin memenuhi syarat dalam budaya lain.

Pelestarian biasanya melibatkan mencegah pertumbuhan bakteri, jamur, dan mikro-organisme, serta memperlambat oksidasi lemak yang menyebabkan tengik. Hal ini juga termasuk proses untuk menghambat penuaan alami dan perubahan warna yang dapat terjadi selama persiapan makanan seperti reaksi browning enzimatik dalam apel yang menyebabkan kematangan saat apel dipotong. Beberapa metode pengawetan memerlukan makanan yang akan disegel setelah perawatan untuk mencegah kontaminasi ulang dengan mikroba, yang lain, seperti pengeringan, memungkinkan makanan untuk disimpan tanpa ada penahanan khusus untuk waktu yang lama.

Metode umum menerapkan proses meliputi pengeringan, pengeringan semprot, pengeringan beku, pembekuan, vakum-pengepakan, pengalengan, melestarikan dalam sirup, kristalisasi gula, iradiasi pangan, dan menambahkan pengawet atau gas inert seperti karbon dioksida. Metode lain yang tidak hanya membantu untuk mengawetkan makanan, tetapi juga menambah rasa, meliputi pengasaman, penggaraman, merokok, melestarikan dalam sirup atau alkohol, kristalisasi gula dan menyembuhkan.

Metode pengawetan makanan

Pengeringan pengawetan makanan

Salah satu metode tertua dari pengawetan makanan adalah dengan pengeringan, yang mengurangi aktivitas air yang cukup untuk mencegah atau menunda pertumbuhan bakteri. [Rujukan?] Pengeringan juga mengurangi berat badan, membuat makanan lebih portabel. Kebanyakan jenis daging dapat dikeringkan, sebuah contoh yang baik adalah Biltong daging sapi. Banyak buah-buahan juga bisa kering, misalnya, proses ini sering digunakan untuk apel, pir, pisang, mangga, pepaya, aprikot kelapa, dan. Zante kismis, sultana dan kismis adalah semua bentuk buah anggur kering. Pengeringan juga berarti normal pelestarian untuk butir serealia seperti gandum, jagung, gandum, barley, beras, millet dan rye.

Pengawetan makanan beku

Pembekuan juga merupakan salah satu proses yang paling sering digunakan secara komersial dan dalam negeri untuk melestarikan yang sangat beragam makanan termasuk bahan makanan disiapkan yang tidak akan diperlukan pembekuan dalam keadaan tidak siap mereka. Sebagai contoh, wafel kentang disimpan dalam freezer, tapi kentang sendiri hanya membutuhkan tempat sejuk dan gelap untuk memastikan penyimpanan berbulan-bulan. toko Dingin menyediakan volume yang besar, penyimpanan jangka panjang untuk stok pangan strategis yang diselenggarakan dalam keadaan darurat nasional di banyak negara.

Vacuum Makanan kemasan pelestarian

Vacuum-toko makanan kemasan di lingkungan vakum, biasanya dalam kantung udara-ketat atau botol. Lingkungan vakum strip bakteri oksigen yang diperlukan untuk bertahan hidup, memperlambat memanjakan. Vacuum-kemasan ini biasanya digunakan untuk menyimpan kacang untuk mengurangi hilangnya rasa dari oksidasi.

Pengawetan makanan gula

Gula digunakan untuk mengawetkan buah-buahan, baik dalam sirup dengan buah-buahan seperti apel, pir, peach, aprikot, plum atau dalam bentuk mengkristal mana bahan diawetkan dimasak dalam gula ke titik kristalisasi dan produk yang dihasilkan kemudian disimpan kering. Metode ini digunakan untuk kulit buah jeruk (kulit manisan), angelica dan jahe. Sebuah modifikasi dari proses ini menghasilkan buah berkilau seperti Glace ceri dimana buah ini diawetkan dengan gula tetapi kemudian diekstraksi dari sirup dan dijual, pelestarian dipertahankan oleh kandungan gula buah dan lapisan dangkal sirup. Penggunaan gula sering dikombinasikan dengan alkohol untuk pengawetan produk mewah seperti buah dalam brandy atau alkohol lainnya. Variabel ini sebaiknya tidak bingung dengan rasa buah roh seperti brandy ceri atau gin Sloe.

Pengalengan dan pengawetan makanan pembotolan

Pengalengan melibatkan memasak makanan, penyegelan itu dalam kaleng steril atau guci, dan merebus wadah untuk membunuh atau melemahkan bakteri yang tersisa sebagai bentuk sterilisasi, penemu Nicolas Appert. Berbagai makanan berbagai tingkat perlindungan alami terhadap pembusukan dan mungkin mengharuskan langkah terakhir terjadi dalam pressure cooker. High-asam buah-buahan seperti stroberi tidak memerlukan pengawet untuk dapat dan hanya siklus mendidih pendek, sedangkan buah-buahan marjinal seperti tomat membutuhkan lagi mendidih dan penambahan unsur asam lainnya. makanan asam rendah, seperti sayuran dan daging memerlukan pengalengan tekanan. Makanan diawetkan dengan pengalengan atau pembotolan beresiko busuk segera setelah dapat atau botol telah dibuka.

Kurangnya kontrol kualitas dalam proses pengalengan memungkinkan masuknya air atau mikro-organisme. Sebagian besar kegagalan tersebut cepat terdeteksi sebagai dekomposisi dalam dapat menyebabkan produksi gas dan dapat akan membengkak atau ledakan. Namun, ada contoh pembuatan miskin (underprocessing) dan kebersihan yang buruk memungkinkan kontaminasi makanan kaleng oleh Clostridium botulinum anaerob obligat, yang menghasilkan racun akut dalam makanan, menyebabkan penyakit parah atau kematian. Organisme ini tidak menghasilkan rasa gas atau jelas dan tetap tidak terdeteksi oleh rasa atau bau. toksin adalah didenaturasi dengan memasak, meskipun. jamur dimasak, ditangani buruk dan kemudian kaleng, dapat mendukung pertumbuhan Staphylococcus aureus, yang menghasilkan racun yang tidak dihancurkan oleh pengalengan atau pemanasan ulang berikutnya.