Anabolisme Pada Makhluk Hidup

Anabolisme merupakan reaksi proses penyusunan (sintesis) senyawa kompleks dari senyawa sederhana yang berlangsung di dalam sel. Dalam proses penyusunan senyawa kimia tersebut dibutuhkan energi. Jika energi berasal dari sinar matahari akan dipakai untuk proses fotosintesis adapun kalau energi berasal dari energi kimia dipakai untuk proses kemosintesis. Berdasarkan sumber energinya, organisme sanggup memperoleh energi dari cahaya atau sinar matahari maupun dari bahan-bahan kimia di sekitar lingkungan hidupnya.

1. Fotosintesis

Fotosintesis merupakan satu-satunya penghasil masakan yang dibutuhkan bagi seluruh kehidupan organisme, termasuk insan (heterotrof). Berikut ini persamaan fotosintesis yang menghasilkan produk karbohidrat (dalam hal ini glukosa), menurut penelitian-penelitian sebelumnya: 6CO2 + 12H2O + energi cahaya C6H12O6 + 6O2 + 6H2O atau disederhanakan menjadi 6CO2 + 6H2O + energi cahaya C6H12O6 + 6O2

Pada sel tumbuhan terdapat bab yang disebut plastida. Plastida dibedakan menjadi plastida berpigmen dan tidak berpigmen. Kloroplas merupakan salah satu plastida yang berpigmen tersebut. Kloroplas terdapat pada bab dalam daun yang tersusun oleh sel-sel hidup dan sanggup melaksanakan proses-proses fisiologi, disebut mesofil. Di dalam kloroplas terdapat cairan atau fluida kental disebut stroma dan membran-membran halus sebagai kawasan klorofil, disebut membran tilakoid. Di dalam membran tersebut terdapat ruangan yang disebut ruang tilakoid (lumen). 

Tumpukan dari beberapa membran tilakoid membentuk struktur yang disebut grana (tunggal = granum). Kloroplas diselubungi oleh 2 membran, yaitu membran dalam dan membran luar. Pada fotosintesis, masuknya karbondioksida ke daun dan keluarnya oksigen yang dihasilkan, melewati struktur yang disebut stomata (tunggal = stoma, dalam bahasa Yunani berarti mulut).

Rangkaian reaksi kimia pada fotosintesis merupakan reaksi penyederhanaan dari 2 tahapan reaksi dalam fotosintesis. Kedua reaksi tersebut yaitu reaksi jelas (disebut bab foto) dan reaksi gelap atau siklus Calvin (disebut bab sintesis).

a. Reaksi Terang

Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untuk mensintesis NADPH dan ATP) di dalam kloroplas. Reaksi jelas terjadi di dalam grana. Salah satu pigmen yang berperan secara pribadi dalam reaksi jelas yaitu klorofil a. Di dalam membran tilakoid, klorofil bantu-membantu dengan protein dan molekul organik berukuran kecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem. Beberapa ratus klorofil a, klorofil b, dan karotenoid membentuk suatu kumpulan sebagai “pengumpul cahaya” yang disebut kompleks antena. Sebelum hingga ke sentra reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi sebagai kawasan terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesis pertama kalinya.

Di dalam membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem menurut urutan penemuannya, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Setiap fotosistem tersebut memiliki klorofil sentra reaksi yang berbeda, tergantung dari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofil sentra reaksi pada fotosistem I disebut P700, alasannya bisa menyerap panjang gelombang cahaya 700 nm (spektrumnya sangat merah), sedangkan pada fotosistem II disebut P680 (spektrum merah).

Aliran elektron pada reaksi jelas akan mengikuti suatu rute tertentu. Ada 2 kemungkinan fatwa elektron pada reaksi jelas yaitu fatwa non-siklis dan fatwa siklis.

1) Aliran Elektron Non-siklis

Langkah awal dari reaksi jelas yaitu transfer elektron tereksitasi dari klorofil sentra reaksi menuju molekul khusus yang disebut penerima elektron primer. Air (H2O) diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2. Elektron yang berasal dari air (H2O) menggantikan elektron yang hilang pada P680. Elektron pada reaksi jelas ini melalui rantai transport elektron menuju fotosistem I (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yaitu: plastokuinon (Pq), merupakan pembawa elektron; kompleks sitokrom; dan plastosianin (Pc), merupakan protein yang mengan dung tembaga.

Adanya fatwa elektron ini akan menghasilkan energi- energi yang kemudian tersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang memakai energi cahaya melalui fatwa elektron non siklis pada reaksi jelas ini disebut fotofosforilasi non siklis.

Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkap oleh penerima primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transport elektron ke-dua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase mentransfer elektron ke NADP+ sehingga membentuk NADPH yang menyimpan elektron berenergi tinggi dan berfungsi dalam sintesis gula dalam siklus berikutnya yaitu siklus Calvin. Reaksi jelas menghasilkan ATP dan NADPH.

2) Aliran elektron siklis

Pada fatwa elektron siklis elektron dari penerima primer fotosistem I dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui feredoksin, kompleks sitokrom, dan plastosianin. Pada fatwa siklis ini mengakibatkan produksi ATP bertambah tetapi tidak terbentuk NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2. Proses pembentukan ATP melalui fatwa siklis ini disebut fotofosforilasi siklis. 

b. Reaksi Gelap (Siklus Calvin)

Bahan-bahan yang dihasilkan dari reaksi jelas akan dipakai dalam siklus Calvin. ATP dipakai sebagai sumber energi dan NADPH sebagai tenaga pereduksi untuk penambahan elektron berenergi tinggi. Siklus Calvin terjadi pada bab kloroplas yaitu stroma. Pada reaksi gelap ini, materi untuk fotosintesis (CO2) nantinya akan dibuat menjadi molekul gula sehabis melalui 3 tahapan, antara lain:

1) Fiksasi Karbon

Pada tahap ini, gula berkarbon 5 yang disebut ribulosa 1,5 bisfosfat (RuBP) mengikat CO2 membentuk senyawa intermediate yang tidak stabil, sehingga terbentuk 3-fosfogliserat. Pembentukan tersebut dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase atau rubisko. Sebagian besar tumbuhan sanggup melaksanakan fiksasi karbon dan menghasilkan senyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fosfogliserat. Tumbuhan yang sanggup memfiksasi CO2 ini disebut tumbuhan C3. Contohnya yaitu tumbuhan padi, gandum, dan kedelai. Pada beberapa tumbuhan, fiksasi karbon mendahului siklus Calvin dengan cara membentuk senyawa berkarbon 4 sebagai produk pertamanya. Tumbuhan menyerupai ini disebut tumbuhan C4. Contohnya yaitu tebu, jagung, dan anggota rumput-rumputan.

Tidak menyerupai pada tumbuhan C3 dan C4, tumbuhan kaktus dan nanas membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Pada dikala stomata terbuka, tumbuhan mengikatkan CO2 pada banyak sekali asam organik. Cara fiksasi karbon ini pertama kali dtiemukan pada tumbuhan famili Crassulaceae (tumbuhan penyimpan air) dan disebut metabolisme asam krasulase (Crassulacean Acid Metabolism) sehingga tumbuh annya disebut tumbuhan CAM. Asam organik (senyawa intermediate) yang dibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel mesofil hingga pagi hari. Pada siang hari (stomata tertutup), reaksi jelas sanggup memasok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada dikala itu, asam organik melepaskan CO2 dan memasuki molekul gula (RuBP) dalam kloroplas. Baik tumbuhan C3, C4, maupun CAM akan memakai siklus Calvin sehabis fiksasi CO2, untuk membentuk molekul gula dari karbondioksida.

2) Reduksi

Setiap molekul 3-PGA mendapatkan gugus fosfat dari ATP sehingga terbentuk 1,3 bisfosfogliserat. Elektron dari NADPH mereduksi 1,3 bisfosfogliserat dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P), yang dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan keluar sebagai molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yang dibutuhkan tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan masuk ke tahapan regenerasi.

3) Pembentukan kembali (regenerasi) RuBP

Pada tahapan terakhir siklus Calvin ini, RuBP sebagai pengikat CO2 dibuat kembali oleh 5 molekul G3P. RuBP siap untuk mengikat CO2 kembali dan siklus Calvin sanggup berlanjut kembali. Molekul gula tidak akan terbentuk hanya dengan reaksi jelas atau siklus Calvin saja. Oleh alasannya itu, kedua proses tersebut merupakan adonan proses untuk terjadinya fotosintesis. Gula yang dibuat dalam kloroplas tersebut akan dipakai untuk proses respirasi tumbuhan atau menyusun senyawa organik lainnya dalam sel tumbuhan. Gula tersebut akan diedarkan ke seluruh bab tumbuhan, dalam bentuk gula sederhana menyerupai glukosa. Molekul-molekul gula berlebih yang terbentuk selama fotosintesis dan tidak diedarkan, akan menumpuk atau disimpan di dalam plastida sebagai sumber cadangan energi dalam bentuk amilum atau pati (polisakarida).

2. Kemosintesis
Bakteri sufur memakai energi dari senyawa kimia yaitu hidrogen sulfida (H2S) dan juga CO2 untuk membentuk karbohidrat. Proses pembentukan materi masakan dengan memakai energi dari bahan-bahan kimia disebut kemosintesis. Bakteri tersebut menguraikan H2S menjadi atom hidrogen dan sulfur. Kemudian pada reaksi gelap, atomatom hidrogen dipakai untuk mereduksi CO2 dalam membentuk gula atau karbohidrat. Proses tersebut tidak melepaskan oksigen, tetapi menghasilkan sulfur. Persamaan reaksinya sebagai berikut: CO2 + 2H2S (CH2O) + H2O + 2S