BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Karbohidrat adalah polihidroksi aldehid (aldosa) atau polihidroksi keton (ketosa) dan turunannya atau senyawa yang bila dihidrolisa akan menghasilkan salah satu atau kedua komponen tersebut di atas. Karbohidrat berasal dari bahasa Jerman yaitu Kohlenhydrote dan dari bahasa Prancis Hidrate De Carbon. Daun tanaman mempunyai pigmen klorofil yang merupakan pigmen utama untuk aktivitas fotosintesis. Dalam proses fotosintesis akan dihasilkan karbohidrat berupa pati yang untuk sementara ditimbun pada daun. Selanjutnya pada saat gelap akan ditranslokasikan ke organ-organ lain (baik anabolisme maupun katabolisme). Pemindahan energi dari sinar matahari ke dalam tanaman dilaksanakan dengan perantara klorofil. Senyawa tersebut terdapat dalam sebuah organel vital bagi tanaman yaitu khloroplas. Proses fotosintesis akan menghasilkan karbohidrat, terutama glukosa. Diantara berbagai karbohidrat yang penting yang dapat dibentuk oleh tumbuhan dari glukosa adalah selulosa, sukrosa dan pati/amilum. Amilum didalam tumbuhan banyak tersimpan dalam akar, umbi ataupun biji-bijian. Butir-butir amilum itu sebenarnya semula terdapat di dalam kloroplas daun sebagai hasil fotosintesis. Lipid didefinisikan sebagai senyawa yang tidak larut dalam air yang diekstraksi dari makhuk hidup dengan menggunakan pelarut non polar, istilah lipid mencakup golongan senyawa dengan keanekaragaman struktur, definisi di atas berdasarkan sifat fisik yang berlawanan dengan definisi protein, karbohidrat maupun asam nukleat yang berdasarkan struktur kimianya. Lemak memiliki sifat-sifat yang khas yaitu tidak larut atau sedikit larut dalam air dan dapat diekstrasi dengan pelarut non-polar seperti chloroform, eter, benzene, heksana, aseton dan alcohol panas. Lemak mempunyai banyak 2 fungsi biologis yang sangat menunjang kehidupan organisme, antara lai berperan dalam transport aktif sel, penyusun membrane sel, sebagai cadangan energi dan isolator panas, sebagai pelarut vitamin A, D, E, dan K. Lemak dapat mengalami reaksi hidrolisis, ketengikan, hidrogenasi, penyabunan dan lainlain.
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan karbohidrat?
2. Bagaimana metabolisme sintesis karbohidrat?
3. Apa yang dimaksud dengan lemak?
4. Bagaimana metabolisme sintesis lemak?
C. Tujuan Penulisan
1. Untuk mengetahui yang dimaksud dengan karbohidrat.
2. Untuk mengetahui metabolisme sintesis karbohidrat.
3. Untuk mengetahui yang dimaksud dengan lemak.
4. Untuk mengetahui metabolisme sintesis lemak.
D. Manfaat Penulisan
1. Dapat mengetahui yang dimaksud dengan karbohidrat.
2. Dapat mengetahui metabolisme sintesis karbohidrat.
3. Dapat mengetahui yang dimaksud dengan lemak.
4. Dapat mengetahui metabolisme sintesis lemak.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Sintesis Karbohidrat Karbohidrat adalah molekul organik yang dibina atas unsur C (karbon, zat arang), H (hidrogen, zat air), dan O (oksigen, zat asam). Seperti halnya protein, karbohidrat adalah senyawa polimer, monomernya ialah gula atau sakarida. Secara umum rumus kimianya ditulis Cm (H2O)n. Pembentukan pati terjadi melaui suatu proses yang melibatkan sumbangan berulang unit glukosa dari gula nukleotida serupa dengan UDPG yang disebut adenosin difosfoglukosa, ADPG. Pembentukan ADPG berlangsung dengan menggunakan ATP dan glukosa-1-fosfat di kloroplas dan plastid. Molekul amilosa yang sedang tumbuh dengan unit glukosa yang mempunyai gugus reaksi C-4 pada ujungnya, bergabung dengan C-1 glukosa yang ditambahkan dari ADPG. Pati sintetase, yang mengkatalisis reaksi tersebut diaktifkan oleh K+. Cabang pada amilopektin antara C-6 pada rantai utama dan C-1 pada rantai cabang dibentuk oleh berbagai isoenzim dari beberapa enzim yang secara ringkas disebut enzim percabangan atau enzim Q. Tingkat cahaya yang tinggi dan siang hari yang panjang, menguntungkan fotosintesis dan translokasi karbohidrat. Sehingga menyebabkan penimbunan satu atau lebih butir pati di kloroplas dan penyimpanan pati di amiloplas. Pembentukan pati di kloroplas diuntungkan oleh cahaya terang, sebab enzim yang membentuk ADPG secara alosetrik diaktifkan oleh 3-PGA dan dihambat secara alosetrik Pi (Preiss). Kandungan 3-PGA agak meningkat saat terang sewaktu penambahan CO2 terjadi, tapi kandungan Pi agak turun karena ditambah ADP untuk membentuk ATP selama fosforilasi fotosintesis.
1. Fiksasi Karbon Dioksida Fiksasi karbon atau asimilasi karbon mengacu pada proses konversi karbon anorganik (karbon dioksida) ke senyawa organik oleh organisme hidup. Contoh yang paling menonjol 4 adalah fotosintesis, meskipun kemosintesis adalah bentuk lain dari fiksasi karbon yang dapat terjadi tanpa adanya sinar matahari. Organisme yang tumbuh dengan memfiksasi karbon disebut autotrof. Autotrof termasuk fotoautotrof, yang mensintesis senyawa organik menggunakan energi sinar matahari, dan litoautotrof, yang mensintesis senyawa organik menggunakan energi dari oksidasi anorganik. Heterotrof adalah organisme yang tumbuh menggunakan karbon yang difiksasi oleh autotrof. Senyawa organik digunakan oleh heterotrof untuk menghasilkan energi dan untuk membangun struktur tubuh. "Karbon terfiksasi", "karbon tereduksi", dan "karbon organik" adalah istilah yang setara untuk berbagai senyawa organik. Melalui serangkaian penelitian pada kurun waktu antara 1946 sampai 1953, dengan menggunakan teknik khromatografi dan penggunaan karbondioksida bermuatan radio aktif ( 14CO2 ), Meli Calin bersama beberapa peneliti pada Universitas California di Berkeley berhasil mengidentifikasi produk awal dari fiksasi CO2. Produk awal tersebut adalah asam 3-fosfogliserat, atau sering disingkat PGA. Calvin dalam penelitiannya menggunakan ganggang hijau sel tunggal Chlorella sp. Produk awal tersebut diperoleh jika ganggang ini dibunuh (dengan menggunakan larutan etanol 80% yang mendidih) hanya 2 detik setelah CO2 14 diberikan. Produk awal ini sekarang telah diketahui juga diperoleh dari berbagai daun tumbuhan. Molekul 3-PGA dan kebanyakan asam pada tumbuhan terdapat dalam bentuk yang terionisasi, yakni tanpa H + pada gugus karboksilnya. Karena PGA tersusun dari 3 atom karbon, semula diduga pasti ada molekul dengan 2 atom karbon yang bergabung dengan CO2 untuk membentuk PGA. Untuk membuktikan teori ini, dilakukan penelitian dengan cara memberikan CO2 14 dalam waktu singkat dan kemudian pemberian CO2 dihentikan secara mendadak. Dengan teknik ini diharapkan senyawa yang secara alami akan bergabung dengan CO2 untuk membentuk PGA akan terakumulasi (karena ketidaktersediaan CO2). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa tidak ada senyawa dengan 2 atom C yang 5 terakumulasi. Senyawa yang terakumulasi adalah senyawa dengan 5 atom C, yakni ribulosa-1,5-bifosfat (disingkat RuBP). Hasil ini mengisyaratkan bahwa RuBP yang bergabung dengan CO2 untuk membentuk PGA, tentunya yang dihasilkan bukan 1 molekul PGA, tetapi 2 molekul PGA. Reaksi antara CO2 dengan RuBP dipacu oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase, disingkat rubisco. Pada awalnya, reaksi antara CO2 dengan RuBP akan membentuk senyawa antara 6 atom C yang tidak stabil, kemudian dengan penambahan air akan pecah menjadi 2 molekul PGA. Rubisco berperan pada semua organisme yang berfotosintesis, kecuali pada beberapa bakteri fotosintetik. Rubisco penting sekali artinya, bukan cuma karena fungsinya mengkatalisis reaksi yang sangat penting tersebut, juga karena jumlahnya yang sangat banyak. Rubisco mungkin merupakan bentuk protein yang paling banyak dijumpai dimuka bumi ini. Kloroplas mengandung sekitar separuh dari total protein pada daun dan diantara protein kloroplas seperempat sampai seperdelapan protein pada daun adalah dalam bentuk enzim rubisco. Dengan demikian, enzim ini penting artinya dalam diet ternak dan manusia.
2. Siklus Calvin Penelusuran lebih jauh (dengan teknik yang sama) berhasil mengidentifikasi berbagai senyawa gula fosfat yang tebentuk dari PGA. Senyawa-senyawa tersebut termasuk tetrosa fosfat (dengan 4 atom C), pentosa fosfat (5 atom C), heksosa fosfat (6 atom C), dan heptosa fosfat (7 atom C). Urutan terbentuknya senyawa-senyawa ini dapat diketahui tergantung pada waktu kapan CO2 14 mulai terikat pada molekul senyawasenyawa yang bersangkutan. Jika molekul PGA yang mengandung C 14 terurai, maka C 14 akan berada pada gugus karboksil, tetapi kemudian kedua atom C lainnya dari molekul PGA juga bermuatan radio aktif (terdiri dari C 14 ). C 14 untuk 2 molekul PGA ini tidak berasal langsung dari CO2 14 , tetapi ditransfer dari 6 molekul lainnya (yakni RuBP). Kejadian ini mengisyaratkan bahwa telah terjadi proses siklik dalam pembentukan senyawa PGA. Calvin bersama-sama dengan peneliti lainnya berhasil mengidentifikasi dan menentukan urutan senyawa-senyawa anatar dalam siklus tersebut. Siklus ini kemudian dikenal sebagai Siklus Calvin atau Siklus Reduksi Karbon Fotosintetik atau Lintasan Fotosintetik C-3 (karena produk awalnya mengandung 3 atom C). Untuk jasanya tersebut, Calvin mendapatkan hadiah nobel pada Tahun 1961. Siklus Calvin berlangsung pada stroma kloroplas. Siklus ini terdiri dari 3 tahap utama, yakni karboksilasi, reduksi, dan regenerasi. Karboksilasi mencakup proses penambahan CO2 dan H2O pada RuBP untuk membentuk 2 molekul 3-PGA. Reduksi berlangsung pada gugus karboksil molekul 3- PGA untuk membentuk gugus aldehida pada senyawa 3-fosfogliseraldehida (disingkat 3-Pgald). Perlu diperhatikan, bahwa proses reduksi tersebut tidak langsung terjadi pada gugus karboksil 3-PGA, tetapi dirombak dahulu menjadi asam 1,3-bisfosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terminal dari ATP. Dalam reaksi ini pereduksi sesungguhnya adalah NADPH yang memberikan 2 elektron pada atom C gugus ester anhidrida. Reaksi ini merupakan reaksi reduksi satu-satunya pada siklus Calvin. Karena kedua molekul 3-PGA direduksi dengan cara yang sama, maka dibutuhkan 2 molekul ATP untuk mengkonversi 1 molekul CO2 menjadi karbohidrat. Jadi, untuk setiap CO2 yang difiksasi dibutuhkan 2 ATP dan 2 NADPH. Satu molekul ATP lagi dibutuhkan pada tahap regenerasi. Dengan demikian, total lagi dibutuhkan adalah 3 molekul per 1 molekul CO2. Tahap regenerasi ini lebih kompleks dan melibatkan gula-gula yang terfosforilasi dengan 4, 5, 6, atau 7, atom C. Secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 1. ATP yang ketiga tersebut dibutuhkan untuk mengkonversi ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP.