DNA DAN RNA - SUBSTANSI GENETIK

DNA DAN RNA 

DNA (Deoxyribonucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat)

Berbagai penelitian mengungkapkan bahwa DNA adalah pembawa sebagian besar atau seluruh sifat-sifat genetik di dalam kromosom. DNA terdapat di dalam nukleus dan bersama senyawa protein membentuk nukleo protein. Selain di dalam nukleus, molekul DNA juga terdapat dalam mitokondria, plastid, dan sentriol. DNA memiliki beberapa fungsi di antaranya membawa informasi genetik, membentuk RNA, dan mengontrol aktivitas sel baik secara langsung maupun tidak langsung. DNA juga berperan penting dalam proses sintesis protein.

Gambar  Struktur DNA

Sumber: http://www.kartika111194.blogspot.co.id/

 Molekul DNA pertama kali diisolasi oleh F. Miescher pada tahun 1869 dari sel spermatozoa. Ia tidak dapat mengenali sifat zat kimia tersebut secara pasti, kemudian menyebutnya sebagai nuklein. Nuklein ini berupa senyawa kompleks yang mengandung unsur fosfor sangat tinggi. Nuklein selanjutnya dikenal sebagai gabungan asam nukleat dan protein sehingga sering disebut nukleoprotein. Dalam kedua jenis asam nukleat ini (DNA dan RNA) terdapat dua basa nitrogen yaitu purin dan pirimidin. Keduanya ditemukan oleh Fischer pada tahun 1880. Pada penelitian selanjutnya, Kossel menemukan dua jenis pirimidin, yaitu sitosin dan timin serta dua jenis purin, yaitu adenin dan guanin. Selain basa purin dan pirimidin, dalam asam nukleat Levine pada tahun 1990 mengenali gula berkarbon lima, yaitu ribose dan deoksiribosa. Ia juga menyatakan adanya asam fosfat dalam asam nukleat.

W.T. Atsbury merupakan orang pertama yang mengemukakan gagasan tentang struktur tiga dimensi DNA. Ia menyimpulkan bahwa DNA sangat padat, polinukleotida penyusunnya berupa timbunan nukleosida pipih yang teratur tegak lurus terhadap sumbu memanjang.

 Susunan kimia DNA adalah sebuah makromolekul yang kompleks. Molekul DNA disusun oleh dua rantai polinukleotida yang amat panjang. Satu rantai polinukleotida terdiri atas rangkaian nukleotida. Sebuah nukleotida tersusun atas:

a.         Gugus gula deoksiribosa (gula dengan lima atom karbon atau pentosa)

b.         Gugus asam fosfat (fosfat terikat pada C kelima dari gula)

c.         Gugus basa nitrogen (gugus ini terikat pada C pertama dari gula)

Basa nitrogen dapat digolongkan menjadi dua, yaitu basa purin dan basa pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin (A) dan Guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri atas sitosin (S) dan timin (T). Rangkaian kimia antara deoksiribosa dengan purin dan pirimidin disebut nukleosida (deoksiribonukleosida). Nukleosida tersebut akan berikatan dengan fosfat membentuk nukleotida (deoksiribonukleotida). Gabungan dari nukleotidanukleotida akan membentuk suatu DNA. Jadi, molekul DNA merupakan polimer panjang dari nukleotida yang dinamakan polinukleotida.

Basa Purin

Basa Pirimidin       

Sumber: Dok. Kemdikbud

 Replikasi DNA akan menghasilkan DNA baru. Ada tiga hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA. Hipotesis pertama menyatakan bahwa bentuk double helix DNA yang lama tetap dan langsung menghasilkan double helix yang baru disebut konservatif. Hipotesis kedua menyatakan double helix akan terputus-putus, selanjutnya segmen-segmen tersebut akan membentuk segmensegmen baru yang bergabung dengan segmen lama membentuk DNA baru. Hipotesis ini disebut dispersif. Hipotesis ketiga menyatakan dua pita spiral dari double helix memisahkan diri dan setiap pita tunggal mencetak pita pasangannya disebut semikonservatif.

 

RNA (Ribonucleic Acid = Asam Ribonukleat) 

RNA merupakan seutas benang tunggal yang tersusun molekul gula ribosa, gugus fosfat, dan asam nitrogen. Pada RNA tidak terdapat basa nitrogen timin (T), basa nitrogen timin ini pada RNA digantikan oleh basa nitrogen urasil. Struktur DNA yang heliks terbentuk karena adanya beberapa jenis ikatan kimia. Antara untai DNA diikat oleh ikatan hidrogen.

Gambar 11.6 (a) Struktur untai tunggal molekul RNA (b) Struktur kimia RNA

Sumber: Dok. Kemdikbud

 Antara basa nitrogen dan gula diikat oleh ikatan glikosida, sedangkan antar nukleotida dihubungkan dengan ikatan fosfodiester. RNA hanya terdiri atas satu untai saja, sehingga struktur RNA tidak membentuk helix ganda.

Berbeda halnya dengan DNA yang terletak dalam nukleus, RNA banyak terdapat dalam sitoplasma terutama ribosom walaupun ada pula beberapa di antaranya dalam nukleus. Dalam sitoplasma, kadar RNA berubah-ubah. Hal ini dipengaruhi oleh aktivitas sintetis protein. Ketika suatu protein akan disintetis, kandungan RNA dalam sel meningkat begitu pula sebaliknya. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:

a.         RNA duta (RNA-d) atau m RNA

RNA duta adalah RNA yang menjadi model cetakan dalam proses penyusunan asam amino pada rantai polipeptida atau sintesis protein. Disebut RNA duta, karena molekul ini merupakan penghubung DNA dengan protein dan membawa pesan berupa informasi genetik dari DNA untuk membentuk protein. Informasi genetik berupa urutan basa N pada RNA duta yang memesan suatu asam amino yang disebut kodon. Penyusunan rantai polipeptida tergantung dari urutan kodon pada RNA duta. Urutan kodon pada RNA-d yang dicetak DNA tergantung pada macam protein yang akan disintesis.

b.         RNA ribosom (RNA-r)

RNA-r yaitu RNA yang terdapat dalam sitoplasma tepatnya di ribosom dan berfungsi mengatur dalam proses sintesis protein. RNA-r dapat mencapai 80% dari jumlah RNA sel. Molekul rRNA berupa pita tunggal tidak bercabang dan fleksibel.

c.         RNA transfer (RNA-t)

RNA-t mempunyai fungsi menerjemahkan kodon yang terdapat pada RNA-d menjadi satu jenis asam amino. Kemampuan menerjemahkan ini, disebabkan oleh adanya anti kodon yang merupakan komplemen dari kodon RNA-d. RNA-t juga berfungsi mengangkut asam amino ke permukaan ribosom pada saat translasi. Translasi adalah penerjemahan urutan nukleotida. RNA-d menjadi urutan asam amino polipeptida.

 

Tabel Perbedaan secara umum DNA dan RNA

DNA

RNA

Ditemukan dalam nucleus yaitu dalam kromosom, mitokondria, dan kloroplas. Berupa rantai panjang dan ganda (double helix). Fungsinya berhubungan erat dengan penurunan sifat dan sintesis protein. Kadarnya tidak dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein. Basa nitrogen terdiri atas purin: adenine (A) dan guanine (G), pirimidin: timin (T) dan sitosin (C). Komponen gulanya deoksiribosa, yaitu ribose yang kehilangan satu atom oksigen pada atom C nomor 2.

Ditemukan dalam sitoplasma, terutama dalam ribosom dan juga dalam nucleus. Berupa rantai pendek dan tunggal. Fungsinya berhubungan erat dengan sintesis protein. Kadarnya dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein. Basa nitrogen terdiri atas purin: adenine (A) dan guanine (G), pirimidin: urasil (U) dan sitosin (C). Komponen gulanya D-ribosa (pentose).

 

 

KROMOSOM - SUBSTANSI GENETIK

 

KROMOSOM

Materi genetik memegang peranan penting dalam proses pewarisan sifat. Warna kulit, bentuk hidung, atau bahkan jenis penyakit yang kamu miliki tidak serta-merta hadir di dalam tubuh kamu. Materi genetik dari ayah dan ibu akan bergabung dalam proses fertilisasi. Oleh karena adanya penggabungan materi genetic inilah pada dirimu muncul karakteristik yang mirip dengan ayah dan karakteristik yang mirip dengan ibu. Materi genetik tersebut yaitu, kromososm, gen, DNA, dan RNA.

   Kromosom

Gambar Kromosom dan bagian-bagiannya

Sumber: https://www.konsepbiologi.wordpress.com/

 

Kromosom terdapat di dalam nukleus berupa benda-benda halus berbentuk lurus atau bengkok. Nama kromosom pertama kali diberikan oleh Waldeyer (1888) berasal dari kata khroma artinya warna dan soma artinya tubuh. Jadi, kromosom dapat diartikan sebagai badan yang mudah menyerap zat warna. Bahan yang menyusun kromosom yaitu kromatin sehingga sering disebut benang kromatin.

Kromosom merupakan badan berbentuk batang atau bengkok, mulai tampak pada saat sel akan membelah dan selama proses pembelahan. Kromosom tampak jelas pada fase pembelahan metafase karena kromosom berjajar di bidang ekuator. Ukuran kromosom dalam sebuah sel tidak pernah sama. Panjangnya 0,2–50 μ dan diameternya 0,2–20 μ. Di dalam sel tubuh, kromosom biasanya berpasangan. Kromosom memiliki beberapa fungsi, sebagai berikut:

•   Fungsi utamanya adalah untuk menyimpan materi genetik. Materi genetik inilah yang akan menentukan sifat dan kekhasan setiap individu.
•   Menentukan jenis kelamin. Terdapat dua jenis kromosom yaitu X dan Y. Apabila kromosom embrio XX, maka ia akan terlahir sebagai seorang perempuan. Sedangkan jika kromosomnya XY maka ia terlahir sebagai laki-laki.
•  Berperan penting dalam proses transkripsi DNA untuk melakukan sintesis protein. Ini dikarenakan kromosom lah yang membawa materi genetik seperti DNA.
•  Berperan dalam proses pembelahan sel dan memastikan masing-masing sel yang telah membelah mendapatkan gen yang sama.

 Sepasang kromosom merupakan homolog sesamanya, artinya keduanya mempunyai bentuk yang sama dan lokus gen-gen yang bersesuaian. Secara umum, sebuah kromosom terdiri atas bagian-bagian, yaitu:

1.  Kromonema berupa pita spiral yang terdapat penebalan.
2.  Kromomer merupakan penebalan-penebalan pada kromonema. Di dalam kromomer terdapat protein yang mengandung molekul DNA. Beberapa DNA bergabung membentuk gen yang berfungsi sebagai pembawa bagian sifat keturunan dan menempati suatu bagian yang disebut sebagai lokus gen.
3. Sentromer merupakan bagian kromosom yang menyempit dan tampak lebih terang. Bagian ini tidak mengandung gen dan merupakan tempat melekatnya benang spindel.
4.  Lekukan kedua berperan dalam pembentukan nucleolus (anak inti sel).
5. Telomer merupakan bagian ujung-ujung kromosom yang menghalang-halangi bersambungnya ujung kromosom yang satu dengan kromosom yang lain.
6. Satelit yaitu suatu tambahan atau tonjolan yang terdapat pada ujung kromosom. Tidak semua kromosom mempunyai satelit.

Berdasarkan bentuknya, kromosom digolongkan menjadi enam macam, yaitu: Bentuk bulat, bentuk batang, bentuk cerutu, bentuk huruf V, bentuk koma, dan bentuk huruf L.

Gambar Letak sentromer kromosom

Sumber: http://www.slideshare.net/

 

Berdasarkan letak sentromernya, kromosom dibedakan menjadi empat macam, yaitu metasentris, submetasentris, akrosentris, dan telosentris.

1. Metasentris, sentromer terletak di tengah-tengah kromosom sehingga kromosom berbentuk seperti huruf V.
2. Submetasentris, sentromer terletak submedian atau kirakira ke arah salah satu ujung kromosom. Bentuk kromosom seperti huruf J.
3. Akrosentris, sentromer terletak pada subterminal atau di dekat ujung kromosom. Satu lengan kromosom sangat pendek dan satu lengan lainnya sangat panjang. Bentuk kromosom lurus atau seperti batang.
4. Telosentris, sentromer terletak pada ujung kromosom.

Kromosom hanya memiliki satu lengan saja. Pada setiap sel tubuh, kromosom selalu dalam keadaan berpasangan. Kromosom yang berpasangan mempunyai bentuk, ukuran, dan komposisi sama atau hampir sama disebut kromosom homolog. Jumlah macam kromosom disebut ploid atau set, perangkat atau genom. Dalam sel tubuh setiap kromosom terdapat berpasangan, berarti terdiri 2 set sehingga disebut diploid (2n). Sebaliknya, pada sel gamet satu sel kelamin memiliki kromosom tidak berpasangan, berarti terdapat satu set kromosom sehingga disebut haploid.

Tipe kromosom

Tipe dan jumlah kromosom setiap makhluk hidup berbeda-beda. Masing-masing kromosom juga memiliki suatu pola pita atau garis tertentu ketika diberi zat warna. Tampilan kromosom setiap individu dinamakan kariotipe.

Pada dasarnya kromosom semua organisme mempunyai dua tipe, yaitu sel tubuh/sel somatik (autosom) dan kromosom kelamin (seks kromosom = gonosom). Autosom merupakan kromosom yang tidak mempunyai hubungan dengan penentuan jenis kelamin. Sedangkan Kromosom kelamin atau seks kromosom merupakan sepasang kromosom yang menentukan jenis kelamin. Ada dua macam seks kromosom, yaitu kromosom-X dan kromosom-Y.

Pada manusia, setiap sel somatik/sel tubuh (semua sel selain sperma dan ovum) berjumlah 46 kromosom. Kromosom-kromosom tersebut dapat disusun berpasangan dimulai dari kromosom yang paling panjang. Kedua kromosom yang berpasangan membawa gen (pembawa sifat) yang mengendalikan karakter warisan yang sama. Contohnya, jika suatu gen untuk warna mata ditempakan pada lokus (posisi gen dalam kromosom) pada kromosom tertentu, homolog dari kromosom tersebut juga akan memiliki sebuah gen yang menentukan warna mata pada lokus yang sama. Kromosom homolog adalah pasangan kromosom yang memiliki panjang, letak sentromer, dan pola pewarnaan yang sama.

Terjadinya pasangan kromosom homolog dalam kariotipe merupakan pewarisan yang didapat dari ke dua induknya. Setengah dari induk jantan (ayah) dan setengahnya lagi dari induk betina (ibu). Pada manusia, 46 kromosom dalam sel somatik sebenarnya adalah dua set kromosom yang masing-masing terdiri dari 23 kromosom, satu set dari ibu dan satu set dari ayah.

Gambar Kariotipe manusia. Nomor 1-22 merupakan autosom dan XX atau XY merupakan gonosom

Sumber: https://www.sciencephoto.com/media/887488/view/human-chromosomes-male-vs-female-karyotype-illustration

Contoh jumlah kromosom dari berbagai jenis organisme:

Tabel jumlah kromosom pada berbagai jenis organisme.

Sumber: https://penjaskes.co.id/kromosom-makhluk-hidup-definisi-jenis-jenis-struktur-bentuk-dan-jumlahnya-terlengkap/

FOTOSINTESIS - ANABOLISME - MATERI BIOLOGI SMA/MA KELAS XII

 

FOTOSINTESIS

 Fotosintesis berasal   dari bahasa   Yunani   φώτο- [fó̱  to-]    yang    berarti    "cahaya," dan σύνθεσις[sýnthesis] yang berarti "menggabungkan", "penggabungan". Fotosintesis merupakan proses pembentukan karbohidrat dari karbondioksida dan air dengan bantuan sinar matahari . Fotosintesis merupakan salah satu cara tumbuhan untuk menghasilkan makanan dan energi. Proses fotosintesis berlangsung melalui tahap-tahap sebagai berikut:

Pada tahap pertama terjadi proses penangkapan energi surya atau proses-proses  yang  bergantung pada keberadaan cahaya. Proses ini biasa dinamakan reaksi terang. Reaksi-reaksi cahaya berlangsung pada bagian grana kloroplas. Sebagian energi matahari yang diserap akan diubah menjadi energi kimia, yaitu berupa zat kimia berenergi tinggi. Selanjutnya, zat itu akan digunakan untuk proses penyusunan zat gula. Sebagian energi matahari juga digunakan untuk fotolisis air (H₂O) sehingga dihasilkan ion hidrogen (H₊) dan O₂. Ion hidrogen tersebut akan digabungkan dengan CO₂ membentuk zat gula (CH₂O)n. Sedangkan O₂ -nya akan dikeluarkan.

Reaksi fotosintesis

Organisme yang melakukan fotosintesis disebut fotoautotrof karena mereka dapat membuat makanannya sendiri. Proses fotosintesis menghasilkan karbohidrat Karbohidrat merupakan sumber energi utama bagi tubuh manusia, yang menyediakan 4 kilokalori (17 kilojoule) energi pangan per gram.

Orang yang pertama kali menemukan fotosintesis adalah Jan Ingenhousz. Fotosintesis merupakan suatu proses yang penting bagi organisme di bumi, dengan fotosintesis ini tumbuhan menyediakan bagi organisme lain baik secara langsung maupun tidak langsung. Jan Ingenhosz melakukan percobaan dengan memasukkan tumbuhan Hydrilla verticillata ke dalam bejana yang berisi air. Bejana gelas itu ditutup dengan corong terbalik dan diatasnya diberi tabung reaksi yang diisi air hingga penuh, kemudian bejana itu diletakkan di terik matahari. Tak lama kemudian muncul gelembung udara dari tumbuhan air itu yang menandakan adanya oksigen (Kimball, 1993).

 

Tempat Terjadinya Fotosintesis

Semua bagian tanaman yang hijau, termasuk batang hijau dan buah yang tidak matang, memiliki kloroplas, sebagian besar daunnya merupakan lokasi utama untuk fotosintesis. Kloroplas banyak ditemukan di sel mesofil, jaringan bagian dalam daun. Karbondioksida (CO₂) memasuki daun, lalu oksigen keluar melalui pori-pori mikroskopis yang disebut stomata (dalam bahasa Yunani, stoma: tunggal, berarti 'mulut'). Sementara air diserap oleh akar dan dikirim ke daun melalui batang. Saat sinar matahari jatuh ke permukaan daun, klorofil menangkap energi dari cahaya matahari tersebut. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna atau transparan, kemudian diteruskan menuju mesofil. Di mesofil inilah sebagian besar proses fotosintesis terjadi. Energi tersebut kemudian digunakan untuk mengubah air menjadi gula/glukosa (C₆H₁₂O₆) dan oksigen (O₂). Setelah itu dari proses fotosintesis akan menghasilkan makanan bagi tumbuhan. Sementara oksigen yang dihasilkan dikeluarkan oleh tumbuhan lewat stomata. Oksigen ini kemudian berada di udara bebas untuk dihirup oleh makhluk hidup lain yaitu manusia dan hewan.

 

Tahapan Fotosintesis: Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

Secara umum fotosintesis terbagi menjadi dua tahapan reaksi yang langkah-langkahnya cukup rumit, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang adalah tahapan dalam fotosintesis yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia (Campbell et al., 2017). Pada tahap ini molekul air terpisah dan menjadi sumber elektron dan proton (ion H+) dan menghasilkan O2 sebagai by-product-nya.

Gambar  Reaksi Terang

(sumber: https://www.generasibiologi.com/2018/04/reaksi-fotosintesis-gelap-dan-terang.html)

Penangkapan energi cahaya pada reaksi terang melibatkan dua sistem cahaya (fotosistem) yaitu fotosistem 1 dan fotosistem 2. Fotosistem adalah molekul protein kompleks yang terdapat di dalam membran tilakoid. Klorofil yang terdapat di dalam fotosistem I (PS I) akan menyerap foton (energi cahaya) dengan maksimal panjang gelombang 700 nm sedangkan klorofil pada fotosistem II (PS II) akan menyerap maksimal panjang gelombang cahaya 680 nm.

1. Pada mulanya, foton akan diserap oleh klorofil di PS II. Ketika foton diserap oleh 1 klorofil, energi yang diperoleh dilepaskan ke pigmen.
3. Elektron di dalam PS II menjadi tereksitasi (berubah menjadi energi yang lebih tinggi). Elektron tersebut menjadi tidak stabil dan akan ditangkap oleh PS II lain yang menyebabkan PS II yang kehilangan elektron menjadi bermuatan positif. Elektron yang hilang diganti dengan cara pemecahan molekul air.
4. Menghasilkan produk sampingan berupa O₂ (oksigen) dan elektron H⁺. oksigen akan dilepas ke udara sedangkan elektron H⁺ akan digunakan di dalam PS I. Melalui rantai elektron transpor, tiap elektron yang tereksitasi akan ditransfer ke PS I.
5. Elektron tersebut akan menyediakan energy untuk pembentukan ATP. Foton yang diserap oleh PS 1 akan mengeksitasi elektron yang selanjutnya akan ditangkap oleh aseptor elektron.
6. Elektron selanjutnya dibawa ke NADP reduktase untuk mereduksi NADP⁺ menjadi NADPH.

Reaksi terang juga menghasilkan ATP melalui proses kemiosmosis untuk menambahkan gugus fosfat ke ADP (disebut fotofosforilasi). Jadi energi cahaya pada awalnya dirubah menjadi energi kimia dalam bentuk NADPH (sumber elektron yang dapat memberikan elektron kepada penerina elektron) dan ATP (energi sel). Reaksi terang tidak menghasilkan gula. Pembentukan gula terjadi pada tahap kedua fotosintesis yaitu siklus Calvin.

Siklus Calvin dimulai dengan penggabungan CO₂ dari udara dengan molekul organik yang sudah tersedia dalam kloroplas. Penggabungan karbon dengan komponen organik ini disebut fiksasi karbon. Siklus karbon kemudian mereduksi karbon terfiksasi menjadi karbohidrat dengan menambahkan elektron-elektron. Energi pereduksi disediakan oleh NADPH yang mendapatkan elektron dari reaksi terang. Untuk mengubah CO₂ menjadi karbohidrat, siklus Calvin juga membutuhkan energi kimia dalam bentuk ATP yang juga dihasilkan melalui reaksi terang.

Jadi, siklus Calvin membuat gula dengan bantuan NADPH dan ATP yang dihasilkan oleh reaksi terang. Langkah-langkah metabolik siklus Calvin ini kadang-kadang disebut sebagai reaksi gelap atau light-independent reactions karena langkah-langkah/reaksi di dalam siklus ini tidak membutuhkan cahaya secara langsung. Siklus Calvin pada tanaman berlangsung selama siang hari dimana reaksi terang menyediakan NADPH dan ATP yang dibutuhkan oleh siklus Calvin. Tilakoid dari kloroplas merupakan tempat terjadinya reaksi terang sedangkan siklus Calvin terjadi dalam stroma. Di dalam tilakoid molekul NAD⁺ dan ADP mengambil elektron dan gugus fosfat, dan kemudian NADPH dan ATP dilepaskan dalam stroma.

Pada bagian ini, terdapat seluruh perangkat untuk reaksi-reaksi penyusunan zat gula. Siklus ini mereduksi CO₂ menjadi (CH₂O)₆ atau karbohidrat. Selain ATP dan NADPH dari reaksi terang, reaksi ini membutuhkan molekul CO₂.

1. Siklus calvin dimulai dengan penggabungan senyawa CO₂ dengan senyawa gula berantai karbon 5 (RuBP-ribulosa bifosfat) menghasilkan 2 senyawa 3-PGA (forfogliserat) yang masing-masing berantai karbon 3.
2. 6 senyawa 3-PGA diubah menjadi 6 senyawa G3P (gliseraldehid 3 fosfat) dengan bantuan 6 ATP dan 6 NADPH.
3. 5 senyawa G3P akan mengalami siklus berulang membentuk RuBP dan diubah kembali menjadi 3-PGA dan seterusnya.
4. 1 senyawa G3P akan diubah menjadi glukosa (C₆H₁₂O₆) dan senyawa lainnya. Glukosa maupun senyawa lainnya akan digunakan sebagai sumber energi bagi tumbuhan.

Gambar Siklus Calvin (Reaksi Gelap)

(sumber: https://www.generasibiologi.com/2018/04/reaksi-fotosintesis-gelap-dan-terang.html)

Gambar Dua Tahapan Kerja Sama Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

(sumber buku Biologi Campbell 11ed tahun 2017)

 

Perbedaan Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

 

(https://biofar.id/pengertian-dan-tahapan-siklus-calvin/)

ENZIM - Materi Biologi untuk SMA/MA Kelas XII - senior high school

 

ENZIM

 

Enzim adalah senyawa protein yang bekerja sebagai katalis atau biokatalisator (mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi). Zat yang dipengaruhi oleh enzim disebut substrat, sedangkan hasil reaksinya disebut produk. Nama enzim pada umumnya sesuai dengan nama substratnya dan diberi akhiran –ase. Contohnya lipase (mengubah lipid), dan selulase (menguraikan selulosa).

Klasifikasi Enzim

Berdasarkan tempat kerjanya,

Enzim dibangun dari protein yang dilipat menjadi bentuk yang rumit; mereka hadir di seluruh tubuh. Reaksi kimia yang membuat kita tetap hidup - metabolisme kita - bergantung pada pekerjaan yang dilakukan enzim. 

Enzim mempercepat (mengkatalisasi) reaksi kimia; dalam beberapa kasus, enzim dapat membuat reaksi kimia jutaan kali lebih cepat daripada tanpa reaksi kimia. Substrat berikatan dengan situs aktif enzim dan diubah menjadi produk. Setelah produk meninggalkan situs aktif, enzim siap untuk menempel pada substrat baru dan mengulangi prosesnya. 

Sebelumnya, enzim diberi nama berdasarkan orang yang menemukannya. 

Dengan penelitian lebih lanjut, klasifikasi menjadi lebih komprehensif.

Menurut Persatuan Ahli Biokimia Internasional (I U B), enzim dibagi menjadi 

enam kelas fungsional dan diklasifikasikan berdasarkan jenis reaksi yang 

digunakan untuk mengkatalisasi. Keenam jenis enzim tersebut adalah hidrolase, 

oksidoreduktase, lyase, transferase, ligase, dan isomerase.

Di bawah ini adalah klasifikasi enzim yang dibahas secara rinci:

Oxidoreductase	Enzim oksidoreduktase mengkatalisis reaksi oksidasi dimana elektron cenderung bergerak dari satu bentuk molekul ke bentuk lain.
Transferase	Enzim Transferase membantu dalam pengangkutan kelompok fungsional antara akseptor dan molekul donor.
Hydrolase	Hidrolase adalah enzim hidrolitik, yang mengkatalisis reaksi hidrolisis dengan menambahkan air untuk memutus ikatan dan menghidrolisisnya.
Lyase	Menambahkan air, karbon dioksida, atau amonia melintasi ikatan rangkap atau menghilangkannya untuk membuat ikatan rangkap.
Isomerase	Enzim Isomerase mengkatalisasi perubahan struktural yang ada dalam molekul, sehingga menyebabkan perubahan bentuk molekul.
Ligase	Enzim Ligase dikenal untuk mengisi katalisis dari proses ligasi.

 

Komponen penyusun enzim

Enzim yang lengkap tersusun atas senyawa protein dan nonprotein. Komponen protein disebut apoenzim. Bagian nonprotein disebut gugus prostetik, yang dapat berupa ion organik maupun senyawa organik kompleks. Gugus protestik yang dari ion organik disebut kofaktor, contohnya kalsium (Ca), klor (Cl), natrium (Na), dan kalium (K). Atom logam yang dapat dijadikan kofaktor antara lain seng (Zn), besi (Fe), tembaga (Cu), dan magnesium (Mg). Kofaktor berfungsi sebagai katalis yang dapat meningkatkan fungsi enzim. Enzim yang terikat dengan dengan kofaktor disebut holoenzim.

          

 

Cara kerja enzim

Enzim memiliki sisi aktif (berbentuk celah atau kantung) yang berfungsi sebagai katalis. Enzim meningkatkan laju reaksi kimia dengan cara menurunkan energi aktivasi. Energi Aktivasi (EA) yang sangat besar merupakan rintangan terjadinya reaksi sehingga EA perlu diturunkan.

Enzim berbentuk tiga dimensi dengan sisi aktif yang sangat spesifik sehingga hanya molekul substrat tertentu yang dapat berikatan. Mula-mula enzim akan berikatan dengan substrat, setelah terbentuk produk, enzim akan terlepas kembali. Ada dua teori yang dapat menerangkan kerja enzim terhadap substrat, yaitu teori gembok dengan anak kuncinya (lock and key theory), dan teori kecocokan yang terinduksi (induced fit theory).

 

Teori Gembok dan Kunci (Lock and Key theory)

Bentuk sisi enzim sangat spesifik, sehingga hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim. Enzim dan substrat akan bergabung membentuk kompleks enzim-substrat, seperti kunci yang masuk ke dalam gembok. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.

Gambar. Kerja enzim berdasarkan teori gembok dan kunci

 

Teori Kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)

Berdasarkan bukti dari kristalografi sinar X, analisis kimia sisi aktif enzim, serta teknik yang lain diduga bahwa sisi aktif enzim bukan merupakan bentuk yang kaku. Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif termodifikasi melingkupinya membentuk kompleks enzim-substrat. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, enzim kembali tidak aktif menjadi bentuk yang lepas hingga sustrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut.

Gambar. Kerja enzim berdasarkan teori kecocokan yang terinduksi

 

 

Sifat-sifat enzim

a.    Enzim hanya mengubah kecepatan reaksi, artinya enzim tidak mengubah produk akhir yang dibentuk atau mempengaruhi keseimbangan reaksi, hanya meningkatkan laju suatu reaksi.

b.    Enzim bekerja secara spesifik, artinya enzim hanya mempengaruhi substrat tertentu saja.

c.     Enzim merupakan protein. Oleh karena itu, enzim memiliki sifat seperti protein. Antara lain bekerja pada suhu optimum, umumnya pada suhu kamar. Enzim akan kehilangan aktivitasnya karena pH yang terlalu asam atau basa kuat, dan pelarut organik. Selain itu, panas yang terlalu tinggi akan membuat enzim terdenaturasi sehingga tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya.

d.    Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit. Sesuai dengan fungsinya sebagai katalisator, enzim diperlukan dalam jumlah yang sedikit.

e.    Enzim bekerja secara bolak-balik. Reaksi-reaksi yang dikendalikan enzim dapat berbalik, artinya enzim tidak menentukan arah reaksi tetapi hanya mempercepat laju reaksi sehingga tercapai keseimbangan. Enzim dapat menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain. Atau sebaliknya, menyusun senyawa- senyawa menjadi senyawa tertentu. Reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut.

f.     Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim adalah suhu, pH, aktivator (pengaktif), dan inhibitor (penghambat) serta konsentrasi substrat.

 

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

a.    Suhu

Aktivitas enzim meningkat dengan meningkatnya suhu sampai titik tertentu. Jika suhu terlalu tinggi enzim akan mengalami denaturasi (rusak).

b.    pH

Setiap enzim memiliki pH optimum. Perubahan kondisi asam dan basa akan mempengaruhi bentuk tiga dimensi enzim dan dapat menyebabkan denaturasi.

c.     Aktivator dan inhibitor

Aktivator merupakan molekul yang mempermudah ikatan antara enzim dan substrat. Contohnya ion klorida yang berperan dalam aktivitas amylase dalam saliva.

Inhibitor merupakan molekul penghambat ikatan enzim dan substrat. Contohnya sianida, yang menutupi sisi aktif enzim yang terlibat dalam respirasi.

d.    Konsentrasi enzim

Semakin besar konsentrasi enzim, semakin besar pula kecepatan reaksi yang berlangsung.

e.    Konsentrasi substrat

Bila jumlah enzim dalam keadaan tetap, kecepatan reaksi akan meningkat dengan penambahan konsentrasi substrat. Namun pada saat sisi aktif enzim semua bekerja, penambahan konsentrasi substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi enzim lebih lanjut.

 

 

DAFTAR PUSTAKA

Aryulina, Diyah. Dkk. 2007. Biologi SMA dan MA untuk Kelas XII. Jakarta: ESIS.

Campbell, dkk. 2012. Biologi Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta. Penerbit Erlangga.

Irnaningtyas, 2018. Biologi SMA/MA untuk Kelas XII. Jakarta: Penerbit Erlangga.