A. Tujuan Pembelajaran
Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkan anda dapat:
1. Menjelaskan proses metabolisme sebagai reaksi enzimatis dalam makhluk hidup.
2. Menjelaskan prinsip dasar enzim, struktur, sifat, mekanisme kerja enzim dan faktor faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim.
3. Menyusun laporan percobaan kerja enzim, fotosintesis, dan respirasi anaerob.
B. Uraian Materi
METABOLISME
Metabolisme merupakan serangkaian peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dalam sel makhluk hidup. Metabolisme juga merupakan aktivitas hidup yang selalu terjadi pada setiap sel hidup. Melalui proses metabolisme makanan yang dimakan dapat diubah menjadi energi untuk kelangsungan hidup. Di dalam tubuh makanan mengalami serangkaian perombakan melalui berbagai reaksi kimia sehingga membebaskan energi yang dikandungnya yaitu berupa molekul adenosine trifosfat (ATP). Energi tidak saja diperlukan untuk pertumbuhan sel, mengganti sel yang rusak, pembelahan sel,tetapi juga untuk aktivitas hidup lainnya misalnya belajar, berlari, bermain dan lain-lain.
ATP merupakan molekul berenergi tinggi yang dapat digunakan makhluk hidup. ATP tersusun dariadenosine (basa adenin dan gula ribosa) dan tiga gugus fosfat. ATP memiliki ikatan yang labil karena mudah melepaskan gugus fosfat ketika mengalami hidrolisis sehingga berubah menjadi ADP (adenosine difosfat). Didalam tubuh berlangsung ratusan bahkan ribuan reaksi kimia, termasuk reaksi kimia dalam proses perombakan zat makanan. Setiap reaksi kimia tidak bekerja secara sendiri-sendiri, melainkan berhubungan satu sama lainnya membentuk suatu rangkaian reaksi kimia.
Metabolisme dapat digolongkan menjadi dua yaitu proses pembongkaran yang disebut katabolisme dan proses penyusunan yang disebut anabolisme. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam metabolisme tersebut akan dipengaruhi lajunya oleh protein khusus yang disebut enzim. Tanpa enzim laju metabolisme berlangsung lambat.
ENZIM
Enzim adalah suatu senyawa kimia/protein khusus yang berperan sebagai katalisator suatu reaksi kimia di dalam tubuh makhluk hidup. Enzim sebagai katalisator dapat mempercepat suatu reaksi kimia yaitu dengan cara menurunkan energi aktivasi.
Energi aktivasi adalah energi awal yang digunakan untuk memulai suatu reaksi kimia. Enzim merupakan biokatalisator yang artinya dapat mempercepat reaksi-reaksi biologi tanpa mengalami perubahan struktur kimia.
Struktur Enzim
Keseluruhan bagian enzim disebut holoenzim. Enzim disusun oleh dua komponen utama yaitu:
1. Gugus protein (Apoenzim) : yaitu bagian dari enzim yang tersusun dari molekul protein
2. Gugus non protein : yaitu bagian dari enzim yang tersusun dari senyawa non protein
Enzim memiliki sisi aktif, yakni bagian atau tempat pada enzim yang berfungsi sebagai tempat menempelnya substrat. Kerja enzim sangat spesifik karena sisi aktif dari enzim sangat selektif terhadap bentuk kimia dari substrat yang akan dikatalisis. Ikatan yang terbentuk antara enzim dengan substrat bersifat lemah sehingga reaksi dapat berlangsung bolak-balik. Substrat menempel pada sisi aktif enzim dan akan menghasilkan produk baru.
Komponen nonprotein/gugus prostetik memiliki sifat stabil pada suhu yang relative tinggi dan tidak berubah pada akhir reaksi. Gugus prostetik di bedakan menjadi kofaktor dan koenzim. Kofaktor tersusun dari zat anorganik yang umumnya logam misalnya Cu, Fe, Mn, Zn, Ca, K dan Co. Koenzim tersusun dari senyawa organic nonprotein yang idak melekat erat pada bagian protein enzim, misalnya vitamin, NAD, NADP dan Koenzim A.
Gambar 1. Struktur Enzim
Sumber: materibelajar.co.id
Sifat-Sifat Enzim
Sebagai biokatalisator, enzim memiliki beberapa sifat antara lain:
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.
f. Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim adalah suhu, pH, activator (pengaktif), dan inhibitor (penghambat) serta konsentrasi substrat.
Cara Kerja Enzim
Cara kerja enzim dalam berikatan dengan substrat, ada 2 teori yang menjelaskannya, yaitu:
a. Teori lock and key: Teori lock and key menganalogikan mekanisme kerja enzim seperti kunci dengan anak kunci. Substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim. Jadi, sisi aktif enzim seolah olah kunci dan substrat adalah anak kunci.
Gambar. 2 Teori Lock and Key
Sumber: akkangyacob.blogspot.com
b. Teori induced fit: Teori induced fit mengemukakan bahwa setiap molekul substrat memiliki permukaan yang hampir pas dengan permukaan sisi aktif enzim. Jika substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim, akan terbentuk kompleks enzim substrat yang pas.
Gambar. 3 Teori Induksi Pas (model induced fit)
Sumber: akkangyacob.blogspot.com
Faktor-Faktor yang memengaruhi Kerja Enzim
Faktor -Faktor yang dapat mempercepat atau memperlambat kerja enzim antara lain adalah:
1. Suhu
Enzim tersusun dari protein sebab itu enzim sangat peka terhadap suhu. Suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan denaturasi protein, dan suhu yang terlalu rendah dapat menghambat laju reaksi. Setiap enzim mempunyai suhu optimum yang spesifik, jika enzim berada di bawah suhu optimum maka kerja enzim akan terhambat.
2. pH
Setiap enzim mempunyai pH optimun yang spesifik. Perubahan pH mengakibatkan sisi aktif enzim berubah sehingga dapat menghalangi terikatnya substrat pada sisi aktif enzim, selain itu perubahan pH juga mengakibatkan proses denaturasi pada enzim.
3. Konsentrasi Enzim dan substrat
Agar reaksi berjalan optimum, perbandingan jumlah antara enzim dan substrat harus sesuai. Jika enzim terlalu sedikit dan substrat terlalu banyak reaksi akan berjalan lambat dan bahkan ada substrat yang tidak terkatalisasi. Semakin banyak enzim maka reaksi akan berjalan semakin cepat.
4. Zat-zat Pengikat
Aktivator yaitu zat yang berfungsi memacu atau mempercepat reaksi enzim. Contohnya Aktivator antara lain garam-garam dan logam alkali dalam kondisi encer (2%-5%) dan ion logam Ca, Mg, Mn, Ni, dan C1)
5. Zat-zat Penghambat
Ada dua macam inhibitor enzim, yaitu inhibitor kompetitif dan inhibitor nonkompetitif. Inhibitor kompetitif adalah inhibitor yang berkaitan secara kuat pada sisi aktif enzim. inhibitor kompetitif dapat dihilangkan dengan cara menambah konsentrasi substrat. Sedangkan inhibitor nonkompetitif adalah inhibitor yang terikat pada sisi elosterik enzim (selain sisi aktif enzim), inhibitor ini mengakibatkan sisi aktif enzim berubah hingga substart tidak dapat berkaitan dengan sifat sisi aktif enzim. inhibitor ini tidak dapat dihilangkan walaupun dengan menambahkan konsentrasi substart.
C. Rangkuman
1. Metabolisme merupakan serangkaian peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dalam sel makhluk hidup.
2. ATP merupakan molekul berenergi tinggi yang dapat digunakan makhluk hidup.
3. Enzim adalah suatu senyawa kimia/protein khusus yang berperan sebagai katalisator suatu reaksi kimia di dalam tubuh makhluk hidup.
4. Enzim disusun oleh dua komponen utama yaitu Gugus protein (Apoenzim) dan Gugus non protein.
5. Sifat-sifat enzim antara lain, berupa protein, sebagai katalisator, tidak menentukan arah reaksi, bekerjanya sangat specific, bekerja bolak balik dan dibutuhkan dalam jumlah sedikit.
6. Cara kerja enzim dalam berikatan dengan substrat, ada 2 teori yang menjelaskannya yaitu Teori lock and key dan Teori induced fit.
7. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim adalah suhu, pH, konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, zat-zat pengikat/activator, zat penghambat/inhibitor.
D. Penugasan Mandiri
Metabolisme merupakan serangkaian peristiwa reaksi-reaksi kimia yang berlangsung dalam sel makhluk hidup. Lakukanlah percobaan sederhana berikut.
1. Lakukanlah percobaan kerja enzim dengan mengikuti langkah berikut:
- Ambillah sesendok nasi lalu kunyah dan rasakan bagaimana perubahan rasa yang kalian rasakan.
- Bandingkan jika nasi diberi jeruk nipis lalu di kunyah.
- Buatlah laporan sederhana dengan membandingkan kedua perlakuan yang kalian lakukan.
2. Lakukanlah percobaan untuk membuktikan peristiwa fotosintesis dengan langkah berikut:
- Ambillah sebuah gelas dan masukkan tanaman air lalu letakkan pada tempat yang terkena sinar matahari.
- Amati Percobaan fotosintesis yang terjadi dengan mengamati gelembung udara yang ada.
- Buatlah laporan sederhana mengenai proses fotosintesis yang terjadi.
3. Lakukanlah percobaan anaerob dengan langkah berikut:
- Ambillah sebuah botol lalu diberi ragi dan ujung botol ditutup dengan balon. Perhatikan peristiwa apa yang terjadi.
- Catat dan buatlah laporan sederhana dari kegiatan tersebut.
E. Latihan Soal
Untuk memperdalam pemahaman anda mengenai materi di atas kerjakanlah latihan berikut!
1. Perhatikan grafik hubungan antara aktivasi sel dengan enzim berikut!
Kesimpulan apakah yang dapat kamu ambil dari grafik di atas!
2. Jelaskan dua teori cara kerja enzim!
3. Jelaskan pengertian dari:
a. Metabolisme
b. Apoenzim
c. Biokatalisator
Rubrik jawaban dan penskoran
Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban yang terdapat di bagian akhir soal ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1.
Nilai = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑘𝑜𝑟 𝑃𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ𝑎𝑛 x 100 %
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑘𝑜𝑟 𝑀𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚
Konversi tingkat penguasaan:
90 - 100% = baik sekali
80 - 89% = baik
70 - 79% = cukup
< 70% = kurang
Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar 2. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 1, terutama bagian yang belum dikuasai
F. Penilaian Diri
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jujur dan bertanggung jawab!
Bila ada jawaban "Tidak", maka segera lakukan review pembelajaran, terutama pada bagian yang masih "Tidak".
Bila semua jawaban "Ya", maka Anda dapat melanjutkan ke pembelajaran berikutnya.