Teknologi yang Terkait dengan Metabolisme

F. Teknologi yang Terkait dengan Metabolisme

Pengetahuan manusia tentang metabolisme, menjadi dasar ditemukannya teknologi yang bertujuan memecahkan permasalahan yang dihadapi manusia sehingga dapat meningkatkan taraf hidupnya. Manusia sering kali mengalami suatu kondisi yang tidak sesuai dengan keadaan normal, misalnya karena penyakit. Penyakit-penyakit tertentu dapat disebabkan oleh kondisi makanan yang dikonsumsinya. Di samping itu, keadaan lingkungan yang tidak menguntungkan, dapat mengancam ketersediaan bahan makanan untuk kelangsungan hidup manusia. Beberapa usaha manusia dalam mengatasi kedua permasalahan di atas akan dibahas lebih lanjut.

1. Makanan Berkadar Gula Rendah

Dalam keadaan normal, konsumsi gula (sukrosa) dalam jumlah tertentu tidak akan menjadi suatu permasalahan bagi tubuh. Namun, dalam kondisi sakit, misalnya karena kelainan metabolisme pada penyakit diabetes melli- tus, dan kegemukan (obesitas), konsumsi gula dalam jumlah normal dapat menimbulkan permasalahan serius bagi penderita penyakit di atas karena dapat meningkatkan kadar gula dalam darah dan meningkatkan berat badan bagi penderita kegemukan.

Seperti diketahui, dalam memilih makanan kita tidak hanya mem- perhitungkan nilai gizi yang terkandung, tetapi juga mempertimbangkan rasa. Hampir semua manusia menyukai rasa manis. Bagaimana dengan penderita kedua penyakit tadi yang juga masih membutuhkan rasa manis pada makanannya, tetapi tidak boleh mengonsumsi gula dalam jumlah tertentu? Untuk mengatasi hal tersebut, dibutuhkan bahan pengganti gula dengan rasa yang tetap manis, tetapi dengan kalori rendah.

Aspartam adalah salah satu bahan pengganti gula yang ditemukan oleh

G.D. Searle pada tahun 1965. Bahan ini 200 kali lebih manis dibanding dengan gula, sehingga untuk menimbulkan rasa manis, tidak dibutuhkan bahan dalam jumlah banyak. Searle mematenkan Aspartam dengan nama dagang Nutrasweet. Tahun 1981, Badan Pengawas Makanan dan Obat Amerika (FDA), merekomendasikan digunakannya pemanis ini dalam “soft drink diet” , yoghurt berkadar lemak rendah dan pada puding beras. Aspartam terdiri atas dua molekul asam amino esensial, yaitu phenilalanin dan asam aspartat.

Sakarin merupakan pemanis buatan yang telah lama kita kenal. Bahan ini

20 kali lebih murah dibandingkan Aspartam. Sakarin hampir tidak mengandung kalori sehingga penggunaannya tidak akan menimbulkan permasalahan kelebihan kalori.

HFCS (High Fructose Corn Syrup), bukan merupakan pemanis buatan, tetapi karena fruktosa lebih manis dibanding dengan glukosa dalam kadar yang sama, maka penggunaan pemanis ini juga dapat mengurangi jumlah

58 Biologi Kelas XII SMA dan MA 58 Biologi Kelas XII SMA dan MA

Gula alkohol adalah gula hasil turunan alkohol yang secara alami banyak ditemukan pada buah-buahan dan sayuran. Di antara gula alkohol yang kita kenal adalah sorbitol yang sering digunakan untuk menimbulkan rasa manis pada permen, permen karet, atau roti.

KEGIATAN 2.1

Mencari Informasi tentang Dampak dari Penggunaan Pemanis

Buatan

Di antara kalian mungkin pernah mendengar berita bahwa penggunaan pemanis buatan dapat menimbulkan dampak negatif bagi pemakainya. Misalnya, penggunaan Aspartam akhir-akhir ini disinyalir dapat menimbulkan dampak negatif bagi penderita penyakit phenilketonuria (PKU). Coba kumpulkan informasi tentang penggunaan pemanis buatan dan dampak negatif dan positif yang dapat ditimbulkannya dan buatlah semacam kliping atau makalah dari apa yang telah kamu temukan. Bersama guru dan temanmu diskusikan informasi-informasi yang terkumpul tersebut, guna memperoleh informasi yang lebih luas dan menyeluruh.

2. Teknologi Pengawetan Makanan

Untuk menjaga kelangsungan hidupnya, manusia harus senantiasa menjaga ketersediaan bahan makanannya. Namun seperti diketahui, bahan makanan manusia juga merupakan media yang baik bagi pertumbuhan mikroorganisme yang ada di lingkungan. Dengan demikian, manusia harus berusaha mencegah agar bahan makanan tersebut tidak dijadikan sebagai media bagi pertumbuhan mikroba, dengan cara mengawetkannya. Mengawetkan dalam hal ini dapat berarti mencegah masuknya mikroba atau membunuh dan mencegah pertumbuhan mikroba yang telanjur masuk ke dalam bahan makanan tersebut. Dengan pengawetan yang baik, bahan makanan menjadi lebih berkualitas karena dapat selalu digunakan dalam keadaan yang terbaik dan terbebas dari organisme pengganggu beserta senyawa-senyawa merugikan yang dihasilkannya.

Bermacam-macam metode pengawetan makanan telah dilakukan oleh manusia dari yang paling sederhana, seperti pengeringan, pemanisan, pengasinan sampai yang lebih canggih, seperti iradiasi, pengozonan, dan perlakuan dalam kondisi vakum (hampa udara).

Metabolisme Metabolisme

dengan baik karena untuk pertumbuhannya air merupakan komponen terpenting.

b. Pemanisan dan pengasinan Tujuan kedua proses tersebut adalah untuk menaikkan tekanan osmotik larutan dalam lingkungan mikroba dengan penambahan gula atau garam

dalam konsentrasi tinggi. Dengan demikian, air akan ditarik dari sel mikroba dan sel akan mengalami dehidrasi, metabolisme terhenti sehingga memperlambat atau menghambat pertumbuhan mikroba.

c. Suhu tinggi/rendah Perlakuan suhu yang ekstrem, seperti panas, dingin atau beku, dapat menghambat atau membunuh mikroba. Dengan suhu ekstrem, enzim-

enzim dalam mikroba akan rusak atau berhenti bekerja sehingga proses metabolisme terhenti yang pada akhirnya menyebabkan kematian atau terhambatnya pertumbuhan mikroba.

d. Iradiasi Iradiasi merupakan metode pengawetan makanan yang relatif baru. Iradiasi bahan makanan biasanya menggunakan iradiasi elektromagnetik,

yaitu iradiasi yang menghasilkan foton berenergi tinggi yang dapat menyebabkan terjadinya ionisasi dan eksitasi pada materi yang dilaluinya. Iradiasi semacam ini dikenal dengan iradiasi pengion. Iradiasi pengion yang paling sering digunakan adalah sinar γ (gamma) yang dipancarkan dari kobalt radioaktif (Cobalt-60) dan sesium radioaktif (Caesium-37). Keefektifan radiasi berintensitas tinggi ini dalam mensterilkan suatu produk tidak diragukan lagi. Namun, pengaruh iradiasi terhadap rasa, bau, aroma, warna, tekstur dan mutu gizi masih perlu dikaji dengan lebih baik. Demikian pula dengan perubahan- perubahan kimiawi yang mungkin dihasilkan dari bahan pangan yang diiradiasi, masih perlu dievaluasi pengaruhnya terhadap manusia dan hewan.

KEGIATAN 2.2

Meneliti Metode Pengawetan Makanan

Kualitas makanan, di antaranya ditentukan oleh proses pengawetan atau penyimpanannya. Dari metode-metode pengawetan makanan yang telah dijelaskan di atas, kembangkanlah suatu penelitian sederhana yang bertujuan melihat metode pengawetan paling cocok bagi suatu bahan

60 Biologi Kelas XII SMA dan MA 60 Biologi Kelas XII SMA dan MA

3. Makanan Suplemen

Dalam kondisi normal, kebutuhan gizi manusia sebenarnya telah dapat tercukupi dari makanan seimbang yang dikonsumsinya. Namun, dalam keadaan tertentu misalnya sakit, untuk beraktivitas terlalu tinggi atau baru sembuh dari sakit, sering kali diperlukan suplemen makanan yang dapat manambah atau mengganti zat-zat gizi yang kurang terpenuhi karena kondisi- kondisi tersebut. Sebagai contoh orang sakit yang tidak sadarkan diri atau tidak mampu makan dengan normal, tubuhnya tetap harus disuplai dengan zat-zat gizi. Dari mana zat gizi tersebut dapat diperoleh? Zat-zat gizi dalam bentuk lain selain makanan yang kita makan sehari-hari, dan dapat mengganti atau menambah kebutuhan gizi manusia kita kenal dengan makanan suplemen. Makanan suplemen tersebut misalnya berupa sumber energi, berupa cairan infus, protein, tablet vitamin, atau multivitamin dan mineral.

a. Cairan Infus Cairan infus sebagai makanan suplemen (makanan pengganti) biasanya

mengandung larutan gula berupa glukosa. Seperti kita ketahui glukosa adalah bahan yang paling mudah diserap usus dan diubah menjadi energi siap pakai. Dengan demikian, kebutuhan energi bagi penderita tidak harus disuplai melalui makanan, tetapi dapat digantikan dengan cairan ini.

b. Protein Sel Tunggal (PST) Protein sel tunggal dihasilkan dari material mikroba termasuk fungi

(terutama ragi) dan alga berupa Chlorella dan Spirullina. PST mempunyai nilai nutrisi yang tinggi karena bahan terbanyak yang dikandung mikroba-mikroba tersebut adalah protein. Protein mikroba tersebut dapat digunakan secara langsung sebagai bagian dari bahan makanan manusia, meskipun saat ini masih lebih sering digunakan sebagai makanan hewan. Ada beberapa alasan mengapa PST dapat digunakan sebagai bahan pangan alternatif. Mikroba

Metabolisme Metabolisme

c. Vitamin Vitamin juga dapat dikatakan sebagai makanan suplemen karena pada

kondisi tertentu, seperti sakit atau baru sembuh dari sakit, diperlukan tambahan vitamin selain dari makanan untuk mempercepat penyembuhan. Vitamin dapat berfungsi sebagai koenzim dalam proses-proses metabolik penting (misalnya

B kompleks) dan fungsi-fungsi lain seperti antioksidan (misalnya vitamin A,C, dan E).

d. Mineral Beberapa mineral dapat ditambahkan pada makanan suplemen yang

disebut multivitamin, yang di dalamnya selain mengandung vitamin juga terdapat beberapa mineral. Mineral penting yang sangat dibutuhkan tubuh, di antaranya P (fosfor), Ca (kalsium), dan Fe (besi). Manusia memerlukan kalsium dan fosfor dalam jumlah relatif besar untuk pembentukan dan pemeliharaan tulang. Kalsium juga diperlukan untuk fungsi normal otot, dan fosfor merupakan unsur pembentuk ATP dan asam nukleat. Besi adalah mineral yang penting dalam pembentukan hemoglobin.

Tugas

Untuk menambah wawasanmu tentang teknologi pengawetan makanan dan makanan suplemen, kumpulkanlah tulisan-tulisan tentang hal tersebut baik dari koran, majalah, atau internet. Presentasikan hasilnya dan diskusikan serta analisis dampak positif dan negatifnya, selanjutnya buatlah saran-sa- ran pemecahan masalah yang mungkin timbul.

IN FO BIOLOGI

Bahaya Terlalu Banyak Minum “Soft Drink”

Saat orang Amerika mulai sadar pada dampak buruk mengonsumsi sukrosa, kita di sini malah bangga meniru pola makan mereka. Bahkan lebih getol mengasup “soft drink”, permen, biskuit yang dilapisi sukrosa, sampai gula dan sirup jagung yang kerap dipromosikan sebagai rendah kalori (padahal tidak begitu).

62 Biologi Kelas XII SMA dan MA

Banyak orang masih belum mengerti bahwa gula (gula dari tebu atau sukrosa) mengandung glukosa dan fruktosa dengan perbandingan yang sama besar. Dalam kondisi “normal” tidak berlebihan), glukosa dibakar melalui jalur “biasa” menjadi tenaga, sedangkan sisa pembakaran glukosa diubah menjadi asam lemak. Pembakaran fruktosa pun harus melalui jalur pembakaran glukosa ini. Setelah sukrosa dicerna di usus, glukosa dan fruktosa masuk ke pembuluh darah dan hati.

Bagaimana jika sukrosa yang dikonsumsi terlalu banyak sehingga timbul gelombang atau “banjir” glukosa dan fruktosa? Dampaknya, fruktosa tidak dapat masuk jalur pembakaran glukosa sehingga terpaksa menempuh jalur pintas, diubah menjadi gliserol-3-fosfat. Begitu juga dengan glukosa, jika terlalu banyak akan diubah pula menjadi gliserol-3- fosfat. Padahal gliserol-3-fosfat ini dapat mengikat tiga asam lemak dan membentuk trigliserida. Trigliserida ada yang bebas beredar dalam darah, ada pula yang disimpan dalam jaringan lemak. Peningkatan kadar trigliserida dapat memicu penyakit jantung dan pembuluh darah (kardiovaskuler).

Begitu berbahayanya trigliserida ini, kelebihan 800mg/dl saja sudah dapat menyebabkan terjadinya pankretitis akut atau radang kelenjar pankreas, untuk itu penting menjaga trigliserida tetap normal, di bawah

80 mg/dl.

Dahulu di Amerika Serikat, meningkatnya kasus kardiovaskuler, obesitas, dan diabetes menimbulkan kekhawatiran, sekaligus menim- bulkan gagasan untuk mengganti konsumsi lemak hewan dengan karbohidrat sebagai sumber energi. American Diabetes Association bahkan merekomendasikan energi dari lemak tidak boleh lebih dari 30%. Karbohidrat pun menggantikan posisi lemak sebagai sumber energi utama. Namun, sumber energi pengganti lemak pun tak sepenuhnya aman karena belakangan terbukti, sukrosa terutama fruktosa, ternyata dapat meningkatkan kadar trigliserida dan menurunkan kadar kolesterol baik dalam darah sehingga meningkatkan jumlah pasien kardiovaskuler. Tak heran kalau American Diabetes Association akhirnya menganjurkan pembatasan pemakaian sukrosa dan menggantikannya dengan tepung.

Sumber: Intisari, Maret 2005

Metabolisme

Rangkuman

1. Metabolisme adalah seluruh proses atau reaksi biokimia dalam sel untuk memperoleh dan menggunakan energi guna melaksanakan aktivitas dan menjaga kelangsungan hidup sel tersebut. Meta- bolisme terdiri atas anabolisme (penyusunan) dan katabolisme (pemecahan).

2. Setiap peristiwa metabolisme membutuhkan komponen- komponen penunjang utama. Komponen tersebut terdiri atas enzim sebagai biokatalisator, kofaktor enzim berupa FAD, FMN, NADP, ATP, dan reaksi oksidasi-reduksi (redoks).

3. Respirasi sel adalah peristiwa katabolisme ketika terjadi pe- mecahan/oksidasi glukosa menjadi CO 2 dan air untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Respirasi sel dapat terjadi dengan adanya oksigen (aerob) dan tanpa oksigen (anaerob). Respirasi secara aerob terdiri atas tiga reaksi, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif (siklus Krebs), dan rantai transpor elektron.

4. Fotosintesis merupakan peristiwa anabolisme (penyusunan) karbohidrat, terutama dilakukan oleh tumbuhan hijau. Dalam

peristiwa ini, molekul CO 2 dan air diubah menjadi karbohidrat dan oksigen dengan bantuan klorofil dan energi matahari. Fotosintesis terdiri atas dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang yang menghasilkan

ATP dan NADPH 2 dan reaksi gelap yang menghasilkan karbohidrat. Kedua reaksi terjadi di kloroplas.

5. Kemosintesis adalah reaksi pembentukan karbohidrat dari CO 2 dan air, tidak menggunakan energi matahari sebagai sumber energi, tetapi menggunakan energi dari reaksi kimia. Kemosintesis dapat dilakukan oleh bakteri kemosintetik.

Kat a Kunci

akseptor elektron

reaksi redoks active site

glikolisis

reaksi terang anabolisme

katabolisme

siklus krebs ATP

kemosintesis

siklus Calvin biokatalisator

koenzim

kofaktor

energi aktivasi

metabolisme

enzim

reaksi gelap

64 Biologi Kelas XII SMA dan MA

Evaluasi Akhir Bab

A. Pilih jawaban yang paling tepat.

1. Dalam metabolisme, reaksi selalu terjadi secara bertahap. Hal ini bertujuan untuk . . . .

A. menghasilkan energi yang lebih banyak

B. memanfaatkan energi yang lebih efektif

C. menghasilkan senyawa-senyawa antara

D. menghasilkan ATP

E. mengubah bentuk energi

2. Enzim berfungsi sebagai katalis biologis karena dapat . . . .

A. mengurangi energi aktivasi dalam suatu reaksi biokimia

B. mempertahankan reaksi biokimia dalam sel

C. menyeimbangkan reaksi biokimia dalam sel

D. mengurangi penggunaan bahan bakar dalam sel

E. bekerja dalam reaksi pembentukan maupun penguraian

3. Energi hasil metabolisme selalu disimpan dalam bentuk . . . .

A. NADP

D. Karbohidrat

B. Produk

E. FAD

C. ATP

4. Oksidasi adalah peristiwa . . . .

A. pelepasan elektron

B. penerimaan elektron

C. pelepasan oksigen

D. penerimaan hidrogen

E. pelepasan oksigen dan penerimaan hidrogen

5. Jumlah ATP yang dihasilkan pada rantai transpor elektron dalam respirasi adalah . . . .

6. Dalam fotosintesis, energi cahaya dapat diubah menjadi energi kimia terutama karena adanya . . . .

A. ATP

D. Klorofil

B. Akseptor elektron

E. Enzim

C. Donor elektron

Metabolisme

7. Dalam rantai transpor elektron, yang bertindak sebagai pembawa elektron adalah . . . .

A. flavoprotein, koenzim Q, dan sitokrom

B. NAD dan FAD

C. ATP

D. ADP dan fosfat inorganik

E. NADPH 2

8. Yang dimaksud dengan organisme anaerob fakultatif adalah . . . .

A. organisme yang tidak dapat melakukan respirasi tanpa oksigen

B. organisme yang dapat melakukan respirasi tanpa oksigen

C. organisme yang dapat melakukan respirasi dengan dan tanpa adanya oksigen

D. organisme yang mati jika ada oksigen

E. organisme yang mati tanpa ada oksigen

9. Reaksi terang pada fotosintesis menghasilkan . . . .

A. Karbohidrat

D. Karbohidrat dan oksigen

B. CO 2 dan air

E. ATP dan asam piruvat

C. ATP, NAFPH 2 dan oksigen

10. Bahan yang terkandung dalam larutan infus sebagai sumber energi adalah . . . .

A. sukrosa

D. glukosa

B. protein

E. garam

C. lemak

B. Jawablah pertanyaan berikut ini dengan benar.

1. Apa yang dimaksud dengan metabolisme? Jelaskan hubungannya dengan energi, reaksi biokimia, dan enzim.

2. Metabolisme terdiri atas anabolisme dan katabolisme. Jelaskan masing- masing istilah tersebut dan hubungkan dengan penggunaan energi serta bagaimana hubungan antara keduanya.

3. Dalam proses respirasi sel, pemecahan materi organik berlangsung secara bertahap. Jelaskan mengapa terjadi demikian, dan dalam bentuk apa energi yang dihasilkan dari proses pemecahan tersebut disimpan.

4. Ada beberapa komponen penting yang berperan dalam fotosintesis. Jelaskan komponen apa yang berperan dalam menangkap cahaya matahari sebagai sumber energi.

5. Aspartam merupakan salah satu jenis pemanis buatan. Jelaskan terdiri atas apakah Aspartam tersebut dan mengapa Aspartam tidak dianjurkan bagi penderita PKU.

66 Biologi Kelas XII SMA dan MA