SUBSTANSI GENETIKA DAN SINTESIS PROTEIN

DNA
DNA adalah rantai doble heliks berpilin yang berfungsi sebagi pewaris sifat dan sintesis protein.

Struktur DNA (deoxyribosenucleic acid) yaitu:
1. gula 5 karbon (deoksiribosa)
2. gugus fosfat
3. basa nitrogen.
Bentuk DNA adalah rantai double heliks berpilin ke kanan. Dalam DNA terdapat struktur-struktur di atas. Namun, jika diambil 1 lempeng yang mengandung ikatan fosfat, gula dan basa nitrogen, maka lempeng tersebut disebut nukleotida. Jika plat itu hanya basa nitrogen dan gula saja maka disebut nukleosida. Maka, DNA adalah polimer dari nukleotida.
Gula deoksiribosa pada DNA merupakan gula lima karbon yang kehilangan 1 atom oksigen. Gula deoksiribosa memegang basa nitrogen pada atom karbon nomor 1, sedangkan atom C nomor 5 berikatan dengan gugus fosfat. Gugus fosfat ini saling berikatan dengan gugus fosfat lainnya membentuk ikatan fosfodiester. Karena DNA merupakan rantai ganda dan atom-atom karbon mempunyai aturan diatas untuk mengikat basa nitrogen dan gugus fosfat maka satu rantai DNA terlihat berdiri tegak sedangkan rantai pasangannya justru terbalik. Maka pada notasi penulisan kode genetik DNA, ditulis 5’-kode genetik-3’, sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3’-kode genetik-5’. Pengaturan ini disebut konfigurasi antiparalel.
Ada 4 jenis basa nitrogen yang berikatan pada DNA yaitu adenine, thymine, cytosine dan guanine. Berdasarkan struktur cincinnya, maka ada 2 kelompok basa nitrogen yaituu purin(adenine dan guanine yang bercincin 2) dan pirimidin(cytosine dan thymine yang bercincin satu, pada RNA, thymin diganti oleh uracil). Basa Purin selalu berpasangan dengan basa pirimidin melalui ikatan hidrogen. Adenine selalu berpasangan dengan hymine melalui 2 ikatan hidrogen sedangkan cytosine berpasangan dengan guanine melalui 3 ikatan hidrogen.

REPLIKASI DNA
Replikasi DNA berarti penggandaan. Ada 3 model replikasi DNA yaitu :
1. Model konservatif. Model ini menyatakan bahwa 2 rantai DNA bereplikasi tanpa memisahkan rantai-rantainya
2. Model semi konservatif. Model ini menyatakan bahwa 2 rantai DNA berpisah kemudian bereplikasi
3. Model dispersig. Model ini menyatakan bahwa DNA terpecah menjadi potongan-potongan yang kemudian bereplikasi
Meselson dan Stahl membuktikan bahwa DNA bereplikasi sesuai model semi-konservatif.

Replikasi membutuhkan sesuatu untuk direplikasi, sesuatu yang mereplikasi dan batu bata yang membuat replikasi. DNA parental(DNA induk) bertindak sebagai cetakan (template). Proses replikasi terbagi atas 3 tahap:
• Inisiasi. Replikasi tidak berlangsung pada titik acak pada DNA namun berlangsung pada awal yang disebut tempat awal replikasi. Protein inisiator menempel pada daerah tersebut kemudian berikatan menyebatkan rantai heliks terbuka untuk menunjukkan satu rantai yang digunakan untuk membangun rantai baru.
• Elongasi. DNA polimerase bertugas untuk memasangkan basa nitrogen baru dengan rantai DNA lama sehingga terbentuklah rantai DNA yang baru. DNA polimerasememanmbahkan basa-basa baru ke ujung 3 rantai yang ada, kemudian mereka mensintesis dari arah 5’ ke 3’ dengan menyediakan rantai basa pasangan untuk cetakan. DNA polimerase juga butuh primer untuk memulai sintesis, primer ini bisa berupa pasangan basa nitrogen tertentu (Poly A atau TATA Box) atau rantai RNA
• Terminasi. Replikasi berakhir saat DNA Polimerase mengenali daerah basa nitrogen yang diulang-ulang, daerah ini disebut telomer.Maka terbentuklah rantai DNA yang baru.

Pada Sintesis protein, salah satu rantai DNA akan dikodekan oleh mRNA. Rantai yang dikodekan tersebut disebut DNA Sense atau DNA template, sedangkan rantai pasangannya yang tidak dicetak disebut DNA Antisense atau DNA Komplementer. Triplet kode-kode genetik DNA yang dikodekan oleh mRNA disebut kodogen.

RNA
Berbeda dengan DNA, RNA merupakan rantai panjang lurus yang berfungsi dalam sintesis protein. Terdapat 3 jenis RNA yaitu:
1. mRNA(messenger RNA atau RNA duta/RNAd), bertugas untuk mengkodekan kode genetik dari DNA untuk sintesis protein. Terdapat di anak inti.sel. Triplet kode genetik pada mRNA disebut kodon.
2. tRNA(transfer RNA atau RNAt), bertugas untuk mencocokkan triplet yang ada pada mRNA dengan protein yang sesuai. Terdapat di sitoplasma. Triplet kode genetik pada tRNA disebut antikodon.
3. rRNA(ribosomal RNA atau RNAr), bertugas untuk memasangkan kodon mRNA dengan antikodon tRNA dan menggeser rantai-rantai supaya terbentuk polipeptida(protein). Terdapat di ribosom.

Struktur RNA(ribosenucleic acid) yaitu
• Gula 5 karbon ribosa
• Gugus fosfat
• Basa nitrogen yang persis sama dengan basa nitrogen DNA namun pada mRNA thymine diganti dengan uracil.

PERSIAPAN SEBELUM SINTESIS PROTEIN
Sebelum sintesis protein dilakukan, perlulah diadakan persiapan yang menyeluruh, salah satunya pemasangan asam amino pada salah satu ujung tRNA. 1 asam amino harus diikatkan pasada salah satu ujung tRNA dengan antikodon yang benar, namun protein ini sesuai dengan kodon bukan antikodon. Enzim yang melakukan proses ini adalah enzim tRNA aminoasil sintetase. Enzim ini mengikatkan asam amino pada bagian sisi asam amino kemudian tRNA dengan antikodon spesifik untuk asam aminonya. tRNA dan asam amino berikatan pada enzim sebelum akhirnya dilepaskan.

SINTESIS PROTEIN
Sintesis protein adalah proses pembentukan protein dari monomer peptida yang diatur susunannya oleh kode genetik. Sintesis protein dimulai dari anak inti sel, sitoplasma dan ribosom. Sintesis protein terdiri dari 3 tahapan besar yaitu:
1. Transkripsi. DNA membuka menjadi 2 rantai terpisah. Karena mRNA berantai tunggal, maka salah satu rantai DNA ditranskripsi(dicopy, istilah lainnya). Rantai yang ditranskripsi dinamakan DNA sense atau template dan kode genetik yang dikode disebut kodogen. Sedangkan yang tidak ditranskripsi disebut DNA antisense/komplementer. RNA Polimerase membuka pilinan rantai DNA dan memasukkan nukleotida-nukleotida untuk berpasangan dengan DNA sense sehingga terbentuklah rantai mRNA. Contoh transkripsi:

Sense/Template 5’-TACCGACCGGGAAAT-3’
Antisense/Komplementer 3’-ATGGCTGGCCCTTTA-5’
mRNA 3’-AUGGCUGGCCCUUUA-5’

2. Translasi dan Sintesis. mRNA yang sudah terbentuk keluar dari anak inti sel menuju rRNA. Disana mRNA masuk ke rRNA diikuti oleh tRNA. Ketika antikodon pada tRNA cocok dengan kodon mRNA kemudian rantai bergeser ke tengah. Kodon mRNA berikutnya dicocokkan dengan tRNA kemudian asam amino yang pertama berikatan dengan asam amino kedua. tRNA pertama keluar dari rRNA. Proses ini berlangsung hingga kodon stop, ribosom subunit besar dan kecil terpisah, mRNA dan tRNA keluar dari ribosom.

mRNA 3’-AUGGCUGGCCCUUUA-5’
tRNA 5’-UACCGACCGGGAAAU-3’


KODE GENETIK
Protein yang terbentuk dalam sintesis protein mengikuti kode genetik berdasarkan kode genetik mRNA(kodon). Kode genetik itu berbentuk triplet sehingga terjadi kelimpahan kode untuk protein. 1 protein bisa mempunyai lebih dari 1 triplet genetik. Yang perlu diingat adalah triplet untuk kodon start(awal) untuk sintesis protesin dan stop untuk menghentikan proses sintesis protein.
Kodon start: AUG, proteinnya methionine
Kodon stop : UAA,UAG, UGA


Huruf Kedua
Huruf pertama U C A G Huruf Ketiga
U UUU Phe UCU Se UAU Tyr UGU Cys U
UUC UCC UAC UGC C
UUA Leu UCA UAA Stop UGA Stop A
UUG UCG UAG Stop UGG Trp G
C CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U
CUC CCC CAC CGC C
CU CCA CAA Gln CGA A
CUG CCG CAG CGG G
A AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U
AUC ACC AAC AGC C
AUA ACA AAA Lys AGA Arg A
AUG Met ACG AAG AGG G
G GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly U
GUC GCC GAC GGC C
GUA GCA GAA Glu GGA A
GUG GCG GAG GGG G

Rumus cepat:mRNA=DNA komplementer=DNA antisense=kode protein
tRNA=DNA template=DNA sense=kodogen
Dari DNA ke RNA, T diganti menjadi U.

ANABOLISME : FOTOSINTESIS

Fotosintesis terjadi di berbagai variasi organisme dan dalam bentuk berbeda, termsuk fotosintasis yang menghasilkan oksigen(oksigenik) dan tidak menghasilkan oksigen(anoksigenik). Fotosintesis anoksigenik biasanya terjadi di 4 kelompok bakteri yang berbeda: bakteri ungu, bakteri hijau sulfur, bakteri hijau non-sulfur dan heliobakteri. Fotosintesis oksigenik terjadi pada cyanobacteria, 7 kelompok alga dan semua tumbuhan daratan. Fotosintesis oksigenik dan anoksigenik mempunyai pigmen yang sama yang digunakan untuk menangkap energi cahaya, namun penyusunan dan kerja pigemn ini berbeda.
Fotosintesis terdiri dari 3 tahap yaitu menangkap energi dari cahaya matahari, menggunakan energi untuk membuat ATP dan NADPH dan menggunakan ATP dan NADPH untuk membuat senyawa organik dari CO2.

Fotosintesis terjadi di kloroplast. Membran dalam kloropas, membran tilakoid ada penerusan dari lapisan fosfolipid bilayer yang diatur menjadi kantung-kantung pipih yang ditumpuk jadi satu. Struktur tumpukan ini dinamakan grana. Stroma adalah lingka=ungan di sekitar tilakoid berisi cairan semi-liquid. Grana dan membran tilakoid mengandung klorofil sedangkan stroma mengandung banyak enzimuntuk reaksi pembentukan senyawa organik. Pada membran tilakoid, pigmen fotosintesis dijajarkan bersama membentuk fotosistem.

Fotosintesis terbagi atas 2 reaksi yaitu reaksi terang atau reaksi bergantung cahaya dan reaksi gelap atau reaksi tidak bergantung cahaya.

Reaksi terang terjadi di grana, persisnya di membran tilakoid. Reaksi terang menggunakan 2 fotosistem yang berhubungan. Fotosistem I menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm maka disebut P700, berfungsi untuk menghasilkan NADPH. Fotosistem II menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm maka disebut P680, berfungsi untuk membuat potensial oksidasi cukup tinggi sehingga bisa memecah air. Bila bekerja bersama, 2 fotosistem ini melakukan proses fotofosforilasi non-siklik yang menghasilkan ATP dan NADPH. Fotosistem I mentransfer elektron ke NADP+ untuk membentuk NADPH. Kehilangan elektron digantikan oleh elektron dari fotosistem II. Fotosistem II dengan potensial oksidasinya yang tinggi dapat memecah air untuk menggantikan elektron yang ditransfer ke fotosistem I. Kedua fotosistem ini dihubungkan oleh kompleks pembawa elektron yang disebut sitokrom/komplek b6-f. Kompleks ini menggunakan energi dari pemindahan elektron untuk memindahakan proton dan mengaktifkan gradien proton yang digunakan oleh enzim ATP sintase.

Saat pusat reaksi Fotosistem II menyerap foton, elektron tereksitasi pada molekul klorofil P680, yang mentransfer elektron ini ke akseptor elektron. P680 teroksidasi melepaskan elektron dari kulit terluar atom Mg. Atom Mg yang teroksidasi dengan bantuan enzim pemecah air, melepaskan elektron dari atom oksigen dari 2 molekul air. Proses ini membuat P680 menyerap 4 foton untuk melengkapi oksidasi 2 molekul air dan mengahsilkan 1 oksigen. Elektron yang tereksitasi dibawa oleh plastoquinon dan kemudian diterima oleh kompleks b6-f. Kehadiran elektron menyebabkan kompleks memompa proton ke celah tilakoid, kemudian elektron dibawa oleh plastosianin ke fotosistem I.

Pusat reaksi fotosistem I menyerap foton maka elektronnya tereksitasi. ”Lobang” yang ditinggal elektron segera ditempatin olek elektron dari Fotosistem II, sedangkan elektron yang tereksitasi tersebut ditanggap oleh ferredoxin. Ferredoxin tereduksi membawa elektron dengan potensial yang tinggi kemudian ditangkap oleh NADP+ untuk membentuk NADPH.Reaksi ini dikatalisasi oleh enzim NADPH reduktase.

Enzim ATP sintase menggunakan gradien proton yang tercipta saat tranpor elektron untuk mensintesis ATP dari ADP + Pi.

Reaksi gelap adalah reaksi pembentukan gula dari CO2 yang terjadi di stroma. Berbeda dengan reaksi terang, reaksi gelap atau reaksi tidak bergantung cahaya bisa terjadi pada saat siang dan malam, namun pada siang hari laju reaksi gelap tentu lebih rendah dari laju reaksi terang.

Reaksi gelap dimulai dengan pengikatan atau fiksasi 6 molekul CO2 ke 6 molekuk gula 5 karbon yaitu ribulosa 1,5 bifosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase/oksigenase(rubisco) yang kemudian membentuk 6 molekul gula 6 karbon. Molekul 6 karbon ini tidak stabil maka pecah menjadi 12 molekul 3 karbon yaitu 3 fosfogliserat. 3 fosfogliserat kemudian difosforilasi oleh 12 ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. 1,3 bifosfogliserat difosforilasi lagi oleh 12 NADPH membentuk 12 molekul gliseradehida 3 fosfat/PGAL. 2 PGAL digunakan untuk membentuk 1 molekul glukosa atau jenis gula lainnya, sedangkan 10 molekul lainnya difosforilasi oleh 6 ATP untuk kembali membentuk 6 molekul Ribulosa 1,5 bifosfat. Proses pengikatan CO2 ke RuBP disebut fiksasi, proses pemecahan molekul 6 karbon menjadi molekul 3 karbon disebut reduksi dan proses pembentukan kembali RuBP dari PGAL disebut regenerasi.
Fotosintesis ini disebut mekanisme C3, karena molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah molekul berkarbon 3. Kebanyakan tumbuhan menggunakan fotosintesis C3 disebut tumbuhan C3.

Untuk beberapa tumbuhan, mereka terpaksa melakukan fotosintesis dengan cara yang sedikit berbeda karena kondisi lingkungan. RuBP, alih-alih mengikat CO2, justru mengikat O2 sehingga berubah menjadi glikolat dan terurai. Proses ini disebut fotorespirasi. Saat fiksasi karbon, CO2 dan O2 berkompetisi untuk berikatan dengan RuBP. Pada kondisi normal bersuhu 25 C, 20% fiksasi karbon untuk fotosintesis hilang karena fotorespirasi. Kemungkinan makin meningkat saat kondisi panas, kering dan stomata menutup di siang hari untuk menyimpan air. Kondisi ini menyebabkan CO2 tidak bisa masuk dan O2 tidak bisa keluar sehingga terjadi fotorespirasi. Untuk menanggulangi hal tersebut, maka tanaman mengikatkan CO2 ke fosfoenolpiruvat(PEP), dikatalisis oleh PEP karboksilase dan membentuk senyawa 4 karbon, biasanya oksaloasetat. Mekanisme ini disebut mekanisme C4. Pengikatan ini terjadi disel mesofil. Oksaloasetat kemudian berubah menhadi malat yang memasuki sel seludang dan disanalah malat melepaskan CO2 untuk memulai siklus Calvin. Mala berubah menjadi piruvat yang keluar menuju sel mesofil, berubah menjadi PEP untuk berikatan lagi dengan CO2. Contoh tumbuhan C4 yaitu jagung.

Mekanisme fotosintesis lainnya yaitu CAM (Crassulacean Acid Metabolism). Tumbuhan CAM melakukan persis sama yang dilakukan tumbuhan C4 namun peristiwanya terjadi di sel mesofil dan fiksasi CO2 menggunakan PEP di malam hari dan sikuls Calvin terjadi di siang hari.

METABOLISME SEL:KATABOLISME

METABOLISME SEL:KATABOLISME

Berbagai reaksi kimia yang berlangsung dalam tubuh makhluk hidup untuk mempertahankan hidup disebut metabolisme.
Metabolisme terbagi menjadi 2 bagian, yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah reaksi kimia yang memerlukan energi untuk membentuk senyawa kompleks dari senyawa sederhana. Katabolisme adalah reaksi kimia yang menghasilkan energi dengan memecah senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana.
Dalam tubuh organisme, terdapat ribuan proses kimia yang berlangsung melibatkjan ribuan enzim. Karena itu, produk suatu enzim bisa menjadi substrat bagi enzim lainnya. Semua reaksi kimia dalam organisme hidup diatur dengan mengatur kerja katalisator.

ENZIM
Enzim merupakan pemercepat laju reaksi kimia tanpa ikut bereaksi didalamnya, atau disebut juga katalisator. Karena enzim terdapat di dalam organisme hidup maka enzim disebut biokatalisator. Enzim bekerja spesifik(hanya dapat mengikat 1 jenis substrat) dan diperlukan dalam jumlah sedikit.

Sebagian besar enzim terdiri dari protein globular(apoenzim) dengan 1 atau lebih celah yang disebut sisi aktif pada permukaannya. Substrat menempel pada sisi aktif enzim dan membentuk kompleks enzim-substrat. Disini energi aktivasi untuk memutuskan ikatan kimia atau membentuk ikatan kimia baru substrat diturunkan. Setelah proses selesai, substrat sudah menjadi produk dan segera lepas enzim, sehingga enzim dapat bekerja mengikat substrat lagi.

Enzim bekerja secara reversible dan berulang-ulang. Dengan kata lain, suatu enzim dapat merubah substrat menjadi produk dan produk kembali menjadi substrat. Enzim bekerja mengikat substrat baru setelah produk dihasilkan sampai kebutuhan akan produk sudah terpenuhi.

Kerja katalis enzim dipengaruhi oleh konsentrasi substrat dan enzim yang bekerja itu sendiri. Apapun yang mempengaruhi enzim dapat merubah struktur 3 dimensinya dan kemampuannya untuk mengikat substra. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim:
1. Suhu. Menaikkan suhu pada reaksi yang tidak dikatalisasi dapat meningkatkan laju reaksi kimianya karena tambahan energi meningkatkan pergerakan molekul. Laju reaksi terkatalisasi-enzim juga ditingkatkan oleh suhu, tapi hanya mencapai titik yang disebut suhu optimum. Dibawah suhu ini, ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik yang menentukan bentuk enzim tidak cukup fleksibel untuk mengizinkan pengikatan optimal untuk katlis. Di bawah suhu, gaya ini terlalu lemah untuk menahan bentuk enzim melawan kenaikan pergerakan acak atom-atom pada enzim. Pada suhu yang lebih tinggi, enzim terdenaturasi, struktur proteinnya berubah sehingga tidak bisa digunakan untuk reaksi kimia alias rusak. Namun, pada suhu yang rendah, enzim menjadi tidak aktif.
2. pH. Interaksi ionik antara residu asam amino yang berlawanan muatan, seperti asam glutamat(-) dan lisin(+), juga menyanggah enzim bersama. Interaksi ini sangat sensitif konsentrasi ion dimana biasanya enzim terlarut karena begitu konsentrasinya berubah, keseimbangan antara residu asam amino yang bermuatan positif dan negatif akan berubah. Karena itu, kebanyakan enzim bekerja pada pH optimum dari 6-8. Namun, enzim yang bekerja pada kondisi yang sangat asama, seperti pepsin, dpat mempertahankan bentuk 3 dimensional proteinnya di dalam konsentrasi tinggi ion hidrogen.
3. Penghambat (inhibitor) dan pengaktivasi (aktivator). Kerja enzim sangat sensitif terhadap kehadiran substansi yang dapat mengikat enzim dan menyebabkan bentuk enzim itu berubah. Namun, melalui substansi ini, sel dapat mengatur kapan enzim aktif dan tidak aktif pada waktu tertentu. Kemampuan ini membuat sel dapat meningkatkan efisiensi dan mengontrol perubahan karakteristik selama perkembangn. Substansi yang mengikat enzim dan menurunkan aktivitasnya disebut inhibitor(penghambat). Banyak kejadian bahwa dimana suatu produk akhir dari jalur metabolisme menjadi penghambat pada reaksi awal., proses ini disebut mekanisme penghambat. Penghambatan ini ada 2 cara: penghambat kompetitif yang melekat pada sisi aktid enzim sehingga enzim tidak dapat berikatan dengan substrat dan penghambat non-kompetitif yang berikatan pada bagian lain enzim sehingga bentuk sisi aktif enzim berubah dan tidak dapat berikatan dengan substrat. Cara yang sama digunakan untuk mengaktivasi enzim. Pengaktivasi allosterik mengikat pada bagianlain enzim(allosterik) dan membuat enzim bekerja lebih dari biasanya.
4. Kofaktor enzim. Fungsi enzim biasanya diikuti oleh suatu zat kimia yang disebut kofaktor, yang bisa berupa ion besi. Jika kofaktornya adalah molekul organik nonprotein maka disebut koenzim.

ATP
Semua transaksi kimia di dalam sel menggunakan mata uang energi yaitu nukleotidak Adenosin Trifosfat, yang memberi energi untuk setiap kegiatan sel.

ATP tersusun oleh 3 bagian yaitu gula 5 karbon yaitu ribosa, basa nitrogen purin dengan 2 cincin karbon-nitrogen, adenin dan rantai 3 fosfat.

Rahasia bagaimana ATP menyimpan energi terdapat pada grup trifosfatnya. Grup fosfat ini sangat bermuatan negatif dan mereka berikatan satu sama lain dengan kuat, namun ikatan kovalen yang menggabungkan fosfat tidak stabil. Ikatan yang tidak stabil ini membuat fosfta di dalam ATP punya energi aktivasi yang rendah dan mudah putus akibat hidrolisis. Saat putus, mereka mengluarkan jumlah energi yang besar. Dengan kata lain, hidrolisis ATP mempnuyai ∆G negatif dan energi yang dikeluarkan dapat digunakan untuk aktivitas.
Dalam sebagian reaksi yang melibatkan ATP, hanya ikatan fosfat berenergi tinggi paling luar saja yang dihidrolisis, memisahkan grup fosfat yang paling akhir. Saat ini terjadi, ATP menjadi Adenoisin Difosfat(ADP) ditambah 1 fosfat anorganik(Pi). 2 terminal gugus fofat paling luar bisa dihidrolisis sehingga tersisa Adenosin Monofosfat(AMP), namun gugus fosfat yang terakhir ini tidak berenergi tinggi.


KATABOLISME : RESPIRASI SELULER
Tumbuhan, alga dan beberapa bakteri mengambil energi dari sinar matahari melalui fotosintesis, merubah energi cahaya menjadi energi kimia, untuk digunakan membuat makanan disebut organisme autotrof.. Sebaliknya, oprganisme yang hidup dari hasil produksi organisme autotrof atau tidak bisa membuat makan sendiri disebut organisme heterotrof. Organisme heterotrog memecah makanan mereka menjadi energi. Proses oksidasi senyawa organik untuk mendapat energi dari pemutusan ikatan kimia pada tingkatan sel disebut respirasi seluler. Ada 2 macam respirasi yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob.

RESPIRASI AEROB
Proses repirasi disebut aerob karena dibutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron, selain itu disebut respirasi anaerob atau fermentasi. Respirasi aerob terdapat 4 tahap utama yaitu Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs dan Transpor Elektron.

Glikolisis adalah 10 tahap pertama biokimia yang menghasilkan ATP pada fosforilasi tingakt substrat. Untuk 1 molekul glukosa, 2 ATP digunakan pada 3 tahap pertama dan 4 ATP dihasilkan pada 4 tahap terakhir. Hasil kotor glikolisis yaitu 2 molekul asam piruvat(3C), 2 ATP, 2 NADH dan 2 H2O. Glikolisis terjadi di sitosol/sitoplasma dan bisa dianggap proses anaerob karena belum menggunakan oksigen. Ringkasan tahapan glikolisis:
• Fosforilasi glukosa oleh ATP
• Penyusunan kembali struktur glukosa yang terfosforilasi, diikuti oleh fosforilasi kedua.
• Molekul glukosa(6C) akhirnya pecah menjadi 2 senyawa 3 karbon berlainan yaitu Glyceraldehyde 3 phosphate (G3P atau PGAL) dan satunya lagi yaitu Dihydroxylacetone phosphate (DHAP). DHAP segera diubah menjadi PGAL oleh enzim isomerase. (Proses perubahan ini mencapai kesetimbangan di dalam tabung reaksi namun hal ini tidak terjadi di dalam tubuh makhluk hidup)
• Oksidasi yang diikuti oleh fosforilasi dari fosfat anorganik(bukan dari ATP) menghasilkan 2 NADH dan 2 molekul difosfogliserat(BPG/PGA), masing-masing dengan 1 ikatan fosfat berenergi tinggi
• Pelepasan ikatan berenergi tinggi dengan 2 ADP menghasilkan 2 ATP dan meninggalkan 2 molekul fosfogliserat(PGA)
• Pelepasan air menyebabkan 2 molekul fosfoenolpiruvat dengan ikatan fosfat energi tinggi
• Pelepasan fosfat energi tinggi oleh 2 ADP menghasilkan 2 ATP dan hasil akhir glikolisis yaitu 2 molekul asam piruvat.

Enzim-enzim dalam proses glikolisis yaitu:
-Heksokinase: Fosforilasi glukosa oleh ATP sehingga menghasilkan glukosa 6 fosfat
-Fosfoglukoisomerase: Penyusunan molekul glukosa terfosforilasi menjadi fruktosa terfosforilasi(fruktosa 6 fosfat)
-Fosfofruktokinase: Fosforilasi fruktosa 6 fosfat oleh ATP sehingga menghasilkan Fruktosa 1,6 Difosfat
-Aldolase:Memecah fruktosa 1,6 difosfat menjadi dihidroksilaseton fosfat dan gliseraldehida 3 fosfat
-Isomerase:Mengubah semua dihidroksilaseton fosfat menjadi gliseraldehida 3 fosfat
-Gliseraldehida 3 fosfat dehidrogenase atau triosa fosfat dehidrogenase: Fosforilasi Gliseraldehida 3 fosfat oleh fosfat anorganik dari sitosol, oksidasi untuk membentuk NADH sehingga menghasilkan 1,3 difosfogliserat
-Fosfogliserokinase: Pelepasan gugus fosfat untuk membentuk ATP sehingga menghasilkan 3 fosfogliserat
-Fosfogliseromutase: Merubah 3 fosfogliserat menjadi 2 fosfogliserat
-Enolase Menghasilkan air sehingga terbentuk fosfoenolpiruvat
-Piruvat kinase Pelepasan gugus fosfat untuk membentuk ATP sehingga hasil akhir berupa asam piruvat

Dekarboksilasi oksidatif adalah tahap kedua dimana 2 molekul asam piruvat yang dihasilkan dari 1 molekul glukosa dirubah menjadi senyawa berkarbon 2 yaitu asetil CoA(asetil koenzim A) dengan melepaskan 2 CO2 dan 2 NADH. Dekarboksilasi oksidatif terjadi di dalam membran luar mitokondria. Enzim yang berperan adalah CoA dan piruvat dehirogenase yang berfungsi mereduksi piruvat sehingga melepaskan Co2 dan NADH serta berikatan dengan piruvat tereduksi(asetil) untuk dibawa ke mitokondria.

Siklus Krebs adalah tahap ketiga dengan 9 reaksi dimana gugus asetil dari piruvat dioksidasi sehingga menghasilkan NADH, FADH, ATP dan CO2. Siklus ini dinamakan siklus Krebs karena ditemukan oleh Hans Krebs. Siklus Krebs bisa disbut juga siklus asam sitrat karena senyawa yang pertama kali terbentuk adalah asam sitrat. Siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria dan ringkasan tahapannya sebagai berikut:
• Asetil CoA ditambah Oksaloasetat menghasilkan molekul sitrat yang berkarbon 6.
• Penyusunan kembali molekul sitrat dan dekarboksilasi. 5 reaksi berikutnya menyederhanakan sitrat ke molekul 5 karbon dan kemudian ke molekul 4 karbon yaitu suksinat. Selama reaksi ini berlangsung, dihasilkan 2 NADH dan 1 ATP.
• Regenerasi oksaloasetat. Suksinat melewati 3 reaksi tambahan untuk menjadi oksaloasetat. Selama proses ini, dihasilkan 1 NADH dan 2 FADH.

Enzim-enzim yang digunakan:
-Sitrat sintetase: Membentuk sitrat dari oksaloasetat dan asetil CoA. Kerja enzim ini irreversible dan terhambat saat konsentrasi ATP tinggi dan dipicu ketika konsentrasi ATP rendah
-Akonitase: Penyusunan kembali molekul sitrat dengan memindahkan gugus H dan OH pada karbon berlainan, membentuk isositrat
-Isositrat dehidrogenase: Mengoksidasi isositrat sehingga dihasilkan NADH dan CO2, sehingga isositrat berubah menjadi molekul 5 karbon, α ketoglutarat
-α ketoglutarat dehidrogenase: Mengoksidasi α ketoglutarat membentuk gugus suksinil yang bersatu dengan Coa sehingga terbentuk suksinil CoA
-Suksinil KoA sintetase: Pelepasan ikatan antara gugus suksinil dan KoA untuk dijadikan ATP sehingga molekul tersisa menjadi Suksinat
-Suksinat dehidrogenase: Mengoksidasi suksinat menjadi fumarat dan menghasilkan FADH
-Fumarase: Menambahkan air ke fumarat untuk membentuk malat
-Malat dehidrogenase: Mengoksidasi malat dan melepaskan NADH sehingga terbentuk kembali oksaloasetat

Rantai transport elektron adalah proses terakhir untuk mengahsilkan ATP, H2O yang terjadi di membran dalam/krista mitokondria. Pada tahap ini, elektron yang dibawa oleh NADH ditransfer ke berbagai pembawa elektron supaya energinya bisa digunakan untuk memompa proton. Gradien proton yang dibuat oleh transpor elektron digunakan oleh enzim ATP sintase untuk menghasilkan ATP. Proses pemompaan proton untuk menghasilkan ATP juga disebut kemiosmosis.

Enzim-enzim yang terlibat anatara lain NADH dehidrogenase (melepaskan ion H dari NAD dan mengoper elektron ke ubiquinon), ubiquinon (mengoper elektron ke komplek protein sitrokrom), kompleks bc1 (memompa proton dan mengoper elektron ke sitrokrom c), sitokrom c (mereduksi oksigen dengan 4 elektron membentuk air), ATP sintase (memompa proton untuk menghasilkan ATP).

Hasil akhir respirasi seluler:
1. Glikolisis, hasil 2 ATP, 2 piruvat, 2 NADH, 2 H2O
2. Dekarboksilasi oksidatif, hasil 2 NADH, 2 CO2
3. Siklus Krebs, hasil 6 HADH, 2 FADH, 4 CO2, 2 ATP
4. Transpor elektron, hasil 34 ATP, H2O.

Jumlah bersih ATP : 38 ATP(36 ATP karena 2 ATP dipakai untuk memasukkan NADH ke mitokondria, 30 ATP karena membran mitokondria agak bocor sehingga proton bisa lewat tanpa melalui ATP sintase dan mitokondria terkadang memakai gradien proton untuk keperluan lain seperti memasukkan piruvat ke matriks daripada sintesis ATP).

RESPIRASI ANAEROB
Jika tak ada oksigen, sel tidak memliki akseptor elektron alternatif untuk memproduksi ATP, sehingga terpaksa elektron yang didapatkan dari glikolisis diangkut oleh senyawa organik, proses ini disebut fermentasi.

Fermentasi alkohol dilakukan oleh ragi dengan cara melepaskan gugus Co2 dari piruvat melalui dekarboksilasi dan menghasilkan molekul 2 karbon, asetaldehida. Asetaldehida kemudia menerima elektron dari NADH sehingga berubah menjadi etanol. Fermentasi alkohol dilakukan oleh tumbuhan.

Fermentasi asam laktat dilakukan oleh sel hewan dengan cara mentransfer elektron dari NADH kembali ke piruvat sehingga dihasilkan asam laktat yang menyebabkan pegal-pegal.

BIg Bang-Makalah Teori Ledakan Besar

LEDAKAN BESAR



Disusun oleh :
Yanty
XI-IPA 3/30



SMA GONZAGA
JL. PEJATEN BARAT NO. 10 A
JAKARTA SELATAN
NOVEMBER 2007

ALAM SEMESTA
Alam semesta atau jagad raya didefinisikan sebagai ruang-waktu dimana semua energi dan materi berkumpul. Massa dan energi yang berada di alam semesta terdiri atas 73% energi gelap, 23% materi gelap dingin dan 4% atom. Alam semesta mungkin mempunyai 1011 galaksi dimana tiap-tiap galaksi mempunyai 1011 bintang yang tersebar dengan masing-masing bintang memiliki 1057 atom hidrogen. Ilmu yang mempelajari tentang alam semesta disebut kosmologi. Para ilmuwan sejak lama mengajukan gagasan bahwa alam semsta adalah statis, tidak memiliki awal dan akhir sehingga tak ada penciptaan atau sang Pencipta. Lalu pada tahun 1927, muncul teori penciptaan alam semsta yang lain yaitu big bang. Teori ini mempunyai saingan yaitu teori keadaan stabil,teori bahwa alam semesta itu statis.

SEJARAH TEORI KEADAAN-TETAP (STEADY STATE THEORY)
Tahun 1948, teori kedaan-tetap atau teori alam semesta tak terhingga dicetuskan oleh Fred Hoyle, Thomas Gold dan Hermann Bondi sebagai alternatif dari teori ledakan besar (Big Bang theory). Teori ini tidak lebih dari perpanjangan paham materialistis abad ke 19 yang mengabaikan adanya sang Pencipta dan model semesta yang tanpa batas. Menurut model ini, ketika alam semesta mengembang, materi baru terus-menerus muncul dengan sendirinya dalam jumlah tepat sehingga alam semesta berada dalam “keadaan-stabil”. Galaksi baru yang terciptakan dari materi baru ini akan membuat jagat raya tampak sama sepanjang masa. Untuk mempertahankan kerapatan jagat raya konstan, laju penciptaan materi cukup kecil yakni satu atom hidrogen per sentimeter kubik setiap 1 milyar tahun. Dengan kata lain, alam semesta menurut teori ini adalah statis/tetap, tidak permulaan atau akhir. Walaupun mereka mengakui bahwa alam semesta berekspansi, namun mereka menyatakan bahwa alam semesta akan tetap sama kelihatannya sampai kapanpun. Teori ini segera runtuh dan tidak banyak penggemarnya ketika ditemukan radiasi latar belakang kosmik.

SEJARAH TEORI LEDAKAN BESAR (BIG BANG THEORY)
Tahun 1922, fisikawan Rusia, Alexandre Friedmann menghasilkan perhitungan yang menyatakan struktur alam semesta tidak statis dan impuls kecil mungkin cukup membuat alam semesta mengerut atau mengembang sesuai Teori Relativitas Einstein. Berdasarkan perhitungan Friedman tahun 1927, Pastur Katholik Belgia, Georges Lemaitre menyatakan bahwa alam semesta mempunyai permulaan dan mengalami pengembangan. Ia mengusulkan bahwa alam semesta dimulai dengan atom primitif. Tahun 1929, Edwin Hubble menemukan bahwa ada galaksi lainnya selain galaksi Bimasakti (Milky Way) dan bahwa semua galaksi itu mengalami pergeseran merah. Pergeseran merah dimaksudkan bahwa cahaya bintang-bintang dan galaksi mendekati spektrum merah, dengan kata lain, mereka menjauhi pengamat dan bahkan saling menjauhi satu sama lain. Jika galaksi-galaksi yang sekarang saling menjauh satu sama lain, maka dulunya mereka berdekatan dan berkumpul pada suatu titik massa yang mampat, disebut dengan “volume nol” atau “singularitas” yang akhirnya meledak dan mengembang. Ledakan ini disebut Ledakan Besar.

BIG BANG VS STEADY STATE
Perhatikan perbedaan teori tentang alam semesta ini mulai dari keyakinannya. Teori steady state yang mengunggulkan alam semesta statis, pastilah bersifat atheis semestara teori Big Bang mengakui permulaan alam semesta bersifat theis (mengakui adanya Tuhan), lagipula pencetusnya merupakan pastur Katholik. Lalu perhatikan bahwa kedua hipotesis ini melanggar hukum kekekalan energi; adanya penciptaan sejumlah besar materi dengan kerapatan kecil pada hipotesis pertama dan adanya kerapatan tak terhingga pada hipotesis pertama.

ALAM SEMESTA STATIS DAN RELATIVITAS UMUM
Pandangan bahwa alam semesta statis bertahan dari abad 17, dari masa Newton hingga generasi abad 20 yaitu Einstein. Seharusnya Newton menyadari bahwa suatu waktu alam semesta harus mengerut akibat gravitasi. Sama ketika Einstein menyadari bahwa alam semesta tak mungkin statis menurut teori relativitas yang ditemukannya. Berbeda dengan Alexandre Friedmann yang menerima relativitas umum apa adanya dan siap menyatakan bahwa alam semesta punya awal bersama George Lemaitre, Einstein merubah persamaan-persamaannya dengan menambahkan Konstanta Kosmologis, yaitu gaya antigravitasi yang mengimbangi gravitasi semua materi dalam jagat raya, tertanam dalam jalinan ruang waktu. Setelah penemuan Hubble, Einstein sadar bahwa konstanta itu tak ada gunanya, maka disebutnya itu sebagai “kebodohannya yang terbesar”. Berikut ini Kontanta Kosmologi(Λ) dalam persamaan relativitas umum :



MODEL ALAM SEMESTA KLASIK
Friedmann mengemukakan dua pengandaian sederhana mengenai alam semesta bahwa alam semesta akan tampak identik kemanapun orang memandang dan sifat itu tetap sama darimanapun orang memandang. Maka sebenarnya, tak ada seorangpun yang berharap bahwa alam semesta itu statis. Ada 3 model alam semesta menurut pengandaian Friedmann. Model pertama yaitu alam semesta berawal dari ledakan besar dan terus memuai cukup lambat sehingga gravitasi akan menghentikan pemuaian, seterusnya galaksi-galaksi akan saling mendakati sehingga alam semesta mengerut dan terjadi kebalikan dari ledakan besar, suatu penciutan besar (Big Crunch, seperti runtuhnya bintang ke dalam lubang hitam namun dalam skala yang besar). Model kedua yaitu alam semesta memuai begitu cepat sehingga gravitasi hanya bisa mengerem sedikit. Mula-mula alam semesta diawali dengan ledakan besar dan terus memuai dengan laju yang tetap. Model ketiga adalah dimana alam semesta memuai tepat hingga mampu berkelit dari gravitasi untuk menghindari penciutan dahsyat. Model Friedmann yang pertama menyatakan bahwa alam semesta itu tidak terhingga dalam ruang, namun ruang itu tidak punya tapal batas. Gravitasi membuat ruang itu membengkok ke arah dalam seperti permukaan bola dengan 3 dimensi. Namun, dalam model ini, rentang ruang punya batas. Dimensi keempat, waktu, juga rentangnya terbatas seperti sepotong garis dengan awal dan akhir. Model kedua Friedmann menyatakan bahwa alam semesta memuai selamanya sehingga bentung ruang melengkung ke arah lain seperti permukaan pelana dan tidak terhingga. Model ketiga Friedmann dengan laju pemuaian yang kritis, ruang itu datar dan tidak terhingga.

PROSES LEDAKAN BESAR MENURUT MEKANIKA KUANTUM
Semua model klasik Friedmann berawal dari suatu rapatan alam semesta kira-kira 10-20 milyar tahun yang lalu. Mekanika kuantum telah melangkah jauh mendekati t=0 sesaat sebelum ledakan besar. Pada waktu Planck, 10-43s, suhu, kerapatan dan kelengkungan ruang-waktu alam semesta tak terhingga besarnya. Apapun yang terjadi sebelum waktu Planck, tak ada pengaruhnya bagi alam semesta yang terbentuk karena prediktabilitasnya akan runtuh seketika ledakan besar terjadi. Suatu singularitas ledakan besar yang tak terhingga panasnya hingga berbentuk radiasi (karena E≡pc maka materi sama dengan radiasi) dan membentuk segala macam partikel elementer macam quark, proton, neutron, photon, elektron, neutrino klop dengan sobat antipartikelnya. Dalam menghadapi singularitas ini, semua teori fisika serta kemampuan untuk meramal masa depan akan luluh lantak, termasuk relativitas umum. Entah kenapa terjadi asimetri antara antipartikel dengan partikelnya sehingga ketika t=10-6 dan suhu mencapai 1,5 X 1013 K, semua antipartikel dan hampir semua partikel saling bunuh-membunuh. Ledakan besar yang didefinisikan dalam mekanika kuantum adalah pemusnahan masal antipartikel dan partikelnya menghasilkan sejumlah besar photon energi tinggi. 1 detik sesudah ledakan besar, suhu alam semesta berkisar antara 1,5 X 1010 K hingga 6 X 109 K. Yang tersisa hanya sangat sedikit partikel elementer. Neutrino dan antineutrino tidak lagi memusnahkan karena energinya sudah turun sehingga mereka enggan berinteraksi dengan materi dan mereka pun berpisah jalan (neutrino decoupling). Kerapatan neutrino dan photon hampir sama besar sampai alam semesta mengembang, suhu keduanya terus menurun. Neutrino latar belakang kosmik mikro lebih rendah daripada gelombang mikro photon latar belakang kosmik atau radiasi gelombang mikro latar belakang kosmik sebab selagi neutrino mendingin, photon harus berpanasa-panasan akibat proses pemusnahan pasangan. Saat t=6 s, alam semesta mencapai tahap dimana reaksi inti atau gaya nuklir kuat sangat penting. Dengan kedatangan proton dan neutron, maka reaksi inti dalam pembentukan deuterium yaitu
n + p → d + γ
Untuk tercipta banyak deuterium, photon harus mendingin mencapai 2,22 MeVdan suhu T= 2,5 X 1010 K. Pada t=225, suhu alam semesta berada di bawah 109 K sehingga terjadi reaksi pembentukan deuterium, hidrogen dan helium :
d + p → 3He
d + n → 3H
3He + n → 4He
3H + p → 4He

Energi pembentukan inti 3He dan 3H adalah 5,49 MeV dan 6,26 MeV. Tahap akhir pembentukan inti berat yaitu dengan pembentukan He. Pada t = 225 s, 17 neutron yang ada sejak t = 6 s sudah mengalami peluruhan beta hingga menjadi 12 persen dan jumlah proton meningkatkan menjadi 88 persen.Karena massa helium sekitar 4 kali massa hidrogen maka 24 persen massa alam semesta adalah massa helium.
Segera alam semesta purba menjalani masa pendinginan panjang yang sepi dan gaya nuklir kuat pun tidak begitu penting. Tahap akhir evolusi alam semesta purba adalah pembentukan atom hidrogen dan helium netral dari inti p, d, 3He dan 4He serta elektron bebas. Untuk kasus hidrogen, energi photon harus dibwah 13,6 eV sebab jika kurang, atom yang terbentuk akan diionkan oleh radiasi. Karena ada sekitar 108 photon untuk setiap proton maka proton itu harus menunggu hingga t = 160 000 tahun dan T = 6600 K sampai energi radiasinya turun. Dengan terbentuknya atom netral, maka tak ada lagi partikel bermuatan yang tersisa dalam alam semesta sekaligus radiasi terlalu lemah untuk mengionkan atom, maka tahap ini adalah dimana radiasi dan materi putus hubungan (decoupling) sehingga gaya elektromagnetik tidak penting lagi. Selang 14,9993 X 109 tahun, tak ada peristiwa yang mengesankan dan semuanya berjalan serba sepi. Fluktuasi kerapatan hidrogen dan helium merangsang terjadinya kondensasi galaksi dan lahirnya bintang generasi pertama. Pesta kembang api terpopuler sejagat raya, supernova, menghamburkan materi bintang yang mati untuk membentuk bintang generasi kedua dan sebagian membentuk planet.

PENINGGALAN BIG BANG
NEUTRINO LATAR BELAKANG KOSMIK
Neutrino mengalami pregeseran merah dengan suhu lebih rendah daripada photon, sekitar 2 K. Kerapatan neutrino awal kurang lebih sama dengan kerapatan photon, sekitar 108 /m3.
GELOMBANG GRAVITASI
Ketika materi terbentuk dan ketika materi-antimateri saling memusnahkan, dihasilkan radiasi gravitasi seperti radiasi elektromagnet. Radiasi gravitasi juga mengalami pergeseran merah yang cukup besar dan tetap ada di alam semesta.
KELIMPAHAN HELIUM
Karena materi terus bereinkarnasi membentuk materi baru, mungkin materi itu mengalami amnesia total akan peristiwa Big Bang. Kelimpahan helium sekitar 25-30 persen, mendekati taksiran kasar 24 persen. Kelimpahan helium awal sangat ditentukan ketika quark dan antiquark dibentuk bersama-sama. Karena quark dan antiquarknya punya 6 jenis yaitu top, charmed, bottom, up, down, strange dengan 3 warna blue, green, red, maka kelimpahan helium yang diamati tidak sama dengan perkiraan 25 persen.
LUBANG HITAM MINI
Kerapatan energi dan materi tak terhingga besarnya memungkinkan terbentuknya sejumlah lubang hitam denga massa lebih kecil dari 1 gram. Namun, belum ada lubang hitam mini yang pernah diamati.

PERGESERAN MERAH KOSMOLOGIS
Bukti-bukti bahwa pernah terjadi suatu ledakan besar yaitu dengan adanyaradiasi latar belakan gelombang mikro yang ditemukan oleh Arno Penzias dan Robert Wilson tahun 1965 di Bell Telephone Laboratories. Mereka menemukan bahwa gelombang mikro ini selalu sama kuatnya bahkan tidak pernah berubah walaupun posisi detektornya berubah. Bukti lainnya yaitu pergeseran merah pada semua galaksi, bintang dan objek bernama quasar atau quasi-stellar radio source. Objek ini bisa disebut objek serupa bintang pemancar radio tapi bohongan, karena pergeseran merahnya besar dan menghasilkan gelombang radio yang kuat. Namun bisa juga, quasar ini mengalami pergeseran merah gravitasi, artinya objek ini sangat kecil namun yang menyebabkan pergeseran merahnya adalah medan gravitasi yang begitu kuat. Pergeseran merah yang terjadi pada semua galaksi dan bintang berbanding lurus dengan jarak objek tersebut dengan pengamat. Persamaan yang mengungkapkan pergeseran merah sebagi bagian dari alam semesta yang mengembang, disebut hukum Hubble :
V = Hd
Dimana v adalah laju galaksi dari pergeseran merahnya dan d adalah jaraknya dari pengamat. Konstanta H adalah tetapan H yang selalu berubah dalam 50 tahun belakangan namun H sekitar 75km/s/Mpc dengan orde ketidakpastian ± 20 persen. Pc atau parsec adalah ukuran jarak pada skala kosmik. Satu parsec adalah jarak yang berkaitan dengan satu detik busur paralaks. Namun, cukup sulit menentukan jarak suatu bintang atau galaksi karena tak seorangpun tahu apakah itu objek terang yang jauh sekali atau objek redup yang dekat sekali. Dalam pergeseran merah kosmolgis, tak ada titik pusat dimana galaksi dan bintang saling menjauh, bagaikan balon bertitik yang ditiup. Ketika balonnya mengembang, maka titik-titik itu saling berjauhan tapi tak satupun titik dianggap sebagai pusat pengembangan.

GAYA-GAYA UNIVERSAL
Terdapat 4 gaya yang berpengaruh besar dalam alam semesta. Mulai dari gaya yang terlemah, gravitasi, elektromagnet, nuklir lemah dan nuklir kuat. Kemungkinan ada gaya kelima yang berurusan dengan asimetri materi-antimateri sesaat sebelum ledakan besar, disebut gaya mahalemah.
Gaya pertama yang berperan penting adalah gravitasi. Gravitasi adalah gaya terlemah dibanding gaya lainnya dan tidak ada menariknya jika seandainya gaya ini tidak bersifat selalu tarik-menarik dan dapat bekerja pada jarak jauh. Ketiga gaya lainnya bersifat jarak pendek dan saling meniadakan. Menurut kacamata mekanika kuantum dalam urusan garvitasi, gaya antar partikel materi diemban oleh partikel maya spin 2 bernama graviton. Graviton tidak bermassa sehingga gaya yang diembannya berjangkau panjang. Gaya gravitasi antara matahari dan bumi terjadi karena matahari dan bumi tukar-menukar graviton antara partikel yang menyusun mereka berdua. Karena pertukaran ini, bumi mengelilingi matahari.
Gaya berikutnya yaitu gaya elektromagnetik, yang berinteraksi dengan partikel bermuatan elektrik. Gaya ini jauh lebih kuat daripada gravitasi, gaya elektromagnetik antar 2 elektron sekitar 1042 kali lebih besar daripada gravitasi. Gaya elektromagnetik dalam skala atom besar pengaruhnya karena gaya int membuat elektron yang bermuatan negatif mengelilingi inti atom bermuatan positif. Mekanika kuantum menganggap bahwa tarikan atau tolakan elektromagnetik disebabkan oleh pertukaran besar-besaran partikel nirmassa maya berspin 1, disebut photon maya. Namun, bila elektron bermigrasi ke garis edar lain dan dipancarkan energi, akan dipancarkan photon nyata.
Gaya berikutnya yaitu gaya nuklir lemah. Gaya ini menimbulkan radioaktivitas dan bekerja pada semua partikel materi berspin 1/2 namun tidak pada partikel berspin 0,1 dan 2, seperti photon dan graviton.
Gaya terakhir disebut gaya nuklir kuat, yang bekerja mempersatukan quark-quark dalam proton, neutron dan elektron dan proton dan neutron dalam inti atom. Mekanika kuantum yakin bahwa gaya ini diemban oleh partikel berspin 1 bernama gluon, dan hanya berinteraksi dengan dirinya dan quark. Gaya ini bersifat confinement atau mengurung sebab tak ada seorang pun membiarkan quark tunggal bebas dan sendirian pula keluyuran kemana-mana. Karena quark berwarna, maka gluon harus mengurung quark berwarna hijau, merah, biru untuk membentuk putih, triplet yang menyusun proton dan neutron. Meson merupakan triplet tidak stabil karena quark dan antiquark dikurung jadi satu.
Pernikahan gaya elektromagnetik dengan gaya nuklir kuat mendorong upaya untuk menyatukan keduanya dengan gaya nuklir kuat dan menghasilkan keturunan yang disebut aditeori terpadu (general unified theory, GUT). Anak yang besar kepala ini sebenarnya belum ada apa-apanya karena gravitasi belum dimasukkan kedalamnya, walaupun sekrang muncul teori superstring yang menyatukan elektromagnetik, nuklir dan garavitasi. Lalu teori ini juga tidak lengkap karena mngandung sejumlah nilai yang parameternya tak bisa diramalkan begitu saja, namun dipilih agar cocok dengan eksperimen. Intinya : gaya nuklir kuat melemah pada energi tinggi, sebaliknya gaya elektromagnetik dan nuklir lemah menguat pada energi tinggi. Ketika mencapai tahap energi sangat tinggi, atau disebut energi penyatuan akbar, ketiga gaya ini punya kekuatan yang sama dan dapat merupakan aspek-aspek yang berlainan dari gaya tunggal. GUT meramalkan bahwa pada energi ini, partikel spin ½ berlainan, pada hakikatnya akan sama semua. Nilai penyatuan akbar itu tidak diketahui dengangan baik, namun sekitar sejuta milyar GeV.
Untuk mengalahkan gaya elektromagnetik didalam atom, maka inti dari reaksi kimia adalah menata ulang susunan atom dan membebaskan energi perekatnya. Hal yang sama berlaku untuk nuklir. Karena energi yang merekatkan proton dan neutron dalam inti atom begitu, kuat maka harus ada yang mengalahkan energi perekat itu, sehingga nuklir menjadi senjata yang tangguh. Lagi bagaimana dengan energi perekat antar quark? Memisahkan quark bisa dianggap mustahil, namun jika materi dipanaskan hingga 1000 milyar derajat, quark akan lepas dengan sendirinya dan materi akan berubah menjadi radiasi. Untuk menghilangkan 1 individu, dibutuhkan 100 bom hidrogen masing-masing dengan kekuatan 1 megaton.

PERUSAKAN SIMETRI CPT
Dengan mengganggap bahwa alam semesta tercipta oleh materi, bukannya antimateri, izinkan penjelasan tentang keanehan yang terjadi selama proses ledakan besar. Asumsikan bahwa ada sejumlah kecil proton yang tidak musnah dalam proses anihilasi. Dengan menghitung jumlah proton, neutron, elektron dan membandingkan dengan jumlah foton tersisa pada radiasi latar belakang kosmik, maka terdapat kelebihan 1 materi untuk setiap 10 milyar proton. Jadi, ada 10 milyar plus satu proton melawan sepuluh milyar antiproton, dan semuanya sudah cukup untuk membentuk alam semesta seperti sekarang.
Sampai 1956, semua hukum fisika diyakini mematuhi simetri CPT. Simetri C berarti hukum itu berlaku sama untuk partikel dan antipartikelnya. Simetri P menyatakan bahwa semua hukum berlaku sama untuk setiap situasi dan bayangan cerminnya (bayangan cermin partikel yang berputar ke kanan adalah partikel yang berputar kekiri). Simetri T berarti jika hukum-hukum berlaku sama untuk arah maju dan mundurnya waktu.
Belakangan diketahui, bahwa gaya nuklir lemah, partikel K-meson membangkang terhadap simetri CP. Maka, jika jagat raya terdiri atas antipartikel dan diambil bayangan cerminnya namun arah waktunya tidak dibalik, maka jagat raya yang diperoleh tidak sama dengan jagat raya semula. Hukum-hukum fisika tidak tunduk pada simetri T. Seandainya waktu dibalik, maka alam semesta mengerut. Dan karena ada gaya yang tidak memenuhi simetri T, akibatnya ketika alam semesta memuai, lebih banyak positron yang berubah jadi quark daripada elektron menjadi antiquark. Ketika jagat raya mengembang dan mendingin, quark memusnahkan diri bersama antiquark dan sedikit quark tersisa untuk menyusun materi di alam semesta ini.

MASA DEPAN ALAM SEMESTA
Tak ada yang tahu mana diantara model Friedmann yang merupakan model jagat raya sesungguhnya. Apakah alam semesta akan mengerut kembali dalam suatu singularitas Penciutan Besar (Big Cruch)? Ataukah setelah Big Crunch, akan ada Big Bang lagi? Jika seperti itu, alam semesta bereinkarnasi terus-menerus mirp Benturan Besar (Big Bounce). Apakah bentuk model alam semesta adalah model tertutup, yang akan runtuh kembali, atau merupakan model terbuka yang akan terus mengembang sekalipun bintang-bintang loyo bersinar? Semuanya mungkin terjadi. Karena menurut gravitasi Newton, pengembangan alam semesta akan menurun kecepatannya dan akan terjadi suatu kematian besar, entah dengan cara panas ataupun dingin (Heat Death atau Big Freeze). Namun, karena alam semesta terdiri dari 73% energi gelap (dark energy) atau energi vakum, ada kemungkinan alam semesta akan terus memuai. Energi vakum inilah yang menghambat penciutan kembali alam semesta akibat gravitasi. Energi vakum atau energi gelap inilah yang dimaksudkan sebagai gaya antigravitasi atau Konstanta Kosmologis yang tersebar di ruang-waktu, walaupun sedikit.
Alam semesta ini punya permulaan dan setiap makhluk yang tinggal didalamnya berusaha mengungakap darimana sal mereka dan mengapa mereka ada. Jika benar alam semesta diciptakan oleh Tuhan, tampaknya ia mebiarkan alam semesta mengembang sesuai aturan yang sudah dutetapkanNya. Jawaban kenapa manusia eksis di Bumi sama saja dengan jawaban yang diberikan kepada ikan yang bertanya-tanya kenapa rumahnya (akuarium) berwujud air. Jawabannya sedrhana, jika bukan air, maka ikan itu tak ada disitu untuk menanyakannya.

DAFTAR PUSTAKA


Hawking, Stephen. 1994. Riwayat Sang Kala.
Jakarta : PT Pustaka Utama Grafiti.
Krane, Kenneth. 2006. Fisika Modern.
Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.
Krauss, Lawrence M. 2003. Fisika Star Trek.
Jakarta : Kepustakaan Populer Gramedia.
Shipman, H. L. 1976. Black Holes, Quasars And The Universe.
Boston : Houghton Mifflin Company.

Sumber Internet :
http://en.wikipedia.com
http://www.fisikanet.lipi.go.id

Ringkasan Tata Surya

TATA SURYA
MATAHARI SEBAGAI PUSAT TATA SURYA

Tata Surya adalah suatu sistem susunan yang teridiri dari Matahari sebagai pusat, yang dikelilingi oleh 8 planet beserta 162 satelitnya, 3 planet kerdil beserta 4 satelitnya dan jutaan anggota Tata Surya kecil (small bodies) yang terdiri dari komet, asteroid, debu antar-planet dan lain-lain. Dilihat dari massa dan ukuran benda langit anggotanya, Tata Surya didominasi Matahari karena massa seluruh planet hanya 0,0014 massa Matahari.
Sebelum Konferensi International Astronomical Unit pada Agustus 2006, Tata Surya memiliki 9 planet. Malah, Tata Surya sempat diisukan akan bertambah menjadi 12 planet.

TEORI GEOSENTRIS DAN HELIOSENTRIS

Teori yang berkaitan dengan konsep pusat Tata Surya adalah teori geosentris dan heliosentris. Teori geosentris yang dikemukakan oleh ilmuwan Yunani Kuno yaitu Aristoteles dan Claudius Ptolemy dan disetujui banyak ilmuwan kuno lainnya dan Gereja. Mereka menganggap bahwa Bumi dan manusia sebagai pusat alam semesta karena Tuhan menempatkan manusia di Bumi dan sepantasnya Bumi sebagai pusat alam semesta. Mereka yang mengaut paham geosentris percaya bahwa Bumi diam dan dikelilingi oleh Bulan, Merkurius, Venus, Matahari, Mars, Jupiter dan Saturnus. Pada abad pertengahan, Gereja mendominasi ilmu pengetahuan sehingga ilmuwan-ilmuwan yang menentang teori geosentris dihukum seperti Galileo.
Teori heliosentris muncul tahun 1540 dan dikemukakan oleh astronom Polandia, Nicolaus Copernicus. Copernicus mempertanyakan apakah Bumi berotasi dan berevolusi? Karena ia tidak mendapatkan jawaban yang memuaskan dari teori geosentris, maka ia mengemukakan teori heliosentris, bahwa Matahari merupakan pusat alam semesta. Pada zaman itu, alam semesta dan tata surya masih belum mendapatkan perbandingan jelas hingga zaman modern. Teori menjadi bahan ejekan karena bila Bumi berputar, mengapa manusia tidak jatuh dari Bumi? Jawabannya ditemukan oleh Galileo dan Newton yang terkenal dengan gaya gravitasi Bumi.

BENTUK ORBIT PLANET DAN HUKUM KEPLER

Planet-planet mengelilingi Matahari dalam bentuk orbit (garis edar) elips dimana Matahari sebagai salah satu titik fokus dan titik fokus lainnya berada di angkasa. Orbit berbentuk elips menyebabkan adanya titik terdekat (perihelium) dan titik terjauh (aphelium) planet-planet dari Matahari. Planet-planet memiliki eksentrisitas yang sangat kecil sehingga bentuknya mirip lingkaran. Orbit Bumi yang mengelilingi Matahari disebut eliptika, orbit planet-planet lain pun berimpit pada eliptika. Contohnya, orbit Merkurius memiliki kemiringan terhadap eliptika 7 derajat sedangkan palnet lain kurang dari 4 derajat.
Ketika teori heliosentis dikemukakan, Copernicus mengajukan bentuk orbit lingkaran. Namun, berdasarkan pengamatan Kepler, orbit planet tidak cocok sebagai lingkaran. Maka, ia menyusun hukum-hukumnya secara empiris yaitu :
• Semua planet bergerak mengelilingi Matahari dalam lintasan berbentuk elips, dengan Matahari berada di salah satu titik fokus elips.
• Suatu garis khayal yang menghubungkan Matahari dengan planet menyapu luas juring yang sama dalam selang waktu yang sama
• Perbandingan kuadrat periode sideris sebuah planet dengan pangkat tiga jarak rata-ratanya dengan Matahari adalah tetap.
Hukum Kepler tidak hanya cocok untuk orbit planet yang mengelilingi Matahari saja, tetapi jugs untuk orbit satelit-satelit planet yang bergerak mengelilingi planet induknya dan orbit bintang ganda. Hukum III Kepler berguna untuk menentukan massa satelit sebuah planet atau bintang anggota pasangan bintang ganda.

PENGELOMPOKKAN PLANET

Berdasarkan Bumi sebagi pembatas, planet-planet terbagi atas Planet Inferior dan Planet Superior. Dalam orbitnya mengelilingi Matahari, planet Inferior tampak berpindah kedudukannya dari Bumi yang disebabkan oleh konfigurasi planet. Sudut yang dibentuk posisi planet terhadap Bumi dan Matahari disebut sudut elongasi.
Berdasarkan sabuk asteroid sebagi pembatas, planet terbagi atas Planet Dalam dan Planet Luar.
Bedasarkan komposisi bahan penyusunnya, planet-planet dibedakan atas Planet Terrestrial dan Palnet Jovian. Planet Terrestrial adalah planet-planet yang komposisi penyusunnya mirip dengan komposisi bahan penyusun Bumi yaitu didominasi batuan silikat, massa jenisnya 5 kali massa jenis air dan ukurannya tidak terlalu besar, sedangkan Planet Jovian adalah planet-planet yang komposisi bahan penyusunnya terdiri dari hidrogen dan helium seperti Jupiter dan rapat massanya tidak terlalu besar. Umumnya ukuran Planet Jovian sangat besar dan punya banyak satelit serta cincin.

JARAK PLANET KE MATAHARI

Jarak planet ke Matahari dinyatakan dalam satuan astronomi. 1 satuan atronomis=149 600 000 km atau jarak Bumi ke Matahri. Slaha satu metode lain untuk menentukan jarak planet ke Matahari yaitu menggunakan Hukum Titius-Bode.
Rmus Hukum Titus-Bode yaitu s=(n=4);10 dimana, n adalah deret bilangan urutan planet. Hukum Titius-Bode ternyata tidak terlalu besar kesalahannya sampai planet Uranus. Untuk perhitungan planet Neptunus, kesalahnnya mencapai 22%. Jika n=3, maka s ditujukan kepada sabuk asteroid. Karena steroid adalah bahan-bahan pembentuk planet yang tidak sempat membentuk planet.

DEFINISI PLANET

Dahulu, Planet adalah benda langit gelap yang berukuran lebih dari 1000 km yang mengorbit bintang. Berdasarkan definisi ini, Tata Surya memiliki 9 planet yang berpeluang besar bertambah menjadi 12 planet atau lebih. Namun, setelah Konferensi International Astronomical Unit bulan Agustus 2006, definisi planet berubah menjadi : benda langit dengan 3 ciri yaitu mengelilingi Matahari, memiliki massa yang cukup besar sehingga menghasilkan gravitasi yang mampu membuatnya berbentuk bulat, lintasan orbitnya jelas( tidak bersinggungan dengan orbit benda lain). Berdasarkan definis baru ini, maka Pluto terpaksa dieliminasi dari daftar anggota Tata Surya. 3 nama yaitu Eris, Ceres dan Charon yang tadinya hampir dikategorikan sebagai planet, terpaksa digolongkan jadi suatu kategori benda angkasa lain yaitu planet kerdil atau asteroid. Planet kerdil dan asteroid mempunyai perbedaan yaitu asteroid bentuknya tak beraturan, seringkali ukurannya hanya ratusan hingga 1000 km. Sedangkan, planet kerdil berciri-ciri bentuknya bulat dan ukurannya jauh lebih besar dari asteroid.
Semua objek asteroid, planet kerdil, komet, meteoroid dan debu antar-planet serta objek lainnya digolongkan sebagi Tata Surya kecil yang bersama-sama mengelilingi Matahari.

MERKURIUS

Merkurius adalah planet terdekat dengan Matahari sekaligus planet terkecil dalam Tata Surya. Merkurius dapat dilihat beberapa saat sebelum Matahari terbit dan beberapa saat setelah Mtaahari terbenam, bersama dengan Venus. Pda siang hari, suhu permukaannya mencapai 700 K. Dan pada malam hari, suhu planet mendingin mencapai 90 K. Sedikit terkena cahaya Matahari maka suhunya akan naik 800 F. Nama Merkurius diambil dari salah satu nama dewa Romawi.
Permukaan Merkurius sangat mirip Bulan karena dipenuhi oleh kawah bekas hantaman meteor. Salah satu kawah di Merkurius yaitu Cekungan Caloris yang lebarnya 1300 km. Kawah-kawah di Merkurius tidak securam kawah-kawah Bulan dan memiliki tepian yang lebih tipis. Karena grvitasi yang lemah dan terkena angin matahari secara terus-menerus maka Merkurius tidak memiliki atmosfer. Hanya terdapat selubung tipis helium, natrium dan oksigen. Inti Merkuroius terdiri dari unsur-unsur besi campuran setebal 1900 km. Lalu lapisan mantelnya terdiri dari unsur silikat setebal 600 km. Lapisan keraknya hanya setebal 100-200 km hanya terbuat dari unsur besi dan silikat.

VENUS

Venus merupakan planet kedua terdekat dengan Matahari. Venus dianggap sebagai saudara kembar Bumi, namun kenyataannya sangat berbeda. Venus dan Bumi mempunyai gravitasi yang sama besar, ukurannya juga sama besar dan komposisi penyusunnya pun sama, selain itu berbeda jauh. Permukaan Venus terdiri dari permukaan datar dan lereng-lereng. 10% luas permukaan Venus merupakan dataran tinggi yang mirip benua pada permukaan Bumi. Permukaan Venus sada yang berbebntuk gurun dan penuh dengan batu-batuan. Batuannya berwarna cokelat dan menunjukkan gejala pelapukan oleh atmosfer Venus. Kemudian, ada kegiatan vulkanik yang terjadi di permukaan Venus dan ditemukan senyawa oksida seperti aluminium oksida dan magnesium oksida. Dataran tinggi di Venus diberi nama seperti Aphrodite Terra dan Ishtar Terra, sesuai nama dewi-dewi Yunani. Venus sendiri diambil dari nama Dewi Venus, dewi cinta bangsa Romawi.
Atmosfer Venus berwarna merah kaena atmosfernya menghalangi jatuhnya cahaya biru dari Matahari. Atmosfernya terdiri dari 96,5 % karbon dioksida dan 3,5% nitrogen. Kandungan karbnon dioksida yang banyak pada atmosfer Venus menyebabkan tingginya suhu serta tekanan sehingga terjadi efek rumah kaca. Pada atmosfer Venus juga terdapat awan-awan gas sulfur dioksida.
Venus berotasi dengan arah yang berlawanan dari sebagian besar planet lainnya, periode rotasinya 243 hari dan periode revolusinya 224,7 hati. Maka, satu hari Bvenus = 117 hari di Bumi. Rotasi Venus berlawanan memunculkan dugaan bahwa dulu planet ini ditabrak asteroid cukup besar hingga orbitnya berubah arah.

BUMI

Bumi merupakan planet ketiga terdekat dengan Matahari sekaligus merupakan planet yang mempunyai kehidupan. Komposisi air, udara dan daratan planet ini seimbang. Atmosfer Bumi terdiri dari 78% nitrogen, 20% oksigen, 1% uap air, karbon dioksida dan gas-gas lainnya yang terbagi atas 5 lapisan. Bumi memiliki 1 satelit alamiah yaitu Bulan.
Massa jenis Bumi sekitar 5500kg/m3, sehingga Bumi sebagian besar terdiri dari gabungan batuan dan bahan-bahan logam.

MARS

Mars adalah planet merah yang terdekat keempat dengan Matahari. Warna merah planet ini disebabkan oleh kandungan besi (III) oksida. Permukaan Mars yang berwarna coklat kekuningan dipenuhi dengan bebatuan yang mungkin berasal dari kegiatan vulkanis yang pernah berlangsung di Mars. Selain bebatuan, terdapat juga debu-debu yang mengandung air dan karbon dioksida yang membeku. Tanah Mars kaya akan mineral kaya besi, besi hidroksida, sulfat dan karbonat serta campuran nikel dan besi. Permukaan Mars terbagi menjadi dua yaitu belahan selatan yang penuh dengan kawah dan alur-alur mirip saluran dan bagian utara yang penuh dengan gunung-gunung berapi yang sudah padam. Gunung-gunung berapi di Mars serupa dengan berapi perisai yang ada di Bumi hanya bentuknya lebih besar. Di Mars, terdapat ngarai terbesar di Tata Surya yaitu Valles Marinensis (panjang 4000 km dan kedalam 2-7 km) dan gunung tertinggi di Tata surya yaitu Olympus Mons (24 km).
Atmosfer Mars terdiri dari 95% karbon dioksida, 3% nitogen dan 1,6% argon, oksigen dan air. Pada atmosfernya, sering terbentuk awan yang terbentuk dari kristal-kristal es kering. Suhu di Mars berkisar antara -140 C pada musim dingin hingga 20 C pada musim panas.
Mars memiliki 2 satelit yaitu Phobos dan Deimos. Nama Mars diambil dari Dewa Mars, dewa perang bangsa Romawi.

JUPITER

Jupiter adalah planet terbesar dalam tata surya. Nama Jupiter diambil dari Raja para Dewa bangsa Romawi. Bersama Saturnus, Uranus dan Neptunus, Jupiter diklasifikasikan sebagai planet-planet gas raksasa, karena unsur utamanya terbuat dari hidrogen dan helium. Pita-pita yang tampak pada permukaan Jupiter adalah daerah perputaran gas atau mungkin saja daerah badai yang terus berlangsung di Jupiter. Jupiter terkenal dengan Bintik Merah Besar (Great Red Spot) dengan bentuk oval yang berukuran 14000 km x 30000 km. Mungkin Bintik Merah Besar adalah daerah kumpulan awan badai raksasa.
Bagian dalam Jupiter terdiri dari inti yaitu laipasn hidrogen metalik dengan ketebalan 40 000 km. Lapisan selanjutnya yaitu lapisan hidrogen molekul yang terdiri dari lautan hidrogen dan helium cait dengan ketebalan 16 000 km. Suhu permukaannya mencapai -140 C hingga 21 C. Komposisi atmosfer Jupiter terdiri dari 75% hidrogen,24% helium dan 5% gas-gas lainnya.
Jupiter mempunyai cincin tipis yang terbuat dari debu dan partikel es, sumbangan dari satelit-satelitnya. Jupiter mempunyai 63 satelit, 4 diantaranya berukuran besar dan ditemukan oleh Galileo sehingga disebut bulan Galileo. Satelit tersebut adalah Io, Europa, Ganymede dan Callisto.

SATURNUS

Saturnus adalah planet terbesar kedua setelah Jupiter. Nama Satiunus diambil dari nama Dewa Saturnus Romawi. Saturnus mempunyai cincin tebal yang tersusun dari partikel-partikel es, debu dan batuan kecil. Benda-benda penyusun ini berotasi mengelilingi Saturnus dan cahaya bisa menembus cincin. Saat Galileo mengamati Saturnus, ia salah menduga bahwa Saturnus punya telinga, yang sebenarnya adalah cincin yang sangat tebal. Kerapatan masaa Saturnus hanya 0,705gr/cm3 sehingga Saturnus dapat mengambang di air.
Komposisi Saturnus terdiri atas 3 bagian yaitu lapisan inti batuan dan besi, lapisan hidrogen dan helium metalik dan lapisan terluar terdiri dari molekul-molekul hidrogen, helium dan air. Bagian inti terbuat dari batuan dan besi dengan jari-jari 13 800 km dengan suhu 12 000 K. Bagian lapisan hidrogen dan helium metalik berjarak 15 000 km dari pusat hingga 25 000 km. Bagian terluar berjarak 25 000 km hingga 50 000 km.
Atmosfer Saturnus terdiri dari 93% hidrogen, 5% helium dan 2% gas-gas lainnya. Saturnus mempunyai Bintik Putih Besar yang sebenarnya adalah badai awan cirrus, yang terjadi dalam periode 30 tahun. Saturnus memiliki 60 satelit.

URANUS

Uranus adalah planet pertama yang ditemukan dengan bantuan teleskop. Ditemukan Sir William Herschel tahun 1781, nama Uranus berasal dari dewa langit Yunani. Sudut sumbu rotasi terhadap bidang orbit sekitar 8o sehingga terlihat seperti mengelinding. Karena itu, cahaya Matahari jatuh di kutub-kutubnya. Planet ini didominasi oleh es dan bebatuan ditambh hidrogen dan helium. Uranus berwarna biru yang berasal dari metana dan hidrogen. Uranus hanya terdiri dari bagian inti batuan dan atmosfer yang sangat mampat. Lapisan inti terdiri dari bebatuan, oksigen dan ion-ion. Atmosfer Uranus terdiri dari air, amonia dan metana. Komposisi atmosfer Uranus terdiri dari 83% hidrogen, 15% helium, 2% metana dan sisanya asetilena. Cincin Uranus terbuat dari partikel es dan debu yang cukup besar. Uranus memiliki 27 satelit.

NEPTUNUS

Neptunus adalah planet terjauh dengan Matahari dalam Tata Surya, namanya diambil dari dewa laut Romawi. Komposisi Neptunus terdiri dari 3 bagian yaitu inti yang terbuat dari bebatuan, selubung yang tersusun atas air terionisasi dan hidrogen metalik dan atmosfernya tersusun atas molekul hidrogen, etana dan metana.
Neptunus juga memiliki cincin yang berbentuk busur tersusun atas partikel yang kecil. Neptunus memiliki badai dengan awan putih di sekelilingnya yang disebut Bintik Putih Besar. Bentuk dan posisi bintik ini selalu berubah. Orbit Neptunus agak aneh karena seringkali planet ini meninggalkan orbitnya dan, ketika dilihat, Neptunus menjadi satu dengan Uranus. Penyebabnya adalah gerak maju-mundur Neptunus. Namun, hal ini tidak menjelaskan keanehan orbit Uranus. Neptunus memiliki 13 satelit.

KOMET
Komet adalah benda antar-planet yang terdiri dari bongkah es dan debu yang meluncur sangat cepat melintasi tata surya. Ketika komet menghampiri bagian-dalam Tata Surya, radiasi dari matahari menyebabkan lapisan es terluarnya menguap. Arus debu dan gas yang dihasilkan membentuk suatu atmosfer yang besar tetapi sangat tipis di sekeliling komet, disebut coma. Akibat tekanan radiasi matahari dan angin matahari pada coma ini, terbentuklah ekor raksasa yang menjauhi matahari.
Coma dan ekor komet membalikkan cahaya matahari dan bisa dilihat dari bumi jika komet itu cukup dekat. Ekor komet berbeda-beda bentuk dan ukurannya. Semakin dekat komet tersebut dengan matahari, semakin panjanglah ekornya. Ada juga komet yang tidak berekor. Orbit komet berbentuk elips yang sangat lonjong.
Teori asal-usul komet berasal dari astronom Belanda, Jan Oort tahun 1950, bahwa ada awan yang berjari-jari50 000-100 000 SA yang terdiri dari materi berukuran kecil dan mengandung kira-kira 100 trilyun komet.

METEOROID, METEOR DAN METEORIT

Meteoroid adalah benda yang berasal dari batuan kecil pecahan asteroid atau sisa dari komet. Saat meteoroid tertarik gravitasi Bumi dan terbakar menembus atmosfer disebut meteor atau bintang jatuh. Sisa-sisanya disebut meteorit.
Hujan Meteor bisa terjadi bila suati planet dilintasi komet atau meteoroid dalam jumlah banyak. Meteoroid akan tertarik oleh gravitasi Bumi dan akan menghasilkan hujan meteor. Hujan meteor dinamai sesuai dengan titik radian yang asalnya dari rasi bintang. Meteorit terbagi atas meteorit logam, batuan dan campuran.

ASTEROID

Asteroid atau planetoid adalah benda antar-planet dengan beragam bentuk yang ada pada Tata Surya. Asteroid terdapat di antara orbit Jupiter dan Mars dalam jumlah besar. Daerah ini disebut sabuk asteroid dengan asteroid terbesar, Ceres. Namun, Ceres sudah dikelompokkan sebagai planet kerdil. Selain itu, asteroid yang tersebar di orbit suatu planet disebut Trojan. Ada asteroid yang disebut asteroid-dekat-Bumi karena orbitnya di sekitar Bumi. Contohnya : 2062 Aten. Ada juga asteroid yang mempunyai satelit.
Ada asteroid yang orbitnya di belakang planet Neptunus disebut objek Trans Neptunus (Trans-Neptunian Object). Objek Trans-Neptunus terdiri dari Objek Sabuk Kuiper, Objek Piringan Tersebar (Scattered Disk) dan objek Awan Oort. Di daerah inilah, terdapat banyak sekali asteroid yang semua orbit bersinggungan denga orbit Neptunus. 2 planet kerdil menempati wilayah ini yaitu Eris dan Pluto. Semua nama asteroid mempunyai angka.
Sabuk Kuiper adalah daerah yang berjarak 30 hingga 50 SA dari Matahari dan masuk objek Trans-Neptunus. Piringan Tersebar adalah objek-objek yang berupa planet kecil es. Awan Oort adalah awan komet berbentuk bola yang jaraknya 50 000 hingga 100 000 SA dari Matahari.

134340 PLUTO

Pluto ditemukan oleh Pervical Lowell dan Clyde. W. Tombaugh dengan sistem astronomi yang paling tradisionl karena menggunakan plat fotografik hitam-putih. Kini Pluto memiliki 3 satelit yaitu Charon, Nix dan Hydra. Ada kemungkinan bahwa Pluto bukan dikelilingi oleh Charon tapi kedua-duanya saling mengelilingi. Orbit Pluto memotong orbit Neptunus sehingga Pluto bisa lebih dekat dengan Matahari dibanding Neptunus. Nama Pluto diambil dari Dewa Akhirat Romawi.

90377 SEDNA

Sedna adalah asteroid objek Piringan Tersebar dan Sabuk Kuiper. Butuh waktu 12 000 tahun untuk mengelilingi Matahari.

136199 ERIS
Eris adalah planet kerdil objek Awan Oort. Dulu dikenal dengan nama 2003 UB 313 atau Xena, Eris masuk daftar rancangan Tata Surya baru. Eris mempunyai satelit disebut Dysnomia.