Tuesday, 24 September 2013
Kamis, 26 Juli 2012 | By LUQMAN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Dalam pengertian sehari-hari, bernafas sekedar diartikan sebagai proses
pertukaran gas di paru-paru. Tetapi secara biologis, pengertian respirasi
tidaklah demikian. Pernafasan lebih menunjuk kepada proses pembongkaran atau
pembakaran zat sumber energi di dalam sel-sel tubuh untuk memperoleh energy atau
tenaga. Zat makanan sumber tenaga yang paling utama adalah karbohidrat.
Respirasi tidak hanya terdapat pada hewan dan manusia tetapi , juga terdapat
pada tumbuhan . Tumbuhan juga menyerap O2 untuk pernafasannya, umumnya diserap
melalui daun (stomata). Pada keadaan aerob, tumbuhan melakukan respirasi aerob.
Bila dalam keadaan anaerob atau kurang oksigen, jaringan melakukan respirasi
secara anaerob. Misal pada akar yang tergenang air. Pada respirasi aerob,
terjadi pembakaran (oksidasi) zat gula (glukosa) secara sempurna, sehingga
menghasilkan energi jauh lebih besar (36 ATP) daripada respirasi anaerob (2 ATP
saja). Demikian pula respirasi yang terjadi pada jazad renik (mikroorganisma).
Sebagian mikroorgaanisme melakukan respirasi aerobik (dengan zat asam),
anerobik (tanpa zat asam) atau cara keduanya (aerobik fakultatif).
Respirasi merupakan bagian penting di dalam kehidupan tumbuhan untuk
beradaptasi dengan lingkungan nya. Dengan demikian diharapkan dapat
mengetahui bagaimana tahapan respirasi sebenarnya pada tumbuhan dengan
harapan dapat memperoleh manfaat pengetahuan dan memperkaya khasanah ilmu
pendidikan .
1.2.Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini yaitu untuk menyelesaikan tugas terstruktur
dari mata kuliah Fisiologi Tumbuhan . Selain itu bertujuan untuk mengetahui
tahapan-tahapan respirasi yang terjadi di dalam tumbuhan .
BAB II
ISI
2.1. Pengertian respirasi
Respirasi adalah suatu proses pengambilan O2 untuk memecah
senyawa senyawa organik menjadi CO2, H2O dan energi. Namun demikian respirasi
pada hakikatnya adalah reaksi redoks, dimana substrat dioksidasi menjadi CO2
sedangkan O2 yang diserap sebagai oksidator mengalami reduksi menjadi H2O. Yang
disebut substrat respirasi adalah setiap senyawa organik yang dioksidasikan
dalam respirasi, atau senyawa-senyawa yang terdapat dalam sel tumbuhan yang
secara relatif banyak jumlahnya dan biasanya direspirasikan menjadi CO2 dan
air. Sedangkan metabolit respirasi adalah intermediat-intermediat yang
terbentuk dalam reaksi-reaksi respirasi
Respirasi
yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi
melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan
energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme),gerak,
dan pertumbuhan.
Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, rspirasi dapat dibedakan menjadi
respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen bebas untuk
mendapatkan energi dan respirasi anaerob atau biasa disebut dengan proses
fermentasi yaitu respirasi yang tidak menggunakan oksigen namun bahan bukunya
adalah seperti karbohidrat, asam lemak, asam amino sehingga hasil respirasi
berupa karbondioksida, air dan energi dalam bentuk ATP.
Karbohidrat merupakan substrat respirasi utama yang terdapat dalam sel
tumbuhan tinggi. Terdapat beberapa substrat respirasi yang penting lainnya
diantaranya adalah beberapa jenis gula seperti glukosa, fruktosa, dan sukrosa;
pati; asam organik; dan protein (digunakan pada keadaan & spesies
tertentu).
Secara umum, respirasi karbohidrat
dapat dituliskan sebagai berikut:
C6H12O6 +
O2 6CO2 + H2O + energy
Reaksi di atas merupakan
persamaan rangkuman dari reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses respirasi.
Contoh: Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya:
C6H1206 +
6 02 ——> 6 H2O + 6 CO2 + Energi
2.2.
Alat Respirasi Tumbuhan
Seperti dijelaskan sebelumnya, proses respirasi diawali
dengan proses pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida melalui alat
pernapasan. Alat pernapasan tumbuhan letaknya tersebar. Tumbuhan dapat
melakukan pertukaran gas melalui stomata, lenti sel, dan rambut akar. Pada
tumbuhan tertentu, pernapasan melalui alat khusus, misalnya akar napas pada
tumbuhan bakau maupun beringin. Berikut ini akan dijelaskan alat-alat
pernapasan tumbuhan.
2.2.1.Stomata
Stomata atau mulut daun terdiri atas celah atau lubang yang dikelilingi oleh dua sel penjaga dan terletak di daun. Stomata berfungsi sebagai tempat pertukaran gas pada tumbuhan, sedangkan sel penjaga berfungsi untuk mengatur, membuka dan menutupnya stomata. Stomata tumbuhan pada umumnya membuka pada saat matahari terbit dan menutup saat hari gelap.
Membuka dan menutupnya stomata dipengaruhi oleh kandungan air dan ion
kalium di dalam sel penjaga. Ketika sel penjaga memiliki banyak ion kalium, air
dari sel tetangga akan masuk ke dalam sel penjaga secara osmosis. Akibatnya,
dinding sel penjaga yang berhadapan dengan celah stomata akan tertarik ke
belakang, sehingga stomata menjadi terbuka. Sebaliknya, ketika ion kalium
keluar dari sel penjaga, air dari sel penjaga akan berpindah secara osmosis ke
sel tetangga. Akibatnya, sel tetangga mengembang dan mendorong sel penjaga ke
arah celah sehingga stomata menutup.
Gambar 1.
stomata
Bentuk dan posisi stomata pada daun beragam, tergantung spesies tumbuhannya.
Secara teknis, yang dimaksud dengan stomata adalah celah yang ada diantara dua
sel penjaga (guard cell), sedangkan aparatus stomata adalah kedua sel
penjaga tersebut. Berdampingan dengan sel penjaga terdapat sel-sel epidermis
yang juga telah termodifikasi, yang disebut sebagai sel pendukung (subsidiary
cell).
Dalam proses transpirasi, air menguap dari dinding sel parenkhima palisade
dan parenkhima spongy ke ruang interseluler. Kedua jenis sel-sel
parenkhima ini secara kolektif disebut sebagai sel-sel mesofil. Rongga udara
yang relativ luas yang berada di bawah posisi stomata di dalam daun disebut
sebagai rongga substomatal.
Stomata umumnya terdapat pada permukaan bawah daun. Tetapi ada beberapa spesies
tumbuhan di mana stomata dapat dijumpai pada kedua permukaan daunnya (atas dan
bawah). Ada pula tumbuhan yang hanya mempunyai stomata pada permukaan atas
daunnya, misalnya pada bunga lili air. Untuk tumbuhan dalam air tidak memiliki
stomata sama sekali.
Sel penjaga pada tanaman dikotil umumnya berbentuk seperti sepasang ginjal.
Keunikan dari sel penjaga ini adalah bahwa serat halus selulosa (cellulose
microfibril) pada dinding selnya tersusun melingkari sel penjaga, pola
susunan yang demikian disebut sebagai miselasi radial (radial micellation).
Karena serat selulosa ini relatif tidak elastis, maka jika sel penjaga menyerap
air, maka sel ini tidak dapat membesar diameternya, tetapi dapat memanjang.
Karena sepasang sel penjaga ini melekat satu sama lain pada kedua ujungnya,
maka jika keduanya memanjang (akibat menyerap air) maka keduanya akan
melengkung ke arah luar. Kejadian ini akan menyebabkan celah stomata membuka.
2.2.2. Lentisel
Pada tumbuhan dikotil, selain kambium intervasikuler yang membentuk xilem dan
floem sekunder ada juga kambium gabus yang menghasilkan parenkima gabus dan
lapisan gabus. Lapisan gabus akan menggantikan epidermis. Lapisan gabus terdiri
atas sel-sel mati dan membantu melindungi batang. Kambium gabus, parenkima
gabus, dan lapisan gabus akan mengelupas dan lepas sebagai bagian kulit.
Akibatnya, timbul lubang-lubang di batang yang disebut lentisel. Lentisel
memungkinkan sel-sel tetap hidup di dalam batang melalui pertukaran gas dengan
udara luar.
Gambar 2
lentisel
2.2.3. Rambut Akar
Selain untuk menghisap air dan garam-garam mineral, rambut akar berfungsi sebagai
alat pernapasan. Sel-sel rambut akar akan mengambil oksigen pada pori-pori
tanah.
Gambar 3.
Akar beserta bagian nya
v Akar adalah salah satu bagian pokok tubuh tumbuhan berkormus
dan merupakan organ vegetatif tumbuhan.
v Fungsi akar, yaitu
1.menopang berdirinya tubuh tumbuhan
2. menyerap air dan unsur hara
3. untuk bernafas
4. tempat menyimpan zat makanan yaitu sebagai cadangan makanan
5. alat perkembangbiakan
1.menopang berdirinya tubuh tumbuhan
2. menyerap air dan unsur hara
3. untuk bernafas
4. tempat menyimpan zat makanan yaitu sebagai cadangan makanan
5. alat perkembangbiakan
v Ciri-ciri
akar, yaitu
-akar tidak memiliki buku, ruas, daun, bunga, dan buah
-arah pertumbuhan akar menuju ke pusat bumi atau ke arah sumber air dan menjauhi sinar matahari
-pertumbuhan ujung akar lebih lambat dibandingkan batang
-ujung akar tumbuh terus dan tidak dapat dipisahkan dari pangkalnya
-ujung akar berbentuk runcing sehingga memudahkan untuk menembus tanah
-akar tidak memiliki buku, ruas, daun, bunga, dan buah
-arah pertumbuhan akar menuju ke pusat bumi atau ke arah sumber air dan menjauhi sinar matahari
-pertumbuhan ujung akar lebih lambat dibandingkan batang
-ujung akar tumbuh terus dan tidak dapat dipisahkan dari pangkalnya
-ujung akar berbentuk runcing sehingga memudahkan untuk menembus tanah
v Bagian-bagian
akar
a. pangkal atau leher akar
b. ujung akar
c. tubuh atau batang akar
d. cabang-cabang akar
e. akar rambut/serabut akar
f. bulu-bulu akar/rambut-rambut akar
g. tudung akar
a. pangkal atau leher akar
b. ujung akar
c. tubuh atau batang akar
d. cabang-cabang akar
e. akar rambut/serabut akar
f. bulu-bulu akar/rambut-rambut akar
g. tudung akar
2.2.4. Alat Pernafasan Khusus
Kemampuan tumbuhan beradaptasi terhadap lingkungan menghasilkan alat pernapasan
khusus. Tumbuhan bakau yang hidup di lingkungan air laut mempunyai akar yang
tumbuh ke atas permukaan tanah untuk memperoleh oksigen dan mengeluarkan karbon
dioksida. Akar tersebut disebut akar napas.
Pohon beringin dan anggrek mempunyai akar gantung untuk bernapas. Akar tersebut tumbuh dari batang dan menggantung kearah tanah. Pada saat masih menggantung, akar ini menyerap uap air dan gas dari udara. Akan tetapi setelah masuk ke tanah, akar tersebut berfungsi menyerap air dan garam mineral. Tumbuhan yang hidup di air seperti enceng gondok dan kangkung, batangnya mempunyai rongga-rongga udara yang besar berfungsi untuk menyalurkan oksigen.
Pohon beringin dan anggrek mempunyai akar gantung untuk bernapas. Akar tersebut tumbuh dari batang dan menggantung kearah tanah. Pada saat masih menggantung, akar ini menyerap uap air dan gas dari udara. Akan tetapi setelah masuk ke tanah, akar tersebut berfungsi menyerap air dan garam mineral. Tumbuhan yang hidup di air seperti enceng gondok dan kangkung, batangnya mempunyai rongga-rongga udara yang besar berfungsi untuk menyalurkan oksigen.
2.3. Tahapan Respirasi di
dalam Organel dan Sel
Ditinjau
dari kebutuhannya akan oksigen, respirasi dapat dibedakan menjadi dua macam
yaitu :
2.3.1
Respirasi Aerobik (aerob)
Respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen oksigen bebas untuk
mendapatkan energi. Persamaan reaksi proses respirasi aerob secara sederhana
dapat dituliskan:
C6H12O6
+ 6H2O >> 6H2O + 6CO2 + 675 kal
Dalam kenyataan reaksi yang terjadi tidak sesederhana itu. Banyak tahapan yang
terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-reaksi itu dapat dibedakan
menjadi 3 tahapan yaitu glikolosis, siklus krebs dan transport elektron
(syamsuri, 1980).
2.3.1.1.Glikolisis
Pada tahap awal dari glikolisis (dari kata latin,
glykos = gula; lysis = pemecahan), karbohidrat diubah menjadi heksosa fosfat,
yang kemudian dipecah menjadi dua molekul triosa fosfat. Selanjutnya kedua
molekul triosa fosfat tersebut dioksidasi menjadi dua molekul piruvat.
Disamping menyiapkan substrat untuk oksidasi dalam siklus asam sitrat,
glikolisis juga menghasilkan sejumlah kecil ATP dan NADH.
Ketika oksigen molekular tidak tersedia, seperti pada akar tumbuhan yang
terendam, glikolisis dapat menjadi sumber energi utama bagi sel. Dalam kondisi
seperti ini, fermentasi yang berlangsung di dalam sitosol, mendaur
ulang NADH yang dihasilkan dari glikolisis dengan cara mereduksi piruvat.
Glikolisis terjadi pada semua organisme (prokariot dan eukariot). Secara
prinsip reaksi-reaksi dalam glikolisis dan fermentasi dalam tumbuhan hampir
sama dengan yang terjadi dalam sel hewan (Gambar 2). Tetapi glikolisis pada
tumbuhan memiliki mekanisme pengaturan yang khas, berlangsung secara paralel
antara glikolisis sitotol dan plastida, serta jalur-jalur alternatif dari
reaksi-reaksi glikolisis di dalam sitosol. Pada hewan, substrat utama respirasi
adalah glukosa dan produk akhirnya adalah piruvat. Pada tumbuhan, sukrosa
merupakan bentuk gula utama yang ditranslolasikan dan oleh karenanya merupakan
jenis gula utama yang diimpor oleh jaringan/organ non fotositesis, maka sukrosa
diyakini merupakan substrat utama respirasi tumbuhan dan hasil akhirnya tidak
hanya piruvat, tetapi juga dapat berupa asam organik lainnya
yaitu malat.
Pada tahap awal glikolsis, sukrosa dipecah menjadi dua monosakarida, glukosa
dan fruktosa, yang dapat segera masuk ke lintasan glikolisis. Terdapat dua
lintasan yang memecah sukrosa di dalam tumbuhan. Pertama, pada sebagian
besar jaringan tumbuhan, enzim sukrosa sintase yang ada di dalam
sitosol, digunakan untuk memecah sukrosa dengan cara menggabungkan sukrosa
dengan UDP menjadi fruktosa dan UDP-glukosa. Kemudian enzim
UDP-glukosa-pirofosforilase mengubah UDP-glukosa dan pirofosfat (PPi) menjadi
UTP dan glukosa-6-fosfat (Gambar 2). Kedua, pada beberapa jaringan
tumbuhan, enzim invertase yang terdapat pada dinding sel, vakuola
atau sitosol menghidrolisis sukrosa menjadi dua heksosa, yaitu fruktosa dan
glukosa, yang kemudian difosforilasi dalam suatu reaksi yang menggunakan ATP.
Plastida, seperti kloroplas dan amiloplas, dapat juga menyediakan substrat
untuk glikolisis. Pati disintesis dan dipecah hanya di dalam plastid. Plastid
mengubah pati menjadi triosa fosfat menggunakan enzim-enzim glikolisis yang
mengubah heksosa fosfat menjadi triosa fosfat. Senyawa karbon yang diperoleh
dari pemecahan pati masuk ke dalam lintasan glikolisis di dalam sitosol.
Senyawa karbon tersebut terutama dalam bentuk heksosa fosfat yang
ditranslokasikan dari amiloplas atau triosa fosfat yang ditranslokasikan dari
kloroplas. Hasil fotosintesis dapat juga langsung masuk lintasan glikolisis
dalam bentuk triosa fosfat.
Pada tahap awal glikolisis, tiap unit heksosa difosforilasi dua kali dan
dipecah menjadi dua molekul triosa fosfat. Bergantung apakah pemecahan tersebut
menggunakan enzim sukrosa sintase atau invertas, serangkaian reaksi pemecahan
tersebut menggunakan dua sampai empat molekul ATP untuk tiap unit sukrosa.
Reaksi-reaksi tersebut juga melibatkan dua dari tiga reaksi tidak dapat balik
penting dari lintasan glikolisis yang dikatalisis oleh enzim heksokinase dan
fosfofruktokinase . Reaksi fosfofruktokinase adalah satu dari titik kendali
glikolisis baik pada tumbuhan maupun hewan.
Ketika molekul gliseraldehid-3-fosfat terbentuk, lintasan glikolisis memulai
memanen energi pada tahap pemanenan energi dari glikolisis. Enzim
gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi aldehid untuk
membentuk asam karboksilat dan mereduksi NAD+ menjadi NADH.
Reaksi tersebut melepas energi bebas dalam jumlah cukup untuk melakukan
fosforilasi gliseraldehid-3-fosfat menggunakan fosfat inorganik dan membentuk
1,3-bisfosfogliserat. Molekul ini merupakan suatu pemberi gugus fosfat yang
cukup kuat karena memiliki standar energi bebas untuk hidrolisis yan gcukup
tinggi (-49.3 kJ per mol atau –11.8 kkal per mol).
Pada tahap berikutnya gugus fosfat dari ato carbon ke 1 dari
1,3-bisfosfogliserat dipindhakan ke molekul ADP untuk membentuk ATP dan molekul
3-fosfogliserat. Untuk tiap sukrosa yang masuk glikolisis akan dihasilkan empat
ATP dari reaksi ini. Sintesis ATP dengan cara tersebut disebut fosforilasi
tingkat substrat, yang melibatkan pemindahan langsung sebuah gugus fosfat dari
molekul substrat ke ADP untuk membentuk ATP. Sintesis ATP melalui proses ini
berbeda mekanismenya dengan sintesis ATP melalui fosforilasi oksidatif di
mitokondria atau sintesis ATP pada proses fotosintesis.
Pada dua reaksi berikutnya, fosfat dari molekul 3-fosfogliserat dipindahkan ke
ataom karbon ke dua dan kemudian sebuah molekul air dilepas menghasilkan
senyawa yang disebut fosfoenol piruvat (PEP). Gugus fosfat dari PEP memiliki
standar energi bebas yang tinggi (-61.9 kJ per mol atau –14.8 kkal per mol),
sehingga PEP merupakan suatu donor fosfat yang baik untuk membentuk ATP. Dengan
menggunakan PEP sebagai substrat, enzim piruvat kinase memindahkan gugus fosfat
dari PEP ke ADP untuk membentuk ATP dan piruvat. Tahap terahir ini, yang
merupakan tahap tidak dapat balik ketiga yang penting dalam glikolisis,
menghasilkan empat molekul ATP untuk tiap molekul sukrosa yang masuk ke dalam
lintasan glikolisis.
Di dalam tumbuhan, selain PEP diubah ke bentuk piruvat, PEP juga dapat
mengalami karboksilasi untuk membentuk asam organik oksaloasetat (OAA) dengan
bantuan enzim PEP karboksilase. OAA kemudian direduksi menjadi malat dengan
bantuan enzim malat dehidrogenase dan menggunakan NADH. Malat yang dihasilkan
dapat disimpan di dalam vakuola atau ditransport ke mitokondria dan masuk ke
siklus asam sitrat.
Gambar
4. Proses Glikolisis
2.3.1.2
Siklus krebs
Selama abad ke 19, ahli-ahli biologi meneliti pengaruh keberadaan oksigen
terhadap metabolisme respirasi. Pada kondisi tidak ada oksigen, sel memproduksi
etanol atau asam laktat, sementara apabila ada oksigen, sel mengkonsumsi oksigen
dan meproduksi CO2 dan H2O. Pada tahu 1937, seorang
ahli kimi Inggris kelahiran Jerman, Hans A. Krebs, melaporkan penelitiannya
tentang siklus asam sitrat (juga disebut siklus asam trikarboksilat atau siklus
Krebs). Siklus asam sitrat menerangkan bagaimana piruvat diubah menjadi molekul
CO2 dan H2O dalam suatu rangkaian reaksi kimia yang
bersiklus. Siklus asam sitrat berlangsung di dalam matriks mitokondria.
Siklus asam sitrat disebut juga siklus asam trikarboksilat untuk menunjukkan
pentingnya dua molekul trikarboksilas, citrat dan isositrat, sebagai dua
intermediet pertama dari siklus ini. Untuk berlangsungnya siklus asam sitrat,
piruvat yang dihasilkan dari glikolisis harus ditrasport ke dalam matriks
mitrokondria melalui protein transport khusus yang terdapat pada membran dalam
mitrokondria. Setelah piruvat ada di dalam matriks, piruvat kemudian
didekarboksilasi dalam suatu reaksi opksidasi oleh ensim piruvat dehidrogenase.
Hasil dari reaksi ini adalah NADH, CO2 dan asam asetat dalam bentuk
asetil koA. Piruvat dehidrogenase merupakan kompleks enzim yang mengkatalisis
keseluruhan tiga proses ini, yaitu dekarboksilasi, oksidasi dan konjugasi asam
asetat dengan KoA (Gambar 4).
Pada reaksi berikutnya enzim sitrat sintase menggabungkan grup asetil dari
asetil koA dengan OAA, suatu asam dikarboksilat beratom karbon empat, untuk
menghasilkan sitrat, yang kemudian diisomerasi oleh enzim aconitase untuk
menghasilkan isositrat. Dua tahap reaksi berikutnya adalah reaksi
dekarbokislasi oksidatif berurutan yang masing-masing menghasilkan satu
meolekul NADH, melepas satu moelkul CO2 dan membentuk suksinil
koA. Sampai tahap ini sudah tiga molekul CO2 dilepas untuk tiap
piruvat yang masuk ke mitokondria, atau 12 molekul CO2 dari
tiap molekul sukrosa yang dioksidasi.
Tahap berikutnya adalah oksidasi suksinil koA menjadi OAA, sehingga
memungkinkan siklus asam sitrat terus berputar. Mula-mula energi bebas yang
tersedia dari ikatan tioester pada seuksinil koA disimpan di dalam ATP dari ADP
dan Pi melalui proses fosforilasi tingkat substrat yang dikatalisis oleh enzim
suksinil koA sitetase. Suksinat yang dihasilkan dioksidasi menjadi fumarat oleh
enzim suksinat edhidrogenase, yang berada pada membran dalam mitokondria dan
merupakan enzim yang juga berperan di dalam rantai transport elektron.
Elektron dan proton dilepas dari suksinat dari suatu reaksi redoks yang
melibatkan FAD (flavin adenin dinukleotida). FAD secara kovalen terikat pada
sisi aktif dari suksinat ehidrogenase dan melangsungkan reduksi FAD menjadi
FADH2. Dua tahap terakhir dari siklus asam sitrat adalah hidrasi
fumarat menjadi malat, yang selanjutnya dioksidasi oleh malat dehidrogenase
menjadi OAA dan menghasilkan satu molekul NADH. Sebagai kesimpulan, setiap piruvat
yang masuk mitokondria akan menghasilkan tiga molekul CO2, empat
molekul NADH, satu molekul FADH2 dan satu molekul ATP.
Siklus Asam Sitrat Tumbuhan Memiliki
Keunikan
Siklus asam sitrat tumbuhan (Gambar 4) tidak identik dengan siklus asam sitrat
yang terjadi pada mitokondria hewan. Sebagai contoh apda tahapan yang
dikatalisis oleh enzim suksinil koA sintetase, di tumbuhan menghasilkan ATP,
sedangkan pada hewan menghasilkan GTP.
Perbedaan
yang kedua adalah adanya aktifitas enzim NAD+-malat yang tidak
dijumpai pada organisme lain. Enzim ini mengkatalisis reaksi dekarboksilasi
oksidatif dari malat menjadi piruvat:
Malat + NAD+ → piruvat + CO2 +
NADH
Keberadaan enzim NAD+-malat memungkinkan mitokondria tumbuhan mampu
melakukan lintasan alternatif dari metabolisme PEP yang dihasilkan melalui
glikolisis. Seperti diketahui, malat dapat disintesis dari PEP di sitosol
dengan bantuan enzim PEP karboksilase dan malat dehidrogenase. Malat kemudian
ditransport ke dalam matriks mitokondria, dimana enzim NAD+-malat
dapat mengoksidasinya menjadi piruvat. Reaksi ini memungkinkan oksidasi
sempurna dari itermediat-intermediat siklus asam sitrat, seperti malat atau
sitrat.
Alternatif lain dari jalur metabolisme PEP adalah digunakannya malat sebagai
pengganti intermediat siklus asam sitrat. Malat yang masuk ke mitokondria hasil
PEP karboksilase dapat mengisi kekurnag malat akibat keluarnya intermediat
respirasi dari siklus. Misal 2 oksoglutarat dapat keluar siklus dan digunakan
dalam asimilasi nitrogen. Hal ini dapat menyebabkan kekurang malat untuk
kelangsung siklus. Adanya malat yang masuk ke matriks dari sitosol hasil
metabolisme PEP dapat memenuhi kekurangan malat tersebut, sehingga siklus tetap
berjalan.
Gambar
5. Siklus Krebs
Memasuki siklus krebs, asetil KoA direaksikan dengan asam oksaloasetat (4C)
menjadi asam piruvat (6C). selanjutnya asam oksaloasetat memasuki daur menjadi
berbagai macam zat yang akhirnya menjadi asam oksalosuksinat. Dalam
perjalanannya, 1C (CO2) dilepaskan. Pada tiap tahapan, dilepaskan
energi dalam bentuk ATP dan hidrogen. ATP yang dihasilkan langsung dapat
digunakan. Sebaliknya, hidrogen berenergi digabungkan dengan penerima hidrogen
yaitu NAD dan FAD, untuk dibawa ke sistem transport elektron. Dalam tahap ini
dilepaskan energi, dan hidrogen direasikan dengan oksigen membentuk air.
Seluruh reaksi siklus krebs berlangsung dengan memerlukan oksigen bebas
(aerob). Siklus krebs berlangsung didalam mitokondria (Syamsuri, 1980).
2.3.1.3
Sistem Transpor ELektron
Energi yang terbentuk dari peristiwa glikolisis dan siklus krebs ada dua macam.
Pertama dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi, yaitu ATP atau GTP (Guanin
Tripospat). Energi ini merupakan energi siap pakai yang langsung dapat digunakan.
Kedua dalam bentuk transport elektron, yaitu NADH (Nikotin Adenin Dinokleutida)
dan FAD (Flafin adenine dinukleotida) dalam bentuk FADH2. Kedua
macam sumber elektron ini dibawa kesistem transfer elektron. Proses transfer
elektron ini sangat komplek, pada dasarnya, elektron dan H+ dan NADH
dan FADH2 dibawa dari satu substrak ke substrak yang lain secara
berantai. Setiap kali dipindahkan, energi yang terlepas digunakan untuk
mengikatkan fosfat anorganik (P) kemolekul ADP sehingga terbentuk ATP. Pada bagian
akhir terdapat oksigen sebagai penerima, sehingga terbentuklah H2O.
katabolisme 1 glukosa melalui respirasi aerobik menghasilkan 3 ATP. Setiap
reaksi pada glikolisis, siklus krebs dan transport elektron dihasilkan senyawa
– senyawa antara. Senyawa itu digunakan bahan dasar anabolisme (Syamsuri,
1980).
2.3.2
Respirasi Anaerobik (Anaerob)
Respirasi anaerobik adalah reaksi pemecahan karbohidrat untuk mendapatkan
energi tanpa menggunakan oksigen. Respirasi anaerobik menggunakan senyawa tertentu
misalnya asam fosfoenol piruvat atau asetal dehida, sehingga pengikat hidrogen
dan membentuk asam laktat atau alcohol. Respirasi anaerobik terjadi pada
jaringan yang kekurangan oksigen, akan tumbuhan yang terendam air, biji – biji
yang kulit tebal yang sulit ditembus oksigen, sel – sel ragi dan bakteri
anaerobik. Bahan baku respirasi anaerobik pada peragian adalah glukosa. Selain
glukosa, bahan baku seperti fruktosa, galaktosa dan malosa juga dapat diubah
menjadi alkohol. Hasil akhirnya adalah alcohol, karbon dioksida dan energi.
Glukosa tidak terurai lengkap menjadi air dan karbondioksida, energi yang
dihasilkan lebih kecil dibandingkan respirasi aerobik. Reaksinya :
C6H12O6
Ragi >> 2C2H5OH + 2CO2
+ 21Kal
Dari persamaan reaksi tersebut terlihat bahwa oksigen tidak diperlukan. Bahkan
bakteri anaerobik seperti klostidrium tetani (penyebab tetanus) tidak dapat
hidup jika berhubungan dengan udara bebas. Infeksi tetanus dapat terjadi jika
luka tertutup sehingga member kemungkinan bakteri tambah subur (Syamsuri,
1980).
2.4. RESPIRASI PADA TUMBUHAN
Sejauh ini kita telah membicarakan respirasi yang berlangsung pada tingkat
organel dan sel. Lalu bagaimana pengetahuan ini dapat dikaitkan dengan fungsi
tumbuhan secara keseluruhan di alam? Pada bagian ini kita akan membahas
respirasi tumbuhan dalam berbagai kondisi di alam.
2.4.1.Tumbuhan Merespirasikan Hampir Setengah dari Hasil
Fotosintesis
Banyak faktor dapat mempengaruhi laju respirasi tumbuhan atau organ tumbuhan, seperti
spesies dan kebiasaan hidup dari tumbuhan, jenis dan umur organ tumbuhan,
faktor lingkungan seperti konsentrasi oksigen, suhu, hara dan suplai air.
Laju respirasi tumbuhan secara keseluruhan umumnya lebih rendah dibanding laju
respirasi jaringan hewan. Perbedaan ini dikarenakan volume sel tumbuhan terisi
oleh vakola yang besar dan dinding sel yang keduanya tidak memiliki
mitokondria. Akan tetapi, laju respirasi pada beberapa jaringan tumbuhan sama
tingginya dengan laju respirasi jaringan hewan. Pada kenyataannya, mitokondria
tumbuhan berespirasi lebih cepat dari mitokondria hewan.
Meskipun secara umum tumbuhan laju respirasi yang rendah, kontribusi respirasi
terhadap keseluruhan penggunaan karbon di dalam tumbuhan sangatlah penting,
kerana semua jaringan tumbuhan berespirasi selama 24 jam per hari. Bahkan
respirasi jaringan fotosintetik dapat menggunakan sejumlah besar hasil
fotosintesis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa 30 – 60% hasil fotosintesis
tumbuhan herba hilang melalui respirasi. Pada pohon muda, kira-kira sepertiga
dari fotosintat hilang direspirasikan dan menjadi dua kali lipat pada pohon
yang lebih tua, sebagai akibat menurunnya rasio jaringan fotosintetik dan
nonfotosintetik. Di daerah tropik, 70-80% dari hasil fotosintesis harian hilang
melalui respirasi karena tingginya laju respirasi gelap akibat suhu malam yang
tinggi.
2.4.2.Respirasi Selama Fotosintesis
Mitokondria terlibat dalam metabolisme dari organ fotosintetik, baik melalui
respirasi cahaya (fotrespirasi) maupun respirasi gelap. Fotorespirasi
menghasilkan mengoksidasi hasil fotosintesis menjadi glisin yang kemudian
dioksidasi menjadi serin di dalam mitokondria. Pada saat yang bersamaan,
mitokondria juga melakukan respirasi melalui siklus asam sitrat (respirasi
gelap).
Pada organ fotosintetik seperti daun, aktifitas piruvat dehidrogenase dalam
kondisi cahaya menurun sebesar 25%, yang menghakibatkan laju respirasi secara
keseluruhan menurun. Respirasi mitokondria pada organ fotosintetik berperan
dalam (1) mensuplai ATP dan (2) mensuplai kerangka karbon untuk biosintesis,
seperti 2-oxoglutarat untuk assimilasi nitrogen.
2.4.3. Laju Respirasi Jaringan dan Organ Tumbuhan
Laju respirasi jaringan bergantung pada aktifitas metabolik dari jaringan
tersebut. Secara umum semakin tinggi aktifitas metabolisme dari suatu jaringan,
semakin tinggi laju respirasi dari jaringantersebut. Tunas yang sedang
berkemang menunjukkan laju respirasi yang sangat tinggi dan umumnya laju
respirasi jaringan vegetatif akan menurun dari titik pertumbuhan ke daerah yang
lebih terdiferensiasi. Jaringan tumbuhan yang telah dewasa, biasanya laju
respirasinya tetap atau menurun dengan lambat dengan bertambahanya umur dan
tingkat penuaan. Kekecualian terjadi pada kondisi klimakterik, dimana
peningkatan laju respirasi terjadi pada proses pemasakan buah dan penuaan daun
yang gugur/lepas dan bunga potong. Hal ini dikarenakan adanya produksi etilen
endogenous yang dapat meningkatkan aktifitas lintasan alternatif resisten
sianida pada membran dalam mitokondria.
2.4.4. Fungsi Mitokondria Sangat Penting selama Perkembangan
Polen
Jumlah
mitokondria dan ekspresi protein respirasi di dalam anter yang sedang
berkembang sangat tinggi. Hal ini dikarenakan proses perkembangan polen adalan
proses yang memerlukan banyak energi. Karakter fisiologis yang berkaitan
langsung dengan mitokondria tumbuhan adalah karakter sterilitas jantan
sitoplasma (cytoplasmic male sterility atau cms). Tanaman yang
memiliki karakter cms tidak dapat menghasilkan polen yang
viabel, oleh karenanya tumbuhan seperti itu disebut tanaman jantan steril.
Isitilah sitoplasma menunjukkan pada pola pewarisan sifat ini tidak mengikuti
pola pewarisan Mendel, tetapi sifat ini diwariskan secara maternal dari genom
mitokondria. Tanaman cms sangat penting dalam pemulaiaan tanaman karena galur
jantas steril yang stabil dapat digunakan untuk menghasilkan benih hibrida.
Karakter cms pada tanaman disebabkan oleh adanya mutasi pada DNA mitokondria
yang menyandikan subunit kompleks protein yang terlibat dalam fosforilasi
oksidatif. Pada jagung, tanaman cms-T memiliki perubahan susunan DNA sedemikian
rupa sehingga dihasilkan protein URF13. Protein ini ketika berinteraksi dengan
toksin Hm-T, yang dihasilkan oleh cendawan Bipolaris maydis yang
menyerang jagung, dapat menyebabkan kebocoran membran dalam mitokondria.
BAB IV
PENUTUP
4.1.
Kesimpulan
Berdasarkan
uraian yang telah di paparkan di atas dapat ditarik kesimpulan berupa :
1.
Respirasi
pada makhluk hidup, jika semakin besar volume organisme maka respirasi yang
berlangsung semakin cepat. Begitu juga organisme yang memiliki struktur tubuh
kompleks, akan lebih cepat.
2.
Respirasi
dapat terjadi dalam kondisi aerob dan anaerob
3. Respirasi mempunyai tahapan di dalam
sel sebelum menjadi sempurna untuk di gunakan oleh tumbuhan
Daftar Pustaka
Champbell,
N.A,dkk.2002. “Biologi”. Edisi lima Jilid satu. Erlangga:Jakarta
Dwidjoseputro. 1986. Biologi. Erlangga. Jakarta.
Jasin,Maskoeri.1989.
“Biologi Umum Untuk Perguruan Tinggi”. Bina Pustakatama:Surabaya
Kimball,
J.W. 2002. Fisiologi Tumbuhan. Erlangga. Jakarta.
Lovelles. A. R.
1997. Prinsip-prinsip Biologi Tumbuhan untuk daerah Tropik. PT
Gramedia. Jakarta.
Simbolon, Hubu
dkk. 1989. Biologi Jilid 3. Erlangga. Jakarta.
Syamsuri. I.
2000. Biologi. Erlangga. Jakarta
0 Comments:
Subscribe to:
Post Comments (Atom)
