• Unsure Hara essensial
www.berbagi ilmu.comAda dua kreteria utama untuk menentukan
essensial atau tidak essensial sustu unsure bagi kehidupan. Pertama ,
suatu unsur disebut essensial jika sudah tak mampu menyempurnakan daur
hidupnya (misalnya membentuk biji yg viabel) tanpa unsure tersebut.
Kedua, suatu unsure adalah essensial bila unsure tersebut menjadi bagian
dari molekul atau kandungan tumbuhan yang esensial bagi tumbuhan
tersebut ( contohnya, nitrogen dalam protein, dan magnesium dalam
klorofil). Setiap kreteria cukup unstuck menunjukkan keesensialannya.
Adanya kreteria lain yang di gunakan yakni kreteria ketiga yang di
pakai, bahwa bila suatu unsure disebut esensial , maka maka unsure itu
haruslah secara langsung dalam tumbuhan ,dan bukan menyebabkan suatu
unsure lain menjadi lebih mudah tersedia atau melawan unsure lainnya.
Beberapa unsure hara yang dibutuhkan oleh ataman, seperti Karbo (C),
Hidrogen (H), Oksigen (O), Nitrogen (N), Fosfor (P), kalium (K), kalsium
(Ca), Magnesiun (Mg), Belerang (S), Besi (Fe), Mangan (Mn), Boron (B),
Mo, Tembaga (Cu), Seng (Zn),dan Klor (Cl).
Berdasarkan jumlah kebutuhannya bagi ataman, di kelompokkan menjadi dua yaitu:
1. Unsure Hara Makro
Merupakan unsure hara yang di butuhkan ataman dalam jumlah besar. Unsure hara makro meliputi: N, K, P, Ca, Mg, dan S
2. Unsure Hara Mikro
Merupakan unsure hara yang di butuhkan ataman dalam jumlah kecil. Unsure hara mikro meliputi: Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn dan CI.
Pada
tiap-tiap unsure hara mempunyai fungsi /khasiat tersediri dan
mempengaruhi proses-proses tertentu dalam perkembangan dan pertumbuhan
ataman. Yakni diantaranya:
1. Karbon (C)
Unsure yang sangat
peran penting pada ataman, karena mempumyai fungsi sebagai bahan
pembangun dan sebagaian besar bahan kering ataman terdiri dari bahan
organic,yang diambil ataman berupa C02.
2. Oksigen
Terdapat
dalam bahan organik sebagai atom dan termasuk pempengunan bahan
organik yang di ambil dari ataman berupa CO2,sumbernya tidak terbatas
dan di perlukan unstuck bernafas makhluk hidup.
3. Hidrogen
Merupakan elemen pokok pembangun bahan organik , sumbernya dari air dan jumlahya tidak terbatas.
4. Nitrogen (N)
Nitrogen di ambil dan diserap oleh ataman dalam bentuk: NO3- NH4+, dan fungsinya bagi ataman yakni:
a. Nitrogen dibutuhkanuntuk pembentukan atau pertumbuhan bagian vegetative tanaman, seperti daun, akar dan batang.
b. Berperan penting dalam pembentukan zat hijau daun yang sangat berguna dalam proses fotosintesis
c. Membentuk lemak, protein dan senyawa organik.
5. Fosfor
Fosfor diserap oleh tanaman dalam bentuk : N2PO4-HPO4-. Secara umum fungsi fosfor dalam tanaman yakni sebagai berikut:
a. Merangsang pertumbuhan akar, khususnya akar benih atau tanaman muda.
b.
Mempercepat serta memperkuat pertumbuhan tanaman muda menjadi tanaman
dewasa dan menaikan prosentase bunga menjadi buah/biji.
c. Mebantu asimilasi dan pernafasan serta sekaligus mempercepat pembungaan dan pemasakan buah, biji.
6. Kalium (K)
Kalium diserap tanaman dalam bentuk : K+. kalium mempunyai fungsi bagi tanaman yakni:
a. Membantu pembentukan protein dan karbohidrat
b.
Berperan memperkuat tubuh tanaman, mengeraskan jerami dan bagian kayu
tanaman agar daun, bunga dan buah tidak mudah gugur.
c. Meningkatkan daya tahan tanaman terhadap kekeringan dan penyakit.
7. Kalsium (Ca)
Kalsium diserap oleh tanaman dalam bentuk: Ca++. Fungsi kalsium bagi tanaman adalah:
a. Merangsang pembentukan bulu-bulu akar
b. Berperan dalam pembuatan protein
c. Memperkeras batang tanaman dan sekaligus merangsang dalam pembentukan biji.
d. Menetralisir asam-asam organik yang dihasilkan pada saat metabolisme
e. Kalsium yang terdapat dalam batang dan daun dapat menetralisir kan senyawa atau suasana keasaman tanah.
8. Magnesium (mg)
Magnesium diserap oleh tanaman dalam bentuk; Mg++. Fungsi magnesium bagi tanaman adalah :
a. Magnesium merupakan bagian tanaman dari klorofil
b. Merupakan salah satu bagian enzim yang disebut Organic pyrophosphates dan Carboxy peptisida
c. Berperan dalam pembentukan buah
Sumber magnesium adalah:
a. Batuan kapur( Dolomit Limestone) CaCO3MgCO3
b. Garam Epsom (Epsom salt) MgSO4. 7H2O
c. Kleserit MgSO4. H2O
9. Belerang (Sulfur = S)
Sulfur diserap oleh tanaman dalam bentuk : SO4-. Fungsi sulfur bagi tanaman yakni:
a. Berperan dalam pembentukan bintil-bintil akar
b. Merupakan unsur yang penting dalam beberapa jenis protein dalam bentuk cystein, methionin serta thiamine
c. Membantu pembentukan butiran hijau daun
Sumber belerang adalah
a. Sisa –sisa tanaman dan bahan ikutan dari pupuk anorganik seperti pupuk ZA dan pupuk Superfosfat
10. Besi (Fe)
Besi di ambil atau diserap oleh tanaman dalam bentuk : Fe++, fungsi unsure besi bagi tanaman adalah
a. Zat besi sangat penting bagi pembentukan hijau daun (klorofil)
b. Berperan penting dalam pembentukan karbohidrat , lemak dan protein
Sumber besi adalah :
Batuan mineral Khlorite dan Biotit, serta sisa-sisa tanaman
11. Mangan (Mn)
Mangan diserap oleh tumbuhan dalam bentuk Mn++, dan fungsi unsure hara mangan bagi tanaman adalah
a. Mangan di perlukan oleh tanaman untuk pembentukan protein dan vitamin terutama vitamin C
b. Mangan juga berperan penting dalam mempertahankan kondisi hijau daun pada daun yang tua
c.
Mangan berperan sebagai enzim feroksidase dan sebagai aktifator
macam-macam enzim, serta sebagai komponen penting untuk lancarkan
proses asimilasi
Sumber mangan adalah: Batuan mineral pyroluste Mn
O2, batuan mineral Rhodonite Mn SiO3, bantuan mineral Rhodochrosit Mn
CO3 dan sisa- sisa tanaman.
12. Tembaga (Cu)
Tembaga diserap oleh tanaman dalam bentuk Cu++ dan fungsi unsure hara tembaga bagi tanaman adalah:
a.
Tembaga diperlukan dalam pembentukan enzim seperti Ascorbic acid
oxydase, lacosa dan tembaga juga berperan dalam pembentukan hijaudaun (
klorofil)
13. Seng (Zn)
Seng diserap oleh tanaman dalam bentuk : Zn++.dan fungsi unsure hara seng bagi tanaman adalah:
a. Seng dalam jumlah yang sangat sedikit dapat berperan dalam mendorong perkembangan pertumbuhan
b.
Seng juga dapat berfungsi dalam pembentukan hormon tumbuhan (auxsin)
dan penting bagi keseimbangan fisiologis, serta berperan dalam
pertumbuhan vegetative dan pertumbuhan biji/buah.
14. Melibdenum (Mo)
Diserap oleh tanaman dalam bentuk Mo O4-. Dan fungsi unsure hara melibdenum bagi tanaman adalah
a. Berperan dalam mengikat (fiksasi) N oleh mikroba dalam leguminosae
b. Sebagai katalisator dalam mereduksi N
c. Melibdenum dalam tanah terdapat dalam bentuk MoS2
15. Boron (Bo)
Diserap oleh tanaman dalam bentuk Bo O3-. Dan funngsi unsure boron dalam tanaman adalah
a. Bertugas sebagai transportasi karbohidrat dalam tubuh tanaman
b. Meningkatkan mutu tanaman sayuran dan buah-buahan
c.
Berperan dalam pembentukan/pembiakan sel terutama dalam titik tumbuh
pucuk, juga dalam pembentukan tepung sari , bunga dan akar.
Boron dalam tanah terdapat dalam bentuk : Datolix Ca (OH)2 BoSiO4, Borak Na2 Bo4. 10 H2O
16. Khlor (Cl)
Khlor diserap oleh tanaman dalam bentuk Cl-. Dan fungsi hara khlor bagi tanaman adalah:
a. Memperbaiki dan meninggalkan hasil kering dari tanaman seperti: tembakau, kapas, kentang dan tanaman sayur
b. Banyak terdapat pada tanaman yang mengandung serat, seperti: kapas, sisal.
• Gejala kekurangan Unsur Hara
Jika
ketersediaan unsure hara esensial kurang dari jumlah yang dibutuhkan,
maka tanaman akan terganggu metabolismenya yang secara visual dapat
terlihat dalam penyimpangannya pada pertumbuhannya. Gejala kekurangan
unsure hara ini dapat berupa pertumbuhan akar, batang, daun yang te
klorosis atau nekrosis pada berbagai organ tanaman. Gejala kekurangan
suatu unsure hara yang di tampakkan setiap tanaman tidak sama. Gejala
tersebut berbeda-beda sesuai dengan jenis tanaman , tingkat keseriusan
masalah, dan fase pertumbuhan tanaman. Pada dasarnya gejala kekurangan
unsure hara tergantung pada 2 hal utama yakni: fungsi dari unsure hara
tersebut dan kemudahan bagi unsure hara tersebut untuk di
translokasikan dari daun tua ke daun muda. Kemudian suatu unsure hara
dapat ditranslokasikan tergantung pada solubilitas (kelarutan) dari
bentuk kimia dari unsure tersebut di dalam jaringan tanaman. Unsure
–unsur yang mudah untuk ditranslokasikan , gejala kekurangannya pertama
akan terlihat pada daun-daun tua, dan uuntuk unsure-unsur yang sulit
untuk ditranslokasikan,gejala kekurangannya mula-mula tampak pada
daun-daun muda.
Fotosintesis
Fotosintesis pada hakikatnya
merupakan satu-satunya mekanisme masuknya energi kedalam dunia
kehidupan. Pada tahun 1951 ditemukan bahwa salah satu kandungan alami
tumbuhan, koenzim yang banyak mengandung vitamin B (niasin atau
nikotinamida) yang disebut nikotinamida adenin dinukleotida fosfat
(NADP+) dan dapat juga bertindak sebagai pereaksi Hill, dengan menerima
electron dari air pada reaksi yang berlangsung didalam membrane
tilakoid yang diisolasi atau di kloroplas yang rusak. Penemuan ini
memacu penelitian tentang fotosintesis, sebab telah di kenal bahwa
bentuk tereduksi dari NADP+, yaitu NADPH, dapat mengangkat electron ke
beberapa senyawa tumbuhan dan perannya terdapat di kloroplas yakni
mereduksi CO2. Salah satu dari dua fungsi pentingnya cahaya dalam
fotosintesis adalah mengangkut electron dari H2O untuk mereduksi NADP+
menjadi NADPH. Fungsi lain dari fotosintesis yakni menyediakan energi
untuk membentuk ATP dari ADP dan Pi. Perubahan ADP dan Pi menjadi ATP
di kloroplas.
• Kloroplas
Kloroplas berasal dari proplastid
kecil (plastid yang belum dewasa, hamper tak berwarna, tampa membrane
dalam). Proplastid membelah pada saat embrio berkembang, dan berkembang
menjadi kloroplas ketika daun dan batang terbentuk. Kloroplas muda juga
aktif dalam membelah. Didalam kloroplas dijumpai bahan tanbentuk
(amorf), lir-gel dan kaya enzim yang disebut stroma, yang mengandung
berbagai enzim yang mengubah CO2 menjadi karbohidrat, khususnya pati.
Didalam stroma terdapat tilakoid yang mengandung pigmen. Disinilah
energy cahaya digunakan untuk mengoksidasi energi dan membentuk ATP dan
NADPH yang kaya energi yang diperlukan oleh stroma untuk mengubah CO2
menjadi karbohidrat. Pigmen pada tilakoid sebagian besar terdiri dari
dua jenis klorofil hijau yakni klorofil a dan klorofil b, serta juga
terdapat pigmen kuning sampai jingga yang ddi golongkan sebagai
karotenoid. Ada dua jenis karotenoid yaitu karoten hidrokarbon murni dan
xantofil yang mengandung oksigen. Pada sebagian besar tumbuhan ,
termasuk ganggang hijau, β-karoten dan lutein xantofil yang merupakan
karoten terbanyak di tilakoid. Di dalam kloroplas juga dijumpai DNA,
RNA, ribosom, dan berbagai enzim.
• Penyerapan cahaya oleh tumbuhan
Cahaya
merupakan bagian energi cahaya yang mempunyai panjang gelombang tampak
bagi mata manusia ( sekitar 390-760 nanometer nm). Ini merupakan daerah
yang sangat sempit dari spectrum elektromagnetik. Sifat partikel cahaya
dapat di nyatakan dalam bentuk kuanta atau foton yaitu paket energy yang
terpotong-potong , masing-masing mempunyai panjang gelombang tertentu .
energy dalam foton berbanding terbalik dengan panjang gelombang,
sehingga panjang gelombang ungu dan biru mempunyai foton yang lebih
berenergi di banding dengan panjang gelombang jingga dan merah. Prinsip
dasar penyerapan cahaya , sering disebut Hukum Stark Einstein, adalah
bahwa tiap molekul hanya dapat menyerap satu foton setiap kali, dan
foton ini menyebabkan eksistasi satu electron saja. Electron
bervalensi tertentu pada orbit keadaan asas yang stabil adalah yang
biasanya tereksistasi dan tiap electron dapat dilemparkan dari keadaan
asasnya daam inti bermuatan positif dengan jarak yang sesusi dengan
energy yang diserap oleh foton. Molekul pigmen kemudian berada dalam
keadaan tereksistasi, dan energy eksistasi inilah yang digunakan dalam
fotosintesis. Pada fotosintesis, energi pada electron yang tereksistasi
di berbagai pigmen di transfer ke pigmen pengumpul energy, yakni pusat
reaksi. Daun sebagaian besar spesies tumbuhan menyerap lebih dari
90% panjang gelombang ungu dan biru yang mengenainya dan hampir sebesar
prosentase panjang gelombang jingga dan merah. Dan Hampir semua
penyerapan ini dilakukaan oleh pigmen kloroplas. Di tilakoid , setiap
foton dapat mengeksistasi sebuah electron pada karotenoid atau klorofil.
Kita dapat mengukur penyerapan nisbi berbagai panjang gelombang cahaya
oleh pigmen yang di murnikan dengan menggunakan spektrofotometer.
Grafik penyerapan ini merupakan fungsi dari panjang gelombang yang
disebut spectrum serap. Bila dibandingkan pengaruh panjang gelombang
yang berlainan terhadap laju fotosintesis, dengan selalu mejaga agar
tidak menambah terlalu banyak energy panjang gelombang mana pun yang
mengakibatkan prosesnya menjadi jenuh, akan didapat spektrum kerja.
Spektrum kerja untuk fotosintesis dan proses fotobiologi lainnya
membantu kita mengenali pigmen yang terlibat , karena spektrumnya
tersebut sering sesuai dengan spektrum serap setiap pigmen yang
berperan serta.
• Efek Peningkatan Emerson
Pad tahun 1950an ,
Robert Emerson di University Illianois tertarik pada cahaya merah
dengan panjang gelombang lebih dari 690 nm yang sangat tidak efektif
dalam fotosintesis, walaupun sebagaian diserap oleh klorofil a secara in
vivo. Kelompok peneliti menemukan bahwa jka cahaya dengan panjang
gelombanga lebih pendek diberikan bersamaan dengan panjang gelombang
merah yang lebih panjang, maka laju fotosintesis akan lebih cepat
daripada diharapkan dari penjumlahan laju bila setiap warna di berikan
secara sendiri-sendiri. Peningkatan ini kemudian di kenal dengan Efek
peningkatan Emerson. Peningkatan ini terjadi karena panjang gelombang
merah panjang membantu gelombang yang lebih pendek, atau yang lebih
pendek membantu gelombang merah yang panjang. Ternyata ada dua kelompok
pigmen yang bekerja sama dalam fotosintesis dan panjang gelombang merah
tersebut hanya diserap oleh satu fotosistem yang terpisah, yang
bekerjasama dalam fotosintesis dan panjang gelombang merah tersebut
hanya diserap oleh satu fotosistem yaitu Fotosistem I (FS I).
fotosistem kedua (FS II), menyerap panjang gelombang yang pendek dari
690 nm dan untuk fotosintesis maksimum , panjang gelombang yang diserap
oleh kedua system harus bekerja bersama-sama.
Hasil kerja Emerson ini sangat penting kerena menunjukkan adanya dua fotosistem yang terpisah.
• Fotosistem II (FS II)
Fotosistem
ini mengandung sebuah kompleks inti yang terdiri dari enam polipeptida
integral yang saling berhubungansecara non-kovalen dan berisi pusat
reaksi P680. Semua sandi tersebut di sandi oleh genom kloroplas. Dua
polipeptida dengan bobot molekul sekitar 33 kDa dan 31 kDa lazim
disebut D1 dan D2, dan keduanya secara langsung mengikat P680 dan
kuinon tertentuyang diperlukan untuk oksidasi air. Ada tiga polipeptida
pinggir yang disandi oleh gen nukleus yang juga berhubungan dengan
kompleks inti FS II dan antar permukaan membrane lumen; polipeptida ini
juga membantu pengikatan Ca2+ dan Cl- yang penting bagi fotolisis
air. Disamping polipeptida ini , kompleks ini berisi sekitar 40
molekul klorofil a, beberapa moekul β-karoten, beberapa lipid membrane,
empat ion mangan, satu besi yang terikat secara non-kovalen, satu atau
lebih Ca2+, beberapa Cl-, dua molekul plastokuinon dan dua molekul
feofitin. Plastokuinon merupakan khusus di plastid, senyawaini membawa
dua electron dari FS II menuju FS I dan juga mengangkut H+ dari stroma
menuju kedalam lumen tilakoid. Feofitin merupakan molekul klorofil a
yang termodifikasi , dengan dua atom H menganti Mg2+ pusat. P680 pada
kompleks inti FS II menerima energy cahaya denga cara resonansi
induktif dari sekitar 250 molekul klorofil a dan b dan sejumlah
xantofil. Semua pigmen ini terdapat didalam kompleks permanen cahaya FS
II yang sering disebut LHCII. Tiap pigmen berhubungan dengan satu
protein integral, sekitar 10 klorofil, dan dua atau tiga xantofil untuk
tiap molekul protein. Fungsinya adalah sebagai system antenna, menyerap
cahaya, dan mengantarkan energy eksiston ke P680. Fungsi keseluruhan FS
II adalah menggunakan energy cahaya untuk mereduksi plastokuinon (PQ)
,teroksidasi menjadi tempat yang tereduksi penuh ( PQH2) dengan
menggunakan electron dalam air. Karena dua molekul H2O ( empat electron
) dibutuhkan untuk mereduksi setiap CO2 dan karena tiap dua foton
cahaya untuk mengoksidasi setiap H2O, maka bisa diringkas fungsi FS II
sebagai berikut
2H2O+ 4 foton + 2 PQ + 4 H+ → O2 + 4 H+ + 2PQH2
Percantuman
H+ pada kedua sisi persamaan atas sangat berguna karena oksisdasi
air mengakibatka pelepasan H+ di lumen tilakoid, dan reduksi PQ
membutuhkan H+ yang di ambil dalam sisi yang berlawanan ( stroma)
tilakoid.
• Fotosistem I ( FS I )
Fotosistem ini menyerap
energy cahaya terpisah dari FS II, tapi mengandung kompleks inti
terpisahkan , yang menerima electron yang berasal dari H2O melalui
kompleks inti FS II lebih dahulu. Kompleks inti FS I dari jelai
mengandung 11 polipeptida yang beragam ukurannya dari 1,5 hingga 82 kDa
, enam disandi oleh gen nukleus dan lima oleh gen kloroplas. Kedua
polipeptida ini mengikat pusat reaksi P700 dan dengan polipeptida
lainnya mengikat 50 -100 molekul klorofil a, β-karoten, dan tiga
pembawa electron yang membantu mengangkut electron menuju NADP+.
Fotosistem I terletak hanya di tilakoid stroma dan di daerah tengah
grana yang menghadap stroma, FS I berfungsi mengoksidasi plastosianin
tereduksi dan memindahkan electron ke protein Fe-S larut yang disebut
feredoksin. Feredoksin merupakan protein berbobot molekul rendah ,
terdapat sebagai protein pinggir yang menempel tidak terlalu kuat pada
tilakoid di sisi stromanya. Feredoksin mengandung kelompok 2Fe-2S, tapi
mengambil dan memeindahkan hanya satu electron sebagaimana salah satu
besinya mula-mula tereduksi menjadi Fe2+ dan kemudian tereduksi menjadi
Fe+3. Reaksi keseluruhan dari fungsi FS I dengan menggunakan empat
plastosianin tereduksi ( tiap H2O yang mengalami oksidasi ) yang
disediakan oleh kompleks sit b6-f, dan feredoksin disingkat fd;
Cahaya +4PC(Cu+) + 4 fd (Fe3+)→ 4PC (Cu2+) + 4Fe ( Fd2+)
Electron
dari feredoksin yang layak lazim di gunakan dalam tahap akhir
pengangkutan electron untuk mereduksi NADP+ dan membentuk (dengan H+)
NADPH. Reaksi ini dikatalis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+
reduktase.
• Pengangkutan electron H2O ke NADP+ lewat tilakoid
Tiga
kompleks pengangkut electron utama ( FS II, kompleks sit b6-f, dan FS I
) bekerja sama memindahkan electron dari H2O ke NADP+. Setelah H2O
dioksidasi oleh OEC, dua electron dilepaskan untuk diangkut. Senyawa
pertama yang menerimanya adalah asam amino tiroksin di polipeptida D1,
lalu tiroksin ini meneruskan ke P680 , tapi P680 hanya menerima electron
jika kehilangan satu electron miliknya, dan kehilangan ini terjadi
ketika P680 dieksistasi oleh energy cahaya oleh pigmen penyerap cahaya
di LHCII. Jadi , cahaya menyebabkan oksidasi P680 dan P680+, kemudian
bertindak sebagai penarik electron (oksidan ) yang cukup kuat untuk
menarik sebuah electron dari tiroksin D1, yang kemudian menarik sebuah
electron dari ion Mn di OEC. P680 membrikan elektronya ke feofitin (FeO
), dan Feo kemudian meneruskannya ke plastokuinon khusus yang dinamakan
QA, yang menempel kuat pada D2. QA meneruskan electron ke plastokuinon
lainnya yang disebut QB, yang berada di dekatnya dan menempel tidak
begitu kuat pad polipeptida D1. Untuk secara penuh mereduksi setiap QA
dan QB, yang dibutuhkan oleh dua electron, jadi kedua elektro dari H2O
tiba satu demi satu pada kedua molekul. Kebutuhan akan dua electron dan
dua H+ untuk mereduksi plastokuinon (PQ ) sangat penting bagi
fosforilasi fotosintesis, sebab H+ yang digunakan berasal dari stroma,
tap bila PQ dioksisasi , H+ di pindah ke lumen tilakoid. Jadi , hasil
seluruhnya dari reduksi PQ pada FS II dan kemudian oksidasi pada
kompleks sit b6-f adalah pengangkutan dua H+ dari stroma ke lumen
tilakoid. Kompleks sit b6-f dapat menerima hanya satu electron setiap
kali dari PQH2 lazak yang terbentuk pada kompleks FS II. Electron
tersebut dilewatkan satu demi satu ke protein Fe-S pada kompleks
tersebut atau ke sit b6. Pada kedua bentuk tersebut Fe+3 di proteinlah
yang menerima electron yang kemudian direduksi menjadi Fe+2 . kedua H+
dari tiap PQH2 disimpan di lumen tilakoid. Jadi, dari setiap molekul H2O
yang dioksidasi oleh OEC., sebanyak empat H+ disimpan dilumen, dua dari
oksidasi air,dan dua dari PQH2. Oksidasi dua H2O (untuk pelepasan satu
O2 atau pengikatan satu CO2 ) menyebabkan penimbunan delapan proton di
lumen.
Respirasi Pada Tumbuhan
• Kuosien respirasi
Jika
karbohidrat seperti sukrosa, fruktan atau pati yang digunakan sebagai
subtrat pada proses respirasi dan jika senyawa tersebut teroksidasi
secara sempurna, maka jumlaah O2 yang digunakan akan sama persis dengan
CO2 yang dihasilkan. Nisbah CO2/O2 ini disebut Kuosien Respirasi (RQ).
Nilai RQ ini pada kebanyakan kasus akan mendekati 1. Sebagai contoh,
nilai RQ rata-rata dari daun berbagai spesies adalah sekitar 1,05. Biji
dari tanaman serelia dan legume dimana pati merupakan cadangan
karbohidrat utama menunjukkan RQ mendekati 1,0. Tetapimjika bahan
cadangan yang dominan bukan pati, misalnya lemak atau minyak, maka nilai
RQ akan lebih rendah. Nilai RQ serendahnya 0,7 dapat terjadi. Sebagai
contoh oksidasi asam lemak yakni asam oleat.
C18H34O2 +25,5 O2 → 18 CO2 + 17 H2O
Nilai RQ dari reaksi diatas yakni 18 / 25,5 = 0,71
Dengan mengetahui nilai RQ dari suatu organ atau jaringan, akan dapat
diperkiraan jenis senyawa yang dioksidasi ( subtract dari proses
respirasi ) pada organ atau jaringan.
• Pembentukan Gula Heksosa
Penyimpanan
dan degradasi pati. Pati disimpan dalam bentuk butiran yang tak larut
dalam air, yang terdiri dari molekul amilopektin yang bercabang dan
molekul ailosa yang tak bercabang. Pati yang terakumulasi pada kloroplas
selama fotosintesis berlangsung merupakan cadangan karbohidrat yang
penting pada daun hamper semua spesies. Pati yang terbentuk di dalam
amiloplas suatu jaringan atau organ juga merupakan karbohidrat yang
sangat penting dari jaringan atau organ. Degradasi pati akan dipacu oleh
3 enzim utama yakni alfa amylase, beta amylase, dan fosforilase.
Diantara 3 enzim ini hanya alfa amylase yang secara langsung dapat
mengurai molekul pati yang masih utuh. Jika beta amylase dan fosforilase
ikut berperan, kedua enzim ini menguraikan lebih lanjut hasil awal
penguraian pati oleh enzim alfa amilase. Aktivitas kedua enzim amilase
ini melibatkan penggunaan satu molekul air dari setiap ikatan yang
diputus, dengan demikaian kedua enzim ini tergolong enzim hidrolase.
Enzim amilase dapat di jumpai pada hampir semua jaringan tumbuhan,
tetapi lebih aktif pada biji yang sedang berkecambah yang banyak
mengandung pati. Pada daun, alfa amilase banyak berperan dalam
menghidrolisis pati disbanding beta alfa. Alfa amilase terdapat
dikloroplas dan terikat pada butiran pati yang akan diuraikan.
Beta
amilase menghidrolisis pati menjadi β-maltosa., enzim ini mula-mula
hanya bertindak pada gugus akhir nonreduksi. β- maltose secara cepat
diubah oleh mutarotasi menjadi campran alamiah menjadi α- dan β- isomer.
Hidrolisis amilosa oleh β-amilase hampir sempurna,tapi pemecahan
amilopektin tidak sempurnasebab ikatan cabangnya tidak diserang.
Enzim
fosforilase menguraikan pati tidak dengan menggunakan air, tetapi
dengan menambahkan fosfat pada produknya. Reaksi yang digunakan oleh
enzim ini dapat bersifat bolak-balik,
Pati + H2PO4- <======> glukosa – 11 – fosfat
Walaupun
secara secara in vitro reaksi penguraian pati oleh enzim fosfotase ini
dapat bolak-balik , namun reaksi tersebut lebih mengarah pada penguraian
pati, karena konsentrasi P-anorganik pada plastid sering sekitar 100
kali lebih tinggi dibanding glukosa -1-P. pembentukan glukosa-1-P tidak
membutuhkan ATP untuk mengkonversi glukosa menjadi glukosa fosfat selama
proses respirasi berlangsung.
• Hidrolisis Sukrosa
Reaksi penting dalam perombakan sukrosa adalah hidrolisis tak-takterbalikkan oleh invertase menjadi glukosa dan frutosa bebas;
Sukrosa + H2O → glukosa +,fruktosa
Invertase
berada disitosil, vakuola, dan di dinding sel. Invertase sitosol
bersifat basa dengan pH optimum sekitar 7,5, sedangkan dua yang lainnya
merupakan invertase asam dengan pH optimum 5 atau kurang. Invertase
dinding sel, menghidrolisis sukrosa menjadi molekul glukosa dan fruktosa
yang kemudian oleh sel pengguna. Enzim yang dapat merombak sukrosa
adalah sukrosa sintase, karena reaksi yang dikatalisis terbalikkan dan
mula-mula dianggap penting dalam sintesis sukrosa. Sukrosa sintase
mengkatalisis reaksi/;
Sukrosa + UDP ↔ fruktosa + UDP- glukosa
Fruktosa
menjadi tersedia untuk respirasi, sukrosa sintase merupakan enzim utama
yang merombak sukrosa di organ pati atau di jaringan yang sedang tumbuh
cepat,yang mengubah sukrosa menjadi polisakarida di dinding sel.
• Glkolisis
Glikolisis
secara hafiah berarti pengurain gula. Glkolisis merupakan tahap
pertama dari 3 tahap proses respirasi. Glikolisis kemudian diikuti oleh
reaksi-reaksi pada siklus krebs dan selanjutnya transfer electron
berlangsung didalam mitrokondria. Secara ringkas reaksi glikolisis
dapat ditulis sbb:
Glukosa + 2NAD+ + 2 ADP2- 2H2PO4 → 2 piruvat + 2NADH + 2H+ + 2ATP3-+2H2O
Glikolisis memberikan beberapa manfaat yakn;
1. Mereduksi 2 molekul NAD+ menjadi NADH untuk setiap molekul heksosa yang dirombak
2.
Setiap molekul heksosa yang dirombak akan dihasilkan 2 molekul ATP,
jika subtratnya berupa glukosa -1-P, glukosa-6-P atau fruktosa -6-P, mak
akan dihasilkan 3 molekul ATP
3. Melalui glikolisis akan
dihasilkan senyawa-senyawa antara yang dapat menjadi bahan baku untuk
sintesis berbagai senyawa dalam tumbuhan.
• Fermentasi
Glikolisis
dapat berlangsung tanpa kehadiran O2. Jika oksigen tidak tersedia, maka
piruvat dan NADH akan terakumulasi dan tumbuhan akan melangsungkan
proses fermentasi (respirasi anaerobik ) yang akan menghasilkan etanol
atau asam malat. Pada reaksi fermentasi akan dihasilkan asetaldehida
melalui proses dekarboksilasi, kemudian asetaldehida direduksi oleh
NADH untuk menghasilkan etanol.
• Siklus krebs
Siklus krebs
disebut juga siklus asam sitrat, karena asam sitrat merupakan senyawa
antara yang penting.dan juga disebut Asam Trikaboksilat, karena asam
sitrat sebagai senyawa antara yang memiliki karboksil. Reaksi –reasi
siklus kreb ini berlangsung didalam mitrokondria. Tahap awal dari
sikluss krebs adalah oksidasi ( lepasnya CO2) dari piruvat ( yang
dihasilkan oleh reaksi glikolisis). Kemudian unit asetat dengan 2-C
yang tersisa bergabung dengan suatu senyawa yang mengandung belerang
yang disebut koenzim A (COA) untuk membentuk asetil COA.reaksi
dekaboksilasi ini melibatkan thiamin dalam bebtuk terfosforilasi sebagai
gugus prostetik. Enzim yang berperan dalam pembentukan aseti COA ini
adalah asam piruvat dehidrogenase. Enzim ini merupakan suatu kompleks
yang terdiri dari 3-4 enzim yang berbeda. Atom H yang dibebaskan akan
diterima oleh NAD+ untuk menghasilkan NADH. Pada siklus krebs akan
dibebaskan 2 molekul CO2 lagi.CO2 yang dihasilkan ini merupakan
penjelasa dari CO2 yang dihasilkan seperti pada reaksi-reaksi umum
respirasi. Tetapi pada siklus krebs tidak ada O2 yang dimanfaatkan.
Oksigen baru digunakan pada tahap respirasi berikutnya, yakni pada
transfer electron fosforilasi oksidatif.
Fungsi utama siklus krebs adalah
1. Mereduksi NAD+ dan FAD menjadi NADH dan FADH2 yang kemudian dioksidasi untuk menghasilkan ATP.
2. Sintesis ATP secara langsung yakni 1 molekul ATP untuk setiap molekul piruvat yang dioksidasi
• Efisiensi Respirasi
Jika
heksosa dioksidasi secara sempurna menjadi CO2 dan H2O melalui
glikolisis, siklus krebs dan system pengangkutan electron, maka akan
dihasilkan energy dalam bentuk ATP dan sebagaian hilang dalam bentuk
panas. Perbandingan antara energy yang dihasilkan oleh oksidasi molekul
heksosa menjadi ukuran efisiensi proses respirasi.berdasarkan jumlah ATP
yang dihasilkan, maka efisiensi respirasi dapat dihitung. Perubahan
energy bebas gibbs baku pada pH7 untuk oksidasi lengkap 1 molekul
glukosa atau fruktosa adalah -2870kJ atau -686 kcal. Nilai ini digunakan
dalam reaktan respirasi.
• Factor – factor yang mempengaruhi Respirasi
1. Ketersediaan subtrat
Laju
respirasi tergantung pada ketersediaan subtrat. Tumbuhan yang
mengandung cadangan pati ,fruktan,dan gula yang rendah akan menunjukan
laju respirasi yang rendah pula. Jika starvasi pada tumbuhan terjadi
sangat parah, maka protein juga dapat dioksidasi. Protein tersebut
dihidrolisis menjadi asam-asam amino penyusunnya, yang kemudian
diuraikan melalui reaksi-reaksi glikolitik dan siklus krebs.
2. Ketersediaan Oksigen
Ketersedian
oksigen akan mempengaruhi laju respirasi, tetapi besarnya pengaruh
tesebut berbeda antara spesies dan bahkan antaraorgan pada tumbuhan yang
sama. Fluktuasi normal kandungan oksigen di udara tidak banyak
mempengaruhi laju respirasi, kerena jumlah oksigen yang dibutuhkan jauh
lebih rendah dari jumlah oksigen yang tersedia diudara.
3. Suhu
Nilai
Q10 untuk respirasi antara suhu 5 ˚C sampai 25˚C adalah antara 2,0
sampai2,5. Jika suhu ditingkatkan sampai sekitar 35˚C, laju respirasi
tetap meningkat tetapi dangan nilai Q10 yanh lebih rendah. Penurunan
nilai Q10 ini disebabkan karena penetrasi oksigen melalui kutikula atau
epidermis tidak mencukupi kebutuhan. Pada susu yang tinggi laju
respirasi akan menurun, hal ini disebabkan karena sebagian enzim-enzim
yang berperan akan mengalami denaturasi.
4. Tipe dan umur Tumbuhan
Karena
perbedaan antara berbagai jenis tumbuhan, maka terjadi laju respirasi
tumbuhan tersebut. Bakteri dan jamur menunjukan laju respirasi yang
lebih tinggi dari tumbuhan tingkat tinggi, jika di hitung berat
persatuan keringnya. Jaringan meristimatik juga menunjukkan laju
respirasi yang lebih tinggi dibanding jaringan tua. Laju respirasi juga
akan tinggi pada saat perkecambahan dan tetap tinggi pada fase
pertumbuhan vegetative awal dan kemudian turun dengan bertambahnya umur
tumbuhan.