Respirasi Tumbuhan

Respirasi Tumbuhan

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Dalam beberapa aspek fisiologi tumbuhan berbeda dengan fisiologi hewan atau fisiologi sel. Tumbuhan dan hewan pada dasarnya telah berkembang melalui pola atau kebiasaan yang berbeda. Tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang melalui pola atau kebiasaan yang berbeda. Tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang sepanjang hidupnya. Kebanyakan tumbuhan tidak berpindah, memproduksi makanannya sendiri, menggantungkan diri pada apa yang diperolehnya dari lingkungannya sampai batas-batas yang tersedia. Hewan sebagian besar harus bergerak, harus mencari makan, ukuran tubuhnya terbatas pada ukuran tertentu dan harus menjaga integritas mekaniknya untuk hidup dan pertumbuhan.

Suatu ciri hidup yang hanya dimiliki khusus oleh tumbuhan hijau adalah kemampuan dalam menggunakan zat karbon dari udara untuk diubah menjadi bahan organik serta diasimilasi dalam tubuh tumbuhan. Tumbuhan tingkat tinggi pada umumnya tergolong pada organisme autotrof, yaitu makhluk hidup yang dapat mensintesis sendiri senyawa organik yang dibutuhkannya. Senyawa organik yang baku adalah rantai karbon yang dibentuk oleh tumbuhan hijau dari proses fotosintesis. Fotosintesis atau asimilasi karbon adalah proses pengubahan zat-zat anorganik H₂O dan CO₂ oleh klorofil menjadi zat organik karbohidrat dengan bantuan cahaya. Proses fotosintesis hanya bisa dilakukan oleh tumbuhan yang mempunyai klorofil. Proses ini hanya akan terjadi jika ada cahaya dan melalui perantara pigmen hijau daun yaitu klorofil yang terdapat dalam kloroplas.

Kalau fotosintesis adalah suatu proses penyusunan (anabolisme atau asimilasi) di mana energi diperoleh dari sumber cahaya dan disimpan sebagai zat kimia, maka proses respirasi adalah suatu proses pembongkaran (katabolisme atau disimilasi) dimana energi yang tersimpan dibongkar kembali untuk menyelenggarakan proses–proses kehidupan.

Respirasi merupakan proses oksidasi bahan organik yang terjadi di dalam sel, berlangsung secara aerobik maupun anaerobik. Dalam respirasi aerobik ini diperlukan oksigen dan dihasilkan karbondioksida serta energi. Sedangkan dalam proses respirasi secara anaerob dimana oksigen tidak atau kurang tersedia dan dihasilkan senyawa lain karbondioksida.

Dari berbagai cabang ilmu tumbuhan yang telah berdiri sendiri salah satunya adalah Fisiologi Tumbuhan. Fisiologi tumbuhan yang mempelajari peri kehidupan tumbuhan sudah demikian pesat berkembangnya juga didukung oleh beberapa ilmu seperti Anatomi Tumbuhan, morfologi tumbuhan, sistematika Tumbuhan. Dan menurut definisinya Fisiologi tumbuhan adalah suatu ilmu yang mempelajari atau mencari keterangan-keterangan mengenai peri kehidupan tumbuhan. Untuk mempertahankan hidup, suatu tumbuhan perlu mempunyai suatu penyediaan energi yang sinambung. Energi-energi tersebut dapat diperoleh melalui jalan menyadap ataun mengambil energi kimia yang terbentuk dalam molekul organik yang disentris oleh fotosintesis. Suatu proses pelepasan energi yang menyediakan energi bagi keperluan sel itu dikenal dengan istilah yang diebut dengan respirasi. Biasanya respirasi sel-sel tumbuhan berupa oksidasi molekul organic oleh oksigen dari udara membentuk karbon dioksida dan air. Untuk alasan inilah metode respirasi umum kadann-kadang diberi tambahan kata sifat aerob , respirasi glukosa. Maka dari hal tersebut diatas melalui makalah ini mencoba memberikan paparan yang relefan menganai Respirasi pada tumbuhan.

2. Rumusan Masalah

Yang menjadi rumusan masalah dalam respirasi ini adalah :

í Apa pengertian atu definisi dari respirasi?

í Bagaimana persamaan persamaan reaksi dalam respirasi?

í Dalam respirasi gulkosa dibagi menjadi beberapa tahap?

í Dan bagaimana preoses dari tahap-tahap respirasi glukosa tersebut?

í Tahap tahap dalam proses Respirasi adalah?

í Bagaimana energi yang diperokleh dalam respirasi?

í Dimana lertak respirasi dalam sel?

3. Pembahasan

I. Pengertian Respirasi

Pada tumbuhan salah satu satu syarat untuk dapat mempertahankan hidup adalah berupa penyediaan energi yang sinambung. Energi ini diproleh dengan cara menyadap energi kimia yang terbentuk dalam moleul organik yang disentris oleh fotosintesis. Proses pelepasan energi yang menyediakan energi bagi keperluan sel itu dikenal dengan istilah proses respirasi. Biasanya respirasi sel-sel tumbuhan berupa oksidasi molekul organik oleh oksigen dari udara membentuk karbon dioksida dan air. Untuk alasan inilah metode respirasi umum kadang-kadang diberi tambahan kata sifat aerob , respirasi glukosa misalnya, dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

C­₆H₁₂O₆ + 6 O₂ 6CO₂ + 6H₂O rG­­­­­­_­­­^o = -686 kkal

II. Pembagian tahap pada respirasi glukosa

Respiraasi glukosa dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu;

Pada tahap pertama, sbagian glukosa dioksidasi dan menghasikan senyawa 3- karbon yaitu asam piruvat. Tahap ini disebut glikolisis (secara harfiah berarti lisis atau pemecahan glukosa) sebab proses utamanya ialah pemecahan glukosa menjadi dua fragmen, masing-masing mengunakan tiga atom karbon.

Pada tahap kedua, atom karbon dari asam piruvat seluruhnya dioksidasi menjadi CO₂ dalam reaksi seri melingkar yang dikenal dengan istilah daur asam trikarbosilat (ATK= TCA – tricarboxylic acid). Selama tahap ini atom-atom hydrogen (yaitu electron dan ion H⁺) dipindahkan darti senyawa perantara yang terbentuk dari daur ATK ke molekul pembawa yang khusus, yang disebut nikotimanida adenin dinukleotida (NAD). Senyawa ini digunakan oleh semua sel sebagai akseptor electron pada reaksi oksidasi dan respirasi

Substrat tereduksi žsubstrat teroksidasi

+ 2H⁺ + 2e^-

NAD⁺ + 2H⁺ + 2e^­­­­­- žNADH + H⁺

^{__________________________________________________________________________}

Substrat tereduksi + NADH⁺ žsubstrat teroksidasi

NADH + H⁺

Pada tahap ketiga, elektron dipindahkan dari NAD tereduksi yang dihasilkan oleh tahap II (dari sebuah reaksi tahap I) dan dipindahkan melalui suatu system pembawa, yang secara kolektif disebut rantai pengangkut electron, ke oksigen dan terbentuklah air.

Dalam keadan tanpa air hasik glikolisis, yaitu yang berupa asam piruvat, tidak memasuki daur ATK melainkan nebgikuti urutan sreaksi sebaliknya, pada khamir (sejenis jamur) misalnya, asam piruvat diubah menjadi dua tahap menjadi etanol. Keseluruhan jalur dari glukosa ke etanol ini merupakan contoh fermentasi, suatu istilah yang diberikan setiap jalur metabolisme yang memungkinkan organisme meperoleh energi kimia dari molekul makanan organic dalam suasana bebas oksigen. Jadi asam piruvat merupakan sebuah senyawa kunci, mengubah suatu suasana dari yang satu ke yang lain bergantung pada ada atu tidaknya oksigen.

Gambar : krtiga tahap respirasi (jalur yang diikuti pada fermentasi alkohol tumpas pada sebelah kiri tahap 1)

Respirasi Tahap I : GLIKOLISIS

Glikolisis berlangsung pada sepuluh langkah berurutan, maasing masing langkah dikatalis oleh satu atau sekelompok enzim yang berlainan. Agar diperoleh energi dalam bentuk ATP dari pemecahan glukosa, pertama-tama perlu adanya pemutusan urutan reaksi dengan memasukkan ATP ke dalamnya. Selama langkah 1 gugus alcohol primer (-CH₂OH) diposisi C-6 pada glukosa bereaksidengan gugus fosfat terujung pada ATP membentuk glukosa -6-fosfat dan ADP. Untuk memudahkan, gugus fosfat atau lebih tepat disebut gugus fosforil) dilambangkan dengan P. glukosa -6-fosfat lalu menyusun diri (berisomiresasi) untuk membentuk fruktosa -6- fosfat (langkah2). Dalam reaksi ini gugus adelhida 9-CHO) pada C-1 direduksi menjadi gugus alcohol primer (-CH₂OH) sebagai hasil oksidasi serempak dari gugus alcohol skunder (>CHOH) pda C-2 menjadi gugus keto (.CO). Pembentukan gugus alcohol primer pada C-1 memungkinkan terjadinya langkah 3, yang merupakan pengulangan efek fosforilasi pada langkah 1.

Dengan bantuan dua molekul ATP, tiga langkah glikolisis itulanh yang mengubah sebuah molekul glukosa bebas menjadi sebuah molekul fruktosa-1,6-disfosfat dengan segugus fosfat berada pada tiap ujungnya. Fruktosa-1,6-disfosfat kemudian pecah menjadi dua fragmen lebih kecil.

Pemecahan molekul heksosa. Pada langkah 4 gula berkarbon 6 yaitu fruktosa-1,6-disfosfat putus disuatu tempat di antara C-3 danC-4 dan membentuk dua fragmen masing-masing dengan tiga karbon, yang sebuah adallah adelhida (gliseraldehida 3-3-fosfat) dan yang lainnya sebuah keton (dihidroksiaseton fosfat). Kedua fragmen uini , yang secara kolektif disebut fosfat triosa, dapat dengan mudah saling bertukar dengan cara isomerisasi (langkah 5) yang kira-kira sama dengan langkah 2. proses saling bertukar ini mempunyai efek yaitu energi dapat diperoleh dari kedua bagian molekul glukosa melalui urutan reaksi yang sama.

Pembentukan ATP. Pada pertengahan kedua glikolisis yang terdiri atas langkah 6 sampai 10, diperoleh hasil bersih ATP, yang dicapai oleh oksidasi gliseraldehida-3-fosfat, salah satu dari fosfat-triosa yang terbentuk pada langkah 4. oleh karena kedua fosfat triosa dapat saling bertukar, maka keduanya mengikuti jalur yang sama, jadi angka enam sampai 10 berulang dua kali untuk menyelesaikan pemecahan sebuah molekul glukosa.

Dari sudt produksi energi langkah 6 merupakan reaksi yang penting. Pada langkah ini gliseraldehida-3-fosfat secara serempak dioksidasi dan di fosforilasi, dan energi yang dibebaskan karena oksidasi gugus aldehida disimpan untuk membentuk senyawa berenergi tinggi 1,3-difosfogliserat,yaitu yang memiliki energi bebas tinggi pada hidrolisis. Electron yang dipindahkan dari gugus adelhida selama oksidasi diterima oleh koenzim NAD⁺ yang kemudian tereduksi menjadi NADH + H⁺. NAD⁺ terikat pada enzim (gliseral dehida-3-fosfat dehirogenase) yang mengkatalisis seluruh reaksi. Pada langkah / fosfat berenergi tinggi pada C-1 dari 1,3-difosfogleserat dipindahkan ke ADP untuk membentuk ATP dan 3-fosfogliserat. Karena itu hasil keseleruhan langkah 6 dan 7 berupa energi yang dibebaskan selama oksidasi sebuah gugus aldehida ( -COOH pada 3-fosfogliserat )disimpan sebagai energi ikatan fosfat pada molekul ATP .

Asam fosfogliserat dari langkah 7 kemudian mengalami suatu penyusunan kembali intramolekuler (langkah 8), di ikuti

Oleh pengeluaran unsur air (langkah 9) dan membentuk senyawa fosfat berenergi tinggi lain. Fosfoenol piruvat (biasa disingkat PEP), Yang bertindak sebagai sumber ATP kedua pada glikolisis, selama langkah 10 gugus fosfat pada PEP mudah dipindahkan ke ADP untuk memhasilkan asam piruvat dan ATP. Karena langkah 6 dan 10 terjadi dua kali untuk setiap molekul glukosa yang memasuki jalur glikolisis maka diperoleh hasil akhir dua molekul ATP (empat molekul yang dihasilkan dikurangi dua molekul yang digunakan permulaan), dari pemecahan tiap molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat.

Respirasi tahap II : Daur asam trikarboksilat

Fermentai alcohol seperti halnya semua fermentasi, hanya melepaskan sebagian kecil energi yang tersimpan dalam molekul glukosa. Hal tersebnut terjadi dikarenakan asetaldehida, perantara terakhir pada urutan reaksi, bertindak sebagai akseptor terakhir untuk electron yuang dilepas selama reaksi menghasilkan energi dari glikolisis. Jadi pengeluaran ATP juga kecil, sebab karbon dalam hasil fermentasi itu berada dalam keadaan sangat tereduksi. Oksidasi penting pada penyediaan energi. Dan dengan adanya oksigen, asam piruvat yang dihasilkabn oleh glikolisis diatrahkan ke daur ATK, yang sepenuhnya duioksiasi. Akan tetapi untuk memasuki daur ATK. Asam piruvat harus diubah menjadi asetil koenzim A (asetil Koa). Karena itu respirasi tahap II ini akan diuraikan dalam 2 bagian yaitu perubahan aasam piruvat menjadi asetil KoA dan daur ATK.

í Perubahan Asam piruvat Manjadi Asetil Koenzim A.

Dekarboksilasi oksidatif asam piruuvat menjadi asetil KoA merupakan langkah utama dan pada langkah ini molekul glukosa yang sebagian telah dioksiasi melalui daur. Koenzim terpentiing pada proses gabungan ini ialah koenzim A. dari sudut keterlibatan koenzim ini pada dekarboksilase osidatif piruvat, sifat yang paling menonjol sdatrai molekul koenzim A ialah bahwa molekulnya beruijung pada ujubng gugus – SH, sebab pada guggus inilah suatu gugus asetil akan terikat, jadi penulisannya adalah KoA – SH. Oksidasi yang terbentuk setelah pengeluaran CO₂ dari asam piruvat memerlukan adanya NAD sebagai agen oksidasi. Asetil Koa adalah merupakan hasil akhirnya. Energi yang terkunci dalam ikatan tinggi inilah yang akhirnya beranggung jawab akan kelancaran daur ATK itu.

í Daur asam Trikarbosilat

Oksidasi lengkap asetil KoA terjadi dalam syuatu urutan reaksi yang kompleks, yang biasanya disebut dengan istilah daur asam trikarbosilat (ATK), tetapi juga disebut daur Kerbs, yaitu menurut nama penemunya, Sih Hans kerbs. Daur ATK dengan jelas dapat dibagi dalam sembilan langkah utama, walaupun beberapa langkah ini melibatkan lebih dari satu reaksi kimia. Pada langkah pertama, asetil KoA bereaksi dengan oksalosetat menghasikan sitrat dan mem perbarui koenzinm A. satrat mengalami isomerasi membentuk isositrat yang dioksidasi oleh koenzim NAd membentuk oksaloksinat,. Zat yang sangat tidak stabil, karena itu kehilangan karbon dioksida menjadi a – ketoglutarat yang berkarbon 5. Asam a – ketoglutarat yang merupakan asam pitruvat jkatrena memiliki gugus keto (>CO) disebelah gugus asam (-Cooh) mengalami sebuah reaksi dekarbosilasi oksidatif dengan koenzim A, sama dengan langkah yang terjadi dalam asam piruvat yangvmenghasikan ~S - KoA berkarbon $. Suksinil ~S _ KoA, berbeda dengan asetil ~S – KoA, kemudian memindahkan ikatan yang kaya energi itu ke ADP, memperbarui koenzim A dan membentuksuksinat serta ATP. Tiga langkah terakhir dari daur ATK bertuindak untuk mempengaruhi oksalosetat dri suksinat. Pada langkah pertama dari ketiga langkah ini suksinat oksidasi menjadi mufarat dengan mengeluarkan 2 atom karbon. Yang diterim,a bukan oleh nAD, melainkan FaD. Fumarat mengalami penyusutan pada molekulnya untuk penambahan unsure air melalui ikatan rangkap membentuk malat. Dua atom hydrtogen dilepas dari malat dan diterima oleh NAD⁺ , nmenghasilkan oksalosetat dan NAD teredukisi. Pembentukan oksaloasetat ini mengakhiri daur ATK yang kemudian dapat kkembali mengawali pembentukan sitrat.

Respirasi Tahap III : Rantai Pengangkut Elektron

Dua reaksi pembentukan asetil KoA dan empat treaksi dalam daur ATK terdiri atas ghidrogenasi zat perantara. Hdrogenasi ini diklaksanakan dengan mengorbankan NAD⁺ yang direduksi menjadi NADH. Keseluhan Reaksi (NAD+H⁺+¹/₂ O₂ žNAD⁺ +H₂O)melepaskan sejumlah energi ( G^O =-523 kkal), dan terjadi dalam serangkaian langkah yang trelah dikatalis enzim aecara berpasangan langsung untuk menghailjkan ATP. Reaksi ini dikenal dengan istilah rangkaian pengangkut elwektron. Pada ujung rantai reaksi oksidasi-reduksi, oksigen sendiri bertindak sebagai akseptor electron dan electron-elektron tersebut sekarang berada pada taraf energi rendah.

Pembawa tereduki + oksigen žpembawa teroksidasi +air

í Energi yangh deiperoleh pada Respirasi

Dari setiap molekul piruvat yang dimasukkan ke dalam daur ATK terbentuk 4 molekul NAD tereduksi, , 1 molekul FAD tereduksi dan 1 molekul ATP. Secara kolektif dihasilkan 15 molekul ATP. Karena setiap molekul glukosa dapat menghasilkan 2 molekul piruvat, maka hasil keseluruhan oksidasi aerob piruvat adalah 30 buah molekul ATP permolekul Glukosa. Dari pecahan glijkolisis setiap molekul glukosa juga terdapat hasil bersih berupa 2 molekul ATP. Oleh karena itu, glikolisis glukosa menjadi 2 molekul piruvat akan nmenghasilkan 4 molekul ATP. Dengan rG⁰ untuk sintesis ATP sebesar + 7 kkal/mol, jumlah energi yang ditangkap selama respirasi aerob glukosa adalah 38 × 7=266 kkal/mol. karena rG⁰ untuk oksidasipenuh dari glukosa menjadi karbon dioksida dan air adalah -686 kkal/mol, maka efisiensi sintesis ATP pada respirasi awerob adalah 266/686×100 = kirakira 40%. Tingkat efisiensi ini sebanding dengan efisiensi pada stasian pembangkit tenaga bahanbakar minyak mutakhir.

í Lokasi Respirasi dalam Sel

Diketahuii bahwa enzim-enzim pada daur ATK terdapat bebas dalam cairan yang mengisi bagian dalam sel. Asam piruvat, tyang dibentukl oleh glikolisisdi dalam sitoplasma sel memasuki mitokondria, kemudian bereaksi dengan enzim-enzim ATK yang mengoksidasinya menjadi CO₂ kemudian berdifusi keluar dari mitokondriadan akhirnya keluar dari sel. NADH yang secara serempak dihasilkan selama beroprasinya daur ATK, tetapi berada dalam mitokondria. Enzim enzim pada rantai pengangkut electron dan fosforilasi oksidatif merupakan bagian struktur sebenarnya selaput dalam (cristae) mitokondria, dan pada permukaan selaput inilah ATP diproduksi sebelum melaluinya dan masuk kedalam sitoplasma. Analisis kimian mitokondria menunjukkan bahwa be5rbagai enzim yang menghubungkan NADH dengan sepanjang rantai pengangkut electron berada proporsi yang tetap, syarat ini diperlukan agar garis produksi berjalan lancar.

Mitokondria adalah tempat di mana fungsi respirasi pada makhluk hidup berlangsung. Respirasi merupakan proses perombakan atau katabolisme untuk menghasilkan energi atau tenaga bagi berlangsungnya proses hidup. Dengan demikian, mitokondria adalah "pembangkit tenaga" bagi sel. garis besar, tahap respirasi pada tumbuhan dan hewan melewati jalur yang sama, yang dikenal sebagai daur atau siklus Krebs.

Mitokondria memiliki dua lapis membran. Membran luar membatasi bagian dalam dengan matriks sel. Membran dalam berlekuk-lekuk. Proses respirasi terjadi di dalam membran dalam.

• DNA MITOKONDRIA

Mitokondria memiliki DNA tersendiri, yang dikenal sebagai mtDNA (Ing. mitochondrial DNA). MtDNA berpilin ganda, sirkular, dan tidak terlindungi membran (prokariotik). Karena memiliki ciri seperti DNA bakteri, berkembang teori yang cukup luas dianut, yang menyatakan bahwa mitokondria dulunya merupakan makhluk hidup independen yang kemudian bersimbiosis dengan organisme eukariotik.

Gambaran Umum Mitokondria

1. organel bermembran rangkap
2. fungsi tempat terjadinya respirasi seluler yang menghasilkan ATP
3. bentuk bermacam macam
4. bersifat plastis ( bentuk mudah beubah )
5. terdiri dari : membrane luar berfungsi sbagai pembatas antara bagian dalam mitkondria dan sitoplasma . membrane dalam berfungsi melangsun gkan rantai respirasi, menghasilkan ATP.
6. membrane dsalam berlekuk lekuk yang disebut matriks
7. Krista berfungsi memperluas permukaan, mengandungf molekul penting untuk sintesis ATP
8. matriks : berfungsi oksidasi asam lemak dan katabolisme asetil koenzim, mengandung enzim untuk respirasi, ion-ion, ribosom dan DNA mitikondria
9. DNA mitokondria menyediakan gen-gen untuk diekspresikan menjadi protein membrane dalan yang berguna untuk rantai respirasi.
10. reaksi respirasi yang terjadi dalam mitokondria adalah reaksi dekarboksilasi oksidatif, daur kerb dan transfor electron.