METABOLISME PADA TUMBUHAN - Universitas Udayana

BAHAN AJARMETABOLISME PADA TUMBUHANOLEHIR. I WAYAN WIRAATMAJA, MP.NIP. 19590418 198601 1 001PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGIFAKULTAS PERTANIANUNUD2017i

KATA PENGANTARBerkat Asung Kertha Wara Nugraha Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan YangMaha Esa, maka Bahan Ajar ―METABOLISME PADA TUMBUHAN‖ini berhasildisusun. Penyusunan materi ini dilakukan untuk penyempurnaan bahan ajar yangtelah ada pada Mata Kuliah Fisiologi Tumbuhan.Penulis menyampaikan terima kasih kepada semua pihak, terutama kepadarekan-rekan staf dosen Program Studi Agroekoteknologidan Dekan FakultasPertanian Universitas Udayana atas segala bantuannya, baik moril maupundorongan semangat.Penulis menyadari bahwa Bahan Ajar ini belum sempurna. Untuk itu unpenyempurnaan. Semoga tulisan ini bermanfaat.Denpasar, September 2017.Penyusuniiuntuk

DAFTAR ISIJUDUL iKATA PENGANTAR . .iiDAFTAR ISI iiiI.METABOLISME PADA TUMBUHAN .1II.ANABOLISME2.1. Fotosintesis . . .32.1.1. Latar Belakang . . . . 32.1.2. Sejarah Penemuan Fotosintesis . . . . 52.1.3. Proses Fotosintesis . . .92.1.4 Faktor Yang Mempengaruhi Fotosintesis . . 19III. KATABOLISME . 253.1. Respirasi . 253.1.1. Pertukaran Gas Pada Respirasi . 263.1.2. Faktor Yang Mempengaruhi Respirasi . 263.1.3. Garis Besar Respirasi 313.1.3.1. Glikolisis . 323.1.3.2. Fermentasi .353.1.3.3. Daur Kreb .363.1.3.4 Rantai Respirasi . . 39-44DAFTAR PUSTAKA . .iii45

I. METABOLISME PADA TUMBUHANMetabolisme dalam bahasa Yunani metabolismos yang berarti perubahanadalah semua reaksi kimia yang terjadi dalam organism termasuk yang terjadi ditingkat seluler. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolismeterjadi selalu menggunakan katalisator enzim. Reaksi-reaksi tersebut adalah eproduksi,mempertahankan strukturnya, dan merespon lingkungannya. Secara keseluruhan,metabolisme bertanggung jawab terhadap pengaturan materi dan sumber energidari sel. Peran metabolisme inilah yang menjadikan suatu reaksi yang sangatpenting bagi kelangsungan hidup makhluk fungsiuntukmelindungi tumbuhan tersebut dari serangan bakteri, jamur, serangga dan jenispathogen lainnya serta tumbuhan mampu menghasilkan vitamin untuk kepentingantumbuhan itu sendiri dan hormone-hormon yang merupakan sarana bagi tumbuhanuntuk berkemunikasi antara organnya atau jaringannya dalam mengendalikan danmengkoordinasikan pertumbuhan dan perkembangannya.Tumbuhan mengalamiproses metabolisme yang terdiri dari anabolisme,yaitu pembentukan senyawa yang lebih besar dari molekul-molekul yang lebih kecil,yaitupati, selulose, protein, lemak dan asam lemak. Prioses ini membutuhkanenergi. Sedang katabolisme adalah menguraikanmolekul yang besar menjadimolekul yang lebih kecil dan menghasilkan energy.Sel dalam tubuh tumbuhan mampu mengatur lintasan-lintasan metabolik yangdikendalikannnya agar terjadi dan dapat mengatur kecepatan reaksi tersebutdengan cara memproduksi katalisator dalam jumlah yang sesuai dan tepat padasaat dibutuhkan. Katalisator inilah yang disebut dengan enzim yang mampumempercepat laju reaksi berkisar antara 108 sampai 1020.1

Secara umum, metabolisme terdiri atas 2 proses yaitu anabolisme (reaksipenyusunan) dan katabolisme (reaksi pemecahan).1.AnabolismeAnabolisme adalah suatu peristiwa penyusunan senyawa kompleks dari senyawasederhana. Nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan.Contohnya Fotosintesis.2.KatabolismeKatabolisme adalah reaksi pemecahan/pembongkaran senyawa kimia kompleksyang mengandung energi tinggi menjadi senyawa sederhana yang mengandungenergi lebih rendah. Tujuan utama katabolisme adalah untuk membebaskan energiyang terkandung di dalam senyawa sumber.Contohnya Respiras2

II. ANABOLISMEAnabolisme adalah proses sintesis (penyusunan) senyawa kompleks darisenyawa-senyawa sederhana secara bertahap. Proses ini membutuhkan energi dariluar, seperti energi cahaya. Contoh : Fotosintesis.2.1. FOTOSINTESIS2.1.1. Latar BelakangFotosintesis (dari bahasaYunani [fóto-],"cahaya,"dan [sýnthesis],"menggabungkan", "penggabungan") adalah suatu proses biokimia pembentukanzat makanan seperti karbohidrat yang dilakukan oleh tumbuhan, terutama tumbuhanyang mengandung zat hijau daun atau klorofil. Selain tumbuhan berkalori tinggi,makhluk hidup non-klorofil lain yang berfotosintesis adalah alga dan beberapajenis bakteri. Organisme ini berfotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta bantuan energi cahaya matahari.Organisme fotosintesis disebut fotoautotrof karena mereka dapat membuatmakanannya sendiri. Pada tanaman, alga, dan cyanobacteria, fotosintesis dilakukandenganmemanfaatkankarbondioksidadan air sertamenghasilkanprodukbuangan oksigen. Fotosintesis sangat penting bagi semua kehidupan aerobik diBumi karena selain untuk menjaga tingkat normal oksigen di atmosfer, fotosintesisjuga merupakan sumber energi bagi hampir semua kehidupan di Bumi, baik secaralangsung (melalui produksi primer) maupun tidak langsung (sebagai sumber utamaenergi dalam makanan mereka), kecuali pada organisme kemoautotrof yang hidupdi bebatuan atau di lubang angin hidrotermal di laut yang dalam. Tingkatpenyerapan energi oleh fotosintesis sangat tinggi, yaitu sekitar 100 terawatt, ardaripada bankarbonbagi

semua senyawa organik dalam tubuh organisme. Fotosintesis mengubah sekitar100–115 petagram karbon menjadi biomassa setiap tahunnya.Meskipun fotosintesis dapat berlangsung dalam berbagai cara pada berbagaispesies, beberapa cirinya selalu sama. Misalnya, prosesnya selalu dimulai denganenergicahayafotosintesis.diserapPadaoleh protein berklorofiltumbuhan,proteininiyangtersimpandisebut pusatdireaksidalam organel yangdisebut kloroplas, sedangkan pada bakteri, protein ini tersimpan pada membranplasma. Sebagian dari energi cahaya yang dikumpulkan oleh klorofil disimpan dalambentuk adenosintrifosfat (ATP).Sisaenerginyadigunakanuntukmemisahkan elektron dari zat seperti air. Elektron ini digunakan dalam reaksi yangmengubah karbondioksia menjadi senyawa organik.Pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria, dilakukan dalam suatu rangkaianreaksi yang disebut siklus Calvin, namun rangkaian reaksi yang berbeda ditemukanpada beberapa bakteri, misalnya siklus Krebs terbalik pada Chlorobium. Banyakorganisme fotosintesis memiliki adaptasi yang mengonsentrasikan atau sborosyangdisebut fotorespirasi yang dapat menghabiskan sebagian dari gula yang dihasilkanselama fotosintesis.Organisme fotosintesis pertama kemungkinan berevolusi sekitar 3.500 jutatahun silam, pada masa awal sejarah evolusi kehidupan ketika semua bentukkehidupan di Bumi merupakan mikroorganisme dan atmosfer memiliki sejumlahbesarkarbondioksida.Makhlukmemanfaatkan hidrogen atau ebagaimungkinsumberelektron. Cyanobacteria muncul kemudian, sekitar 3.000 juta tahun silam, dansecara drastis mengubah Bumi ketika mereka mulai mengoksigenkan atmosfer padasekitar 2.400 juta tahun silam. Atmosfer baru ini memungkinkan evolusi kehidupankompleks seperi protista. Pada akhirnya, tidak kurang dari satu miliar tahun silam,4

salah satu protista membentuk hubungan simbiosis dengan satu cyanobacteria danmenghasilkan nenek moyang dari seluruh tumbuhan dan alga. Kloroplas padaTumbuhan modern merupakan keturunan dari cyanobacteria yang bersimbiosis ini.2.1.2. Sejarah Penemuan Fotosintesis.Meskipun masih ada langkah-langkah dalam fotosintesis yang belumdipahami, persamaan umum fotosintesis telah diketahui sejak tahun 1800-an.1.Pada awal tahun 1600-an, seorang dokter dan ahli kimia, Jan van Helmont,seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia), melakukan percobaan untukmengetahui faktor apa yang menyebabkan massa tumbuhan bertambah dariwaktu ke waktu. Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa massatumbuhan bertambah hanya karena pemberian air.2. Pada tahun 1727, ahli botani Inggris, Stephen Hales berhipotesis bahwa pastiada faktor lain selain air yang berperan. Ia mengemukakan bahwa sebagianmakanan tumbuhan berasal dari atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam prosestertentu. Pada saat itu belum diketahui bahwa udara mengandung unsur gasyang berlainan.3. Padatahun1771, angbahwaahlikimiaketikadaniapendetamenutupisebuah lilin menyala dengan sebuah toples terbalik, nyalanya akan mati sebelumlilinnya habis terbakar. Ia kemudian menemukan bila ia meletakkan tikus dalamtoples terbalik bersama lilin, tikus itu akan mati lemas. Dari kedua percobaan itu,Priestley menyimpulkan bahwa nyala lilin telah "merusak" udara dalam toples itudan menyebabkan matinya tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yangtelah ―dirusak‖ oleh lilin tersebut dapat ―dipulihkan‖ oleh tumbuhan. Ia juga5

menunjukkan bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples tertutup asalkan didalamnya juga terdapat tumbuhan.4. Padatahun 1778, JanIngenhousz,dokterkerajaan Austria,mengulangieksperimen Priestley. Ia memperlihatkan bahwa cahaya Matahari berpengaruhpada tumbuhan sehingga dapat "memulihkan" udara yang "rusak". Ia jugamenemukan bahwa tumbuhan juga 'mengotori udara' pada keadaan gelapsehingga ia lalu menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah padamalam hari untuk mencegah kemungkinan meracuni penghuninya.5.Akhirnyapadatahun 1782, JeanSenebier,seorang pastor Perancis,menunjukkan bahwa udara yang "dipulihkan" dan "merusak" itu adalah karbondioksida yang diserap oleh tumbuhan dalam fotosintesis.Tidak lamakemudian, Theodore de Saussure berhasil menunjukkan hubungan antarahipotesis Stephen Hale dengan percobaan-percobaan "pemulihan" udara. Iamenemukan bahwa peningkatan massa tumbuhan bukan hanya karenapenyerapan karbon dioksida, tetapi juga oleh pemberian air.Melaluiserangkaian eksperimen inilah akhirnya para ahli berhasil menggambarkan6

persamaan umum dari fotosintesis yang menghasilkan makanan (sepertiglukosa).6.Cornelis Van Niel menghasilkan penemuan penting yang menjelaskan proseskimia fotosintesis. Dengan mempelajari bakteri sulfur ungu dan bakteri hijau, diamenjadi ilmuwan pertama yang menunukkan bahwa fotosintesis merupakanreaksi redoks yang bergantung pada cahaya, yang mana hidrogen mengurangikarbondioksida.7.Robert Emerson menemukan dua reaksi cahaya dengan menguji produktivitasTumbuhan menggunakan cahaya dengan panjang gelombang yang berbedabeda. Dengan hanya cahaya merah, reaksi cahayanya dapat ditekan. Ketikacahaya biru dan merah digabungkan, hasilnya menjadi lebih banyak. Dengandemikian, ada dua protosistem, yang satu menyerap sampai panjang gelombang600 nm, yang lainnya sampai 700 nm. Yang pertama dikenal sebagai PSII, yangkedua PSI. PSI hanya mengandung klorofil a, PAII mengandung terutama klorofila dan klorofil b, di antara pigmen lainnya. Ini meliputi fikobilin, yang merupakanpigmen merah dan biru pada alga merah dan biru, serta fukoksantol untuk algacoklat dan diatom. Proses ini paling produktif ketika penyerapan kuantanyaseimbang untuk PSII dan PSI, menjamin bahwa masukan energi dari kompleksantena terbagi antara sistem PSI dan PSII, yang pada gilirannya menggerakanfotosintesis.8.Robert Hill berpikir bahwa suatu kompleks reaksi terdiri atas perantara kekitokrom b6 (kini plastokinon), yang lainnya dari kitokrom f ke satu tahap dalammekanisme penghasilan karbohidrat. Semua itu dihubungkan oleh plastokinon,yang memerlukan energi untuk mengurangi kitokrom f karena itu merupakanreduktan yang baik.9.Percobaan lebih lanjut yang membuktikan bahwa oksigen berkembang padafotosintesis Tumbuhan hijau dilakukan oleh Hill pada tahun 1937 dan 1939. Dia7