SOAL METABOLISME

 SOAL METABOLISME

STRUKTUR, FUNGSI, dan, DISTRIBUSI JARINGAN TUMBUHAN

Struktur, fungsi dan distrubusi jaringan tumbuhan

 

 

ORGAN TUMBUHAN

 

 

ORGAN TUMBUHAN

1. Akar

Fungsi akar:
a. Tempat menambatkan tubuh tumbuhan pada posisi tertentu.
b. Menyerap air dan garam-garam anorganik dari dalam tanah.

1) Struktur bagian luar (Morfologi akar)

• Leher atau pangkal akar, merupakan bagian akar yang bersambungan dengan pangkal batang.
• Ujung akar, merupakan titik tumbuh akar yang dilindungi oleh tudung akar ( kaliptra).
• Batang akar, merupakan bagian akar yang terletak antara leher akar dan ujung akar.
• Cabang-cabang akar, merupakan bagian yang tidak langsung bersambungan dengan pangkal batang tetapi keluar dari akar pokok.
• Serabut akar, merupakan cabang-cabang akar yang halus dan berbentuk serabut.
• Rambut akar atau bulu-bulu akar, merupakan penonjolan sel-sel kulit luar (epidermis) yang sesungguhnya dan akan memperluas daerah penyerapan air dan mineral. Rambut akar hanya tumbuh dekat ujung akar dan umumnya relatif pendek.
• Tudung akar ( kaliptra), terletak paling ujung dan berfungsi untuk melindungi akar terhadap kerusakan mekanis pada waktu menembus tanah.

2) Struktur bagian dalam (Anatomi akar)

• Epidermis: Susunan sel-sel epidermis rapat dan setebal satu lapis sel, dinding selnya mudah dilewati air. Sebagian sel epidermis membentuk rambut akar dengan pemanjangan ke arah lateral dari dinding luarnya. Bulu akar merupakan modifikasi dari sel epidermis akar, bertugas menyerap air dan garam-garam mineral terlarut. Bulu akar memperluas permukaan akar sehingga penyerapan lebih efsien.
• Korteks: Letak korteks langsung di bawah epidermis, sel-selnya tidak tersusun rapat sehingga banyak memiliki ruang antarsel yang berperan dalam pertukaran gas. Sebagian besar korteks dibangun oleh jaringan parenkim. Korteks berfungsi sebagai tempat menyimpan makanan.
• Endodermis: Endodermis merupakan lapisan pemisah antara korteks dengan silinder pusat. Sebagian besar sel endodermis memiliki bagian seperti pita yang mengandung gabus (zat suberin) atau zat lignin. Bagian ini disebut pita kaspari. Sel-sel endodermis dapat mengalami penebalan zat gabus pada dindingnya dan membentuk seperti titik-titik, dinamakan titik kaspari. Pada pertumbuhan selanjutnya penebalan zat gabus sampai pada dinding sel yang menghadap silinder pusat, bila diamati di bawah mikroskop akan tampak seperti huruf U, disebut sel U, sehingga air tidak dapat menuju ke silinder pusat. Tetapi tidak semua sel-sel endodermis mengalami penebalan, sehingga memungkinkan air dapat masuk ke silinder pusat. Sel-sel tersebut dinamakan sel penerus/sel peresap. Jadi, endodermis berfungsi sebagai pengatur jalannya larutan yang diserap dari tanah masuk ke silinder pusat.
• Silinder pusat/stele: Silinder pusat/ stele merupakan bagian terdalam dari akar. Terdiri atas berbagai macam jaringan, yaitu:(1) Perisikel/ perikambium. Merupakan lapisan terluar dari stele yang tersusun atas satu atau beberapa lapis sel. Akar cabang terbentuk dari pertumbuhan persikel ke arah luar. Perisikel berfungsi dalam pertumbuhan sekunder dan pembentukan akar ke samping.(2) Berkas pembuluh angkut. Berkas pembuluh angkut terdapat di sebelah dalam perisikel. Terdiri atas xilem dan floem yang tersusun bergantian menurut arah jari-jari. Pada dikotil di antara xilem dan foem terdapat jaringan kambium. (3) Empulur. Letaknya paling dalam atau di antara berkas pembuluh angkut terdiri atas jaringan parenkim. Empulur hanya terdapat pada akar tumbuhan dikotil.
  
  

2. Batang

Fungsi batang:
a. Sebagai penyangga.
b. Menyalurkan air dan mineral yang penting ke seluruh bagian tumbuhan.

Sama dengan struktur akar, struktur batang terdiri atas struktur luar dan struktur dalam. Struktur luar pada tumbuhan tingkat tinggi dibedakan menjadi struktur tumbuhan berkayu dan struktur tumbuhan tak berkayu (herba). Sedangkan struktur dalamnya terdiri dari bagian epidermis, korteks, endodermis, dan silinder pusat.

1) Struktur luar
Perbedaan struktur luar pada tumbuhan tingkat tinggi dapat dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu batang tumbuhan herba dan batang tumbuhan berkayu. Tumbuhan herba dan tumbuhan berkayu memiliki daun-daun di sepanjang batangnya.

a) Batang tumbuhan herba
Batang tumbuhan herba biasanya, berwarna hijau, jaringan kayu sedikit atau tidak ada, ukuran batang kecil, dan umumnya relatif pendek. Bagian luar batang terdiri dari epidermis yang tipis dan tidak mengandung gabus. Pada epidermis terdapat stomata sehingga jaringan di dalamnya dapat mengambil oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida. Contoh: pacar air, jagung, bayam, kacang, dan bunga matahari.
b) Batang tumbuhan kayu
Batang tumbuhan berkayu umumnya keras dan umurnya relatif panjang. Permukaan batang keras dan di bagian tertentu terdapat lentisel. Lentisel berhubungan dengan bagian dalam batang dan berfungsi sebagai tempat pertukaran gas di batang. Pada tumbuhan berkayu yang masih muda terdapat klorofill, sehingga dapat melakukan fotosintesis. Akan tetapi, jika sudah terbentuk lapisan gabus kemampuan fotosintesis menjadi hilang. Lapisan gabus terbentuk oleh kambium gabus. Adanya aktivitas kambium menyebabkan rusaknya jaringan yang terdapat pada korteks dan epidermis. Dengan rusaknya jaringan tersebut akan menyebabkan kemampuan fotosintesis menjadi hilang.

2) Struktur dalam
Terdapat perbedaan antara batang dikotil dan monokotil dalam susunan anatomi maupun morfologinya.

a) Batang dikotil
Pada ujung batang tumbuhan dikotil terdapat titik tumbuh berupa meristem apikal (ujung). Di belakang meristem apikal secara berurutan terdapat protoderm yang nantinya akan membentuk epidermis dan prokambium, di mana prokambium akan membentuk xilem, floem, dan kambium vasikuler, serta meristem dasar yang akan membentuk empulur dan korteks.

Pada batang dikotil terdapat lapisan-lapisan  dari luar ke dalam adalah:

(1) Epidermis
Epidermis batang tumbuhan dikotil merupakan selapis sel pipih yang tersusun rapat dan tidak mempunyai ruang antarsel. Fungsi epidermis untuk melindungi jaringan di bawahnya. Pada batang yang mengalami pertumbuhan sekunder, lapisan epidermis digantikan oleh lapisan gabus (lentisel) yang dibentuk dari kambium gabus. Lentisel berfungsi sebagai tempat pertukaran gas dan penguapan.

(2) Korteks
Korteks batang disebut juga kulit pertama, terdiri atas beberapa lapis sel, yang dekat dengan lapisan epidermis tersusun atas jaringan kolenkim, makin ke dalam tersusun atas jaringan parenkim. Korteks batang terdiri atas korteks luar dan korteks dalam (endodermis). Korteks luar tersusun atas sel-sel kolenkim yang berkelompok atau sel-sel kolenkim yang berselang-seling dengan sel parenkim yang membentuk lingkaran tertutup. Korteks luar tidak dijumpai pada batang setiap jenis tumbuhan. Korteks dalam (endodermis) disebut juga kulit dalam, terdiri atas sel-sel parenkim dan tersusun atas selapis sel. Terdapat pada batang setiap tumbuhan dan merupakan lapisan pemisah antara korteks dengan stele. Endodermis tumbuhan Angiospermae mengandung zat tepung sehingga lapisan sel tersebut disebut seludang pati, tetapi tidak terdapat pada endodermis tumbuhan Gymnospermae.
 

(3) Stele/silinder pusat
Stele merupakan lapisan terdalam dari batang. Lapis terluar dari stele disebut perisikel atau perikambium. Pada bagian dalam perikambium terdapat empulur dan berkas vasikuler yang tersusun dari xilem dan floem. Empulur merupakan parenkim yang berada di tengah-tengah stele. Empulur juga berada di sekitar berkas vasikuler berbentuk seperti jari-jari sehingga disebut jari-jari empulur. lkatan pembuluh pada stele disebut tipe kolateral terbuka yang artinya xilem dan floem terletak saling bersisian, xilem di sebelah dalam dan floem di sebelah luar tersusun seperti cincin. Antara xilem dan floem terdapat kambium intravasikuler, pada perkembangan selanjutnya jaringan parenkim yang terdapat di antara berkas pembuluh angkut juga berubah menjadi kambium, yang disebut kambium intervasikuler. Keduanya dapat mengadakan pertumbuhan sekunder yang mengakibatkan bertambah besarnya diameter batang. Pada tumbuhan dikotil, batangnya berkayu keras dan hidupnya menahun. Pertumbuhan menebal sekunder tidak berlangsung terus-menerus, tetapi hanya pada saat air dan zat hara tersedia cukup. Sedang pada musim kering tidak terjadi pertumbuhan menebal sehingga pada batang tampak berlapis-lapis. Setiap lapis menunjukkan aktivitas pertumbuhan selama satu tahun. Lapis-lapis lingkaran tersebut dinamakan lingkaran tahun.

b) Batang monokotil
Meristem apikal tumbuhan monokotil berukuran lebih kecil dari meristem apikal tumbuhan dikotil. Meristem tersebut membentuk tunas aksiler (tunas di ketiak daun), bakal daun, dan epidermis. Di bawah meristem apikal terdapat meristem perifer (meristem tepi) yang merupakan meristem primer yang melebar dan menebal di sekitar meristem apikal. Meristem primer berkembang menjadi bagian utama batang yang berisi ikatan pembuluh. Pada stele monokotil terdapat ikatan pembuluh yang menyebar dan bertipe kolateral tertutup, artinya di antara xilem dan floem tidak ditemukan kambium. Tidak adanya kambium pada monokotil menyebabkan batang monokotil tidak dapat tumbuh membesar, dengan perkataan lain tidak terjadi pertumbuhan menebal sekunder. Meskipun demikian, ada monokotil yang dapat mengadakan pertumbuhan menebal sekunder, misalnya pada pohon hanjuang (Cordyline sp.) dan pohon nenas seberang (Agave sp.). Seperti pada tumbuhan dikotil, tumbuhan monokotil juga tersusun atas lapisan epidermis, korteks, dan stele.

(1) Epidermis
Epidermis batang tumbuhan monokotil memiliki dinding sel yang lebih tebal dari tumbuhan dikotil. Epidermis terdiri dari satu lapis sel yang dilengkapi dengan stomata dan bulu-bulu.
(2) Korteks
Korteks batang tumbuhan monokotil berupa jaringan yang terdapat di bawah epidermis. Korteks umumnya terdiri atas sel-sel sklerenkim yang merupakan kulit batang. Kulit batang berfungsi untuk memperkuat dan mengeraskan bagian luar batang.
(3) Stele
Stele batang tumbuhan monokotil merupakan jaringan di bawah korteks. Umumnya, batas antara stele dan korteks tidak jelas. Stele berisi berkas vasikuler yang tersebar pada empulur, terutama terdapat
dekat dengan kulit batang. Secara morfologi batang tumbuhan dikotil biasanya bercabang-cabang,
ruas-ruasnya tidak tampak dengan jelas, serta mengalami pertumbuhan sekunder (membesar). 

3. Daun
Daun terletak di bagian atas tumbuhan dan melekat pada batang. Daun merupakan modifikasi dari batang. Daun merupakan bagian tubuh tumbuhan yang paling banyak mengandung klorofil sehingga kegiatan fotosintesis paling banyak berlangsung di daun. Daun memiliki bentuk dan ukuran tertentu sehingga dapat melakukan tugas penting, membuat makanan seefisien mungkin. Tumbuhan yang tumbuh di tempat gelap dan teduh memiliki daun yang lebar agar dapat menangkap sinar matahari sebanyak mungkin. Di daerah yang banyak hujan, daun sering memiliki lapisan yang mengkilat dan tahan air. Beberapa daun memiliki duri untuk melindungi diri, sementara daun lainnya tebal dan kuat untuk bertahan di udara dingin.

1) Struktur daun
Daun berbentuk pipih melebar dan berwarna hijau. Daun ditopang oleh tangkai daun. Tangkai daun berhubungan dengan tulang daun. Tulang daun bercabang-cabang membentuk jaringjaring pembuluh angkut. Struktur daun dibedakan atas struktur luar dan struktur dalam.

a) Struktur luar
Secara morfologi daun terdiri dari:

• Helaian daun ( lamina).
• Tangkai daun ( petiolus), terdapat bagian yang menempel pada batang disebut pangkal tangkai daun. Ada tumbuhan tertentu yang daunnya tidak bertangkai daun, misalnya rumput.
• Pelepah daun (folius), pada tumbuhan monokotil pangkal daun pipih dan lebar serta membungkus batangnya. Misalnya: pelepah daun pisang dan pelepah daun talas.

Daun yang memiliki ketiga bagian tersebut disebut daun sempurna, misalnya daun pisang dan daun talas. Daun yang tidak memiliki satu atau lebih bagian daun disebut daun tidak sempurna, misalnya daun mangga dan daun jambu. Pada lembaran permukaaan daun terdapat tulang atau urat daun.

 

Tipe tulang daun ada empat macam, yaitu:

• menyirip, misalnya pada daun mangga
•  menjari, misalnya pada daun pepaya
• melengkung, misalnya pada daun gadung
• sejajar, misalnya pada daun jagung,
  

 

Tumbuhan dikotil umumnya memiliki daun dengan susunan tulang daun menyirip dan menjari. Sedangkan tumbuhan monokotil memiliki daun dengan susunan tulang daun sejajar atau melengkung. 

b) Struktur dalam

(1) Epidermis

Epidermis merupakan lapisan terluar daun. Epidermis dibedakan menjadi epidermis atas dan epidermis bawah. Untuk mencegah penguapan yang terlalu besar, lapisan epidermis dilapisi oleh lapisan kutikula. Pada lapisan ini tidak terdapat ruang antarsel. Di antara sel epidermis terdapat stomata/mulut daun, yang berguna untuk tempat berlangsungnya pertukaran gas dari dan ke luar tubuh tumbuhan. Stomata pada permukaan bawah daun letaknya tersebar dan jumlahnya lebih banyak daripada permukaan atas
daun. Pada tumbuhan teresterial, stomata banyak dijumpai pada bagian bawah permukaan daun, sedangkan pada tumbuhan air stomata lebih banyak terdapat pada permukaan atas daun.

(2) Mesofil

Mesofil daun merupakan jaringan dasar yang tersusun atas dua lapisan sel, yakni palisade (jaringan pagar) dan spons parenkim (jaringan bunga karang). Kedua jaringan mengandung kloroplas. Jaringan pagar sel-selnya rapat sedang jaringan bunga karang sel-selnya agak renggang, sehingga masih terdapat ruang-ruang antarsel. Kegiatan fotosintesis lebih aktif pada jaringan pagar karena kloroplasnya lebih banyak daripada jaringan bunga karang antarsel. Ciri khas jaringan spons yaitu adanya lekukan-lekukan
yang menjadi penghubung antarsel.

(3) Jaringan pembuluh
Jaringan pembuluh daun ( xilem dan floem) merupakan lanjutan dari jaringan batang dan tangkai daun. Jaringan pembuluh terdapat di dalam tulang daun dan urat-urat daun.

ANABOLISME

ANABOLISME 

 I.  Fotosintesis

Fotosintesis berasal dari kata foton yang artinya cahaya dan sintesis yang artinya penyusunan. Jadi, fotosintesis adalah proses penyusunan bahan organik (karbohidrat) dari H2O dan CO2 dengan bantuan energi cahaya. Proses ini hanya dapat terjadi pada tumbuhan yang mempunyai klorofil, yaitu pigmen yang berfungsi sebagai penangkap energi cahaya matahari. Jadi, fotosintesis merupakan transformasi energi dari energi cahaya matahari dikonversi menjadi energi kimia yang terikat dalam molekul karbohidrat. Fotosintesis berlangsung dalam 2 tahap reaksi, yaitu reaksi terang (light-dependent reaction) dan reaksi gelap (light-independent reaction). Reaksi terang berlangsung jika ada cahaya, sedangkan reaksi gelap berlangsung tanpa memerlukan cahaya.

 

 a. Reaksi Terang (Light-Dependent Reaction) 

Reaksi terang terjadi dalam membran tilakoid yang di dalamnya terdapat pigmen klorofil a, klorofil b, dan pigmen tambahan yaitu karoten. Pigmen-pigmen ini menyerapcahaya ungu, biru, dan merah lebih baik daripada warna cahaya lain. Reaksi terang merupakan reaksi penangkapan energi cahaya. Energi cahaya yang diserap oleh membran tilakoid akan menaikkan elektron berenergi rendah yang berasal dari H2O. Elektron-elektron bergerak dari klorofil a menuju sistem transpor elektron yang menghasilkan ATP (dari ADP + P). Elektron-elektron berenergi ini juga ditangkap oleh NADP+. Setelah menerima elektron, NADP+ segera berubah menjadi NADPH. Molekul-molekul ini (ATP dan NADPH) menyimpan energi untuk sementara waktu dalam bentuk elektron berenergi yang akan digunakan untuk mereduksi CO2. Reaksi terang melibatkan dua jenis fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Dalam tilakoid terdapat beberapa pigmen yang berfungsi menyerap energi cahaya. Pigmen-pigmen itu antara lain klorofil a, klorofil b, dan pigmen tambahan karotenoid. Setiap jenis pigmen menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Molekul klorofil dan pigmen asesori (tambahan) membentuk satu kesatuan unit sistem yang dinamakan fotosistem. Setiap fotosistem menangkap cahaya dan memindahkan energi yang dihasilkan ke pusat reaksi, yaitu suatu kompleks
klorofil dan protein-protein yang berperan langsung dalam fotosintesis. Fotosistem I terdiri atas klorofil a dan pigmen tambahan yang menyerap kuat energi cahaya dengan panjang gelombang 700 nm sehingga sering disebut P700. Sementara itu, fotosistem II tersusun atas klorofil a yang menyerap kuat energi cahaya dengan panjang gelombang 680 nm sehingga sering disebut P680. Ketika suatu molekul pigmen menyerap energi cahaya, energi itu dilewatkan dari suatu molekul pigmen ke molekul pigmen lainnya hingga mencapai pusat reaksi. Setelah energi sampai di P700 atau di P680 pada pusat reaksi, sebuah elektron kemudian dilepaskan menuju tingkat energi lebih tinggi. Elektron berenergi ini akan disumbangkan ke akseptor elektron. Dalam reaksi terang, terdapat 2 jalur perjalanan elektron, yaitu jalur elektron siklik dan jalur elektron nonsiklik.

1) Jalur elektron siklik
Jalur elektron siklik dimulai setelah kompleks pigmen fotosistem I menyerap energi matahari. Pada jalur ini, elektron berenergi tinggi (e-) meninggalkan pusat reaksi fotosistem I, tetapi akhirnya elektron itu kembali lagi. Elektron berenergi (e-) meninggalkan fotosistem I (pusat reaksi klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron kemudian melewatkannya dalam sistem transpor elektron sebelum kembali ke fotosistem I. Jalur elektron siklik hanya menghasilkan ATP. Namun, sebelum kembali ke fotosintem I, elektronelektron itu memasuki sistem transpor elektron, yaitu suatu rangkaian protein pembawa yang mengalirkan elektron dari satu protein pembawa ke protein pembawa berikutnya. Ketika elektron melalui protein pembawa ke protein pembawa berikutnya, energi yang akan digunakan untuk membentuk ATP dilepaskan dan disimpan dalam bentuk gradien hidrogen (H+). Saat ion hidrogen ini melalui gradien elektrokimia melalui kompleks ATPsintase, terjadilah pembentukan ATP. ATP terbentuk karena adanya penambahan gugus fosfat pada senyawa ADP yang diatur oleh energi cahaya sehingga prosesnya disebut fotofosforilasi. Pembentukan ATP terjadi melalui rute transpor elektron
siklis maka disebut juga fotofosforilasi siklis. 

2) Jalur elektron nonsiklik
Reaksi ini dimulai ketika kompleks pigmen fotosistem II (P 680) menyerap energi cahaya dan elektron berenergi tinggi meninggalkan molekul pusat reaksi (klorofil a). Fotosistem II mengambil elektron dari
hasil penguraian air (fotolisis) dan menghasilkan oksigen.

Oksigen dilepaskan oleh kloroplas sebagai gas oksigen. Sementara itu, ion hidrogen (H+) untuk sementara waktu tinggal di ruang tilakoid. Elektron-elektron berenergi tinggi yang meninggalkan fotosistem II ditangkap oleh akseptor elektron dan mengirimnya ke sistem transpor elektron. Elektron-elektron ini melewati satu pembawa ke pembawa lainnya dan energi untuk pembentukan ATP dikeluarkan dan disimpan dalam bentuk gradien hidrogen (H+). Ketika ion-ion hidrogen melewati gradien elektrokimia serta kompleks sintase ATP, terbentuklah ATP secara kemiosmosis. Sementara itu, elektron-elektron berenergi rendah meninggalkan sistem transpor elektron menuju fotosistem I. Ketika fotosistem I menyerap energi cahaya, elektron-elektron berenergi tinggi meninggalkan pusat reaksi (klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron. Selanjutnya, sistem transpor elektron membawa elektron-elektron ini ke NADP+. Setelah itu, NADP+ mengikat ion H+ terjadilah NADPH2,

Dengan demikian jalur elektron nonsiklis menghasilkan ATP dan NADPH2. NADPH2 dan ATP yang dihasilkan dalam elektron nonsiklik akan digunakan dalam reaksi tahap kedua (reaksi gelap) sintesis karbohidrat.

b. Reaksi Gelap (Light-Independent Reaction)
Reaksi gelap merupakan reaksi tahap kedua dari fotosintesis. Disebut reaksi gelap karena reaksi ini tidak memerlukan cahaya. Reaksi gelap terjadi di dalam stroma kloroplas. Reaksi gelap pertama kali ditemukan oleh Malvin Calvin dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi gelap fotosintesis sering disebut siklus Calvin-Benson atau siklus Calvin. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap, yaitu fase fiksasi, fase reduksi, dan fase regenerasi. Pada fase fiksasi terjadi penambatan CO2 oleh ribulose bifosfat (Ribulose biphosphat = RuBP) menjadi 3-fosfogliserat (3- phosphoglycerate = PGA). Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ribulose bifosfat karboksilase (Rubisco).

Pada fase reduksi diperlukan ATP dan ion H+ dari NADPH2 untuk mereduksi 3-fosfogliserat (PGA) menjadi 1,3- bifosfogliserat (PGAP) kemudian membentuk fosfogliseraldehid (glyceraldehyde-3-phosphat = PGAL atau G3P = glukosa 3-fosfat).

Pada fase regenerasi, terjadi pembentukan kembaliRuBP dari PGAL atau G3P. Dengan terbentuknya RuBP, penambatan CO2 kembali berlangsung.

II. Fotorespirasi
 

Beberapa tanaman C3, misalnya kedelai dan kentang, tidak banyak menghasilkan karbohidrat melalui fotosintesis pada hari yang sangat panas. Karena pada saat panas tanaman C3 menutup stomatanya untuk mengurangi penguapan. Selama stomata menutup, fotosintesis tetap berlangsung menggunakan sisa CO2 dalam daun dan menghasilkan O2 yang terakumulasi dalam kloroplas. Telah diketahui bahwa Rubisco sangat diperlukan dalam fiksasi CO2 dalam siklus Calvin untuk menggabungkan CO2 dengan RuBP. Sementara itu, O2 hasil fotosintesis bersaing dengan CO2 untuk memperebutkan sisi aktif Rubisco. Ketika kadar O2 lebih tinggi dari kadar CO2, Rubisco cenderung mengkatalis reaksi O2 dengan RuBP daripada dengan CO2. Ketika hal ini terjadi, senyawa antara dalam siklus Calvin banyak dipecah menjadi CO2 dan H2O daripada membentuk glukosa (karbohidrat). Proses inilah yang
disebut fotorespirasi. Dinamakan fotorespirasi karena dalam peristiwa tersebut memerlukan cahaya, memerlukan oksigen seperti halnya respirasi aerob, serta menghasilkan CO2 dan H2O.

III. Kemosintesis 

Tumbuhan hijau mampu mensintesis karbohidrat menggunakan energi cahaya melalui proses
fotosintesis. Karbohidrat dapat dibentuk dari CO2 dan H2O menggunakan energi kimia yang dihasilkan selama oksidasi biologi terhadap substansi kimia tertentu. Bakteri yang tidak berklorofil juga dapat menghasilkan karbohidrat menggunakan energi kimia. Oleh karena itu, porses tersebut dinamakan kemosintesis. Dengan demikian, kemosintesis dapat diartikan sebagai salah bentuk asimilasi karbon di mana reduksi CO2 berlangsung dalam gelap (tanpa cahaya), menggunakan energi murni hasil oksidasi. Salah satu hal penting dari kemosintesis yaitu energi hasil reaksi oksidasi digunakan oleh bakteri dalam fosforilasi dan selanjutnya mereduksi CO2 menjadi senyawa organik. Kemosintesis terjadi pada bakteri nitrifikasi, bakteri belerang, bakteri besi, serta bakteri hidrogen dan bakteri metan.

KATABOLISME

 Katabolisme

Pada saat melakukan aktivitas, misalnya berolahraga, dalam tubuh akan  terjadi pembakaran glukosa dan lemak menjadi energi atau panas. Pemecahan glukosa dan lemak atau bahan makanan lain yang menghasilkan energi atau panas disebut katabolisme. Dengan kata lain, katabolisme dapat diartikan sebagai proses pemecahan molekul-molekul kompleks menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana dengan menghasilkan sejumlah energi. 

Salah satu proses yang merupakan katabolisme adalah respirasi, merupakan reaksi kimia sel untuk merombak senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dengan menghasilkan energi. Kegiatan respirasi dilakukan setiap saat oleh setiap sel hidup, baik sel tumbuhan maupun sel hewan. Berdasarkan kebutuhan akan oksigen atau penerima elektronnya, respirasi dibedakan menjadi dua macam yaitu respirasi aerobik dan respirasi anaerobik.Respirasi aerob adalah respirasi yang membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi. Sedangkan, respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi.

1. Respirasi Aerob

Respirasi aerob adalah peristiwa pembakaran zat makanan menggunakan oksigen dari pernapasan untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Selanjutnya, ATP digunakan untuk memenuhi proses hidup yang selalu memerlukan energi. Respirasi aerob disebut juga pernapasan, dan terjadi di paru-paru. Sedangkan, pada tingkat sel respirasi terjadi pada organel mitokondria. Secara sederhana, reaksi respirasi adalah sebagai berikut: 

C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + 36 ATP

 

Pada respirasi ini, bahan makanan seperti senyawa karbohidrat, lemak atau protein dioksidasi sempurna menjadi karbondioksida dan air. Pada reaksi di atas, substrat yang dioksidasi sempurna adalah glukosa. Oksigen diperlukan sebagai akseptor elektron terakhir pada rantai transpor elektron di mitokondria.
Karbondioksida (CO2) dibebaskan keluar sel sebagai sampah. Pada manusia, CO2 dilarutkan dalam darah, kemudian dibuang melalui pernapasan dari paru-paru. Molekul air juga merupakan sampah dari respirasi dan dibuang lewat plasma darah ke paru-paru, kemudian dikeluarkan melalui hembusan napas.

Respirasi aerob dapat dibedakan menjadi tiga tahap, yaitu:

•  glikolisis 
• siklus krebs, dan  
• transpor elektron 

 

 

a. Glikolisis
Glikolisis adalah peristiwa pengubahan molekul glukosa (6 atom C) menjadi 2 molekul yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat (3 atom C). Glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel.

Glikolisis

 

 

Peristiwa glikolisis menunjukkan perubahan dari glukosa, kemudian makin berkurang kekomplekan molekulnya dan berakhir sebagai molekul asam piruvat. Produk penting glikolisis
adalah:
1) 2 molekul asam piruvat
2) 2 molekul NADH sebagai sumber elektron berenergi tinggi
3) 2 molekul ATP dari 1 molekul glukosa
 

Sebenarnya, dari 1 molekul glukosa dihasilkan 4 molekul ATP, tetapi 2 molekul digunakan untuk beberapa reaksi kimia. Dari kesepuluh langkah pemecahan glukosa, dua di antaranya bersifat endergonik, dan menggunakan 2 molekul ATP.

b. Siklus krebs
Siklus krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob. Siklus disebut juga siklus asam sitrat.

Siklus krebs diawali dengan adanya 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis yang meninggalkan sitoplasma masuk ke mitokondria. Sehingga, siklus krebs terjadi di dalam mitokondria.
Tahapan siklus krebs adalah sebagai berikut:

a) Asam piruvat dari proses glikolisis, masuk ke siklus krebs setelah bereaksi dengan NAD+ (Nikotinamida adenine dinukleotida) dan ko-enzim A atau Ko-A, membentuk asetil Ko-A. Dalam peristiwa ini, CO2 dan NADH dibebaskan. Perubahan kandungan C dari 3C (asam piruvat) menjadi 2C (asetil ko-A).
b) Reaksi antara asetil Ko-A (2C) dengan asam oksalo asetat (4C) dan terbentuk asam sitrat (6C). Dalam peristiwa ini, Ko-A dibebaskan kembali.
c) Asam sitrat (6C) dengan NAD+ membentuk asam alfa ketoglutarat (5C) dengan membebaskan CO2.
d) Peristiwa berikut agak kompleks, yaitu pembentukan asam suksinat (4C) setelah bereaksi dengan NAD+ dengan membebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP setelah bereaksi dengan ADP dan asam fosfat anorganik.
e) Asam suksinat yang terbentuk, kemudian bereaksi dengan FAD (Flarine Adenine Dinucleotida) dan membentuk asam malat (4C) dengan membebaskan FADH2.
f) Asam malat (4C) kemudian bereaksi dengan NAD+ dan membentuk asam oksaloasetat (4C) dengan membebaskan NADH, karena asam oksalo asetat akan kembali dengan asetil ko-A seperti langkah ke 2 di atas. Dapat disimpulkan bahwa siklus krebs merupakan tahap kedua dalam respirasi aerob yang mempunyai tiga fungsi, yaitu menghasilkan NADH, FADH2, ATP serta membentuk kembali oksaloasetat. Oksaloasetat ini berfungsi untuk siklus krebs selanjutnya. Dalam siklus krebs, dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.

JARINGAN TUMBUHAN

Jaringan pada tumbuhan dibedakan menjadi dua berdasarkan aktivitas pembelahannya. Jaringan  meristem (embrionik) atau jaringan muda dan jaringan dewasa.

a. Jaringan Meristem
Sel-sel pada jaringan muda selalu aktif membelah. Inilah yang menyebabkan bahwa tumbuhan dapat tumbuh dengan tinggi dan besar. Berdasarkan asalnya, jaringan meristem dibagi menjadi dua, yaitu
meristem primer dan meristem sekunder.
 

1) Meristem primer
Meristem primer adalah jaringan yang sel-selnya berkembang secara langsung dari sel-sel embrionik. Meristem primer terdapat di daerah ujung tumbuhan, misalnya ujung akar (meristem akar) dan ujung batang (meristem pucuk). Meristem akar dan meristem pucuk menyebabkan tumbuhan semakin panjang, baik ke atas maupun ke bawah. Aktivitas meristem primer menghasilkan pertumbuhan primer.

 
2) Meristem sekunder
Meristem sekunder adalah jaringan yang sel-selnya berkembang dari jaringan dewasa yang telah mengalami diferensiasi. Meristem sekunder sering disebut sebagai meristem lateral karena letaknya di samping dari organ tumbuhan. Aktivitas meristem sekunder menyebabkan batang dan
akar tumbuh membesar ke arah samping. Contoh meristem sekunder adalah kambium dan kambium gabus. Aktivitas meristem sekunder menghasilkan pertumbuhan sekunder.

 

b. Jaringan Dewasa
Jaringan dewasa adalah jaringan yang berasal dari pembelahan dan diferensiasi meristem primer dan meristem sekunder. Jaringan dewasa memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

1. Tidak memiliki aktivitas untuk membelah diri atau memperbanyak diri
2. Memiliki rongga yang besar (ruang antarsel
3. Dinding selnya telah mengalami penebalan
4. Berukuran lebih besar daripada sel-sel meristem  

Berdasarkan fungsinya, jaringan dewasa dibagi menjadi:

• jaringan pelindung
• jaringan dasar
• jaringan penguat, dan
• jaringan pengangkut

1) Jaringan pelindung/jaringan epidermis. Jaringan epidermis merupakan lapisan sel yang berada di bagian paling luar. Jaringan ini biasa ditemukan pada permukaan organ-organ tumbuhan, seperti akar, daun, batang, dan bunga, berfungsi melindungi bagian dalam tumbuhan dari faktor luar. Oleh karena itu, jaringan ini tersusun atas sel-sel yang rapat. 

Sel-sel pada jaringan epidermis dapat berkembang menjadi alat-alat tambahan lain yang berbeda bentuk dan fungsi. Contoh mulut daun (stomata) dan trikoma. Stomata adalah tempat pertukaran gas antara jaringan dan lingkungan. Stomata terdiri atas sepasang sel penjaga dan penutup. Sel-sel tersebut dapat membesar dan memipih sebagai akibat perubahan kandungan air di dalamnya.Trikoma adalah tempat mengurangi penguapan (pada daun) dan penyerapan air dan garam mineral (pada akar).

2) Jaringan dasar/parenkim. Sel-sel parenkim memiliki dinding yang tipis dengan ruang antarsel yang besar. Parenkim disebut jaringan dasar karena hampir terdapat di setiap bagian tumbuhan. Jaringan parenkim dapat ditemukan, di antaranya pada batang, akar, dan daun. Jaringan parenkim terletak di antara epidermis dan pembuluh angkut, serta terletak di empulur batang. Pada daun, jaringan parenkim berada pada mesofil daun. Jaringan ini dapat berdiferensiasi menjadi jaringan tiang dan jaringan bunga karang. Oleh karena itu, jaringan parenkim memiliki fungsi sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis. Selain itu, jaringan parenkim berfungsi sebagai tempat penyimpanan makanan cadangan pada buah dan biji.

3) Jaringan penguat, berfungsi menyokong bagian-bagian tumbuhan, misalnya daun dan batang. Jaringan penguat dibedakan menjadi jaringan kolenkim dan jaringan sklerenkim.

(a) Jaringan kolenkim
Jaringan kolenkim terdiri atas sel-sel yang dinding sel primernya mengalami penebalan. Penebalan ini lebih banyak terjadi di sudut sel. Jaringan kolenkim terletak di sebelah dalam jaringan epidermis. Dinding sel-sel kolenkim tersusun atas selulosa dan asam pektat. Jaringan ini biasanya mendukung pertumbuhan akar, daun, tangkai daun, dan batang yang sedang mengalami proses pemanjangan (elongasi). Bentuk sel-sel kolenkim biasanya berbentuk silinder. Bentuk silinder sangat cocok sebagai penguat karena memberikan kekuatan yang lebih
dibandingkan sel berbentuk batang.

(b) Jaringan sklerenkim, memiliki sifat kaku dan dinding sel sekunder yang tebal. Dinding sel yang tebal tersebut mengandung lignin. Jaringan sklerenkim terdapat pada organ-organ tumbuhan yang telah dewasa, seperti daun, batang, akar, dan kulit kayu.Terdiri atas sklereid dan serabut sklerenkim (fiber). Skereid memiliki bentuk yang bermacam-macam. Bentuk tersebut menunjukkan fungsinya. Misalnya, sklereid yang berbentuk runcing pada daun berfungsi juga dalam pertahanan diri dari kemungkinan dimakan oleh herbivora. Sklereid terdapat di semua bagian tumbuhan, terutama pada kulit kayu, buah, dan biji. Pada tempurung kelapa, hampir seluruhnya tersusun atas sklereid. Serabut sklerenkim (fiber) memiliki panjang antara 20 mm–250 mm. Serabut tersebut biasanya terdapat dalam bentuk untaian atau anyaman. Serabut skelerenkim sering dimanfaatkan oleh manusia. Serabut sklerenkim biasanya digunakan sebagai bahan tekstil dan pembuatan tali. Contoh tumbuhan yang memiliki serabut sklerenkin bernilai ekonomis adalah Agave sisalana, Musa textilis, dan Sansevieria.

 

 

4) Jaringan pengangkut, berfungsi untuk mengangkut air, mineral, dan zat-zat makanan hasil fotosintesis. Jaringan pengangkut terdiri atas xilem dan floem.
 

a) Xilem merupakan jaringan kompleks yang tersusun atas dua tipe sel, yaitu trakeid dan unsur pembuluh (vessel element). Keduanya memiliki dinding sel yang mengandung lignin. Trakeid merupakan sel yang panjang dan tipis dengan ujung yang runcing. Unsur pembuluh adalah sel yang lebar dan pendek dengan ujung tidak terlalu runcing. Trakeid dan unsur pembuluh tersusun saling bertumpuk pada ujungnya membentuk suatu saluran. Saluran tersebut berfungsi mengalirkan air dari akar menuju batang dan daun. Saluran yang dibentuk oleh trakeid dan unsur pembuluh memiliki lubang karena keduanya merupakan sel-sel yang telah mati sehingga hanya tersisa dinding selnya saja. Air akan mengalir melalui lubang-lubang pada trakeid dan unsur pembuluh dan melalui ujung unsur pembuluh yang berlubang.

(b) Floem, berfungsi mengangkut zat hasil fotosintesis dari daun ke seluruh bagian tumbuhan. Floem tersusun atas pembuluh tapis, sel pengiring, serabut floem, dan parenkim floem. Pembuluh tapis tersusun atas sel-sel yang berbentuk tabung dengan ujung berlubang. Sama seperti trakeid, sel-sel pada pembuluh tapis saling berhubungan membentuk saluran tempat pengangkutan zat-zat hasil fotosintesis. Adapun sel pengiring adalah sel-sel berbentuk tabung yang lebih besar daripada sel-sel pada pembuluh tapis. Sel pengiring berfungsi memberi makanan dan mengatur aktivitas pembuluh tapis. Serabut floem memiliki bentuk yang panjang yang ujung-ujungnya saling berimpit. Serabut floem memiliki dinding yang tebal sebagai penguat jaringan floem. Parenkim floem berfungsi menyimpan zat-zat, seperti tepung, kristal, dan damar.
 

 

Metabolisme

Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain. Metabolisme sel dapat dibagi menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah proses penguraian senyawa untuk menghasilkan energi. Sedangkan, anabolisme adalah proses sintesis senyawa atau komponen dalam sel hidup. Umumnya, dalam proses metabolik melibatkan aktivitas katalis biologik yang disebut enzim dengan melibatkan ATP.
 

Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali dengan substrat yang diakhiri dengan produk. Reaksi dalam sel tidak terjadi bolak-balik, melainkan berjalan ke satu arah. Tiap produk akan menjadi reaktan bagi reaksi selanjutnya. Reaksi ini berurutan sampai produk akhir, membentuk suatu jalur metabolisme.

Enzim adalah senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan sel dalam suatu reaksi. Enzim bekerja sebagai katalis dalam tubuh makhluk hidup, oleh karena itu disebut biokatalisator.  Enzim bertindak sebagai katalis, artinya enzim dapat meningkatkan laju reaksi kimia tanpa ikut bereaksi atau dipengaruhi oleh reaksi kimia tersebut. Enzim ini memiliki sifat yang khas, artinya hanya mempengaruhi zat tertentu yang disebut substrat. Substrat adalah molekul yang bereaksi dalam suatu reaksi kimia dan molekul yang dihasilkan disebut produk. Misalnya, enzim protease, substratnya adalah protein dan bentuk reaksinya mengubah protein menjadi asam amino. Jadi, asam amino disebut produk. 

Enzim disintesis di dalam sel-sel hidup. Sebagian besar enzim bekerja di dalam sel sehingga disebut enzim intraseluler. Contoh enzim intraseluler adalah katalase yang memecah senyawa-senyawa berbahaya, seperti hidrogen peroksida pada sel-sel hati. Sedangkan, enzim yang dibuat di dalam sel dan melakukan fungsinya di luar sel disebut enzim ekstraseluler. Contoh enzim ekstraseluler adalah enzim-enzim pencernaan, seperti amilase yang memecah amilum menjadi maltosa. Reaksi biokimia yang dikendalikan oleh enzim, antara lain respirasi, pertumbuhan, perkecambahan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi nitrogen, proses pencernaan.

Komponen Enzim
Penyusun utama suatu enzim adalah molekul protein yang disebut Apoenzim. Agar berfungsi sebagaimana mestinya, enzim memerlukan komponen lain yang disebut kofaktor. Kofaktor adalah komponen nonprotein berupa ion atau molekul.

Berdasarkan ikatannya, kofaktor dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu gugus prostetik, ko-enzim, dan ion-ion anorganik.

• Gugus prostetik merupakan tipe kofaktor yang biasanya terikat kuat pada enzim, berperan memberi kekuatan tambahan terhadap kerja enzim. Contohnya adalah heme, yaitu molekul berbentuk cincin pipih yang mengandung besi. Heme merupakan gugus prostetik sejumlah enzim, antara lain katalase, peroksidase, dan sitokrom oksidase.
• Ko-enzim merupakan kofaktor yang terdiri atas molekul organik nonprotein yang terikat renggang dengan enzim. Ko-enzim berfungsi untuk memindahkan gugus kimia, atom, atau elektron dari satu enzim ke enzim yang lain. Contohnya, tiamin pirofosfat, NAD, NADP+, dan asam tetrahidrofolat.
• Ion-ion anorganik merupakan kofaktor yang terikat dengan enzim atau substrat kompleks sehingga fungsi enzim lebih efektif. Contohnya, amilase dalam ludah akan bekerja lebih baik dengan adanya ion klorida dan kalsium.
  

Beberapa kofaktor tidak berubah di akhir reaksi, tetapi kadang-kadang berubah dan terlibat dalam reaksi yang lain. Enzim yang terikat dengan kofaktornya disebut haloenzim.

 

Cara Kerja Enzim

1. Teori gembok dan anak kunci (Lock and key theory). Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim. Selain sisi aktif, pada enzim juga ditemukan adanya sisi alosterik. Sisi alosterik dapat diibaratkan sebagai sakelar yang dapat menyebabkan kerja enzim meningkat ataupun menurun. Apabila sisi alosterik berikatan dengan penghambat (inhibitor), konfigurasi enzim akan berubah sehingga aktivitasnya berkurang. Namun, jika sisi alosterik ini berikatan dengan aktivator (zat penggiat) maka enzim menjadi aktif kembali.
2. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory). Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi melingkupi substrat membentuk kompleks. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut. Secara sederhana dapat dikatakan bahwa sisi aktif enzim bersifat fleksibel sehingga dapat berubah bentuk menyesuaikan bentuk substrat.
   

 

 

 

 

 

Sifat-Sifat Enzim 

1. Enzim merupakan biokatalisator.Enzim dalam jumlah sedikit saja dapat mempercepat reaksi beribu-ribu kali lipat, tetapi ia sendiri tidak ikut bereaksi.
2. Enzim bekerja secara spesifik. Enzim tidak dapat bekerja pada semua substrat, tetapi hanya bekerja pada substrat tertentu saja. Misalnya, enzim katalase hanya mampu menghidrolisis H2O2 menjadi H2O dan O2.
3. Enzim berupa koloid. Enzim merupakan suatu protein sehingga dalam larutan enzim membentuk suatu koloid. Hal ini menambah luas bidang permukaan enzim sehingga aktivitasnya lebih besar.
4. Enzim dapat bereaksi dengan substrat asam maupun basa. Sisi aktif enzim mempunyai gugus R residu asam amino spesifik yang merupakan pemberi atau penerima protein yang sesuai.
5. Enzim bersifat termolabil. Aktivitas enzim dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu rendah, kerja enzim akan lambat. Semakin tinggi suhu, reaksi kimia yang dipengaruhi enzim semakin cepat, tetapi jika suhu terlalu tinggi, enzim akan mengalami denaturasi.
6. Kerja enzim bersifat bolak-balik (reversibel). Enzim tidak dapat menentukan arah reaksi, tetapi hanya mempercepat laju reaksi mencapai kesetimbangan. Misalnya enzim lipase dapat mengubah lemak menjadi asam lemak dan gliserol. Sebaliknya, lipase juga mampu menyatukan gliserol dan asam lemak menjadi lemak.
   

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim.

• Suhu (Temperatur)

Enzim pada suhu 0°C tidak aktif, akan tetapi juga tidak rusak. Jika suhu dinaikkan sampai batas optimum, aktivitas enzim semakin meningkat. Jika suhu melebihi batas optimum, dapat menyebabkan denaturasi protein yang berarti enzim telah rusak. Suhu optimum untuk aktivitas enzim pada manusia dan hewan berdarah panas ± 37°C, sedangkan pada hewan berdarah dingin ± 25°C.
 

• pH (Derajat Keasaman)

Enzim mempunyai pH optimum yang dapat bersifat asam maupun basa. Sebagian besar enzim pada manusia mempunyai pH optimum antara 6–8, misalnya enzim tripsin yang mendegradasi protein. Namun, ada beberapa enzim yang aktif pada kondisi asam, misalnya enzim pepsin. Perubahan pH dapat mempengaruhi efektivitas sisi aktif enzim dalam membentuk kompleks enzim-substrat. Selain itu, perubahan pH dapat menyebabkan terjadinya proses denaturasi sehingga menurunkan aktivitas enzim.

• Konsentrasi Enzim

Konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi. Hal ini berarti penambahan konsentrasi enzim mengakibatkan kecepatan reaksi meningkat hingga dicapai kecepatan konstan. Kecepatan konstan tercapai apabila semua substrat sudah terikat oleh enzim. 

• Zat-zat Penggiat (Aktivator)

Terdapat zat kimia tertentu yang dapat meningkatkan aktivitas enzim. Misalnya, garam-garam dari logam alkali dalam kondisi encer (2%–5%) dapat memacu kerja enzim, serta logam ion logam Co, Mg, Ni, Mn, dan Cl. 

• Zat-Zat Penghambat (Inhibitor)

Beberapa zat kimia dapat menghambat aktivitas enzim, misalnya garam-garam yang mengandung merkuri (Hg) dan sianida. Dengan adanya zat penghambat ini, enzim tidak dapat berikatan dengan substrat sehingga tidak dapat menghasilkan suatu produk.