Manfaat Respirasi bagi Tumbuhan

9 min read

Fotosintesis pada Tumbuhan

Proses Terjadinya Fotosintesis pada Tumbuhan

Proses fotosintesis secara utama terjadi pada tumbuh-tumbuhan, ganggang, dan beberapa jenis bakteri, tetapi fotosintesis ini secara tidak langsung membantu semua organisme di bumi, termasuk manusia. Organisme yang melakukan fotosintesis menghasilkan makanannya sendiri, sehingga disebut fotoautotrof.

Organisme-organisme ini, terutama tumbuhan, mengubah karbon dioksida menjadi senyawa organik dengan menggunakan energi yang diambil dari cahaya matahari. Rekayasa Genetika

Proses ini juga dikenal sebagai proses fiksasi karbon, karena proses ini menghasilkan beberapa senyawa karbon yang menyimpan energi kimia yang digunakan untuk perkembangan sel.

Proses Fotosintesis

Proses fotosintesis dapat dijabarkan dalam langkah-langkah berikut:

  • Karbon dioksida di udara masuk ke daun tumbuhan melalui stomata.
  • Air masuk ke daun, terutama melalui akar tumbuhan. Air masuk ke akar tumbuhan dan kemudian air tersebut disalurkan ke daun melalui batang.
  • Ketika sinar matahari jatuh ke permukaan daun, klorofil menangkap energi dari cahaya tersebut. Klorofil adalah pigmen hijau yang terdapat di daun tumbuhan.
  • Energi digunakan untuk mengubah air menjadi hidrogen dan oksigen. Hidrogen digabungkan dengan karbon dioksida untuk menghasilkan makanan bagi tumbuhan tersebut, sedangkan oksigen dikeluarkan oleh tumbuhan melalui stomata.

Rumus Proses Fotosintesis

Rumus seluruh proses fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut:

6CO₂ + 6H₂O + Cahaya Matahari —-> C₆H₁₂O₆ + 6O₂

  • CO₂ = karbon dioksida
  • H₂O = air
  • C₆H₁₂O₆ = glukosa
  • O₂ = oksigen

Fotosintesis juga berguna bagi manusia dan hewan karena proses ini membantu menjaga tingkat oksigen dan karbon dioksida yang ada di udara. Hampir semua oksigen yang ada di udara berasal dari proses ini.

Energi kimia yang disimpan oleh tanaman berpindah ke hewan dan manusia ketika tumbuhan dikonsumsi. Penggolongan Bakteri Fotosintesis ialah proses pembuatan makanan yang dilakukan oleh tumbuhan yang menggunakan air (H2O), karbondioksida (CO2) dengan membutuhkan bantuan energi cahaya matahari sehingga menghasilkan dapat zat makanan dan juga Oksigen (O2).

Atau definisi Fotosintesis yang lainnya yaitu suatu proses meengolah / pembentukan bahan organik seperti karbohidrat yang berasal dari air dan juga karbondioksida dengaan bantuan energi cahaya matahari.

Proses fotosintesis dapat dilakukan oleh tumbuhan hijau, alga dan juga bakteri yang mempunyai klorofil (zat hijau daun) pada siang hari. Kenaapa terjadi pada siang hari? karena guna melakukan proses fotosintesis tumbuhaan membutuhkan eneergi cahaya matahari.

Tumbuhan dapat menyerap energi cahaya matahari karena memiliki pigmen yang disebut klorofil, pigmen inilah yang memberikan warna hiijau di daun tumbuhan. Klorofil ada dalam organel yang disebut juga dengan kloroplas.

Umumnya energi dari fotosintesis dihasilkan paada daun akan tetapi bisa juga terjadi pada organ atau bagian tumbuhan lainnya yang mempunyai zat hijau.

Reaksi Fotosintesis

Reaksi Fotosintesis di bagi menjadi 2 bagian diantaranya sebagai berikut ini :

  1. 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 menyerap cahaya 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.Utama Persenyawaan Mineral Reaksi terang melibatkan dua jenis fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II.

Apakah sebenarnya fotosistem itu? Telah dijelaskan di depan bahwa 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.

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. Bentuk Tubuh Basidiomycota Jalur elektron siklik hanya menghasilkan ATP.

Namun, sebelum kembali ke fotosintem I, elektron-elektron 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.

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 melalui reaksi berikut.

Jalur Elektron Nonsiklik
Jalur Elektron Nonsiklik

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, seperti reaksi berikut.

Elektron Berenergi
Elektron Berenergi

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.

  1. 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).

Reaksi Gelap
Reaksi Gelap

Kapan glukosa terbentuk? Setiap 6 atom karbon yang memasuki siklus Calvin sebagai CO2, 6 atom karbon meninggalkan siklus sebagai 2 molekul PGAL atau G3P, kemudian digunakan dalam sintesis glukosa atau karbohidrat lain (perhatikan kembali siklus Calvin di atas).

Reaksi endergonik antara 2 molekul G3P atau PGAL menghasilkan glukosa atau fruktosa. Pada beberapa tumbuhan, glukosa dan fruktosa bergabung membentuk sukrosa atau gula pada umumnya. Strukur dan Fungsi Tubuh Mollusca Sukrosa dapat dipanen dari tanaman tebu atau bit. Selain itu, sel tumbuhan juga menggunakan glukosa untuk membentuk amilum atau selulosa.

Berdasarkan tipe pengikatan terhadap CO2 selama proses fotosintesis terdapat tiga jenis tumbuhan, yaitu tanaman C3, tanaman C4, dan tanaman CAM.

Jalur fiksasi CO2 yang telah kita pelajari di depan merupakan jalur fiksasi CO2 pada tanaman C3, misalnya pada tanaman kedelai. Pada tanaman C3 siklus Calvin terjadi di sel-sel mesofil.

Bagaimana dengan tanaman C4 dan CAM? Apakah siklus Calvin juga terjadi dalam sel-sel mesofil? Apa perbedaan ketiga jenis tanaman tersebut dalam fiksasi CO2? Diskusikan dengan teman sebangku Anda perbedaan antara C3, C4, dan CAM dalam fiksasi CO2.

Pada tanaman C4, CO2 yang diikat sel-sel mesofil akan diubah terlebih dulu menjadi oksaloasetat (senyawa 4C), setelah bereaksi dengan PEP (fosfoenolpiruvat). Penggabungan ini dikatalisir oleh PEP karboksilase. Selanjutnya dengan bantuan NADPH2, oksaloasetat diubah menjadi malat (senyawa 4C).

Senyawa ini kemudian memasuki sarung berkas pembuluh. Malat, dalam sel-sel sarung berkas pembuluh, mengalami dekarboksilasi menjadi piruvat dan CO2. Selanjutnya, CO2 memasuki jalur siklus Calvin.

  1. Di daerah mesofil:
  2. Di sarung berkas pengangkut

Jalur C4 lebih efisien daripada tanaman C3 dalam hal fiksasi CO2. Mengapa demikian? Sistem fiksasi CO2 pada tanaman C4 bekerja pada konsentrasi CO2 jauh lebih rendah (sebesar 1–2 ppm) daripada pada sistem C3 (> 50 ppm).

Dengan demikian, pada hari yang amat panas, tanaman C4 menutup stomatanya untuk mengurangi kehilangan air, tetapi tetap dapat memperoleh CO2 untuk keperluan fotosintesisnya. Alasan inilah yang menyebabkan tanaman C4 mampu beradaptasi pada habitat dengan suhu tinggi, kelembapan rendah, dan sinar matahari terik pada siang hari.

Beberapa tanaman yang hidup di daerah kering dan panas, misalnya kaktus, lili, dan anggrek memiliki cara khusus dalam penambatan CO2 untuk proses fotosintesis.

Pada umumnya tanaman mengikat (memfiksasi) CO2 pada siang hari, tetapi pada tanaman yang hidup di daerah kering pengikatan CO2 terjadi pada malam hari sehingga tanaman-tanaman tersebut memiliki tipe khusus yang dinamakan crassulacean acid metabolism (CAM).

Crassulaceae merupakan suatu familia dalam taksonomi tubuh. Tanaman ini memiliki batang yang mengandung air atau sukulen. Seperti halnya tanaman C4, tanaman yang termasuk dalam familia Crassulaceae menambat CO2 dengan bantuan enzim PEP karboksilase dan mengubahnya menjadi oksaloasetat, tetapi dalam waktu berlainan.

Pada tanaman familia Crassulaceae penambatan CO2 terjadi pada malam hari ketika stomatanya membuka. Oksaloasetat yang diubah menjadi malat akan disimpan dalam vakuola. Ketika stomata menutup pada siang hari, malat mengalami reaksi dekarboksilasi dan menghasilkan piruvat dan CO2.

Selanjutnya, CO2 memasuki siklus Calvin untuk membentuk PGAL (G3P). Perhatikan skema fiksasi CO2 pada tanaman CAM berikut.

  • Pada malam hari:
  • Pada siang hari:
Siklus Calvin
Siklus Calvin

Proses Respirasi Pada Tumbuhan

Proses respirasi terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut:

  1. Penangkapan oksigen dari udara bebas di lingkungan
  2. Proses transportasi gas gas dalam tumbuhan secara keseluruhan berlangsung secara difusi.
  3. Oksigen masuk ke dalam sel tumbuhan dan mengalami difusi melalui ruang antar sel, sitoplasma dan membran sel.
  4. Karbondioksida (CO2) yang dihasilkan akan dikeluarkan dari sel tumbuhan melalui proses difusi juga ke dalam ruang antar sel.
  5. Setelah O2 diambil dari udara bebas kemudian, mulailah proses respirasi yang terdiri dari tahapan glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus asan nitrat dan transpor elektron.

Tahapan Proses Respirasi

Tahapannya terdiri dari sebagai berikut ini :

  • Glikolisis

Glikolisis merupakan tahapan perubahan glukosa dipecah menjadi dua molekul asan piruvat (beratom C3). Peristiwa ini terjadi di sitosol.

Pada tahap glikolisis ini menghasilkan 2 molekul ATP sebagai energi dan 2 molekul NADH yang digunakan untuk transpor elektron. Asam piruvat selanjutnya diproses dalam tahap sekarboksilasi oksidatif.

Pada respirasi anaerop, Asam piruvat akan diubah menjadi karbondioksida (CO2) dan etil alkohol. Pada respirasi anaerob jumlah ATP yang dihasilkan hanya dua molekul untuk satu molekul glukosa.

Namun jumlahnya masih sangat jauh dari ATP yang dihasilkan respirasi aerob yaitu sebanyak 36 ATP. Enzim- enzim yang berperan dalam glikolisis yaitu enzim heksokinase, aldolase, triosa fosfat isomerase, fosfoheksokinase, fosfofruktokinase, enolase, fosfat dehidrogenase, piruvat kinase dan fosfoglisero mutase.

Manfaat Glikolisis, yaitu sebagai berikut:

  1. Mereduksi 2 molekul NAD_ menjadi NADH
  2. Merombak molekul heksosa dan dihasilkan 2 molekul ATP
  3. Dihasilkan senyawa senyawa antara yang dapat menjadi bahan baku sintesis berbagai senyawa dalam tumbuhan.
  • Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif yaitu pengubahan asam piruvat menjadi asetil KoA dengan melepaskan CO2. Persitiwa ini terjadi di sitosol. Selain Asetil KoA hasil lainnya adalah NADH. Asetil KoA akan diproses dalam siklus asan sitrat sedangkan NADH akan digunakan dalam transpor elektron.

  • Siklus Krebs

Siklus krebs atau disebut juga daur krebs atau daur asam sitrat atau daur trikarboksilat merupakan pembongkaran asam piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Siklus krebs ini terjadi di dalam metriks membran mitokondria.

Dalam tahap ini beberapa senyawa dihasilkan seperti molekul ATP sebagai energi, satu molekul FADH dan tiga molekuh NADH yang digunakan dalam transpor elektron serta dua molekul karbondioksida.

Fungsi Utama dari Siklus Krebs

  1. Mengurangi NAD+ dan FAD menjadi NADH dan FADH2 yang kemudian dioksidasi membentuk ATP.
  2. Sebagai tempat sintesis ATP secara langsung.
  3. Pembentukan kerangka carbon dalam sintesis asam amino tertentu dan kemudian dikonversi membentuk senyawa yang lebih besar.

Dari siklus krebs akan dihasilkan elektron dan ion H+ lalu dibawa sebagai NADH2 dan FADH2 kemudian dioksidasi dari sistem pengangkutan elektron dan terbentuk H2) sebagai hasil sampingan respirasi.

Oleh karena itu hasil dari respirasi adalah CO2 dan H2O. Produk sampingan tersebut kemudian dibuang keluar tubuh melalui stomata pada tumbuhan.

  • Transfer Elektron

Transfer elektron merupakan rangkaian reaksi yang melibatkan pembawa elektron. Proses ini terjadi di membran mitokondria. Reaksi ini dibantu oleh enzim enzim seperti sitokrom, quinon, piridoksin, dan flavoprotein. Reaksi transfer inilah yang menghasilkan H2O.

  • Lintasan Pentosa Fosfat

Lintasan ini merupakan reaksi yang berbeda dari glikolisi maupun siklus krebs. Lintasan Pentosa Fosfat (LPF) berlangsung di sitosol dan terbentuk dari lima senyawa atom karbon.

Reaksi lintasan LPF ini melibatkan glukosa 6P yang kemudian dioksidasi oleh enzim dehidrogenase membentuk senyawa 6-fosfogluko-nonlakton dan dihidrolisis menjadi 6-fosfoglukonat oleh suatu enzim laktonase.

Reaksi hasil dari LPF yaitu pentose fosfat. Fungsi dari LPF ini yaitu memproduksi NADH yang kemudian dioksidasi menjadi ATP. Macam Kromosom Selain itu juga pembentukan senyawa fenolik seperti sianin dan lignin dan menghasilkan bahan baku unit ribosa dan deoksiribosa pada nukleotida RNA dan DNA.

Manfaat Respirasi Bagi Tumbuhan

Proses respirasi ini sangat penting untuk tumbuhan dan memiliki manfaat- manfaat seperti pemecahan senyawa organik, dari pemecahan tersebut dihasilkan senyawa- senyawa antara yang penting sebagai pembentuk tubuh (Building block). Senyawa- senyawa tersebut meliputi:

  • Asam amino untuk protein
  • Nukleotida untuk asam nukleat
  • Prazat karbon untuk pigmen profirin (contoh klorofil dan sitokrom), lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid (antosianin) dan senyawa aromatik lainnya seperti lignin.

Hasil akhir dari respirasi adalah CO2 dan H2O. Perubahan substrat menjadi CO2 dan H2O tidak semuanya melainkan beberapa sisanya digunakan dalam proses anabolik, terutama dalam sel yang sedang tumbuh.

Beberapa senyawa lainnya dalam proses oksidasi sempurna digunakan untuk mensintesis molekul lain untuk pertumbuhan.

Tujuan Metabolisme

Berdasarkan tujuannya, metabolisme dibagi menjadi dua yaitu katabolisme dan anabolisme.

  • Katabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul besar lalu produk akhirnya adalah molekul kecil.
  • Anabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya molekul kecil lalu produk akhirnya adalah molekul besar.

Baik katabolisme dan metabolisme tersebut pun masing-masing memiliki banyak contoh. Beberapa proses katabolisme dan metabolisme yang akan dibahas di sini antara lain adalah metabolisme karbohidrat, lemak, dan juga protein. Namun, kita akan lebih memfokuskan kepada yang paling penting yaitu metabolisme karbohidrat.

Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme karbohidrat meliputi proses pemecahan polisakarida menjadi monosakarida dan pemakaian glukosa (monosakarida) dalam proses respirasi untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Pemecahan polisakarida menjadi disakarida seperti glukosa, galaktosa, dan fruktosa terjadi di sepanjang saluran pencernaan dengan melibatkan berbagai enzim pencernaan. Ciri Umum Jamur Di dalam mulut, enzim ptialin yang terdapat dalam air ludah akan menghidrolisis pati menjadi maltosa yang merupakan disakarida glukosa.

Di dalam usus dua belas jari, getah pankreas yang mengandung enzim amilase juga akan menghidrolisis pati seperti enzim ptialin. Kemudian, disakarida (laktosa, sukrosa, dan maltosa) dan polimer glukosa akan dipecah menjadi monosakarida oleh empat enzim yaitu laktase, sukrase, maltase, dan destrinase.

Laktosa dipecah menjadi molekul glukosa dan galaktosa. Sukrosa dipecah menjadi molekul glukosa dan fruktosa. Maltosa akan dipecah menjadi molekul-molekul glukosa.

Demikian pembahasan dari kami tentang Manfaat Respirasi bagi Tumbuhan semoga bermanfaat sobat WebChecker.Me jangan lupa di share.