BAB
I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Dalam pengertian sehari-hari,
bernafas sekedar diartikan sebagai proses menghirup udara berupa gas O2
dan melepaskan udara berupa gas CO2. Sedangkan tumbuhan bernafas
dengan menghirup CO2 dan mengeluarkan O2. Peran tumbuhan
inilah yang membuat kita bisa menghirup udara segar setiap paginya, karena
tumbuhan telah menyerap semua gas-gas racun yang berterbangan di udara bebas.
Secara biologis, pengertian
respirasi bukan hanya proses pertukaran gas. Pernafasan lebih menunjuk kepada
proses pembongkaran atau pembakaran zat sumber energi di dalam sel-sel tubuh
untuk memperoleh energi atau tenaga. Zat makanan sumber tenaga yang
paling utama adalah karbohidrat.
Sebenarnya tumbuhan juga menyerap O2
untuk pernafasannya, umumnya diserap melalui daun (stomata). Pada keadaan
aerob, tumbuhan melakukan respirasi aerob. Bila dalam keadaan anaerob atau
kurang oksigen, jaringan melakukan respirasi secara anaerob. Untuk lebih
jelasnya penjelasan mengenai respirasi aerob dan anaerob akan dijelaskan pada
makalah ini.
B. Rumusan
Masalah
1.
Apa yang dimaksud dengan respirasi ?
2.
Apa faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi ?
3.
Bagaimana mekanisme respirasi pada tumbuhan ?
C. Tujuan
Masalah
1.
Untuk mengetahui pengertian respirasi
2.
Untuk mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi
respirasi
3.
Untuk mengetahui mekanisme respirasi pada tumbuhan
BAB II
PEMBAHASAN
A.
Pengertian
Respirasi
Respirasi adalah proses penguraian bahan makanan yang
menghasilkan energi. Respirasi dilakukan oleh semua penyusun tubuh, baik
sel-sel tumbuhan maupun sel hewan dan manusia. Respirasi dilakukan baik pada
siang maupun malam hari. Sebagaimana kita ketahui dalam semua aktivitas makhluk
hidup memerlukan energi begitu juga dengan tumbuhan. Respirasi terjadi pada
seluruh bagian tubuh tumbuhan, pada tumbuhan tingkat tinggi respirasi terjadi
baik pada akar, batang maupun daun dan secara kimia pada respirasi aerobic pada
karbohidrat (glukosa) adalah kebalikan fotosintesis. Pada respirasi pembakaran
glukosa oleh oksigen akan menghasilkan energi karena semua bagian tumbuhan
tersusun atas jaringan dan jaringan tersusun atas sel, maka respirasi terjadi
pada sel.
Tumbuhan hijau bernapas dengan mengambil oksigen dari lingkungan,
tidak semua tumbuhan bernapas dengan menggunakan oksigen. Tumbuhan tak
berklorofil bernapas tanpa memerlukan oksigen. Tujuan proses pernapasan, yaitu
untuk memperoleh energi. Pada peristiwa bernapas terjadi pelepasan energi.
Tumbuhan yang bernapas secara anaeraob mendapatkan energi dengan cara
menguraikan bahan – bahan tertentu dimana mereka hidup. Dalam proses pernapasan
aerob atau anaerob akan dihasilkan gas karbondioksida dan uap air. Gas dan uap
air tersebut dikeluarkan dari tubuh. Oksigen diperlukan dan karbondioksida yang
dihasilkan masuk dan keluar dari tubuh secara difusi. Gas–gas tersebut masuk
dan keluar melalui stomata yang ada pada permukaan daun dan inti sel yang
ditemukan pada kulit batang pegangan. Akar yang berada dalam tanah juga dapat
melakukan proses keluar masuknya gas. Tumbuhan yang hidup di daerah rawa atau
berlumpur mempunyai akar yang mencuat keluar dari tanah. Akar ini disebut akar
napas. Kandungan katalis disebut juga enzim, enzim sangat penting untuk siklus
reaksi respirasi (sebaik-baiknya proses respirasi ). Beberapa reaksi kimia
membolehkan mencampur dengan fungsi dari enzim atau mengkombinasikan sisi
aktifnya. Penggunaan ini akan dapat dilihat hasilnya pada inhibitor dari
aktivitas enzim.
Respirasi berlangsung baik ketika ada maupun tidak ada
oksigen. Ketika tidak ada oksigen terjadi fermentasi, yang merupakan penguraian
gula yang terjadi tanpa oksigen. Akan tetapi, jalur katabolik yang paling
dominan dan efisien adalah respirasi aerobik, yang menggunakan oksigen sebagai reaktan
bersama dengan bahan-bahan organik (aerobic berasal dari kata
Yunani aer, udara dan bios, kehidupan). Beberapa prokariota menggunakan zat selain
oksigen sebagai reaktan dalam suatu proses yang serupa yang memanen energi
kimia tanpa menggunakan oksigen sama sekali.
Berdasarkan kebutuhannya terhadap oksigen, respirasi
dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu :
1.
Respirasi Aerob, yaitu respirasi yang memerlukan
oksigen, penguraiannya lengkap sampai menghasilkan energi, karbondioksida, dan
uap air.
2.
Respirasi Anaerob, yaitu respirasi yang tidak
memerlukan oksigen tetapi penguraian bahan organiknya tidak lengkap. Respirasi
ini jarang terjadi, hanya dalam keadaan khusus.
B.
Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi
Laju respirasi dapat dipengaruhi
oleh beberapa faktor antara lain yaitu :
a.
Ketersediaan substrat
Tersedianya substrat pada tanaman
merupakan hal yang penting dalam melakukan respirasi. Tumbuhan dengan kandungan
substrat yang rendah akan melakukan respirasi dengan laju yang rendah pula.
Demikian sebaliknya bila substrat yang tersedia cukup banyak maka laju
respirasi akan meningkat.
b.
Ketersediaan Oksigen
Ketersediaan oksigen akan
mempengaruhi laju respirasi, namun besarnya pengaruh tersebut berbeda bagi
masing-masing spesies dan bahkan berbeda antara organ pada tumbuhan yang sama.
Fluktuasi normal kandungan oksigen di udara tidak banyak mempengaruhi laju
respirasi, karena jumlah oksigen yang dibutuhkan tumbuhan untuk berrespirasi
jauh lebih rendah dari oksigen yang tersedia di udara.
c. Suhu
Pengaruh faktor
suhu bagi laju respirasi tumbuhan sangat terkait dengan faktor Q10, dimana
umumnya laju reaksi respirasi akan meningkat untuk setiap kenaikan suhu sebesar
10 0C, namun hal ini tergantung pada masing-masing spesies.
d. Tipe dan
umur tumbuhan
Masing-masing spesies tumbuhan memiliki perbedaan
metabolsme, dengan demikian kebutuhan tumbuhan untuk berespirasi akan berbeda
pada masing-masing spesies. Tumbuhan muda menunjukkan laju respirasi yang lebih
tinggi dibanding tumbuhan yang tua. Demikian pula pada organ tumbuhan yang
sedang dalam masa pertumbuhan.
e. Kadar CO2
dalam udara
Kurangnya O2
atau kelebihan CO2 tampak pada kegiatan respirasi biji-bijian, akar maupun
batang yang terpendam dalam tanah. Jika kadar CO2 naik sampai 10 % dan kadar O2
turun sampai 0 % maka respirasi akan terhenti.
f. Persediaan
air
Jika kadar
air sedikit maka respirasi kecil. Jika biji (direndam air) maka respirasi
menjadi lebih giat. Pada daun yang layu maka respirasi lebih giat + gula
(timbunan tepung/KH)
g. Cahaya
Cahaya
fotosintesis + substrat repirasi. Cahaya menambah panas, panas menambah
kegiatan respirasi.
C.
Mekanisme
respirasi
Respirasi terjadi pada seluruh sel yang hidup,
khususnya di Mitokondria. Proses bertujuan untuk membangkitkan energi kimia
(ATP). ATP dibentuk dari penggabungan ADP + Pi (fosfat anorganik) dengan
bantuan pompa H+-ATP-ase, dalam rantai transfer elektron yang terdapat pada
membran mitokondria. Peristiwa aliran elektron dan atau proton (H+) dalam
rantai transfer elektron pada dasarnya adalah peristiwa Reduksi – Oksidasi (Redoks).
Respirasi pada tumbuhan pada dasarnya sama dengan
hewan, namun juga ada kekhasannya. Proses respirasi pada dasarnya adalah proses
pembongkaran zat makanan sumber energi (umumnya glukosa) untuk memperoleh
energi kimia berupa ATP. Namun demikian, zat sumber energi tidak selalu siap
dalam bentuk glukosa, melainkan masih dalam bentuk cadangan makanan, yaitu
berupa sukrosa atau amilum. Karena itu zat tersebut harus terlebih
dahulu di bongkar secara hidrolitik. Demikian pula bila zat cangan makanan yang
hendak dibongkar adalah lipida (lemak) atau protein.
Pada umumnya substrat respirasi adalah karbohidrat,
dengan glukosa sebagai molekul pertama. Reaksi kimia respirasi dibagi dalam
Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs, dan Transpor Elektron.
1. Glikolisis
Kata glikolisis (glycolysis) berasal
dari kata Gliko “gula” dan lisis “penguraian” yang berarti
“penguraian gula”. Bahan baku glikolisis adalah glukosa. Senyawa ini terdiri
atas molekul karbon, hydrogen, dan oksigen dengan rumus molekul C6H12O6.Glukosa,
sejenis gula berkarbon-enam, dipecah menjadi dua gula berkarbon-tiga. Gula yang
lebih kecil ini kemudian dioksidasi dan atom-atom yang tersisa disusun ulang
untuk membentuk dua molekul piruvat.Proses ini bersifat anaerob (tidak
membutuhkan oksigen bebas), akan tetapi jika memang ada, energi kimia yang
disimpan dalam piruvat dan NADH dapat diekstraksi oleh siklus asam sitrat dan
fosforalisasi oksidatif. Glikolisis berlangsung di sitosol.
Tahap
glikolisis
Urutan
reaksi glikolisis dipisahkan menjadi dua fase, fase persiapan dan fase panen.
·
Tahap
persiapan
Tahap persiapan adalah tahap di mana ada konsumsi ATP dan juga
dikenal sebagai fase investasi.Fase panen adalah di mana ATP dihasilkan.Lima
langkah pertama dari reaksi glikolisis dikenal sebagai fase persiapan atau
investasi.Tahap ini mengkonsumsi energi untuk mengubah molekul glukosa menjadi
dua molekul molekul gula tiga-karbon.
Langkah 1
Langkah satu dalam glikolisis adalah fosforilasi.Langkah ini Glukosa
terfosforilasi oleh enzim heksokinase. Dalam proses ini, molekul ATP
dikonsumsi. Sebuah gugus fosfat dari ATP ditransfer ke molekul glukosa untuk
menghasilkan glukosa-6-fosfat.
Glukosa (C6H12O6) + Heksokinase +
ATP → Glukosa-6-fosfat (C6H11O6P1)
+ ADP
Langkah 2
Tahap kedua dari glikolisis merupakan reaksi isomerisasi.Dalam
reaksi ini glukosa-6-fosfat diatur ulang menjadi fruktosa-6-fosfat oleh
isomerase fosfat enzim glukosa.Ini adalah reaksi reversibel dalam kondisi
normal sel.
Glukosa-6-fosfat (C6H11O6P1)
+ Phosphoglucoisomerase → Fruktosa-6-fosfat (C6H11O6P1)
Langkah 3
Pada langkah ketiga glikolisis adalah reaksi fosforilasi. Pada
langkah ini enzim fosfofruktokinase yang mentransfer gugus fosfat untuk
membentuk fruktosa 1,6-bifosfat. Molekul ATP lain yang digunakan dalam langkah
ini.
Fruktosa 6-fosfat (C6H11O6P1)
+ + ATP fosfofruktokinase → Fruktosa 1,6-bifosfat (C6H10O6P2)
+ ADP
Langkah 4
Langkah ini dalam glikolisis adalah langkah destabilisasi, di mana
aksi enzim aldolase memecah fruktosa 1,6-bifosfat menjadi dua gula. Gula ini
isomer satu sama lain, mereka adalah dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida
fosfat.
Fruktosa 1,6-bifosfat (C6H10O6P2)
+ aldolase → Dihidroksiaseton fosfat (C3H5O3P1)
+ gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1)
Langkah 5
Langkah 5 glikolisis merupakan reaksi interkonversi.Di sini, enzim
triose isomerase fosfat interkonversi molekul fosfat dihidroksiaseton dan
gliseraldehida fosfat.
Dihidroksiaseton fosfat (C3H5O3P1)
→ gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1)
Langkah ini menandai akhir dari persiapan atau fase investasi
glikolisis.Jadi pada akhir di sini, molekul glukosa 6-karbon dibagi menjadi dua
molekul tiga karbon dengan mengorbankan molekul ATP.
·
Tahap panen
Tahap kedua glikolisis dikenal sebagai fase panen dari
glikolisis.Fase ini ditandai dengan keuntungan dari molekul yang kaya energi
ATP dan NADH.
Langkah 6
Langkah glikolisis ini merupakan langkah dehidrogenasi. Enzim triose
fosfat dehidrogenase, dehydrogenates gliseraldehida 3-fosfat dan menambahkan
fosfat anorganik untuk membentuk 1,3- bifosfogliserat. Pertama, aksi enzim
mentransfer sebuah H (hidrogen) dari gliseraldehida fosfat ke + NAD yang
merupakan agen pengoksidasi untuk membentuk NADH. Enzim juga menambahkan fosfat
anorganik dari sitosol ke gliseraldehida fosfat untuk membentuk 1,3-
bifosfogliserat. Reaksi ini terjadi dengan kedua molekul yang dihasilkan pada
langkah sebelumnya.
2 gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1)
+ triose fosfat dehidrogenase + 2H- + 2P + 2NAD + → dua 1,3- bifosfogliserat
(C3H4O4P2) +
+ 2H + 2NADH
Langkah 7
Langkah 7 glikolisis adalah langkah fosforilasi tingkat substrat, di
mana enzim phosphoglycerokinase mentransfer gugus fosfat dari 1,3-
bifosfogliserat. Fosfat ditransfer ke ADP untuk membentuk ATP. Proses ini
menghasilkan dua molekul molekul 3-fosfogliserat dan dua molekul ATP. Ada dua
molekul ATP yang disintesis dalam langkah glikolisis ini.
2 molekul 1,3 bifosfogliserat (C3H4O4P2)
+ phosphoglycerokinase + 2 ADP → 2 molekul 3-fosfogliserat (C3H5O4P1)
+ 2 ATP
Langkah 8
Langkah glikolisis ini merupakan langkah mutase, terjadi di hadapan
enzim mutase fosfogliserat.Enzim ini merelokasi fosfat dari posisi karbon
ketiga 3-fosfogliserat molekul ke posisi karbon kedua, hasil dalam pembentukan
ini 2-fosfogliserat.
2 molekul 3-fosfogliserat (C3H5O4P1)
+ fosfogliseratmutase → 2 molekul 2- fosfogliserat (C3H5O4P1)
Langkah 9
Langkah glikolisis ini adalah reaksi liase, yang terjadi dengan
adanya enzim enolase. Dalam reaksi ini enzim menghilangkan molekul air dari
2-fosfogliserat untuk membentuk asam fosfoenolpiruvat (PEP)
2 molekul 2-fosfogliserat (C3H5O4P1)
+ enolase → 2 molekul asam fosfoenolpiruvat (PEP) (C3H3O3P1)
+ H2O
Langkah 10
Ini adalah tahap akhir dari glikolisis yang merupakan langkah
fosforilasi tingkat-substrat.Dalam kehadiran kinase enzim piruvat, ada transfer
molekul fosfat bentuk molekul fosfoenolpiruvat anorganik ke ADP untuk membentuk
asam piruvat dan ATP.Reaksi ini menghasilkan 2 molekul asam piruvat dan dua
molekul ATP.
2 molekul PEP (C3H3O3P1)
+ piruvat kinase + 2 ADP→ 2 molekul asam piruvat (C3H4O3)
+ 2 ATP
Reaksi ini menandai akhir dari glikolisis, dengan ini menghasilkan
dua molekul ATP per molekul glukosa.
Enzim
yang terlibat dalam glikolisis adalah sebagai berikut:
- Heksokinase: Heksokinase adalah
enzim fosforilasi, ia bertindak pada gula 6-karbon seperti galactose,
fruktosa mannose, glukosa. Enzim ini membawa reaksi pada langkah pertama
glikolisis. Dalam aksi glukosa enzim ini diubah menjadi glukosa-6-fosfat.
- Phoshphoglucoisomerase: Ini
adalah enzim isomerisasi aldosa-ketose. Enzim phoshpoglucoisomerase adalah
enzim mengkatalisis reaksi isomerisasi pada langkah kedua glikolisis, di
mana glukosa 6-fosfat diubah menjadi fruktosa 6-fosfat.
- Phsophofructokinase: Enzim
phsophorylates ini F ^ P menjadi fruktosa 1,6-bifosfat di langkah ketiga
glikolisis. Reaksi ini terjadi dengan mengorbankan molekul ATP.
- Aldolase: Enzim ini
mengkatalisis langkah keempat jalur glikolisis. Enzim aldolase membagi
fruktosa 1,6 bispohsphate menjadi perantara dua molekul karbon,
gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat.
- Triose Phsophate Isomerase: Ini
adalah enzim isomerisasi. Enzim ini mengkatalisis langkah kelima
glikolisis dimana DHAP yang isomerised ke gliseraldehida 3-fosfat.
- Gliseraldehida dehidrogenase
3-fosfat: Enzim ini mengkatalisis langkah 6 glikolisis, di mana G3P yang
terfosforilasi dan teroksidasi menjadi 1,3 bifosfogliserat dan NAD +
direduksi menjadi NADH.
- Fosfogliserat kinase: enzim ini
mengkatalisis reaksi fosforilasi tingkat substrat. Dalam reaksi ini kinase
enzim fosfogliserat memfosforilasi ADP untuk menghasilkan 3-fosfogliserat
dan ATP.
- Fosfogliserat mutase: Enzim ini
mengkatalisis langkah kedelapan glikolisis. Ini adalah reaksi mutasi di
mana enzim mendukung pembentukan 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat.
- Enolase: Enzim ini membawa reaksi
dehidrasi sederhana. Molekul 2-fosfogliserat mengalami dehidrasi untuk
membentuk fosfoenolpiruvat.
- Kinase piruvat: Enzim ini
mengkatalisis langkah terakhir dari glikolisis. Ini adalah reaksi
fosforilasi tingkat substrat – di mana gugus fosfat dari fosfoenolpiruvat
ditransfer ke molekul ADP menghasilkan ATP kedua dari glikolisis dan
piruvat.
2. Dekarboksilasi Oksidatif
Dekarboksilasi Oksidatif atau disingkat dengan DO adalah
proses perubahan Piruvat menjadi Asetilkoezim–A. Proses ini berlangsung
karboksilasi Oksidatif ini di membran luar mitocondria sebagai fase antara
sebelum Siklus Krebs (Pra Siklus Krebs) sehingga DO sering dimasukkan langsung
dalam Siklus krebs. Reaksi oksidasi piruvat hasil glikolisis menjadi asetil
koenzim-A, merupakan tahap reaksi penghubung yang penting antara glikolisis
dengan jalur metabolisme lingkar asam trikarboksilat (daur Krebs). Reaksi
yang diaktalisis oleh kompleks piruvat dehidrogenase dalam matriks mitokondria
melibatkan tiga macam enzim (piruvat dehidrogenase, dihidrolipoil
transasetilase, dan dihidrolipoil dehidrogenase), lima macam koenzim
(tiaminpirofosfat, asam lipoat, koenzim-A, flavin adenin dinukleotida, dan
nikotinamid adenine dinukleotida) dan berlangsung dalam lima tahap
reaksi.
Reaksi ini merupakan jalan masuk utama karbohidrat kedalam
daur Krebs.Tahap reaksi pertama dikatalis oleh piruvat dehidrogenase yang
menggunakan tiamin pirofosfat sebagai koenzimnya.Dekarboksilasi piruvat
menghasilkan senyawa α-hidroksietil yang terkait pada gugus cincin tiazol dari
tiamin pirofosfat.
Pada tahap reaksi kedua α-hidroksietil didehidrogenase
menjadi asetil yang kemudian dipindahkan dari tiamin pirofosfat ke atom S dari
koenzim yang berikutnya, yaitu asam lipoat, yang terikat pada enzim
dihidrolipoil transasetilase.
Dalam hal ini gugus disulfida dari asam lipoat diubah
menjadi bentuk reduksinya, gugus sulfhidril.Pada tahap reaksi ketiga, gugus
asetil dipindahkan dengan perantara enzim dari gugus lipoil pada asam
dihidrolipoat, kegugus tiol (sulfhidril pada koenzim-A).
Kemudian asetil ko-A dibebaskan dari sistem enzim kompleks
piruvat dehidrogenase. Pada tahap reaksi keempat gugus tiol pada gugus
lipoil yang terikat pada dihidrolipoil transasetilase dioksidasi kembali
menjadi bentuk disulfidanya dengan enzim dihidrolipoil dehidrogenase yang
berikatan dengan FAD (flavin adenin dinukleotida).Akhirnya (tahap reaksi
kelima) FADH + (bentuk reduksi dari FAD) yang tetap terikat pada enzim,
dioksidasi kembali oleh NAD + (nikotinamid adenin dinukleotida) manjadi FAD,
sedangkan NAD + berubah menjadi NADH (bentuk reduksi dari NAD +).
BAB III
PENUTUP
A.
KESIMPULAN
1.
Respirasi adalah proses
penguraian bahan makanan yang menghasilkan energi.
2.
Respirasi berlangsung
baik ketika ada maupun tidak ada oksigen.
3.
Respirasi
dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu : Respirasi Aerob dan Respirasi
Anaerob.
4.
Faktor-faktor yang
mempengaruhi respirasi :
·
Ketersediaan
substrat
·
Ketersediaan
oksigen
·
Suhu
·
Tipe
dan umur tumbuhan
·
Kadar
CO2 dalam udara
·
Persediaan
air
·
Cahaya
5.
Enzim
yang terlibat dalam glikolisis adalah sebagai berikut:
·
Heksokinase
·
Phoshphoglucoisomerase
·
Phsophofructokinase
·
Aldolase
·
Triose
Phsophate Isomerase
·
Gliseraldehida
dehidrogenase 3-fosfat
·
Fosfogliserat
kinase
·
Fosfogliserat
mutase
·
Enolase
·
Kinase
piruvat
DAFTAR PUSTAKA
Benyamin
Lakitan. 2013. Dasar-Dasar Fisiologi Tumbuhan. Jakarta : PT Raja Grafindo
Persada.
Campbell, dkk. 2010. Biologi. Jakarta :
Erlangga.
.png){kind=link}