BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Bernafas merupakan salah satu bentuk mekanisme yang membedakan makhluk hidup dengan benda mati. Bernafas atau respirasi ini dilakukan oleh semua jenis makhluk hidup yang ada di alam semesta karena bernafas merupakan salah satu bentuk usaha untuk mempertahankan hidup. Dengan melakukan mekanisme respirasi,
maka
tumbuhan
akan
mendapatkan
penyediaan
materi
secara
berkesinambungan. Pada proses respirasi terjadi mekanisme perubahan glukosa menjadi energi dalam bentuk ATP yang digunakan untuk metabolisme hidup suatu makhluk hidup. Proses respirasi ini merupakan mekanisme utama pembentukan energi pada makhluk hidup. Tumbuhan merupakan salah satu kerajaan makhluk hidup yang ada di alam semesta ini. Tumbuhan dikenal sebagai penghasil energi bagi makhluk hidup yang lain, karena dapat menyediakan unsur-unsur yang dibutuhkan oleh makhluk hidup lain yaitu dengan melakukan melakukan mekanisme fotosintesis. fotosintesis. Sebagai Sebagai bagian dari makhluk hidup, maka tumbuhan juga melakukan mekanisme respirasi. Respirasi yang terjadi pada tumbuhan memiliki keterkaitan dengan proses fotosintesis yang dilakukan tumbuhan. Hasil yang didapat pada fotosintesis f otosintesis akan dipecah untuk kemudian diubah menjadi energi dalam bentuk ATP yang digunakan tumbuhan untuk melakukan proses metabolisme dalam tubuh dan sebagian lagi dalm bantuk energi panas yang lepas ke lingkungan. Proses respirasi yang terjadi pada makhluk hidup tentu saja dipengaruhi oleh beberapa faktor, baik itu faktor internal maupun faktor eksernal (lingkungan). Beberapa faktor internal berpengaruh antara lain usia tanaman, konsentrasi substrat yang tersedia, enzim, dll. Sedangkan faktor eksternal yang berpengaruh antara lain suhu, cahaya, konsentrasi karbondioksida di lingkungan, konsentrasi oksigen di lingkungan, ketersediaan ketersediaan air, dll. Berdasarkan hal-hal yang telah kami uraikan di atas, maka kami bermaksud melakukan penelitian untuk menganalisis menganalisis hubungan
1
antara salah satu faktor faktor
eksternal (suhu) terhadap kecepatan respirasi pada kecambah dengan mengontrol faktor-faktor yang lain yang mungkin dapat mempengaruhi hasil dari pengamatan.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar beakang di atas, maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut : “Bagaimanakah pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi kecambah kacang hijau?”
C. Tujuan
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap kecepatan respirasi kecambah kacang hijau.
2
BAB II KAJIAN TEORI
A. Respirasi
Respirasi merupakan mekanisme untuk memecah zat organik menjadi energi dalam bentuk ATP atau senyawa berenergi tinggi lainnya yang digunakan dalam proses mekanisme yang terjadi dalam tubuh makhluk hidup. Pada tumbuhan mekanisme ini berkaitan erat dengan proses fotosintesis yang terjadi. Proses respirasi terjadi di dalam sel, tepatnya yaitu terjadi pada mitokondria. Sehingga para ahli ada yang menyebut peristiwa yang terjadi di mitokondria ini adalah respirasi seluler. Respirasi sel merupakan peristiwa oksidasi bahan bakar yang berupa senyawa organik dalam sel yang diikuti dengan peristiwa pembebasan energi. Respirasi dan pembakaran merupakan suatu istilah berbeda yang sering diartikan sama. Pada respirasi, reaksi kimia yang terjadi terjadi pada suhu yang rendah karena proses pemecahan ikatan kimia dalam molekul senyawa organik terjadi secara bertahap. Hal ini membuat sel-sel dalam tubuh kita tidak mengalami kerusakan karena suhu yang seharusnya dihasilkan dari proses reaksi kimia. Hal yang berbeda terjadi pada proses pembakaran. Pada pembakaran, ikatan kimia pada molekul senyawa organik dipecah secara langsung sehingga reaksinya terjadi pada suhu yang relatif tinggi.
B. Tahapan Respirasi
Respirasi bukan merupakan satu tahapan reaksi kimia, melainkan beberapa tahapan yang masing-masing tahapan di dukung oleh banyak reaksi kimiaterjadi banyak tahap reaksi yang masing-masing tahap dikatalisis oleh enzim yang cocok diantaranya : 1.
Glikolisis
Glikolisis disebut juga jalur Embdn-Meyerhof-Pearnas, merupakan rangkaian reaksi perubahan glukosa menjadi asam piruvat. Glikolisis terbagi atas dua fase, yaitu: fase persiapan dan fase oksidasi. Fase persiapan dimulai dari fosforilasi glukosa sampai pengubahan fruktosa 1,6 difosfat menjadi dihidroksi aseton fosfat dan aldehid fosfogliserat. Sedangkan fase oksidasi meliputi reaksi pengubahan
3
dihidroksi aseton fosfat menjadi gliseraldehid-3-fosfat oleh enzim fosfotriosa isomerase sampai pengubahan fosfoenol piruvat menjadi asam piruavat. Glikoliis berlangsung dalam sitoplasma. Hasil yang diperoleh dari glikolisis: 1 Molekul Glukosa 2.
2 Molekul Asam Piruvat + 2 ATP + 2 NADH
Dekarboksilasi Oksidatif Piruvat
Tahap ini merupakan tahap kedua yaitu terjadi pengubahan asam piruvat yang merupakan senyawa dengan 3 atom C menjadi 2 atom C (asetil co-A) dengan melepas CO2. 3.
Siklus Kreb
Siklus krebs yaitu system oksidasi yang melengkapi pengubahan senyawa karbon dari substrat respirasi menjadi CO 2. di dalam daur krebs pembentukan asetil Co-A bagi siklus krebs. Siklus krebs disebut juga daur asam trikarboksilat atau ATK karena asam sitrat dan asam isositrat mempunyai gugus karboksil. Siklus pengubahan asetil Co-A menjadi CO 2, H2O, dan energi secara bertahap. Siklus ini berguna untuk oksidasi asam asetat menjadi CO 2 secara bertahap dan untuk membentuk senyawa intermediet kompleks yang merupakan titik permulaan dibentuknya componen sel lanilla. Siklus krebs meliputi lepasnya beberapa electrón dari asam organik intermediet +
+
dan memindahkan electrón ini ke NAD atau FAD . Dalam siklus ini, tidak hanya FADH dan NADH yang terbentuk tetapi juga terbentuk 1 molekul ATP dari ADP dan Pi selama pengubahan suksinil Co-A menjadi asam suksinat. 4.
Rantai Transpor Elektron
Transport elektron merupakan suatu peristiwa yang berlangsung di membran mitokondria sebelah dalam. Di dalam transport elektron dihasilkan ATP. Adapun hipotesis yang menerangkan proses terbentuknya ATP akibat transpor elektron dan membran mitokondria antara lain: a) Comformation coupling Hipótesis ini menganggap bahwa membran mitokondria mengalami perubahan struktural dan perubahan ini diinduksi oleh energi tinggi. Energi ini kemudian dilepaskan menjadi ATP dengan bantuan ATP-ase. b) Chemical coupling
4
Hipotesis ini menduga adanya protein yang berfungsi sebagai agen transport energi antara transport elektron dengan ATP. c) Chemiosmotic coupling Terjadi karena adanya perubahan pH antara sisi dalam mitokondria, karena membran mitokondria tidak permeabel terhadap proton. Sehingga proton mengalir lewat saluran khusus ke arah permukaan luar.
C. Faktor yang Mempengaruhi Laju Respirasi
Proses respirasi yang terjadi pada makhluk hidup tentu saja dipengaruhi oleh beberapa faktor, baik itu faktor internal maupun faktor eksernal (lingkungan). 1. Faktor Dalam (Internal)
a. Umur Sel Tanaman Dan Tipe Jaringan Semakin bertambah umur maka laju respirasi menjadi makin cepat karena sel melakukan pertumbuhan. Sejalan dengan bertambahnya protoplasma diikuti dengan penambahan dan penyempurnaan enzim-enzim di dalam protoplasma. Respirasi pada jaringan muda lebih tinggi dari pada jaringan tua, dan jaringan berkembang melakukan respirasi lebih tinggi daripada jaringan dewasa. b. Faktor Protoplasmik Laju respirasi sangat dipengaruhi oleh kualitas dan kuantitas dari protoplasma yang ada di dalam sel. Kualitas dan kuantitas protoplasma di dalam sel sangat bergantung pada umur sel. Dalam rentang umur dari muda ke dewasa semakin bertambah kualitas dan kuantitas protoplasma sel. Maka terjadi pertambahan dan penyempurnaan enzim-enzim di dalam protoplasma dan mengakibatkan laju respirasi juga semakin cepat. Dan sebaliknya dari rentang umur dewasa ke tua, laju respirasinya semakin lambat. c. Konsentrasi Substrat Respirasi yang Tersedia Laju respirasi tentu tergantung pada tersedianya substrat, yakni senyawa yang akan diuraikan melalui berbagai reaksi. Tumbuhan yang mengandung cadangan pati, fruktan, dan gula yang rendah akan menunjukkan laju reaksi yang rendah. Jika defisiensi cadangan makanan pada tumbuhan terjadi sangat parah maka yang akan dioksidasi adalah protein. Protein tersebut dihidrolisis menjadi asamasam amino penyusunnya, yang kemudian diurai melalui reaksi-reaksi glikolisis
5
dan siklus krebs. Asam glutamat dan aspartat akan dikonversi menjadi asam alfaketoglukosa dan asam oksaloasetat. Demikian halnya dengan alanin yang dioksidasi untuk membentuk asam piruvat. Pada saat daun mulai menguning, maka sebagaian besar protein dan senyawa mengandung nitrogen pada kloroplas akan terurai. Ion-ion ammonium yang dibebaskan dari penguraian tersebut akan digunakan dalam sintesis glutamine dan asparagin. Hal ini akan menghindari tumbuhan dari keracunan ammonium.
2.
Faktor Luar (Eksternal)
a. Temperatur °
°
Pada rentang temperatur 0 C sampai dengan 45 C, peningkatan temperatur akan diikuti peningkatan laju respirasi. Tinggi dan lamanya temperatur bekerja maka memungkinkan untuk menyebabkan rusaknya protein enzim, sehingga laju respirasi menurun. Demikian juga pada temperatur yang rendah, laju respirasi menurun karena terjadi perubaha struktur dari protein enzim. Menurut Meyer dan Anderson (1952) menurunnya laju respirasi disebabkan oleh : 1. Masuknya oksigen kedalam sel karena pada temperatur yang tinggi konsentrasi oksigen menurun. 2. Keluarnya CO2 tidak cepat sehingga banyak tertimbun di dalam sel dan menyebabkan hambatan pada proses respirasi. 3. Pada temperatur tinggi, substrat respirasi yang tersedia menurun, sehingga substrat menjadi faktor pembatas. b. Cahaya Peningkatan intensitas cahaya menyebabkan peningkatan laju respirasi. Mengenai pegaruh cahaya terhadap laju respirasi dapat ditinjau dari tiga sisi, yaitu : 1. Meningkatnya intensitas cahaya akan meningkatkan laju fotosintesis yang berarti substrat respirasi yang tersedia meningkat dengan demikian laju respirasi juga meningkat. 2. Meningkatnya intensitas cahaya akan meningkatkan temperatur sehingga laju respirasi cepat.
6
3. Meningkatnya intensitas cahaya akan meningkatkan hasil fotosintat di dalam sel penutup stoma sehingga mnyebabkan stoma membuka. Dengan demikian proses pertukaran gas O 2 dan CO2 berlangsung dengan cepat. Akibatnya laju respirasi meningkat. c. Konsentrasi Oksigen di Udara Suplai oksigen mempengaruhi respirasi, tetapi pengaruhnya berbedabeda dalam setiap tumbuhan, yakni tergantung pada jenis dan bagian tumbuhan. Kadar O 2 di udara sangat kecil untuk dapat mempengaruhi respirasi daun dan batang. Laju penetrasi O 2
ke dalam daun dan batang serta akar
biasanya cukup untuk mempertahankan tingkat pengambilan normal O 2 oleh mitokondria.
Dalam
jaringan
yang
lebih
tebal
dengan
bandingan
permukaan/volume rendah, O 2 berdifusi dalam sel-sel sebelah dalam diperlambat sehingga aju reaksi menjadi rendah. d. Konsentrasi Karbondioksida Meningkatnya
konsentrasi
karbondioksida
diperkirakan
dapat
menghambat terjadinya respirasi. Karena konsentrasi karbondioksida yang tinggi menyebabkan menutupnya stoma sehingga proses pertukaran gas menjadi terbatas (kurang cepat). Hal ini mengakibatkan pada penurunan laju respirasi. Peningkatan konsentrasi CO 2 yang tinggi sekali akan bersifat toksik e. Ketersediaan Air Kadar air sangat mempengaruhi laju respirasi. Tidak tersedianya air dapat menyebabkan laju respirasi menurun. Biji dengan kadar air di bawah 14%, laju respirasinya rendah. Sebaliknya, bila kadar air di atas 15%, laju respirasinya akan meningkat. f. Luka dan Stimulus Mekanis Stimulus mekanis pada jaringan daun menyebabkan respirasi naik untuk sementara. Penekanan mempunyai efek yang rendah dan penyobekan mampu memacu respirasi. Hal ini dikarenakan pemisahan antara substrat dan oksidasenya, glikolisis yang normal dan katabolisme oksidatif meningkat karena rusaknya sel, sel-sel kembali ke keadaan meristematis diikuti proses penyambuhan. g. Garam Mineral
7
Apabila akar-akar menyerap garam, laju respirasi akan mningkat. Hal ini dikaitkan pada saat garam atau ion diserap. Dan keperluan energi itu akan dipenuhi dengan menaikkan respirasi.
8
BAB III METODE PENELITIAN
A. Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang kami lakukan di Laboratorium Fisiologi Gedung C10 Jurusan Biologi FMIPA UNESA pada tanggal 31 Oktober 2011 merupakan jenis penelitian eksperimental. Pada penelitian yang telah dilakukan, kami menetapkan variabel-variabel untuk mendapatkan data yang bisa dipertanggungjawabkan. Variabel-variabel yang kami gunakan adalah variabel manipulasi, variabel kontrol dan variabel respon.
B. Variabel-Variabel Penelitian
Berikut ini adalah variabel-variabel yang kami gunakan dalam melakukan percobaan pengaruh suhu terhadap respirasi kecambah :
Variabel Manipulasi : Suhu, ada tidaknya kecambah
Variabel Kontrol
: Volume NaOH, Konsentrasi NaOH, Jumlah Tetes PP, Jenis Kecambah, Berat Kecambah, Umur Kecambah, tinggi bungkusan kecambah dari permukaan NaOH, Waktu Penyimpanan Kecambah, Volume BaCl 2.
Variabel Respon
: Volume CO2 Hasil Respirasi.
C. Alat dan Bahan
Alat
-
Erlenmeyer 250 ml
6 buah
-
Neraca
1 buah
-
Buret
1 set
-
Pipet
1 buah
Bahan
-
Kecambah kacang hijau umur 2 hari
20 gram
-
Larutan NaOH 0,5 M
180 ml
-
Larutan HCl 0,5 M
secukupnya
9
-
Larutan BaCl2 0,5 M
15 ml
-
Larutan Phenolftalin (PP)
secukupnya
-
Kain kasa
secukupnya
-
Benang
secukupnya
-
Plastik
secukupnya
D. Langkah-Langkah Percobaan
1. Menyiapkan bahan dan alat yang diperlukan. 2. Menyiapkan kecambah kacang hijau umur 2 hari. 3. Menyiapkan 6 erlenmeyer lalu mengisi masing-masing erlenmeyer dengan 30 ml larutan NaOH 0,5 M. 4. Menimbang 5 gram kecambah yang disediakan kemudian membungkus dengan kain kasa dan diikat dengan seutas tali. 5. Memasukkan dan mengikat bungkusan kecambah ke dalam 4 erlenmeyer dengan ketinggian yang sama dari permukaan NaOH kemudian menutupnya dengan rapat. Masing-masing 2 sampel sebagai uangan I dan II untuk suhu ruangan dan suhu dalam inkubator. 6. Menyimpan
2 botol berisi kecambah dan 1 botol tanpa kecambah (kontrol)
masing-masing pada suhu ruangan dan yang lain di dalam inkubator dengan suhu °
38 C. 7. Setelah 24 jam, melakukan titrasi untuk mengetahui jumla gas CO 2 yang dilepaskan selama respirasi kecambah. 8. Mengambil 5 ml larutan NaOH dalam botol kemudian memasukkan dalam Erlenmeyer. Setelah itu menambahkan 2,5 ml BaCl 2 dan menetesi dengan 2 tetes PP sehingga larutan berwarna merah. Selanjutnya larutan tersebut dititrasi dengan HCl 0,5 M. Titrasi dihentikan setelah warna merah tepat hilang.
B. Desain Eksperimen
6 buah erlenmeyer disiapkan dan masing-masing diisi dengan 30 ml larutan NaOH 0,5 M
10
5 gram kecambah ditimbang lalu dibungkus dengan kain kasa dan diikat dengan seutas tali
Kecambah yang sudah ditimbang dimasukkan kedalam Erlenmeyer dan digantungkan di atas larutan NaOH lalu ditutup rapat-rapat
2 botol berisi kecambah dan 1 botol tanpa kecambah (control) masing-masing diletakkan °
di suhu ruangan dan yang lain di incubator (suhu 38 C) selama 24 jam
Dilakukan titrasi dengan cara mengambil 5 ml larutan NaOH kemudian ditetesi 2,5 ml BaCl 2 dan 2 tetes PP sampai larutan berwarna merah, lalu titrasi dengan HCl 0,5 M sampai warna merah tepat hilang
11
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
Tabel hasil pengamatan kecepatan respiirasi kecambah kacang hijau pada suhu yang berbeda. Perlakuan No.
1.
2.
3.
4.
5.
Parameter yang diukur
Suhu ruang
Suhu inkubator
K.II
Ratarata K
Kontr ol
K.I
K.II
Ratarata K
0,4
0,4
0,4
0,6
0,3
0,3
0,3
3,6
2,4
2,4
2,4
3,6
1,8
1,8
1,8
26,4
27,6
27,6
27,6
26,4
28,2
28,2
28,2
Kontr ol
K.I
0,6
Volume HCl (ml)
Volume NaOH yang tidak mengikat CO2 (ml) Volume NaOH yang mengikat CO2 (ml) Volume CO2 hasil respirasi (ml) Laju respirasi (ml/jam)
1,2
1,8
0,055
0,082
Keterangan : K.I : kecambah ulangan I K.II : kecambah uangan II Rata-rata K : rata-rata kecambah
12
Histogram pengaruh suhu terhadap kecepatan respirasi kecambah kacang hijau.
) l m ( i s a r i p s e r l i s a h 2 O C e m u l o V
0 5
10
15
20
32
37
40
Suhu (0C)
B. Analisis Data
Berdasarkan data dari tabel dari hasil percobaan yang dilakukan, maka dapat dianalisis bahwa secara perhitungan didapatkan perbedaan volume CO 2 yang dihasilkan pada keadaan suhu ruang (32 C) dengan keadaan ketika ditaruh pada inkubator yang diatur suhunya sebesar 37 C. Pada tabung I (suhu ruang) didapatkan nilai sebesar 1,2 mL, sedangkan pada tabung II (suhu inkibator) didapatkan nilai sebesar 1,8 mL. Volume CO 2 yang dihasilkan pada respirasi kecambah ini didapatkan dari hasil pengurangan volume NaOH yang tidak mengikat CO 2 dari rata-rata kecambah dikurangi dengan volume NaOH yang tdak mengikat CO 2 dari erlemenyer tanpa kecambah (kontrol). Pada percobaan dengan perlakuan menempatkan erlemenyer pada suhu ruangan (32C) didapatkan kecepatan respirasi kecambah kacang hijau adalah 0,055 mL/jam. Sedangkan pada percobaan dengan perlakuan menempatkan erlemenyer pada inkubator yang suhunya diatur sebesar 37 C didapatkan kecepatan respirasi kecambah kacang hijau adalah 0,082 mL/jam.
13
C. Pembahasan
Berdasarkan analisis diatas maka dapat diketahui bahwa besarnya suhu mempengaruhi kadar CO2 yang dilepaskan dari proses respirasi kecambah, dimana 0
pada suhu inkubator (37 C) diperoleh volume CO2 hasil respirasi lebih besar dibandingkan pada suhu ruangan, yakni sebesar 1,8 ml. Hal ini dikarenakan pada suhu inkubator, keadaan suhunya dibuat konstan (stabil), dimana pada suhu yang konstan (stabil) kerja enzim akan lebih optimal tanpa mengalami kerusakan. Seperti yang kita ketahui bahwa proses respirasi melibatkan kerja berbagai enzim. Karena enzim tidak mengalami kerusakan maka enzim akan mempercepat pengubahan glukosa menjadi karbon dioksida. Oleh karena itu, CO 2 yang dilepaskan dari respirasi kecambah lebih besar. Selain itu, pada suhu yang lebih tinggi volume CO 2 akan lebih banyak diikat oleh NaOH sehingga kadar CO 2 yang dilepaskan makin besar. Dari jumlah CO 2 yang ada maka didapatkan kecepatan respirai kecambah pada suhu inkubator, yaitu sebesar 0,082 ml/jam. 0
Pada suhu ruangan (32 C) volume CO2 hasil respirasi kecambah lebih rendah 0
daripada suhu inkubasi (37 C), yakni sebesar 1,2 ml. Hal ini dikarenakan pada suhu yang lebih rendah, kerja enzim tidak optimal sehingga mengakibatkan reaksi pengubahan glukosa menjadi CO 2 lebih lambat sehingga volume CO 2 yang dilepaskan dari proses respirasi lebih sedikit. Selain itu, pada suhu yang lebih rendah, volume CO2 akan lebih sedikit diikat oleh NaOH sehingga CO 2 yang dilepaskan dari proses respirasi lebih kecil. Kontrol pada percobaan ini adalah Erlenmeyer yang hanya diisi NaOH tanpa kecambah, ternyata menunjukkan nilai respirasi yang lebih rendah. Pada Erlenmeyer tanpa kecambah diduga terdapat mikroorganisme yang melakukan respirasi, karena selama melakukan praktikum semua alat yang digunakan tidak disterilkan. Alasan lain mengapa respirasi pada NaOH ada kecambah lebih cepat respirasinya dan CO 2 yang dihasilkan lebih banyak dibanding dengan respirsi pada NaOH saja, hal ini dikarenakan respirasi juga dipengaruhi oleh substrat untuk oksidasi dalam metabolisme respiratoris. Dan umumnya substrat untuk respirasi adalah zat yang tertimbun dalam jumlah yang relative banyak dan proses metabolisme melibatkan serangkaian reaksi enzimatis yang juga melibatkan enzim, maka kecepatan respirasi pada Erlenmeyer yang ada kecambahnya juga dipengaruhi oleh enzim-enzim yang
14
terdapat dalam kecambah dan enzim akan meningkat bila suhu juga tinggi namun apabila suhu terlalu tinggi juga akan merusak enzim. Sedangkan tabung Erlenmeyer yang hanya berisi NaOH saja respirasinya lambat dan CO 2 yang dihasilkan sedikit. Hal ini karena tidak dipengaruhi oleh enzim.
BAB V PENUTUP
A. Simpulan
Semakin tinggi suhu di suatu tempat, maka semakin besar pula kecepatan respirasi tumbuhan yang ada di tempat tersebut.
B. Saran
Saat titrasi, harus benar-benar mengamati jumlah HCl yang diteteskan ke dalam larutan NaOh dan BaCl sehingga hasi yang didapt benar-benar akurat.
15
DAFTAR PUSTAKA
Kimball, John W. 1992. Biologi. Jakarta: Erlangga. Lehninger, Albert. L. 1982. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga. Rahayu, Yuni Sri dkk. 2007. Petunjuk Praktikum Fisiologi Tumbuhan. Surabaya: Unipress Soerodikosoemo, Wibisono. 1993. Anatomi dan Fisiologi Tumbuhan. Jakarta : Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
16
