RESPIRASI PADA TUMBUHAN
Respirasi adalah suatu proses pengambilan O2 untuk memecah senyawa-senyawa organik menjadi CO2, H2O dan energi. Namun demikian respirasi pada hakikatnya adalah reaksi redoks, dimana substrat dioksidasi menjadi CO2 sedangkan O2 yang diserap sebagai oksidator mengalami reduksi menjadi H2O. Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan.
C6H12O6 + O2 6CO2 + H2O + energi
Reaksi di atas merupakan persamaan rangkuman dari reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses respirasi.
Substrat respirasi terdiri dari:
Karbohidrat merupakan substrat respirasi utama yang terdapat dalam sel tumbuhan tinggi.
Beberapa jenis gula seperti Glukosa, fruktosa dan sukrosa
Pati
Lipid
Asam-asam Organik
Protein (digunakan dalam keadaan dan spesies tertentu)
Respirasi dapat digolongkan menjadi dua jenis berdasarkan ketersediaan O2 di udara, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob.
Respirasi aerob merupakan proses respirasi yang membutuhkan O2 dari udara. Prosesnya meliputi :
Absorbsi oksigen,
Memecah senyawa organik, misal glukosa menjadi senyawa yang lebih sederhana (CO2 & H2O),
Membebaskan energI. Sebagian energi dipakai untuk proses kehidupan,sebagian hilang sebagai panas.
Membebaskan CO2 dan H2O
Respirasi terjadi pada sitoplasma & mitokondria.
Proses Respirasi:
Glikolisis
Terjadi didalam sitoplasma sel. Pada tahap glikolisis terjadi dua langkah reaksi, yaitu langkah memerlukan energi dan langkah melepaskan energi. Saat langkah memerlukan energi, 2 molekul ATP diperlukan untuk mentransfer gugus fosfat ke glukosa sehingga gukosa memiliki simpanan energi yang lebih tinggi. Energi ini akan diperlukan untuk reaksi pelepasan energy.
Dekarboksilasi Oksidatif
Senyawa hasil glikolisis akan masuk ke tahapan dekarboksilasi oksidatif, yaitu tahapan pembentukan CO2 melalui reaksi oksidasi reduksi (redoks) dengan O2 sebagai penerima elektronnya. Dekarboksilasi oksidatif ini terjadi di dalam mitokondria sebelum masuk ke dalam siklus krebs. Oleh karena itu tahapan ini disebut sebagai tahapan lanjutan antara glikolis dengan siklus krebs. Pada tahapan ini asam piruvat hasil glikolisisdari sitosol diubah menjadi asetil KoA di dalam mitokondria. Pada tahap 1 molekul piruvat melepaskan elektron (oksidasi) membentuk CO2 (piruvat pecah menjadi CO2 dan molekul berkarbon 2). Pada tahap 2, NAD+ direduksi (menerima elektron menjadi NADH + H+. Pada tahap 3 molekul berkarbon 2 di dioksidasi dan mengikat KoA sehingga terbentuk asetil KoA. Hasil akhir tahapan ini adalah asetik KoA, CO2 dan 2NADH.
Siklus krebs
Nama siklus ini berasal dari orang yang menemukan secara rinci tahap ketiga respirasi aerob ini, yaitu Hans Krebs (tahun 1930-an). Siklus ini disebut juga siklus asam sitrat.
Tahap awal siklus kreb adalah 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis meninggalkan sitoplasma dan memasuki mitokondria. Siklus kreb terjadi di dalam mitokondria. Selama reaksi tersebut dilepaskan 3 molekul karbon dioksida, 4 NADH, 1 FADH2 dan 1 ATP. Reaksi ini terjadi 2 kali karena pada glikolisis, glukosa di pecah menjadi 2 molekul asam piruvat. Jadi siklus krebs menghasilkan 8 NADH, 2 FADH2 DAN 2 ATP.
Transfer elektron
Yaitu serangkaian reaksi yang melibatkan sistem karier elektron (pembawa elektron). Proses ini terjadi di dalam membran dalam mitokondria. Dalam reaksi ini elektron ditransfer dalam serangkaian reaksi redoks dan dibantu oleh enzim sitokrom, quinon, piridoksin, dan flavoprotein. Reaksi transfer elektron ini nantinya akan menghasilkan H2O.
Respirasi anaerob merupakan proses repirasi yang berlangsung tanpa membutuhkan O2. Respirasi anaerob sering disebut juga dengan nama fermentasi. Respirasi anaerob biasanya terdapat pada tanaman tinggi hanya terjadi jika persediaan O2 bebas di bawah minimum, pada biji-bijian yang tampak kering (jagung, padi, biji bunga matahari), buah-buahan yang berdaging seperti buah apel & peer dapat bertahan berbulan-bulan di dalam penyimpanan, dimana hanya terdapat H & N saja, buah terus menghasilkan CO2. Hasil respirasi anaerob pd tanaman tingkat tinggi adalah asam sitrat, asam malat, asam oksalat, asam lartarat, asam susu.
Perbedaan respirasi aerob dan anaerob sebagai berikut:
1) Respirasi Aerob: Memerlukan oksigen, prosesnya terjadi di dalam matriks mitokondria, respirasi ini bertujuan untuk memecah senyawa organik ke an-organik, menghasilkan energi dalam jumlah yang besar yakni 36 ATP.
2) Respirasi Anaerob: tidak memerlukan kehadiran oksigen dalam prosesnya, berlangsung di dalam sitoplasma, tujuannya untuk mengurai senyawa organik, hasil akhirnya berupa energi tapi dalam jumlah yang sedikit yakni 2 ATP.
Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:
Ketersediaan substrat
Ketersediaan Oksigen
Suhu
Tipe dan umur tumbuhan
II. PENYERAPAN DAN TRANSPORTASI PADA TUMBUHAN
Transportasi tumbuhan adalah proses pengambilan dan pengeluaran zat-zat ke seluruh bagian tubuh tumbuhan. Pada tumbuhan tingkat rendah (misal ganggang) penyerapan air dan zat hara yang terlarut di dalamnya dilakukan melalui seluruh bagian tubuh. Pada tumbuhan tingkat tinggi (misal spermatophyta) proses pengangkutan dilakukan pembuluh pengangkut yang terdiri dari xylem dan phloem. Mekanisme proses penyerapan dapat belangsung karena adanya proses imbibisi, difusi, osmosis dan transpor aktif.
Imbibisi, merupakan penyusupan atau peresapan air ke dalam ruangan antar dinding sel, sehingga dinding selnya akan mengembang. Misal masuknya air pada biji saat berkecambah dan biji kacang yang direndam dalam air beberapa jam.
Diffusi, gerak menyebarnya molekul dari daerah konsentrasi tinggi (hipertonik) ke konsentrasi rendah (hipotonik). Misal pengambilan O2 dan pengeluaran CO2 saat pernafasan, penyebaran setetes tinta dalam air.
Osmosis, proses perpindahan air dari daerah yang berkonsentrasi rendah (hipotonik) ke daerah yang berkonsentrasi tinggi (hipertonik) melalui membran semipermiabel. Membran semipermiabel adalah selaput pemisah yang hanya bisa ditembus oleh air dan zat tertentu yang larut di dalamnya. Keadaan tegang yang timbul antara dinding sel dengan dinding isi sel karena menyerap air disebut turgor, sedang tekanan yang ditimbulkan disebut tekanan turgor. Untuk sel tumbuhan bersifat selektif semipermiabel. Setiap sel hidup merupakan sistem osmotik. Jika sel ditempatkan dalam larutan yang lebih pekat (hipertonik) terhadap cairan sel, air dalam sel akan terhisap keluar sehingga menyebabkan sel mengkerut. Peristiwa ini disebut plasmolisis.
Transpor aktif, pengangkutan lintas membran dengan menggunakan energi ATP, melibatkan pertukaran ion Na+ dan K+ (pompa ion) serta protein kontraspor yang akan mengangkut ion Na+ bersama melekul lain seperti asam amino dan gula. Arahnya dari daerah berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Misal perpindahan air dari korteks ke stele.
Pengangkutan Zat Melalui Xylem
Pengangkutan zat pada tumbuhan dibedakan menjadi :
1. Pengangkutan vaskuler (intravaskuler) : pengangkutan melalui berkas pembuluh pengangkut.
2. Pengangkutan ekstravaskuler : pengangkutan air dan garam mineral di luar berkas pembuluh pengangkut. Pengangkutan ini berjalan dari sel ke sel dan biasanya dengan arah horisontal. Di dalam akar pengangkutan ini melalui :
bulu akar -> epidermis -> korteks -> endodermis -> xylem.
Pengangkutan ekstravaskluler dibedakan :
transportasi/ lintasan apoplas : menyusupnya air tanah secara bebas atau transpor pasif melalui semua bagian tak hidup dari tumbuhan (dinding sel dan ruang antar sel)
transportasi/ lintasan simplas : bergeraknya air dan garam mineral melalui bagian hidup dari sel tumbuhan (sitoplasma dan vakoula).
Air dan garam mineral akan diangkut ke daun melalui pembuluh kayu (xylem). Komponen utama penyusun xylem adalah elemen pembuluh (trakea) dan trakeid. Selain trakea dan trakeid xylem juga mengandung sel parenkim (parenkim kayu) yang merupakan sel hidup dan berfungsi untuk menyimpan bahan makanan. Xylem juga mengandung serabut kayu yang berfungsi sebagai penguat (penyokong).
Proses pengangkutan air dan zat zat terlarut hingga sampai ke daun pada tumbuhan dipengaruhi oleh :
daya kapilaritas : pembuluh xylem yang terdapat pada tumbuhan dianggap sebagai pipa kapiler. Air akan naik melalui pembuluh kayu sebagai akibat dari gaya adhesi antara dinding pembuluh kayu dengan molekul air.
daya tekan akar : tekanan akar pada setiap tumbuhan berbeda-beda. Besarnya tekanan akar dipengaruhi besar kecil dan tinggi rendahnya tumbuhan (0,7 - 2,0 atm). Bukti adanya tekanan akar adalah pada batang yang dipotong, maka air tampak menggenang dipermukaan tunggaknya.
daya hisap daun : disebabkan adanya penguapan (transpirasi) air dari daun yang besarnya berbanding lurus dengan luas bidang penguapan (intensitas penguapan).
pengaruh sel-sel yang hidup
Tumbuhan mengeluarkan cairan dari tubuhnya melalui 3 proses, yaitu :
1. Transpirasi : adalah terlepasnya air dalam bentuk uap air melalui stomata dan kutikula ke udara bebas (evaporasi).
2. Gutasi : adalah pengeluaran air dalam bentuk tetes-tetes air melalui celah-celah tepi atau ujung tulang tepi daun yang disebut hidatoda/ gutatoda/ emisarium. Terjadi pada suhu rendah dan kelembaban tinggi sekitar pukul 04.00 sampai 06.00 pagi hari. Di alami pada tumbuhan famili Poaceae (padi, jagung, rumput, dll)
3. Perdarahan : adalah pengeluaran air cairan dari tubuh tumbuhan berupa getah yang disebabkan karena luka atau hal-hal lain yang tidak wajar. Misalnya pada penyadapan pohon karet dan pohon aren.
b. Pengangkutan Melalui Floem
Air dan zat terlarut yang diserap akar diangkut menuju daun akan dipergunakan sebagai bahan fotosintesis yang hasilnya berupa zat gula/ amilum/ pati. Pengangkutan hasil fotosintesis berupa larutan melalui phloem secara vaskuler ke seluruh bagian tubuh disebut translokasi.
Untuk membuktikan adanya pengangkutan hasil fotosintesis melewati phloem dapat dilihat dari pada proses pencangkokan. Batang yang telah kehilangan kulit (phloem) mengalami hambatan pengangkutan akibat terjadinya timbunan makanan yang dapat memacu munculnya akar apabila bagian batang yang terkelupas kulitnya tertutup tanah yang selalu basah.
Beberapa tumbuhan menyimpan hasil fotosintesis pada akarnya atau batangnya. Pada umumnya jaringan phloem tersusun oleh 4 komponen, yaitu :
buluh tapis
sel pengiring
parenkim phloem
serabut-serabut
