Fotosintesis/Anabolisme
Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana
menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah
peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan
energi.Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa
sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolime adalah
sintesis atau penyusunan. Salah satu peristiwa anabolisme adalah
fotosintesis. Fotosintesis yang biasa kita kenal hanyalah sebatas
proses:
6H2O + 6CO2 + cahaya C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Akan tetapi proses tersebut tidak sesederhana yang kita
bayangkan. Banyak reaksi-reaksi biokimia lain yang terlibat di
dalam fotosintesis yang akan dibahas pada artikel ini.
Ada dua tahap pada fotosintesis, yaitu reaksi terang dan reaksi
gelap.
Reaksi Terang
Reaksi terang ini terjadi di kloroplas dan tergantung pada
cahaya untuk pembetukan energinya. Energi yang terbentuk berupa
NADPH dan ATP.
Di dalam kloroplas, kita mengenal adanya thylakoids. Pada
membran thylakoids inilah terdapat 4 protein kompleks yang berperan
dalam reaksi photosystem I (PS I),photosystem II (PS II),
cytochrome b6f complex, ATP synthase.
Untuk pembentukan NADPH, diawali dengan air (H2O) sebagai donor
elektron akan melakukan reaksi pada PS II. PS II terjadi pada
protein yang mengandung pigmen (seperti klorofil) dan melibatkan
cahaya. Sehingga pada PS II terbentuk elektron berenergi tinggi
yang akan mengalir menuju cytochrome b6f, kemudian elektron
tersebut ditransfer pada PS I. Akhir dari transfer elektron pada PS
I akan menghasilkan NADPH.
Disamping itu, untuk pembentukan ATP diperlukan kerjasama antara
cytochrome b6fdan ATP synthase dan dinamakan photophosphorylation.
Photophosphorylation yang reaksinya terdapat di chytpchrome b6f
menggunakan energi elektron dari PS II untuk pompa proton dari
stroma ke lumen. Gradien proton tersebut nantinya memproduksi ATP
dengan menggunakan ATP synthase.
Selain elektron dari PS II, untuk pembentukan ATP lainnya
melibatkan elektron dari PS I. Pembentukan ATP tersebut juga dapat
berfungsi untuk mengatur produksi NADPH.
Sehingga bagan dari reaksi terang berikut yaitu:
H2O PS II cytochrome b6f PS I NADPH
Gradien proton cytochrome b6f ATP synthase ATP
Disamping itu pada reaksi terang ini juga dihasilkan oksigen
(O2) yang terjadi pada PS II. Raksi lebih jelasnya dapat dilihat
pada gambar di bawah ini.
FOTOSINTESIS (ANABOLISME) DAN RESPIRASI (KATABOLISME)
Perkembangan, Respirasi 10/21/2012
Fotosintesis/Anabolisme
Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana
menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah
peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan
energi.Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa
sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolime adalah
sintesis atau penyusunan. Salah satu peristiwa anabolisme adalah
fotosintesis. Fotosintesis yang biasa kita kenal hanyalah sebatas
proses:
6H2O + 6CO2 + cahaya C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Akan tetapi proses tersebut tidak sesederhana yang kita
bayangkan. Banyak reaksi-reaksi biokimia lain yang terlibat di
dalam fotosintesis yang akan dibahas pada artikel ini.
Ada dua tahap pada fotosintesis, yaitu reaksi terang dan reaksi
gelap.
Reaksi Terang
Reaksi terang ini terjadi di kloroplas dan tergantung pada
cahaya untuk pembetukan energinya. Energi yang terbentuk berupa
NADPH dan ATP.
Di dalam kloroplas, kita mengenal adanya thylakoids. Pada
membran thylakoids inilah terdapat 4 protein kompleks yang berperan
dalam reaksi photosystem I (PS I),photosystem II (PS II),
cytochrome b6f complex, ATP synthase.
Untuk pembentukan NADPH, diawali dengan air (H2O) sebagai donor
elektron akan melakukan reaksi pada PS II. PS II terjadi pada
protein yang mengandung pigmen (seperti klorofil) dan melibatkan
cahaya. Sehingga pada PS II terbentuk elektron berenergi tinggi
yang akan mengalir menuju cytochrome b6f, kemudian elektron
tersebut ditransfer pada PS I. Akhir dari transfer elektron pada PS
I akan menghasilkan NADPH.
Disamping itu, untuk pembentukan ATP diperlukan kerjasama antara
cytochrome b6fdan ATP synthase dan dinamakan photophosphorylation.
Photophosphorylation yang reaksinya terdapat di chytpchrome b6f
menggunakan energi elektron dari PS II untuk pompa proton dari
stroma ke lumen. Gradien proton tersebut nantinya memproduksi ATP
dengan menggunakan ATP synthase.
Selain elektron dari PS II, untuk pembentukan ATP lainnya
melibatkan elektron dari PS I. Pembentukan ATP tersebut juga dapat
berfungsi untuk mengatur produksi NADPH.
Sehingga bagan dari reaksi terang berikut yaitu:
H2O PS II cytochrome b6f PS I NADPH
Gradien proton cytochrome b6f ATP synthase ATP
Disamping itu pada reaksi terang ini juga dihasilkan oksigen
(O2) yang terjadi pada PS II. Raksi lebih jelasnya dapat dilihat
pada gambar di bawah ini.
Reaksi gelap
Reaksi gelap terjadi di stroma kloroplas dan reaksi ini tidak
memerlukan cahaya. Kemudian energi-energi yang berupa NADPH dan ATP
digunakan untuk mengubah karbondioksida (CO2) menjadi gula atau
sukrosa melalui mekanisme Siklus Calvin atau fiksasi karbon. Dengan
menggunakan NADPH dan ATP pada Siklus Calvin, CO2 akan memproduksi
triose phosphate (triose-P). Triose-P tersebut sebagian besar akan
dikeluarkan dari kloroplas menuju sitosol untuk memproduksi
sukrosa.
Sebagian dari triose-P, akan dibentuk karbohidrat dan disimpan
dalam kloroplas. Apabila dibutuhkan sukrosa, maka karbohidrat akan
dipecah menjadi triose-p dan keluar dari kloroplas menuju sitosol
untuk membentuk sukrosa. Sukrosa itulah yang nantinya akan
ditransfer pada organ-organ tanaman yang sedang bermetabolisme
sebagai energi. Sedangkan karbohidrat yang tidak dikonversi menjadi
sukrosa, akan tetap tersimpan dalam kloroplas.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa hasil dari fotosintesis berupa
oksigen (terjadi padareaksi terang) dan sukrosa (terjadi pada
reaksi gelap)
Respirasi/KatabolismeKatabolisme adalah reaksi penguraian
senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan
bantuan enzim. Penguraian suatu senyawa dapat menghasilkan energi.
Energi kimia yang terdapat dalam senyawa tidak dapat digunakan
secara langsung oleh sel. Energi akan diubah terlebih dahulu
menjadi adenosin trifosfat (ATP) yang dapat digunakan oleh sel
sebagai sumber energi terpakai. Energi itu digunakan untuk
melangsungkan reaksi-reaksi kimia, pertumbuhan, transportasi,
reproduksi, dan merespons rangsangan.
Contoh katabolisme adalah proses pernafasan sel atau respirasi.
Respirasi adalah proses penguraian bahan makanan yang menghasilkan
energi. Respirasi dilakukan oleh semua sel penyusun makhluk hidup,
baik sel-sel tumbuhan, bakteri, protista, cendawan, maupun sel
hewan dan manusia. Respirasi dilakukan baik siang maupun malam.
Ditinjau dari bentuknya respirasi terbagi dua macam, yaitu
respirasi eksternal (luar) dan internal (dalam). Respirasi
eksternal meliputi proses pengambilan oksigen dan pengeluaran
karbondioksida dan uap air antara makhluk hidup dengan
lingkungannya, misalnya pada tumbuhan, hewan, dan manusia.
Respirasi internal disebut juga pernafasan seluler karena
pernafasan ini terjadi di dalam sel, yaitu di dalam sitoplasma dan
mitokondria.
Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, respirasi internal dibagi
menjadi respirasi aerobik (memerlukan oksigen) dan respirasi
anaerobik (tidak membutuhkan oksigen). makhluk hidup, baik sel-sel
tumbuhan, bakteri, protista, cendawan, maupun sel hewan dan
manusia. Respirasi dilakukan baik siang maupun malam. Ditinjau dari
bentuknya respirasi terbagi dua macam, yaitu respirasi eksternal
(luar) dan internal (dalam). Respirasi eksternal meliputi proses
pengambilan oksigen dan pengeluaran karbondioksida dan uap air
antara makhluk hidup dengan lingkungannya, misalnya pada tumbuhan,
hewan, dan manusia. Respirasi internal disebut juga pernafasan
seluler karena pernafasan ini terjadi di dalam sel, yaitu di dalam
sitoplasma dan mitokondria.
Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, respirasi internal dibagi
menjadi respirasi aerobik (memerlukan oksigen) dan respirasi
anaerobik (tidak membutuhkan oksigen).
Respirasi AerobRespirasi aerob merupakan serangkaian reaksi
enzimatis yang mengubah glukosa secara sempurna menjadi CO2, H2O,
dan menghasilkan energi sebesar 38 ATP. Pada pernapasan ini,
pembebasan energi menggunakan oksigen bebas dari udara. Pada
tumbuhan, oksigen yang dibutuhkan diperoleh dari udara melalui
mulut daun dan lentisel. Zat organik terutama karbohidrat
dipecahkan. Dalam respirasi aerob, glukosa dioksidasi oleh oksigen,
dan reaksi kimianya dapat digambarkan sebagai berikut:
matahariC6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 -> 6 CO2 + 12 H2O + 675
kalklorofil
Dalam kenyataan, reaksi yang terjadi tidak sesederhana itu.
Banyak tahapan reaksi yang terjadi dari awal hingga terbentuknya
energi. Reaksi-reaksi itu dapat dibedakan menjadi tiga tahapan,
yaitu: glikolisis, siklus Krebs, dan transpor elektron (lihat
Gambar)
Gambar. Respirasi aerob
GlikolisisGlikolisis adalah serangkaian reaksi enzimatis yang
memecah glukosa (terdiri dari 6 atom C) menjadi asam piruvat
(terdiri dari 3 atom C). Reaksi ini melepaskan energi untuk
menghasilkan ATP dan NADH2. Glikolisis terjadi di sitoplasma dan
tidak memerlukan oksigen. Reaksinya adalah sebagai berikut:
C6H12O6 -> 2 asam piruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2H+
Asam piruvat yang dihasilkan akan memasuki mitokondria untuk
melakukan siklus Krebs. Namun sebelum memasuki siklus Krebs, asam
piruvat (3C) ini diubah terlebih dahulu menjadi asetil koA (2C) di
dalam matriks mitokondria melalui proses dekarboksilasi oksidatif.
Senyawa selain glukosa, misalnya fruktosa, manosa, galaktosa, dan
lemak dapat pula mengalami metabolisme melalui jalur glikolisis
dengan bantuan enzim-enzim tertentu.
Siklus KrebsSiklus Krebs merupakan serangkaian reaksi
metabolisme yang mengubah asetil koA yang direaksikan dengan asam
oksaloasetat (4C) menjadi asam sitrat (6C). Selanjutnya asam
oksaloasetat memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya
akan membentuk oksaloasetat lagi.
Pada siklus Krebs dihasilkan energi dalam bentuk ATP dan molekul
pembawa hidrogen, yaitu : NADH dan FADH2. Hidrogen yang terdapat
dalam NADH dan FADH2 tersebut akan dibawa ke sistem transpor
elektron. Seluruh tahapan reaksi dalam siklus Krebs terjadi di
dalam mitokondria. Dalam siklus ini, asetil koA dioksidasi secara
sempurna menjadi CO2
Transpor ElektronTranspor elektron adalah serangkaian reaksi
pemindahan elektron melalui proses reaksi redoks
(reduksi-oksidasi). Hidrogen yang terdapat pada molekul NADH serta
FADH2 ditranspor dalam serangkaian reaksi redoks yang melibatkan
enzim, sitokrom, quinon, pirodoksin, dan flavoprotein. Pada akhir
transport elektron, oksigen akan mengoksidasi elektron dan ion H
menghasilkan air (H20). Transport elektron terjadi pada membran
dalam mitokondria.
Respirasi anaerobPernahkah kalian membuat atau melihat cara
membuat tape ? Tape dibuat dari singkong yang dikukus lalu ditaburi
dengan ragi. Jika setelah diberi ragi singkong tersebut dibiarkan
dalam udara terbuka maka kalian tidak mendapatkan tape yang
diinginkan, mengapa demikian ?Pembuatan tape merupakan salah satu
contoh proses fermentasi yang menghasilkan alkohol. Fermentasi
alkohol merupakan proses respirasi anaerob, yang tidak memerlukan
oksigen. Oleh karena itu jika membuat tape, singkong yang telah
ditaburi dengan ragi tersebut disimpan dalam ruang tertutup yang
tidak atau sedikit mengandung udara. Misalnya setelah singkong
beragi tersebut ditaruh dalam panci, kemudian panci tersebut
dibungkus rapat dengan kain agar kondisinya menjadi anaerob.
Respirasi anaerob merupakan serangkaian reaksi enzimatis yang
memecah glukosa secara tidak sempurna karena kekurangan oksigen.
Pada manusia, respirasi anaerob menghasilkan asam laktat sehingga
menyebabkan rasa lelah, sedangkan pada tumbuhan, ragi, reaksi ini
menghasilkan CO2 dan alkohol. Respirasi anaerob hanya menghasilkan
sedikit energi, yaitu 2 ATP.
Respirasi anaerob, disebut fermentasi atau peragian. Pada
umumnya respirasi ini terjadi pada tumbuhan, fungi dan bakteri.
Proses fermentasi sering disebut sesuai dengan hasil akhir yang
terbentuk. Misalnya: fermentasi alkohol bila hasil akhir
fermentasiberupa alkohol. Menurut hasil samping yang terbentuk,
maka fermentasi dibedakan atas:
a. fermentasi alkohol pada ragi (khamir) dan bakteri
anaerobik.b. fermentasi asam laktat pada umumnya di sel otot.c.
fermentasi asam sitrat pada bakteri heterotrof.
Bahan baku respirasi anaerobik pada peragian adalah glukosa,
disamping itu juga terdapat fruktosa, galaktosa, dan manosa. Hasil
akhirnya adalah alkohol, karbon dioksida, dan energi. Alkohol
bersifat racun bagi sel-sel ragi. Sel-sel ragi hanya tahan terhadap
alkohol pada kadar 9-18%. Lebih tinggi dari kadar tersebut, proses
alkoholisasi (pembuatan alkohol) terhenti. Hal tersebut merupakan
suatu kendala pada industri pembuatan alkohol.
Oleh karena glukosa tidak terurai lengkap menjadi air dan karbon
dioksida, maka energi yang dihasilkan lebih kecil dibandingk an
respirasi aerobik. Pada respirasi aerobik dihasilkan 675kal,
sedangkan pada respirasi anaerobik hanya dihasilkan 21 kal. seperti
reaksi dibawah ini:
C6H12O6 > 2 C2H5OH + 2 CO2 + 21 kal
Dari persamaan reaksi tersebut terlihat bahwa oksigen tidak
diperlukan. Bahkan, bakteri anaerobik seperti Clostridium tetani
(penyebab tetanus) tidak dapat hidup jika berhubungan dengan udara
bebas. Infeksi tetanus dapat terjadi jika luka dalam atau tertutup
sehingga memberi kemungkinan bakteri Clostridium tersebut tumbuh
subur karena dalam lingkungan anaerob.Manfaat Adenosin Trifosfat
(ATP)Substansi kimia yang berfungsi sebagai mata uang energi dalam
sel adalah adenosin trifosfat (ATF). ATP disebut sebagai mata uang
karena dapat menghabiskan untuk membuat reaksi kimia terjadi.
Semakin banyak energi yang diperlukan untuk reaksi kimia, semakin
banyak molekul ATP harus dikeluarkan.Hampir semua bentuk kehidupan
menggunakan ATP, molekul hampir universal transfer energi. Energi
yang dilepaskan selama reaksi katabolik disimpan dalam molekul ATP.
Selain itu, energi yang terperangkap dalam reaksi anabolik (seperti
fotosintesis) yang terjebak dalam molekul ATP.
Manfaat Adenosin Trifosfat (ATP)Sebuah molekul ATP terdiri dari
tiga bagian. Satu bagian adalah sebuah cincin ganda karbon dan
nitrogen atom disebut adenin. Menempel pada molekul adenin adalah
karbohidrat lima karbon kecil yang disebut ribosa. Menempel pada
molekul ribosa tiga unit fosfat diikat bersama oleh ikatan
kovalen.Ikatan kovalen yang menyatukan unit fosfat di ATP adalah
obligasi energi tinggi. Ketika molekul ATP dipecah oleh enzim, yang
(terminal) Unit fosfat ketiga dirilis sebagai gugus fosfat, yang
merupakan ion. Ketika ini terjadi, sekitar 7,3 kilokalori energi
dilepaskan. (Kilokalori sama dengan 1.000 kalori.) Energi ini
dibuat tersedia untuk melakukan pekerjaan sel.The adenosin enzim
triphosphatase menyelesaikan pemecahan molekul ATP. Produk
pemecahan ATP adenosine diphosphate (ADP) dan ion fosfat. Adenosin
difosfat dan ion phosphate dapat dilarutkan untuk membentuk ATP,
banyak seperti baterai dapat diisi ulang. Untuk mencapai hal ini,
energi sintesis harus tersedia. Energi ini dapat dibuat tersedia
dalam sel melalui dua proses yang sangat penting: fotosintesis dan
respirasi selular.ATP diperlukan untuk kontraksi otot rangka dan
jantung. Jantung harus berkontraksi untuk memompa darah ke
bagian-bagian tubuh yang berbeda. Otot rangka juga harus mengerut
agar kita untuk melakukan aktivitas fisik yang berbeda seperti
mengangkat benda. Kegiatan ini memerlukan sejumlah besar
ATP.bioluminesensiATP bereaksi dengan molekul besar karbon-nitrogen
(sebuah luciferin) untuk menghasilkan foton dalam kisaran terlihat
dari panjang gelombang. Ini menggunakan ATP agak jarang terjadi di
darat, tetapi umum di organisme laut, terutama di dalam.Produksi
panasATP umumnya digunakan untuk keperluan termoregulasi dan
kegunaan lain dari suhu tinggi. Hal ini terjadi untuk tujuan yang
berguna hanya dalam beberapa kelompok organisme. Otot rangka dan
jaringan pemanas khusus mengubah energi kimia ikatan menjadi
panas.Sebagai konsekuensi dari pengeluaran energi sel untuk
mendukung kegiatan yang berbeda, sejumlah besar ATP yang
diproduksi. Molekul ADP energi berkurang memasuki mitokondria untuk
pengisian dan kemudian siklus kembali ke dalam sitosol sebagai
molekul ATP kaya energi setelah berpartisipasi fosforilasi
oksidatif. Sebuah molekul tunggal ADP / ATP dapat mentransfer
bolak-balik antara mitokondria dan sitosol untuk ini pengisian
ribuan siklus / pengeluaran kali per hari.Tuntutan tinggi untuk
menyediakan ATP glikolisis saja pemasok yang tidak memadai serta
tidak efektif daya untuk kebanyakan sel. Jika bukan untuk
mitokondria, yang berisi mesin metabolik untuk fosforilasi
oksidatif, kemampuan energi sel akan sangat terbatas. Namun,
glikolisis tidak menyediakan setidaknya beberapa ATP dalam kondisi
anaerobik.Struktur Fungsi Adenosin Trifosfat (ATP)- Adenosin
Trifosfat (ATP) merupakan senyawa kimia berenergi tinggi, tersusun
dari ikatan adenin purin terikat pada gula yang mengandung 5 atom
C, yaitu ribose dan tiga gugus fosfat. Meskipun digolongkan sebagai
molekul berenergi tinggi, ikatan kimianya labil dan mudah
melepaskan gugus fosfatnya. Setiap melepaskan fosfatnya, akan
dibebaskan energi yang langsung dapat digunakan oleh sel. Oleh
karena itu, katabolisme disebut juga disimilasi atau bioenergi atau
reaksi eksergonik. Di dalam katabolisme sel organisme, terjadi
proses oksidasi atau reduksi senyawa (biooksidasi).Pada saat sel
membutuhkan energi, ATP dapat segera dipecah melalui reaksi
hidrolisis (reaksi dengan air) dan terbentuk energi yang sifatnya
mobil sehingga dapat diangkut dan digunakan oleh seluruh bagian sel
tersebut.Dalam banyak reaksi tubuh, perpindahan energi dilakukan
bersamaan dengan dilepaskan atau dibentuknya senyawa dengan ikatan
fosfat. Sumber energi utama yang mengandung senyawa fosfat adalah
ATP (Adenosin trifosfat) yang memiliki 3 gugus fosfat. Senyawa ini
menjadi sumber energi langsung yang dibutuhkan oleh tubuh dalam
melakukan usaha (aktivitas) karena pelepasan satu gugus fosfat akan
menghasilkan energi yang besar. Pada kondisi laboratorium, satu mol
ATP menghasilkan energi sebesar 7,3 kkal. ATP terdiri atas gugus
adenin yang mengandung gugus nitrogen, ribosa, menghasilkan 5
molekul karbon gula, serta 3 molekul fosfat. Peristiwa perubahan
ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik, reaksinya
sebagai berikut.ATP ADP + 7,3 kalori/molUntuk menghasilkan energi,
ATP mengalami fosforilasi yang dibantu oleh enzim fosforilase
menjadi ADP (Adenosin difosfat). Makhluk hidup yang beraktivitas,
menggunakan ATP terus-menerus. Akan tetapi, ATP tidak habis karena
merupakan sumber daya yang dapat diperbarui dengan menambahkan satu
gugus fosfat pada ADP. Hal ini dapat dilakukan melalui respirasi
sel pada hewan. Pada tumbuhan digunakan energi cahaya untuk
membentuk ATP kembali. Dalam proses transfer energi, terdapat
beberapa jenis molekul energi lainnya yang berperan sebagai molekul
penyimpan energi, yakni NADH2, FADH, dan ATP. Semua molekul
tersebut memiliki kesetaraan dengan produksi ATP. NADH setara
dengan 3 ATP dan FADH setara dengan 2 ATP.Karena fungsi ATP sebagai
penyimpan energi yang sewaktu-waktu siap digunakan dan bersifat
universal (reaksi bolak balik), maka disebut sebagai universal
energy carrier. Sel dalam menggunakan energi ATP tersebut sangat
efektif karena hanya berlangsung satu sistem yaitu dengan hanya
mengambil energi dari sumber ATPEnergi matahari merupakan sumber
mula energi dalam sel hidup. Aliran energi yang dimulai dari sinar
matahari ditangkap sel yang berfotosintesis, lalu diubah menjadi
energi kimia (ATP dan NADPH), yang selanjutnya dipakai oleh sel
heterotrop untuk melangsungkan segala macam kegiatan didalam sel
seperti proses kontraksi, proses pengangkutan, dan proses
biosintesis, dan akhirnya didegradasi menjadi bentuk energi yang
tak terpakai lagi, seperti panas yang dilepaskan alam ke
lingkungannya.Pengertian ATPAdenosin-5-trifosfat (ATP) adalah
multifungsi nukleotida yang memainkan peran penting dalam biologi
sel sebagai koenzim, yaitu molekul unit mata uang intraselular
energi transfer. Ini adalah sumber energi yang dihasilkan selama
fotosintesis dan respirasi sel dan dikonsumsi oleh banyak enzim dan
berbagai proses selular, termasuk reaksi biosintetik, motilitas,
dan pembelahan sel. ATP terdiri dari adenosin difosfat (ADP) atau
adenosin monofosfat (AMP ) dan penggunaannya dalam metabolisme
mengubahnya kembali ke prekursor ini in ATP each day. Oleh karena
itu ATP didaur ulang terus-menerus dalam organisme, dengan membalik
tubuh manusia beratnya sendiri dalam ATP setiap hari. ATP digunakan
sebagai substrat dalam transduksi sinyal jalur oleh kinase yang
memfosforilasi protein dan lipid, maupun oleh adenilat siklase,
yang menggunakan ATP untuk menghasilkan pembawa pesan kedua molekul
siklik AMP. Rasio antara ATP dan AMP digunakan sebagai cara untuk
sel merasakan betapa besar energi yang tersedia dan mengontrol
jalur-jalur metabolisme yang menghasilkan dan mengkonsumsi ATP.
Terlepas dari peran dalam metabolisme energi dan sinyal, ATP juga
dimasukkan ke dalam asam nukleat oleh polimerase dalam proses
replikasi DNA dan transkripsi.Struktur molekul ini terdiri dari
purin basa (adenin) terikat pada 1 karbon atom dari sebuah. Ini
adalah penambahan dan penghapusan gugus fosfat ini yang
mengkonversi antar ATP, ADP dan AMP. . Ketika ATP digunakan dalam
sintesis DNA, maka gula ribosa pertama dikonversi menjadi
deoksiribosa oleh ribonukleotida reduktase.Sifat fisik dan kimiaATP
terdiri dari adenosin terdiri dari adenin cincin dan ribosa gula
dan tiga fosfat kelompok (trifosfat). Kelompok yang phosphoryl,
dimulai dengan kelompok paling dekat dengan ribosa, yang disebut
sebagai alpha (), beta (), dan gamma () fosfat. ATP sangat larut
dalam air dan sangat stabil dalam larutan pH antara 6,8-7,4, tetapi
cepat dihidrolisis pada pH yang ekstrim. Akibatnya, ATP paling baik
disimpan sebagai garam anhidrat. ATP adalah molekul yang tidak
stabil di unbuffered air, yang hydrolyses untuk ADP dan fosfat. Hal
ini karena kekuatan ikatan antara residu fosfat dalam ATP kurang
dari kekuatan dari hidrasi ikatan antara produk-produknya (ADP +
fosfat), dan air. Jadi, jika ATP dan ADP berada dalam kesetimbangan
kimia dalam air, hampir semua ATP pada akhirnya akan dikonversi ke
ADP. Sebuah sistem yang jauh dari kesetimbangan mengandung energi
bebas Gibbs, dan mampu melakukan pekerjaan. Sel hidup menjaga rasio
ATP menjadi ADP pada suatu titik sepuluh lipat dari kesetimbangan,
dengan konsentrasi ATP ribuan kali lipat lebih tinggi daripada
konsentrasi ADP. Perpindahan dari kesetimbangan berarti bahwa
hidrolisis ATP dalam sel melepaskan energi dalam jumlah besar.1.
Daur Energi di dalam SelMolekul kimia organik yang kompleks,
seperti glukosa, mempunyai energi potensial yang besar karena
keteraturan strukturnya. Ketidakteraturannya ataupun entropinya
relatif rendah. Bila glukosa dioksidasi oleh oksigen dihasilkan 6
molekul CO2 dan 6 H2O, serta energi yang dilepaskan dalam bentuk
panas dan atom karbonnya mengalami ketidakteraturan. Dalam hal ini
atom karbon tersebut terpisah-pisah dalam bentuk CO2 sehingga
menghasilkan bertambahnya posisi yang berbeda dari molekul yang
satu terhadap yang lainnya. Hal ini menyebabkan naiknya entropi dan
turunnya energi bebas.Dalam sistem biologi, khususnya dalam sel
hidup, panas yang dihasilkan oleh proses oksidasi tersebut tidak
dapat dipakai sebagai sumber energi. Proses pembakaran dalam sistem
biologi berlangsung tanpa nyala atau pada suhu yang rendah. Energi
bebas yang terkandung di dalam molekul organik diubah dan disimpan
dalam nentuk energi kimia, yaitu dalam struktur ikatan kovalen dari
gugus fosfat dalam molekul adenosin triphosfat (ATP), yang
terbentuk dengan perantaraan enzim dari adenosin diphosfat (ADP)
dan senyawa phosfat anorganik (Pi). Reaksi ini merupakan reaksi
perpindahan gugus phosfat yang secara kimia dikaitkan dengan tahap
reaksi oksidasi khas yang berlangsung dalam katabolisme. ATP yang
terbentuk kemudian diangkut ke setiap bagian dalam sel yang
memerlukan energi. Dalam hal ini ATP berperan sebagai alat
pangankut energi bebas. Sebagian dari energi kimia yang terkandung
dalam ATP itu dipindahkan bersama dengan gugus phosfat ujungnya, ke
molekul penerima energi lain yang khas, sehingga molekul ini
menjadi senyawa berenergi kimia dan dapat berperan sebagai sumber
energi untuk proses biokimia yang lainnya.Proses pengangkutan
energi kimia lainnya di dalam sel berlangsung dengan proses
pengangkutan elektron dengan perantaraan enzim, dari reaksi
penghasil energi (kabolisme) ke reaksi pemakai energi (anabolisme)
melalui suatu senyawa koenzim pembawa elektron. Nikotinamida adenin
dinukleotida (NAD) dan nikotinamida adenin dinukleotida phosfat
(NADP) adalah dua koenzim terpenting yang berperan sebagai molekul
pengankut elektron berenergi tinggi dari reaksi katabolisme ke
reaksi anabolisme yang membutuhkan elektron.2. Daur ATPPeranan ATP
sebagai sumber energi untuk metabolisme di dalam sel berlangsung
dengan suatu mekanisme mendaur. ATP berperan sebagai alat angkut
energi kimia dalam reaksi katabolisme keberbagai proses reaksi
dalam sel ayng membutuhkan energi seperti proses biosintesis,
proses pengangkutan proses kontraksi otot, proses pengaliran
listrik dalam sistem syaraf, dan proses pemancaran sinar
(bioluminesensi) yang terjadi pada organisme tertentu, seperti
kunang-kunang.ATP terbentuk dari ADP dan Pi dengan suatu reaksi
phosforilasi yang dirangkaikan dengan proses oksidasi molekul
penghasil energi. Selanjutnay ATP yang terbentuk ini dialirkan ke
proses reaksi yang membutuhkan energi dan dihidrolisis menjadi ADP
dan phosfat anorganik (Pi). Demikian seterusnya sehingga terjadilah
suatu mekanisme daur ATP-ADP secara continue dan
berkeseimbangan.Dalam hal ini gugus phosfat ujung pada molekul ATP
secara kontinu dipindahkan ke molekul penerima gugus phosfat dan
secara kontinu pula diganti oleh gugus phosfat lainnya selama
katabolisme.3. Proses pemindahan gugus phosfat dengan perantara
enzimPada umumnya, senyawa phosfat di dalam sel dapat dibagi
menjadi dua golongan senyawa berenergi, senyawa phosfat berenergi
tinggi dan senyawa phosfat berenergi rendah. Hal ini tergantung
dari besarnya harga negatif nya yang dibandingkan dengan ATP.
Senyawa phosfat berenergi tinggi seperti gliseroil phosfat dan
fosfoenolpiruvat (senyawa antara dari glikolisis), mempunyai
dihidrolisis lebih negatip daripada ATP. Sedangkan senyawa phosfat
berenergi rendah seperti glukosa 1-phosfat dan fruktosa 1-phosfat,
mempunyai hidrolisis kurang negatif dari pada ATP.Di samping itu
ada satu golongan lainnya yang termasuk senyawa berenergi tinggi
dan berperan sebagai cadangan energi kimia dalam sel otot, yaitu
fosfokreatin dan fosfoarginin. Kedua senyawa phosfat berenergi
tinggi ini terbentuk langsung dengan perantara enzim dari ATP bila
kosentrasi ATP di dalam sel cukup besar (berlebih). Dalam hal ini
meskipun hidrolisis fosfokreatin dan fosfoarginin lebih negatif
dari pada ATP reaksi berlangsung ke kanan karena terdapatnya
konsentrasi ATP yang berlebih di dalam sel. Reaksi akan berlangsung
ke kiri bila proses metabolisme dalam sel memerlukan ATP.
Di dalam metabolisme energi, gugus fosfat dipindahkan dari
senyawa fosfat berenergi tinggi ke ADP, membentuk ATP selanjutnya
ATP memindahkan gugus phosfatnya ke senyawa panerima phosfat,
membentuk ADP dan senyawa phosfat berenergi rendah. Dalam hal ini
sistem ADP-ATP berperan sebagai penghubung utama antara senyawa
phosfat berenergi tinggi dan senyawa phosfat berenergi rendah.
Pemindahan gugus phosfat dari 3-fosfogliseroil fosfat ke ADP
dikatalis oleh enzim 3-fosfogliserat kinase. Telah diketahui
perubahan energi bebas baku () untuk reaksi ini adalah -4,5
kkal.mol-1. Dalam proses ini terjadi perpindahan energi kimia dari
3-fosfogliseroil fosfat ke ADP, yang disimpan dalam bentuk ATP.
Karena hidrolisis 3-fosfogliseroil fosfat adalah -11, 8 kkal.mol-1,
jumlah energi untuk memindahkan gugus phosfat ke ADP adalah
(-4,5/-11,8)X100%=38%. Sedangkan sisanya, 100-38= 62%, disimpan
dalam bentuk ATP.
Hal yang serupa terjadi pada pemindahan gugus fosfat dari
fosfoenolpiruvat ke ADP, yang dikatalisis oleh piruvat kinase.
Reaksi yang terdiri dari dua tahap ini mempunyai = -7,5 kkal mol
-1. Dengan cara perhitungan diatas, jumlah energi bebas baku yang
disimpandalam bentuk ATP dan yang dipakai untuk proses pemindahan
gugus fosfat dalam reaksi, dapat ditentukan.
Dalam peranannya sebagai pembawa energi, ATP dapat memindahkan
gugus fosfat ujungnya denhan perantaraan enzim keberbagai molekul
penerima fosfat, seperti glukosa (dikatalisis oleh glukokinase) dan
gliserol (dikatalisis gliserol kinase).
Kedua reaksi ini mempunyai harga negatif sehingga reaksi
berlangsung kekanan.
Keadaan sebenarnya yang terjadi di dalam sel adalah bahwa
konsentrasi senyawa pereaksi dan hasil reaksi seringkali tidak sama
dengan 1 M. Jadi perubahan energi bebasnya tidak menunjukkan harga
baku. Dalam hal ini berlangsungnya suatu reaksi keseimbangan ke
kiri atau ke kanan tidak ditentukan oleh harga negatif , tetapi
tergantung dari besarnya konsentrasi senyawa tersebut.
Respirasi berasal dari kata latin yaitu respirare yang berarti
bernafas.Reaksi respirasi merupakan reaksi katabolisme yang memecah
molekul-molekul gula menjadi molekul anorganik berupa CO2 dan H2O
(Salisbury, 1995).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.Respirasi sudah diketahui sejak abad XVIII : 1772
J.Priestley : Tumbuhan dapat memurnikan udara kotorkotor Lavoisier
: RespirasiO2CO2+ H2O Ingenhousz : Tumbuhan dan hewan terjadi
pertukaranO2danCO2dengan atmosfir.Secara umum, respirasi
karbohidrat dapat dituliskan sebagai berikut:C6H12O6 + O2 6CO2 +
H2O + energiReaksi di atas merupakan persamaan rangkuman dari
reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses respirasi. Reaksi tersebut
terlihat sangat sederhana, terlihat seakan respirasi merupakan
reaksi tunggal, sehingga mungkin dapat agak menyesatkan karena
respirasi yang sebenarnya bukanlah reaksi tunggal. Respirasi
merupakan rangkaian dari banyak reaksi komponen, yang
masing-masingnya dikatalisis oleh enzim yang berbeda.Substrat
Respirasi:Substrat respirasi adalah setiap senyawa organik yang
dioksidasikan dalam respirasi, atau senyawa-senyawa yang terdapat
dalam sel tumbuhan yang secara relatif banyak jumlahnya dan
biasanya direspirasikan menjadi CO2 dan air. Sedangkan metabolit
respirasi adalah intermediat-intermediat yang terbentuk dalam
reaksi-reaksi 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)Bagian tumbuhan yang aktif melakukan
respirasi yaitu bagian yang sedang tumbuh seperti: Kuncup bunga
Tunas Biji yang berkecambah Ujung batang Ujung akarPenggolongan
RespirasiRespirasi dapat digolongkan menjadi dua jenis berdasarkan
ketersediaan O2 di udara, yaitu respirasi aerob dan respirasi
anaerob.1. Respirasi aerob merupakan proses respirasi yang
membutuhkan O2 dari udara.Prosesnya meliputi : Absorbsi oksigen,
Memecah senyawa organik, misal glukosa (KH) menjadi senyawa yang
lebih sederhana (CO2 & H2O), Membebaskan energy. Sebagian
energi dipakai untuk proses kehidupan,sebagian hilang sebagai
panas. Membebaskan CO2 dan H2OPada sel yang masih hidup respirasi
terjadi pada sitoplasma & mitokondria.1. 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.Kurangnya O2 atau kelebihan
CO2 tampak pada kegiatan respirasi biji- bijian, akar & batang
yang terpendam dalam tanah. Jika kadar CO2 naik sampai 10 % &
kadar O2 turun sampai 0 % maka respirasi terhenti.Kuosien Respirasi
(KR)Kuosien Respirasi (KR) : angka perbandingan antara volume CO2
yang dibebaskan dengan volume O2 yang diabsorpsi secara simultan
oleh jaringan dalamperiode waktu tertentu pada suhu & tekanan
tertentu.KR = Vol CO2 : Vol O2KR : Glukosa = 1, Lemak = 0,7,
Protein = 0,7 < KR < 1Titik kompensasi : titik yang
menunjukkan kecepatan Fotosintesis yang dilakukan tumbuhan sama
dengan kecepatan respirasinyaContoh Perhitungan Nilai Kuosien
Respirasi(KR):1. Gula : C6H12O6 + 6O2 6CO2 +H2O, KR = 6 mol CO2 =
1.06 mol O22. Asam lemak (asam palmitat): C16H32O2 + 11O2 C12H22O11
+ 4CO2 + 5H2OKR = 4 mol CO2 = 0.36, 11 mol O2KR memberi petunjuk
tentang jenis substrat yang dioksidasikan & jenis metabolisme
yang sedang berlangsung.KR > 1 : sel kekurangan O2, repirasi
aerob dibantu respirasi anaerob agar menambah energyKR < 1 :
sebagian / semua CO2 yang dihasilkan dalam respirasi digunakan
langsung oleh organisme ybs, misal untuk fotosintesis.Manfaat
Respirasi Bagi TumbuhanRespirasi banyak memberikan manfaat bagi
tumbuhan. Manfaat tersebut terlihat dalam proses respirasi dimana
terjadi proses pemecahan senyawa organik, dari proses pemecahan
tersebut maka dihasilkanlah senyawa-senyawa antara yang penting
sebagai Building Block. Building Block merupakan senyawa-senyawa
yang penting sebagai pembentuk tubuh. Senyawa-senyawa tersebut
meliputi asam amino untuk protein; nukleotida untuk asam nukleat;
dan prazat karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan
sitokrom), lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid seperti
antosianin, dan senyawa aromatik tertentu lainnya, seperti
lignin.Telah diketahui bahwa hasil akhir dari respirasi adalah CO2
dan H2O, hal ini terjadi bila substrat secara sempurna dioksidasi,
namun bila berbagai senyawa di atas terbentuk, substrat awal
respirasi tidak keseluruhannya diubah menjadi CO2 dan H2O. Hanya
beberapa substrat respirasi yang dioksidasi seluruhnya menjadi CO2
dan H2O, sedangkan sisanya digunakan dalam proses anabolik,
terutama di dalam sel yang sedang tumbuh. Sedangkan energi yang
ditangkap dari proses oksidasi sempurna beberapa senyawa dalam
proses respirasi dapat digunakan untuk mensintesis molekul lain
yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.Faktor- faktor yang mempengaruhi
laju respirasiFaktor-faktor yang mempengaruhi respirasi adalah
suhu, kelembaban, ketersediaan jumlah dan jenis subsrat,
ketersediaan O2 (Salisbury, 1995)Laju respirasi dapat dipengaruhi
oleh beberapa faktor antara lain:1. Ketersediaan
substratTersedianya 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 sebliknya bila substrat yang tersedia cukup
banyak maka laju respirasi akan meningkat.1. Ketersediaan
OksigenKetersediaan 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.1. SuhuPengaruh faktor suhu bagi laju respirasi tumbuhan
sangat terkait dengan faktor Q10, dimana umumnya laju reaksi
respirasi akan meningkat untuk setiap kenaikan suhu sebesar 10oC,
namun hal ini tergantung pada masing-masing spesies.1. Tipe dan
umur tumbuhanMasing-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.Proses RespirasiProses respirasi diawali dengan adanya
penangkapan O2 dari lingkungan. Proses transport gas-gas dalam
tumbuhan secara keseluruhan berlangsung secara difusi. Oksigen yang
digunakan dalam respirasi masuk ke dalam setiap sel tumbuhan dengan
jalan difusi melalui ruang antar sel, dinding sel, sitoplasma dan
membran sel. Demikian juga halnya dengan CO2 yang dihasilkan
respirasi akan berdifusi ke luar sel dan masuk ke dalam ruang antar
sel. Hal ini karena membran plasma dan protoplasma sel tumbuhan
sangat permeabel bagi kedua gas tersebut.Setelah mengambil O2 dari
udara, O2 kemudian digunakan dalam proses respirasi dengan beberapa
tahapan, diantaranya yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif,
siklus asam sitrat, dan transpor elektron.Reaksi pembongkaran
glukosa sampai menjadi H20 + CO2 + Energi, melalui tiga tahap :1.
Glikolisis, yaitu tahapan pengubahan glukosa menjadi dua molekul
asam piruvat (beratom C3), peristiwa ini berlangsung di sitosol.
As. Piruvat yang dihasilkan selanjutnya akan diproses dalam tahap
dekarboksilasi oksidatif. Selain itu glikolisis juga menghasilkan 2
molekul ATP sebagai energi, dan 2 molekul NADH yang akan digunakan
dalam tahap transport elektron.Dalam keadaan anaerob, As. Piruvat
hasil glikoisis akan diubah menjadi karbondioksida dan etil
alkohol. Proses pengubahan ini dikatalisis oleh enzim dalam
sitoplasma. Dalam respirasi anaerob jumlah ATP yang dihasilkan
hanya dua molekul untuk setiap satu molekul glukosa, hasil ini
berbeda jauh dengan ATP yang dihasilkan dari hasil keseluruhan
respirasi aerob yaitu 36 ATP.Peristiwa perubahan :Glukosa berubah
menjadi Glukosa 6 fosfat berubah menjadi Fruktosa 1,6 difosfat
berubah menjadi 3 fosfogliseral dehid (PGAL) / Triosa fosfat Asam
piravat.Jadi hasil dari glikolisis : 2 molekul asam piravat, 2
molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi
tinggi dan 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.Enzim-enzim
yang berperan dalam GLikolisis yaitu Heksokinase, Fosfoheksokinase,
Fosfofruktokinase, Aldolase, triosa fosfat isomerase, triosa fosfat
dehidrogenase, fosfogliseril kinase, fosfoglisero mutase, Enolase,
dan piruvat kinase.Manfaat glikolisis:1. Mereduksi 2 molekul NAD+
menjadi NADH untuk setiap molekul heksosa yang dirombak.2. Setiap
molekul heksosa yang dirombak akan dihasilkan 2 molekul ATP, jika
substratnya berupa glukosa- P-, glukosa 6-P, atau fruktosa-6-P maka
akan dihasilkan 3 molekul ATP.3. Melalui glikolisis akan dihasilkan
senyawa- senyawa antara yang dapat menjadi bahan baku untuk
sintesis berbagai senyawa yang terdapat dalam tumbuhan.1.
Dekarboksilasi oksidatif, yaitu pengubahan asam piruvat (beratom
C3) menjadi Asetil KoA (beratom C2) dengan melepaskan CO2,
peristiwa ini berlangsung di sitosol. Asetil KoA yang dihasilkan
akan diproses dalam siklus asam sitrat. Hasil lainnya yaitu NADH
yang akan digunakan dalam transpor elektron.1. Daur Krebs (daur
trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam
piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Siklus
asam sitrat (daur krebs) terjadi di dalam matriks dan membran dalam
mitokondria, yaitu tahapan pengolahan asetil KoA dengan senyawa
asam sitrat sebagai senyawa yang pertama kali terbentuk. Beberapa
senyawa dihasilkan dalam tahapan ini, diantaranya adalah satu
molekul ATP sebagai energi, satu molekul FADH dan tiga molekul NADH
yang akan digunakan dalam transfer elektron, serta dua molekul
CO2.Fungsi utama Siklus Krebs adalah:1. Mereduksi NAD+ dan FAD
menjadi NADH dan FADH2 yang kemudian dioksidasi untuk menghasilkan
ATP.2. Sintesis ATP secara langsung, yakni 1 molekul ATP untuk
setiap molekul piruvat yang dioksidasi3. Pembentukan kerangka
karbon yang dapat digunakan untuk sintesis asam- asam amino
tertentu, yang kemudian dapat dikonversi untuk membentuk senyawa
yang lebih besar.1. 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.Dari daur
Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2
(NADH + H+ + 1 elektron) dan FADH2, sehingga di dalam mitokondria
(dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi
melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai
hasil sampingan respirasi selain CO2.Produk sampingan respirasi
tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada
tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan
tingkat tinggi.Lintasan Pentosa FosfatLintasan reaksi yang berbeda
dengan glikolisis dan Siklus Krebs ini disebut Lintasan Pentosa
fosfat (LPF) karena terbentuk senyawa yang terdiri dari 5 atom
karbon. Lintasan ini juga disebut sebagai Lintasan Fosfoglukonat.
Berlangsung di sitosol.Rangkaian reaksi: reaksi pertama pada LPF
melibatkan glukosa-6-P( hasil penguraian pati oleh enzim
fosforilase yang diikuti oleh enzim fosfoglukomutase pada
glikolisis atau hasil penambahan fosfat terminal ATP pada glukosa
atau hasil langsung reaksi fotosintesis). Glukosa-6-P segera
dioksidasi(didehidrogenasi) oleh enzim dehidrogenase untuk
membentuk senyawa 6-fosfogluko-nonlakton, yang kemudian
dihidrolisis menjadi 6-fosfoglukonat oleh suatu enzim laktonase.
Senyawa 6-fosfoglukonat kemudian mengalami dekarboksilasi oksidatif
untuk menghasilkan ribulosa-5-P oleh enzim 6-fosfoglukonat
dehidrogenase.Reaksi-reaksi selanjutnya dari LPF akan menghasilkan
pentose posfat. Reaksi- reaksi ini dipacu oleh enzimisomeras,
epimerase, transketolase dan transaldolaseFungsi LPF:1. Produksi
NADPH, dimana senyawa ini kemudian dapat dioksidasi untuk
menghasilkan ATP2. Terbentuknya senyawa erithrosa-4-P, dimana
senyawa ini merupakan bahan baku esensial untuk pembentukan senyawa
fenolik seperti sianin dan lignin3. Menghasilkan ribulosa-5-P yang
merupakan bahan baku unit ribosa dan deoksiribosa pada nukleotida
pada RNA dan DNA.Zat penghambat respirasiZat yang dapat menghambat
proses respirasi yaitu1. sianida,2. fluoride,3. Iodo asetat,4. CO
diberikan pd jaringan5. Eter, kloroform, aseton, formaldehida dapat
menambah respirasi dlm waktu pendek.Kemampuan potensi lapang dari
benih untuk keperluan budidaya diharapkan benih tidak hanya baik
tapi juga mempunyai kekuatan tumbuh. Ciri-ciri benih yang kuat
sebagai berikut:a. dapat tahan bila disimpan b. berkecambah cepat
dan merata c. tahan terhadap gangguan mikroorganisme d. bibit
tumbuh kuat, baik di tanah yang basah maupun kering e. bibit dapat
memanfaatkan persediaan makanan dalam benih semaksimum mungkin
sehingga dari bibit dapat tumbuh jaringan-jaringan yang baru f.
laju tumbuhnya tinggi g. menghasilkan produksi yang tinggi dalam
waktu tertentu. Proses Perkecambahan BenihProses perkecambahan
benih merupakan suatu rangkaian kompleks dari perubahan-perubahan
morfologi, fisiologi dan biokimia. Tahap-tahap yang terjadi pada
proses perkecambahan benih adalah:1. penyerapan air oleh benih,
melunaknya kulit benih dan hidrasi dari protoplasma 2. terjadi
kegiatan-kegiatan sel dan enzim-enzim serta naiknya tingkat
respirasi benih 3. terjadi penguraian bahan-bahan seperti
karbohidrat, lemak dan protein menjadi bentuk-bentuk yang melarut
dan ditranslokasikan ke titik-titk tumbuh 4. asimilasi dari
bahan-bahan tersebut di atas pada daerah meristematik untuk
menghasilkan energi bagi pertumbuhan sel-sel baru 5. pertumbuhan
kecambah melalui proses pembelahan, pembesaran dan pembagian
sel-sel pada titik tumbuh. Sementara daun belum dapat berfungsi
sebagai organ untuk fotosintesa maka pertumbuhan kecambah sangat
tergantung pada persediaan makanan yang ada dalam biji.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Perkecambahan BenihPerkecambahan
benih dapat dipengaruhi oleh faktor dalam yang meliputi: tingkat
kemasakan benih, ukuran benih, dormansi, dan penghambat
perkecambahan, serta faktor luar yang meliputi: air, temperatur,
oksigen, dan cahaya.1. Tingkat kemasakan benihBenih yang dipanen
sebelum mencapai tingkat kemasakan fisiologis tidak mempunyai
viabilitas tinggi. Pada beberapa jenis tanaman, benih yang demikian
tidak akan dapat berkecambah. Hal ini diduga benih belum memiliki
cadangan makanan yang cukup dan pembentukan embrio belum sempurna.
Pada tingkat kemasakan yang bagaimanakah sebaiknya panen dilakukan
agar diperoleh benih yang memiliki viabilitas maksimum, daya
kecambah maksimum serta menghasilkan tanaman dewasa yang sehat,
kuat, dan berproduksi tinggi. Hal ini perlu dilakukan penelitian,
khususnya untuk benih-benih serealia, seperti padi, jagung, gandum,
maupun sorgum. Kami mencoba untuk menampilkan pengaruh tingkat
kemasakan benih terhadap perkecambahan benih meskipun bukan pada
komoditas tanaman pangan namun pada benih tomat sebagai ilustrasi
(Tabel 1). Tabel 1.Pengaruh tingkat kemasakan benih tomat
(Lycopersicon esculentum Mill) varitas Money-maker terhadap berat
benih, persentase perkecambahan di laboratorium dan produksi di pot
(Sutopo, 1977).
Tingkat kemasakan buah pada saat benih diambilRata-rata berat100
biji (gram)Rata-rata persentasePerkecambahan (%)Rata-rata
produksiPer tanaman (gram)
Hijau matang0.2964.7387.40
Merah masak0.3786.2570.95
Lewat masak0.3783.6533.59
1. Ukuran benihKarbohidrat, protein, lemak, dan mineral ada
dalam jaringan penyimpanan benih. Bahan-bahan tersebut diperlukan
sebagai bahan baku dan energi bagi embrio saat perkecambahan.
Berdasarkan hasil penelitian, ukuran benih mempunyai korelasi yang
positip terhadap kandungan protein pada benih sorgum. Makin
besar/berat ukuran benih maka kandungan protein juga makin
meningkat. Dinyatakan juga bahwa berat benih berpengaruh terhadap
kecepatan pertumbuhan dan produksi, karena berat benih menentukan
besarnya kecambah pada pada saat permulaan dan berat tanaman pada
saat dipanen. 1. DormansiBenih dorman adalah benih yang sebenarnya
hidup tetapi tidak mau berkecambah meskipun diletakkan pada
lingkungan yang memenuhi syarat untuk berkecambah. Penyebab
dormansi antara lain adalah: impermeabilitas kulit biji terhadap
air atau gas-gas (sangat umum pada famili leguminosae), embrio
rudimenter, halangan perkembangan embrio oleh sebab-sebab mekanis,
dan adanya bahan-bahan penghambat perkecambahan. Benih dorman dapat
dirangsang untuk berkecambah dengan perlakuan seperti: pemberian
suhu rendah pada keadaan lembab (stratifikasi), goncangan
(impaction), atau direndam dalam larutan asam sulfat. 1. Penghambat
perkecambahanBanyak zat-zat yang diketahui dapat menghambat
perkecambahan benih. Contoh zat-zat tersebut adalah: herbisida,
auksin, bahan-bahan yang terkandung dalam buah, larutan mannitol
dan NaCl yang mempunyai tingkat osmotik tinggi, serta bahan yang
menghambat respirasi (sianida dan fluorida). Semua persenyawaan
tersebut menghambat perkecambahan tetapi tak dapat dipandang
sebagai penyebab dormansi. Istilah induksi dormansi digunakan bila
benih dapat dibuat berkecambah lagi oleh beberapa cara yang telah
disebutkan. 1. AirFaktor yang mempengaruhi penyerapan air oleh
benih ada 2, yaitu: sifat kulit pelindung benih dan jumlah air yang
tersedia pada medium sekitarnya. Jumlah air yang diperlukan untuk
berkecambah bervariasi tergantung kepada jenis benih, umumnya tidak
melampaui dua atau tiga kali dari berat keringnya. 1.
TemperaturTemperatur optimum adalah temperatur yang paling
menguntungkan bagi berlangsungnya perkecambahan benih. Temperatur
minimum/maksimum adalah temperatur terendah/tertinggi saat
perkecambahan akan terjadi. Di bawah temperatur minimum atau di
atas temperatur maksimum akan terjadi kerusakan benih dan
terbentuknya kecambah abnormal. Tabel 2.Temperatur minimum, optimum
dan maksimum untuk perkecambahan beberapa jenis tanaman (Milfhorpe
& Moorby dalam Sutopo, 1993.
Jenis tanamanMinimum (oC)Optimum (oC)Maksimum (oC)
Beras113238
Jagung93342
Gandum42532
Rye22535
Lucerne13038
1. OksigenProses respirasi akan berlangsung selama benih masih
hidup. Pada saat perkecambahan berlangsung, proses respirasi akan
meningkat disertai dengan meningkatnya pengambilan oksigen dan
pelepasan karbon dioksida , air dan energi. Proses perkecambahan
dapat terhambat bila penggunaan oksigen terbatas. Namum demikian
beberapa jenis tanaman seperti padi (Oryza sativa L.) mempunyai
kemampuan berkecambah pada keadaan kurang oksigen. 1.
CahayaKebutuhan benih terhadap cahaya untuk berkecambah
berbeda-beda tergantung pada jenis tanaman. Benih yang
dikecambahkan pada keadaan kurang cahaya atau gelap dapat
menghasilkan kecambah yang mengalami etiolasi, yaitu terjadinya
pemanjangan yang tidak normal pada hipokotil atau epikotil,
kecambah pucat dan lemah. Kriteria Kecambah Normal dan AbnormalDaya
kecambah benih memberikan informasi kepada pemakai benih akan
kemampuan benih tumbuh normal menjadi tanaman yang berproduksi
wajar dalam lingkungan yang optimum. Berikut ini adalah uraian
kriteria kecambah normal dan abnormal. 1. Kecambah normala.
kecambah memiliki perkembangan sistem perakaran yang baik, terutama
akar primer dan akar seminal paling sedikit dua. a. perkembangan
hipokotil baik dan sempurna tanpa ada kerusakan pada jaringan. a.
pertumbuhan plumula sempurna dengan daun hijau tumbuh baik.
Epikotil tumbuh sempurna dengan kuncup normal. a. memiliki satu
kotiledon untuk kecambah dari monokotil dan dua bagi dikotil. 1.
Kecambah abnormalb. kecambah rusak tanpa kotiledon, embrio pecah,
dan akar primer pendek. b. bentuk kecambah cacat, perkembangan
bagian-bagian penting lemah dan kurang seimbang. Plumula terputar,
hipokotil, epikotil, kotiledon membengkok, akar pendek, kecambah
kerdil. b. kecambah tidak membentuk klorofil. b. kecambah lunak. 1.
Tahapan Biji berkecambah. Perkecambahan adalah proses dimana
tanaman tumbuh dari benih yang lebih kecil (atau bibit) menjadi
lebih besar, tanaman dewasa. Perkecambahan dapat epigeal, di atas
permukaan, atau hypogeal, bawah permukaan, tetapi benih mengalami
proses yang sama dengan cara yang baik. Dari penyerapan awal air
untuk munculnya bibit itu dari tanah, perkecambahan biji adalah
proses dimana propagasi sebuah tumbuhan tersebut selesai dan
kelangsungan hidup spesies dijamin untuk generasi lain.1. 1.
Perkecambahan epigeal (a)dan hipogeal (b)1. Jenis Benih1. Biji
angiosperma (tanaman berbunga) dapat dibagi menjadi dua kategori:
monokotiledon dan dikotiledon, lebih sering disebut sebagai
monokotil dan dikotil. Kotiledon adalah daun pertama embrio, dan
monokotil memiliki satu embrio daun tersebut sedangkan dikotil
memiliki dua. Sementara gymnosperma tidak jatuh ke salah satu dari
kelompok-kelompok ini, benih mereka sama-sama mengandung sendiri
selama dormansi, dan mereka menjalani jenis umum perkecambahan yang
sama.1. Tahap Satu Hidrasi dan Metabolisme1. Pada tahap pertama
berkecambah, biji mulai menyerap air, proses yang disebut imbibisi.
Lapisan benih melembutkan karena menyerap air, dan benih kemudian
memulai metabolisme, karena air memicu pelepasan enzim yang
mempercepat respirasi seluler, di mana pati diubah menjadi gula.1.
Tahap Dua Pencernaan Menyimpan Makanan dan Translokasi Nutrisi1.
Pada tahap kedua perkecambahan, benih memecah makanan yang telah
disimpan selama dormansi. Lipid dan karbohidrat (glukosa dalam
monokotil, pati dikotil) terurai menjadi sukrosa, dan sukrosa ini
dan komponen protein sudah rusak dialihkan ke lokasi di mana benih
mereka dapat digunakan untuk energi dan protein baru untuk tumbuhan
tumbuh.1. Tahap Tiga Divisi Sel dan Pertumbuhan1. Tahap akhir
perkecambahan benih yang akhirnya menjadi autotroph benar, suatu
organisme yang dapat mengambil energi dari matahari dan mengubahnya
menjadi energi yang berguna bagi kehidupan lainnya. Selama tahap
akhir ini, metabolisme berlanjut dan sel-sel embrio membelah sampai
embrio menjadi terlalu besar untuk lapisan penampungnya. Ketika ini
terjadi, lapisan akan pecah dan tanaman mulai muncul, pertama
dengan akar memperpanjang bawah ke dalam tanah, diikuti oleh
penyemaian mencapai ke udara untuk memulai proses
fotosintesis.perkecambahan adalah proses pengaktifan kembali
aktivitas pertumbuhan embryonic axis di dalam biji yang terhenti
untuk kemudian membentuk bibit. Selama proses pertumbuhan dan
pemasakan biji, embryonic axis juga tumbuh. Secara visual dan
morfologis, suatu biji yang berkecambah umumnya ditandai dengan
terlihatnya radikel atau plumula yang menonjol keluar dari biji.
Proses perkecambahan benih merupakan suatu rangkaian kompleks dari
perubahan-perubahan morfologi, fisiologi dan biokimia. Pada
tanaman, tahapan dalam perkecambahannya terdiri dari:1. Proses
penyerapan air (imbibisi)Proses penyerapan air atau imbibisi
berguna untuk melunakkan kulit biji dan menyebabkan pengembangan
embrio dan endosperma. Hal ini menyebabkan pecah atau robeknya
kulit biji. Selain itu, air memberikan fasilitas untuk masuknya
oksigen ke dalam biji. Dinding sel yang kering hampir tidak
permeabel untuk gas, tetapi apabila dinding sel di-imbibisi oleh
air, maka gas akan masuk ke dalam sel secara difusi. Apabila
dinding sel kulit biji dan embrio menyerap air, maka suplai oksigen
meningkat kepada sel-sel hidup sehingga memungkinkan lebih aktifnya
pernapasan. Sebaliknya CO2 yang dihasilkan oleh pernapasan tersebut
lebih mudah mendifusi keluar. Beberapa faktor yang mempengaruhi
kecepatan penyerapan air oleh biji yaitu: permeabilitas kulit biji,
konsentrasi air, suhu, luas permukaan biji yang kontak dengan air,
daya intermolekuler. Biji yang ditempatkan pada suatu lingkungan
yang basah maka molekul air yang ada di luar akan mulai berdifusi
ke dalam biji. Ketika molekul itu sudah berhasil melalui selaput
pembungkus biji sebagian diantaranya ada yang diserap sehingga
menyebabkan terjadinya peristiwa imbibisi (peristiwa penyerapan air
ke dalam ruangan antar dinding sel, sehingga dinding selnya akan
mengembang). Sedangkan molekul air yang lainnya akan berpindah
melalui membran sitoplasma yang permeabel dengan cara osmosis
menuju vakuola sel-sel hidup yang ada dalam biji sehingga dari
sinilah awal biji dapat berkecambah (Ferry and Ward,
1959).Perkecambahan merupakan bagian yang sangat penting dari
siklus hidup tumbuhan berbiji. Hasil perkecambahan adalah
pertumbuhan calon akar dan calon tunas. Secara visual dan
morfologis suatu biji yang berkecambah umumnya ditandai dengan akar
dan daun yang menonjol keluar dari biji (Kamil, 1992). Rangkaian
proses-proses fisiologis yang berlangsung pada perkecambahan adalah
(1) penyerapan air secara imbibisi dan osmose, (2) pencernaan atau
pemecahan senyawa menjadi bermolekul lebih kecil, sederhana, larut
dalam air dan dapat diangkut, (3) pengangkutan hasil pencernaan,
(4) asimilasi atau penyusunan kembali senyawa hasil pencernaan, (5)
pernafasan atau respirasi yang merupakan perombakan cadangan
makanan, dan (6) pertumbuhan pada titik-titik tumbuh (Kamil,
1992).Proses-proses perkecambahan sangat dipengaruhi oleh
ketersediaan faktor-faktor lingkungan seperti air, O2, cahaya dan
suhu. Air berperan dalam melunakkan kulit biji, memfasilitasi
masuknya O2, dan alat transportasi makanan. Cahaya merupakan sumber
energi pada perkecambahan yang dapat mempengaruhi perangsangan dan
percepatan proses pertumbuhan kecambah. Suhu berperan pada tingkat
kecukupan oksigen dalam perkecambahan. Pada suhu tinggi, O2 tidak
mencukupi untuk perkecambahan ketika suhu diturunkan, O2 menjadi
tercukupi. O2 dibutuhkan pada proses oksidasi untuk membentuk
energi perkecambahan. Udara di alam yang mengandung 20% O2 sudah
membantu perkecambahan karena proses perkecambahan hanya butuh 0,3%
O2 (Kamil, 1992).
1. Aktivasi enzimAktivasi enzim terjadi setelah benih
berimbibisi dengan cukup. Enzim-enzim yang teraktivasi pada proses
perkecambahan ini adalah enzim hidrolitik seperti -amilase yang
merombak amylase menjadi glukosa, ribonuklease yang merombak
ribonukleotida, endo--glukanase yang merombak senyawa glukan,
fosfatase yang merombak senyawa yang mengandung P, lipase yang
merombak senyawa lipid, peptidase yang merombak senyawa
protein.
1. Inisiasi pertumbuhan embrioProses ini terjadi setelah semua
proses imbibisi, aktivasi enzim, dan katabolisme cadangan makanan
berjalan. Proses ini ditandai oleh meningkatnya bobot kering
embryonic axis,dan menurunnya bobot kering endosperma.
1. Munculnya radikel Munculnya radikel adalah tanda bahwa proses
perkecambahan telah sempurna. Proses ini akan diikuti oleh
pemanjangan dan pembelahan sel-sel. Proses pemanjangan sel ada dua
fase yakni; fase 1 (fase lambat) dimana pemanjangan sel tidak
diikuti dengan penambahan bobot kering dan fase 2 (fase cepat),
yang diikuti oleh penambahan bobot segar dan bobot kering.
1. Pemantapan kecambahKecambah mulai mantap setelah ia dapat
menyerap air dan berfotosintesis (autotrof). Semula, ada masa
transisi antara masih disuplai oleh cadangan makanan sampai mampu
autotrof. Saat autotrof dicapai proses perkecambahan telah
sempurna.
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Perkecambahan Tanaman 1. Faktor
InternalFaktor internal yang mempengaruhi proses perkecambahan
adalah :1. Kemasakan benihBenih yang dipanen sebelum tingkat
kemasakan fisiologisnya tercapai, tidak mempunyai viabilitas
tinggi. Diduga pada tingkatan tersebut benih belum memiliki
cadangan makanan yang cukup dan juga pembentukan embrio yang belum
sempurna. 2. Ukuran benihDi dalam jaringan penyimpanannya, benih
memiliki karbohidrat, protein, lemak dan mineral. Bahan-bahan ini
diperlukan sebagai bahan baku dan energi bagi embrio pada saat
perkecambahan. Diduga bahwa benih yang berukuran besar dan berat
mengandung cadangan makanan lebih banyak dibandingkan dengan benih
yang kecil, mungkin pula embrionya lebih besar.
1. DormansiSuatu benih dikatakan dorman apabila benih itu
sebenarnya viabel (hidup) tetapi tidak mau berkecambah walaupun
diletakkan pada keadaan lingkungan yang memenuhi syarat bagi
perkecambahannya. Tipe dormansi pada adalah after ripening.1.
Hormon Tidak semua hormon tumbuhan (fitohormon) bersifat mendukung
proses perkecambahan, adapula beberapa fitohormon yang menghambat
proses perkecambahan. Fitohormon yang berfungsi merangsang
pertumbuhan perkecambahan antara lain : Auksin, yang berperan untuk
: Mematahkan dormansi biji dan akan merangsang proses perkecambahan
biji. Perendaman biji dengan auksin dapat membantu menaikkan
kuantitas hasil panen serta dapat memacu proses terbentuknya
akar.Giberelin, yang berperan dalam mobilisasi bahan makanan selama
fase perkecambahan. Pertumbuhan embrio selama perkecambahan
bergantung pada persiapan bahan makanan yang berada di dalam
endosperma. Untuk keperluan kelangsungan hidup embrio maka
terjadilah penguraian secara enzimatik yaitu terjadi perubahan pati
menjadi gula yang selanjutnya ditranslokasikan ke embrio sebagai
sumber energi untuk pertumbuhannya. Peran giberelin diketahui mampu
meningkatkan aktivitas enzim amilase.Sitokinin, yang akan
berinteraksi dengan giberelin dan auksin untuk mematahkan dormansi
biji. Selain itu, sitokinin juga mampu memicu pembelahan sel dan
pembentukan organ.Fitohormon yang berfungsi sebagai penghambat
perkecambahan antara lain : Etilene, yang berperan menghambat
transportasi auksin secara basipetal dan lateral. Adanya etilen
dapat menyebabkan rendahnya konsentrasi auksin dalam jaringan.
Meskipun begitu, pada tanaman, etilene juga mampu menstimulasi
perpanjangan batang, koleoptil dan mesokotil. Asam absisat (ABA),
yang bersifat menghambat perkecambahan dengan menstimulasi dormansi
benih. Selain itu, asam absisat akan menghambat proses pertumbuhan
tunas. 1. Faktor EksternalFaktor Eksternal yang mempengaruhi proses
perkecambahan adalah :1. AirAir salah satu syarat penting bagi
berlangsungnya proses perkecambahan benih. Fungsi air pada
perkecambahan biji antara lain; Air yang diserap oleh biji berguna
untuk melunakkan kulit biji dan menyebabkan pengembangan embrio dan
endosperma hingga kulit biji pecah atau robek. Air juga berfungsi
sebagai fasilitas masuknya oksigen ke dalam biji melalui dinding
sel yang di-imbibisi oleh air sehingga gas dapat masuk ke dalam sel
secara difusi. Selain itu, air juga berguna untuk mengencerkan
protoplasma sehingga dapat mengaktifkan sejumlah proses fisiologis
dalam embrio seperti pencernaan, pernapasan, asimilasi dan
pertumbuhan. Proses-proses tersebut tidak akan berjalan secara
normal, apabila protoplasma tidak mengandung air yang cukup. Air
juga Sebagai alat transportasi larutan makanan dari endosperma
kepada titik tumbuh pada embryonic axis, yang mana diperlukan untuk
membentuk protoplasma baru.
1. TemperaturTemperatur merupakan syarat penting yang kedua bagi
perkecambahan benih. Tetapi ini tidak bersifat mutlak sama seperti
kebutuhan terhadap air untuk perkecambahan, dimana biji membutuhkan
suatu level hydration minimum yang bersifat khusus untuk
perkecambahan.Dalam proses perkecambahan dikenal adanya tiga titik
suhu kritis yang berbeda yang akan dialami oleh benih. Dan tiga
titik suhu kritis tersebut dikenal dengan istilah suhu cardinal
yang terdiri atas pertama, suhu minimum, yakni suhu terkecil dimana
proses perkecambahan biji tidak akan terjadi selama periode waktu
perkecambahan. Bagi kebanyakan benih tanaman, termasuk kisaran suhu
minimumnya antara 0 5oC. Jika benih berada di tempat yang bersuhu
rendah seperti itu, maka kemungkinan besar benih akan gagal
berkecambah atau tetap tumbuh namun dalam keadaan yang abnormal.
Kedua, suhu optimum yakni suhu dimana kecepatan dan persentase biji
yang berkecambah berada pada posisi tertinggi selama proses
perkecambahan berlangsung. Temperatur ini merupakan temperatur yang
menguntungkan bagi berlangsungnya perkecambahan benih. Suhu optimum
berkisar antara 26,5 35oC. Serta yang ketiga adalah suhu maksimum,
yakni suhu tertinggi dimana perkecambahan masih mungkin untuk
berlangsung secara normal. Suhu maksimum umumnya berkisar antara 30
40oC. Suhu diatas maksimum biasanya mematikan biji, karena keadaan
tersebut menyebabkan mesin metabolisme biji menjadi non aktif
sehingga biji menjadi busuk dan mati.
1. OksigenFaktor oksigen berkaitan dengan proses respirasi. Pada
saat perkecambahan berlangsung, proses respirasi akan meningkat
disertai dengan meningkatnya pengambilan oksigen dan pelepasan
karbon dioksida, air dan energi yang berupa panas. Terbatasnya
oksigen yang dapat dipakai akan mengakibatkan terhambatnya proses
perkecambahan benih. Perkecambahan biji dipengaruhi oleh komposisi
udara sekitarnya. Umumnya biji akan berkecambah pada kondisi udara
yang mengandung 20% O2 dan 0,03% CO2 memiliki kemampuan untuk
berkecambah pada keadaan yang kurang oksigen. Biji dapat
berkecambah baik di tempat dengan kelembaban tinggi, bahkan bisa
berkecambah 4 5 cm di bawah permukaan air, hanya saja yang lebih
dahulu akan keluar bukan radikel melainkan plumulanya.
4. Cahaya Hubungan antara pengaruh cahaya dan perkecambahan
benih dikontrol oleh suatu sistem pigmen yang dikenal sebagai
fitokrom, yang tersusun dari chromophore dan protein. Chromophore
adalah bagian yang peka pada cahaya. Fitokrom memiliki dua bentuk
yang sifatnya reversible (bolak-balik) yaitu fitokrom merah yang
mengabsorbsi sinar merah dan fitokrom infra merah yang mengabsorbsi
sinar infra merah. Bila pada benih yang sedang berimbibisi
diberikan cahaya merah, maka fitokrom merah akan berubah menjadi
fitokrom infra merah, yang mana menimbulkan reaksi yang merangsang
perkecambahan. Sebaliknya bila diberikan cahaya infra merah,
fitokrom infra merah akan berubah menjadi fitokrom merah yang
kemudian menimbulkan reaksi yang menghambat perkecambahan. Dalam
keadaan tanpa cahaya, dengan adanya oksigen dan temperatur yang
rendah, proses perubahan itu akan berlangsung lambat. Pada keadaan
di alam, cahaya merah mendominasi cahaya infra merah sehingga
pigmen fitokrom diubah ke bentuk fitokrom infra merah yang
aktif.Embrio dikelilingi oleh kotiledon dan endosperma yang
merupakan persediaan makanan. Embrio dan persediaan makanannya
terbungkus oleh selaput biji. Bila kita membuka biji kacang
(dikotil), terlihat bahwa embrio melekat pada kotiledon. Di bawah
titik pelekatan embrio dan kotiledon, terdapat sumbu embrionik yang
disebut hipokotil. Di bawah hipokotil, terdapat radikula yang
merupakan bakal akar. Bagian sumbu embrionik di atas kotiledon
adalah epikotil. Pada ujungnya terdapat plumula yang merupakan
bakal daun.Pada biji kacang-kacangan, kotiledon berdaging sebelum
biji berkecambah. Namun, kotiledon biji jarak sangat tipis dan
mempertahankan persediaan makanannya di endosperma. Kotiledon ini
akan menyerap zat-zat makanan dari endosperma dan memindahkannya ke
embrio ketika biji jarak mulai berkecambah. Anggota famili
rumput-rumputan memiliki kotiledon khusus yang disebut skutelum.
Skutelum akan menyerap zat-zat makanan dari endosperma selama
perkecambahan. Embrio biji rumput-rumputan terbungkus oleh lapisan
koleorhiza dan koleoptil. Koleorhiza melindungi akar dan koleoptil
melindungi tunas embrionik.
b. Perkecambahan Biji Perkecambahan (Ing. germination) merupakan
tahap awal perkembangan suatu tumbuhan, khususnya tumbuhan berbiji.
Dalam tahap ini, embrio di dalam biji yang semula berada pada
kondisi dorman mengalami sejumlah perubahan fisiologis yang
menyebabkan ia berkembang menjadi tumbuhan muda. Tumbuhan muda ini
dikenal sebagai kecambah. Kecambah adalah tumbuhan (sporofit) muda
yang baru saja berkembang dari tahap embrionik di dalam biji. Tahap
perkembangan ini disebut perkecambahan dan merupakan satu tahap
kritis dalam kehidupan tumbuhan. Kecambah biasanya dibagi menjadi
tiga bagian utama: radikula (akar embrio), hipokotil, dan kotiledon
(daun lembaga). Dua kelas dari tumbuhan berbunga dibedakan dari
cacah daun lembaganya: monokotil dan dikotil. Tumbuhan berbiji
terbuka lebih bervariasi dalam cacah lembaganya. Kecambah pinus
misalnya dapat memiliki hingga delapan daun lembaga. Beberapa jenis
tumbuhan berbunga tidak memiliki kotiledon, dan disebut akotiledon.
Perkecambahan diawali dengan penyerapan air dari lingkungan sekitar
biji, baik tanah, udara, maupun media lainnya. Perubahan yang
teramati adalah membesarnya ukuran biji yang disebut tahap imbibisi
(berarti "minum"). Biji menyerap air dari lingkungan sekelilingnya,
baik dari tanah maupun udara (dalam bentuk embun atau uap air. Efek
yang terjadi adalah membesarnya ukuran biji karena sel biologi.
sel-sel embrio membesar dan biji melunak. Perkecambahan biji
bergantung pada imbibisi. Imbibisi merupakan penyerapan air oleh
biji. Air yang berimbibisi menyebabkan biji mengembang, memecahkan
kulit biji, dan memicu perubahan metabolic pada embrio yang
menyebabkan biji tersebut melanjutkan pertumbuhannya. Zat-zat
makanan dipindahkan dari endosperma atau kotiledon ke bagian embrio
yang sedang tumbuh. Organ pertama yang muncul dari biji yang
berkecambah dinamakan radikula (bakal akar). Pada tanaman buncis,
hipokotil akan tumbuh dan mendorong epikotil dan kotiledon ke atas
permukaan tanah. Selanjutnya plumula yang terletak di ujung
epikotil, akan berkembang menjadi daun pertama. Daun ini terus
tumbuh dan berkembang menjadi hijau dan mulai berfotosintesis.
Kotiledon akan layu dan rontok dari biji karena cadangan makanannya
telah dihabiskan oleh embrio yang berkecambah. Perkecambahan biji
yang disebabkan oleh pertumbuhan hipokotil yang mendorong kotiledon
dan epikotil ke atas permukaan tanah ini disebut tipe perkecambahan
epigeal.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan
Tumbuhan Faktor internal
1.) GenUkuran, bentuk, dan kecepatan tumbuh dikendalikan oleh
gen-gen yang terdapat di dalam kromosom. Gen-gen tersebut diariskan
dari induk tumbuhan kepada keturunannya. Gen-gen tersebut akan
mengatur pola dan kecepatan pertumbuhan dan perkembangan
tumbuhan.
2.) HormonHormon merupakan senyawa organic yang mengatur
pertumbuhan tumbuhan. Hormon juga dikenal sebagai zat tumbuh. Ada
lima hormone tumbuhan, yaitu auksin, giberalin, sitokinin, asam
absisat, dan etilen.
a. Auksin terdapat di embrio biji, meristem apical, dan
daun-daun muda. Berfungsi untuk merangsang pemanjangan batang;
pertumbuhan, diferensiasi, dan percabangan akar; dominansi apical;
dan merangsang pembentukan bunga dan buah. Auksinyang terdapat pada
ujung batang (meristem apikal) dapat menghambat pertumbuhan tunas
cabang. Keadaan ini disebut dominansi apikal. Karena itu, tumbuhan
dapat tumbuh lurus dan tinggi.
b. Giberelin terdapat pada meristem apikal akar, meristem apikal
batang, dan daun. Giberelin berperan dalam mempercepat
perkecambahan biji dan tunas; pemanjangan batang; pertumbuhan
raksasa; terbentuknya buah yang besar dan tidak berbiji; dan
merangsang perbungaan.
c. Sitokinin dihasilkan pada bagian akar dan diangkut ke organ
lainnya. Sitokinin berperan dalam pertumbuhan akar; merangsang
pembelahan dan pertumbuhan sel; menghambat penuaan; menghambat
dominasi apikal; dan mengatur pembentukan bunga dan buah.
d. Asam absisat terdapat pada daun, batang, akar, dan buah. Asam
absisat berperan dsalam menghambat pertumbuhan ketika keadaan
lingkungan tidak memungkinkan (cekaman lingkungan) dan penutupan
stomata selama kekurangan air.
e. Etilen terdapat pada buah yang matang, batang, daun, dan
bunga yang sudah tua. Etilen berperan dalam pematangan buah dan
pengguguran daun dan bunga.
Faktor eksternal
1.) Air dan mineralTumbuhan memerlukan air dan mineral untuk
pertumbuhan dan perkembangannya. Air dan mineral diserap dari dalam
tanah oleh akar. Air berfungsi sebagai pelarut dan untuk
fotosintesis. Mineral seperti karbon, nitrogen, fosfat, kalsium,
dan magnesium berguna sebagai bahan pembangun tubuh tumbuhan.
2.) KelembapanKelembapan menunjukkan kandungan air di tanah dan
udara. Bila kelembapan rendah, transpirasi akan meningkat sehingga
penyerapan air dan mineral semakin banyak. Keadaanini dapat memacu
laju pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.
3.) CahayaCahaya matahari sangat diperlukan dalam proses
fotosintesis. Proses ini menghasilkan makanan yang dapat digunakan
untuk mendapatkan energi dan membangun tubuh.
4. MetagenesisSiklus hidup tumbuhan memperlihatkan suatu
pergiliran keturunan (metagenesis). Pergiliran keturunan meliputi
fase gametofit dan sporofit. Fase gametofit atau fase generatif
merupakan tahap menghasilkan gamet haploid. Fase sporofit atau fase
vegetatif merupakan tahap menghasilkan spora. Gametofit
menghasilkan gamet haploid yang menyatu membentuk zigot. Zigot
berkembang menjadi sporofit diploid. Pembelahan sporofit,
menghasilkan spora yang menghasilkan generasi gametofit berikutnya.
Tumbuhan lumut dan paku mengalami pergiliran keturunan. Pada
tumbuhan lumut, gametofit merupakan tahapan dominant dan dapat
diamati. Sedangkan pada tumbuhan paku, sporofit merupakan tahapan
dominant dan dapat diamati.
Kekurangan cahaya matahari akan mengganggu proses fotosintesis
dan pertumbuhan. Selain itu, kekurangan cahaya saat perkembangan
berlangsung akan menimbulkan gejala etiolasi, dimana batang
kecambah akan tumbuh lebih cepat namun lemah dan daunnya berukuran
kecil, tipis dan berwarna pucat. Sebaliknya, tumbuhan yang tumbuh
ditempat terang menyebabkan tumbuhan tumbuh lebih lambat dengan
kondisi relative pendek, daun berkembang, tampak lebih segar dan
batang kecambah lebih kokoh. Dengan itu maka dilakukan percobaan
ini.DAFTAR PUSTAKA
Afria, 2012. Pengaruh Cahaya Terhadap Pertumbuhan Tumbuhan
Kacang Hijau. http://www.isyarathati.wordpress.com. Diakses pada
tanggal 13 Maret 2012, pukul 20:49 WITA.Blogspot, 2010.
Perkecambahan. http://emirgarden.blogspot.com/. Diakses pada
tanggal tanggal 13 Maret 2012, pukul 20:49 WITA.Fahn, A., 1992.
Anatomi Tumbuhan Edisi ke 3.UGM university: Yogyakarta.Fitter,
A.H., 1994. Fisiologi Lingkungan Tanaman. Universitas Gadjah Mada:
Yogyakarta.Gatardi, A.S., 2012. Perkembangan Kecambah.
http://id.wikipedia.org/. Diakses pada tanggal 13 Maret 2012, pukul
20:00 WITA.Harjadi, S.S., 1979. Pengantar Agronomi. Gramedia:
Jakarta.Wikipedia, 2012. Pengaruh Cahaya Terhadap Pertumbuhan.
http:// id.wikipedia.org/. Diakses pada tanggal 13 Maret 2012,
pukul 20:05 WITA.Wilkins, M.B., 1992. Fisiologi Tanaman. Bumi
Aksara: Jakarta.Wordpress, 2012. Peranan Zat Pengatur Tumbuh.
http:mybioma.wordpress.com/. Diakses pada tanggal 13 Maret 2012,
pukul 20:08 WITA.PERTUMBUHAN KECAMBAH DI TEMPAT GELAP, TEDUH DAN
TERANG Pertumbuhan kecambah yang berada pada tempat gelap : Hormon
auksin tidak terhambat oleh cahaya matahari, sehingga
pertumbuhannya cepat namun tidak mempunyai cukup cahaya matahari
untuk melakukan fotosintesis sehingga pertumbuhannya akan
menurun.
Pertumbuhan kecambah yang berada pada tempat teduh : Sebagian
hormon auksin terurai oleh cahaya matahari sehingga pertumbuhannya
tidak secepat di tempat gelap, namun tumbuhan ini mempunyai cukup
cahaya untuk fotosintesis sehingga pertumbuhannya stabil.
Pertumbuhan kecambah yang berada pada tempat terang : Sebagian
besar hormon auksin terurai oleh cahaya matahari jadi
pertumbuhannya paling lama namun banyak mengandung nutrisi yang
dihasilkan dari fotosintesis.
Maka percepatan tumbuhan yang baik adalah kecambah yang berada
di tempat teduh.Karena pertumbuhan perkecambahan tersebut lebih
baik, stabil dan normal. Adapun yang mempengaruhi perbedaan
tersebut yakni cahaya. Cahaya merupakan salah satu faktor yang
sangat mempengaruhi proses pertumbuhan dan fotosintesis. Cahaya
merupakan faktor yang menghambat proses pertumbuhan, sedangkan
ditempat yang gelap terjadi etiolasi dimana pertumbuhan terjadi
dengan sangat cepatTanaman yang diletakkan ditempat gelap dapat
tumbuh dengan cepat karena disebabkan oleh adanya aktivitas hormon
auksin yang lebih besar dibandingkan pada tempat yang terang.
Aktivitas hormon auksin dipengaruhi oleh intensitas cahaya
matahari. Semakin sedikit cahaya matahari maka aktivitas hormon
auksin akan semakin besar, dan sebaliknya semakin banyak cahaya
matahari maka aktivitas hormon auksin akan semakin sedikit. Hal ini
disebabkan karena cahaya matahari dapat merusak hormon auksin.
Hormon auksin berfungsi untuk memacu pemanjangan sel. Jadi semakin
banyak aktivitas hormon auksin maka pertumbuhan tanaman akan
semakin cepat dan sebaliknya. Hal inilah yang menyebabkan
pertumbuhan tanaman yang ditempatkan di daerah gelap lebih cepat
dibandingkan di daerah terang.