METABOLISME (Respirasi Pada Tumbuhan)

RESPIRASI PADA TUMBUHAN

PENGERTIAN RESPIRASI

1. Proses keseluruhannya merupakan reaksi oksidasi-reduksi, yaitu senyawa yang dioksidasi menjadi CO2, sedangkan O2 yang diserap direduksi membentuk H2O.

2. Respirasi merupakan oksidasi (dgn produk yg sama seperti pembakaran) yang berlangsung di medium air, dengan pH mendekati netral, pada suhu sedang, dan tanpa asap.

3. Pati, fruktan, sukrosa atau gula lainnya, lemak, asam organik, dan pada keadaan tertentu bahkan protein dapat bertindak sebagai substrat respirasi.

4. Sejalan dengan berlangsungnya pemecahan, kerangka karbon-antara disediakan untuk menghasilkan berbagai produk esensial.

KUOSIEN RESPIRASI (RQ)

• Merupakan nisbah CO2 terhadap O2, jika karbohidrat (sukrosa, fruktan, pati) mengalami oksidasi, dan nilainya hampir mendekati satu.

• Dengan mengukur RQ berbagai bagian tumbuhan, dapat diperoleh informasi tentang jenis senyawa yang sedang dioksidasi.

HIDROLISIS SUBSTRAT

Hidrolisis Pati

• Sebagian besar langkah dalam proses perombakan pati menjadi glukosa dikatalis oleh tiga macam enzim: α-amilase, β-amilase, dan pati fosforilase. dari ketiganya, hanya α-amilase yang dapat menyerang butir patih utuh, yaitu dengan memutuskan ikatan 1-4 pada rantai amilosa atau amilopektin.

• Ikatan cabang 1-6 pada amilopektin atau dekstrin bercabang tidak dapat diserang oleh salah satu dari enzim diatas, namun akan dihidrolisis oleh berbagai enzim pemutus cabang, yang terdiri atas: jenis pululanase, isoamilase, dan limit dekstrinase.

Hidrolisis Fruktan

• Fruktan merupakan bahan makanan cadangan pada beberapa spesies tumbuhan subtropik, sebagian anggota Asteraceae, dan suku lainnya yang digunakan sebagai substrat respirasi selain pati.

• Reaksi hidrolisisnya dikatalis oleh enzim β-fruktofuranosidase dengan kekhususan terhadap ikatan β-2,1 dan β-2,6 yang terlibat.

• Reaksi pemecahan:

Fruktan + nH2O ----------> n Fruktosa + sukrosa

Hidrolisis Sukrosa

• Reaksi pemecahan sukrosa dikatalis oleh enzim invertase yang bersifat ireversibel dan enzim sukrosa sintase yang bersifat reversibel.

• Reaksi pemecahanya:

Sukrosa + H2O ------------> glukosa + fruktosa

TAHAPAN RESPIRASI AEROB

1. Glikolisis, terjadi di sitosol secara anaerob (tanpa Oksigen)
   
2. Dekarboksilasi asam piruvat, terjadi pada membran mitokondria.
3. Sklus asam sitrat atau daur krebs, terjadi pada metriks mitokondria.
4. Sistem transpor elektron, terjadi pada membran dalam mitokondria.

GLIKOLISIS

• Merupakan serangkaian reaksi pemecahan gula heksosa menjadi asam piruvat

• Berlangsung dalam 10 tahapan yang dikatalis oleh enzim spesifik pada setiap tahapannya, serta pada kondisi anaerob atau tanpa O2.

• Glikolisis memiliki beberapa fungsi:

1. Glikolisis mengubah satu molekul heksosa menjadi dua molekul asam piruvat, dan terjadi oksidasi sebagian pada heksosa.

2. Memproduksi ATP

3. Pembentukan molekul yang dapat diambil dari lintasan untuk membentuk beberapa bahan penyusun tumbuhan.

GLIKOLISIS FASE I (Persiapan/Investasi Energi)

• Pada tahap pertama glikolisis, glukosa diubah menjadi glukosa 6-fosfat, demgam penambahan satu gugus fosfat dari ATP menjadi ADP yang dikatalis oleh enzim heksokinase atau glukokinase.

• Pada tahap kedua glukosa diubah menjadi isomernya yaitu fruktosa 6-fosfat yang dikatalis oleh enzim fosfoglukoisomerase.

• Pada tahap ini, fruktosa 6-fosfat mengalami penambahan satu gugus fosfat lagi menjadi fruktosa 1,6-bifosfat yang dikatalis oleh enzim fosfofruktokinase.

• Selanjutnya fruktosa 1,3-bifosfat dipecah menjadi dua molekul berkarbon tiga yaitu gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton 3-fosfat yang dikatalis oleh enzim aldolase.

GLIKOLISIS FASE II (Pembayaran Energi)

• Gliseraldehid 3-fosfat diubah menjadi 1,3-bifosfogliserat dengan penambahan satu gugus fosfat melalui reaksi enzimatis. Gugus fosfat ini merupakan fosfat anorganik yang ada di sitosol. Pada tahapan ini juga dihasilkan 2 molekul berenergi tinggi dalam bentuk NADH. Reaksi ini dikatalis oleh trifosfatdehidrogenase.

• 1,3-bifosfogliserat diubah menjadi 3-fosfogliserat dengan menghasilkan 2 molekul ATP. Reaksi ini dikatalis oleh fosfogliserokinase.

• 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan merelokasi gugus fosfat untuk persiapan reaksi berikutnya. Reaksi ini dikatalis oleh fosfogliseromutase.

• selanjutnya 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfeonel piruvat dengan melapaskan H₂O yang dikatalis oleh enzim enolase.

• pada akhir dari glikolisis fosfeonel piruvat diubah menjadi asam piruvat yang dikatalis oleh enzim piruvatkinase. Pada tahap ini dihasilkan 2 ATP.

FERMENTASI

ž Merupakan reaksi lanjut tanpa O2 dari asam piruvat yang menghasilkan asam laktat atau alkohol.

ž Semua reaksinya dikatalis oleh asam piruvat dekarboksilase dan alkohol dehidrogenase laktat dehidrogenase.

ž Dalam reaksi ini NADH berindak sebagai pereduksi.

Fermentasi Alkohol

Fermentasi Asam Laktat

DEKARBOKSILASI ASAM PIRUVAT

ž Merupakan reaksi antara yang mengghubungkan glikolisis dengan daur krebs, reaksi ini cukup kompleks dan berlangsung jika tersedia O2 yang cukup.

ž Beberapa kofaktor yang mengatur reaksi ini adalah: tiamin-pirofosfat (TPP), NAD, koenzim A (KoA-SH) dan asam lipoat.

DAUR KREBS

ž Dinamakan daur krebs untuk menghargai ahli biokimia Inggris, Hans A Krebs, yg pada tahun 1937 mengajukan suatu daur reaksiuntuk menerangkan cara perombakan piruvat pada otot dada burung merpati.

ž Fungsi utama daur krebs:

Ø Reduksi NAD+ dan ubikuinon menjadi elektron donor NADH dan ubikuinol, yang akan dioksidasi menghasilkan ATP. (ubikuinon berkaitan dengan FAD sebagai penerima elektron)

Ø Sintesis langsung ATP dalam jumlah terbatas.

Ø Pembentukan kerangka karbon yang dapat digunakan untuk mensintesis asam amino tertentu yg kemudian akan diubah menjadi molekul yang lebih besar.

Gambar di atas menjelaskan bagaimana tahapan dalam daur krebs menghasilkan molekul berenergi yaitu:

· 6 NADH = 18 ATP

· 2 FADH = 4 ATP

· 2 ATP

MOLEKUL BERENERGI YANG DIHASILKAN SELAMA PROSES RESPIRASI

ATP	FADH
NADH	NADPH

SISTEM TRANSPOR ELEKTRON

ž Merupakan rangkaian reaksi oksidasi molekul berenergi (NADH, NADPH, dan FADH) untuk menbantu sintesis ATP.

ž Reaksi ini sangat kompleks dan melibatkan berbagai protein dan kofaktor yang ada pada membran dalam mitokondria (flavoprotein, sitokrom, Atom Cu, ubiquinon, protein Fe-S).

Kompleks Protein Transfer Elektron

Mekanisme Sintesis ATP

ž Elektron diperoleh dari oksidasi molekul berenergi, kemudian ditransfer dalam rantai transport elektron dan direduksi oleh O2 menjadi H2O

ž Transfer elektron menyebabkan terjadinya pelepasan energi dan digunakan untuk pompa proton H+ melalui membran kedalam ruang antar membran.

ž Gradien proton digunakan untuk sintesis ADP dan Pi menjadi ATP oleh ATP sintase

PERHITUNGAN ENERGI RESPIRASI AEROB

ž Apabila setiap heksosa dioksidasi secara sempurna menjadi CO2 dan H2O, maka akan dihasilkan sejumlah energi dalam bentuk ATP.

ž Keseluruhan tahapan respirasi (glikolisis, daur krebs, dan sistem trasnspor elektron) menghasilkan sekitar 38 ATP, namun dari jumlah energi tersebut hanya sekitar 40% yang digunakan oleh tumbuhan, sisanya (60%) hilang sebagai bahang ke udara atau ke tanah.

Hubungan Antara Jalur Respirasi Dengan Reaksi Lainnya Yang Menyediakan Kerangka Karbon Untuk Sintesis Berbagai Molekul Esensial.

Gambar diatas menunjukan jalur pemecahan berbagai molekul besar untuk menghasilkan energi ATP.

KONTROL DARI RESPIRASI

ž Efek pasteur

ž Kontrol umpan balik dan alosterik

ž Kontrol kofaktor

ž Reaksi-reaksi cabang

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI RESPIRASI

ž Ketersediaan substrat

ž Ketersediaan O2

ž Suhu atau temperatur

ž Jenis dan umur jaringan tumbuhan

ž Kadar CO2

ž Garam –garam mineral

ž Luka dan stimulus mekanis

PUSTAKA

ž Salisbury, Frank B. 1995. Fisiologi Tumbuhan: Biokimia Tumbuhan. Penerbit ITB. Bandung.

ž Sasmitamihardja D. 1996. Fisiologi Tumbuhan. Penerbit ITB. Bandung.

ž http://www.sith.itb.ac.id/profile/pdf/bumarsel/Energ i%20dan%20Mitokondria.pdf -

ž id.wikipedia.org/wiki/Adenosin_trifospat

ž www.uic.edu/.../bios100/lectf03am/lect11.htm

ž www.steve.gb.com/science/carbohydrates.html

ž www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/e19/19b.htm