MAKALAH DIFUSI OSMOSIS FISIOLOGI TUMBUHAN

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

            Sel merupakan unit terkecil dari suatu makhluk hidup yang menjadi tempat pengatur segala proses metabolism serta pertukaran nutrisi ke dalam tubuh. Untuk hidup, setiap makhluk hidup baik tumbuhan, hewan maupun mikroorganisme pasti membutuhkan air, gas-gas serta zat-zat  hara yang diambil dari lingkungannya. Oleh karena kebutuhan ini, maka sel dalam setiap makhluk hidup tersebut akan melakukan transport atau pertukaran zat di dalam tubuhnya. Semua makhluk hidup baik organisme prokariot maupun eukariot yang kompleks sekalipun pasti akan melakukan transport atau pertukaran zat dengan lingkungannya pada tingkat seluler pada tubuh yang berfungsi untuk kelangsungan hidupnya. Pertukaran zat tersebut sangat penting bagi proses metabolisme selnya. Transport zat ini dapat berlangsung baik secara aktif (memerlukan energy(ATP)) maupun secara pasif (tanpa memerlukan energy). Adapun transport zat secara pasif meliputi proses difusi dan osmosis (Campbel. 2003 ).

Membran sitoplasma merupakan bagian yang mengatur keluar masuknya senyawa kimia dari dan ke dalam sel. Dengan adanya membran sel, organisme maupun mikroorganisme mampu berada pada posisi yang tepat pada lingkungan zat kimia yang kompleks dan selalu berubah, mampu mengambil dan menahan nutrien sejumlah yang diperlukan dan membuang produk buangannya. Membran sel juga mampu menyediakan kemudahan biokimiawi untuk memindahkan ion-ion mineral, gula asam-asam amino, elektron, serta metabolit lain melewati membran. Substansi-substansi dalam larutan ini melewati membran dengan cara difusi dan transport aktif serta proses osmosis tidak spesifik (Santoso M. Si, D. B. 2005).

Proses ini akan menyamakan konsentrasi larutan di luar dan di dalam sel. Larutan bergerak dari yang lebih encer ke yang lebih pekat, umumnya dari luar ke dalam sel. Transport aktif bersifat sangat selektif dan mampu memperlakukan larutan (solut) secara efektif. Transpot aktif mampu melakukan penumpukan solut di dalam sel yang kadarnya lebih tinggi daripada di luar sel. Transport aktif juga mampu memasukkan nutrien yang di luar sel kadarnya sangat rendah. Mekanisme transpor aktif melibatkan portir membran dan membutuhkan energi. Pada transpor pasif, suatu substansi secara spontan berdifusi menuruni gradien konsentrasinya tanpa memerlukan pengeluaran energi oleh sel. Molekul hidrofobik dan molekul polar tak bermuatan yang berukuran kecil berdifusi langsung melintasi membran. Substansi hidrofilik berdifusi melalui protein transpor dalam suatu proses yang disebut difusi yang dipermudah.

BAB II

ISI

2.1 Membran sel

            Ciri suatu sel hidup adalah memasukkan zat-zat yang diperlukan ke dalam sel san mengeluarkan zat-zat sisa yang tidak diperlukan keluar sel (Tjitrosoepoemo, G. 1999. Begitupula untuk mempertahankan konsentrasi ion-ion di dalam sitoplasma, sel juga selalu memasukkan dan mengeluarkan ion-ion tertentu. Pengaturan keluar masuknya zat-zat serta ion-ion ini melalui membran sel. Keluar masuknya zat-zat serta ion-ion melalui membran ini dikenal dengan transportasi zat ke dalam dan ke luar sel. Dalam keadaan istirahat pun, sel tetap melakukan transportasi zat, baik zat-zat makanan, air, dan oksigen. Membran sel tersusun dari ±50% lipid dan 50% protein. Karena susunan membran sel yang demikian, maka membran sel bersifat semipermeabel atau selektif permeabel. Artinya, membran sel hanya dapat dilalui oleh air dan zat-zat tertentu yang terlarut didalamnya (Campbell, 2003).

          Membran sel merupakan bagian yang mengatur keluar–masuknya senyawa kimia dari dan ke dalam sel pada tumbuhan. Dengan adanya membran sel, tumbuhan mampu berada pada posisi yang tepat pada lingkungan zat kimia yang kompleks dan selalu berubah, mampu mengambil dan menahan nutrien sejumlah yang diperlukan, dan membuang produk buangannya. Membran sel juga mampu menyediakan kemudahan biokimiawi untuk memindahkan ion-ion mineral, gula, asam-asam amino, elektron, serta metabolit lain melewati membran. Substansi-substansi dalam larutan ini melewati membran dengan cara difusi dan transpor aktif serta Proses osmosis tidak spesifik.

2.2 Penyerapan Zat

Pada umumnya, air dan zat-zat hara tanah diserap melalui akar. Sebagian zat

yang lain terutama gas O2 dan CO2, diserap melalui daun. Selanjutnya, zat-zat tersebut akan dibawa ke daun karena daun merupakan pusat aktivitas penyusunan zat-zat yang dibutuhkan tumbuhan (Steenis, C.G.G.J., 1978).

Gambar 2.1.a Penyerapan zat pada akar

Alat penyerapan

Pada tumbuhan darat, sebagian besar air dan zat hara diserap dari tanah melalui akarnya. Zat yang lain seperti O2 dan CO2 banyak diserab melalui daun, terutama melalui mulut-mulut daun (stomata). Pada daerah dekat ujung akar terdapat

rambut-rambut akar. Rambut akar terbentuk dari sel-sel epidermis akar yang memanjang ke arah luar. Sel yang memanjang ini akan memperluas bidang penyerapan sehingga lebih banyak zat akan terserap (Riandary, H. 2007).

Permeabilitas Membran & Cara Penyerapan Zat

Tidak terlalu mudah untuk memahami bagaimana zat-zat diserap oleh tumbuhan. Pada hewan dan manusia, cara penyerapan terjadi dengan sangat nyata, sedangkan pada tumbuhan tidak demikian. Dengan mudah kita menyerap minuman dari botol dengan sedotan, atau menghisap udara dengan alat pernafasan kita. Menyerap zat berarti menggerakkan zat dari luar tubuh masuk ke dalam tubuh. Untuk proses itu dibutuhkan tenaga yang menggerakkannya. Selain itu, masuknya partikel zat ke dalam sel harus menembus dinding dan membran (rintangan), sehingga laju pergerakan partikel zat ke dalam sel terjadi jauh lebih lambat. Dalam kaitan ini, keluar masuknya zat (ke dalam dan ke luar) sel ditentukan oleh kemampuan membran ditembus zat yang disebut permeabilitas membran. Zat-zat yang keluar masuk sel akar atau daun dapat berupa gas-gas, air dan ion-ion. Sifat dari ketiga golongan zat tersebut berbeda, maka permeabilitas membran terhadap zat-zaat tersebut juga berbeda. Karena itu cara penyerapannya juga berbeda (Salisbury, F.B. dan C.W.Ross. 1985).

Permeabilitas dan Semi Permeabilitas merupakan kemampuan yang dimiliki oleh membran sel dalam menyaring pertikel-partikel yang akan melalui membran sel. Permeabilitas membran tergantung pada ffluiditas inti hidrofobik membran dan aktivitas protein pengangkutnya. Oleh karena itu, keadaan lingkungan yang dapat mengganggu keduanya akan mempengaruhi permeabilitas membran terhadap suatu solut. Sehingga dapat dikatakan bahwa permeabilitas merupakan kemampuan yang dimiliki oleh membran sel dalam menyaring partikel-partikel, yang menyerupai sifat membran permeabilitas. Hal ini dapat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan sel serta fluiditas inti hidrofobik membran dan aktivitas protein pengangkutnya (Campbel. 2003).

2.3 Transpor Pasif

            Transpor pasif merupakan perpindahan zat yang tidak memerlukan energi. Perpindahan zat ini terjadi karena perbedaan konsentrasi antara zat atau larutan. Transpor pasif melalui peristiwa difusi, osmosis dan difusi terbantu. Transport pasif meliputi transport ion, molekul, dan senyawa yang tidak memerlukan energi untuk melewati membran plasma. Transport pasif mencakup proses osmosis dan difusi, dimana proses transportasi pasif meliputi proses-proses sebagai berikut :

1.      Difusi, dibedakan menjadi difusi dipermudah dengan saluran protein dan difusi dipermudah dengan protein pembawa.

2.      Osmosis adalah kasus khusus dari transpor pasif, dimana molekul air berdifusi melewati membran yang bersifat selektif permeabel.

3.      Dalam sistem osmosis, dikenal larutan hipertonik (larutan yang mempunyai konsentrasi terlarut tinggi), larutan hipotonik (larutan dengan konsentrasi terlarut rendah), dan larutan isotonik (dua larutan yang mempunyai konsentrasi terlarut sama).

4.      Jika terdapat dua larutan yang tidak sama konsentrasinya, maka molekul air melewati membran sampai kedua laruta seimbang.

5.      Dalam proses osmosis, pada larutan hipertonik, sebagian besar molekul air terikat (tertarik) ke molekul gula (terlarut), sehingga hanya sedikit molekul air yang bebas dan bisa melewati membran.

6.      Sedangkan pada larutan hipotonik, memiliki lebih banyak molekul air yang bebas (tidak terikat oleh molekul terlarut), sehingga lebih banyak molekul air yang melewati membran.

7.      Oleh sebab itu, dalam osmosis aliran netto molekul air adalah dari larutan hipotonik ke hipertonik.

8.      Proses osmosis juga terjadi pada sel hidup di alam, perubahan bentuk sel terjadi jika terdapat pada larutan yang berbeda.

9.      Sel yang terletak pada larutan isotonik, maka volumenya akan konstan. Dalam hal ini, sel akan mendapat dan kehilangan air yang sama.

10.  Jika sel terdapat pada larutan yang hipotonik, maka sel tersebut akan mendapatkanbanyak air, sehingga bisa menyebabkan lisis (pada sel hewan), atau turgiditas tinggi (pada sel tumbuhan).

11.  Sebaliknya jika sel berada pada larutan hipertonik, maka sel banyak kehilangan molekul air, sehingga sel menjadi kecil dan dapat menyebabkan kematian.

2.4 Proses Difusi

            Proses difusi merupakan perpindahan molekul larutan berkonsentrasi tinggi menuju larutan berkonsentrasi rendah tanpa melalui selaput membran. Contoh sederhana adalah pemberian gula pada cairan teh tawar. Lama kelamaan cairan akan terasa manis. Contoh lain adalah uap air dari cerek yang berdifusi dalam udara, dimana pada masing-masing zat, kecepatan difusi berbeda-beda. Difusi merupakan salah satu prinsip yang menggerakkan partikel zat seperti CO2, O2 dan H2O masuk ke dalam jaringan. Gerak partikel zat ini dipengaruhi oleh beberapa faktor penting, meliputi (Pratiwi, D. 2007) :

1)      Beda suhu .

Setiap zat cenderung dalam keadaan bergerak. Tenaga gerak semakin besar pada suhu yang semakin tinggi, sehingga gerak zat akan semakin cepat. Coba perhatikan saat kita memanaskan air. Molekul air akan bergerak semakin cepat bikla akan semakin panas. Adanya gerakan zat ini dapat menjadi salah satu pendorong masuknya zat ke dalam akar.

2)      Beda konsentrasi.

Dengan kata lain, perbedaan konsentrasi zat membangkitkan tenaga gerak suatu zat.

3)      Beda tekanan.

Pergerakan zat juga terjadi karenaadanya beda tekanan antara dua daerah. Misalnya, antara daerah di sekitar akar (rizhosfir) dengan keadaan di dalam sel / jaringan (Latunra. 2007).

4)  Zat-zat adsorptif (permukaannya mudah mengikat zat).

Adanya daya ikat permukaan partikel zat menyebabkan gerak zat dihambat. Suatu zat juga akan bergerak menyebar karena adanya perbedaan (gradien) tekanan atau suhu. Angin merupakan udara yang bergerak. Udara bergerak dari daerah bertekanan kuat ke daerah bertekanan lemah, dari daerah dingin ke daerah yang lebih panas. Suatu zat juga akan bergerak menyebar dari daerah berkonsentrasi lebih besar (lebih pekat) ke daerah yang konsentrasinya lebih rendah. Jadi, pada dasarnya setiap zat akan bergerak bila terjadi perbedaan suhu, tekanan atau konsentrasi.

Cara penyerapan zat :

1). Difusi sederhana, terjadi  pada penyerapan gas-gas dan air

2). Difusi terfasilitasi, terjadi pada penyerapan molekul-molekul besar seperti glukosa, sukrosa. Salah satu proses difusi yang dikenal yaitu difusi terbantu, dimana proses difusi terbantu difasilitasi oleh suatu protein. Difusi terbantu sangat tergantung pada suatu mekanisme transport dari membran sel. Difusi terbantu dapat ditemukan pada kehidupan sehari-hari, misalnya pada bakteri Escheria coli yang diletakkan pada media laktosa. Membran bakteri tersebut bersifat impermeabel sehingga tidak dapat dilalui oleh laktosa. Setelah beberapa menit kemudian bakteri akan membentuk enzim dari dalam sel yang disebut permease, yang merupakan suatu protein sel. Enzim permease inilah yang akan membuatkan jalan bagi laktosa sehingga laktosa ini dapat masuk melalui membran sel (Yuwono, I. T. 2002).

3) Transpor aktif, pada penyerapan bermacam-macam ion. Walaupun ion berukuran kecil, tetapi paling sulit melewati membran Permeabilitasnya membran terhadap ion-ion adalah laing rendah. rendah). Karena itu untuk menyerapnya dibutuhkan tenaga (aktif) (Mangunwiyoto, W. 2004).

2.5 Proses Osmosis

            Osmosis adalah proses perpindahan air dari zat yang berkonsentrasi rendah (hipotonis) ke larutan yang berkonsentrasi tinggi (hipertonis), proses ini biasa melalui membran  selektif permeabel dari bagian yang lebih encer ke bagian yang lebih pekat. Osmosis adalah difusi air melalui membran semi‐permeabel, dari larutan yang banyak

air ke larutan yang sedikit air. Definisi paling sederhananya adalah difusi air melalui membran semipermeabel (permeabel hanya kepada pelarut, tidak kepada terlarut). Osmosis melepaskan energi, dan bias melakukan kerja, sebagaimana akar pohon yang

bias membelah batu. Pelarut (dalam banyak kasus adalah air) bergerak dari larutan berkonsentrasi lebih rendah (hipotonik) ke larutan berkonsentrasi lebih tinggai (hipertonik) yang bertujuan menyamakan konsentrasi kedua larutan. Efek ini dapat dilihat dari bertambahnya tekanan pada larutan hipertonik relatif terhadap larutan hipotonik. Sehingga tekanan osmotik didefinisikan sebagai tekanan yang diperlukan untuk menjaga kesetimbangan, dengan tidak adanya aliran pelarut. Tekanan osmotik merupakan properti koligatif, yaitu properti yang gayut terhadap konsentrasi molar zat terlarut dan bukan terhadap jenis zatnya (Lakitan, B. 2008).

Osmosis merupakan fenomena yang penting di dalam sistem biologis karena kebanyakan membran biologis bersifat semipermeabel. Secara umum, membran-membran tersebut tidak permeable terhadap bahan organik dengan molekul besar, seperti polisakarida, akan tetapi permeabel terhadap air dan zat‐zat kecil dan tidak bermuatan. Permeabilitas juga gayut terhadap properti kelarutan, muatan atau sifat kimiawi serta ukuran zat terlarut. Molekul air, misalnya, dapat bergerak melewati dinding sel, tonoplast (vakuola) atau protoplast dengan dua cara, yaitu dengan berdifusi melalui lapisan ganda fosfolipida secara langsung, atau melalui aquaporin (protein transmembran kecil yang memfasilitasi difusi dan membentuk kanal ion) (Pujiyanto, S. 2008). Osmosis memberikan cara yang mudah bagi transpor air keluar atau masuk sel. Tekanan turgor sel dijaga dengan osmosis pada membran sel, antara bagian dalam sel dan lingkungannluarnya yang relative lebih hipotonik (Lakitan, B. 2008).

Membran semipermeabel harus dapat ditembus oleh pelarut, tapi tidak oleh zat terlarut, yang mengakibatkan gradien tekanan sepanjang membran. Osmosis merupakan suatu fenomena alami, tapi dapat dihambat secara buatan dengan meningkatkan tekanan pada bagian dengan konsentrasi yang lebih encer. Gaya per unit luas yang dibutuhkan untuk mencegah mengalirnya pelarut melalui membran selektif permeabel dan masuk ke larutan dengan konsentrasi yang lebih pekat sebanding dengan tekanan turgor. Tekanan osmotik merupakan sifat koligatif, yang berarti bahwa sifat ini bergantung pada konsentrasi zat terlarut dan bukan pada sifat zat terlarut itu sendiri. Osmosis juga merupakan suatu topik yang penting dalam biologi karena fenomena ini dapat menejelaskan mengapa air dapat ditransportasi ke dalam dan ke luar sel (Kusnadi. 2007).

Osmosis terbalik adalah sebuah istilah teknologi yang berasal dari osmosis. Osmosis merupakan sebuah fenomena alam dalam sel hidup di mana molekul “solvent” (biasanya air) akan mengalir dari daerah “solute” rendah ke daerah “solute” tinggi melalui sebuah membran semipermeabel. Membran semipermeabel ini menunjuk ke membran sel atau membran apapun yang memiliki struktur yang mirip atau bagian dari membran sel. Gerakan dari “solvent” belanjut sampai sebuah konsentrasi yang seimbang tercapai di kedua sisi membran. Reverse osmosis adalah sebuah proses pemaksaan sebuah solvent dari sebuah daerah konsentrasi “solute” tinggi melalui sebuah membran ke sebuah daerah “solute” rendah dengan menggunakan sebuah tekanan melebihi tekanan osmotik.

       

Gambar 2.3.a Proses terjadinya osmosis

Pelarut atau solvent (dalam banyak kasus adalah air) bergerak dari larutan berkonsentrasi lebih rendah (hipotonik) ke larutan berkonsentrasi lebih tinggi (hipertonik) yang bertujuan menyamakan konsentrasi kedua larutan (Al Barry, D. Y. 2001). Efek ini dapat dilihat dari bertambahnya tekanan pada larutan hipertonik relatif terhadap larutan hipotonik. Sehingga tekanan osmotik didefinisikan sebagai tekanan yang diperlukan untuk menjaga kesetimbangan, dengan tidak adanya aliran pelarut. Tekanan osmotik merupakan properti koligatif, yaitu properti yang gayut terhadap konsentrasi molar zat terlarut (solute) dan bukan terhadap jenis zatnya (Jati, W. 2007 ).

Faktor penyerapan secara Osmosis

Terdapat 2 faktor penting sesuai dengan hukum Fick pertama yang menentukan laju osmosis ke dalam jaringan (melewati membran), yaitu (Innerarity, S. 2002) :

1) Faktor perbedaan (gradien) potensial air antara cairan sel penyerapan dengan larutan tanah di luarnya.

2) Permeabilitas membran terhadap zat-zat.

BAB III

KESIMPULAN

Proses difusi dan osmosis merupakan proses yang sangat penting bagi tumbuhan untuk pertukaran zat. Difusi merupakan perpindahan zat terlarut dari hipertonis (konsentrasi tinggi) ke larutan hipotonis (konsentrasi rendah) tanpa melalui membran semipermeabel. Sedangkan osmosis merupakan perpindahan zat pelarut dari larutan  hipertonis ke larutan hipotonis melalui membran semipermeabel.

DAFTAR PUSTAKA

Al Barry, D. Y. 2001. Kamus Ilmiah Populer. Yogyakarta: Arkola.

Alkatiri, S. 1996. Kajian Ringkas Biologi. Erlangga University Press. Surabaya.

Campbel. 2003. Biologi Jilid 2 lux ed. 5. Erlangga. Jakarta.

Gardner, F.P., R.B. Pearce dan R.L. Mitchell, 1991. Fisiologi Tanaman Budidaya. Universitas Indonesia Press. Jakarta.

Innerarity, S. 2002. Fluid & electrolytes made incredibly easy. Springhouse Corporation United States of America.

Jati, W. 2007 . Aktif Biologi. Ganeca. Jakarta.

Kaufman. 1975. Laboratory Experiment in Plant Physiology. Macmillan Publishing Co., Inc . New York.

Kusnadi. 2007. Biologi. Piranti . Jakarta.

Lakitan, B. 2008. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Raja Grafindo Persada . Jakarta.

Latunra. 2007. Penuntun Praktikum Fisiologi Tumbuhan II  . Universitas Hasanuddin. Makassar

Mangunwiyoto, W. 2004. Pokok - Pokok Fisika. Erlangga. Jakarta.

Pratiwi, D. 2007. Biologi. Erlangga. Jakarta.

Pujiyanto, S. 2008. Menjelajah Dunia Biologi 2. Tiga Serangkai Pustaka. Solo

Riandary, H. 2007. Biologi 2. Tiga Serangkai. Solo.

Santoso M. Si, D. B. 2005. Biologi dan Kecakapan Hidup. Ganeca. Jakarta.

Salisbury, F.B. dan C.W.Ross. 1992. Fisiologi Tumbuhan jilid 3. DiterjemahkanOleh Dr. Diah, R. Lukman dan Ir. Sumaryono, MSc., ITB Press, Bandung.

Salisbury, F.B. dan C.W.Ross. 1985. Plant Physiology Third Edition.Wodsworth Publishing Company. Belmont, California.

Steenis, C.G.G.J., 1978. Flora. PT. Pradnya Paramita, Jakarta.

Tjitrosoepoemo, G. 1999. Botani umum 2 . Angkasa : Bandung.

Yuwono, I. T. 2002. Biologi Molekuler. Erlangga . Jakarta.