BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Mempelajari
dunia kehidupan tidak terlepas dari pengetahuan tentang hierarki biologi. Dalam
pengetahuan biologi, sel merupakan unit terkecil yang dapat melakukan aktivitas
kehidupan. Selain itu, dalam organisme terdapat alat transpor yang mampu
mengatur organisme lainnya. Sehingga membran sel tersusun atas senyawa
fosfolipid bilayer. Oleh karena itu, sel mampu melakukan transpor zat. Hal ini
sangat dibutuhkan oleh tumbuhan agar mereka dapat mendistribusikan energi yang
mereka dapatkan dari alam.
Metabolisme pada
organisme multiselluler mencakup beberapa hal, antara lain transport zat hara
dan transport ion. Sistem transport pada hewan yaitu sistem sirkulasi. Pada
sistem sirkulasi, aliran materi terjadi karena adanya daya dorong dari organ
pemompa. Sedang sistem transport pada tumbuhan yaitu sistem vaskuler, pada
sistem ini aliran senyawa berlangsung mengikuti atau melawan padatan (gradient)
konsentrasi.
Untuk kelangsungan hidupnya tumbuhan memerlukan
beberapa zat. Zat yang diperlukan tumbuhan diambil dari lingkungan sebagian
besar berupa: O2 dan CO2 dari udara diambil melalui daun; air dan mineral dari
dalam tanah diambil melalui ujung akar dan bulu-bulu akar. Bagi tumbuhan
tingkat rendah, pengambilan zat-zat dapat dilakukan oleh permxkaan tubuhnya.
Kemampuan tumbuhan mengambil zat-zat dari lingkungan dilakukan dengan cara
difusi, osmosis dan transpor aktif.
1.2 Tujuan
Tujuan dari
penulisan makalah ini adalah untuk menjelaskan mengenai sistem antara tumbuhan
dengan lingkungan, dan untuk menjelaskan mengenai difusi dan osmosis beserta
hal-hal yang berhubungan dengan difusi dan osmosis.
BAB II
ISI
2.1 Tumbuhan dan Lingkungan
Pada semua makhluk hidup, dari prokariota hingga organisme multiseluler
yang paling kompleks, melakukan pertukaran zat dengan lingkungannya pada
tingkat seluler. Pertukaran zat tersebut sangat penting bagi metabolisme sel. Transpor zat
melalui membran dibedakan atas 2 (dua), yaitu transpor zat yang memerlukan
energi (transpor aktif) dan transpor yang tidak memerlukan energi (transpor
pasif). Transpor aktif meliputi proses pompa ATP, eksositosis, dan endositosis.
Adapun transpor pasif meliputi proses difusi, osmosis, dan difusi terbantu.
Tumbuhan memerlukan berbagai macam zat untuk kelangsungan hidupnya. Zat-zat
tersebut sebagian besar diambil dari lingkungan, misalnya mineral, air, karbon
dioksida, dan oksigen. Tumbuhan tingkat tinggi mengambil oksigen dan karbon
dioksida melalui daun (Bresnick, 2003).
Air dan garam-garam mineral diserap oleh tumbuhan dari dalam tanah melalui
rambut-rambut akar yang terdapat pada epidermis akar. Sel-sel tumbuhan dapat
dilewati air, zat-zat makanan yang terlarut, oksigen dan karbondioksida baik ke
dalam atau ke luar sel. Untuk melaksanakan fotosintesis, tumbuhan memerlukan
karbon dioksida dan air. Tumbuhan juga memerlukan oksigen untuk bernapas.
Tumbuhan mengambil air, karbon dioksida, dan oksigen dengan cara difusi,
osmosis, dan transpor aktif.
2.2
Memban Sel
Sel terdiri atas
materi hidup yang disebut dengan protoplasma. Protoplasma sel dibatasi dari
lingkungan sekitarnya oleh selaput sel tipis yang disebut dengan membran plasma
(membran sel). Membran ini mempunyai kemampuan untuk mengatur secara selektif
aliran materi dari dan keluar sel. Berdasarkan kemampuan membran menyeleksi
aliran materi antar sel dan lingkungannya maka membran dapat dibedakan menjadi
dua jenis. Membran dikatakan permiabel apabila semua jenis molekul dalam cairan
dapat melewati membran. Sedang suatu membran dikatakan semi-permeabel jika
hanya dapat dilewati oleh molekul-molekul tertentu saja (Annur dan Santooosa,
2008).
Membran merupakan media pemisah yang bersifat
selektif permeabel dengan menahan komponen tertentu dan melewatkan komponen
lainnya. Proses pemisahan dengan menggunakan membran pada pemisahan fasa
cair-cair umumnya didasarkan atas ukuran partikel dan beda muatan dengan gaya
dorong (driving force) berupa beda tekanan, medan listrik, dan beda
konsentrasi (Yusuf, et al., 2008).
Macam-macam membrane permeabilitas (Parjatmo, 1987):
- Impermeable
(tidak permeable), dimana air maupun zat terlarut didalamnya tidak dapat
melaluinya.
- Permeable,
yaitu membrane yang dapat dilalui oleh air maupun zat tertentu yang
terlarut didalamnya.
- Semi
permeable, yaitu membrane yang hanya dapat dilalui oleh air tetapi tidak
dapat dilalui oleh zat terlarut, misalnya membaran sitoplasma.
2.3
Transpor pasif
Dapat berlangsung karena adanya perbedaan
konsentrasi larutan di antara kedua sisi membran. Pada transpor pasif tidak
rnemerlukan energi rnetabolik. Transpor pasif ini bersifat spontan. Transpor
pasif dibedakan menjadi tiga, yaitu difusi sederhana (simple diffusion), difusi
dipermudah atau difasilitasi (facilitated diffusion), dan osmosis.Terdapat dua proses fisikokimiawi yang
penting dalam transport materi dalam sel yaitu difusi dan osmosis (Alkatiri,
1996).
Difusi merupakan
peristiwa perpindahan melekul dengan menggunakan tenaga kinetik bebas, proses
perpindahan ini berlangsung dari derajat konsentrasi tinggi ke derajat
konsentrasi rendah. Proses ini akan terus berlangsung hingga dicapai titik
keseimbangan. Osmosis merupakan suatu peristiwa perembesan suatu molekul air melintasi
membran yang memisahkan dua larutan dengan potensial air yang berbeda. Proses
osmosis berlangsung dari larutan hipotonik menuju larutan yang hipertonik atau
perpindahan air dari molekul larutan yang potensial airnya tinggi ke potensial
yang rendah.
Ketika sel tumbuhan
diletakkan pada larutan yang hipertonik/lebih pekat dibanding konsentrasi
plasma selnya maka air yang berada dalam vakoula akan merembes ke luar sel.
Akibatnya protoplasma mengkerut dan terlepas dari dinding sel, peristiwa ini
disebut dengan plasmolisis. Keadaan tersebut dapat kembali seperti semula
apabila lingkungan sel diganti dengan larutan hipotonik. Kembalinya keadaan
protoplasma setelah plasmolisis disebut deplasmolisis. Difusi
terfasilitasi juga masih dianggap ke dalam transpor pasif karena zat terlarut
berpindah menurut gradien konsentrasinya.
2.4 Transpor
aktif
Pada sel-sel
akar tumbuhan terdapat penumpukan mineral. Artinya, konsentrasi mineral di
dalam sel lebih tinggi daripada di luar sel, atau potensial air di luar sel
lebih tinggi dibandingkan dengan potensial air di dalam sel. Oleh karena itu,
osmosis dari luar sel ke dalam sel tetap berlangsung untuk mencegah
plasmolisis. Akan tetapi, keadaan ini menghambat pengambilan mineral dari luar
ke dalam sel melalui difusi, terutama karena membran sel memiliki permeabilitas
yang sangat rendah. Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukan transpor aktif
yang melibatkan energi dari ATP agar ion-ion dapat masuk ke dalam sel. ATP
adalah molekul pembawa energi di dalam sel (Kimball, 1999).
Transpor
aktif merupakan transpor partikel-partikel melalui membran semipermeabel yang
bergerak melawan gradien konsentrasi yang memerlukan energi dalam bentuk ATP.
Transpor aktif berjalan dari larutan yang memiliki konsentrasi rendah ke
larutan yang memiliki konsentrasi tinggi, sehingga dapat tercapai keseimbangan
di dalam sel. Adanya muatan listrik di dalam dan luar sel dapat mempengaruhi
proses ini, misalnya ion K+, Na+ dan CL -.
Gambar 1
Mekanisme Transpor Aktif
2.5 Transport Ion Channel
Transport lewat
ion channel khusus bagi ion-ion yang sulit ditransport secara difusi akibat
muatan listriknya. Ion channel ini mempunyai sifat yang sangat selektif dan
terbukanya channel tersebut akibat potensial listrik sepanjang membran sel dan
melalui ikatan channel dengan hormon atau neurotransmitter (Parjatmo, 2005).
2.6
Difusi
Difusi
merupakan perpindahan partikel zat dari larutan berkonsentrasi tinggi ke
larutan berkonsentrasi rendah. Contoh yang sederhana adalah pemberian gula pada
cairan teh tawar, lambat laun cairan teh menjadi manis. Perhatikan Gambar 3.
Gambar 3.
Proses Difusi
Gambar di atas menunjukkan perpindahan konsentrasi larutan yang lebih
tinggi ke konsentrasi larutan yang lebih rendah sampai terjadi keseimbangan
dinamis.
Peristiwa
difusi pada tumbuhan sangat penting untuk keseimbangan hidup tumbuhan. Karbon
dioksida (CO2) dan oksigen (O2) diambil oleh tumbuhan
dari udara melalui proses difusi. Pengambilan air dan garam mineral oleh
tumbuhan dari dalam tanah, salah satunya melalui proses difusi. Difusi zat dari
dalam tanah ke dalam tubuh tumbuhan disebabkan konsentrasi garam mineral
di tanah lebih tinggi daripada di dalam sel. Demikian juga gas CO2
di udara masuk ke dalam tubuh tumbuhan karena konsentrasi CO2 di
udara lebih tinggi daripada di dalam sel tumbuhan. Sebaliknya, O2 dapat
berdifusi keluar tubuh tumbuhan jika konsentrasi O2 dalam tubuh
tumbuhan lebih tinggi akibat adanya fotosintesis dalam sel (Loveless, 1991).
Gambar 4
Difusi
merupakan peristiwa mengalirnya atau berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari
bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah, sedangkan
osmosis adalah perpindahan air melalui membran permeabel selektif dari bagian
yang lebih encer ke bagian yang lebih pekat (Kustiyah, 2007). Contoh peristiwa
difusi yang sederhana adalah pemberian gula pada cairan teh tawar dan contoh
peristiwa osmosis adalah kentang yang dimasukkan ke dalam air garam.
Kecepatan
difusi ditentukan oleh : Jumlah zat yang tersedia, kecepatan gerak kinetik dan
jumlah celah pada membran sel. Difusi sederhana ini dapat terjadi melalui dua
cara:
a. Melalui celah pada lapisan
lipid ganda, khususnya jika bahan berdifusi terlarut lipid
b. Melalui saluran licin pada
beberapa protein transpor.
Tekanan
osmotik merupakan sifat koligatif, yang berarti bahwa sifat ini bergantung pada
konsentrasi zat terlarut, dan bukan pada sifat zat terlarut itu sendiri.
l)
Mekanisme difusi
Difusi
merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul zat atau gas dari
konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi melalui membran dapat
berlangsung melalui tiga mekanisme, yaitu difusi sederhana (simple
difusion),difusi melalui saluran yang terbentuk oleh protein transmembran
(simple difusion by chanel formed), dan difusi difasilitasi (fasiliated
difusion). Difusi sederhana melalui membrane berlangsung karena
molekul-molekul yang berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut
dalam lemak (lipid) sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara
langsung. Membran sel permeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon
steroid, vitamin A, D, E, dan K serta bahan-bahan organik yang larut dalam
lemak, Selain itu, memmbran sel juga sangat permeabel terhadap molekul
anorganik seperti O,CO2, HO, dan H2O.
Beberapa
molekul kecil khusus yang terlarut dalam serta ion-ion tertentu, dapat menembus
membran melalui saluran atau chanel. Saluran ini terbentuk dari protein
transmembran, semacam pori dengan diameter tertentu yang memungkinkan molekul
dengan diameter lebih kecil dari diameter pori tersebut dapat melaluinya.
Sementara itu, molekul – molekul berukuran besar seperti asam amino, glukosa,
dan beberapa garam – garam mineral, tidak dapat menembus membrane secara
langsung, tetapi memerlukan protein pembawa atau transporter untuk dapat
menembus membran. Proses masuknya molekul besar yang melibatkan
transporter dinamakan difusi difasilitasi.
2) Mekanisme Difusi dan Difasilitasi
Difusi
difasilitasi (facilitated diffusion) adalah pelaluan zat melalui rnembran
plasrna yang melibatkan protein pembawa atau protein transporter. Protein
transporter tergolong protein transmembran yang memliki tempat perlekatan
terhadap ion atau molekul vang akan ditransfer ke dalam sel. Setiap molekul
atau ion memiliki protein transforter yang khusus, misalnya untuk pelaluan
suatu molekul glukosa diperlukan protein transforter yang khusus untuk
mentransfer glukosa ke dalam sel. Protein transporter untuk grukosa
banyak ditemukan pada sel-sel rangka, otot jantung, sel-sel lemak dan sel-sel
hati, karena sel – sel tersebut selalu membutuhkan glukosa untuk diubah menjadi
energi.
Faktor yang mempengaruhi
difusi :
1. Suhu, makin tinggi difusi
makin cepat
2. BM makin besar difusi makin
lambat
3. Kelarutan dalam medium, makin
besar difusi makin cepat
4. Perbedaan Konsentrasi, makin besar perbedaan konsentrasi antara dua
bagian, makin besar proses difusi yang terjadi.
5. Jarak tempat berlangsungnya difusi, makin dekat jarak tempat
terjadinya difusi, makin cepat proses
difusi yang terjadi.
6. Area Tempat berlangsungnya Difusi, makin luas area difusi, makin cepat
proses difusi.
2.7
Osmosis
Osmosis adalah difusi pelarut melalui membran. Untuk
memahami tentang osmosis, perhatikan Gambar 5.
Gambar 5.
Proses Osmosis
Pada gambar diatas, air akan berpindah dari B (larutan
yang konsentrasi airnya tinggi) menuju A (larutan yang konsentrasi airnya
rendah) melalui membran semi permeabel sehingga diperoleh hasil larutan
isotonis, yaitu konsentrasi air sama untuk dua larutan antara A dan B, walaupun
hasil akhirnya nanti volume antara A dan B berbeda.
Keadaan di atas terjadi juga pada peristiwa osmosis
pada penyerapan air tanah ke dalam sel akar. Jika terdapat dua larutan yang tidak
sama konsentrasinya, maka molekul air melewati membran sampai kedua larutan
seimbang. Jika sel dimasukkan ke
dalam larutan isotonis, bentuk sel tetap karena keadaan seimbang. Akan
tetapi, jika sel tumbuhan berada dalam larutan hipertonis (konsentrasi
larutan lebih tinggi daripada cairan sel), air dalam plasma sel akan berosmosis
keluar sehingga sel mengerut/menyusut. Protoplasma yang kekurangan air
menenyusut volumenya mengakibatkan membran sel terlepas dari dinding sel,
sehingga terjadi plasmolisis.
Sebaliknya, jika sel berada dalam larutan hipotonis
(konsentrasi larutan lebih rendah daripada cairan sel), air dari luar akan
masuk ke dalam sel sehingga sel membengkak. Pada larutan hipertonik, sebagian
besar molekul air terikat (tertarik) ke molekul gula (terlarut), sehingga hanya
sedikit molekul air yang bebas dan bisa melewati membran. Sedangkan pada larutan hipotonik, memiliki lebih
banyak molekul air yang bebas (tidak terikat oleh molekul terlarut), sehingga
lebih banyak molekul air yang melewati membran (Kustiyah, 2007).
Lihat Gambar 6.
Gambar 6. Sel tumbuhan dalam
larutan hipertonis, isotonis dan hipotonis
(Sumber: Campbell, et al., 2005)
Osmosis
merupakan difusi air dari daerah yang memiliki
potensial air lebih tinggi ke daerah yang potensial airnya lebih rendah,
melalui suatu membran semi permeabel. Potensial osmotik suatu larutan selalu
negatif yang ekivalen dengan nilai tekanan osmotiknya yang sebenarnya.
Plasmolisis adalah peritiwa melepasnya plasmalemma atau mebran plasma dari
dinding sel karena dehidrasi (hilangnya air sel) bila sel berada di lingkungan
larutan yang hipertonis.
Untuk memenuhi kebutuhan
materi dan mempertahankan keseimbangan fisiologi didalam tubuhnya, tumbuhan
melakukan beberapa aktivitas, di antaranya adalah absorbsi (penyerapan),
transportasi (pengangkutan) atau
translokasi (pemindahan) dan transpirasi
(pelepasan air melalui stomata).
Beberapa prinsip yang berhubungan dengan proses penyerapan pada akar :
1. Penyerapan air tanah oleh akar dapat terjadi
melalui meknisme imbibisi, difusi, osmosis dan transpor aktif.
2. Pada tumbuhan darat, penyerapan gas-gas (O2 dan
CO2) lebih banyak melalui sedangkan
ion-ion dalam larutan tanah melalui akar. Pada tumbuhan air hampir seluruh permukaan
tubuhnya dapat melakukan penyerapan air beserta gas-gas dan ion-ion yang terlarut
di dalamnya.
Osmosis
adalah proses perpindahan atau pergerakan molekul zat pelarut, dari larutan
yang konsentrasi zat pelarutnya tinggi menuju larutan yang konsentrasi zat
pelarutya rendah melalui selaput atau membran selektif permeabel atau semi
permeabel. Jika di dalam suatu bejana yang dipisahkan oleh selaput
semipermiabel, jika dalam suatu bejana yang dipisahkan oleh selaput
semipermiabel ditempatkan dua larutan glukosa yang terdiri atas air sebagai pelarut
dan glukosa sebagai zat terlarut dengan konsentrasi yang berbeda dan dipisahkan
oleh selaput selektif permeabel, maka air dari larutan yang berkonsentrasi
rendah akan bergerak atau berpindah menuju larutan glukosa yang konsentrainya
tinggi melalui selaput permeabel.
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 pekat menjadi melebihi bagian dengan konsentrasi
yang lebih encer. Gaya per unit luas yang dibutuhkan untuk mencegah mengalirnya
pelarut melalui membran permeabel selektif dan masuk ke larutan dengan
konsentrasi yang lebih pekat sebanding dengan tekanan turgor (Keenan, et al,.
1984).
Osmosis
adalah suatu topik yang penting dalam biologi
karena fenomena ini dapat menjelaskan mengapa air dapat ditransportasikan ke
dalam dan ke luar sel. Pada hewan, untuk bisa bertahan dalam lingkungan yang
hipotonik atau hipertonik, maka diperlukan pengaturan keseimbangan air, yaitu
dalam proses osmoregulasi.
Faktor–faktor yang mempengaruhi terjadinya osmosis pada sel hidup :
- Ukuran zat terlarut: semakin banyak zat terlarut
maka peristiwa
terjadinya osmosis akan semakin cepat. Karena zat terlarut memiliki
tekanan osmotik yang berfungsi untuk memecah zat pelarut bergerak melalui
membrane semipermeable.
- Tebal membran: semakin tebal suatu membrane akan
memperhambat terjadinya osmosis. Karena dapat menyebabkan semakin sulitnya
zat terlarut menembus membrane tersebut.
- Luas permukaan
- Jarak zat pelarut dan zat terlarut
- Suhu
2.8 Difusi Terfasilitasi
Transport
dengan cara difusi fasilitas mempunyai perbedaan dengan difusi sederhana yaitu
difusi fasilitas terjadi melalui carrier spesifik dan difusi ini mempunyai
kecepatan transport maksimum (Vmax). Suatu bahan yang akan ditransport lewat
cara ini akan terikat lebih dahulu dengan carrier protein yang spesifik, dan
ikatan ini akan membuka channel tertentu untuk membawa ikatan ini ke dalam sel.
Jika konsentrasi bahan ini terus ditingkatkan, maka jumlah carrier akan habis
berikatan dengan bahan tersebut sehingga pada saat itu kecepatan difusi menjadi
maksimal (Vmax). Pada difusi sederhana hal ini tidak terjadi, makin banyak
bahan kecepatan transport bahan maakin meningkat tanpa batas.
Difusi
terfasilitasi adalah sejenis transpor pasif yang molekul solutnya bergerak
menuruni gradien konsentrasi dengan bantuan protein pembawa pada membran. Suatu
protein pembawa mengambil sebuah molekul, kemudian protein tersebut berubah ke
bentuk alternatifnya untuk menyimpan molekul ke sisi lain membran. Dalam hal
ini tidak diperlukan masukan energi(Bresnick:2003)
BAB
III
PENUTUP
3.1
Simpulan
- Difusi dan osmosis
merupakan transpor pasif zat. Selain difusi dan osmosis juga ada difusi terfasilitasi
yang juga merupakan transpor pasif.
-Difusi adalah
pergerakan zatdari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah tanpa memerlukan
energi.
-Osmosis adalah
pergerakan zat melalui membran dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah
tanpa memerlukan energi.
-Faktor-faktor yang
mempengaruhi difusi adalah temperatur, ukuran molekul, berat molekul, gradien
konsentrasi, luas permukaan membran, kelarutan, dan jarak tempat berlangsungnya
difusi.
-Faktor-faktor yang
mempengaruhi osmosis adalah temperatur, zat terlarut, luas permukaan, jarak zat
terlarut dan pelarut, ukuran molekul, dan tebal membran.
DAFTAR
PUSTAKA
Alkatiri,
S. 1996. Kajian Ringkas Biologi. Airlangga University Press: Surabaya.
Annur,
H dan H.H, Santosa, 2008, Analisa Temperatur Pada Proses Difusi Obat Dalam
Membran Dengan Metode Diferensial Parabolik Untuk Mendeteksi Sinyal
Fotoakustik, Jurnal Ilmiah GIGA, Vol.
11, No.3, Hal: 45-56.
Bresnick,
S. 2003. Intisari Biologi. Hipokrates: Jakarta.
Keenan,
Donald, dan Jesse. 1984. Ilmu Kimia Untuk Universitas. Erlangga: Jakarta.
Kimball,
J.W. 1999. Biologi Edisi Pertama. Erlangga: Jakarta.
Kustiyah,
2007, Miskonsepsi Difusi dan Osmosis Pada Siswa MAN Model Palangkaraya, Jurnal Ilmiah Guru Kanderang Tingang,
Vol. 1, No. 1, Hal: 24-37.
Loveless,
A.R. 1991. Prinsip-Prinsip Biologi Tumbuhan Untuk Daerah Tropik I. Gramedia
Pustaka Utama: Jakarta.
Parjatmo,W.
1987. Biologi Umum I. Angkasa Bandung: Bandung.
Santoso,
B. 2005. Biologi dan Kecakapan Hidup. Ganeca Exact : Jakarta.
Yusuf,
E., T.A. Rachmanto dan R. Laksmono, 2008, Pengolahan Air Payau Menjadi Air
Bersih Dengan Menggunakan Membran Reverse Osmosis, Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan, Vol. 1, No. 1, Hal : 6-15.
0 komentar:
Posting Komentar