TAHAPAN RESPIRASI TUMBUHAN

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

            Dalam pengertian sehari-hari, bernafas sekedar diartikan sebagai proses pertukaran gas di paru-paru. Tetapi secara biologis, pengertian respirasi tidaklah demikian. Pernafasan lebih menunjuk kepada proses pembongkaran atau pembakaran zat sumber energi di dalam sel-sel tubuh untuk memperoleh energy atau tenaga. Zat makanan sumber tenaga yang paling utama adalah karbohidrat.

            Respirasi tidak hanya terdapat pada hewan dan manusia tetapi , juga terdapat pada tumbuhan . Tumbuhan juga menyerap O2 untuk pernafasannya, umumnya diserap melalui daun (stomata). Pada keadaan aerob, tumbuhan melakukan respirasi aerob. Bila dalam keadaan anaerob atau kurang oksigen, jaringan melakukan respirasi secara anaerob. Misal pada akar yang tergenang air. Pada respirasi aerob, terjadi pembakaran (oksidasi) zat gula (glukosa) secara sempurna, sehingga menghasilkan energi jauh lebih besar (36 ATP) daripada respirasi anaerob (2 ATP saja). Demikian pula respirasi yang terjadi pada jazad renik (mikroorganisma). Sebagian mikroorgaanisme melakukan respirasi aerobik (dengan zat asam), anerobik (tanpa zat asam) atau cara keduanya (aerobik fakultatif).

            Respirasi merupakan bagian penting di dalam kehidupan tumbuhan untuk beradaptasi dengan lingkungan nya. Dengan demikian diharapkan dapat  mengetahui bagaimana tahapan respirasi sebenarnya  pada tumbuhan dengan harapan  dapat memperoleh manfaat pengetahuan dan memperkaya khasanah ilmu pendidikan .

1.2.Tujuan

            Tujuan dari pembuatan makalah ini yaitu untuk menyelesaikan tugas terstruktur dari mata kuliah Fisiologi Tumbuhan . Selain itu bertujuan untuk mengetahui tahapan-tahapan respirasi yang terjadi di dalam tumbuhan .

BAB II

ISI

2.1. Pengertian respirasi

                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. Yang disebut 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

            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, dan pertumbuhan.

            Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, rspirasi dapat dibedakan menjadi respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen bebas untuk mendapatkan energi dan respirasi anaerob atau biasa disebut dengan proses fermentasi yaitu respirasi yang tidak menggunakan oksigen namun bahan bukunya adalah seperti karbohidrat, asam lemak, asam amino sehingga hasil respirasi berupa karbondioksida, air dan energi dalam bentuk ATP.

             Karbohidrat merupakan substrat respirasi utama yang terdapat dalam sel tumbuhan tinggi. Terdapat beberapa substrat respirasi yang penting lainnya diantaranya adalah beberapa jenis gula seperti glukosa, fruktosa, dan sukrosa; pati; asam organik; dan protein (digunakan pada keadaan & spesies tertentu).

Secara umum, respirasi karbohidrat dapat dituliskan sebagai berikut:
                       

C6H12O6 + O2 6CO2 + H2O + energy

 Reaksi di atas merupakan persamaan rangkuman dari reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses respirasi. Contoh: Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya: 

C6H1206 + 6 02 ——> 6 H2O + 6 CO2 + Energi

2.2. Alat Respirasi Tumbuhan

                Seperti dijelaskan sebelumnya, proses respirasi diawali dengan proses pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida melalui alat pernapasan. Alat pernapasan tumbuhan letaknya tersebar. Tumbuhan dapat melakukan pertukaran gas melalui stomata, lenti sel, dan rambut akar. Pada tumbuhan tertentu, pernapasan melalui alat khusus, misalnya akar napas pada tumbuhan bakau maupun beringin. Berikut ini akan dijelaskan alat-alat pernapasan tumbuhan.

2.2.1.Stomata
            Stomata atau mulut daun terdiri atas celah atau lubang yang dikelilingi oleh dua sel penjaga dan terletak di daun. Stomata berfungsi sebagai tempat pertukaran gas pada tumbuhan, sedangkan sel penjaga berfungsi untuk mengatur, membuka dan menutupnya stomata. Stomata tumbuhan pada umumnya membuka pada saat matahari terbit dan menutup saat hari gelap.

             Membuka dan menutupnya stomata dipengaruhi oleh kandungan air dan ion kalium di dalam sel penjaga. Ketika sel penjaga memiliki banyak ion kalium, air dari sel tetangga akan masuk ke dalam sel penjaga secara osmosis. Akibatnya, dinding sel penjaga yang berhadapan dengan celah stomata akan tertarik ke belakang, sehingga stomata menjadi terbuka. Sebaliknya, ketika ion kalium keluar dari sel penjaga, air dari sel penjaga akan berpindah secara osmosis ke sel tetangga. Akibatnya, sel tetangga mengembang dan mendorong sel penjaga ke arah celah sehingga stomata menutup.

Gambar 1. stomata

            Bentuk dan posisi stomata pada daun beragam, tergantung spesies tumbuhannya. Secara teknis, yang dimaksud dengan stomata adalah celah yang ada diantara dua sel penjaga (guard cell), sedangkan aparatus stomata adalah kedua sel penjaga tersebut. Berdampingan dengan sel penjaga terdapat sel-sel epidermis yang juga telah termodifikasi, yang disebut sebagai sel pendukung (subsidiary cell).

            Dalam proses transpirasi, air menguap dari dinding sel parenkhima palisade dan parenkhima spongy ke ruang interseluler. Kedua jenis sel-sel parenkhima ini secara kolektif disebut sebagai sel-sel mesofil. Rongga udara yang relativ luas yang berada di bawah posisi stomata di dalam daun disebut sebagai rongga substomatal.

            Stomata umumnya terdapat pada permukaan bawah daun. Tetapi ada beberapa spesies tumbuhan di mana stomata dapat dijumpai pada kedua permukaan daunnya (atas dan bawah). Ada pula tumbuhan yang hanya mempunyai stomata pada permukaan atas daunnya, misalnya pada bunga lili air. Untuk tumbuhan dalam air tidak memiliki stomata sama sekali.

            Sel penjaga pada tanaman dikotil umumnya berbentuk seperti sepasang ginjal. Keunikan dari sel penjaga ini adalah bahwa serat halus selulosa (cellulose microfibril) pada dinding selnya tersusun melingkari sel penjaga, pola susunan yang demikian disebut sebagai miselasi radial (radial micellation). Karena serat selulosa ini relatif tidak elastis, maka jika sel penjaga menyerap air, maka sel ini tidak dapat membesar diameternya, tetapi dapat memanjang. Karena sepasang sel penjaga ini melekat satu sama lain pada kedua ujungnya, maka jika keduanya memanjang (akibat menyerap air) maka keduanya akan melengkung ke arah luar. Kejadian ini akan menyebabkan celah stomata membuka.

2.2.2. Lentisel

            Pada tumbuhan dikotil, selain kambium intervasikuler yang membentuk xilem dan floem sekunder ada juga kambium gabus yang menghasilkan parenkima gabus dan lapisan gabus. Lapisan gabus akan menggantikan epidermis. Lapisan gabus terdiri atas sel-sel mati dan membantu melindungi batang. Kambium gabus, parenkima gabus, dan lapisan gabus akan mengelupas dan lepas sebagai bagian kulit. Akibatnya, timbul lubang-lubang di batang yang disebut lentisel. Lentisel memungkinkan sel-sel tetap hidup di dalam batang melalui pertukaran gas dengan udara luar.

Gambar 2 lentisel

2.2.3. Rambut Akar

            Selain untuk menghisap air dan garam-garam mineral, rambut akar berfungsi sebagai alat pernapasan. Sel-sel rambut akar akan mengambil oksigen pada pori-pori tanah.

Gambar 3. Akar beserta bagian nya

v Akar adalah salah satu bagian pokok tubuh tumbuhan berkormus dan merupakan organ vegetatif tumbuhan.

v Fungsi akar, yaitu
1.menopang berdirinya tubuh tumbuhan
2. menyerap air dan unsur hara
3. untuk bernafas
4. tempat menyimpan zat makanan yaitu sebagai cadangan makanan
5. alat perkembangbiakan

v Ciri-ciri akar, yaitu
-akar tidak memiliki buku, ruas, daun, bunga, dan buah
-arah pertumbuhan akar menuju ke pusat bumi atau ke arah sumber air dan menjauhi sinar matahari
-pertumbuhan ujung akar lebih lambat dibandingkan batang
-ujung akar tumbuh terus dan tidak dapat dipisahkan dari pangkalnya
-ujung akar berbentuk runcing sehingga memudahkan untuk menembus tanah

v Bagian-bagian akar
a. pangkal atau leher akar
b. ujung akar
c. tubuh atau batang akar
d. cabang-cabang akar
e. akar rambut/serabut akar
f. bulu-bulu akar/rambut-rambut akar
g. tudung akar

2.2.4. Alat Pernafasan Khusus

            Kemampuan tumbuhan beradaptasi terhadap lingkungan menghasilkan alat pernapasan khusus. Tumbuhan bakau yang hidup di lingkungan air laut mempunyai akar yang tumbuh ke atas permukaan tanah untuk memperoleh oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida. Akar tersebut disebut akar napas.
Pohon beringin dan anggrek mempunyai akar gantung untuk bernapas. Akar tersebut tumbuh dari batang dan menggantung kearah tanah. Pada saat masih menggantung, akar ini menyerap uap air dan gas dari udara. Akan tetapi setelah masuk ke tanah, akar tersebut berfungsi menyerap air dan garam mineral. Tumbuhan yang hidup di air seperti enceng gondok dan kangkung, batangnya mempunyai rongga-rongga udara yang besar berfungsi untuk menyalurkan oksigen.

2.3. Tahapan Respirasi  di dalam Organel dan Sel

Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, respirasi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu :

2.3.1 Respirasi Aerobik (aerob)

            Respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen oksigen bebas untuk mendapatkan energi. Persamaan reaksi proses respirasi aerob secara sederhana dapat dituliskan:

C₆H₁₂O₆ + 6H₂O >> 6H₂O + 6CO₂ + 675 kal

            Dalam kenyataan reaksi yang terjadi tidak sesederhana itu. Banyak tahapan yang terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-reaksi itu dapat dibedakan menjadi 3 tahapan yaitu glikolosis, siklus krebs dan transport elektron (syamsuri, 1980).

2.3.1.1.Glikolisis

 Pada tahap awal dari glikolisis (dari kata latin, glykos = gula; lysis = pemecahan), karbohidrat diubah menjadi heksosa fosfat, yang kemudian dipecah menjadi dua molekul triosa fosfat. Selanjutnya kedua molekul triosa fosfat tersebut dioksidasi menjadi dua molekul piruvat. Disamping menyiapkan substrat untuk oksidasi dalam siklus asam sitrat, glikolisis juga menghasilkan sejumlah kecil ATP dan NADH.

            Ketika oksigen molekular tidak tersedia, seperti pada akar tumbuhan yang terendam, glikolisis dapat menjadi sumber energi utama bagi sel. Dalam kondisi seperti ini, fermentasi yang berlangsung di dalam sitosol, mendaur ulang NADH yang dihasilkan dari glikolisis dengan cara mereduksi piruvat.

            Glikolisis terjadi pada semua organisme (prokariot dan eukariot). Secara prinsip reaksi-reaksi dalam glikolisis dan fermentasi dalam tumbuhan hampir sama dengan yang terjadi dalam sel hewan (Gambar 2). Tetapi glikolisis pada tumbuhan memiliki mekanisme pengaturan yang khas, berlangsung secara paralel antara glikolisis sitotol dan plastida, serta jalur-jalur alternatif dari reaksi-reaksi glikolisis di dalam sitosol. Pada hewan, substrat utama respirasi adalah glukosa dan produk akhirnya adalah piruvat. Pada tumbuhan, sukrosa merupakan bentuk gula utama yang ditranslolasikan dan oleh karenanya merupakan jenis gula utama yang diimpor oleh jaringan/organ non fotositesis, maka sukrosa diyakini merupakan substrat utama respirasi tumbuhan dan hasil akhirnya tidak hanya piruvat, tetapi juga dapat berupa asam organik lainnya yaitu malat.

            Pada tahap awal glikolsis, sukrosa dipecah menjadi dua monosakarida, glukosa dan fruktosa, yang dapat segera masuk ke lintasan glikolisis. Terdapat dua lintasan yang memecah sukrosa di dalam tumbuhan. Pertama, pada sebagian besar jaringan tumbuhan, enzim sukrosa sintase yang ada di dalam sitosol, digunakan untuk memecah sukrosa dengan cara menggabungkan sukrosa dengan UDP menjadi fruktosa dan UDP-glukosa. Kemudian enzim UDP-glukosa-pirofosforilase mengubah UDP-glukosa dan pirofosfat (PPi) menjadi UTP dan glukosa-6-fosfat (Gambar 2). Kedua, pada beberapa jaringan tumbuhan, enzim invertase yang terdapat pada dinding sel, vakuola atau sitosol menghidrolisis sukrosa menjadi dua heksosa, yaitu fruktosa dan glukosa, yang kemudian difosforilasi dalam suatu reaksi yang menggunakan ATP.

            Plastida, seperti kloroplas dan amiloplas, dapat juga menyediakan substrat untuk glikolisis. Pati disintesis dan dipecah hanya di dalam plastid. Plastid mengubah pati menjadi triosa fosfat menggunakan enzim-enzim glikolisis yang mengubah heksosa fosfat menjadi triosa fosfat. Senyawa karbon yang diperoleh dari pemecahan pati masuk ke dalam lintasan glikolisis di dalam sitosol. Senyawa karbon tersebut terutama dalam bentuk heksosa fosfat yang ditranslokasikan dari amiloplas atau triosa fosfat yang ditranslokasikan dari kloroplas. Hasil fotosintesis dapat juga langsung masuk lintasan glikolisis dalam bentuk triosa fosfat.

            Pada tahap awal glikolisis, tiap unit heksosa difosforilasi dua kali dan dipecah menjadi dua molekul triosa fosfat. Bergantung apakah pemecahan tersebut menggunakan enzim sukrosa sintase atau invertas, serangkaian reaksi pemecahan tersebut menggunakan dua sampai empat molekul ATP untuk tiap unit sukrosa. Reaksi-reaksi tersebut juga melibatkan dua dari tiga reaksi tidak dapat balik penting dari lintasan glikolisis yang dikatalisis oleh enzim heksokinase dan fosfofruktokinase . Reaksi fosfofruktokinase adalah satu dari titik kendali glikolisis baik pada tumbuhan maupun hewan.

            Ketika molekul gliseraldehid-3-fosfat terbentuk, lintasan glikolisis memulai memanen energi pada tahap pemanenan energi dari glikolisis. Enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis oksidasi aldehid untuk membentuk asam karboksilat dan mereduksi NAD⁺ menjadi NADH. Reaksi tersebut melepas energi bebas dalam jumlah cukup untuk melakukan fosforilasi gliseraldehid-3-fosfat menggunakan fosfat inorganik dan membentuk 1,3-bisfosfogliserat. Molekul ini merupakan suatu pemberi gugus fosfat yang cukup kuat karena memiliki standar energi bebas untuk hidrolisis yan gcukup tinggi (-49.3 kJ per mol atau –11.8 kkal per mol).

            Pada tahap berikutnya gugus fosfat dari ato carbon ke 1 dari 1,3-bisfosfogliserat dipindhakan ke molekul ADP untuk membentuk ATP dan molekul 3-fosfogliserat. Untuk tiap sukrosa yang masuk glikolisis akan dihasilkan empat ATP dari reaksi ini. Sintesis ATP dengan cara tersebut disebut fosforilasi tingkat substrat, yang melibatkan pemindahan langsung sebuah gugus fosfat dari molekul substrat ke ADP untuk membentuk ATP. Sintesis ATP melalui proses ini berbeda mekanismenya dengan sintesis ATP melalui fosforilasi oksidatif di mitokondria atau sintesis ATP pada proses fotosintesis.

            Pada dua reaksi berikutnya, fosfat dari molekul 3-fosfogliserat dipindahkan ke ataom karbon ke dua dan kemudian sebuah molekul air dilepas menghasilkan senyawa yang disebut fosfoenol piruvat (PEP). Gugus fosfat dari PEP memiliki standar energi bebas yang tinggi (-61.9 kJ per mol atau –14.8 kkal per mol), sehingga PEP merupakan suatu donor fosfat yang baik untuk membentuk ATP. Dengan menggunakan PEP sebagai substrat, enzim piruvat kinase memindahkan gugus fosfat dari PEP ke ADP untuk membentuk ATP dan piruvat. Tahap terahir ini, yang merupakan tahap tidak dapat balik ketiga yang penting dalam glikolisis, menghasilkan empat molekul ATP untuk tiap molekul sukrosa yang masuk ke dalam lintasan glikolisis.

            Di dalam tumbuhan, selain PEP diubah ke bentuk piruvat, PEP juga dapat mengalami karboksilasi untuk membentuk asam organik oksaloasetat (OAA) dengan bantuan enzim PEP karboksilase. OAA kemudian direduksi menjadi malat dengan bantuan enzim malat dehidrogenase dan menggunakan NADH. Malat yang dihasilkan dapat disimpan di dalam vakuola atau ditransport ke mitokondria dan masuk ke siklus asam sitrat.

Gambar 4. Proses Glikolisis

2.3.1.2 Siklus krebs

            Selama abad ke 19, ahli-ahli biologi meneliti pengaruh keberadaan oksigen terhadap metabolisme respirasi. Pada kondisi tidak ada oksigen, sel memproduksi etanol atau asam laktat, sementara apabila ada oksigen, sel mengkonsumsi oksigen dan meproduksi CO₂ dan H₂O. Pada tahu 1937, seorang ahli kimi Inggris kelahiran Jerman, Hans A. Krebs, melaporkan penelitiannya tentang siklus asam sitrat (juga disebut siklus asam trikarboksilat atau siklus Krebs). Siklus asam sitrat menerangkan bagaimana piruvat diubah menjadi molekul CO₂ dan H₂O dalam suatu rangkaian reaksi kimia yang bersiklus. Siklus asam sitrat berlangsung di dalam matriks mitokondria.

            Siklus asam sitrat disebut juga siklus asam trikarboksilat untuk menunjukkan pentingnya dua molekul trikarboksilas, citrat dan isositrat, sebagai dua intermediet pertama dari siklus ini. Untuk berlangsungnya siklus asam sitrat, piruvat yang dihasilkan dari glikolisis harus ditrasport ke dalam matriks mitrokondria melalui protein transport khusus yang terdapat pada membran dalam mitrokondria. Setelah piruvat ada di dalam matriks, piruvat kemudian didekarboksilasi dalam suatu reaksi opksidasi oleh ensim piruvat dehidrogenase. Hasil dari reaksi ini adalah NADH, CO₂ dan asam asetat dalam bentuk asetil koA. Piruvat dehidrogenase merupakan kompleks enzim yang mengkatalisis keseluruhan tiga proses ini, yaitu dekarboksilasi, oksidasi dan konjugasi asam asetat dengan KoA (Gambar 4).

            Pada reaksi berikutnya enzim sitrat sintase menggabungkan grup asetil dari asetil koA dengan OAA, suatu asam dikarboksilat beratom karbon empat, untuk menghasilkan sitrat, yang kemudian diisomerasi oleh enzim aconitase untuk menghasilkan isositrat. Dua tahap reaksi berikutnya adalah reaksi dekarbokislasi oksidatif berurutan yang masing-masing menghasilkan satu meolekul NADH, melepas satu moelkul CO₂ dan membentuk suksinil koA. Sampai tahap ini sudah tiga molekul CO₂ dilepas untuk tiap piruvat yang masuk ke mitokondria, atau 12 molekul CO₂ dari tiap molekul sukrosa yang dioksidasi.

            Tahap berikutnya adalah oksidasi suksinil koA menjadi OAA, sehingga memungkinkan siklus asam sitrat terus berputar. Mula-mula energi bebas yang tersedia dari ikatan tioester pada seuksinil koA disimpan di dalam ATP dari ADP dan Pi melalui proses fosforilasi tingkat substrat yang dikatalisis oleh enzim suksinil koA sitetase. Suksinat yang dihasilkan dioksidasi menjadi fumarat oleh enzim suksinat edhidrogenase, yang berada pada membran dalam mitokondria dan merupakan enzim yang juga berperan di dalam rantai transport elektron.

            Elektron dan proton dilepas dari suksinat dari suatu reaksi redoks yang melibatkan FAD (flavin adenin dinukleotida). FAD secara kovalen terikat pada sisi aktif dari suksinat ehidrogenase dan melangsungkan reduksi FAD menjadi FADH₂. Dua tahap terakhir dari siklus asam sitrat adalah hidrasi fumarat menjadi malat, yang selanjutnya dioksidasi oleh malat dehidrogenase menjadi OAA dan menghasilkan satu molekul NADH. Sebagai kesimpulan, setiap piruvat yang masuk mitokondria akan menghasilkan tiga molekul CO₂, empat molekul NADH, satu molekul FADH₂ dan satu molekul ATP.

Siklus Asam Sitrat Tumbuhan Memiliki Keunikan

            Siklus asam sitrat tumbuhan (Gambar 4) tidak identik dengan siklus asam sitrat yang terjadi pada mitokondria hewan. Sebagai contoh apda tahapan yang dikatalisis oleh enzim suksinil koA sintetase, di tumbuhan menghasilkan ATP, sedangkan pada hewan menghasilkan GTP.

Perbedaan yang kedua adalah adanya aktifitas enzim NAD⁺-malat yang tidak dijumpai pada organisme lain. Enzim ini mengkatalisis reaksi dekarboksilasi oksidatif dari malat menjadi piruvat:

Malat + NAD⁺ → piruvat + CO₂ + NADH

            Keberadaan enzim NAD⁺-malat memungkinkan mitokondria tumbuhan mampu melakukan lintasan alternatif dari metabolisme PEP yang dihasilkan melalui glikolisis. Seperti diketahui, malat dapat disintesis dari PEP di sitosol dengan bantuan enzim PEP karboksilase dan malat dehidrogenase. Malat kemudian ditransport ke dalam matriks mitokondria, dimana enzim NAD⁺-malat dapat mengoksidasinya menjadi piruvat. Reaksi ini memungkinkan oksidasi sempurna dari itermediat-intermediat siklus asam sitrat, seperti malat atau sitrat.

            Alternatif lain dari jalur metabolisme PEP adalah digunakannya malat sebagai pengganti intermediat siklus asam sitrat. Malat yang masuk ke mitokondria hasil PEP karboksilase dapat mengisi kekurnag malat akibat keluarnya intermediat respirasi dari siklus. Misal 2 oksoglutarat dapat keluar siklus dan digunakan dalam asimilasi nitrogen. Hal ini dapat menyebabkan kekurang malat untuk kelangsung siklus. Adanya malat yang masuk ke matriks dari sitosol hasil metabolisme PEP dapat memenuhi kekurangan malat tersebut, sehingga siklus tetap berjalan.

Gambar 5. Siklus Krebs

            Memasuki siklus krebs, asetil KoA direaksikan dengan asam oksaloasetat (4C) menjadi asam piruvat (6C). selanjutnya asam oksaloasetat memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya menjadi asam oksalosuksinat. Dalam perjalanannya, 1C (CO₂) dilepaskan. Pada tiap tahapan, dilepaskan energi dalam bentuk ATP dan hidrogen. ATP yang dihasilkan langsung dapat digunakan. Sebaliknya, hidrogen berenergi digabungkan dengan penerima hidrogen yaitu NAD dan FAD, untuk dibawa ke sistem transport elektron. Dalam tahap ini dilepaskan energi, dan hidrogen direasikan dengan oksigen membentuk air. Seluruh reaksi siklus krebs berlangsung dengan memerlukan oksigen bebas (aerob). Siklus krebs berlangsung didalam mitokondria (Syamsuri, 1980).

2.3.1.3 Sistem Transpor ELektron

            Energi yang terbentuk dari peristiwa glikolisis dan siklus krebs ada dua macam. Pertama dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi, yaitu ATP atau GTP (Guanin Tripospat). Energi ini merupakan energi siap pakai yang langsung dapat digunakan. Kedua dalam bentuk transport elektron, yaitu NADH (Nikotin Adenin Dinokleutida) dan FAD (Flafin adenine dinukleotida) dalam bentuk FADH₂. Kedua macam sumber elektron ini dibawa kesistem transfer elektron. Proses transfer elektron ini sangat komplek, pada dasarnya, elektron dan H⁺ dan NADH dan FADH₂ dibawa dari satu substrak ke substrak yang lain secara berantai. Setiap kali dipindahkan, energi yang terlepas digunakan untuk mengikatkan fosfat anorganik (P) kemolekul ADP sehingga terbentuk ATP. Pada bagian akhir terdapat oksigen sebagai penerima, sehingga terbentuklah H₂O. katabolisme 1 glukosa melalui respirasi aerobik menghasilkan 3 ATP. Setiap reaksi pada glikolisis, siklus krebs dan transport elektron dihasilkan senyawa – senyawa antara. Senyawa itu digunakan bahan dasar anabolisme (Syamsuri, 1980).

2.3.2 Respirasi Anaerobik (Anaerob)

            Respirasi anaerobik adalah reaksi pemecahan karbohidrat untuk mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Respirasi anaerobik menggunakan senyawa tertentu misalnya asam fosfoenol piruvat atau asetal dehida, sehingga pengikat hidrogen dan membentuk asam laktat atau alcohol. Respirasi anaerobik terjadi pada jaringan yang kekurangan oksigen, akan tumbuhan yang terendam air, biji – biji yang kulit tebal yang sulit ditembus oksigen, sel – sel ragi dan bakteri anaerobik. Bahan baku respirasi anaerobik pada peragian adalah glukosa. Selain glukosa, bahan baku seperti fruktosa, galaktosa dan malosa juga dapat diubah menjadi alkohol. Hasil akhirnya adalah alcohol, karbon dioksida dan energi. Glukosa tidak terurai lengkap menjadi air dan karbondioksida, energi yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan respirasi aerobik. Reaksinya :

C₆H₁₂O₆ ^Ragi >> 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 21Kal

            Dari persamaan reaksi tersebut terlihat bahwa oksigen tidak diperlukan. Bahkan bakteri anaerobik seperti klostidrium tetani (penyebab tetanus) tidak dapat hidup jika berhubungan dengan udara bebas. Infeksi tetanus dapat terjadi jika luka tertutup sehingga member kemungkinan bakteri tambah subur (Syamsuri, 1980).

2.4. RESPIRASI PADA TUMBUHAN

            Sejauh ini kita telah membicarakan respirasi yang berlangsung pada tingkat organel dan sel. Lalu bagaimana pengetahuan ini dapat dikaitkan dengan fungsi tumbuhan secara keseluruhan di alam? Pada bagian ini kita akan membahas respirasi tumbuhan dalam berbagai kondisi di alam.

2.4.1.Tumbuhan Merespirasikan Hampir Setengah dari Hasil Fotosintesis

            Banyak faktor dapat mempengaruhi laju respirasi tumbuhan atau organ tumbuhan, seperti spesies dan kebiasaan hidup dari tumbuhan, jenis dan umur organ tumbuhan, faktor lingkungan seperti konsentrasi oksigen, suhu, hara dan suplai air.

            Laju respirasi tumbuhan secara keseluruhan umumnya lebih rendah dibanding laju respirasi jaringan hewan. Perbedaan ini dikarenakan volume sel tumbuhan terisi oleh vakola yang besar dan dinding sel yang keduanya tidak memiliki mitokondria. Akan tetapi, laju respirasi pada beberapa jaringan tumbuhan sama tingginya dengan laju respirasi jaringan hewan. Pada kenyataannya, mitokondria tumbuhan berespirasi lebih cepat dari mitokondria hewan.

            Meskipun secara umum tumbuhan laju respirasi yang rendah, kontribusi respirasi terhadap keseluruhan penggunaan karbon di dalam tumbuhan sangatlah penting, kerana semua jaringan tumbuhan berespirasi selama 24 jam per hari. Bahkan respirasi jaringan fotosintetik dapat menggunakan sejumlah besar hasil fotosintesis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa 30 – 60% hasil fotosintesis tumbuhan herba hilang melalui respirasi. Pada pohon muda, kira-kira sepertiga dari fotosintat hilang direspirasikan dan menjadi dua kali lipat pada pohon yang lebih tua, sebagai akibat menurunnya rasio jaringan fotosintetik dan nonfotosintetik. Di daerah tropik, 70-80% dari hasil fotosintesis harian hilang melalui respirasi karena tingginya laju respirasi gelap akibat suhu malam yang tinggi.

2.4.2.Respirasi Selama Fotosintesis

            Mitokondria terlibat dalam metabolisme dari organ fotosintetik, baik melalui respirasi cahaya (fotrespirasi) maupun respirasi gelap. Fotorespirasi menghasilkan mengoksidasi hasil fotosintesis menjadi glisin yang kemudian dioksidasi menjadi serin di dalam mitokondria. Pada saat yang bersamaan, mitokondria juga melakukan respirasi melalui siklus asam sitrat (respirasi gelap).

            Pada organ fotosintetik seperti daun, aktifitas piruvat dehidrogenase dalam kondisi cahaya menurun sebesar 25%, yang menghakibatkan laju respirasi secara keseluruhan menurun. Respirasi mitokondria pada organ fotosintetik berperan dalam (1) mensuplai ATP dan (2) mensuplai kerangka karbon untuk biosintesis, seperti 2-oxoglutarat untuk assimilasi nitrogen.

2.4.3. Laju Respirasi Jaringan dan Organ Tumbuhan

            Laju respirasi jaringan bergantung pada aktifitas metabolik dari jaringan tersebut. Secara umum semakin tinggi aktifitas metabolisme dari suatu jaringan, semakin tinggi laju respirasi dari jaringantersebut. Tunas yang sedang berkemang menunjukkan laju respirasi yang sangat tinggi dan umumnya laju respirasi jaringan vegetatif akan menurun dari titik pertumbuhan ke daerah yang lebih terdiferensiasi. Jaringan tumbuhan yang telah dewasa, biasanya laju respirasinya tetap atau menurun dengan lambat dengan bertambahanya umur dan tingkat penuaan. Kekecualian terjadi pada kondisi klimakterik, dimana peningkatan laju respirasi terjadi pada proses pemasakan buah dan penuaan daun yang gugur/lepas dan bunga potong. Hal ini dikarenakan adanya produksi etilen endogenous yang dapat meningkatkan aktifitas lintasan alternatif resisten sianida pada membran dalam mitokondria.

2.4.4. Fungsi Mitokondria Sangat Penting selama Perkembangan Polen

            Jumlah mitokondria dan ekspresi protein respirasi di dalam anter yang sedang berkembang sangat tinggi. Hal ini dikarenakan proses perkembangan polen adalan proses yang memerlukan banyak energi. Karakter fisiologis yang berkaitan langsung dengan mitokondria tumbuhan adalah karakter sterilitas jantan sitoplasma (cytoplasmic male sterility atau cms). Tanaman yang memiliki karakter cms tidak dapat menghasilkan polen yang viabel, oleh karenanya tumbuhan seperti itu disebut tanaman jantan steril. Isitilah sitoplasma menunjukkan pada pola pewarisan sifat ini tidak mengikuti pola pewarisan Mendel, tetapi sifat ini diwariskan secara maternal dari genom mitokondria. Tanaman cms sangat penting dalam pemulaiaan tanaman karena galur jantas steril yang stabil dapat digunakan untuk menghasilkan benih hibrida.

            Karakter cms pada tanaman disebabkan oleh adanya mutasi pada DNA mitokondria yang menyandikan subunit kompleks protein yang terlibat dalam fosforilasi oksidatif. Pada jagung, tanaman cms-T memiliki perubahan susunan DNA sedemikian rupa sehingga dihasilkan protein URF13. Protein ini ketika berinteraksi dengan toksin Hm-T, yang dihasilkan oleh cendawan Bipolaris maydis yang menyerang jagung, dapat menyebabkan kebocoran membran dalam mitokondria.

BAB IV

PENUTUP

4.1. Kesimpulan

            Berdasarkan uraian yang telah di paparkan di atas dapat ditarik kesimpulan berupa :

1.      Respirasi pada makhluk hidup, jika semakin besar volume organisme maka respirasi yang berlangsung semakin cepat. Begitu juga organisme yang memiliki struktur tubuh kompleks, akan lebih cepat.

2.      Respirasi dapat terjadi dalam kondisi aerob dan anaerob

3.      Respirasi mempunyai tahapan di dalam sel sebelum menjadi sempurna untuk di gunakan oleh tumbuhan

Daftar Pustaka

Champbell, N.A,dkk.2002. “Biologi”. Edisi lima Jilid satu. Erlangga:Jakarta

Dwidjoseputro. 1986. Biologi. Erlangga. Jakarta.

Jasin,Maskoeri.1989. “Biologi Umum Untuk Perguruan Tinggi”. Bina Pustakatama:Surabaya

Kimball, J.W. 2002. Fisiologi Tumbuhan. Erlangga. Jakarta.

Lovelles. A. R. 1997. Prinsip-prinsip Biologi Tumbuhan untuk daerah Tropik. PT  Gramedia. Jakarta.

Simbolon, Hubu dkk. 1989. Biologi Jilid 3. Erlangga. Jakarta.

Syamsuri. I. 2000. Biologi. Erlangga. Jakarta