fisiologi tumbuhan mkk 414/3 sks (2-1)

FISIOLOGI TUMBUHAN
MKK 414/3 SKS (2-1)
OLEH :
PIENYANI ROSAWANTI
PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGI
FAKULTAS PERTANIAN DAN KEHUTANAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PALANGKARAYA
2017
METABOLISME
Metabolisme adalah proses-proses kimia yang
terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel
Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang
bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap
bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan
reproduksi.
METABOLISME
Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup
memerlukan energi agar proses kehidupan dapat
berlangsung.
Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk
makanan kemudian mengubahnya dalam bentuk
energi lain pada proses metabolisme.
METABOLISME
Metabolisme disebut juga reaksi
enzimatis, karena metabolisme terjadi
selalu menggunakan katalisator enzim.
METABOLISME
Metabolisme dibedakan atas:
1. Anabolisme
2. Katabolisme
1. Anabolisme adalah pembentukan molekulmolekul besar dari molekul-molekul kecil.
 Misalnya pembentukan senyawa2: pati, selulosa,
lemak, protein dan asam nukleat.
 Pada peristiwa anabolisme memerlukan
masukan energi.
2. Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul
besar menjadi molekul-molekul kecil, dan
prosesnya melepaskan energi.
 Contoh : respirasi, yaitu proses oksidasi gula
menjadi H2O dan CO2
METABOLISME PRIMER DAN
SEKUNDER
Metabolisme pada makhluk hidup dapat
dibagi menjadi metabolisme primer dan
sekunder.
Metabolisme primer menghasilkan
metabolit primer sedangkan
metabolismsekundermenghasilkan
metabolit sekunder.
Metabolit primer adalah senyawa-senyawa yang
diproduksi danterlibat pada jalur metabolisme
primer (contohnya glikolisis, siklus asam
sitrat/siklus Krebs, dan fotosintesis).
Contoh metabolit primer adalah protein,
karbohidrat, lipid, asam amino, nukleotida,
Metabolit sekunder tanaman merupakan
senyawa dengan berat molekul rendah yang
diproduksi tanaman sebagai respon terhadap
ancaman lingkungan dan patogen.
Hasil studi menunjukkan bahwa produk
metabolit sekunder merupakan senyawa yang
diturunkan dari metabolit primer, yaitu
karbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat.
Secara sederhana, metabolit sekunder tanaman
terbagi atas tiga golongan besar, yaitu fenolik,
senyawa bernitrogen, dan terpenoid
• Metabolit sekunder tidak digunakan untuk proses
pertumbuhan dan unik untuk setiap organisme.
• Pada umumnya senyawa metabolit sekunder
berfungsi sebagai mekanisme pertahanan diri,
misalnya sebagai pelindung (protectant) dari
gangguan hama untuk tumbuhan itu sendiri atau
lingkungannya.
• Selain sebagai pelindung, dapat juga berfungsi
sebagai penarik (attractan) atau penolak (repellant)
dari serangga atau herbivora.
• Contoh metabolit sekunder lainnya pada tumbuhan
adalah pigmen-pigmen, senyawa antibiotik, senyawa
bioaktif, dan senyawaa romatik
Molekul-molekul yang terkait
dengan proses metabolisme
1. ATP
2. Enzim
1. ATP
 Merupakan molekul berenergi tinggi.
 Molekul ini merupakan ikatan adenosin yang
mengikat tiga gugusan pospat, dengan ikatan
yang lemah/labil sehingga mudah melepaskan
ikatan pospatnya pada saat mengalami hidrolisis.
Reaksi metabolisme merupakan reaksi enzymatis yang
melibatkan enzim
2. Enzim
Adalah biokatalisator organik yang dihasilkan
organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri
atas protein atau suatu senyawa yang berikatan
dengan protein.
Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai
berikut.
• Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.
• Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda
dalam waktu yang sama.
ENZIM
• Enzim tersusun atas dua bagian.
• Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya
menyebabkan enzim tidak aktif.
• Keduanya dapat digabungkan menjadi satu, yang
disebut holoenzim.
• Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan
koenzim.
ENZIM
• Reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologis
selalu melibatkan katalis.
• Katalis ini dikenal sebagai katalis biologis
(biokatalisator) berupa protein yang sangat
spesifik yang disebut enzim.
ENZIM
• Enzim merupakan biokatalisator yang sangat
efektif yang akan meningkatkan kecepatan reaksi
kimia spesifik secara nyata, dimana reaksi ini
tanpa enzim akan berlangsung lambat.
• Sifat-sifat istimewa enzim adalah kapasitas
katalitik dan spesifisitasnya yang sangat tinggi
• Enzim mempunyai peran dalam transformasi
berbagai jenis energi
ENZIM
• Enzim merupakan senyawa protein yang dapat
mengkatalisis seluruh reaksi kimia dalam sistem
biologis.
• Semua enzim murni yang telah diamati sampai
saat ini adalah protein.
• Aktivitas katalitiknya bergantung kepada
integritas strukturnya sebagai protein.
• Enzim dapat mempercepat reaksi biologis, dari
reaksi yang sederhana, sampai ke reaksi yang
sangat rumit.
ENZIM
• Enzim bekerja dengan cara menempel pada
permukaan molekul zat-zat yang bereaksi
sehingga mempercepat proses reaksi.
• Percepatan reaksi terjadi karena enzim
menurunkan energi pengaktifan yang dengan
sendirinya akan mempermudah terjadinya reaksi.
• Enzim mengikat molekul substrat membentuk
kompleks enzim substrat yang bersifat sementara
dan lalu terurai membentuk enzim bebas dan
produknya
KEUNGGULAN SIFAT ENZIM
• Aktivitas yang tinggi, efektif, spesifik dan ramah
lingkungan
• Enzim memiliki sifat yang khas, yaitu sangat aktif
walaupun konsentrasinya amat rendah, sangat
selektif dan bekerja pada kondisi yang ramah
(mild), yaitu tanpa temperatur atau tekanan tinggi
dan tanpa logam yang umumnya beracun.
• Enzim mempunyai kekhususan aktivitas, yaitu
peranannya sebagai katalis hanya terhadap satu
reaksi atau beberapa reaksi yang sejenis saja.
Jadi dapat melibatkan beberapa jenis substrat
• Sifat spesifik (spesifisitas enzim) didefinisikan
sebagai kemampuan suatu enzim untuk
mendiskriminasikan substratnya berdasarkan
perbedaan afinitas substrat-substrat untuk
mencapai sisi aktif enzim
SIFAT DAN STRUKTUR ENZIM
1.
Sifat Enzim
a.
b.
c.
d.
e.
Enzim adalah protein
Bekerja secara khusus/spesifik
Berfungsi sebagai katalis
Diperlukan dalam jumlah sedikit
Bekerja bolak-balik
1. Sifat Enzim
a. Enzim adalah Protein
Sebagai protein enzim memiliki sifat seperti
protein, yaitu sangat dipengaruhi oleh kondisi
lingkungan, seperti suhu, pH, konsentrasi
substrat). Jika lingkungannya tidak sesuai, maka
enzim akan rusak atau tidak dapat bekerja
dengan baik.
b. Bekerja secara khusus/spesifik
Setiap enzim memiliki sisi aktif yang sesuai
hanya dengan satu jenis substrat, artinya setiap
enzim hanya dapat bekerja pada satu substrat
yang cocok dengan sisi aktifnya.
c. Berfungsi sebagai katalis
Meningkatkan kecepatan reaksi kimia tanpa
merubah produk yang diharapkan tanpa ikut
bereaksi dengan substratnya, dengan demikian
energi yang dibutuhkan untuk menguraikan
suatu substrat menjadi lebih sedikit.
d. Diperlukan dalam jumlah sedikit
Reaksi enzimatis dalam metabolisme hanya
membutuhkan sedikit sekali enzim untuk setiap
kali reaksi.
e. Bekerja bolak-balik
Enzim tidak mempengaruhi arah reaksi,
sehingga dapat bekerja dua arah (bolak-balik).
Artinya enzim dapat menguraikan substrat
menjadi senyawsederhana, dan sebaliknya
enzim juga dapat menyusun senyawa-senyawa
menjadi senyawa tertentu.
STRUKTUR ENZIM
a.
b.
Susunan Kimia Enzim
Gugus prostetik, koenzim dan vitamin
a.
Susunan Kimia Enzim
 Protein merupakan bagian utama dari struktur
setiap enzim, dan banyak enzim yang hanya
mengandung protein saja, tetapi beberapa
protein tidak mempunyai fungsi katalis dan
tidak digolongkan sebagai enzim.
 Protein lain, misalnya sitokrom yang
mengangkut elektron selama fotosintesis dan
respirasi, yang bukan berfungsi sebagai katalis
tetapi berfungsi sebagai pembawa elektron,
selanjutnya beberapa protein dalam biji juga
tidak memiliki fungsi seperti enzim, melainkan
berperan sebagai cadangan asam amino untuk
bibit setelah berkecambah.
 Protein terdiri atas satu atau lebih rantai
polipeptida yang masing-masing tersusun atas
asam amino, komposisi dan ukuran tiap
protein bergantung pada jenis dan jumlah sub
unit asam aminonya. Umumnya terdapat 18
sampai 20 jenis asam amino yang berbeda dan
sebagian protein mempunyai secara lengkap
20 asam amino. Jumlah total sub unit asam
amino sangat beragam pada protein yang
berbeda sehingga bobot molekul protein juga
beragam.
b. Gugus prostetik, koenzim dan vitamin
Gugus Prostetik
 Disamping bagian protein, enzim juga
mengandung dalam jumlah yang jauh lebih
sedikit bagian bukan protein organik yang
disebut gugus prostetik. Gugus prostetik sangat
penting dalam aktivitas katalisis. Biasanya
gugus ini menempel secara kuat pada protein
dengan ikatan kovalen.
 Protein lainya adalah glikoprotein mengandung
gugus gula yang menempel pada protein.
Penempelan karbohidrat seperti ini membantu
kerja enzim atau melindungi enzim dari suhu
yang ekstrem, bahan perusak internal
(protease) dan juga mungkin terhadap patogen
dan herbivora
Enzim
Banyak enzim tidak memiliki gugus prostetik dan
untuk melakukan aktivitasnya mereka
memerlukan keikutsertaan senyawa organik atau
ion-ion logam lain atau keduanya. Kedua bahan
tersebut disebut koenzim. Walaupun ion logam
sebagai ion pengaktif. Koenzim dan logam
pengaktif pada umumnya tidak menempel secara
kuat pada enzim
Vitamin
Beberapa vitamin yang disintesis oleh tumbuhan
membentuk bagian koenzim atau gugus prostetik
yang diperlukan oleh enzim pada tumbuhan dan
hewan dan ini menjelaskan pentingnya vitamin
bagi kehidupan. Contoh dari ion pengaktif adalah
magnesium (mg), yang bertindak sebagai logam
pengaktif bagi sebagian besar enzim yang
menggunakan ATP atau Nukleotida di- atau tri
phospat lain sebagai substrat.
e. Bekerja bolak-balik
Enzim tidak mempengaruhi arah reaksi,
sehingga dapat bekerja dua arah (bolak-balik).
Artinya enzim dapat menguraikan substrat
menjadi senyawsederhana, dan sebaliknya
enzim juga dapat menyusun senyawa-senyawa
menjadi senyawa tertentu.
PENYEBARAN ENZIM DALAM
SEL
Enzim tidak tersebar merata di dalam sel.
Enzim yang berfungsi dalam fotosintesis berada di
dalam kloroplas, banyak enzim yang bereran dalam
respirasi aerobik berada hanya di mitokondra,
sedangkan enzim respirasi lainya terdapat di sitosol.
Sebagian besar enzim yang harus ada untuk
mensisntesis DNA dan RNA serta untuk mitosis,
berada di inti sel atau nukleus.
PENYEBARAN ENZIM DALAM
SEL
• Enzim yang mengatur langkah dalam lintasaan
metabolik kadang disusun sedemikian rupa
sehingga terjadi suatu proses produksi jalur
rakitan, hasil suatu reaksi dilepaskan didaerah
tempat senyawa tersebut akan diubah secepatnya
menjadi senyawa lain oleh enzim berikutnya yang
terlibat dalam lintasan, demikian seterusnya ,
sampai lintasan metabolik selesai dan senyawa
yang sangat berbeda terbentuk.
MEKANISME KERJA ENZIM
Enzim mengkatalis reaksi dengan cara
meningkatkan laju reaksi. Enzim meningkatkan laju
reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi
(energi yang diperlukan untuk reaksi)
Penurunan energi aktivasi dilakukan dengan
membentuk kompleks dengan substrat. Setelah
produk dihasilkan, kemudian enzim dilepaskan.
Enzim bebas untuk membentuk kompleks baru
dengan substrat yang lain.
MEKANISME KERJA ENZIM
• Enzim mengkatalis reaksi dengan cara
meningkatkan laju reaksi.
• Enzim memiliki sisi aktif, yaitu bagian enzim yang
berfungsi sebagai katalis. Pada sisi ini, terdapat
gugus prostetik yang diduga berfungsi sebagai zat
elektrofilik sehingga dapat mengkatalis reaksi
yang diinginkan. Bentuk sisi aktif sangat spesifik
sehingga diperlukan enzim yang spesifik pula.
Hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat
menjadi substrat bagi enzim. Agar dapat bereaksi,
enzim dan substrat harus saling komplementer.
MEKANISME KERJA ENZIM
1. Model Fischer (model kaku)/ (Lock and key
theory)
• Teori ini menyatakan bahwa enzim akan mengikat
substrat jika ukuran dan bentuknya sama dengan
active site enzyme. Enzim bersifat kaku. Enzim
dan substrat bergabung bersama membentuk
kompleks, seperti kunci yang masuk dalam
gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat
bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah.
Setelah bereaksi, kompleks lepas dan
melepaskan produk serta membebaskan enzim.
1. Model Fischer (model kaku)/ (Lock and key theory)
MEKANISME KERJA ENZIM
2. Model Koschland/ketepatan induksi (Induced
fit theory)
Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif
enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika
substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif
termodifikasi melingkupi substrat membentuk
kompleks. Ketika produk sudah terlepas dari
kompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang
lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi
dengan enzim tersebut.
2. Model Koschland/ketepatan induksi (Induced fit
theory)
FAKTOR-FAKTOR YANG
MEMPENGARUHI KERJA ENZIM
1.
2.
3.
4.
SUHU
DERAJAT KEASAMAN (PH)
INHIBITOR
KONSENTRASI SUBSTRAT
SUHU
1. Suhu
Enzim terdiri atas molekul-molekul protein. Oleh
karena itu, enzim masih tetap mempuyai sifat protein
yang kerjanyas dipengaruhi oleh suhu. Enzim dapat
bekerja optimum pada kisaran suhu tertentu, yaitu
sekitar suhu 40°C. Pada suhu 0°C, enzim tidak aktif.
Jika suhunya dinaikkan, enzim akan mulai aktif. Jika
suhunya dinaikkan lebih tinggi lagi sampai batas
sekitar 40 – 50°C, enzim akan bekerja lebih aktif
lagi.
SUHU
Pemanasan lebih lanjut membuat enzim akan terurai
atau terdenaturasi seperti halnya protein lainnya.
• Pada keadaan ini enzim tidak dapat bekerja.
• Enzim tidak aktif pada suhu kurang daripada 0oC.
• Kadar tindak balas enzim meningkat dua kali
ganda bagi setiap kenaikan suhu 10oC.
• Kadar tindak balas enzim paling optimum pada
suhu 37oC. Enzim terdenaturasi pada suhu tinggi
yaitu lebih dari 50oC.
DERAJAT KEASAMAN (pH)
Enzim bekerja pada pH tertentu, umumnya pada
netral, kecuali beberapa jenis enjim yang bekerja
pada suasana asam atau suasana basa. Jika enzim
yang bekerja optimum pada suasana netral
ditempatkan pada suasana basa ataupun asam,
enzim tersebut tidak akan bekerja atau bahkan
rusak. Begitu juga sebaliknya, jika suatu enzim
bekerja optimal pada suasana basa atau asam
tetapi ditempatkan pada keadaan asam atau basa,
enzim tersebut akan rusak. Contohnya, enzim
pepsin yang terdpat di dalam lambung, efektif
bekerja pada pH rendah.
DERAJAT KEASAMAN (pH)
• Setiap enzim bertindak paling baik pada nilai pH
tertentu yang disebut sebagai pH optimum.
• pH optimum bagi kebanyakan enzim ialah pH 7.
• Terdapat beberapa pengecualian, misalnya enzim
pepsin di dalam perut bertindak balas paling baik
pada pH 2, sementara enzim tripsin di dalam usus
kecil bertindak paling baik pada pH 8.
INHIBITOR
Hal lain yang mempengaruhi kerja enzim adalah
feed back inhibitor.
Feed back inhibitor adalah keadaan pada saat
substansi hasil (produk) kerja enzim yang
terakumulasi dalam jumlah yang berlebihan akan
menghambat kerja enzim yang bersangkutan.
a.
Inhibitor Kompetitif
b.
Inhibitor Non-kompetitif
KONSENTRASI SUBSTRAT
Mekanisme kerja enzim juga ditentukan oleh jumlah
atau konsentrasi substrat yang tersedia. Jika jumlah
substratnya sedikit, kecepatan kerja enzim juga
rendah.
Sebaliknya, jika jumlah substrat yang tersedia
banyak, kerja enzim juga cepat. Pada keadaan
substrat berlebih, kerja enzim tidak sampai menurun
tetapi konstan.
TERIMAKASIH