BAB II - Blog UB

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kehidupan adalah ciri yang membedakan objek yang memiliki isyarat dan
proses penopang diri (organisme hidup) dengan objek yang tidak
memilikinya, baik karena fungsi-fungsi tersebut telah mati atau karena
mereka tidak memiliki fungsi tersebut dan diklasifikasikan sebagai benda
mati. Ilmu yang berkaitan dengan studi tentang kehidupan adalah biologi.
Organisme hidup mengalami metabolisme, mempertahankan homeostasis,
memiliki kapasitas untuk tumbuh, menanggapi rangsangan, bereproduksi,
dan melalui seleksi alam beradaptasi dengan lingkungan mereka dalam
generasi berturut-turut. Organisme hidup yang lebih kompleks dapat
berkomunikasi melalui berbagai cara. Sebuah susunan beragam dari
organisme hidup (bentuk kehidupan) dapat ditemukan di biosfer di bumi,
dan sifat-sifat umum dari organisme ini tumbuhan, hewan, fungi, protista,
archaea, dan bakteri adalah bentuk sel berbasis karbon dan air, dengan
organisasi kompleks dan informasi genetik yang bisa diwariskan.
Dalam filsafat dan agama, konsepsi kehidupan dan sifatnya bervariasi.
Keduanya menawarkan interpretasi mengenai bagaimana kehidupan
berkaitan dengan keberadaan dan kesadaran, dan keduanya menyentuh isuisu terkait, termasuk sikap hidup, tujuan, konsep tuhan atau dewa, jiwa atau
kehidupan setelah kematian.
1
B. Tujuan
Mengetahui hubungan kimia dengan kehidupan khususnya pada tumbuhan.
2
BAB II
PEMBAHASAN
Biokimia adalah kimia makhluk hidup. Biokimiawan mempelajari molekul dan
reaksi kimia terkatalisis oleh enzim yang berlangsung dalam semua organisme.
Biokimia merupakan ilmu yang mempelajari struktur dan fungsi komponen selular,
seperti protein, karbohidrat, lipid, asam nukleat, dan biomolekul lainnya. Saat ini
biokimia lebih terfokus secara khusus pada kimia reaksi termediasi enzim dan
sifat-sifat protein.
Saat ini, biokimia metabolisme sel telah banyak dipelajari. Bidang lain dalam
biokimia di antaranya sandi genetik (DNA, RNA), sintesis protein, angkutan
membran sel, dan transduksi sinyal.
Perkembangan biokimia
Kebangkitan biokimia diawali dengan penemuan pertama molekul enzim, diastase,
pada tahun 1833 oleh Anselme Payen. Tahun 1828, Friedrich Wöhler menerbitkan
sebuah buku tentang sintesis urea, yang membuktikan bahwa senyawa organik
dapat dibuat secara mandiri. Penemuan ini bertolak belakang dengan pemahaman
umum pada waktu itu yang meyakini bahwa senyawa organik hanya bisa dibuat
oleh organisme. Istilah biokimia pertama kali dikemukakan pada tahun 1903 oleh
Karl Neuber, seorang kimiawan Jerman. Sejak saat itu, biokimia semakin
berkembang, terutama sejak pertengahan abad ke-20, dengan ditemukannya
teknik-teknik baru seperti kromatografi, difraksi sinar X, elektroforesis, RMI
(nuclear magnetic resonance, NMR), pelabelan radioisotop, mikroskop elektron,
dan simulasi dinamika molekular. Teknik-teknik ini memungkinkan penemuan dan
analisis yang lebih mendalam berbagai molekul dan jalur metabolik sel, seperti
3
glikolisis dan siklus Krebs. Perkembangan ilmu baru seperti bioinformatika juga
banyak membantu dalam peramalan dan pemodelan struktur molekul raksasa.
Saat ini, penemuan-penemuan biokimia digunakan di berbagai bidang, mulai dari
genetika hingga biologi molekular dan dari pertanian hingga kedokteran.
Penerapan biokimia yang pertama kali barangkali adalah dalam pembuatan roti
menggunakan khamir, sekitar 5000 tahun yang lalu.
Biomolekul
Ada 4 kelas molekul utama dalam biokimia yaitu: karbohidrat, lipid, protein, dan
asam nukleat. Banyak molekul biologi merupakan "polimer": dalam kasus ini,
monomer adalah mikromolekul yang relatif kecil yang bergabung menjadi satu
untuk membentuk makromolekul-makromolekul, yang kemudian disebut sebagai
"polimer". Ketika banyak monomer bergabung untuk mensintesis sebuah polimer
biologis, mereka melalui proses/tahap yang disebut dengan sintesis dehidrasi.
Karbohidrat tersusun dari monomer yang disebut sebagai monosakarida. Contoh
dari monosakarida adalah glukosa (C6H12O6), fruktosa (C6H12O6), dan deoksiribosa
(C5H10O4). Ketika 2 monosakarida melalui proses sintesis dehidrasi, maka air akan
terbentuk, karena 2 atom hidrogen dan satu atom oksigen telepas dari 2 gugus
hidroksil monosakarida.
Lipid biasanya terbentuk dari satu molekul gliserol yang bergabung dengan
molekul lain. Di trigliserida, ada satu mol gliserol dan tiga molekul asam lemak.
Asam lemak merupakan monomer disini.
Lipid, terutama fosfolipid, juga digunakan di beberapa produk obat-obatan,
misalnya sebagai bahan pelarut (contohnya di infus parenteral) atau sebagai
komponen pembawa obat (contohnya di liposom atau transfersom).
4
Protein merupakan molekul yang sangat besar atau makrobiopolimer yang
tersusun dari monomer yang disebut asam amino. Ada 20 asam amino standar,
yang masing-masing terdiri dari sebuah gugus karboksil, sebuah gugus amino, dan
rantai samping (disebut sebagai grup "R"). Grup "R" ini yang menjadikan setiap
asam amino berbeda, dan ciri-ciri dari rantai samping ini akan berpengaruh
keseluruhan terhadap suatu protein. Ketika asam amino bergabung, mereka
membentuk ikatan khusus yang disebut ikatan peptida melalui sintesis dehidrasi,
dan menjadi Polipeptida, atau protein.
Asam nukleat
Struktur dari asam deoksiribosa nukleat (DNA), gambar ini menunjukkan
monomernya diletakkan bersamaan.
Asam nukleat adalah molekul yang membentuk DNA, substansi yang sangat
penting yang digunakan oleh semua organisme seluler untuk menyimpan informasi
genetik. Jenis asam nukleat yang paling umum adalah asam deoksiribosa nukleat
dan asam ribonukleat. Monomernya disebut nukleotida. Nukleotida yang paling
umum diantaranya Adenin, Sitosin, Guanin, Timin, dan Urasil. Adenin
5
berpasangan dengan timin dan urasil, timin hanya berpasangan dengan adenin;
sitosin dan guanin hanya dapat berpasangan satu sama lain.
Karbohidrat
Fungsi dari karbohidrat adalah sebagai pembangun dan sumber energi. Gula
merupakan karbohidrat, tapi tidak semua karbohidrat adalah gula. Jumlah
karbohidrat di bumi lebih banyak daripada jumlah biomolekul manapun.
Monosakarida
Tipe karbohidrat yang paling sederhana adalah monosakarida, yang biasanya
terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen, kebanyakan dengan perbandingan
1:2:1 (formula umumnya CnH2nOn, dimana n paling kecil adalah 3). Glukosa, salah
satu karbohidrat yang paling penting, merupakan contoh dari monosakarida. Juga
termasuk dengan fruktosa, gula yang biasanya ditemukan dalam manisnya buahbuahan.[1][a] Beberapa karbohidrat (terutama setelah kondensasi menjadi oligo- dan
polisakarida) memiliki jumlah karbon yang relatif lebih rendah daripada H dan O.
Monosakarida dapat dikelompokkan ke aldosa (mempunyai grup aldehida di akhir
rantainya, contohnya glukosa) dan ketosa (mempunyai grup keton di rantainya,
contohnya fruktosa).
Dua monosakarida dapat bergabung menjadi satu melalui sintesis dehidrasi. Maka,
akan dilepaskan satu atom hidrogen dan satu grup hidroksil (OH-). Atom hidrogen
dan hidroksil akan bergabung dan membentuk molekul air (H-OH atau H2O), maka
dari itu disebut "dehidrasi". Molekul baru ini disebut "disakarida". Reaksinya pun
bisa berbalik arah (reaksi pemecahan), dengan menggunakan satu molekul air
untuk memecah satu molekul disakarida, maka akan memecah ikatan glikosidik
pada disakarida. Reaksi inilah yang disebut dengan hidrolisis. Jenis disakarida
yang paling dikenal adalah sukrosa atau yang biasanya kita kenal dengan gula tebu.
6
Satu molekul sukrosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa.
Disakarida yang lain contohnya laktosa, terdiri dari satu molekul glukosa dan satu
molekul galaktosa. Di dalam tubuh, dikenal adanya enzim laktase yang memecah
laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Biasanya, pada orang berusia lanjut,
produksi laktase semakin sedikit dan akibatnya adalah penyakit intoleransi laktosa.
Oligosakarida dan polisakarida
Ketika beberapa (sekitar 3-6) monosakarida bergabung menjadi satu, maka akan
disebut sebagai oligosakarida (oligo- artinya "sedikit"). Jika banyak monosakarida
bergabung menjadi satu, maka akan disebut sebagai polisakarida. Monosakarida
dapat bergabunf membentuk satu rantai panjang, atau mungkin bercabang-cabang.
2 jenis polisakarida yang paling dikenal adalah selulosa dan glikogen, dua-duanya
terdiri dari monomer glukosa.
 Selulosa dibuat oleh tumbuhan dan merupakan komponen penting yang
membentuk dinding sel. Manusia tidak bisa membuat ataupun mencerna
selulosa.

Glikogen, atau nama lainnya adalah gula otot, digunakan oleh manusia dan
hewan sebagai sumber energi.
7
Penggunaan karbohidat sebagai sumber energi
Glukosa merupakan sumber energi utama bagi makhluk hidup. Contohnya,
polisakarida akan dipecah menjadi monomer-monomernya (fosforilase glikogen
akan membuang residu glukosa dari glikogen). Disakarida seperti laktosa atau
sukrosa akan dipecah menjadi 2 komponen monosakaridanya.
Glikolisis (anaerob)
Glukosa akan dicerna dalam tubuh dalam reaksi respirasi. Tahapan pertama dalam
reaksi respirasi adalah glikolisis. Tahapan glikolisis dimulai dari satu molekul
glukosa sampai tahap akhirnya akan dihasilkan 2 molekul piruvat. Tahap ini juga
akan menghasilkan 2 ATP dan memberikan dua elektron dan satu hidrogen pada
NAD+ sehingga menjadi NADH. Tahap ini tidak membutuhkan oksigen. Jika
persediaan oksigen dalam tubuh tidak cukup, maka NADH akan digunakan untuk
mengubah piruvat menjadi asam laktat (dalam tubuh manusia]] atau menjadi etanol
dan karbon dioksida.
Aerob
Dalam respirasi aerob, sel yang mendapat cukup oksigen, piruvat yang dihasilkan
dari tahap glikolisis akan dicerna kembali dan diubah menjadi Asetil Ko-A. Piruvat
akan membuang satu atom karbonnya (menjadi karbon dioksida) dan akan
memberikan elektronnya lagi pada NAD+ sehingga menjadi NADH. 2 molekul
Asetil Ko-A akan memasuki tahap siklus Krebs, dan akan menghasilkan lagi 2
ATP, 6 molekul NADH, dan 2 ubiquinon (FADH2), serta karbon dioksida. Energi
di NADH dan FADH2 nantinya akan digunakan di transpor elektron. Energi ini
dipakai dengan cara dilepaskannya elektron dan H+ dari NADH dan FADH2 secara
bertahap di sistem transpor elektron. Sistem transpor elektron akan memompa H+
keluar dari membran dalam mitokondria. Konsentrasi H+ di luar membran dalam
8
mitokondria akan menyebabkan gradien proton, sehingga H+ akan masuk kembali
ke membran dalam mitokondria melalui ATP sintase. Oksigen bertugas sebagai
penerima elektron akhir, sehingga proses pembentukan ATP terus berlanjut.
Oksigen yang bergabung dengan H+ akan membentuk air. NAD+ dan FAD akan
digunakan kembali dalam sistem respirasi, seperti yang telah dijelaskan
sebelumnya. Hal ini yang menyebabkan mengapa kita menghirup oksigen dan
melepaskan karbon dioksida. Dalam 1 molekul glukosa akan dihasilkan total 36
ATP, dan satu ATP dapat melepaskan 7,3 kilokalori.
Glukoneogenesis
Dalam tubuh vertebrata, otot lurik yang dipaksa bekerja keras (misalnya selagi
angkat beban atau lari), tidak akan mendapatkan oksigen yang cukup sehingga
akan melakukan metabolisme anaerob, maka akan mengubah glukosa menjadi
asam laktat. Organ hati akan menghasilkan kembali glukosa tersebut, melalui
proses yang dinamakan glukoneogenesis. Proses glukoneogenesis sebenarnya
membutuhkan energi 3 kali lebih banyak daripada yang dihasilkan dalam proses
glikolisis (ada 6 ATP yang dibuat, sedangkan glikolisis hanya menghasilkan 2
ATP).
Protein
Seperti karbohidrat, beberapa protein juga memiliki fungsi vital dalam tubuh.
Contohnya, pergerakan dari protein aktin dan miosin sangat berperan bagi
kontraksi otot lurik. Salah satu ciri dari kebanyakan protein adalah mereka hanya
dapat mengikat secara spesifik, hanya satu molekul tertentu atau satu grup
molekul, sehingga sangat selektif. Antibodi adalah satu contoh protein yang hanya
dapat mengikat satu tipe molekul saja. Salah satu jenis protein yang paling penting
9
adalah enzim. Molekul enzim hanya dapat mengenali satu jenis molekul reaktan
saja, reaktan ini disebut sebagai substrat. Enzim akan mengkatalis reaksi, sehingga
energi aktivasi akan menurun, dan kecepatan reaksi dapat berlangsung lebih cepat
sampai 1011 kalinya. Sebuah reaksi mungkin akan memakan waktu 3.000 tahun
untuk betul-betul selesai, tapi dengan enzim mungkin menjadi kurang dari satu
detik. Enzim sendiri tidak digunakan dalam proses reaksinya, sehingga akan
langsung mengkatalis substrat lainnya.
Pada dasarnya, protein terdiri dari rantai asam amino. Sebuah asam amino terdiri
dari satu atom karbon yang berikatan dengan 4 grup. Grup pertama dalah gugus
amino, —NH2, grup kedua adalah asam karboksilik, —COOH (meskipun eksisnya
sebagai —NH3+ dan —COO− dalam kondisi fisiologis). Grup yang ketiga adalah
atom hidrogen. Grup yang keempat biasanya disingkat sebagai "—R", dan grup
inilah yang membedakan antar asam amino. Ada 20 macam asam amino standar.
Beberapa dari mereka mempunyai fungsi sendiri-sendiri, misalnya, fungsi glutamat
adalah sebagai neurotransmiter.
Asam amino dapat bergabung melalui ikatan peptida. Dalam sintesis dehidrasi ini,
sebuah molekul air akan dilepaskan dan ikatan peptida akan menghubungkan atom
nitrogen dari asam amino yang satu dengan atom karbon dari gugus asam karboksil
lain. Maka, hasilnya adalah dipeptida. Rangkaian beberapa asam amino (biasanya
lebih kecil dari 30) disebut polipeptida. Untuk rangkaian yang lebih panjang,
biasanya disebut sebagai protein. Sebagai contoh, protein albumin pada plasma
darah terdiri dari 585 residu asam amino.
Struktur dari protein bisa dijelaskan melalui empat tingkatan. Struktur utama dari
protein terdiri dari rangkaian linear asam amino, misalnya, "alanin-glisin-triptofanserin-glutamat-asparagin-glisin-lisin-…".
Struktur
sekunder
lebih
kepada
morfologi lokal. Beberapa kombinasi dari asam amino akan cenderung membentuk
10
gulungan yang disebut dengan α-helix atau menjadi lembaran yang disebut dengan
β-sheet. Struktur tersier adalah bentuk 3 dimensi protein tersebut secara
keseluruha. Bentuk ini akan ditentukan oleh urutan asam amino. Jika ada satu
perubahan saja maka akan mengubah keseluruhan struktur. Rantai alfa hemoglobin
terdiri dari 146 residu asam amino, jika residu glutamat di posisi ke-6 digantikan
dengan valin, maka akan mengubah sifat hemoglobin tersebut, dan mengakibatkan
penyakit anemia sel sabit. Struktur kuartener lebih memfokuskan pada struktur dari
protein dengan beberapa subunit peptida. Contohnya, hemoglobin dengan keempat
subunitnya. Tidak semua protein memiliki lebih dari satu subunit.
Protein yang masuk ke dalam tubuh akan dipecah menjadi asam amino atau
dipeptida di dalam usus halus, baru kemudian bisa diserap oleh tubuh. Nantinya,
asam amino ini dapat bergabung kembali untuk membentuk protein yang baru.
Produk antara dari glikolisis, siklus asam sitrat, dan jalur fosfat pentosa dapat
digunakan untuk membentuk kedua puluh macam asam amino. Manusia dan
mamalia lainnya hanya dapat mensintesa separuh dari ke-20 macam amino
tersebut. Tubuh manusia tidak dapat mensintesa isoleusin, leusin, lisin, metionin,
fenilalanin, treonin, triptofan, dan valin. Asam amino ini merupakan asam amino
esensial, karena penting bagi tubuh. Mamalia dapat mensintesa asam amino non
esensial, yaitu alanin, asparagin, aspartat, sistein, glutamat, glutamin, glisin, prolin,
serin, dan tirosin. Arginin dan histidin juga dapat disintesa mamalia, tapi hanya
dapat diproduksi dalam jumlah terbatas, sehingga terkadang juga disebut sebagai
asam amino esensial.
Jika gugus amino dilepaskan dari sebuah asam amino, maka akan menyisakan
asam keto-α. Enzim transaminase akan mudah memindahkan gugus amino yang
lepas ini ke asam keto-α lainnya. Hal ini penting di dalam biosintesis dari asam
amino, seperti dalam banyak jalur, zat antara dari jalur biokimia lainnya akan
11
diubah menjadi asam keto-α, lalu sebuah gugus amino ditambahkan lewat
transaminasi. Maka, asam amino dapat digabung-gabungkan untuk membentuk
protein.
Proses yang mirip digunakan untuk memecah protein. Pertama-tama, protein akan
terhidrolisa menjadi komponen-komponennya, yaitu asam amino. Amonia bebas
(NH3), berada dalam bentuk ion amonium (NH4+) di dalam darah, akan berbahaya
bagi tubuh, maka harus dikeluarkan. Organisme uniseluler hanya tinggal
melepaskan saja amonia ini keluar tubuh. Di dalam tubuh mamalia, amonia akan
diubah menjadi urea, lewat siklus urea.
Lipid
Kata lipid merujuk kepada suatu kelompok molekul yang beragam, termasuk juga
kelompok molekul yang sulit larut dalam air (contohnya malam, asam lemak, dan
turunan asam lemak seperti fosfolipid, sfingolipid, glikolipid, dan terpenoid.
Beberapa lipid merupakan molekul alifatik linear, tapi ada juga yang mempunyai
struktur cincin. Beberapa juga molekul aromatik, dan beberapa juga lunak.
Beberapa lipid mempunyaii sifat polar meskipun kebanyakan dari mereka
merupakan nonpolar/hidrofobik ("takut air"). Tapi ada beberapa bagian dari
strukturnya bersifat hidrofilik ("suka-air"), sehingga membuat molekul ini menjadi
amfifilik (mempunyai sifat hidrofobik dan hidrofilik). Dalam kasus kolesterol,
gugus polarnya hanya -OH (hidroksil atau alkohol). Dalam kasus fosfolipid, gugus
polarnya lebih besar sehingga dianggap polar.
Lipid merupakan salah satu unsur penting dalm tubuh. Kebanyakan produk minyak
dan produk susu yang kita gunakan untuk masak dan makan seperti mentega, keju,
dan minyak samin terdiri dari lemak. Makanan yang mengandung lemak, jika
dicerna dalam tubuh maka akan dipecah menjadi asam lemak dan gliserol.
12
Asam nukleat merupakan makromolekul biokimia yang kompleks, terdiri dari
rantai-rantai nukleotida yang menyimpan informasi genetik. Jenis asam nukleat
yang paling umum adalah asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat
(RNA). Asam nukleat ditemukan di segala jenis sel makhluk hidup. Disamping
sebagai penyimpan informasi genetik, asam nukleat juga berperan dalam
penyampai pesan kedua, serta pembentuk molekul dasar untuk adenosin trifosfat.
Monomer dari asam nukleat disebut nukleotida, dan tiap nukleotida terdiri dari 3
komponen: basa nitrogen (purin dan pirimidin), gula pentosa/senyawa gula karbon5, dan gugus fosfat. Perbedaan tipe asam nukleat dapat ditemukan di jenis gula
pada rantainya (contohnya, DNA terdiri dari 2 deoksiribosa). Juga, jenis basa
nitrogen yang mungkin ada di asam nukleat juga bisa berbeda: adenin, sitosin, dan
guanin bisa ada di RNA dan DNA, timin hanya pada DNA, dan urasil hanya pada
RNA.
Karena tidak ada definisi tegas dari kehidupan, pemahaman saat ini bersifat
deskriptif: kehidupan merupakan ciri organisme yang menunjukkan semua atau
sebagian besar dari fenomena berikut, yaitu:
1. Homeostasis: Pengaturan kondisi internal untuk mempertahankan keadaan
konstan, misalnya, konsentrasi elektrolit atau mengeluarkan keringat untuk
menurunkan suhu.
2. Organisasi: Secara struktural terdiri dari satu atau lebih sel, yang
merupakan satuan dasar kehidupan.
3. Metabolisme: Transformasi energi dengan mengubah bahan kimia dan
energi menjadi komponen selular (anabolisme) dan mengurai bahan organik
(katabolisme). Makhluk hidup membutuhkan energi untuk mempertahankan
organisasi internal (homeostasis) dan untuk menghasilkan fenomena lain
yang terkait dengan kehidupan.
13
4. Pertumbuhan: Pemeliharaan tingkat yang lebih tinggi dari katabolisme dan
anabolisme. Organisme yang tumbuh bertambah dalam ukuran di semua
bagian-bagiannya, bukan hanya sekadar mengumpulkan materi.
5. Adaptasi: Kemampuan untuk berubah selama periode waktu dalam
menanggapi lingkungan. Kemampuan ini merupakan hal mendasar untuk
proses evolusi dan ditentukan oleh perwarisan watak organisme maupun
komposisi zat yang di-metabolisme, dan berbagai faktor eksternal.
6. Respon terhadap rangsangan: respon dapat dilakukan dalam berbagai
bentuk, dari kontraksi organisme uniseluler terhadap bahan kimia eksternal,
sampai dengan reaksi kompleks yang melibatkan semua indera organisme
multiseluler. Tanggapan sering dinyatakan dengan gerak, misalnya, daun
tanaman berbalik ke arah matahari (fototropisme) dan oleh kemotaksis.
7. Reproduksi: Kemampuan untuk menghasilkan organisme individu baru,
baik secara aseksual dari organisme orang tua tunggal, atau secara seksual
dari dua organisme induk.

Sebuah jaringan umpan balik negatif rendah (mekanisme regulasi) yang berada
di bawah umpan balik positif yang lebih tinggi (potensi ekspansi, reproduksi).

Definisi
sistemik
kehidupan
adalah
bahwa
makhluk
hidup
bersifat
mengorganisir diri dan autopoiesis (memproduksi sendiri). Variasi dari definisi
ini mencakup definisi Stuart Kauffman sebagai agen otonom atau sistem multiagen yang mampu mereproduksi dirinya sendiri atau diri mereka sendiri, dan
menyelesaikan setidaknya satu siklus kerja termodinamika.

Hidup adalah sistem kimia mandiri yang mampu menjalani evolusi Darwin.

Hal-hal yang memiliki kemampuan untuk metabolisme dan pergerakan.
14

Hidup adalah penundaan pembauran atau penyebaran spontan energi internal
dari biomolekul menuju kondisi mikro yang lebih potensial.

Makhluk hidup adalah sistem termodinamika yang memiliki struktur molekul
yang terorganisir.
Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti atom serta awan
elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang
bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti atom
Hidrogen-1, yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom
terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom demikian pula
dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul. Atom yang
mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan
yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau
negatif dan disebut sebagai ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton
dan neutron yang terdapat pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom
menentukan unsur kimia atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop
unsur tersebut.
Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani (ἄτομος/átomos, α-τεμνω), yang berarti
tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep
atom sebagai komponen yang tak dapat dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan oleh
para filsuf India dan Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18, para kimiawan
meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat tertentu
tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode kimia.
Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil menemukan
struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom, membuktikan bahwa
15
'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika kuantum yang
digunakan para fisikawan kemudian berhasil memodelkan atom.
Dalam pengamatan sehari-hari, secara relatif atom dianggap sebuah objek yang
sangat kecil yang memiliki massa yang secara proporsional kecil pula. Atom hanya
dapat dipantau dengan menggunakan peralatan khusus seperti mikroskop gaya
atom. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat pada inti atom, dengan proton dan
neutron yang bermassa hampir sama. Setiap unsur paling tidak memiliki satu
isotop dengan inti yang tidak stabil, yang dapat mengalami peluruhan radioaktif.
Hal ini dapat mengakibatkan transmutasi, yang mengubah jumlah proton dan
neutron pada inti.Elektron yang terikat pada atom mengandung sejumlah aras
energi, ataupun orbital, yang stabil dan dapat mengalami transisi di antara aras
tersebut dengan menyerap ataupun memancarkan foton yang sesuai dengan
perbedaan energi antara aras. Elektron pada atom menentukan sifat-sifat kimiawi
sebuah unsur, dan memengaruhi sifat-sifat magnetis atom tersebut.
Berbagai atom dan molekul yang digambarkan pada buku John Dalton, A New
System of Chemical Philosophy (1808).
16
Pada tahun 1803, John Dalton menggunakan konsep atom untuk menjelaskan
mengapa unsur-unsur selalu bereaksi dalam perbandingan yang bulat dan tetap,
serta mengapa gas-gas tertentu lebih larut dalam air dibandingkan dengan gas-gas
lainnya. Ia mengajukan pendapat bahwa setiap unsur mengandung atom-atom
tunggal unik, dan atom-atom tersebut selanjutnya dapat bergabung untuk
membentuk senyawa-senyawa kimia.
Model atom hidrogen Bohr yang menunjukkan loncatan elektron antara orbit-orbit
tetap dan memancarkan energi foton dengan frekuensi tertentu.
Sifat-sifat
Berdasarkan definisi, dua atom dengan jumlah proton yang identik dalam intinya
termasuk ke dalam unsur kimia yang sama. Atom dengan jumlah proton sama
namun dengan jumlah neutron berbeda adalah dua isotop berbeda dari satu unsur
yang sama. Sebagai contohnya, semua hidrogen memiliki satu proton, namun
terdapat satu isotop hidrogen yang tidak memiliki neutron (hidrogen-1), satu isotop
yang memiliki satu neutron (deuterium), dua neutron (tritium), dll. Hidrogen-1
adalah bentuk isotop hidrogen yang paling umum. Kadang-kadang ia disebut
sebagai protium.Semua isotop unsur yang bernomor atom lebih besar daripada 82
bersifat radioaktif.
17
Karena mayoritas massa atom berasal dari proton dan neutron, jumlah keseluruhan
partikel ini dalam atom disebut sebagai nomor massa.
Proses-Proses Kimia Pada Tumbuhan
Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi
yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan
menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi
cahaya matahari.Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang
dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi
kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen
yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui
fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis
merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas
dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energy. Cara
lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui
kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.
Pigmen
Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel, tetapi hanya pada sel
yang mengandung pigmen fotosintetik. Sel yang tidak mempunyai pigmen
fotosintetik ini tidak mampu melakukan proses fotosintesis. Pada percobaan Jan
Ingenhousz, dapat diketahui bahwa intensitas cahaya memengaruhi laju
fotosintesis pada tumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena perbedaan energi yang
dihasilkan oleh setiap spektrum cahaya. Di samping adanya perbedaan energi
tersebut, faktor lain yang menjadi pembeda adalah kemampuan daun dalam
menyerap berbagai spektrum cahaya yang berbeda tersebut. Perbedaan
18
kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya tersebut disebabkan
adanya perbedaan jenis pigmen yang terkandung pada jaringan daun.
Di dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan
jaringan pagar. Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung
pigmen hijau klorofil. Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis
yang berperan penting dalam menyerap energi matahari.
Kloroplas
Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk
batang dan buah yang belum matang. Di dalam kloroplas terdapat pigmen klorofil
yang berperan dalam proses fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti
cakram dengan ruang yang disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan
membran. Membran stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya terdapat ruangruang antar membran yang disebut lokuli. Di dalam stroma juga terdapat lamelalamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana (kumpulan granum). Granum
sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat terjadinya reaksi
terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid. Bila
sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa komponen seperti protein,
klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid. Secara keseluruhan, stroma berisi
protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ionion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun perak (Cu). Pigmen fotosintetik
terdapat pada membran tilakoid. Sedangkan, pengubahan energi cahaya menjadi
energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang
dibentuk di dalam stroma. Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian
dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.
Fotosistem
19
Fotosistem adalah suatu unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari
yang terdiri dari klorofil a, kompleks antena, dan akseptor elektron. Di dalam
kloroplas terdapat beberapa macam klorofil dan pigmen lain, seperti klorofil a
yang berwarna hijau muda, klorofil b berwarna hijau tua, dan karoten yang
berwarna kuning sampai jingga. Pigmen-pigmen tersebut mengelompok dalam
membran tilakoid dan membentuk perangkat pigmen yang berperan penting dalam
fotosintesis.
Klorofil a berada dalam bagian pusat reaksi. Klorofil ini berperan dalam
menyalurkan elektron yang berenergi tinggi ke akseptor utama elektron. Elektron
ini selanjutnya masuk ke sistem siklus elektron. Elektron yang dilepaskan klorofil
a mempunyai energi tinggi sebab memperoleh energi dari cahaya yang berasal dari
molekul perangkat pigmen yang dikenal dengan kompleks antena.
Fotosistem sendiri dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan fotosistem
II. Pada fotosistem I ini penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang
sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm sehingga klorofil a
disebut juga P700. Energi yang diperoleh P700 ditransfer dari kompleks antena.
Pada fotosistem II penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif
terhadap panjang gelombang 680 nm sehingga disebut P680. P680 yang teroksidasi
merupakan agen pengoksidasi yang lebih kuat daripada P700. Dengan potensial
redoks yang lebih besar, akan cukup elektron negatif untuk memperoleh elektron
dari molekul-molekul air.
Fotosintesis pada tumbuhan
Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung
dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk
20
menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi
untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis.
Perhatikan
persamaan
reaksi
yang
menghasilkan
glukosa
berikut
ini:
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa
dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui
respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum
reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas.
Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen
untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.
Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil.
Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam
organel yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan
dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau
mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam
daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta
kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis
tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian
besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin
yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari
ataupun penguapan air yang berlebihan.
Proses
Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun.
Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk
melangsungkan reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis,
21
tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya
dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian
utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak
memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).
Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap terjadi
di dalam stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi
energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2). Sedangkan dalam reaksi gelap terjadi
seri reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP dan
NADPH). Energi yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi
terang. Pada proses reaksi gelap tidak dibutuhkan cahaya matahari. Reaksi gelap
bertujuan untuk mengubah senyawa yang mengandung atom karbon menjadi
molekul gula. Dari semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang
gelombang tertentu yang dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitu
panjang gelombang yang berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm).
Cahaya tampak terbagi atas cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600
nm), biru (410 - 500 nm) dan violet (< 400 nm). Masing-masing jenis cahaya
berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis. Hal ini terkait pada sifat pigmen
penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada
membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu.
Pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda.
Kloroplas mengandung beberapa pigmen. Sebagai contoh, klorofil a terutama
menyerap cahaya biru-violet dan merah. Klorofil b menyerap cahaya biru dan
oranye dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a berperan langsung dalam
reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan dalam reaksi
terang. Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi
22
tinggi dari klorofil a yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor
elektron. Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi fotosintesis.
Reaksi terang
Reaksi terang dari fotosintesis pada membran tilakoid
Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2.
Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Proses diawali dengan
penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.
Reaksi terang melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu
fotosistem I dan II. Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa
fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm,
sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap
cahaya pada panjang gelombang 680 nm.
Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap
cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan menyebabkan
muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil
elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Molekul air akan dipecahkan
oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim. Hal ini akan mengakibatkan
pelepasan H+ di lumen tilakoid. Dengan menggunakan elektron dari air,
selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2.
Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer
tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H +
yang disebut sitokrom b6-f kompleks.
Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II adalah:
2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 + 2PQH2
23
Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I
dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah
bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Kejadian
ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid.
Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah:
2PQH2 + 4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H+ (lumen)
Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I. Fotosistem
ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tapi mengandung kompleks inti
terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari H2O melalui kompleks inti
PS II lebih dahulu. Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I berfungsi
mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S
larut yang disebut feredoksin.
Reaksi keseluruhan pada PS I adalah:
Cahaya + 4PC(Cu+) + 4Fd(Fe3+) → 4PC(Cu2+) + 4Fd(Fe2+)
Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir pengangkutan
elektron untuk mereduksi NADP+ dan membentuk NADPH. Reaksi ini dikatalisis
dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase.
Reaksinya adalah:
4Fd (Fe2+) + 2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+) + 2NADPH
24
Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam ATP
sintase. ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan
pengangkutan elektron dan H+ melintasi membran tilakoid. Masuknya H+ pada
ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat
anorganik
(Pi)
menjadi
ATP.
Reaksi
terang
adalah
sebagai
berikut:
Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O → ATP + NADPH + 3H+ + O2
Reaksi gelap
Reaksi gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur, yaitu siklus CalvinBenson dan siklus Hatch-Slack. Pada siklus Calvin-Benson tumbuhan mengubah
senyawa ribulosa 1,5 bisfosfat menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga
yaitu senyawa 3-phosphogliserat. Oleh karena itulah tumbuhan yang menjalankan
reaksi gelap melalui jalur ini dinamakan tumbuhan C-3. Penambatan CO2 sebagai
sumber karbon pada tumbuhan ini dibantu oleh enzim rubisco. Tumbuhan yang
reaksi gelapnya mengikuti jalur Hatch-Slack disebut tumbuhan C-4 karena
senyawa yang terbentuk setelah penambatan CO2 adalah oksaloasetat yang
memiliki empat atom karbon. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate
carboxilase.
Siklus Calvin-Benson
Siklus Calvin-Benson
Mekanisme siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi CO2 oleh ribulosa
difosfat karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat. RuBP merupakan enzim
alosetrik yang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari
25
pencahayaan kloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini distimulasi oleh peningkatan
pH. Jika kloroplas diberi cahaya, ion H+ ditranspor dari stroma ke dalam tilakoid
menghasilkan peningkatan pH stroma yang menstimulasi enzim karboksilase,
terletak di permukaan luar membran tilakoid. Kedua, reaksi ini distimulasi oleh
Mg2+, yang memasuki stroma daun sebagai ion H+, jika kloroplas diberi cahaya.
Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh NADPH, yang dihasilkan oleh fotosistem I
selama pemberian cahaya.
Fiksasi CO2 ini merupakan reaksi gelap yang distimulasi oleh pencahayaan
kloroplas. Fikasasi CO2 melewati proses karboksilasi, reduksi, dan regenerasi.
Karboksilasi melibatkan penambahan CO2 dan H2O ke RuBP membentuk dua
molekul 3-fosfogliserat(3-PGA). Kemudian pada fase reduksi, gugus karboksil
dalam 3-PGA direduksi menjadi 1 gugus aldehida dalam 3-fosforgliseradehida (3Pgaldehida). Reduksi ini tidak terjadi secara langsung, tapi gugus karboksil dari 3PGA pertama-tama diubah menjadi ester jenis anhidrida asam pada asam 1,3bifosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terakhir dari ATP.
ATP ini timbul dari fotofosforilasi dan ADP yang dilepas ketika 1,3-bisPGA
terbentuk, yang diubah kembali dengan cepat menjadi ATP oleh reaksi
fotofosforilasi tambahan. Bahan pereduksi yang sebenarnya adalah NADPH, yang
menyumbang 2 elektron. Secara bersamaan, Pi dilepas dan digunakan kembali
untuk mengubah ADP menjadi ATP.
Pada fase regenerasi, yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk
bereaksi dengan CO2 tambahan yang berdifusi secara konstan ke dalam dan
melalui stomata. Pada akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi tiap
molekul CO2 yang ditambat, digunakan untuk mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi
RuBP, kemudian daur dimulai lagi.
26
Tiga putaran daur akan menambatkan 3 molekul CO2 dan produk akhirnya adalah
1,3-Pgaldehida. Sebagian digunakan kloroplas untuk membentuk pati, sebagian
lainnya dibawa keluar. Sistem ini membuat jumlah total fosfat menjadi konstan di
kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat di sitosol. Triosa fosfat
digunakan sitosol untuk membentuk sukrosa.
Siklus Hatch-Slack
Berdasarkan cara memproduksi glukosa, tumbuhan dapat dibedakan menjadi
tumbuhan C3 dan C4. Tumbuhan C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari
daerah subtropis. Tumbuhan ini menghasilkan glukosa dengan pengolahan CO2
melalui siklus Calvin, yang melibatkan enzim Rubisco sebagai penambat CO2.
Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk menghasilkan molekul glukosa. Namun,
ATP ini dapat terpakai sia-sia tanpa dihasilkannya glukosa. Hal ini dapat terjadi
jika ada fotorespirasi, di mana enzim Rubisco tidak menambat CO2 tetapi
menambat O2. Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang umumnya ditemukan di
daerah tropis. Tumbuhan ini melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO2
menjadi glukosa. Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim
yang akan mengikat CO2 dari udara dan kemudian akan menjadi oksaloasetat.
Oksaloasetat akan diubah menjadi malat. Malat akan terkarboksilasi menjadi
piruvat dan CO2. Piruvat akan kembali menjadi PEPco, sedangkan CO2 akan
masuk ke dalam siklus Calvin yang berlangsung di sel bundle sheath dan
melibatkan enzim RuBP. Proses ini dinamakan siklus Hatch Slack, yang terjadi di
sel mesofil. Dalam keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.
Faktor penentu laju fotosintesis
Proses fotosintesis dipengaruhi beberapa faktor yaitu faktor yang dapat
memengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan maupun faktor yang
27
tidak memengaruhi secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi organ
yang penting bagi proses fotosintesis. Proses fotosintesis sebenarnya peka terhadap
beberapa kondisi lingkungan meliputi kehadiran cahaya matahari, suhu
lingkungan, konsentrasi karbondioksida (CO2). Faktor lingkungan tersebut dikenal
juga sebagai faktor pembatas dan berpengaruh secara langsung bagi laju
fotosintesis.
Faktor pembatas tersebut dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi
optimum meskipun kondisi lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah
sebabnya faktor-faktor pembatas tersebut sangat memengaruhi laju fotosintesis
yaitu dengan mengendalikan laju optimum fotosintesis. Selain itu, faktor-faktor
seperti translokasi karbohidrat, umur daun, serta ketersediaan nutrisi memengaruhi
fungsi organ yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut
memengaruhi laju fotosintesis.
Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis :
1. Intensitas cahaya
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
2. Konsentrasi karbon dioksida
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang
dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3. Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja
pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring
dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
4. Kadar air
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup,
28
menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju
fotosintesis.
5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan
naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju
fotosintesis akan berkurang.
6. Tahap pertumbuhan
Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada
tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini
mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak
energi dan makanan untuk tumbuh.
Metabolisme
Santorio Santorio (1561—1636) diyakini pertama kali melakukan eksperimen atas
metabolisme dengan menggunakan timbangan besar.
29
Metabolisme (bahasa Yunani: μεταβολισμος, metabolismos, perubahan) adalah
semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme, termasuk yang terjadi di
tingkat selular.
Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik,

katabolisme, yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk
mendapatkan energi

anabolisme, yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekulmolekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh. Kedua arah lintasan
metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah
lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai
hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada senyawa organik,
penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu percepatan reaksi
kimia disebut katalis.
Pada setiap arah metabolisme, reaksi kimiawi melibatkan sejumlah substrat yang
bereaksi dengan dikatalisis enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan
senyawa intermediat, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya.
Keseluruhan pereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi disebut
metabolom. Semua ini dipelajari pada suatu cabang ilmu biologi yang disebut
metabolomika.
Jalur metabolisme
Jalur-jalur metabolisme penting mencakup:
Jalur umum
30

Metabolisme karbohidrat

Metabolisme lemak

Metabolisme protein

Metabolisme asam nukleat

Metabolisme asam assetat
Katabolisme
Jalur katabolisme yang menguraikan molekul kompleks menjadi senyawa
sederhana mencakup:

Respirasi sel, jalur metabolisme yang menghasilkan energi (dalam bentuk
ATP dan NADPH) dari molekul-molekul bahan bakar (karbohidrat, lemak,
dan protein). Jalur-jalur metabolisme respirasi sel juga terlibat dalam
pencernaan makanan.
o
Katabolisme karbohidrat

Glikogenolisis, pengubahan glikogen menjadi glukosa.

Glikolisis, pengubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa
membutuhkan oksigen.

o


Jalur pentosa fosfat, pembentukan NADPH dari glukosa.
Katabolisme protein, hidrolisis protein menjadi asam amino.
Respirasi aerobik
o
Transpor elektron
o
Fosforilasi oksidatif
Respirasi anaerobik,
o
Daur Cori
o
Fermentasi asam laktat
31
o
Fermentasi
o
Fermentasi etanol
Anabolisme
Jalur anabolisme yang membentuk senyawa-senyawa dari prekursor sederhana
mencakup:

Glikogenesis, pembentukan glikogen dari glukosa.

Glukoneogenesis, pembentukan glukosa dari senyawa organik lain.

Jalur sintesis porfirin

Jalur HMG-CoA reduktase, mengawali pembentukan kolesterol dan
isoprenoid.

Metabolisme sekunder, jalur-jalur metabolisme yang tidak esensial bagi
pertumbuhan,
perkembangan,
maupun
reproduksi,
namun
biasanya
berfungsi secara ekologis, misalnya pembentukan alkaloid dan terpenoid.

Fotosintesis

Siklus Calvin dan fiksasi karbon
Air
Air adalah senyawa yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui
sampai saat ini di bumi, tetapi tidak di planet lain. Air menutupi hampir 71%
permukaan bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di
bumi. Air sebagian besar terdapat di laut (air asin) dan pada lapisan-lapisan es (di
kutub dan puncak-puncak gunung), akan tetapi juga dapat hadir sebagai awan,
hujan, sungai, muka air tawar, danau, uap air, dan lautan es. Air dalam obyekobyek tersebut bergerak mengikuti suatu siklus air, yaitu: melalui penguapan,
hujan, dan aliran air di atas permukaan tanah (runoff, meliputi mata air, sungai,
32
muara) menuju laut. Air bersih penting bagi kehidupan manusia. Di banyak tempat
di dunia terjadi kekurangan persediaan air. Selain di bumi, sejumlah besar air juga
diperkirakan terdapat pada kutub utara dan selatan planet Mars, serta pada bulanbulan Europa dan Enceladus. Air dapat berwujud padatan (es), cairan (air) dan gas
(uap air). Air merupakan satu-satunya zat yang secara alami terdapat di permukaan
bumi dalam ketiga wujudnya tersebut.
Sifat-sifat kimia dan fisika
Air
Informasi dan sifat-sifat
Nama sistematis
Nama alternatif
Air
aqua,
dihidrogen
monoksida,
Hidrogen hidroksida
Rumus molekul
H2O
Massa molar
18.0153 g/mol
33
Densitas dan fase
0.998
g/cm³
(cariran
pada
20 °C)
0.92 g/cm³ (padatan)
Titik lebur
0 °C (273.15 K) (32 °F)
Titik didih
100 °C (373.15 K) (212 °F)
Kalor jenis
4184 J/(kg·K) (cairan pada 20 °C)
Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H2O: satu molekul air tersusun atas
dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Air bersifat
tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar, yaitu pada
tekanan 100 kPa (1 bar) and temperatur 273,15 K (0 °C). Zat kimia ini merupakan
suatu pelarut yang penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak
zat kimia lainnya, seperti garam-garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak
macam molekul organik.
Keadaan air yang berbentuk cair merupakan suatu keadaan yang tidak umum
dalam kondisi normal, terlebih lagi dengan memperhatikan hubungan antara
hidrida-hidrida lain yang mirip dalam kolom oksigen pada tabel periodik, yang
mengisyaratkan bahwa air seharusnya berbentuk gas, sebagaimana hidrogen
sulfida. Dengan memperhatikan tabel periodik, terlihat bahwa unsur-unsur yang
mengelilingi oksigen adalah nitrogen, flor, dan fosfor, sulfur dan klor. Semua
elemen-elemen ini apabila berikatan dengan hidrogen akan menghasilkan gas pada
temperatur dan tekanan normal. Alasan mengapa hidrogen berikatan dengan
oksigen membentuk fasa berkeadaan cair, adalah karena oksigen lebih bersifat
elektronegatif ketimbang elemen-elemen lain tersebut (kecuali flor). Tarikan atom
oksigen pada elektron-elektron ikatan jauh lebih kuat dari pada yang dilakukan
oleh atom hidrogen, meninggalkan jumlah muatan positif pada kedua atom
hidrogen, dan jumlah muatan negatif pada atom oksigen. Adanya muatan pada
tiap-tiap atom tersebut membuat molekul air memiliki sejumlah momen dipol.
34
Gaya tarik-menarik listrik antar molekul-molekul air akibat adanya dipol ini
membuat masing-masing molekul saling berdekatan, membuatnya sulit untuk
dipisahkan dan yang pada akhirnya menaikkan titik didih air. Gaya tarik-menarik
ini disebut sebagai ikatan hidrogen.
Air sering disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat
kimia. Air berada dalam kesetimbangan dinamis antara fase cair dan padat di
bawah tekanan dan temperatur standar. Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan
sebagai sebuah ion hidrogen (H+) yang berasosiasi (berikatan) dengan sebuah ion
hidroksida (OH-).
Elektrolisis air
Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya
arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Pada katoda, dua molekul air
bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion
hidrokida (OH-). Sementara itu pada anoda, dua molekul air lain terurai menjadi
gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katoda. Ion
H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul
air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai
berikut.
Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung
pada elektroda dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk
menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang dapat digunakan
sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.
Kelarutan (solvasi)
35
Air adalah pelarut yang kuat, melarutkan banyak jenis zat kimia. Zat-zat yang
bercampur dan larut dengan baik dalam air (misalnya garam-garam) disebut
sebagai zat-zat "hidrofilik" (pencinta air), dan zat-zat yang tidak mudah tercampur
dengan air (misalnya lemak dan minyak), disebut sebagai zat-zat "hidrofobik"
(takut-air). Kelarutan suatu zat dalam air ditentukan oleh dapat tidaknya zat
tersebut menandingi kekuatan gaya tarik-menarik listrik (gaya intermolekul dipoldipol) antara molekul-molekul air. Jika suatu zat tidak mampu menandingi gaya
tarik-menarik antar molekul air, molekul-molekul zat tersebut tidak larut dan akan
mengendap dalam air.
Kohesi dan adhesi
Air menempel pada sesamanya (kohesi) karena air bersifat polar. Air memiliki
sejumlah muatan parsial negatif (σ-) dekat atom oksigen akibat pasangan elektron
yang (hampir) tidak digunakan bersama, dan sejumlah muatan parsial positif (σ+)
dekat atom oksigen. Dalam air hal ini terjadi karena atom oksigen bersifat lebih
elektronegatif dibandingkan atom hidrogen—yang berarti, ia (atom oksigen)
memiliki lebih "kekuatan tarik" pada elektron-elektron yang dimiliki bersama
dalam molekul, menarik elektron-elektron lebih dekat ke arahnya (juga berarti
menarik muatan negatif elektron-elektron tersebut) dan membuat daerah di sekitar
atom oksigen bermuatan lebih negatif ketimbang daerah-daerah di sekitar kedua
atom hidrogen.
Air memiliki pula sifat adhesi yang tinggi disebabkan oleh sifat alami ke-polarannya.
36
Bunga daisy ini berada di bawah permukaan air, akan tetapi dapat mekar dengan
tanpa terganggu. Tegangan permukaan mencegah air untuk menenggelamkan
bunga tersebut.
Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang disebabkan oleh kuatnya sifat
kohesi antar molekul-molekul air. Hal ini dapat diamati saat sejumlah kecil air
ditempatkan dalam sebuah permukaan yang tak dapat terbasahi atau terlarutkan
(non-soluble); air tersebut akan berkumpul sebagai sebuah tetesan. Di atas sebuah
permukaan gelas yang amat bersih atau bepermukaan amat halus air dapat
membentuk suatu lapisan tipis (thin film) karena gaya tarik molekular antara gelas
dan molekul air (gaya adhesi) lebih kuat ketimbang gaya kohesi antar molekul air.
Dalam sel-sel biologi dan organel-organel, air bersentuhan dengan membran dan
permukaan protein yang bersifat hidrofilik; yaitu, permukaan-permukaan yang
memiliki ketertarikan kuat terhadap air. Irvin Langmuir mengamati suatu gaya
tolak yang kuat antar permukaan-permukaan hidrofilik. Untuk melakukan
dehidrasi suatu permukaan hidrofilik — dalam arti melepaskan lapisan yang terikat
dengan kuat dari hidrasi air — perlu dilakukan kerja sungguh-sungguh melawan
gaya-gaya ini, yang disebut gaya-gaya hidrasi. Gaya-gaya tersebut amat besar
nilainya akan tetapi meluruh dengan cepat dalam rentang nanometer atau lebih
kecil. Pentingnya gaya-gaya ini dalam biologi telah dipelajari secara ekstensif oleh
V. Adrian Parsegian dari National Institute of Health. Gaya-gaya ini penting
37
terutama saat sel-sel terdehidrasi saat bersentuhan langsung dengan ruang luar
yang kering atau pendinginan di luar sel (extracellular freezing).
Air dalam kehidupan
Dari sudut pandang biologi, air memiliki sifat-sifat yang penting untuk adanya
kehidupan. Air dapat memunculkan reaksi yang dapat membuat senyawa organic
untuk melakukan replikasi. Semua makhluk hidup yang diketahui memiliki
ketergantungan terhadap air. Air merupakan zat pelarut yang penting untuk
makhluk hidup dan adalah bagian penting dalam proses metabolisme. Air juga
dibutuhkan dalam fotosintesis dan respirasi. Fotosintesis menggunakan cahaya
matahari untuk memisahkan atom hidroden dengan oksigen. Hidrogen akan
digunakan untuk membentuk glukosa dan oksigen akan dilepas ke udara.
Kinase CD (bahasa Inggris: cyclin-dependent kinase, CDK, EC 2.7.11.22) adalah
sub-tipe dari enzim kinase yang berperan dalam siklus sel, transkripsi DNA dan
mRNA. CDK memicu fosforilasi pada residu asam amino serina dan treonina yang
disebut serina kinase. Siklin merupakan salah satu aktivator CDK, yang
membentuk kompleks CDK dengan sub-unit katalitik dari CDK. Karena aktivasi
CDK merupakan hal yang sangat penting pada transisi fasa dalam siklus sel,
aktivasinya terbentuk dari konvergensi jenjang reaksi kimia organik.
Keberadaan CDK sangat terjaga sepanjang perjalanan evolusi kehidupan. CDK
ditemukan pada semua sel eukariota, dari fungi hingga tumbuhan dan mamalia.
Bahkan, CDK dari sel manusia secara fungsional dapat saling menggantikan
dengan enzim yang ditemukan pada khamir
38
Siklus karbon
Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara
biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi
memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui).
Dalam siklus ini terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh
jalur pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial
(biasanya termasuk pula freshwater system dan material non-hayati organik seperti
karbon tanah (soil carbon), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota
laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil). Pergerakan
tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses
kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam. Lautan mengadung
kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam
bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.
Neraca karbon global adalah kesetimbangan pertukaran karbon (antara yang
masuk dan keluar) antar reservoir karbon atau antara satu putaran (loop) spesifik
siklus karbon (misalnya atmosfer - biosfer). Analisis neraca karbon dari sebuah
kolam atau reservoir dapat memberikan informasi tentang apakah kolam atau
reservoir berfungsi sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon dioksida.
39
Diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa
banyak karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam milyar ton ("GtC"
berarti Giga Ton Karbon). Angka dengan warna biru menyatakan berapa banyak
karbon berpindah antar reservoir setiap tahun. Sedimen, sebagaimana yang
diberikan dalam diagram, tidak termasuk ~70 juta GtC batuan karbonat dan
kerogen
Bagian terbesar dari karbon yang berada di atmosfer Bumi adalah gas karbon
dioksida (CO2). Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari
seluruh gas yang ada di atmosfer (hanya sekitar 0,04% dalam basis molar,
meskipun sedang mengalami kenaikan), namun ia memiliki peran yang penting
dalam menyokong kehidupan. Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer
adalah metan dan kloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan gas artifisial
atau buatan). Gas-gas tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di
atmosfer telah bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalam
pemanasan global.
Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara:

Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesa untuk mengubah
karbon dioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan oksigen ke atmosfer.
Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan
yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan
yang cepat.

Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2
akan lebih mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa
oleh sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih
berat ke kedalaman laut atau interior laut (lihat bagian solubility pump).
40

Di laut bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang
tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa
organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian-bagian tubuh
lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke bawah
(lihat bagian biological pump).

Pelapukan batuan silikat. Tidak seperti dua proses sebelumnya, proses ini
tidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk kembali ke
atmosfer. Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2
atmosferik karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut dimana
selanjutnya dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang
sebaliknya (reverse reaction).
Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:

Melalui pernafasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini
merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian
glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.

Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan bakteri
mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan
mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau
menjadi metana jika tidak tersedia oksigen.

Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang
terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap).
Pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri
perminyakan (petroleum), dan gas alam akan melepaskan karbon yang sudah
tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan
penyebab utama naiknya jumlah karbon dioksida di atmosfer.
41

Produksi semen. Salah satu komponennya, yaitu kapur atau gamping atau
kalsium oksida, dihasilkan dengan cara memanaskan batu kapur atau batu
gamping yang akan menghasilkan juga karbon dioksida dalam jumlah yang
banyak.

Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut
dilepas kembali ke atmosfer.

Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke
atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang.
Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama
dengan jumlah karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan
silikat; Kedua proses kimia ini yang saling berkebalikan ini akan
memberikan hasil penjumlahan yang sama dengan nol dan tidak
berpengaruh terhadap jumlah karbon dioksida di atmosfer dalam skala waktu
yang kurang dari 100.000 tahun.
Karbon di biosfer
Sekitar 1900 gigaton karbon ada di dalam biosfer. Karbon adalah bagian yang
penting dalam kehidupan di Bumi. Ia memiliki peran yang penting dalam struktur,
biokimia, dan nutrisi pada semua sel makhluk hidup. Dan kehidupan memiliki
peranan yang penting dalam siklus karbon:

Autotroph adalah organisme yang menghasilkan senyawa organiknya sendiri
dengan menggunakan karbon dioksida yang berasal dari udara dan air di
sekitar tempat mereka hidup. Untuk menghasilkan senyawa organik tersebut
mereka membutuhkan sumber energi dari luar. Hampir sebagian besar
autotroph menggunakan radiasi matahari untuk memenuhi kebutuhan energi
tersebut, dan proses produksi ini disebut sebagai fotosintesis. Sebagian kecil
autotroph memanfaatkan sumber energi kimia, dan disebut kemosintesis.
42
Autotroph yang terpenting dalam siklus karbon adalah pohon-pohonan di
hutan dan daratan dan fitoplankton di laut. Fotosintesis memiliki reaksi
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Karbon dipindahkan di dalam biosfer sebagai makanan heterotrop pada
organisme lain atau bagiannya (seperti buah-buahan). Termasuk di dalamnya
pemanfaatan material organik yang mati (detritus) oleh jamur dan bakteri
untuk fermentasi atau penguraian.

Sebagian besar karbon meninggalkan biosfer melalui pernafasan atau
respirasi. Ketika tersedia oksigen, respirasi aerobik terjadi, yang melepaskan
karbon dioksida ke udara atau air di sekitarnya dengan reaksi C6H12O6 + 6O2
→ 6CO2 + 6H2O. Pada keadaan tanpa oksigen, respirasi anaerobik lah yang
terjadi, yang melepaskan metan ke lingkungan sekitarnya yang akhirnya
berpindah ke atmosfer atau hidrosfer.

Pembakaran biomassa (seperti kebakaran hutan, kayu yang digunakan untuk
tungku penghangat atau kayu bakar, dll.) dapat juga memindahkan karbon
ke atmosfer dalam jumlah yang banyak.

Karbon juga dapat berpindah dari bisofer ketika bahan organik yang mati
menyatu dengan geosfer (seperti gambut). Cangkang binatang dari kalsium
karbonat yang menjadi batu gamping melalui proses sedimentasi.

Sisanya, yaitu siklus karbon di laut dalam, masih dipelajari. Sebagai contoh,
penemuan terbaru bahwa rumah larvacean mucus (biasa dikenal sebagai
"sinkers") dibuat dalam jumlah besar yang mana mampu membawa banyak
karbon ke laut dalam seperti yang terdeteksi oleh perangkap sedimen.
Karena ukuran dan kompisisinya, rumah ini jarang terbawa dalam perangkap
sedimen, sehingga sebagian besar analisis biokimia melakukan kesalahan
dengan mengabaikannya.
43
Penyimpanan karbon di biosfer dipengaruhi oleh sejumlah proses dalam skala
waktu yang berbeda: sementara produktivitas primer netto mengikuti siklus harian
dan musiman, karbon dapat disimpan hingga beberapa ratus tahun dalam pohon
dan hingga ribuan tahun dalam tanah. Perubahan jangka panjang pada kolam
karbon (misalnya melalui de- atau afforestation) atau melalui perubahan
temperatur yang berhubungan dengan respirasi tanah) akan secara langsung
memengaruhi pemanasan global.
Vitamin adalah sekelompok senyawa organik amina berbobot molekul kecil yang
memiliki fungsi vital dalam metabolisme setiap organisme. yang tidak dapat
dihasilkan oleh tubuh.
Nama ini berasal dari gabungan kata bahasa Latin vita yang artinya "hidup" dan
amina (amine) yang mengacu pada suatu gugus organik yang memiliki atom
nitrogen (N), karena pada awalnya vitamin dianggap demikian. Kelak diketahui
bahwa banyak vitamin yang sama sekali tidak memiliki atom N. Dipandang dari
sisi enzimologi (ilmu tentang enzim), vitamin adalah kofaktor dalam reaksi kimia
yang dikatalisasi oleh enzim. Pada dasarnya, senyawa vitamin ini digunakan tubuh
untuk dapat bertumbuh dan berkembang secara normal.
Biokimia adalah kimia makhluk hidup. Biokimiawan mempelajari molekul dan
reaksi kimia terkatalisis oleh enzim yang berlangsung dalam semua organisme.
Biokimia merupakan ilmu yang mempelajari struktur dan fungsi komponen selular,
seperti protein, karbohidrat, lipid, asam nukleat, dan biomolekul lainnya. Saat ini
biokimia lebih terfokus secara khusus pada kimia reaksi termediasi enzim dan
sifat-sifat protein.
44
Saat ini, biokimia metabolisme sel telah banyak dipelajari. Bidang lain dalam
biokimia di antaranya sandi genetik (DNA, RNA), sintesis protein, angkutan
membran sel, dan transduksi sinyal.
Perkembangan biokimia
Kebangkitan biokimia diawali dengan penemuan pertama molekul enzim, diastase,
pada tahun 1833 oleh Anselme Payen. Tahun 1828, Friedrich Wöhler menerbitkan
sebuah buku tentang sintesis urea, yang membuktikan bahwa senyawa organik
dapat dibuat secara mandiri. Penemuan ini bertolak belakang dengan pemahaman
umum pada waktu itu yang meyakini bahwa senyawa organik hanya bisa dibuat
oleh organisme. Istilah biokimia pertama kali dikemukakan pada tahun 1903 oleh
Karl Neuber, seorang kimiawan Jerman. Sejak saat itu, biokimia semakin
berkembang, terutama sejak pertengahan abad ke-20, dengan ditemukannya
teknik-teknik baru seperti kromatografi, difraksi sinar X, elektroforesis, RMI
(nuclear magnetic resonance, NMR), pelabelan radioisotop, mikroskop elektron,
dan simulasi dinamika molekular. Teknik-teknik ini memungkinkan penemuan dan
analisis yang lebih mendalam berbagai molekul dan jalur metabolik sel, seperti
glikolisis dan siklus Krebs. Perkembangan ilmu baru seperti bioinformatika juga
banyak membantu dalam peramalan dan pemodelan struktur molekul raksasa.
Saat ini, penemuan-penemuan biokimia digunakan di berbagai bidang, mulai dari
genetika hingga biologi molekular dan dari pertanian hingga kedokteran.
Penerapan biokimia yang pertama kali barangkali adalah dalam pembuatan roti
menggunakan khamir, sekitar 5000 tahun yang lalu.
Biomolekul
Ada 4 kelas molekul utama dalam biokimia yaitu: karbohidrat, lipid, protein, dan
asam nukleat. Banyak molekul biologi merupakan "polimer": dalam kasus ini,
45
monomer adalah mikromolekul yang relatif kecil yang bergabung menjadi satu
untuk membentuk makromolekul-makromolekul, yang kemudian disebut sebagai
"polimer". Ketika banyak monomer bergabung untuk mensintesis sebuah polimer
biologis, mereka melalui proses/tahap yang disebut dengan sintesis dehidrasi.
Karbohidrat tersusun dari monomer yang disebut sebagai monosakarida. Contoh
dari monosakarida adalah glukosa (C6H12O6), fruktosa (C6H12O6), dan deoksiribosa
(C5H10O4). Ketika 2 monosakarida melalui proses sintesis dehidrasi, maka air akan
terbentuk, karena 2 atom hidrogen dan satu atom oksigen telepas dari 2 gugus
hidroksil monosakarida.
Lipid biasanya terbentuk dari satu molekul gliserol yang bergabung dengan
molekul lain. Di trigliserida, ada satu mol gliserol dan tiga molekul asam lemak.
Asam lemak merupakan monomer disini.
Lipid, terutama fosfolipid, juga digunakan di beberapa produk obat-obatan,
misalnya sebagai bahan pelarut (contohnya di infus parenteral) atau sebagai
komponen pembawa obat (contohnya di liposom atau transfersom).
Protein merupakan molekul yang sangat besar atau makrobiopolimer yang
tersusun dari monomer yang disebut asam amino. Ada 20 asam amino standar,
yang masing-masing terdiri dari sebuah gugus karboksil, sebuah gugus amino, dan
rantai samping (disebut sebagai grup "R"). Grup "R" ini yang menjadikan setiap
asam amino berbeda, dan ciri-ciri dari rantai samping ini akan berpengaruh
keseluruhan terhadap suatu protein. Ketika asam amino bergabung, mereka
membentuk ikatan khusus yang disebut ikatan peptida melalui sintesis dehidrasi,
dan menjadi Polipeptida, atau protein.
46
Asam nukleat
Struktur dari asam deoksiribosa nukleat (DNA), gambar ini menunjukkan
monomernya diletakkan bersamaan.
Asam nukleat adalah molekul yang membentuk DNA, substansi yang sangat
penting yang digunakan oleh semua organisme seluler untuk menyimpan informasi
genetik. Jenis asam nukleat yang paling umum adalah asam deoksiribosa nukleat
dan asam ribonukleat. Monomernya disebut nukleotida. Nukleotida yang paling
umum diantaranya Adenin, Sitosin, Guanin, Timin, dan Urasil. Adenin
berpasangan dengan timin dan urasil, timin hanya berpasangan dengan adenin;
sitosin dan guanin hanya dapat berpasangan satu sama lain.
Karbohidrat
47
Fungsi dari karbohidrat adalah sebagai pembangun dan sumber energi. Gula
merupakan karbohidrat, tapi tidak semua karbohidrat adalah gula. Jumlah
karbohidrat di bumi lebih banyak daripada jumlah biomolekul manapun.
Monosakarida
Tipe karbohidrat yang paling sederhana adalah monosakarida, yang biasanya
terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen, kebanyakan dengan perbandingan
1:2:1 (formula umumnya CnH2nOn, dimana n paling kecil adalah 3). Glukosa, salah
satu karbohidrat yang paling penting, merupakan contoh dari monosakarida. Juga
termasuk dengan fruktosa, gula yang biasanya ditemukan dalam manisnya buahbuahan.[1][a] Beberapa karbohidrat (terutama setelah kondensasi menjadi oligo- dan
polisakarida) memiliki jumlah karbon yang relatif lebih rendah daripada H dan O.
Monosakarida dapat dikelompokkan ke aldosa (mempunyai grup aldehida di akhir
rantainya, contohnya glukosa) dan ketosa (mempunyai grup keton di rantainya,
contohnya fruktosa).
Dua monosakarida dapat bergabung menjadi satu melalui sintesis dehidrasi. Maka,
akan dilepaskan satu atom hidrogen dan satu grup hidroksil (OH-). Atom hidrogen
dan hidroksil akan bergabung dan membentuk molekul air (H-OH atau H2O), maka
dari itu disebut "dehidrasi". Molekul baru ini disebut "disakarida". Reaksinya pun
bisa berbalik arah (reaksi pemecahan), dengan menggunakan satu molekul air
untuk memecah satu molekul disakarida, maka akan memecah ikatan glikosidik
pada disakarida. Reaksi inilah yang disebut dengan hidrolisis. Jenis disakarida
yang paling dikenal adalah sukrosa atau yang biasanya kita kenal dengan gula tebu.
Satu molekul sukrosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa.
Disakarida yang lain contohnya laktosa, terdiri dari satu molekul glukosa dan satu
48
molekul galaktosa. Di dalam tubuh, dikenal adanya enzim laktase yang memecah
laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Biasanya, pada orang berusia lanjut,
produksi laktase semakin sedikit dan akibatnya adalah penyakit intoleransi laktosa.
Oligosakarida dan polisakarida
Ketika beberapa (sekitar 3-6) monosakarida bergabung menjadi satu, maka akan
disebut sebagai oligosakarida (oligo- artinya "sedikit"). Jika banyak monosakarida
bergabung menjadi satu, maka akan disebut sebagai polisakarida. Monosakarida
dapat bergabunf membentuk satu rantai panjang, atau mungkin bercabang-cabang.
2 jenis polisakarida yang paling dikenal adalah selulosa dan glikogen, dua-duanya
terdiri dari monomer glukosa.
 Selulosa dibuat oleh tumbuhan dan merupakan komponen penting yang
membentuk dinding sel. Manusia tidak bisa membuat ataupun mencerna
selulosa.

Glikogen, atau nama lainnya adalah gula otot, digunakan oleh manusia dan
hewan sebagai sumber energi.
49
Penggunaan karbohidat sebagai sumber energi
Glukosa merupakan sumber energi utama bagi makhluk hidup. Contohnya,
polisakarida akan dipecah menjadi monomer-monomernya (fosforilase glikogen
akan membuang residu glukosa dari glikogen). Disakarida seperti laktosa atau
sukrosa akan dipecah menjadi 2 komponen monosakaridanya.
Glikolisis (anaerob)
Glukosa akan dicerna dalam tubuh dalam reaksi respirasi. Tahapan pertama dalam
reaksi respirasi adalah glikolisis. Tahapan glikolisis dimulai dari satu molekul
glukosa sampai tahap akhirnya akan dihasilkan 2 molekul piruvat. Tahap ini juga
akan menghasilkan 2 ATP dan memberikan dua elektron dan satu hidrogen pada
NAD+ sehingga menjadi NADH. Tahap ini tidak membutuhkan oksigen. Jika
persediaan oksigen dalam tubuh tidak cukup, maka NADH akan digunakan untuk
mengubah piruvat menjadi asam laktat (dalam tubuh manusia]] atau menjadi etanol
dan karbon dioksida.
Aerob
Dalam respirasi aerob, sel yang mendapat cukup oksigen, piruvat yang dihasilkan
dari tahap glikolisis akan dicerna kembali dan diubah menjadi Asetil Ko-A. Piruvat
akan membuang satu atom karbonnya (menjadi karbon dioksida) dan akan
memberikan elektronnya lagi pada NAD+ sehingga menjadi NADH. 2 molekul
Asetil Ko-A akan memasuki tahap siklus Krebs, dan akan menghasilkan lagi 2
ATP, 6 molekul NADH, dan 2 ubiquinon (FADH2), serta karbon dioksida. Energi
di NADH dan FADH2 nantinya akan digunakan di transpor elektron. Energi ini
dipakai dengan cara dilepaskannya elektron dan H+ dari NADH dan FADH2 secara
bertahap di sistem transpor elektron. Sistem transpor elektron akan memompa H+
keluar dari membran dalam mitokondria. Konsentrasi H+ di luar membran dalam
50
mitokondria akan menyebabkan gradien proton, sehingga H+ akan masuk kembali
ke membran dalam mitokondria melalui ATP sintase. Oksigen bertugas sebagai
penerima elektron akhir, sehingga proses pembentukan ATP terus berlanjut.
Oksigen yang bergabung dengan H+ akan membentuk air. NAD+ dan FAD akan
digunakan kembali dalam sistem respirasi, seperti yang telah dijelaskan
sebelumnya. Hal ini yang menyebabkan mengapa kita menghirup oksigen dan
melepaskan karbon dioksida. Dalam 1 molekul glukosa akan dihasilkan total 36
ATP, dan satu ATP dapat melepaskan 7,3 kilokalori.
Glukoneogenesis
Dalam tubuh vertebrata, otot lurik yang dipaksa bekerja keras (misalnya selagi
angkat beban atau lari), tidak akan mendapatkan oksigen yang cukup sehingga
akan melakukan metabolisme anaerob, maka akan mengubah glukosa menjadi
asam laktat. Organ hati akan menghasilkan kembali glukosa tersebut, melalui
proses yang dinamakan glukoneogenesis. Proses glukoneogenesis sebenarnya
membutuhkan energi 3 kali lebih banyak daripada yang dihasilkan dalam proses
glikolisis (ada 6 ATP yang dibuat, sedangkan glikolisis hanya menghasilkan 2
ATP).
Protein
Seperti karbohidrat, beberapa protein juga memiliki fungsi vital dalam tubuh.
Contohnya, pergerakan dari protein aktin dan miosin sangat berperan bagi
kontraksi otot lurik. Salah satu ciri dari kebanyakan protein adalah mereka hanya
dapat mengikat secara spesifik, hanya satu molekul tertentu atau satu grup
molekul, sehingga sangat selektif. Antibodi adalah satu contoh protein yang hanya
dapat mengikat satu tipe molekul saja. Salah satu jenis protein yang paling penting
51
adalah enzim. Molekul enzim hanya dapat mengenali satu jenis molekul reaktan
saja, reaktan ini disebut sebagai substrat. Enzim akan mengkatalis reaksi, sehingga
energi aktivasi akan menurun, dan kecepatan reaksi dapat berlangsung lebih cepat
sampai 1011 kalinya. Sebuah reaksi mungkin akan memakan waktu 3.000 tahun
untuk betul-betul selesai, tapi dengan enzim mungkin menjadi kurang dari satu
detik. Enzim sendiri tidak digunakan dalam proses reaksinya, sehingga akan
langsung mengkatalis substrat lainnya.
Pada dasarnya, protein terdiri dari rantai asam amino. Sebuah asam amino terdiri
dari satu atom karbon yang berikatan dengan 4 grup. Grup pertama dalah gugus
amino, —NH2, grup kedua adalah asam karboksilik, —COOH (meskipun eksisnya
sebagai —NH3+ dan —COO− dalam kondisi fisiologis). Grup yang ketiga adalah
atom hidrogen. Grup yang keempat biasanya disingkat sebagai "—R", dan grup
inilah yang membedakan antar asam amino. Ada 20 macam asam amino standar.
Beberapa dari mereka mempunyai fungsi sendiri-sendiri, misalnya, fungsi glutamat
adalah sebagai neurotransmiter.
Asam amino dapat bergabung melalui ikatan peptida. Dalam sintesis dehidrasi ini,
sebuah molekul air akan dilepaskan dan ikatan peptida akan menghubungkan atom
nitrogen dari asam amino yang satu dengan atom karbon dari gugus asam karboksil
lain. Maka, hasilnya adalah dipeptida. Rangkaian beberapa asam amino (biasanya
lebih kecil dari 30) disebut polipeptida. Untuk rangkaian yang lebih panjang,
biasanya disebut sebagai protein. Sebagai contoh, protein albumin pada plasma
darah terdiri dari 585 residu asam amino.
Struktur dari protein bisa dijelaskan melalui empat tingkatan. Struktur utama dari
protein terdiri dari rangkaian linear asam amino, misalnya, "alanin-glisin-triptofanserin-glutamat-asparagin-glisin-lisin-…".
Struktur
sekunder
lebih
kepada
morfologi lokal. Beberapa kombinasi dari asam amino akan cenderung membentuk
52
gulungan yang disebut dengan α-helix atau menjadi lembaran yang disebut dengan
β-sheet. Struktur tersier adalah bentuk 3 dimensi protein tersebut secara
keseluruha. Bentuk ini akan ditentukan oleh urutan asam amino. Jika ada satu
perubahan saja maka akan mengubah keseluruhan struktur. Rantai alfa hemoglobin
terdiri dari 146 residu asam amino, jika residu glutamat di posisi ke-6 digantikan
dengan valin, maka akan mengubah sifat hemoglobin tersebut, dan mengakibatkan
penyakit anemia sel sabit. Struktur kuartener lebih memfokuskan pada struktur dari
protein dengan beberapa subunit peptida. Contohnya, hemoglobin dengan keempat
subunitnya. Tidak semua protein memiliki lebih dari satu subunit.
Protein yang masuk ke dalam tubuh akan dipecah menjadi asam amino atau
dipeptida di dalam usus halus, baru kemudian bisa diserap oleh tubuh. Nantinya,
asam amino ini dapat bergabung kembali untuk membentuk protein yang baru.
Produk antara dari glikolisis, siklus asam sitrat, dan jalur fosfat pentosa dapat
digunakan untuk membentuk kedua puluh macam asam amino. Manusia dan
mamalia lainnya hanya dapat mensintesa separuh dari ke-20 macam amino
tersebut. Tubuh manusia tidak dapat mensintesa isoleusin, leusin, lisin, metionin,
fenilalanin, treonin, triptofan, dan valin. Asam amino ini merupakan asam amino
esensial, karena penting bagi tubuh. Mamalia dapat mensintesa asam amino non
esensial, yaitu alanin, asparagin, aspartat, sistein, glutamat, glutamin, glisin, prolin,
serin, dan tirosin. Arginin dan histidin juga dapat disintesa mamalia, tapi hanya
dapat diproduksi dalam jumlah terbatas, sehingga terkadang juga disebut sebagai
asam amino esensial.
Jika gugus amino dilepaskan dari sebuah asam amino, maka akan menyisakan
asam keto-α. Enzim transaminase akan mudah memindahkan gugus amino yang
lepas ini ke asam keto-α lainnya. Hal ini penting di dalam biosintesis dari asam
amino, seperti dalam banyak jalur, zat antara dari jalur biokimia lainnya akan
53
diubah menjadi asam keto-α, lalu sebuah gugus amino ditambahkan lewat
transaminasi. Maka, asam amino dapat digabung-gabungkan untuk membentuk
protein.
Proses yang mirip digunakan untuk memecah protein. Pertama-tama, protein akan
terhidrolisa menjadi komponen-komponennya, yaitu asam amino. Amonia bebas
(NH3), berada dalam bentuk ion amonium (NH4+) di dalam darah, akan berbahaya
bagi tubuh, maka harus dikeluarkan. Organisme uniseluler hanya tinggal
melepaskan saja amonia ini keluar tubuh. Di dalam tubuh mamalia, amonia akan
diubah menjadi urea, lewat siklus urea.
Lipid
Kata lipid merujuk kepada suatu kelompok molekul yang beragam, termasuk juga
kelompok molekul yang sulit larut dalam air (contohnya malam, asam lemak, dan
turunan asam lemak seperti fosfolipid, sfingolipid, glikolipid, dan terpenoid.
Beberapa lipid merupakan molekul alifatik linear, tapi ada juga yang mempunyai
struktur cincin. Beberapa juga molekul aromatik, dan beberapa juga lunak.
Beberapa lipid mempunyaii sifat polar meskipun kebanyakan dari mereka
merupakan nonpolar/hidrofobik ("takut air"). Tapi ada beberapa bagian dari
strukturnya bersifat hidrofilik ("suka-air"), sehingga membuat molekul ini menjadi
amfifilik (mempunyai sifat hidrofobik dan hidrofilik). Dalam kasus kolesterol,
gugus polarnya hanya -OH (hidroksil atau alkohol). Dalam kasus fosfolipid, gugus
polarnya lebih besar sehingga dianggap polar.
54
Lipid merupakan salah satu unsur penting dalm tubuh. Kebanyakan produk minyak
dan produk susu yang kita gunakan untuk masak dan makan seperti mentega, keju,
dan minyak samin terdiri dari lemak. Makanan yang mengandung lemak, jika
dicerna dalam tubuh maka akan dipecah menjadi asam lemak dan gliserol.
Asam nukleat merupakan makromolekul biokimia yang kompleks, terdiri dari
rantai-rantai nukleotida yang menyimpan informasi genetik. Jenis asam nukleat
yang paling umum adalah asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat
(RNA). Asam nukleat ditemukan di segala jenis sel makhluk hidup. Disamping
sebagai penyimpan informasi genetik, asam nukleat juga berperan dalam
penyampai pesan kedua, serta pembentuk molekul dasar untuk adenosin trifosfat.
Monomer dari asam nukleat disebut nukleotida, dan tiap nukleotida terdiri dari 3
komponen: basa nitrogen (purin dan pirimidin), gula pentosa/senyawa gula karbon5, dan gugus fosfat. Perbedaan tipe asam nukleat dapat ditemukan di jenis gula
pada rantainya (contohnya, DNA terdiri dari 2 deoksiribosa). Juga, jenis basa
nitrogen yang mungkin ada di asam nukleat juga bisa berbeda: adenin, sitosin, dan
guanin bisa ada di RNA dan DNA, timin hanya pada DNA, dan urasil hanya pada
RNA.
TRANSPIRASI
• Proses hilangnya air dalam bentuk uap air dari jaringan hidup tanaman yang
terletak di atas permukaan tanah melewati stomata, lubang kutikula, dan
lentisel
55
• 80% air yang ditranspirasikan berjalan melewati lubang stomata, paling
besar peranannya dalamtranspirasi.
Perbedaan Transpirasi dengan gutasi
Transpirasi
1. terjadi pada siang hari
2. air yang hilang
berbentuk uap air
3. yang dilepaskan uap air
murni
4. terjadi melewati
stomata, lubang
kutikula, dan lenti sel
5. terkendali oleh bukaan
stomata
6. menurunkan suhu
permukaan tanaman
Gutasi
1. pada malam hari
2. air yang keluar berbentuk
cair
3. cairan mengandung solute,
seperti gula dan garam
4. melewati hidatoda
5. tidak terkebdali
6. tidak menurunkan suhu
permukaan
56
Besarnya air yang tertranspirasi
• Sebagian besar air yang
diserap tanaman
ditranspirasikan
• Misal: tanaman jagung,
dari 100% air yang
diserap: 0,09% untuk
menyusun tubuh, 0,01%
untuk pereaksi, 98,9%
untuk ditranspirasikan
Dampak negatif transpirasi
• Transpirasi dapat membahayakan tanaman
jika lengas tanah terbatas, penyerapan air
tidak mampu mengimbangi laju transpirasi,
Ψw sel turun, Ψp menurun, tanaman layu,
layu permanent, mati, hasil tanaman menurun
• Sering terjadi di daerah kering, perlu irigasi,
meningkatkan lengas tanah, pada kisaran layu
tetap – kapasitas lapangan
57
Peranan transpirasi
• Pengangkutan air ke daun
dan difusi air antar sel
• Penyerapan dan
pengangkutan air, hara
• Pengangkutan asimilat
• Membuang kelebihan air
• Pengaturan bukaan stomata
• Mempertahankan suhu
daun
Macam transpirasi
• Stomater : 80-90% total transpirasi
• Kutikuler: 20% total transpirasi
• Lentikuler : 0,1% total transpirasi
Teori perubahan pati menjadi gula
• Siang hari terjadi fotosintesis, CO2 diserap, kandungannya dalam ruang
antar sel menurun, pH naik (7), pati dalam sel penjaga terhidrolisis menjadi
gula, Ψs sel penjaga turun, Ψw turun, endoosmosis di sel penjaga, Ψp naik,
dinding sel penjaga tertekan ke arah luar, stomata terbuka
58
Teori pengangkutan proton (K+)
• Pada siang hari, saat fotosintesis di sel penjaga terbentuk zat antara
fotosintesis yaitu asam malat, kemudian dipecah menjadi H+ dan ion malat,
H+ keluar dari sel penjaga, kedudukannya digantikan K+, terjadi ikatan K+ dg
ion malat membentuk kalium malat, Kmalat masuk ke vakuola sel penjaga
dan menurunkan Ψs nya. Terjadi endoosmosis ke dalam sel penjaga, Ψp sel
penjaga naik, turgor, dinding sel dari sel penjaga tertekan ke arah luar,
stomata membuka
Bukaan stomata pada tanaman CAM
• Tanaman CAM membuka stomatanya malam hari, pada malam hari terjadi
respirasi tidak sempurna dan KH diubah menjadi asam malat, dari respirasi
tersebut CO2 tidak dilepaskan, tetap diikat, pH tetap tinggi (7), pati dalam
sel penjaga dihidrolisis menjadi gula, Ψs nya menurun, terjadi endoosmosis,
Ψp sel penjaga naik, turgor, dinding sel penjaga tertekan ke arah luar,
stomata membuka
Antitranspiran
• Senyawa kimia yang diberikan ke pada tanaman dengan tujuan untuk
menurunkan laju transpirasi
• Mekanisme kerja: melalui penutupan lubang stomata oleh partikel tertentu
maupun dengan mendorong berlangsungnya mekanisme fisiologis yang
menyebabkan stomata menutup
• Harganya sangat mahal dan belum ada yang efektif untuk menurunkan laju
transpirasi
59
Gerakan Partikel
• Tanaman bertambah besar ukurannya karena adanya bahan tambahan berupa
partikel
• Partikel berupa ion atau molekul yang masuk dan keluar dari dalam tubuh
tanaman
• Ion yang masuk antara lain berupa nutrisi misalnya NH4+, NO3- dll
• Molekul yang masuk misalnya : CO2 dan H2O
• Molekul yang keluar misalnya O2 dan H2O
• Masuk dan keluarnya partikel dengan proses gerakan partikel berupa difusi,
osmosis dan imbibisi
Difusi
gerakan partikel dari tempat dengan potensial kimia lebih tinggi ke tempat
dengan potensial kimia lebih rendah karena energi kinetiknya sendiri sampai
terjadi keseimbangan dinamis.
• Potensial kimia : energi bebas per mol
• Energi bebas : energi untuk melakukan kerja
60
• Energi kinetik : energi yang dimiliki partikel dengan suhu di atas 0 o K untuk
melakukan gerakan
• Keseimbangan dinamis : partikel tetap bergerak namun jumlah yang masuk
seimbang dengan jumlah yang keluar, sehingga difusi berhenti
Osmosis
• Osmosis : gerakan air dari potensial air lebih tinggi ke potensial air lebih
rendah melewati membran selektif permeabel sampai dicapai keseimbangan
dinamis
61
Arah gerakan air
• Dari potensial air lebih tinggi ke potensial air lebih rendah
• Dari dataran lebih rendah ke dataran lebih tinggi
• Dari larutan dengan konsentrasi lebih rendah ke konsentrasi lebih tinggi
• Dari larutan lebih encer ke larutan lebih kental
Ketentuan dalam gerakan air
• Saat seimbang dinamik , potensial air atau dataran sama
• Bila salah satu bagian tidak terbatas misal lengas tanah, potensial air sama
dengan bagian yang tidak terbatas
• Bila dua bagian terbatas , potensial air akhir merupakan rata-rata
• Potensial solut tidak berubah sampai potensial tekanan mencapai 0 bar
PERTUMBUHAN adalah proses pertambahan ukuran sel atau organisme.
Pertumbuhan ini bersifat kuantitatif/ terukur.
PERKEMBANGAN adalah proses menuju kedewasaan pada organisme.
Proses ini berlangsung secara kualitatif.
Baik pertumbuhan atau perkembangan bersifat irreversibel.
PERTUMBUHAN PADA TUMBUHAN
62
Secara umum pertumbuhan dan pekembangan pada tumbuhan diawali untuk
stadium zigot yang merupakan hasil pembuahan sel kelamin betina dengan
jantan. Pembelahan zigot menghasilkan jaringan meristem yang akan terus
membelah dan mengalami diferensiasi.
Diferensiasi adalah perubahan yang terjadi dari keadaan sejumlah sel,
membentuk organ-organ yang mempunyai struktur dan fungsi yang berbeda.
Terdapat 2 macam pertumbuhan, yaitu:
1. Pertumbuhan Primer
Terjadi sebagai hasil pembelahan sel-sel jaringan meristem primer.
Berlangsung pada embrio, bagian ujung-ujung dari tumbuhan seperti akar
dan batang.
Embrio memiliki 3 bagian penting :
a. tunas embrionik yaitu calon batang dan daun
b. akar embrionik yaitu calon akar
c. kotiledon yaitu cadangan makanan
• Gbr. Embrio Tumbuhan
63
Pertumbuhan tanaman dapat diukur dengan alat yang disebut auksanometer.
Daerah pertumbuhan pada akar dan batang berdasar aktivitasnya tcrbagi
menjadi 3 daerah
a. Daerah pembelahan
Sel-sel di daerah ini aktif membelah (meristematik)
b. Daerah pemanjangan
Berada di belakang daerah pembelahan
c. Daerah diferensiasi
Bagian paling belakang dari daerah pertumbuhan. Sel-sel mengalami
diferensiasi membentuk akar yang sebenarnya serta daun muda dan
tunas lateral yang akan menjadi cabang.
2. Pertumbuhan Sekunder
Merupakan aktivitas sel-sel meristem sekunder yaitu kambium dan kambium
gabus. Pertumbuhan ini dijumpai pada tumbuhan dikotil, gymnospermae dan
menyebabkan membesarnya ukuran (diameter) tumubuhan.
- Mula-mula kambium hanya terdapat pada ikatan pembuluh, yang disebut
kambium vasis atau kambium intravasikuler. Fungsinya adalah membentuk
xilem dan floem primer.
- Selanjutnya parenkim akar/batang yang terletak di antara ikatan pembuluh,
menjadi kambium yang disebut kambium intervasis.
- Kambium intravasis dan intervasis membentuk lingkaran tahun Þ bentuk
konsentris.
64
Kambium yang berada di sebelah dalam jaringan kulit yang berfungsi
sebagai
pelindung.
Terbentuk
akibat
ketidakseimbangan
antara
permbentukan xilem dan floem yang lebih cepat dari pertumbuhan kulit.
- ke dalam membentuk feloderm : sel-sel hidup
- ke luar membentuk felem : sel-sel mati
Adaptasi adalah cara bagaimana organisme mengatasi tekanan lingkungan
sekitarnya untuk bertahan hidup. Organisme yang mampu beradaptasi terhadap
lingkungannya mampu untuk:

memperoleh air, udara dan nutrisi (makanan).

mengatasi kondisi fisik lingkungan seperti temperatur, cahaya dan panas.

mempertahankan hidup dari musuh alaminya.

bereproduksi.

merespon perubahan yang terjadi di sekitarnya.
Organisme yang mampu beradaptasi akan bertahan hidup, sedangkan yang tidak
mampu beradaptasi akan menghadapi kepunahan atau kelangkaan jenis.
Jenis adaptasi
Adaptasi terbagi atas tiga jenis yaitu:

Adaptasi Morfologi
adalah adaptasi yang meliputi bentuk tubuh. Adaptasi Morfologi dapat
dilihat dengan jelas. Sebagai contoh: paruh dan kaki burung berbeda sesuai
makanannya dan tempat untuk mencari makanannya.

Adaptasi Fisiologi
65
adalah adaptasi yang meliputi fungsi alat-alat tubuh. Adaptasi ini bisa berupa
enzim yang dihasilkan suatu organisme. Contoh: dihasilkannya enzim
selulase oleh hewan memamah biak.

Adaptasi Tingkah Laku
adalah adaptasi berupa perubahan tingkah laku. Misalnya: ikan paus yang
sesekali menyembul ke permukaan untuk mengambil udara, bunglon
merubah warna kulitnya menyerupai tempat yang dihinggapi.
Homeostasis merujuk pada ketahanan atau mekanisme pengaturan lingkungan
kesetimbangan dinamis dalam (badan organisme) yang konstan.
Terdapat 2 jenis keadaan konstan atau mantap dalam homeostasis, yaitu:
1. Sistem tertutup - Keseimbangan statis
o
Di mana keadaan dalam yang tidak berubah seperti botol tertutup.
2. Sistem terbuka - Keseimbangan dinamik
o
Di mana keadaan dalam yang konstan walaupun sistem ini terus
berubah contohnya seperti sebuah kolam di dasar air terjun.
Organisme mempunyai 2 lingkungan, yaitu:
1. Lingkungan luar yaitu lingkungan yang mengelilingi organisme secara
keseluruhan. Organisme akan hidup berkelompok dengan organismeorganisme (biotik) dan objek-objek yang mati (abiotik).
2. Lingkungan dalam yaitu lingkungan dinamis dalam badan manusia yang
terdiri dari fluida yang mengelilingi komunitas sel-sel yang membentuk
badan.
66
Biotik ialah komponen hidup yang meliputi semua organisme hidup. Contoh
komponen biosis ialah:

Manusia

Tumbuhan

Hewan
Abiotik ialah komponen mati, antara lain:

Suhu

Nilai pH

Cahaya

Kelembapan

Topografi

Iklim
67
BAB III
PENUTUP
3.1 KESIMPULAN
Kehidupan merupakan ciri organisme yang menunjukkan semua atau sebagian
besar dari fenomena berikut, yaitu:
1. Homeostasis: Pengaturan kondisi internal untuk mempertahankan keadaan
konstan, misalnya, konsentrasi elektrolit atau mengeluarkan keringat untuk
menurunkan suhu.
2. Organisasi: Secara struktural terdiri dari satu atau lebih sel, yang
merupakan satuan dasar kehidupan.
3. Metabolisme: Transformasi energi dengan mengubah bahan kimia dan
energi menjadi komponen selular (anabolisme) dan mengurai bahan organik
(katabolisme). Makhluk hidup membutuhkan energi untuk mempertahankan
organisasi internal (homeostasis) dan untuk menghasilkan fenomena lain
yang terkait dengan kehidupan.
4. Pertumbuhan: Pemeliharaan tingkat yang lebih tinggi dari katabolisme dan
anabolisme. Organisme yang tumbuh bertambah dalam ukuran di semua
bagian-bagiannya, bukan hanya sekadar mengumpulkan materi.
5. Adaptasi: Kemampuan untuk berubah selama periode waktu dalam
menanggapi lingkungan. Kemampuan ini merupakan hal mendasar untuk
proses evolusi dan ditentukan oleh perwarisan watak organisme maupun
komposisi zat yang di-metabolisme, dan berbagai faktor eksternal.
68
6. Respon terhadap rangsangan: respon dapat dilakukan dalam berbagai
bentuk, dari kontraksi organisme uniseluler terhadap bahan kimia eksternal,
sampai dengan reaksi kompleks yang melibatkan semua indera organisme
multiseluler. Tanggapan sering dinyatakan dengan gerak, misalnya, daun
tanaman berbalik ke arah matahari (fototropisme) dan oleh kemotaksis.
7. Reproduksi: Kemampuan untuk menghasilkan organisme individu baru,
baik secara aseksual dari organisme orang tua tunggal, atau secara seksual
dari dua organisme induk.
DAFTAR PUSTAKA
69