Respirasi_Tumbuhan

Respirasi
• Energi dihasilkan
dalam bentuk ATP
yang digunakan
untuk
pemeliharaan dan
perkembangan
tumbuhan
18/07/2017
1
http://www.biol.lu.se/cellorgbiol/dehydrogenase/pop_sv.html
Reaksi Kimia
C6H12O6 + 6O2 + 38/40 ADP + 40 Phosphates → 6 CO2 + 6 H2O + 38/40
ATP
18/07/2017
2
Respirasi
• Respirasi adalah proses pengubahan KH
menjadi energi (ATP) untuk digunakan
pada reaksi-reaksi metobolisme termasuk
FS
• Semua sel tumbuhan dan hewan
melakukan respirasi
• Respirasi berlangsung
– Bersamaan dengan FS
– Pada malam hari
– Pada buah yang sedang berkembang dan
proses pematangan
– Biji dorman
18/07/2017
3
Mitokondria
• Berlangsung di
Mitokondria sel
• Mitokndria adalah
organel sel yang
terbungkus oleh
membran dalam dan
luar yang tersebar
disitoplasma sel
eukariotik
• Fungsi utamanya
Pengubahan energi
potensial makanan
menjadi ATP
18/07/2017
4
http://www.science.siu.edu/plant-biology/PLB117/JPEGs%20CD/0077.JPG
Titik Konpensasi Cahaya
• Tingkat intensitas cahaya dimana laju respirasi
(CO2 yg dihasilkan) sama dengan laju FS (CO2
yang dikonsumsi)
• Semakin tinggi intensitas cahaya akan
menghasilkan biomassa (berat kering) atau
akumulasi KH semakin tinggi kemudian konstan.
• Semakin rendah intensitas cahaya akan
mengakibatkan biomassa (Berat kering) semakin
rendah.
• Titik konpensasi cahaya umumnya dicapai untuk
tanaman yang tumbuh di luar ruangan
• Titik konpensasi cahaya mungkin tidak tercapai
pada cahaya penuh bagi tumbuhan yang tumbuh
terlindung atau tumbuhan yang ditanaman
18/07/2017
dalam ruangan dengan cahaya yg tidak cukup. 5
Respirasi Aerob
• Memerlukan Oksigen
• Jenis respirasi yg paling umum terjadi pada
hampir semua kondisi pada tumbuhan dan
hewan
• Termasuk penguraian/pemecahan sempurna
glukosa menjadi CO2 dan H2O
• Tidak semua energi dari glukosa diubah untuk
pembentukan ATP
– Hanya sekitar 40%
– Selebihnya dilepas sebagai panas
• Pada tumbuhan, panas dengan cepat dilepas
18/07/2017• Pada hewan, panas disimpan untuk mempertahankan suhu 6
http://www.kathleensworld.com/mitochondria.jpg
tubuh.
3. Langkah Utama Respirasi
Glikolisis
• Penguraian glukosa menjadi senyawa berkarbon
3 yaitu asam piruvat
• Berlangsung di sitoplasma
• Beberapa ATP dan NADH terbentuk: molekul
penyimpan energi
• NADH dibentuk dari NAD
• Penyimpan energi NADP + H2 → NADPH2
–
18/07/2017
NAD + H → NADH
7
http://www.med.unibs.it/~marchesi/glycpth2.gif
18/07/2017
8
18/07/2017
9
3. langkah Utama Respirasi
2. Siklus Kreb
•
•
•
•
•
Siklus asam trikarboksilat (‘Tricarboxylic acid Cycle /TCA
Cycle)’
Siklus asam sitrat (‘Citric Acid Cycle’)
Berlangsung di matrik mitokondria
Satu seri reaksi yang memecah sempurna asam piruvat
menjadi CO2 dan H2O
Karbon digunakan untuk reaksi metabolisme lain untuk
membuat/mensintesi berbagai senyawa:
–
–
–
–
–
–
–
•
•
18/07/2017
Protein
Lipid
KH dinding sel
DNA
Hormon tumbuhan
Pigmen tumbuhan
Dll
CO2 dilepas ke atm oleh tanaman
10 NADH dihasilkan
10
http://www.sp.uconn.edu/~bi107vc/images/mol/krebs_cycle.gif
18/07/2017
11
18/07/2017
12
18/07/2017
13
3 Langkah Utama Respirasi
3.Rantai Transpor Elektron
– ‘Fosporilasi oksidatif ’
– Satu seri protein dalam
mitokondria yang
membantu transfer
elektron dari NADH ke
oksigen
•
–
Melepaskan banyak
energi
Terjadi pada membran
bagian dalam
mitokondria (Protein
pada membran)
18/07/2017
14
http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/ch05.htm
3. Langkah Utama Respirasi
–
Energi yang
dilepas digunakan
untuk menorong
reaksi ADP + P →
ATP
• Banyak ATP
dibuat/disintesis
–
–
Oksigen
diperlukan untuk
tahap ini
Air dihasilkan
18/07/2017
15
http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/ch05.htm
Respirasi Anaerob
• ‘Fermentasi’
• Terjadi pada lingkungan yang
sedikit/rendah oksigen
– Tumbuhan pada tanah basah
atau kompak/ padat
– Hewan yang kerja
keras/kelelahan
• ATP masih dihasilkan dari
glukosa tapi tidak seefisien
pada respirasi aerob.
18/07/2017
16
http://www.jracademy.com/~vinjama/2003pics/fermentation%5B1%5D.jpg
Respirasi Anaerob
• C6H12O6 + O2 (sedikit)→ 2 CH2O5 + 2 H2O + 2 ATP
atau
• Glukosa + Oxygen → 2 Ethanol + 2 H2O + 2 ATP
• Reaksi yg sama pada pembuatan Alkohol
dari jagung atau pembuatan anggur
Aerob:
C6H12O6 + 6O2 + 40/38 ADP + 40 Phosphates → 6 CO2 + 6 H2O + 40/38 ATP
18/07/2017
17
Respirasi Anaerob
• Hanya 2 ATP dihasilkan: 38/40 ATP pada
Respirasi aerob
– Tumbuhan segera kehabisan energi
– Dapat menderita akibat kadar etanol
• Respirasi anaerob yang berkepanjangan
akan menurunkan pertumbuhan dan hasil
tumbuhan
Anaerobic:
C6H12O6 + O2 → 2 CH2O5 + 2 H2O + 2 ATP
Aerobic:
C6H12O6 + 6O2 + 40 ADP + 40 Phosphates → 6 CO2 + 6 H2O + 40 /38 ATP
18/07/2017
18
Fotorespirasi
•
•
•
•
•
•
Pada kondisi normal FS, CO2 bergabung
dengan RUBP membentuk 2 molekul
3PGA
Pada photorespirasi, O2 menggantikan
CO2
Diyakini bahwa photorespirasi pada
tumbuhan telah meningkat dari waktu
ke waktu akibat meningkatnya kadar O2
di atm –sebagai hasil FS tumbuhan
sendiri.
Tumbuhan C4- mampu menekan
photorespirasi
Impian biologist untuk meingkatkan
produksi tanaman tertentu, seperti
wheat, yang melakukan C3 FS dengan
manipulasi gen untuk melakukan C4 FS.
Sepertinya sulit untuk terlaksana karena
perbedaan anatomi yang rumit antara
tanaman C3 dan C4 .
18/07/2017
19
http://www.marietta.edu/~spilatrs/biol103/photolab/photresp.html
Fotorespirasi
• Respirasi yang didorong oleh energi cahaya
• Ditemukan ketika scientis menyadari laju
respirasi tumbuhan lebih cepat di dalam cahaya
daripada waktu gelap.
• Terjadi pada kloroplas dan struktur lain pada
sel-sel FS.
• Rubisco dapat bereaksi dengan oksigen dengan
sedikit perbedaan dengan seri reaksi FS
– Tidak ada tambahan berat kering tumbuhan
– Lebih sedikit ATP dihasilkan dari photorespirasi
18/07/2017
20
http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif
Faktor-faktor yang
mempengaruhi fotorespirasi
• Rasio O2 : CO2
• Jika sel-sel memiliki sedikit O2 tetapi banyak CO2,
Normal FS siklus Calvin mendominasi
• Tumbuhan C4 memiliki sedikit fotorespirasi karena
mereka membawa CO2 ke sel-sel bundle Sheath
dan dapat menimbun banyak CO2
– Siklus Calvin lebih mendominasi daripada
fotorespirasi
• Jika sel-sel mengandung banyak O2 dan sedikit CO2,
fotorespirasi mendominasi
18/07/2017
21
http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif
Faktor-faktor yang
mempengaruhi fotorespirasi
• Intensitas cahaya
– Semakin tinnggi intensitas cahaya akan
meningkatkan fotorespirasi dan FS
– Tumbuhan C3 saturasi cahaya pada intensitas
cahaya yang lebih rendah dibandingkan
dengan tumbuhan C4
• Tercapainya ‘Break-Even Point’ pada tumbuhan
C3 pada intensitas cahaya yang lebih rendah
karena meningkatnya fotorespirasi
18/07/2017
22
http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif
Faktor-faktor yang
mempengaruhi fotorespirasi
• Temperatur
– Respirasi aerob
dan fotorespiasi
meningkat dengan
meningkatnya
temperatur
– Tumbuhan
mempunyai
rentang
temperatur
minimum dan
maximum
18/07/2017
23
http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif
Faktor-faktor yang
mempengaruhi fotorespirasi
• Fotosintesis netto atau laju assimilasi netto
– Tumbuhan C4 laju assimilasi netto kira-kira
2 hingga 3 kali dari tumbuhan C3
– Tumbuhan C4 sering disebut tumbuhan
efisien dan tumbuhan C3 sering disebut
tumbuhan tidak efisien
– Beberapa tumbuhan C3 memiliki respirasi
rendah dan laju assimilasi sama dengan
tumbuhan C4
• Bunga matahari
• Kacang tanah
18/07/2017
24
http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif
Faktor-faktor yg
mempengaruhi fotorespirasi
• FS bersih atau laju assimilasi bersih
– Hanya pada temperatur rendah tumbuhan C3
memiliki laju assimilasi bersih lebih tinggi
daripada tumbuhan C4 karena:
• PEP Carboxylase yang mengkataliasa
penggabungan CO2 dengan senyawa berkarbon 4
(PEP) tidak berfungsi. Sehingga
• Fotosintesis C4 stop
18/07/2017
25
http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif
Tumbuhan C3 dan C4 berbeda dalam
penggunaan air
• Tumbuhan C4 dapat menghasilkan 3 kali
bahan kering (Dry Matter) per satuan air
dibandingkan dengan tumbuhan C3
18/07/2017
26
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Respirasi
• Jenis sel dan jaringan
– Sel dan jaringan muda dan bekembang
(daerah meristematis) biasanya memiliki laju
respirasi lebih tinggi.
– Buah dan biji yang sedang bekembang juga
memiliki laju respirasi tinggi.
– Sel dan struktur yang lebih tua memilki laju
respirasi yang lebih rendah.
18/07/2017
27
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Respirasi
• Temperatur
– Respirasi umumnya memiliki temperatur
optimum dan maximum yg lebih tinggi drpd
FS
– Dapat menyebabkan hilangnya bahan kering
pada temperatur tinggi bila respirasi
melampaui FS
– Temperatur yang dimaksud adalah
temperatur di dalam tumbuhan bukan
temperatur udara.
18/07/2017
• Menggunakan irigasi untuk mendinginkan dapat
28
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Respirasi
• Oxygen
– Kadar oksigen O2 yang rendah dapat
menurukan laju respirasi aerob dan
meningkatkan respirasi anaerob.
– Kadar oksigen O2 yang rendah dapat
menurunkan Photorespirasi
18/07/2017
29
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Respirasi
• Light (Cahaya)
– Dapat meningkatkan laju fotorespirasi
18/07/2017
30
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Respirasi
• [Glukosa]
– Glukosa yang cukup perlu untuk
berlangsungnya respirasi
– Berkurangnya glukosa dapat terjadi karena:
• Menurunnya FS
• Menurunnya aliran KH pd floem tumbuhan,
mungkin karena:
– Dimakan serangga, dll
18/07/2017
31
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Respirasi
• [CO2]
– Semakin tinggi kadar CO2 menurunkan laju
respirasi
• Feedback Inhibition (Penghambatan umpan balik)
– Jarang terjadi kecuali jika kadar O2 terbatas
• “Banjir”/Flooded, tanah kompak
18/07/2017
32
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Respirasi
• [ATP]
– Konsentrasi [ATP] yang tinggi menurunkan
laju respirasi
• Feedback Inhibition (Penghambatan umpan balik)
18/07/2017
33
Rumus ATP
18/07/2017
34
Faktor-faktor yang
mempengaruhi Respirasi
• Luka pada tanaman
– Luka akan meningkatkan respirasi
– Laju pertumbuhan tanaman meningkat untuk
mencoba memulihkan kerusakan pada tanaman.
– Tumbuhan mensintesis senyawa-senyawa untuk
melawan hama dan penyakit.
– Beberapa herbisida membunuh tumbuhan dengan
menggangu proses respirasinya.
18/07/2017
35