Tumbuhan C3, C4 dan CAM-

TUMBUHAN C3, C4,DAN CAM-)
Oleh:
Dr. Murni Dwiati, M.Si
**)
PENDAHULUAN
Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok besar, yaitu C3,
C4, dan CAM (Crassulacean Acid Metabolism). Tumbuhan C4 dan CAM lebih adaptif di daerah
panas dan kering apabila dibandingkan dengan tumbuhan C3. Namun, tumbuhan C3 lebih
adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi. Sebagian besar tumbuhan pertanian,
seperti, kentang, kedelai, dan kapas merupakan tumbuhan dari kelompok C3. Tumbuhan C3 dan
C4 dibedakan oleh cara pengikatan COz dari atmosfir dan produk awal yang dihasilkan dari
proses forosintesis.
A.
Tumbuhan C3
Pada tumbuhan C3, enzim yang mengikat COz adalah RUBP karboksilase. Pada saat yang
sama RUBP juga dapat mengikat Oz, yang sering dikenal dengan proses fotorespirasi. Jika
konsentrasi COz di atrnosfir ditingkatkan, kompetisi antara COz dan O2 akan melemah, sehingga
fotorespirasi terhambat dan hasil fotosintat lebih banyak. Proses pembentukan heksosa dilakukan
melalui siklus Calvin. Dengan hasil berupa Asam Fosfo Gliserat (PGA), yang mempunyai
karbon 3.
Peningkatan CO2 di udara secara global akan menguntungkan tumbuhan C3, karena CO2
dapat meningkatkan laju fotosintesis. Apabila COz
di
udara meningkat, maka akan terjadi
peningkatan konsentrasi COz di dalam ruang antar sel dan sisi aktif dari RuBP akan mengikat
COz.
Hal ini akan berakibat pada menurunnya laju fotorespirasi, sehingga laju fotosintesis neto
meningkat.
CO2 berdifusi dari luar daun melalui stomata ke dalam ruang antar sel. Selanjutnya" CO2
berdifusi sebagai COz atau ion bikarbonat HCO3- ke dalam sel-sel mesofil hingga mencapai
kloroplas. Di tempat ini, karena substrat RuBP karboksilase adalah CO2, maka bikarbonat hqrus
diubah kembali menjadi CO2.
anhidrase
bio.unsoed.ac.id
co2 + I{2o
HCo3*arbonat
.l
+
If
Disampaikan pada saatacara kunjungan SDITAIam Harapan Umat Purbalingga, pada tanggal 12
Mei 2016.
..1
Dosen tetap Fakultas Biologi
Page 1
Unsoed
Reaksi ini dapat berlangsung spontan, tetapi sangat dipercepat oleh adanya karbonat anhidrase.
Ketersediaan RuBP dan COz dalam kloroplas sel mesofil merupakan faktor penentu dalam
meningkatkan produksi heksosa melalui siklus Calvin. Sementara itu, ATP dan NADPH hasil
dari reaksi terang diharapkan tersedia dengan baik. Selama faktor internal tidak menjadi
pembatas, dan karena dalam keadaan normal sinar matahari tersedia melimpah, maka produksi
heksosa akan melimpah.
Contoh kelompok tumbuhan C3 adalah kacang tanah, kedelai, kentang, dahlia krisan, sebagian
besar pepohonan.
Gambar 1. Beberapa jenis tumbuhan yang termasuk ke dalam tumbuhan C3.
B. Tumbuhan C4
Tumbuhan C+ dinamakan demikian karena hasil dari siklus Calvin adalah asam berkarbon
4. Tumbuhan C4lebih adaptif di daerah panas yang beriklim tropis. Pada tumbuhan C4, CO2
diikat oleh PEP karboksilase (enzim pengikat CO2 pada tumbuhan C4). PEP karboksilase tidak
dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara COz dan Oz. Lokasi terjadinya
pengikatan COz adalah di sel mesofil. CO2 ]ang sudah terikat oleh PEP karboksilase kemudian
dibentuk OAA dan diubah menjadi asam malat. Asam malat ditransfer dari mesofil ke sel
seludang berkas pengangkut (sekelompok sel-sel
di luar xylem
dan phloem yang banyak
mengandung kloroplas). Asam malat didekarboksilasi menjadi COz dan asam piruvat. COz diikat
oleh RuBP. Karena tingginya konsentasi COz dan letak sel seludang berkas pengangkut berada
di bagian dalam, maka Oz tidak mendapat kesempatan untuk berikatan dengan RuBP, sehingga
fotorespirasi sangat kecil.
PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, dengan CO2 di bawah 100 m mol
bio.unsoed.ac.id
m-t s-t laju fotosintesis sangat tinggi. Laju fotosintesis pada tumbuhan C4 hanya bertambah
.) Disampaikan pada saat acara kunjungan
Mei 2016.
*')
Dosen tetap Fakultas Biologi Unsoed
SDIT Alam Harapan Umat Purbalingga, pada tanggal 12
PageZ
sedikit dengan meningkatnya Co2
di lingkungan.
Dengan meningk atnya Co2
tumbuhan C3 akan lebih beruntung dari tumbuhan
di atmosfir,
C4 dalam hal peman faatan coz yang
berlebihan.
PEP karboksilase memiliki daya ikat yang lebih tinggi terhadap coz
dari pada RuBp
karboksilase. oleh karena itu, pada tumbuhan C4 dengan kandungan
Co2 sangat rendah,
bahkan
lebih rendah dari pada konsentrasi udara normal, ternyata Coz masih
dapat terfiksasi ke pEp
karboksilase. Contoh tumbuhan C4 adalahpadi, jagung, sorgum
dan tebu, alang-alang, dan teki.
Gambar 2- Beberapa jenis tumbuhan yang termasuk ke dalam
tumbuhan C4.
Ada 3 variasi pada kelompok tumbuhan c4, yakni NADP-ME,
NAD-ME dan pEp-cK.
Dasar pembedaannya terletak pada jenis asam berkarbon yang
4
ditraslokasi dari sel mesofil ke
sel seludang berkas pengangkut (asam malat dan asam aspartat) dan
sifat dari reaksi
dekarboksilasinya. Enzim pengatalisis dekarboksilase, yaitu
malat NADP (NADP-ME), yang
ditemukan di kloroplas. Enzim malat NAD (NAD-ME) yang
ditemukan di dalam mitokondria,
dan Fosfoenol piruvat (pEp-cK), yang terdapat di
dalam sitosol.
C.
Tumbuhan CAM
Beberapa spesies tumbuhan mempunyai sifat yang berbeda
dengan kebanyakan tumbuhan
lainnya' yakni tumbuhan ini membuka stomatanya pada
malam hari dan menutupnya pada siang
hari' Kelompok tumbuhan ini adalah tumbuhan sukulen yang
tumbuh di daerah kering dan
gurun' Dengan menutupnya stomatapada siang hari,
hal ini akan membantu tumbuhan ini dalam
menghemat air' Cara adaptasi tumbuhan CAM adalah
dengan mengurangi laju transpirasinya,
bio.unsoed.ac.id
rylilgg? *mbuhan jenis ini lebih
.l Disampaikan pada
mampu beradaptasi pada daerah kering dan panas.
saatacara kunjungan sDITAia*
**J
Dosen tetap Fakultas Biologi Unsoed
I{a."p*
@rd"
t"rgg"l
12
Page 3
Tumbuhan CAM mengambil CO2 pada malam hari, dan proses pembentukan heksosa
dilakukan pada siang harinya. Meski tidak menguarkan oksigen di malam hari, namun dengan
memakai CO2 /ang ada
di lingkungan, tumbuhan ini
sudah membantu
kita menghirup udara
bersih, dan lebih sehat. Namun, jumlah tumbuhan CAM hanya sekitar 5%o dan total tumbuhan
yang hidup di permukaan bumi. Tumbuhan CAM yang mudah ditemukan antara lain nanas,
kaktus, anggrek, lidah buay4 dan bromelia. Tumbuhan yang termasuk golongan CAM adalah
anggota dari Familia Crassulaceae, Cactaceae, Bromeliaceae, Liliaceae, Agaveceae.
Tumbuhan CAM, penambatan CO2, dilakukan pada malam hari dan dibentuk senyawa
asam malat dengan gugus 4-C. Pada hari berikutnya (siang hari) pada saat stomata dalam
keadaan tertutup terjadi dekarboksilasi asam malat akan terbentuk CO2 dan asam piruvat. CO2
ditambat oleh RuBP karboksilase. Jadi tumbuhan CAM mempunyai beberapa persamaan dengan
kelompok C4 yaitv dengan adanya dua tingkat sistem penambatan COz. Pada tumbuhan C4
terdapat pemisahan
ilffig,
yaitu mesofil dan seludang berkas pengankut. Sementara itu, pada
tumbuhan CAM pemisahannya bersifat sementara.
Beberapa tumbuhan
CAM dapat beralih ke jalur C3 bila keadaan lingkungan lebih baik.
misalnya pada beberapa jenis anggrek epifit bersifat CAM pada waktu musim kemarau, sehingga
anggrek ini beradaptasi pada lingkungan kering. Pada saat musim penghujan, tanaman anggrek
epifit berubah menjadi tumbuhan C3.
bio.unsoed.ac.id
Gambar 3. Beberapa jenis tumbuhan yang termasuk ke dalam tumbuhan
.l
cAM..
Disampaikan pada saat acara kunjungan SDIT AIam Harapan Umat Purbalingga, pada tanggal 12
Mei 2016.
*) Dosen tetap Fakultas
page 4
Biologi
Unsoed
Perbedaan Tumbuhan C3, C4 dan CAM
Perbedaan antar a tumbuhan C3, C4, dan CAM dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
c3
lebih adaptif pada kondisi
C4
adaptif di daerah tropis
kering
kandungan COz atmosfer
tineei
Kentang, kacang tanah, bunga
CAM
adaptifdi daerah panas dan
Lidah buaya, anggrek, nanas,
bromelia
COz diikat oleh PEP. Pada
COz diikat oleh PEP yang
COz diikat oleh RUBP, enzim
malam hari asam malat tinggi,
tidak dapat mengikat 02,
ini juga dapat mengilatOz
pada siang hari asam malat
pada saat yang bersamaan
sehingga tidak terjadi
didekarboksilasi
kompetisi antara COr dan Or
oada oroses fotoresoirasi
tidak mengikat COz secara
tidak mengikat COz secara
COz masuk ke dalam siklus
lanqsung
lanssuns
Calvin secara lanssune.
pada
Proses fotosintesis terjadi pada
Proses fotosintesis terjadi pada Proses fotosintesis tedadi
mesofil, hanya terjadi
mesofil
mesofil dan sel seludang
oembuluh
oemisahan waktu saia.
Pada malam hari terjadi
Pengikatan COz di udara
Apabila stomata menutup
lintasan C4, dan pada siang
melalui lintasan C4 di sel
akibat stress, maka akan
hari terjadi siklus C3
mesofil dan reduksi karbon
terjadi peningkatan
melalui siklus Calvin (siklus
fotorespirasi, pengikatan
C3) di dalam sel seludang
Ozoleh enzimRuBP
pembuluh
Jagung, tebu, alang-alang
eerbera- oeoohonan
Produk awal reduksi COz
(fiksasi COz) adalah asam 3fosfogliserat atau PGA, asam
berkarbon 3
Produk awal reduksi COz
(fiksasi CO2) adalah asam
oksaloasetat, malat, atau
aspartat ( hasilnya berupa
asam-asam yang berkarbon
Produk awal reduksi COz
(fiksasi COz) adalah asam
malat,
c4)
Setelah terbentuk heksosa
akan terbentuk RUBP kembali.
Setelah terbentuk heksosa
akan terbentuk PEP kembali
Siklus Calvin terjadi di sel
mesofil te{adi pada siang hari
Tumbuhan C4 juga mengalam
siklus Calvin seperti pada
tumbuhan C3 dengan bantuan
errim RUBP yang terjadi di
sel seludang berkas
pengangkut
Setelah terbentuk Pati akan
terbentuk PEP kembali
Tumbuhan CAM juga
mengalami siklus Calvin yang
terjadi di sel mesofil pada
siang hari
bio.unsoed.ac.id
-l Disampaikan pada saat acara kunjungan
*1
Mei 2016.
Dosen tetap Fakultas Biologi Unsoed
SDIT Alam Harapan Umat Purbalingga, pada tanggal 12
Page 5
PEI\ruTUP
Dengan adanya pembagian 3 jenis tumbuhan yang didasarkan atas tipe fotosintesisnya,
maka CO2 ]ang ada di lapangan dalam jumlah yang cukup banyak akan menguntungkan bagi
tumbuhan C3. Namun, tumbuhan C4 justru masih dapat berfotosintesis walaupun COz dalam
lingkungan cukup rendah. Sementara itu, dalam kondisi panas dan kering tumbuhan CAM masih
dapat bertahan walaupun dalam kondisi air yang terbatas dan lingkungan yang panas. Tumbuhan
CAM hidup dalam kondisi yang sangat ekstrem, yang tidak memungkinkan bagi tumbuhan C3
danC4 untukhidup.
DAFTAR PUSTAKA
Ai, N.S. 2012. Evolusi fotosintesis pada tumbuhan. Jurnal llmiah Sains. I2(l) :28-34.
Hamim. 2005. Respon pertumbuhan spesies C3 dan C4 terhadap cekaman kekeringann dan
konsentrasi CO2 tinggi. Biosfera.22(3): I05-I 12.
Hastilestari, B.R. 2015. Plastisitas sistem fotosintesis pada tanaman CAM. Pros. Sem. Nas.
Masy. Biodiv. Indon. l(4) :864-867.
Rahmawati, D., Nasir, M., Sudjino, Dewi, K.2009. Fisiologi Tumbuhan. Fakultas Biologi UGM,
Yogyakarta.
bio.unsoed.ac.id
.) Disampaikan pada saatacara
kunjungan SDITAIam Harapan Umat Purbalingga, pada tanggal
Mei 2016.
**l
Dosen tetap Fakultas Biologi Unsoed
12
Page 6