BAB 6. ENZYM , ENERGETICS DAN RESPIRASI.
advertisement
FISIOLOGI POHON ENZIM, ENERGETIK DAN RESPIRASI Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada PENDAHULUAN Karbohidrat hasil fotosintesis dimanfaatkan utk: 1. 2. 3. Respirasi (menghasilkan energi) Asimilasi (produksi protoplasma dan organ / struktur tanaman baru) Diakumulasi dalam buah, biji & struktur vegetatif (utamanya berupa pati, protein & lipid) Respirasi: Proses penghasilan energi (berupa ATP) Kompleks dan bersifat enzimatis Materi meliputi: 1. Enzim 2. Energetik 3. Respirasi 1. Respirasi seluler 2. Glycolisis dan Cyclus Kreb 3. Elektron transfer dan Oksidasi Phosporylation 4. Pentose shunt 5. Respirasi an aerobic 6. Quotien respirasi 8. Photorespirasi Enzim - katalisator reaksi mempercepat reaksi kimia dalam sel (kec. reaksi enzimatis 108-1020 x) Reaksi kimia dalam sel terjadi pada suhu 5-40oC Di lab hal tersebut tdk terjadi katalisator organis yang membuat suatu reaksi kimia dapat berlangsung pada suhu kamar/biasa menurunkan energi aktivasi S ES P Bagian protein Enzim apoenzim Bagian bukan protein - prosthetic group (terikat kuat ) - koenzim (tidak terikat kuat ) Holoenzim - bersifat spesifik Kofactor tiap enzim mengkatalisir reaksi tertentu kekhasan struktur tiga dimensi protein/enzim Dinamakan berdasarkan reaksi yang dikatalisa - Aktivitas enzim dipengaruhi oleh: 1. Konsentrasi enzim 2. Konsentrasi substrat 3. pH 4. suhu Kofaktor - Prosthetic group / metal aktivator - Ko enzim Cu dalam Tyrosinase Fe dalam Katalase Mg2+, Mn2+, Ca2+ dan K+ B Complex Pyridine nucleotides: transfer energi metabolik NAD (nicotinamide adenin dinucleotida) & NADP (nicotinamide adenin dinucleotida phosphate): oksidasi dan reduksi FMN (Flavinmononucleotida) & FAD (Flavin adenin dinucleotida): oksidasi dan reduksi B1 (thiamine): decarboxylase, oksidase Dan lain-lain Penggolongan Enzim (berdasarkan reaksi yang dikatalisa) 1. Oksidoreduktase: katalisator reaksi oksidasi dan reduksi, contoh: oksidases, dehydrogenases 2. Transferases: katalisator reaksi atau transfer dari sekelompok senyawa kimia dari senyawa donor ke senyawa penerima contoh: transaminase 3. Hydrolases: katalisator reaksi pemecahan secara hydrolytic senyawa C-C ; C-O ; C-N ; dan senyawa lain contoh: sucrose 4. Lyases: katalisator reaksi pemindahan/penggeseran senyawa kimia dari subtratnya dengan cara nonhidrolitic. Pemecahan C-C ; C-O ; C-C dan senyawa lain ini dengan meninggalkan senyawa bertangan ganda atau menambah senyawa menjadi mempunyai tangan ganda misal: dekarboksilase Penggolongan Enzim (lanjutan) 5. Isomerases: sebagai katalisator untuk reaksi konversi senyawa menjadi isomernya contoh: triose fosfat isomerase 6. Ligases (synthetases): sebagai katalisator reaksi yang mampu menggabungkan dua molekul dengan hydrolisa senyawa pyroposfat dalam ATP contoh: thiokinases Faktor-faktor yang mempebgaruhi aktivitas enzim A. Konsentrasi substrat C. Suhu B. Konsentrasi enzim D. pH Energetik Usaha semua makhluk hidup untuk memenuhi kebutuhan energi guna menjaga kelangsungan hidupnya Energi hasil respirasi dipakai untuk : - Memelihara integritas struktur protoplasma, organel & membran maintenance respiration - Sintesis/pembentukan protoplasma & jaringan baru (asimilasi) growth respiration Transport aktif (pengangkutan) material (ion & senyawa) melalui membran Aktivitas mekanis (Protoplasm streaming [aliran protoplasma] dan gerak) Menjaga suhu tubuh - Hilang/keluar sebagai panas - - Bagaimana Mendapatkan Energi Autotropihic Organism Menghasilkan energi sendiri dari baik dengan fotosintesis maupun chemosintesis Keberhasilan tanaman tergantung pada kemampuannya memperoleh, menyimpan dan melepaskan energi yang dibutuhkannya Contoh chemosintesis adalah bakteri yang mendapatkan energi dari oksidasi NH3 ke NO2; NO2 ke NO3 ; H2S ke SO4 atau dari Ferrous iron menjadi ferric iron Heterotrophic Organism Binatang atau/atau nongreen plants memperoleh energi dari tanaman hijau Respirasi Proses yang terjadi pada organisme yang hidup yaitu pelepasan energi kimia yang berasal dari simpanan makanan yang berupa karbohidrat, lemak dan protein Respirasi merupakan suatu proses yang berlawanan dengan fotosintesis Perbedaan Respirasi dan Fotosintesis - - - - Respirasi O2 diserap dan CO2 dilepaskan Terjadi siang malam Cahaya tidak penting Tenaga potensial menjadi tenaga kinetik Tidak perlu klorofil Terjadi secara eksotermis Merupakan proses katabolisme - - - Fotosintesis O2 dilepaskan dan CO2 diserap Terjadi pada siang hari Terjadi bila ada cahaya Tenaga cahaya menjadi tenaga potensial Memerlukan klorofil Terjadi secara endotermis Merupakan proses anabolisme 1. 2. 3. 4. 5. 6. Arti Respirasi Bagi Tumbuhan Melepaskan tenaga dan mengaktifkan pembelahan sel Menyebabkan pembentukan senyawa-senyawa lain Merubah makanan tidak larut menjadi bentuk larut Memelihara siklus karbon di alam Merubah tenaga potensial menjadi bentuk yang dapat digunakan (tenaga kinetik) Hasil respirasi yang dimanfaatkan sebagai : - mempertankan proses respirasi (dalam protoplasma) - pengangkutan material - protoplasma streaming - electric energi Respirasi merupakan proses/reaksi oksidasi makanan yang melibatkan aktifitas enzim dan energi transfer 25 enzim dlm reaksi glikolisis, siklus Kreb dan sistem transport elektron Senyawa disebut dioksidasi apabila kehilangan electron atau atom hydrogen Reaksi dehydrogenasi AH2 + B A + BH2 Respirasi merupakan suatu proses yang kompleks yang meliputi : - Penyerapan oksigen - Perubahan karbohidrat - Pelepasan tenaga - Pembentukan senyawa intermedier - Pelepasan CO2 dan air - Pengurangan berat tumbuhan Oksidasi sempurna Glukosa dpt digambarkan sbb: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 686.000 kal 38 ATP Tahapan reaksi respirasi 1. 2. 3. Glikolisis Siklus Kreb Sistem Transport Elektron 1. Glikolisis Urut-urutan reaksi oksidasi dari glukosa s/d Acetyl Co A (Acetyl Coenzim A) disebut glikolisis Acetyl Co A merupakan senyawa kunci pada metabolisme karbohidrat, asam lemak dan asam amino Semua menghasilkan Acetyl Co A untuk masuk ke Siklus Kreb Glikolisis Glukosa + 2 ATP + 2 NAD+ 2 piruvat + 2 NADH + 4 ATP Hasil bersih: 2 piruvat + 2 NADH + 2 ATP 2. Siklus Kreb (Kreb’s Cycle) (dlm mitochondria) 2 piruvat 2 ATP + 8 NADH + 2 FADH2 CO2 + 2H 2 piruvat 2 ATP + 8 NADH + 2 FADH2 3. Mitochondrial Electron Transport System - Oksidasi kembali koenzim tereduksi menjadi koenzim teroksidasi - Juga dihasilkan energi berupa ATP Produksi ATP melalui sistem transfer elektron disebut OXIDATIVE PHOSPHORYLATION - 1 NADH : 3 ATP sedang 1 FADH2 : 2 ATP - dr fosforilasi oksidatif dihasilkan: 3 x 10 (NADH) + 2 x 2 (FADH2) = 34 ATP Glukosa CO2 + H2O ATP: 1. Glikolisis = 2 ATP 2. Kreb = 2 ATP 3. Fosf. oks = 34 ATP 38 ATP Pentosa shunt Jalur alternatif oksidasi glukosa Juga disebut Jalur Heksosa Monofosfat Glukosa-6P dioksidasi menjadi Glukonate-6P NADP diseduksi menjadi NADPH2 Diikuti dg transformasi yg menghasilkan gula pentosa: Ribulosa5 biP, CO2 dan NADPH2 NADPH2 digunakan untuk penghasilan asam lemak Gula pentosa mengalami transformasi untuk menghasilkan asam nukleat, adenin dan piridin nukleotida Gula pentosa dapat pula menjadi gliseraldehid-3P, asam piruvat atau kembali menjadi glukosa-6P Menghasilkan lebih sedikit ATP dibanding glikolisis dan siklus kreb Jalur penting metabolisme gula pentosa pada biji yang berkecambah Anaerobic Respiration - Respirasi yang terjadi tanpa adanya Oksigen - Sistem transport elektron dan fosforilasi oksidatif tidak terjadi - Energi dihasilkan hanya pada tahap glikolisis Penghasilan energi tidak efisien - Akumulasi senyawa yang tidak teroksidasi sempurna seperti alkohol dan aldehid Meracun tanaman CO2 +H2O + 686.000 kal Pyruvic Senyawa Glucose Aldehyde, acid Intermediate Alkohol, CO2 + 15.000 kal Akar-akar dan pneumatophora Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap respirasi Carbon budget diukur dg cara Estimasi carbon yg diserap Penambahan jaringan (biomasa) per tahun Kecepatan respirasi Hasil fotosintesis yg digunakan utk respirasi seluruh bag pohon: - Pohon apel (8 th): 1/3 hasil fotosintesis - Pohon pinus (14 th): 58% hasil fotosintesis - Pohon tropis: 65% hasil fotosintesis (55 ton/ha) Faktor 1. (lanjutan) Umur, bagian tanaman dan kondisi fisiologi dari jaringan 1. Umur: >> tua >> banyak hasil fotosintesis utk respirasi krn proporsi organ fotosintesik thd respirasi << 2. Daun, pucuk, tunas dan kambium: respirasi >> 2. Naungan: - tanaman di tempat terbuka fotosintesis>> dari respirasi krn organ fotosintetik >> kayu - daun bag dlm mempunyi fotosintesis << daun luar 2/3 cabang bag bawah sebaiknya dipruning 2. 3. Ketersediaan substrat Hydrasi Faktor (lanjutan) 4. Kadar air dalam tanah 5. Suhu udara dan dalam tanah Musim berpengaruh terhadap respirasi melalui variasi suhu 6. Komposisi di atmosfer 7. Rangsangan karena luka 8. Zat-zat kimia Aktifitas Respirasi terbesar : Daun Kambium Ujung akar Ujung batang Jaringan yang muda Aktifitas respirasi rendah Bagian dorman Respirasi pada buah dan biji-biji Suhu rendah Kadar air yang rendah Quotient Respirasi Perbandingan antara vol CO2 yg diproduksi dengan O2 yang digunakan Dipengaruhi oleh substrat yg digunakan RQ = 1, oksidasi sempurna karbohidrat C6 H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O 6 CO2 / 6 O2 = 1 RQ = 0,7, oksidasi protein dan lemak RQ = 1,33 pada tanaman succulent bisa lebih dari satu Nilai RQ tergantung pada : 1. Sifat substrat respirasi atau jumlah O2 dalam substrat respirasi dan sejauh mana substrat diuraikan Apakah semua O2 yang diserap habis digunakan dalam respirasi atau sebagian digunakan untuk tujuan lain 2. Nilai RQ memberikan gambaran dari tipe substrat yang digunakan untuk respirasi dan derajat respirasi aerobik yang berjalan Meningkatkan Produktifitas Hutan Mengurangi respirasi yang berlebihan lebih efektif dibandingkan dengan peningkatan fotosintesis Mengurangi cabang-cabang yang terkena penyakit Asimilasi Konversi makanan karbohidrat, lemak dan protein menjadi jaringan baru Asimilasi adalah integral dari sebagian pertumbuhan sehingga nampak di ujung batang, kambium dan bagianbagian meristimatik Karbohidrat dikirim ke meristematik menjadi selulose, senyawa pectik, lignin, asam amino, enzim, klorofil, karotenoid
