Nama NIM Prodi : Wahyu Anggun Setyaningrum : 17/409617/PN/15005 : Manajemen Sumberdaya Akuatik Fotosintesis, Respirasi dan Nutrisi A. Fotosintesis Fotosintesis merupakan aktivitas kompleks, dipengaruhi oleh banyak faktor, baik faktor internal maupun eksternal. Faktor internal menyangkut kondisi jaringan/ organ fotosintetik, kandungan klorofil, umur jaringan, aktivitas fisiologi yang lain seperti transpirasi, respirasi dan adaptasi fisiologis yang lain yang saling kait mengkait. Faktor eksternal meliputi faktor klimatik seperti suhu, kelembaban, kecepatan angin, hujan, dan juga faktor cahaya, konsentrasi CO2, O2, kompetitor, dan organisme pathogen. Selain itu juga faktor penyebab timbulnya stress seperti ketersediaan air, ada polutan biosida dan zat-zat beracun lain. Kondisi excess pada berbagai factor yang dibutuhkan dari lingkungan juga berpengaruh terhadap fotosintesis. Misal, logam-logam berat beracun, biosida , SO2 dan juga O2. Tumbuhan terutama tumbuhan tingkat tinggi, untuk memperoleh makanan sebagai kebutuhan pokoknya agar tetap bertahan hidup, tumbuhan tersebut harus melakukan suatu proses yang dinamakan proses sintesis karbohidrat yang terjadi di bagian daun satu tumbuhan yang memiliki kloropil, dengan menggunakan cahaya matahari. Cahaya matahari merupakan sumber energi yang diperlukan tumbuhan untuk proses tersebut. Tanpa adanya cahaya matahari tumbuhan tidak akan mampu melakukan proses fotosintesis, hal ini disebabkan kloropil yang berada di dalam daun tidak dapat menggunakan cahaya matahari karena kloropil hanya akan berfungsi bila ada cahaya matahari (Dwidjoseputro, 1986). Karbohidrat merupakan senyawa karbon yang terdapat di alam sebagai molekul yang kompleks dan besar. Karbohidrat sangat beraneka ragam contohnya seperti sukrosa, monosakarida, dan polisakarida. Monosakarida adalah karbohidrat yang paling sederhana. Monosakarida dapat diikat secara bersama-sama untuk membentuk dimer, trimer dan lain-lain. Dimer merupakan gabungan antara dua monosakarida dan trimer terdiri dari tiga monosakarida (Kimball, 2002). Fotosintesis merupakan proses sintesis senyawa organik (glukosa) dari zat anorganik (CO2 dan H2O) dengan bantuan energi cahaya matahari. Dalam proses ini energi radiasi diubah menjadi energi kimia dalam bentuk ATP dan NADPH + H yang selanjutnya akan digunakan untuk mereduksi CO2 menjadi glukosa. Maka persamaan reaksinya dapat dituliskan : Kloropil. B. Respirasi Respirasi adalah proses penguraian bahan makanan yang menghasilkan energi. Respirasi dilakukan oleh semua penyusun tubuh, baik sel-sel tumbuhan maupun sel hewan dan manusia. Respirasi dilakukan baik pada siang maupun malam hari. Sebagaimana kita ketahui dalam semua aktivitas makhluk hidup memerlukan energi begitu juga dengan tumbuhan. Respirasi terjadi pada seluruh bagian tubuh tumbuhan, pada tumbuhan tingkat tinggi respirasi terjadi baik pada akar, batang maupun daun dan secara kimia pada respirasi aerobik pada karbohidrat (glukosa) adalah kebalikan fotosintesis. Pada respirasi pembakaran glukosa oleh oksigen kan menghasilkan energi karena semua bagian tumbuhan tersusun atas jaringan dan jaringan tersusun atas sel, maka respirasi terjadi pada sel (Campbell, 2002). Tumbuhan hijau bernapas dengan mengambil oksigen dari lingkungan, tidak semua tumbuhan bernapas dengan menggunakan oksigen. Tumbuhan tak berklorofil benapas tanpa memerlukan oksigen. Tujuan proses pernapasan, yaitu untuk memperoleh energi. Pada peristiwa bernapas terjadi pelepasan energi. Tumbuhan yang bernapas secara anaeraob mendapatkan energi dengan car menguraikan bahan – bahan tertentu dimana mereka hidup. Dalam proses pernapasan aerob / anaerab. akan dihasilkan gas karbon dioksida dan uap air. Gas dan uap air tersebut dikeluarkan dari tubuh. Oksigen diperlukan dan karbon dioksida yang dihasilkan masuk dan keluar dari tubuh secara difusi. Gas – gas tersebut masuk dan keluar melalui stomata yang ada pada permukaan daun dan inti sel yang ditemukan pada kulit batang pegangan. Akar yang berada dalam tanah juga dapat melakukan proses keluar msuknya gas. Tumbuhan yang hidup di daerah rawa/berlumpur mempunyai akar yang mencuat keluar deari tanah. Akar ini disebut akar panas. Kandungan katalis disebut juga enzim, enzim sangat penting untuk siklus reaksi respirasi (sebaik-baiknya proses respirasi ). Beberapa reaksi kimia membolehkan mencampur dengan fungsi dari enzim atau mengkombinasikan sisi aktifnya. Penggunaan ini akan dapat dilihat hasilnya pada inhibitor dari aktivitas enzim (Kimball, 1983). Mahluk hidup memerlukan respirasi untuk mempertahankan hidupnya, begitu pula pada tumbuhan. Respirasi pada tumbuhan menyangkut proses pembebasan energi kimiawi menjadi energi yang diperlukan untuk aktivitas hidup tumbuhan. Pada siang hari, laju proses fotosintesis yang dilakukan tumbuhan sepuluh kali lebih besar dari laju respirasi. Hal itu menyebabkan seluruh karbondioksida yang dihasilkan dari respirasi akan digunakan untuk melakukan proses fotosintesis. Respirasi yang dilakukan tumbuhan menggunakan sebagian oksigen yang dihasilkan dari proses fotosintesis, sisanya akan berdifusi ke udara melalui daun. Reaksi yang terjadi pada proses respirasi sebagai berikut Reaksi penguraian glukosa sampai menjadi H2O, CO2 dan energi melalui tiga tahap, yaitu glikolisis, daur Krebs, dan transpor elektron respirasi. Glikolisis merupakan peristiwa perubahan glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi dan 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa. Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan penguraian asam piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Reaksi ini terjadi disertai dengan rantai transportasi elektron respiratori. Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan. Respirasi banyak memberikan manfaat bagi tumbuhan. Proses respirasi ini menghasilkan senyawa-senyawa yang penting sebagai pembentuk tubuh. Senyawasenyawa tersebut meliputi asam amino untuk protein, nukleotida untuk asam nukleat, dan karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan sitokrom), lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid seperti antosianin, dan senyawa aromatik tertentu lainnya, seperti lignin. Sedangkan energi yang ditangkap dari proses oksidasi dalam proses respirasidapat digunakan untuk mensintesis molekul lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Reaksi penguraian glukosa sampai menjadi H2O, CO2 dan energi melalui tiga tahap, yaitu glikolisis, daur Krebs, dan transpor elektron respirasi. Glikolisis merupakan peristiwa perubahan glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi dan 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa. Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan penguraian asam piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Reaksi ini terjadi disertai dengan rantai transportasi elektron respiratori. Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan. Respirasi banyak memberikan manfaat bagi tumbuhan. Proses respirasi ini menghasilkan senyawa-senyawa yang penting sebagai pembentuk tubuh. Senyawasenyawa tersebut meliputi asam amino untuk protein, nukleotida untuk asam nukleat, dan karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan sitokrom), lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid seperti antosianin, dan senyawa aromatik tertentu lainnya, seperti lignin. Sedangkan energi yang ditangkap dari proses oksidasi dalam proses respirasidapat digunakan untuk mensintesis molekul lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Jenis-jenis Respirasi 1. Respirasi Aerob Respirasi Aerob adalah proses biologi dimana senyawa organik tereduksi dimobilisasi dan kemudian dioksidasi secara terkontrol. Dalam proses ini energi bebas dilepaskan dan kemudian digabungkan dalam bentuk ATP, yang dapat segera digunakan dalam perkembangan tanaman.Respiarsi aerobik secara umum disebut oksidasi senyawa gula berkarbon 6 (glukosa ). Dengan reaksi dasar: C6H12O6 + O2 + H2O 6 CO2 + 12 H2O. Glukosa di oksidasi secara sempurna menjadi CO2, dan oksigen (akseptor hidrogen terakhir) direduksi menjadi air. Oksidasi glukosa dilakukan secara bertahap dalam beberapa rangkaian reaksi guna menghindari kerusakan struktur seluler ( kebakaran) akibat pelepasan energi yang sangat besar. Tahap – tahap repirasi aeobik ( oksidasi glukosa): a. Glikolisis Istilah glikolisis yang berarti pemecahan gula, diperkenalkan pada tahun 1909 untuk maksud perombakan gula menjadi etil alkohol. Tetapi sebagian sel akan menghasilkan asam piruvat, bukan etanol, jika mendapat aerasi secara normal. Glikolisis terjadi pada semua organisme hidup. Secara evolusi, tahapan ini dianggap sebagai tahapan yang paling tua dari ketiga tahapan respirasi. Glikolisis merupakan tahapan pertama respirasi, dimana glukosa dipecah menjadi 2 buah senyawa 3 karbon, yang kemudian dioksidasi dan diubah menjadi asam piruvat, yang akan digunakan dalam siklus asam trikarboksilat. Oksigen tidak dibutuhkan pada konversi glukosa menjadi asam piruvat, sehingga glikolisis dianggap sebagai cara menghasilkan energi pada jaringan tanaman ketika konsentrasi oksigen rendah. Tahapan reaksi glikolisis dimulai dengan terjadinya dua kali fosforilasi glukosa/fruktosa, dan kemudian pecah menjadi 2 buah senyawa gula 3 karbon: glyceraldehyde-3-phosphat Reaksi ini memerlukan 2 ATP/glukosa Setelah terbentuk glyceraldehyde-3-phosphat, jalur glikolisis ini mulai dapat mengekstrak energi. Jika tidak terdapat O2, siklus asam trikarboksilat dan transport elektron tidak terjadi, sehingga reaksi glikolisis tidak dapat berlanjut karena tidak adanya suplai NAD+. Akibatnya reaksi yang dikatalisis oleh glyceraldehyde-3-phosphat dehidrogenase tidak dapat berlangsung. b. Siklus Krebs / daur trikarboksilat Dinamakan siklus krebs untuk menghargai ahli biokimia dari ingris, Hans A Krebs, yang pada tahun 1937 mengajukan suatu daur reaksi untuk menerangkan cara perombakan piruvat pada otot dada burung merpati. Siklus krebs terjadi di matriks pada mitokondria. Siklus asam trikarboksilat disebut juga siklus asam sitrat karena pentingnya asam sitrat sebagai substrat intermediet dalam siklus ini Asam piruvat hasil glikolisis, ketika memasuki matriks mitokondria, didekarboksilasi oksidatif sehingga menghasilkan NADH, CO2, dan asam asetat. Asam asetat selanjutnya digabungkan dengan coenzim A, membentuk Asetil CoenzimA (asetil co A). Konversi asam piruvat menjadi asetil coA terdiri atas tiga tahapan yaitu dekarboksilasi, oksidasi dan konjugasi dengan Asetil coA. Oksidasi piruvat dalam mitokondriamenghasilkan 3 molekul CO2, 4 NADH,FADH dan ATP. c. Transpor Elektron Elektron berenergi tinggi yang ditangkap selama siklus asam trikarboksilat harus diubah menjadi ATP, untuk dapat dimanfaatkan. Untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi melalui glikolisis dan siklus Krebs, akan dihasilkan 2 NADH dalam sitosol, 8 NADH dan 2 FADH2 dalam matriks. NADH + H+ + ½ O2 NAD+ + H20. Oksidasi glukosa secara sempurna menghasilkan 4 ATP, 2 NADH dalam sitosol, 8 NADH dan 2 FADH2 dalam mitokondria. Karena 1 NADH setara dengan 3 ATP dan 1 FADH2 setara 2 ATP, maka dari 1 molekul glukosa dihasilkan total 38 ATP. Secara umum 56 % dari total energi yang tersedia dalam glukosa dapat dikonversi menjadi ATP. 2. Respirasi Anaerob Respirasi anaerob merupakan respirasi tanpa menggunakan oksigen. Dalam kondisi tidak ada oksigen, tanaman melakukan metabolisme fermentatif. Fermentasi dapat terjadi melalui fermentasi alkohol atau fermentasi asam laktat. Laktat dianggap merupakan produk akhir fermentasi yang relatif lebih berbahaya dibanding alkohol karena akumulasi laktat berdampak pada penurunan pH sitosol. Pada saat kurang oksigen, tumbuhan akan melakukan respirasi anaerob yang hanya akan menghasilkan energi dalam jumlah yang sedikit yakni 2 ATP saja. C. Elemen Nutrisi 1. AIR Air merupakan komponen terbesar yang diperlukan oleh tubuh. Air meliputi 60%80% berat badan individu dewasa dan 80% berat badan bayi .Individu dewasa dapat kehilangan cairan ±2-3 liter/ hari melalui keringat, urine, dan pernafasan. Individu dewasa rata-rata memerlukan 6-8 gelas air/ hari. Fungsi air bagi tubuh untuk membantu proses atau reaksi kimia dalam tubuh serta berperan mengontrol temperature tubuh. 2. KARBOHIDRAT Karbohidrat merupakan kelompok nutrien yang berfungsi sebagai sumber energy bagi tubuh, sebagai penghasil lemak, sebagai pasangan protein. Jenis-jenis karbohidrat: a. Monosakarida (C6H12O6) b. Laktosa : terdapat pada buah-buahan c. Fruktosa : terdapat pada buah-buahan, madu, tebu d. Galaktosa : tidak ditemukan dalam keadaan aslinya. Akan ditemukan jika laktosa dipecah. e. Disakarida (C12H22O11) f. Sukrosa : terdapat dalam tebu g. Laktosa : terdapat pada susu h. Maltosa : tidak terdapat dialam bebas, diperoleh dari hindolisis amilum dengan bantuan enzim diatase (Cahyatin,2007). 3. PROTEIN Protein adalah kimia hasil hidrolis dari pencernaan yang merupakan unsur pokok untuk membangun kembali asam amino. Asam amino disimpan dalam jaringan dalam bentuk hormon. Protein berfungsi mempertahankan dan menganti sel-sel yang rusak. Setiap 1 gram proten menghasilkan 4 Kkal. 12 jenis asam amino yang umum ditemukan dalam protein 8 diantaranya merupakan asam amino esensial. Asam amino yang tidak dapat disintensis oleh tubuh. oleh karena itu di dapat dari makanan. Sumber protein antara lain daging, telur, ayam, ikan dll. Masalah defisien protein yang hebat menyebabkan penyakit yang disebut kwashiorkor (Mubarak,2007). 4. LEMAK Lemak adalah kelompok zat kimi organic yang berminyak dan tidak bias tercampur dengan air tetapi bisa tercampur dengan alcohol. Zat kimia ini adalah lipid. Elemen yang terdapat pada lemak adalah karbon, hydrogen, oksigen. Lemak tunggal disebut Tri gliserit. 1 gr lemak akan menghasilkan 9 kkal/38kJ. Proses terbentuknya lemak disebut lipogenesis. Fungsi lemak antara lain sebagai sumber energy, sumber asam lemak esensial, menyerp vitamin larut lemak. Sumber lemak bias didapat dalam metega, keju, daging sapi, kacang tanah, ikan cord, susu (Keliat,1992). 5. VITAMIN Vitamin ialah senyawa organic yang idak dapat dibuat oleh tubuh dan diperlukan dalam jumlah besr sebagai katalisator dalam proses etabolisme. Vitamin secara umum dikelompokan dalam: a. Vitamin yang dapat larut dlam lemak b. Vitamin Vitamin yang larut dalam air :Vit A,D,E,dan K. : Vit B dan C 6. MINERAL Mineral adalah unsur kimia selain karbon, hydrogen, oksigen dan nitrogen yang dibutuhkan oleh tubuh. a. Makro mineral Yaitu seseorang memerlukan setiap harinya sejumlah lebih 100 mg. Contohnya : Kalsium, pospor, sodium, potassium. b. Mikro mineral Yaitu seseorang memerlukan setiap harinya sejumlah kurang lebih100mg Contohnya:Besi,mangan,seng,sodium,iodium,cobalt,dll. DAFTAR PUSTAKA Cahyatin, Nurul. 2007. Buku Ajar Kebutuhan Dasar Manusia. Buku Kedokteran EBC. Jakarta Campbell, 1999, Biologi, edisi kelima jilid 1, Erlangga, Jakarta. Dwidjoseputro. 1986. Biologi. Erlangga. Jakarta. Keliat,B.A. 1992. Seri Keperawatan gangguan Konsep Diri. Buku Kedokteran EGC. Jakarta. Kimball, Jhon.W, 1983, Biologi, jilid 1, Erlangga, Jakarta. Mubarak, Wahid Ikbal. 2007. Buku Ajar Kebutuhan Dasar Manusia. Buku Kedokteran EBC. Jakarta
