Fisiologi Tumbuhan

Dasar-dasar
Fisiologi Tumbuhan
PNA 2200 A/E
Didik Indradewa
Eka Tarwaca Susila Putra
Sistem Perkuliahan



Student centered learning : dibagi dalam
kelompok diskusi, mahasiswa presentasi,
ditambah materi dari dosen
Research university : Research Based
Learning dosen memberikan contoh hasil
penelitiannya untuk bahan kuliah
e Learning : bahan yang disiapkan dosen
maupun penunjang dapat diakses lewat
internet, diskusi lewat blog
Sistem Perkuliahan (lanjutan)



Bahan dari dosen 1 (Didik Indradewa)
digunakan untuk ujian sisipan
Bahan dari dosen 2 (Eka Tarwaca, SP) dan
hasil praktikum digunakan untuk ujian akhir
Nilai ujian sisipan + akhir + praktikum +
Presentasi : 4
Silabus
Pengertian dan ruang lingkup fisiologi tumbuhan,
sel dan organela sel, gerakan partilel berupa difusi,
osmosis dan imbibisi. Peran air bagi tumbuhan,
penyerapan
dan
pengangkutan
air serta
transpirasi. Dalam metabolisme dibahas tentang
ensim, fotositesis dan respirasi. Fotosintesis
mencakup reaksi cahaya, reaksi gelap dan faktorfaktor yang berpengaruh. Respirasi mencakup
glikolisis, siklus Krebs faktor-faktor yang
berpengaruh dan respirasi cahaya. Pengangkutan
hasil fotosintesis, jalur dan teori pengangkutan.
Pustaka



Devlin, R.M. and F.H. Witham. 1983. Plant
Physiology.
Salisbury, F.B. and C.W. Ross. 1978. Plant
Physiology.
Taiz, L. and E. Zeiger. 1998. Plant Physiology.
Jadual 2012
Mg
Tgl
Pokok Bahasan
Dosen
1
21-2 Pendahuluan
Didik
2
28-2 Difusi, Osmosis, Imbibisi
Didik
3
06-3 Serapan Air, Pengangkutan Air
Didik
4
13-3 Transpirasi
Didik
5
20-3 Enzim, Fotosintesis : Reaksi Cahaya
Didik
6
27-3 Fotosintesis : Reaksi Cahaya, Reaksi Gelap Didik
7
03-4 FS : Reaksi Gelap, Faktor Berpengaruh
Didik
Jadual 2012
8
10-4
Ujian Tengah Semester
Didik
9
10
11
12
17-4
Ujian Tengah Semester
Didik
24-4
Respirasi : Glikolisis, Siklus Krebs
Eka
01-4
Respirasi : Faktor Berpengaruh
Eka
08-5
Presentasi 1
Eka
13
14
15
15-5
Presentasi 2
Eka
22-5
Presentasi 3
Eka
29-5
Presentasi 4
Eka
16
17
05-6
Presentasi 5
Eka
12-06
Presentasi 6
Eka
Pendahuluan
Pendahuluan
Batasan
 Fisiologi Tumbuhan : ilmu yang membahas
proses-proses yang terjadi di dalam tubuh
tumbuhan pada tingkatan molekuler dan
seluler
 Fisiologi Tanaman : ilmu yang membahas
proses-proses yang terjadi di dalam tubuh
tanaman pada tingkatan individu dan populasi
 Tanaman adalah tumbuhan yang
dibudidayakan


Mengapa tumbuhan-tanaman perlu dipelajari ?
Tumbuhan-tanaman mempunyai peran yang
penting bagi kehidupan manusia
Peran Tumbuhan-Tanaman
Sumber pangan
Sandang
Papan
Kosmetik
Jamu
Bahan Industri
Biodisel
Bioetanol
Keindahan dan Rekreasi
Daur hidrologi
Paru-paru Dunia
Faktor Berpengaruh thd Tanaman
Genetik
Iklim Air,Chya,Suhu,CO2
Tanaman
Orgme Tan. Hma, Peny,Glm
Proses
Fisiologis
Pertumbuhan
Tanah Fisik, Kimia, Biol
Macam, mekanisme. tempat
Hasil
Pembahasan dalam Fisiologi Tumbuhan




Macam proses : transpirasi, fotosintesis,
respirasi dll
Mekanisme proses : fotosintesis terdiri dari
reaksi cahaya dan rekasi gelap
Di mana terjadinya ; fotosintesis di dalam
kloroplas
Faktor yang berpengaruh : fotositesis
dipengaruhi intensitas cahaya
Ilmu Pendukung

Anatomi dan Morfologi : penyerapan air
Fisika dan Kimia
reaksi cahaya dan gelap fotosintesis
Matematik
Sel dan Organela
Gerakan Partikel
Difusi, Osmosis dan
Imbibisi
Gerakan Partikel
CO2
Ion
O2
H2O
H2O






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
Energi kinetik : energi yang dimiliki partikel
dengan suhu di atas 0o K untuk melakukan
gerakan
Keseimbangan dinamis : partikel tetap
bergerak namun jumlah yang masuk seimbang
dengan jumlah yang keluar, sehingga difusi
berhenti
Laju gerakan partikel




V = (8RT)1/2/ π M
V = laju (cm/det)
T = suhu K
R = tetapan gas
M = BM π = 3,14
Faktor yg mempengaruhi difusi
1. Suhu, makin tinggi difusi makin cepat
2. BM makin besar difusi makin lambat
3. Kelarutan dalam medium, makin besar
difusi makin cepat
4. Beda potensial kimia, makin besar
beda difusi makin cepat
Contoh Difusi

Model
A
1. CO2 2x
CO2 3x
2. CO2 2x, O22x
CO2 3x, O21x
B
CO2 4x
CO2 3x
CO2 4x
CO2 3x, O21x
Difusi CO2, O2 dan H2O
CO2 O2
H2O
Osmosis

Osmosis : gerakan air dari potensial air lebih tinggi
ke potensial air lebih rendah melewati membran
selektif permeabel sampai dicapai keseimbangan
dinamis
Sifat Membran


Sifat membran
permeabel
semi permeabel
selektif permeabel
impermeabel
solvent
+
+
+
-
solut
+
+/-
+ = dapat lewat
- = tidak
Contoh membran : membran plasma, membran
vakuola, membran kloroplas
Membran
Potensial Air









Potensial air : energi bebas per mol air
Ψ = Ψs + Ψp + Ψm satuan : atm, bar, Pa
Ψ (potensial air) = - DTD (defisit tek difusi)
Ψs (potensial solut) = -TO (tek osmosis)
Ψp (potensial tekanan) = TT (tek turgor)
Ψm (potensial matriks) = TI (tek imbibisi)
DTD = TO - TT
Di dalam sel Ψm kecil – diabaikan
Di dalam benih Ψp kecil - diabaikan
Potensial Solut




Potensial solut : penurunan energi bebas air
dalam suatu larutan karena interaksi air dengan
solut, dibanding dengan air murni
Potensial air murni -> maksimal = 0 bar
Larutan mempunyai potensial air < 0 atau
negatif
Larutan di tempat terbuka mempunyai Ψp = 0,
sehingga Ψ = Ψs


Ψs = - m i R T
TO = M R T
m = molalitas i = derajat ionisasi ( sukrosa =1,
Na Cl = 1,8 pada 20o C)
R = tetapan gas = 22,7/273 bar
T = suhu K = 0C + 2730

Faktor yang berpengaruh thd Ψs
1. Molallitas (konsentrasi), makin tinggi
Ψs makin rendah
2. Derajat ionisasi, makin tinggi Ψs
makin rendah
3. Derajat hidrasi, solut mudah mengikat
air, Ψs rendah
4. Suhu, makin tinggi , Ψs makin rendah
Arah gerakan air




Dari potensial air lebih tinggi ke potensial air
lebih rendah
Dari DTD lebih rendah ke DTD 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
DTD 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
Sel A dalam Larutan B

Keadaan awal
A. Ψ = Ψs+Ψp
= -30 + 0 = -30 bar
B. Ψ = Ψs+Ψp
= -10 + 0 = -10 bar

Keseimbangan
A. Ψ = Ψs+Ψp
= -30 + 20 = -10 bar
B. Ψ = Ψs+Ψp
= -10 + 0 = -10 bar
Sel A dengan Sel B

Keadaan awal
A. Ψ = Ψs+Ψp
= -14+4 = -10 bar
B. Ψ = Ψs+Ψp
= -24+ 8 = -16 bar

A
Keseimbangan
A. Ψ = Ψs+Ψp
= -14+1 = - 13 bar
B. Ψ = Ψs+Ψp
= -24+11 = -13 bar
B
Hubungan Ψ, Ψs, Ψp


Sel turgor penuh
Ψ = Ψs + Ψp = -12,5 + 12,5 = 0 bar
Sel mengempis, volume relatif 80%
Ψ = Ψs+ Ψp = -14 + 0 = -14 bar
Mengukur potensial air
Metode Gravimetri
Metode Chardakov
Pressure Bomb Scholander
sampel
manometer
gas N2
Pengukuran potensial air
Mengukur potensial solut

Jaringan berwarna misal daun Rhoediscolor
dimasukkan larutan dengan konsentrasi
berbeda, potensial solut jaringan = potensial
solut larutan yang menyebabkan 50% jaringan
mengalami plasmolisis
Potensial Tekanan

Di dalam vakuola terdapat
solut – menurunkan
potensial solut –
menurunkan potensial air –
lebih rendah dari sekitar –
terjadi endo osmosis –
menyebabkan peningkatan
potensial osmotik – vakoula
membesar – membran
plasma menekan dinding sel
– tekanan turgor atau
potensial tekanan
Plasmolisis



Plasmolisis : proses terlepasnya
membran plasma dari dinding
sel karena sel berada pada
lingkungan hipertonik (
potensial air lebih rendah, DTD
lebih tinggi, larutan lebih pekat)
– terjadi ekso osmosis – vakuola
mengecil
Bila dimasukkan ke dalam
lingkungan hipotonik ( potensial
air lebih tinggi ) - terjadi endo
osmosis – deplasmolisis – sel
segar kembali
Lingkungan sama – isotonik
Plasmolisis
Imbibisi







Imbibisi ; proses penyerapan solven oleh imbiban
Contoh : penyerapan minyak oleh karet,
penyerapan air oleh benih
Imbibisi merupakan proses awal perkecambahan
Syarat – ada beda potensial, ada tarik menarik
antar molekul
Di dalam benih ada koloid hidrofil berupa matriks
: protein, pati selulose – menarik air
Ψ = Ψm + Ψp
Ψ benih dapat mencapai -1000 bar, akar -2 - -8
bar
Imbibisi benih
Imbibisi
Air
Peran air











Penyusun protoplasma dan tubuh tanaman
Mengaktifkan ensim
Pereaksi : reaksi hidrolisis pati -> gula
Meningkatkan respirasi
Sumber hidrogen fotosintesis
Pelarut dan pembawa senyawa
Menjaga turgor
Mengatur difusi solut
Mengatur suhu melalui transpirasi
Mendukung tumbuhan
Menyebarkan benih
Penyusun Protoplasma dan Tubuh
Tumbuhan
Perkecambahan



Air mengaktifkan
ensim α amilase
Ensim memacu
hirolisis pati menjadi
gula
Gula mengalami
respirasi
menghasilkan energi
(ATP) untuk
perkecambahan
Sumber H dalam Fotosintesis
Menurunkan suhu tumbuhan
Mendukung tumbuhan
Menyebar benih
Klasifikasi air secara biologis




Air gravitasi : air yang turun karena gaya
gravitasi bumi, berada pada pori makro,
bergerak cepat tidak sempat diserap akar
Air kapiler : air berada pada pori mikro, dapat
diserap oleh akar
Air higroskopis, terikat kuat oleh partikel
tanah, tidak dapat diserap akar
Air tersedia : air yang dapat di serap akar,
batas atas kapasitas lapangan (-0,3 bar), batas
bawah titik layu tetap (- 15 bar)
Air Tersedia
Penyerapan Air

Organ penyerap air
utama : akar
Mekanisme Penyerapan Air
1. Aktif : a. aktif osmotik : akumulasi solut
- menurunkan Ψs –>Ψ lebih
rendah sekitar, air masuk. Air
mengalir dari Ψ lebih tinggi
ke Ψ lebih rendah
b. aktif non osmotik : energi
respirasi. Air mengalir dari Ψ
lebih rendah ke Ψ lebih tinggi
2. Pasif : transpirasi . Air mengalir dari Ψ
lebih tinggi ke Ψ lebih rendah
Penyerapan pasif > aktif




Tekanan akar tidak terjadi pada tanaman
Gimnospermeae dan tanaman transpirasi cepat
Air eksudasi hanya 5% air transpirasi
Tanaman dengan tajuk menyerap air >
dibanding tanpa tajuk (dipotong)
Tumbuhan hydrofit menyerap air dari seluruh
tubuh
Tekanan akar
Jalur pengangkutan air


Mendatar : bulu akar/epidermis – korteks –
endodermis – xylem
Tegak : lewat xylem
Anatomi Akar
Jalur Pengangkutan Air
Jalur Pengangkutan Air
Faktor berpengaruh


Faktor tanaman : transpirasi (+), perakaran (+),
metabolisme (+)
Faktor lingkungan : ketersediaan air (+), aerasi
(+), konsentrasi larutan (-), suhu – optimum
30o C – lebih tinggi sel rusak – lebih rendah
metabolisme, pemanjangan akar, difusi,
permeabilitas membran turun, viskositas air ,
plasma dan koloid naik.
Transpirasi
Variasi Perakaran
Ketersediaan air x udara
Pengangkutan air
Dilakukan melalui xylem dengan mekanisme


Teori vital : terdapat pompa – ditolak karena
dengan dimatikan pengangkutan air tetap
terjadi
Teori tekanan akar – ditolak : seperti dalam
pembahasan pasif x aktif, tekanan akar
maksimum 2 bar, hanya mampu mendorong air
setinggi 20m
Xylem
(lanjutan)


Teori fisika : imbibisi, kapiler, tekanan kohesitarikan transpirasi
Teori tekanan kohesi-tarikan transpirasi. Kohesi :
tarik menarik antar molekul sejenis – air. Adhesi :
tarik menarik molekul berbeda – air dengan
dinding xylem. Adanya kohesi dan adhesi
terbenntuk kolom air sinambung dari tanah –
akar – batang – daun. Transpirasi menurunkan Ψ
daun lebih rendah dari Ψ batang – terjadi aliran
air dari batang ke daun. Ψ batang menurun lebih
rendah dari Ψ akar – terjadi aliran air dari akar
ke batang dst.
Kohesi
Ikatan Hidrogen Molekul air
Transpirasi
TRANSPIRASI
Definisi


Proses hilangnya air dalam
bentuk uap air dari jaringan
hidup tanaman yang terletak
di atas permukaan tanah
melewati stomata, lubang
kutikula, dan lentisel
80% air yang
ditranspirasikan berjalan
melewati lubang stomata,
paling besar peranannya
dalamtranspirasi
Perbedaan Transpirasi dengan
evaporasi
Transpirasi
Evaporasi
1. proses fisiologis atau fisika 1. proses fisika murni
yang termodifikasi
2. diatur bukaan stomata
2. tidak diatur bukaan stomata
3. diatur beberapa macam
tekanan
4. terjadi di jaringan hidup
3. tidak diatur oleh tekanan
5. permukaan sel basah
5. permukaan yang
menjalankannya menjadi
kering
4. tidak terbatas pada jaringan
hidup
Lubang stomata yang
mengatur laju
transpirasi
Stomata
Perbedaan Transpirasi dengan gutasi
Transpirasi
1. terjadi pada siang hari
2. air yang hilang
berbentuk uap air
3. yang dilepaskan uap air
murni
4. melewati stomata,
kutikula, dan lenti sel
Gutasi
1. pada malam hari
2. air yang keluar berbentuk
cair
3. cairan mengandung solute,
seperti gula dan garam
4. melewati hidatoda
5. terkendali oleh stomata
5. tidak terkendali
6. menurunkan suhu
permukaan tanaman
6. tidak menurunkan suhu
permukaan
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
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
Mekanisme transpirasi
Macam transpirasi



Stomater : 80-90% total transpirasi
Kutikuler: 20% total transpirasi
Lentikuler : 0,1% total transpirasi



Mekanisme bukaan
stomata
Teori perubahan pati
menjadi gula
Teori pengangkutan
proton, K+
Bukaan stomata pada
tanaman sukulen
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
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
Faktor yang mempengaruhi laju transpirasi
Faktor lingkungan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
kelembaban udara
suhu
kecepatan angin
cahaya
tekanan udara
ketersediaan air tanah
debu
Faktor tanaman
1.
2.
3.
stomata: jumlah per satuan
luas, letak stomata (permukaan
bawah atau atas daun,
timbul/tenggelam), waktu
bukaan stomata
daun: berbulu/tidak, warna
daun(kandungan klorofil daun),
posisinya menghadap matahari
secara langsung atau tidak
Mahasiswa akan membahas
fenomena ini setelah jadi PR
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
Cari tulisan tentang antitranspiran utk dikumpulkan
minggu depan
Enzim
Enzim



Enzim : senyawa organik yang dalam jumlah
kecil memacu laju reaksi biokimia tanpa
mempengaruhi keseimbangan reaksi
Tata nama enzim berdasar substrat atau reaksi
yang dikatalisir + ase, terdapat 6 golongan
besar
Penggolongan Enzim
1.
2.
3.
Oksidoreduktase : mengkatalisir reaksi
oksidasi-reduksi – oksalat oksidase, nitrat
reduktase
Transferase : mengkatalisir transfer –
transaminase
Hidrolase : menambah air pada bermacam
ikatan mengakibatkan pecahnya substrat –
protease, karbohidrase
Penggolongan enzim (lanjutan)
4.
5.
6.
Lisase : mengakibatkan pengambilan
langsung suatu kelompok dari substrat non
hidrolitik – fumarase, aldolase
Isomerase : mengkatalisir perubahan isomer
– isomerase, epimerase
Ligase atau sintetase : mengkatalisir sintesis
bermacam ikatan - tiokinase
Susunan Enzim
Enzim
Apoenzim
(Protein)
Gugus Prostetik
(Bukan Protein)
Koensim
(Organik)
Kofaktor
(anorganik)
Koenzim Penting dalam Reaksi
Oksidasi-reduksi






NAD (nikotinamid adenin dinukleotid)
NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat)
FAD (flavin adenin dinukleotid)
Cytokrom : Cyt a, Cyt a3, Cyt b, Cyt b6, Cyt c,
Cyt f
Plastokuinon, Plastosianin, Feredoksin
ATP (adenosin tri fosfat) : senyawa berenergi
tinggi
Koensim Penting
Koenzim Penting (lanjutan)
Enzim Penting
Enzim Penting (lanjutan)
Enzim Penting
Sifat Enzim

Katalisator organik dalam jumlah sangat sedikit
memacu laju reaksi tetapi tidak mempengaruhi
keseimbangan reaksi
Sifat Enzim (lanjutan)
Dihasilkan di
protoplasma
- melakukan
kegiatan di dalam
sel : endoenzim
- melakukan
kegiatan di luar
sel : eksoenzim
 Sebagian besar
endoenzim

Sifat Enzim (lanjutan)




Merupakan molekul besar
Merupakan koloid, mempunyai luas
permukaan besar, bersifat hidrofil
Bersifat peka, di inaktifasi semua faktor
penyebab denaturasi protein – suhu, pH.
Dapat bereaksi dengan asam maupun basa,
dengan anion maupuk kation
Sifat Enzim (lanjutan)
Dapat
dipacu
maupun
dihambat
Pengham bat
: kompeti
tif –
susunan
mirip
substrat,
non
kompeti
tif –
merusak
Sifat Enzim (lanjutan)
Ensim bersifat khas : terdapat
hampir 700 enzim bereaksi
dengan substrat khusus :
teori kunci-gembok (keylock)
Sifat Enzim (lanjutan)
Menurunkan energi aktifasi
Faktor Berpengaruh terhadap Enzim




Suhu : minimum 00, optimum 300, maksimum
38-400 C
Logam : banyak enzim dipacu oleh ion logam :
Mg, Mn dan Co
Logam berat dapat menurunkan aktivitas
enzim : Ag, Zn, Cu, Pb dan Cd
pH : optimum masing-masing enzim berbeda :
pepsin 2,0, amilase 7,0, tripsin 8,0
Fotosintesis
Fotosintesis

Batasan : proses pembentukan karbohidrat dari
CO2 dan air dan hasil sampingan O2 pada
bagian tanaman berwarna hijau dengan
bantuan sinar matahari
cahaya

6 CO2 + 6 H2O

klorofil
C6 H12O6 + 6 O2
Organ Utama Fotosintesis : Daun
Organela Fotosintesis : Kloroplas






Susunan : protein 40-50%, fosfolipida 25-30%,
klorofil 5-10%, karotenoid 1-2%, RNA 5%, DNA
sedikit
Jaringan tiang : 36 kloroplas, jatringan bunga
karang 20 kloroplas
Terdiri dari grana – tempat reaksi cahaya dan
stroma – tempat reaksi gelap
Tiap kloroplas 40-60 grana
Di dalam granum terdapat tylakoid, di dalamnya
terdapat quantosom
Dalam quantosom terdapat : klorofil, karotenoid,
quinon dll
Kloroplas
Pikmen Fotosintesis : Klorofil
Spectrum Sinar Matahari
Serapan dan Penerusan Cahaya
Spektrum Penyerapan Cahaya


Sinar matahari
merambat dalam
bentuk quanta
atau foton
Sinar matahari
yang diserap
pikmen
fotosintesis =
cahaya dengan
panjang
gelombang 400800 nm
Ringkasan Reaksi
cahaya

6 CO2 + 6 H2O

C6H12O6 + 6 O2
klorofil



O2 berasal dari H2O bukan CO2, diperlukan 12
molekul H2O
6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Fotosintesis : reaksi oksidasi-reduksi , air di
oksidasi, CO2 direduksi menjadi karbohidrat
Fotosintesis terdiri dari dua tahap reaksi : 1.
Reaksi cahaya – memerlukan cahaya –
berfungsi merubah energi matahari menjadi
daya asimilasi – ATP dan NADPH2
2. Reaksi gelap – tidak memerlukan cahaya –
berfungsi mereduksi CO2 menjadi karbohidrat
dengan energi dari ATP dan NADPH2
Sistem Dua Pigmen
PS I
PS II
Sistem Dua Pigmen (lanjutan)


Pigmen Sistem I (PS I) :
terdiri dari klorofil a,
klorofil b, karotenoid
dengan pusat reaksi P 700.
Setiap P 700 dikelilingi
300-400 klorofil, menyerap
maksimum panjang
gelombang 683 nm
Pigmen Sistem II (PS II) :
terdiri dari klorofil a
kolofil b, pikobili protein
dan karotenoid dengan
pusat reaksi P 673,
menyerap maksimum
panjang gelombang 673
nm
Eksitasi Elektron Klorofil
Reaksi Cahaya Fotosintesis
Produksi Daya Asimilasi




Daya asimilasi terdiri dari ATP dan NADPH2
Reduksi NADP menjadi NADPH2 disebut
transpor elektron
Produksi ATP disebut fotofosforilasi
Ada tiga fotofosforilasi : non siklis, siklis dan
pseudosiklis
Fotofosforilasi Nonsiklis






PS II menyerap cahaya pada panjang gelombang
673 nm, e tereksitasi diterima oleh plastoquinon
e berpindah ke sitokrom b6, sitokrom f dan
plastosianin
Sit b6 dan f mempunyai beda potenial reduksi
cukup besar yaitu 0,044 v, energi dari e dapat
untuk membentuk ATP
e dari plastosianin diterima PS I
PS I menyerap cahaya maksimum pada panjang
gelombang 683 nm, elektron tereksitasi diterima
oleh FRS
e PS II tidak pernah kembali – fotofosforilasi non
siklis
Fotofosforilasi Non Siklis (lanjutan)
Z
Q
Fe
Cyt b6
Cyt f
2e
NADP+
H2
Fe
2e
e
Cu
o2 H2O2
CuZn
PC
PS I H2O+O2
Mn 2e
PS II Mg, N, Fe
H2O 1/2 O2
H2
Mg, N, Fe
Fe
Fotofosforilasi Non Siklis
Fotofosforilasi Non Siklis
Fotolisis




Fotolisis proses peruraian air menjadi H+, edan O2
e dari air mengisi tempat e PS II yang kosong
H2 untuk mereduksi NADP menjadi NADPH2
dan PQ menjadi PQH2
O2 dibebaskan ke udara
Fotolisis (lanjutan)
Fotofosforilasi Siklis



Hanya melibatkan PS I
Pembentukan ATP terjadi saat e berpindah dari
feredoksin ke sitokrom b6 dan sitokrom f
Karena e dari PS I kembali ke PS I disebut
fotofosforilasi siklis
Fotofosforilasi Siklis
Reaksi Gelap – Reduksi CO2





Reaksi gelap : reduksi CO2 menjadi
karbohidrat, tidak memerlukan cahaya, tetapi
memanfaatkan daya asimilasi dari reaksi
terang.
Terdapat 3 tipe reaksi gelap :
Siklus Calvin – siklus C3
Siklus Hatch and Slack – siklus C4
Siklus CAM
Siklus Calvin – Siklus C3







Senyawa yang menangkap CO2 (1 C) udara
adalah RuBP (5 C)
Enzim yang mengkatalisir Rubisco
Dibentuk senyawa beratom 6 C yang tidak
stabil
Pecah menjadi 2 senyawa beratom 3 C – PGA
Energi dari ATP dan NADPH2
Dibentuk glukosa
Dibentuk kembali RuBP
Siklus Calvin – C3
Contoh Tanaman C3
Siklus Hatch and Slack – C4

Terdapat
dua
macam
kloroplas
: di sel
mesofil
dan
seludang
berkas
pengangk
utan
Anatomi Daun C4
Siklus C4 (lanjutan)


CO2 (1C) masuk ke kloroplas mesofil
ditangkap PEP (3C) membentuk as.
oksaloasetat (4C)
Selanjutnya ada 3 tipe :
C4 (lanjutan)
1. Oksalo
asetat
diubah
menjadi
malat,
diangkut
ke sarung
berkas
pengang
kutan,
dipecah
menjadi
piruvat
dan CO2
C4 (lanjutan)
Panicum maximum
2.Oksaloasetat
diubah menjadi
aspartat,
diangkut ke
sbp, diubah
menjadi
oksaloasetat,
dipecah
menjadi piruvat
dan CO2
C4 (lanjutan)
Atriplex spongiosa
3.Oksaloasetat
diubah
menjadi
aspartat
diangkut ke
sbp, diubah
menjadi malat,
dipecah
menjadi
piruvat dan
CO2
C4 (lanjutan)



Piruvat diangkut kembali ke sel mesofil,
diubah menjadi PEP
PEP berperan menangkap CO2 udara
CO2 yang dilepas dari senyawa masuk ke
siklus Calvin (siklus C3)
Siklus C4 (lanjutan)
C4 (lanjutan)
Siklus CAM
CAM
(Crassula
cean Acid
Metabolism)
Terjadi pada
tanaman
sukulen
keluarga
Crassulace
ae : kaktus,
anggrek,
vanili
CAM (lanjutan)



Malam hari stomata membuka, CO2 ditangkap
oleh PEP, membentuk asam oksaloasetat
diubah menjadi asam malat, disimpan di
vakuola.
Siang hari malat dipecah menjadi asam piruvat
dan CO2, CO2 masuk siklus Calvin
membentuk gula
Piruvat diubah menjadi PEP kemudian pati.
Pati disimpan, pada malam hari diubah
menjadi PEP
Siklus CAM
Malam
Siang
Siklus CAM
Perbandingan C4 dengan CAM
Rangkuman Fotosintesis (C3)
Faktor Berpengaruh terhadap Fotosintesis


Faktor Tanaman : klorofil, enzim, hormon,
tahanan daun, genetik, umur daun
Faktor Lingkungan : CO2,O2, cahaya, suhu, air,
nutrisi
Faktor Tanaman
Klorofil : pigmen
penyerap
cahaya,
peninglkatan
klorofil sampai
batas tertentu
meningkatkan
fotosintesis
Faktor Tanaman


Enzim : terdapat
banyak enzim
yang
mempengaruhi
fotosintesis
Hormon : GA,
sitokinin dan
kinetin dapat
memacu
fotosintesis
Faktor Tanaman
Tahanan daun
: tahanan
yang
menghambat
difusi CO2 –
tahanan
mesofil dan
dan stomata
Faktor Tanaman
Genetik :
terdapat
perbedaan
antar
golongan
C3, C4 dan
CAM,
bahkan
antar
varietas
Faktor Lingkungan
CO2

CO2 : bahan baku fotosintesis, kandungan
udara 360 ppm, peningkatan sampai 1000 ppm
dapat meningkatkan fotosintesis
Peningkatan hasil skala penelitian





C4 : 0 - 10%
C3 : 10 – 50%
Kedelai : 350 -> 1350 ppm hasil meningkat 40
– 60%
Padi 350 -> 2400 ppm 100%
Tomat : 15-55%, selada 50-150%
Peningkatan hasil skala rumah kaca



Teknologi pengkayaan CO2 : Jerman, Inggris,
Amerika +/- 80 tahun
Belanda : 10-20%, Inggris selada : 40%, Ohio :
60%.
Indonesia : belum – berprospek -> bibit :
sungkup plastik + pembuatan pupuk organik ->
menghasilkan CO2 : teh
CO2


CO2 udara meningkat 0,45%/tahun = 1 – 1,5 ppm/tahun.
Tahun 1800 : 280 ppm, 1958 : 314, 1984 : 350, 2050 : 660
ppm
Cahaya
Intensitas Cahaya
 Pada daun tunggal
 C3 jenuh pada
intensitas 10-40%
cahaya penuh, C4
tidak pernah jenuh
 Tanaman suka
naungan
mempunyai
fotosintesis jenuh
pada intensitas
cahaya lebih
rendah
Panjang
gelombang :
 Klorofil a dan
b maksimal
menyerap
cahaya pada
warna biru
dan merah
 Fotosintesis
maksimal
juga pada
warna merah
dan biru
Panjang penyinaran
 Panjang
penyinaran
tergantung letak
lintang dan letak
matahari
 Hari panjang
tidak
meningkatkan
laju fotosintesis
per jam, namun
meningkatkan per
hari
Manipulasi Panjang Penyinaran
Suhu

Fotosinte
sis
meningkat
dengan
peningkat
an suhu
dari 6o C
sampai
39o C
Air, Oksigen dan Nutrisi



Air mempunyai pengaruh besar secara tidak
langsung karena pengaruh bukaan stomata
Oksigen yang tinggi dapat menghambat
fotosintesis terutama C3
N, Mg dan Fe mempengaruhi pembentukan
klorofil; Cu merupakan komponen enzm
fotosintesis, K mempengaruhi bukaan stomata
Pengangkutan
Fotosintat
Pengangkutan fotosintat
Teori Munch



Fotosintat hasil fotosintesis dipindahkan dari
sel mesofil atau seludang berkas pengangkutan
sebagai sumber (source) fotosintat ke dalam
floem.
Akumulasi fotosintat di floem menurunkan
potensial solut dan potensial air floem.
Terjadi osmosis dari xylem ke floem yang
mengakibatkan peningkatan potensial tekanan.


Tekanan di dalam floem mengakibatkan aliran
air dan fotosintat ke bagian floem lubuk (sink)
yang mempunyai potensial tekanan lebih
rendah. Aliran ini yang menyebabkan
fotosintat terangkut dari sumber ke lubuk.
Dari floem lubuk fotosintat diangkut dan
disimpan di dalam lubuk
Respirasi
Respirasi



Proses oksidasi senyawa organik menjadi CO2
dan H2O dengan menghasilkan energi
C6H12O 6 + 6 O2 => 6CO2 + 6H 2O + 686 Kcal
Terjadi di semua jaringan hdup terutama di
tunas bunga dan daun, pucuk batang dan akar
dan kecambah, di dalam mitokondria
Sel dan Mitokondria
Mitokondria
Perbedaan
Respirasi





dengan
O2 diserap
Senyawa karbon
kompleks dioksidasi
menjadi CO2
Terjadi siang-malam
Energi potensial
diubah menjadi energi
kinetik
Bahan baku glukose
dan O2





Fotosintesis
O2 dilepaskan
CO2 direduksi
menjadi senyawa
karbon kompleks
Terjadi siang
Energi cahaya diubah
menjadi energi
potensial
Bahan baku CO2 dan
H2O
Perbedaan
Respirasi





dengan
Tidak memerlukan
klorofil
Terjadi di mitokondria
Energi dilepaskan
Menyebabkan
penurunan berat
1 molekul glukose
menghasilkan 38 ATP
Fotosintesis

Memerlukan klorofil

Terjadi di kloroplas

Energi disimpan
Menyebabkan
peningkatan berat
Untuk membentuk 1
molekul glukosa di
perlukan 18 ATP


Peran Respirasi





Mengubah energi potensial menjadi energi
kinetik
Menghasilkan energi untuk proses
metabolisme dan pembelahan sel
Membentuk senyawa antara penyusun sel
Merubah senyawa tidak larut menjadi larut
Melepaskan CO2 untuk daur karbon di alam
Senyawa Antara
Nisbah Respirasi



Nisbah volume CO2 yang dilepaskan dan
volume O2 yang digunakan
vol CO2_
NR = ---------vol O2
NR tergantung maam substrat atau jumlah
oksigen dalam substrat
NR Karbohidrat





C6H12O6 + 6 O 6 => 6 CO2 + 6 H2O
CO2
6
NR = ----- = ----- = 1
O2
6
Pada kandungan oksigen rendah respirasi
aerob berubah menjadi respirasi anaerob
C6H12O6 => 2C2H5OH + 2CO2
CO2
2
NR = ----- = ----- = ~
O2
0
NR Lemak




Jarang terdapat di bagian vegetatif , banyak di
biji
Lemak dihidrolisis dahulu menjadi asam
lemak dan gliserol
Saat berkecambah lemak diubah menjadi
karbohidrat
Lemak sedikit mengandung oksigen, perlu
banyak oksigen,
NR lemak (lanjutan)




C51H98O6 + 145 O2 => 102 CO2 + 98 H2O
CO2
102
NR = ----- = ----- = 0,7
O2
141
1g lemak menghasilkan energi 9,1 kal
1g karbohidrat menghasilkan 3,8 kal
Tipe Respirasi



Berdasarkan ketersediaan oksigen respirasi
dibagi dua :
Respirasi aerob
C6H12O6 + 6 O2 => 6CO2 + 6 H2O + 686 Kcal
Respirasi anaerob
C6H12O6 => 2 C2H5OH + 2 CO2 + 56 Kcal
Tipe Respirasi
Figure 5.5 (A). In the presence of oxygen, pyruvate is
transferred into the mitochondrion, oxidized to carbon
dioxide and water. In the absence of oxygen, mitochondrial
respiration will shut down and metabolism shifts to
fermentation.
Bahan untuk Respirasi



Le
mak
Prote
in
Karbo
hidrat
Tahapan dan lokasi Respirasi
Figure 5.1 Cellular respiration is divided into three sequential
pathways: (1) glycolysis,
(2) the citric acid cycle, and (3) the electron transport chain.
Glikolosis


Glycolysis take
place in the cell
cytoplasm. The
result is : to
convert one
molecule of
glucose (C6)
into two
molecules of
pyruvic acid
(C3).
There is no loss
of carbon
dioxide and a
minimal yield of
ATP.
Perubahan Pirufat menjadi Asetil
Ko A

Sebelum
masuk ke
Siklus Krebs,
Piruvat
diubah
menjadi
Asetyl Co-A
Perubahan piruvat menjadi Asetil
Ko A
Tahap 2 : Siklus Krebs (senyawa)
Siklus Krebs (enzim dan energi)

IDH : Isositrat Dehidrogenase
Tahap 3 : Trafer Elektron
Jumlah ATP Respirasi
Faktor Tanaman berpengaruh
terhadap Respirasi


Faktor protoplasmik : sel muda vakuola
lebih kecil, protoplasma lebih banyak dg
enzim lebih banyak respirasi lebih cepat
Konsentrasi substrat : kandungan
meningkat, respirasi lebih cepat
Faktor Lingkungan


Suhu : 0o – 45o C peningkatan suhu meningkatkan
rspirasi, optimal 30o C.
Suhu tinggi : 1.difusi
CO2 dan O2 lebih lambat dari respirasi, 2. substrat
jadi faktor pembatas. Suhu rendah :
dipergunakan untuk penyimpanan produk
hortikultura
Cahaya : peningkatan cahaya meningkatkan
respirasi – tidak langsung karena
1.
fotosintesis meningkat, substrat lebih tersedia, 2.
meningkatkan suhu, 3.membuka stomata untuk
difusi
Lingkungan (lanjutan)



Oksigen atmosfer : menurun dari 21%
menjadi 1%, di bawah itu terjadi respirasi
anaerob
CO2 : meningkat, respirasi menurun.
Teknologi penyimpanan produk
hortikultura dalam atmosfer terkendali
Air : medium respirasi, peningkatan
kandungan air memacu respirasi. Umbi dan
biji disimpan pada kadar air rendah agar
lebih tahan
Lingkungan (lanjutan)



Pelukaan : mula-mula memacu respirasi, di
bagian luka pati diubah jadi gula,
selanjutnya normal
Pengaruh mekanik – gosokan dsb :
meningkatkan respirasi
Zat penghambat enzim : menurunkan laju
respirasi
Fotorespirasi
Saat ada cahaya, respirasi 3-5 kali saat gelap –
ada respirasi cahaya
Fotorespirasi



rubisco, initiates carbon fixation in the Calvin
cycle; it also combines with oxygen to initiate
photorespiration.
The active site of rubisco cannot distinguish
the two similar substrates: O=C=O and O=O.
rubisco affinity for carbon dioxide 80 times
higher than for oxygen. However, low CO2
(350 ppm) to O2 (20%), photorespiration 30%
Calvin cycles.



In chloroplast, rubisco, combines with (RuBP)
and oxygen. five-carbon RuBP split into twocarbon 2-phosphoglycolate and three-carbon 3phosphoglycerate (PGA).
2-phosphoglycolate is converted to glycolate
in chloroplast, transported into peroxisome
glycolate oxidized by oxygen to glyoxylate
and hydrogen peroxide > converted to water
and oxygen

glyoxylate converted to glycine in peroxisome
> transported mitochondrion.
Perbedaan
Respirasi Gelap









Substrat : kh, prot,
lemak baru/cadangan
Di sitoplasma dan
mitokondria
Tidak terbentuk H2O2
Terbentuk ATP
NAD => NADH2
Tidak tergantung O2
Di semua sel hidup
Siang dan malam
C3 dan C4
Repirasi Cahaya









Substrat : glikolat
baru
Di kloroplas perok sisom dan miokondria
Terbentuk H2O2
Tidak terbentuk ATP
NADH2 => NAD
Tergantung O2
Sel hijau
Saat ada cahaya
C3
Perbedaan Anatomi
C4
C4



Mempunyai fotorespirasi rendah
Fotosintesis terjadi di kloroplas mesofil –
siklus C4 dan di kloroplas seludang berkas
pengangkutan yang tersembunyi – siklus C3.
Pada Siklus C3, RuBp bergabung dengan CO2
dari malat yang pecah menjadi piruvat dan
CO2. Tidak ada O2, - fotorespirasi tidak terjadi.
Selamat Belajar