Fisiologi Tumbuhan

FISIOLOGI TUMBUHAN
Fisiologi tumbuhan ialah ilmu yang mempelajari fungsi
tumbuhan: apa yang terjadi pada tumbuhan hingga
tumbuhan itu hidup
* Air dan bahan terlarut bergerak melalui lintasan
pengangkutan yang khusus
* Air dan tanah merambat melalui akar, batang, dan
daun ke atmosfer
* Garam anorganik dan molekul organik bergerak ke
berbagai arah dalam tumbuhan
* Ribuan macam reaksi kimia berlangsung di dalam
setiap sel hidup, yaitu mengubah bentuk air, garam
mineral, dan gas dan lingkungan menjadi bentuk
jaringan yang terorganisasi serta berbagai organ
tumbuhan.
FISIOLOGI TUMBUHAN
* Dari saat pembuahan, yaitu ketika tumbuhan baru
mulai sebagai zigot, sampai tumbuhan itu mati, yang
mungkin bisa ribuan tahun lamanya, proses
perkembangan yang teratur akan membesarkan
ukuran tumbuhan itu, meningkatkan kerumitannya,
dan mengawali perubahan kualitatif selama
pertumbuhannya, seperti pembentukan bunga pada
musim bunga dan pengguguran daun pada musim
gugur.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Dinding sel
Ciri utama sel cendawan dan sel tumbuhan adalah
adanya dinding sel. Semua sel memiliki membran yang
berfungsi membungkus isinya
Sel muda yang sedang tumbuh, beberapa macam sel
penyimpanan, sel yang melakukan fotosintesis di daun,
semua sel parenkima, dan beberpa jenis sel lain hanya
mempunyai selapis dinding primer. Dinding ini tipis dan
terbentuk selagi sel sedang tumbuh.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Dinding sel
Di antara dinding primer sel-sel yang berdampingan
terdapat lamela tengah yang merekatkan kedua dinding
sel tersebut. Banyak sel tumbuhan dewasa, terutama sel
jaringan xilem yang telah selesai tumbuh mempunyai
dinding sekunder di antara dinding primer dan membran
selnya.
Dinding sel primer tipis tersusun dari ± 9—25% selulosa.
Molekul selulosa yang panjang dan tidak bercabang itu
bergabung membentuk serat-serat silindris panjang yang
disebut mikrofibril (serat mikro).
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Dinding sel sekunder
Pada banyak sel tumbuhan, protoplas mensekresikan
dinding sekunder setelah sel berhenti membesar.
Dinding sekunder umumnya lebih tebal daripada dinding
primer; beberapa di antaranya mempunyai ketebalan
beberapa mikrometer. Dinding sekunder trdiri dan ± 41—
45% selulosa, 30% hemiselulosa, dan kadang 22—28%
lignin (baca bab 15) yang menyebabkannya tidak mudah
dimampatkan dan diubah bentuknya
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Dinding sel
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Protoplas
Kandungan protoplas dapat dibagi menjadi tiga bagian
utama yakni, sitoplasma, nukleus, dan vakuola (Ada pula
bahan ergastik dan organ untuk bergerak).
Seperti pada prokariot, sitoplasma eukariot merupakan
matriks berair yang kompleks yang mengandung banyak
molekul, sebagian dalam bentuk suspensi koloid.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Sitoplasma
Sistem endomembran meliputi retikulum endoplasma
benda golgi, selimut inti, dan organe sel serta membran
lain (benda mikro, sferosom dan membran vakuola) yang
berasal dan retikulun endoplasma atau benda Golgi.
Mitokondnia dan plastid diselimuti oleh selapis membran
yang halus dan membran dalam yang berlekuk-lekuk.
Kedua membran itu serupa dengan sistem endomembran,
tapi kelihatannya tenbentuk sendiri sehingga tidak
berhubungan denar sistem endomembran.
Ribosom bukan bahagian dari sistem endornembran,
demikian pula dengan mikrotubul dan mikrofilamen
yang membangun rangka sel.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Membran plasma atau plasmalema
Membran plasma mengatur aliran linarut masuk dan
keluar sel. Osmosis yang terjadi karena air menembus
membran lebih cepat daripada linarut mengatur alirar
Membran merupakan lapisan rangkap lipid dengan
bagian hidrofilik molekul lipidnya berada di permukaan
Bagian lipofilik molekul tersebut menghadap ke dalam
lapisan rangkap itu sehingga menyebabkan adanya
ruang yang terang. Molekul protein yang mencakup 50%
bahan membran (bisa jauh lebih sedikit), tenggelam di
lapisan rangkap lipid itu, dengan satu atau kedua ujung
hidrofiliknya mengasuk ke salah satu atau kedua
permukaan membran.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Retikulum endoplasma (ER).
Banyak aktivitas kimia selain sintesis protein berhubungan
dengan ER, dan metabolisme boleh jadi merupakn fungsi ER
yang utama
ER kasar lebih merata di sel yang sedang mensintesis
protein. Sel yang aktif mensintesis minyak-minyakan lebih
banyak ER halus
Fungsi lain dan ER ialah mengangkut enzim tertentu dan
protein lain menembus membran plasma dan keluar dan
sitoplasma dalam proses sekresi.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Selimut inti
Inti (nukleus) dikelilingi oleh dua membran unit yang sejajar yang
disebut selimut inti. Ketebalan membran luar adalah 7,5—10 nm,
sedikit lebih tebal dan membran dalam yang tebalnya 7,5 nm. Kedua
lapis membran itu dipisahkan oleh ruang perinukleus yang lebarnya
10-40 nm; sehingga tebal seluruh selimut inti ialah 25—57 nm.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Membran vakuola atnu tonoplas.
Membran tunggal yang sangat penting pada sel tumbuhan
ialah membran yang menyelimuti vakuola, disebut membran
vakuola atau tonoplas. Sening agak lebih tipis (7,5 nm).
Plasmalema mengendalikan keluar-masuknya linarut di
sitoplasma, sedangkan tonoplas mengangkut linarut keluarmasuk vakuola; jadi mengendalikan potensial air sel
Kalium dan ion lain dipompa ke dalam dan ke luar vakuola
sel penjaga; air mengikutinya secara osmotik sehingga sel itu
menggembung atau mengempis. Hasilnya, stomata membuka
atau menutup . Pada dasarnya, tonoplas berasal dad ER, tapi
diduga melalui perangkat golgi seperti halnya plasmalema.
Kadang ER menggembung, langsung membentuk vakuola.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING
PADA FISIOLOGI
Perangkat Golgi
Tumpukan piring pipih yang berongga
di dalamnya dengan tepian yang
menggelembung dan dikelilingi oleh benda
bulat-bulat (gambar). Tiap tumpukan disebut
diktiosom atau benda Golgi. Seluruh diktiosom
dalam sel disebut perangkat Golgi.
Nama Golgi berasal dan seorang Italia, Camillo
Golgi, yang menemukan benda itu dengan
mikroskop cahaya di tahun 1898.
Benda Golgi mempunyai fungsi lain di samping
untuk pertumbuhan plasmalema (atau mengubah
membran umumnya) dan mengangkut bahan
menuju ke dinding sel. Misalnya, lendir di bagian
luar tudung akar yang melumasi ujung akar
ketika akar tumbuh menembus tanah,
tampaknya dikeluarkan pada waktu kantung
Golgi melebur dengan membran plasma (gambar
1.13). Besar kemungkinan, tiap
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Ribosom
Sintesis protein merupakan fungsi sel yang vital yang
berlangsung di ribuan ribosom (masing-masing berdiameter
antara 15—25nm).
Ribosom tersebar di sitoplasma atau bergabung dengan ER
kasar di dalam sel, dan selalu di membran rangkap ER di sisi
sitosol. Ribosom juga menempel di membran sebelah luar
selimut inti di sisi sitosol.
Ribosom tampak sebagai bintik hitam (sering sedikit lebih
besar dan sebuah titik)
Sering ribosom membentuk rantai seperti untaian. tapi
khususnya dalam pola spiral (terpilin). Struktur ini
dinamakan poliribosom atau polisoni. dan masing-masing
diikat menjadi satu oleh benang-benang mRNA RNA kurir,
Dalam ribosom, informasi genetik dan mRNA diterjemahkan
menjadi protein.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Ribosom
Ribosom yang lebih kecil (15 nm, ukuran ribosom prokariot)
ada di mitokondnia dan kloroplas. Ribosom ini mensintesis
sebagian protein yang terdapat di organel tersebut. Protein
kloroplas dan protein mitokondria lain dibuat di nibosom
sitoplasma dan diangkut ke organel tersebut
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Mitokondria
Pada mikroskop cahaya, mitokondria terlihat sepenti
bulatan, batang, atau kawat kedil yang beragam bentuk
dan ukurannya, berdiameter 0,5—1,0 .tm dan
panjangnya 1—4 mm. Mitokondria pertama kali dilihat
pada sekitar tahun 1900. Mikroskop elektron
memperlihatkan struktur-dalamnya yang agak rumit
dan kerap berbentuk lonjong
Kebanyakan sel memiliki ratusan sampai ribuan
mitokondnia, tapi berbagai macam ganggang, termasuk
Chlorella, hanya mempunyai sebuah mitokondria besar
yang bercabang dan berliku. Mitokondria membelah
seperti bakteri, dan semuanya bermula dari
mitokondria dalam zigot. Oleh karena itu, membrannya
tidak berasal dan sistem endomembran.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Mitokondria
Mitokondria mempunyai DNA dan ribosom kecil (15 nm)
di dalam matriksnya. Jadi, mitokondria mensintesis
sebagian proteinnya sendiri, dan sebagian lagi masih
bergantung pada protein yang disintesis di sitoplasma
di bawah kendali nukleus.
Ribosom-mitokondria menunjukkan pola kepekaan
terhadap penghambat protein, sama seperti ribosom
bakteri: sikloheksimida menghambat sintesis protein di
tingkat ribosom-sitoplasma, tapi tidak pada mitokondria
yang diisolasi atau pada sel bakteri; sedangkan
kloramfenikol mempunyai efek sebaliknya. Maka,
mitokondria mengingatkan kita pada prokariot. Diduga
dulu mitokondria adalah prokaniot, yang menyerbu selsel eukariot. Kini mitokondria sebagian bergantung
pada protein yang disintesis di sitosol.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Mitokondria
Mitokondria memiliki sistem membran-dalam yang
berlipat-lipat, diselimuti oleh membran luar yang halus.
Membran-dalam dan membran-luar sangat berbeda
Membran-luar yang halus memiliki bagian lipid yang besar
dan sangat permeabel terhadap banyak senyawa yang
masuk-keluar mitokondria. Membran-dalam yang berlipatlipat sangat rumit mempunyai beberapa bentuk, di
antaranya tonjolan pipih atau membulat panjang yang
disebut krista.
Bentuk membulat panjang itu lazim ditemukan pada
mitokondria tumbuhan. Membran-dalam membungkus
matriks, dan banyak enzim yang mengendalikan berbagai
tahap dalam respirasi sel khususnya dan metabolisme
urnumnya, ditemukan pada membran-dalam atau pada
matriks. Boleh jadi lebih dan separuh metabolisme sel
terjadi di mitokondria.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Plastid
Plastid merupakan struktur khusus, diselimuti oleh
sistem membran rangkap, ditemui hanya pada
tumbuhan dan beberapa protista. Membran-dalamnya
tidak berlipat-lipat seperti pada mitokondria, tapi
membran yang tersusun dengan cara lain sering ditemui
pada plastid. Plastid mengandung DNA dan ribosom,
yang terbenam (bersama membrannya) dalam matriks
cair yang disebut stroma. Plastid juga membentuk
dirinya sendiri dan karena itu tidak bergantung pada
sistem endomembran.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Plastid
Semua plastid tumbuh dan proplastid. yaitu benda kecil
yang ditemukan pada tumbuhan yang tumbuh baik di
dalam gelap maupun di tempat terang. Plastid
membelah sama seperti mitokondria (dan prokariot).
Plastid tanwarna biasa disebut leukoplas (dan bahasa
Yunani: leucos, putih dan plastos, berbentuk). Leukoplas
yang paling dikenal ialah amiloplas yang mengandung
dua atau lebih butir pati. Leukoplas lain berisi protein
cadangan (proteinoplas).
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Plastid
Ada dua macam plastid berwarna: kloroplas yang
mengandung klorofil dan berbagal pigmen yang
menyertainya dan kromoplas yang mengandung pigmen
lain (contoh: pigmen merah pada kulit tomat).
Kloroplas mengandung suatu sistem membran yang
bemama tilakoid, yang sering sambung-menyambung
membentuk tumpukan membran yang disebut grana.
Grana terbenam dalam stroma. Enzim yang
mengendalikan fotosintesis terdapat di membran
tilakoid dan di stroma.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Nukleus
Dengan memperhatikan berbagal rinciannya, nukleus
dipastikan merupakan pusat kendali pada sel eukaniot.
Akan tetapi, nukleus bukanlah organel yang berdiri
sendiri, dan harus mendapatkan proteinnya dari
sitoplasma. Ia sering merupakan organel sel yang paling
mencolok. berbentuk bulat atau memanjang, dan sering
berdiameter 5—15 µm, atau lebih.
Nukleus mengendalikan seluruh fungsi sel dengan cara
menentukan macam enzim (melalui mRNA) yang dibuat
dalam sel; dan ini menentukan berbagai reaksi kimia
dan tentunya menentukan juga struktur dan fungsi sel.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Nukleus
Kendali yang dilakukan nukleus terletak pada struktur
yang sama, yakni infonmasi genetik atau faktor
keturunan, dan terkandung dalam serat panjang DNA
yang bergabung dengan protein membentuk bahan yang
disebut kromatin. Bahan ini membuat salinannya
melalui proses kimia selama interfase. Serat kromatin di
sel tumbuhan memiliki panjang total 1—10 meter yang
harus berada di dalam nukleus yang hanya berdiameter
10 m — artinya hanya sepersejuta panjang kromatin!
Bagian kmmatin,
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Nukleus
Kendali yang dilakukan nukleus terletak pada struktur
yang sama, yakni infonmasi genetik atau faktor
keturunan, dan terkandung dalam serat panjang DNA
yang bergabung dengan protein membentuk bahan yang
disebut kromatin. Bahan ini membuat salinannya
melalui proses kimia selama interfase. Serat kromatin di
sel tumbuhan memiliki panjang total 1—10 meter yang
harus berada di dalam nukleus yang hanya berdiameter
10 m — artinya hanya sepersejuta panjang kromatin
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Nukleus
Selama pembelahan nukleus, serat kromatin memadat
dengan cara menggulung ke arah panjangnya sehingga
membentuk benda yang berwarna gelap yang disebut
kromosom
Perintah pertama DNA untuk membuat kromosom
mencakup bentukan struktur untaian manik-manik,
dengan manik-maniknya berupa molekul protein dasar,
yakni histon.
Nukleus juga berisi larutan berenzim yang dikenal
sebagai nukleoplasma, tempat kromatin atau kromosom
serta nukleolus berada. Nukleoplasma memiliki
struktur seperti sitosol, mengandung struktur seperti
rangka sel yang mengatur kromatin dan nukleolus.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Vakuola
Benda khas di sel tumbuhan selain dinding sel dan
plastid ialah vakuola
Vakuoia dianggap sebagai bagian dan sistem
endomembran dan mempunyai beberapa fungsi, dan
banyak di antaranya telah menjadi perhatian walaupun
informasi yang memang langka itu baru tersedia sejak
tahun 1970an. Informasi itu berasal dad penelitian
terhadap vakuola yang diisolasi dad sel tumbuhan
tingkat tinggi.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Vakuola
Bentuk dan ketegaran jaringan yang tersusun dari banyak
sel yang hanya memiliki dinding primer (misalnya daun
dan batang muda) adalah akibat adanya air dan bahan
terlarut yang menekan dari dalam vakuoia. Tekanan
timbul karena osmosis
Ada aspek penting lain dari vakuola yang membuat
tumbuhan nampak seperti yang kita lihat. Untuk
mempertahankan hidupnya, tumbuhan perlu menyerap
cukup banyak air, unsur mineral, karbon dioksida, dan
cahaya matahari.
Luas permukaan yang besar sangat memudahkan
penyerapan keempat faktor tersebut oleh tumbuhan: akar
yang bercabang-cabang mengasuki sejumlah besar volume
tanah, permukaan dedaunanmenangkap cahaya matahari
dan menyerap karbon dioksida dari atmoster.
Tumbuhan mempunyai volume cukup besar karena
vakuolanya terisi air dengan jumlah lebih besar daripada
yang diiriiiki protopiasma sei lain.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Vakuola untuk penyimpanan dan penimbunan
Konsentrasi bahan terlarut di vakuola itu tinggi, hampir
setinggi konsentrasi garam di air laut dan di sitosol
(umumnya 0,4—0,6 M). Ada ratusan bahan terlarut,
termasuk berbagai garam, molekul organik kecil seperti
gula dan asam amino, beberapa protein dan molekul
lain.
Sejumlah vakuola mengandung pigmen dalam
konsentrasi tinggi yang menghasilkan warna pada
bunga (sedemikian terkonsentrasi pada vakuola sel
epidermis sehingga pigmen itu menutupi warna hijau
kioroplas). Pada beberapa bagian tumbuhan, vakuola
mengandung bahan yang bisa meracuni sitoplasma,
misalnya hasil metabolisme (contohnya alkaloid, dan
berbagai senyawa bermolekul gula). Kadang juga
vakuola mengandung kristal; kristal kalsium oksalat
lazim didapatkan pada beberapa spesies.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Vakuola sebagai lisosom
Enzim di vakuola mencerna berbagai macam bahan
yang diserap ke dalam vakuola, termasuk mencerna
sitoplasma ketika sel mati dan tonoplas pecah. Hal ini
mungkin terjadi sewaktu protoplas sel kayu rusak dan
mati. Dalam hal itu, vakuola berlaku sebagai lisosom.
yaitu organel sel yang umum didapati di sel hewan,
beberapa cendawan, dan protista.
Lisosom mengandung enzim pencerna (hidrolitik) yang
memecah bahan yang diserapnya, atau enzim liii
mencerna protoplasma setelah sel mati dan merusak
membran lisosom.
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Peran pada homeostasis
Homeostasis adalah kecenderungan beberapa
parameter fisiologi untuk dipertahankan pada suatu
tingkat yang boleh dikatakan konstan.
Contoh : konsentrasi berbagai senyawa dalam sitosol
yang boleh dikatakan konstan, misalnya konsentrasi ion
hidrogen (pH). Vakuola memegang peran penting dalam
mempertahankan pH sitosol yang konstan itu.
Kelebihan ion hidrogen di sitosol akan dipompa masuk
ke vakuola. Rasa masam yang tajam pada jeruk karena
konsentrasi asam sitrat yang tinggi di vakuola
merupakan contoh yang jelas. Vakuola yang demikian
memiliki pH sampai 3,0, padahal pH sitosol di
sekitarnya antara 7,0 dan 7,5 (mendekati netral).
SEL SEBAGAI SISTEM PENTING PADA FISIOLOGI
Proses metabolik dalam vakuola
Beberapa reaksi kimia pada sel hidup terjadi di vakuola.
Misalnya, tahap akhir sintesis etilen suatu pengatur
tumbuh berbentuk gas) sebagian besar berlangsung
pada tonoplas vakuola, dan bermacam perubahan
bentuk gula juga terjadi di sana. Beberapa metabolit
sekunder yang tersimpan di vakuola mengalami
perubahan kimiawi pula di situ. Penemuan yang
dihasilkan selama beberapa tahun terakhir ini
diperoleh melalui kajian terhadap vakuola yang
diisolasi.