FISIOLOGI TUMBUHAN MKK 414/3 SKS (2-1) OLEH : PIENYANI ROSAWANTI
PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN DAN KEHUTANAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PALANGKARAYA 2017
METABOLISME
Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi.
METABOLISME
Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup memerlukan energi agar proses kehidupan dapat berlangsung. Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan kemudian mengubahnya dalam bentuk energi lain pada proses metabolisme.
METABOLISME
Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.
METABOLISME
Metabolisme dibedakan atas: 1. Anabolisme
2. Katabolisme
1. Anabolisme adalah pembentukan molekulmolekul besar dari molekul-molekul kecil. Misalnya pembentukan senyawa2: pati, selulosa, lemak, protein dan asam nukleat. Pada peristiwa anabolisme memerlukan masukan energi. 2. Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil, dan prosesnya melepaskan energi. Contoh : respirasi, yaitu proses oksidasi gula menjadi H2O dan CO2
METABOLISME PRIMER DAN SEKUNDER Metabolisme pada makhluk hidup dapat dibagi menjadi metabolisme primer dan sekunder. Metabolisme primer menghasilkan metabolit primer sedangkan metabolismsekundermenghasilkan metabolit sekunder.
Metabolit primer adalah senyawa-senyawa yang diproduksi danterlibat pada jalur metabolisme primer (contohnya glikolisis, siklus asam sitrat/siklus Krebs, dan fotosintesis). Contoh metabolit primer adalah protein, karbohidrat, lipid, asam amino, nukleotida,
Metabolit sekunder tanaman merupakan senyawa dengan berat molekul rendah yang diproduksi tanaman sebagai respon terhadap ancaman lingkungan dan patogen. Hasil studi menunjukkan bahwa produk metabolit sekunder merupakan senyawa yang diturunkan dari metabolit primer, yaitu karbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat. Secara sederhana, metabolit sekunder tanaman terbagi atas tiga golongan besar, yaitu fenolik, senyawa bernitrogen, dan terpenoid
• Metabolit sekunder tidak digunakan untuk proses pertumbuhan dan unik untuk setiap organisme. • Pada umumnya senyawa metabolit sekunder berfungsi sebagai mekanisme pertahanan diri, misalnya sebagai pelindung (protectant) dari gangguan hama untuk tumbuhan itu sendiri atau lingkungannya. • Selain sebagai pelindung, dapat juga berfungsi sebagai penarik (attractan) atau penolak (repellant) dari serangga atau herbivora. • Contoh metabolit sekunder lainnya pada tumbuhan adalah pigmen-pigmen, senyawa antibiotik, senyawa bioaktif, dan senyawaa romatik
Molekul-molekul yang terkait dengan proses metabolisme
1. ATP 2. Enzim
1. ATP Merupakan molekul berenergi tinggi. Molekul ini merupakan ikatan adenosin yang mengikat tiga gugusan pospat, dengan ikatan yang lemah/labil sehingga mudah melepaskan ikatan pospatnya pada saat mengalami hidrolisis.
Reaksi metabolisme merupakan reaksi enzymatis yang melibatkan enzim
2. Enzim Adalah biokatalisator organik yang dihasilkan organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan dengan protein. Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai berikut. • Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia. • Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang sama.
ENZIM • Enzim tersusun atas dua bagian. • Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya menyebabkan enzim tidak aktif. • Keduanya dapat digabungkan menjadi satu, yang disebut holoenzim. • Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan koenzim.
ENZIM
• Reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologis selalu melibatkan katalis. • Katalis ini dikenal sebagai katalis biologis (biokatalisator) berupa protein yang sangat spesifik yang disebut enzim.
ENZIM • Enzim merupakan biokatalisator yang sangat efektif yang akan meningkatkan kecepatan reaksi kimia spesifik secara nyata, dimana reaksi ini tanpa enzim akan berlangsung lambat. • Sifat-sifat istimewa enzim adalah kapasitas katalitik dan spesifisitasnya yang sangat tinggi • Enzim mempunyai peran dalam transformasi berbagai jenis energi
ENZIM • Enzim merupakan senyawa protein yang dapat mengkatalisis seluruh reaksi kimia dalam sistem biologis. • Semua enzim murni yang telah diamati sampai saat ini adalah protein. • Aktivitas katalitiknya bergantung kepada integritas strukturnya sebagai protein. • Enzim dapat mempercepat reaksi biologis, dari reaksi yang sederhana, sampai ke reaksi yang sangat rumit.
ENZIM • Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat-zat yang bereaksi sehingga mempercepat proses reaksi. • Percepatan reaksi terjadi karena enzim menurunkan energi pengaktifan yang dengan sendirinya akan mempermudah terjadinya reaksi. • Enzim mengikat molekul substrat membentuk kompleks enzim substrat yang bersifat sementara dan lalu terurai membentuk enzim bebas dan produknya
KEUNGGULAN SIFAT ENZIM
• Aktivitas yang tinggi, efektif, spesifik dan ramah lingkungan • Enzim memiliki sifat yang khas, yaitu sangat aktif walaupun konsentrasinya amat rendah, sangat selektif dan bekerja pada kondisi yang ramah (mild), yaitu tanpa temperatur atau tekanan tinggi dan tanpa logam yang umumnya beracun.
• Enzim mempunyai kekhususan aktivitas, yaitu peranannya sebagai katalis hanya terhadap satu reaksi atau beberapa reaksi yang sejenis saja. Jadi dapat melibatkan beberapa jenis substrat • Sifat spesifik (spesifisitas enzim) didefinisikan sebagai kemampuan suatu enzim untuk mendiskriminasikan substratnya berdasarkan perbedaan afinitas substrat-substrat untuk mencapai sisi aktif enzim
SIFAT DAN STRUKTUR ENZIM
1.
Sifat Enzim
a. b. c. d. e.
Enzim adalah protein Bekerja secara khusus/spesifik Berfungsi sebagai katalis Diperlukan dalam jumlah sedikit Bekerja bolak-balik
1. Sifat Enzim a. Enzim adalah Protein Sebagai protein enzim memiliki sifat seperti protein, yaitu sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, seperti suhu, pH, konsentrasi substrat). Jika lingkungannya tidak sesuai, maka enzim akan rusak atau tidak dapat bekerja dengan baik. b. Bekerja secara khusus/spesifik Setiap enzim memiliki sisi aktif yang sesuai hanya dengan satu jenis substrat, artinya setiap enzim hanya dapat bekerja pada satu substrat yang cocok dengan sisi aktifnya.
c. Berfungsi sebagai katalis Meningkatkan kecepatan reaksi kimia tanpa merubah produk yang diharapkan tanpa ikut bereaksi dengan substratnya, dengan demikian energi yang dibutuhkan untuk menguraikan suatu substrat menjadi lebih sedikit. d. Diperlukan dalam jumlah sedikit Reaksi enzimatis dalam metabolisme hanya membutuhkan sedikit sekali enzim untuk setiap kali reaksi.
e. Bekerja bolak-balik Enzim tidak mempengaruhi arah reaksi, sehingga dapat bekerja dua arah (bolak-balik). Artinya enzim dapat menguraikan substrat menjadi senyawsederhana, dan sebaliknya enzim juga dapat menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawa tertentu.
STRUKTUR ENZIM
a. b.
Susunan Kimia Enzim Gugus prostetik, koenzim dan vitamin
a.
Susunan Kimia Enzim
Protein merupakan bagian utama dari struktur setiap enzim, dan banyak enzim yang hanya mengandung protein saja, tetapi beberapa protein tidak mempunyai fungsi katalis dan tidak digolongkan sebagai enzim.
Protein lain, misalnya sitokrom yang mengangkut elektron selama fotosintesis dan respirasi, yang bukan berfungsi sebagai katalis tetapi berfungsi sebagai pembawa elektron, selanjutnya beberapa protein dalam biji juga tidak memiliki fungsi seperti enzim, melainkan berperan sebagai cadangan asam amino untuk bibit setelah berkecambah.
Protein terdiri atas satu atau lebih rantai polipeptida yang masing-masing tersusun atas asam amino, komposisi dan ukuran tiap protein bergantung pada jenis dan jumlah sub unit asam aminonya. Umumnya terdapat 18 sampai 20 jenis asam amino yang berbeda dan sebagian protein mempunyai secara lengkap 20 asam amino. Jumlah total sub unit asam amino sangat beragam pada protein yang berbeda sehingga bobot molekul protein juga beragam.
b. Gugus prostetik, koenzim dan vitamin Gugus Prostetik Disamping bagian protein, enzim juga mengandung dalam jumlah yang jauh lebih sedikit bagian bukan protein organik yang disebut gugus prostetik. Gugus prostetik sangat penting dalam aktivitas katalisis. Biasanya gugus ini menempel secara kuat pada protein dengan ikatan kovalen.
Protein lainya adalah glikoprotein mengandung gugus gula yang menempel pada protein. Penempelan karbohidrat seperti ini membantu kerja enzim atau melindungi enzim dari suhu yang ekstrem, bahan perusak internal (protease) dan juga mungkin terhadap patogen dan herbivora
Enzim Banyak enzim tidak memiliki gugus prostetik dan untuk melakukan aktivitasnya mereka memerlukan keikutsertaan senyawa organik atau ion-ion logam lain atau keduanya. Kedua bahan tersebut disebut koenzim. Walaupun ion logam sebagai ion pengaktif. Koenzim dan logam pengaktif pada umumnya tidak menempel secara kuat pada enzim
Vitamin Beberapa vitamin yang disintesis oleh tumbuhan membentuk bagian koenzim atau gugus prostetik yang diperlukan oleh enzim pada tumbuhan dan hewan dan ini menjelaskan pentingnya vitamin bagi kehidupan. Contoh dari ion pengaktif adalah magnesium (mg), yang bertindak sebagai logam pengaktif bagi sebagian besar enzim yang menggunakan ATP atau Nukleotida di- atau tri phospat lain sebagai substrat.
e. Bekerja bolak-balik Enzim tidak mempengaruhi arah reaksi, sehingga dapat bekerja dua arah (bolak-balik). Artinya enzim dapat menguraikan substrat menjadi senyawsederhana, dan sebaliknya enzim juga dapat menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawa tertentu.
PENYEBARAN ENZIM DALAM SEL Enzim tidak tersebar merata di dalam sel. Enzim yang berfungsi dalam fotosintesis berada di dalam kloroplas, banyak enzim yang bereran dalam respirasi aerobik berada hanya di mitokondra, sedangkan enzim respirasi lainya terdapat di sitosol. Sebagian besar enzim yang harus ada untuk mensisntesis DNA dan RNA serta untuk mitosis, berada di inti sel atau nukleus.
PENYEBARAN ENZIM DALAM SEL • Enzim yang mengatur langkah dalam lintasaan metabolik kadang disusun sedemikian rupa sehingga terjadi suatu proses produksi jalur rakitan, hasil suatu reaksi dilepaskan didaerah tempat senyawa tersebut akan diubah secepatnya menjadi senyawa lain oleh enzim berikutnya yang terlibat dalam lintasan, demikian seterusnya , sampai lintasan metabolik selesai dan senyawa yang sangat berbeda terbentuk.
MEKANISME KERJA ENZIM Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi. Enzim meningkatkan laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk reaksi) Penurunan energi aktivasi dilakukan dengan membentuk kompleks dengan substrat. Setelah produk dihasilkan, kemudian enzim dilepaskan. Enzim bebas untuk membentuk kompleks baru dengan substrat yang lain.
MEKANISME KERJA ENZIM • Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi. • Enzim memiliki sisi aktif, yaitu bagian enzim yang berfungsi sebagai katalis. Pada sisi ini, terdapat gugus prostetik yang diduga berfungsi sebagai zat elektrofilik sehingga dapat mengkatalis reaksi yang diinginkan. Bentuk sisi aktif sangat spesifik sehingga diperlukan enzim yang spesifik pula. Hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim. Agar dapat bereaksi, enzim dan substrat harus saling komplementer.
MEKANISME KERJA ENZIM 1. Model Fischer (model kaku)/ (Lock and key theory) • Teori ini menyatakan bahwa enzim akan mengikat substrat jika ukuran dan bentuknya sama dengan active site enzyme. Enzim bersifat kaku. Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.
1. Model Fischer (model kaku)/ (Lock and key theory)
MEKANISME KERJA ENZIM 2. Model Koschland/ketepatan induksi (Induced fit theory) Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi melingkupi substrat membentuk kompleks. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut.
2. Model Koschland/ketepatan induksi (Induced fit theory)
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM 1. 2. 3. 4.
SUHU DERAJAT KEASAMAN (PH) INHIBITOR KONSENTRASI SUBSTRAT
SUHU 1. Suhu Enzim terdiri atas molekul-molekul protein. Oleh karena itu, enzim masih tetap mempuyai sifat protein yang kerjanyas dipengaruhi oleh suhu. Enzim dapat bekerja optimum pada kisaran suhu tertentu, yaitu sekitar suhu 40°C. Pada suhu 0°C, enzim tidak aktif. Jika suhunya dinaikkan, enzim akan mulai aktif. Jika suhunya dinaikkan lebih tinggi lagi sampai batas sekitar 40 – 50°C, enzim akan bekerja lebih aktif lagi.
SUHU Pemanasan lebih lanjut membuat enzim akan terurai atau terdenaturasi seperti halnya protein lainnya. • Pada keadaan ini enzim tidak dapat bekerja. • Enzim tidak aktif pada suhu kurang daripada 0oC. • Kadar tindak balas enzim meningkat dua kali ganda bagi setiap kenaikan suhu 10oC. • Kadar tindak balas enzim paling optimum pada suhu 37oC. Enzim terdenaturasi pada suhu tinggi yaitu lebih dari 50oC.
DERAJAT KEASAMAN (pH) Enzim bekerja pada pH tertentu, umumnya pada netral, kecuali beberapa jenis enjim yang bekerja pada suasana asam atau suasana basa. Jika enzim yang bekerja optimum pada suasana netral ditempatkan pada suasana basa ataupun asam, enzim tersebut tidak akan bekerja atau bahkan rusak. Begitu juga sebaliknya, jika suatu enzim bekerja optimal pada suasana basa atau asam tetapi ditempatkan pada keadaan asam atau basa, enzim tersebut akan rusak. Contohnya, enzim pepsin yang terdpat di dalam lambung, efektif bekerja pada pH rendah.
DERAJAT KEASAMAN (pH)
• Setiap enzim bertindak paling baik pada nilai pH tertentu yang disebut sebagai pH optimum. • pH optimum bagi kebanyakan enzim ialah pH 7. • Terdapat beberapa pengecualian, misalnya enzim pepsin di dalam perut bertindak balas paling baik pada pH 2, sementara enzim tripsin di dalam usus kecil bertindak paling baik pada pH 8.
INHIBITOR Hal lain yang mempengaruhi kerja enzim adalah feed back inhibitor. Feed back inhibitor adalah keadaan pada saat substansi hasil (produk) kerja enzim yang terakumulasi dalam jumlah yang berlebihan akan menghambat kerja enzim yang bersangkutan. a. Inhibitor Kompetitif b. Inhibitor Non-kompetitif
KONSENTRASI SUBSTRAT Mekanisme kerja enzim juga ditentukan oleh jumlah atau konsentrasi substrat yang tersedia. Jika jumlah substratnya sedikit, kecepatan kerja enzim juga rendah. Sebaliknya, jika jumlah substrat yang tersedia banyak, kerja enzim juga cepat. Pada keadaan substrat berlebih, kerja enzim tidak sampai menurun tetapi konstan.
TERIMAKASIH
