TUGAS BIOENERGETIKA TERNAK „Sel, Fotosintesis dan Hukum Termodinamika‟
NAMA
: I MADE ADI SUDARMA
NIM
: 1211010006
SEMESTER
: II (DUA)
PRODI
: ILMU PETERNAKAN
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS NUSA CENDANA KUPANG 2013
1
DAFTAR ISI
Halaman SEL ......................................................................................................................
1
Pengertian Sel .......................................................................................
1
Sejarah Penemuan Sel ...........................................................................
1
Struktur dan Fungsi Sel ………………………………………………. . 1 Struktur Sel Prokariotik dan Eukariotik ................................................
5
Perbedaan Sel Hewan dan Sel Tumbuhan ............................................
6
Mekanisme Transpor pada Sel ……………………………………….
.7
FOTOSINTESIS ...............................................................................................
12
Pengertian Fotosintesis .......................................................................
12
Kloroplas ............................................................................................
12
Tahapan Fotosintesis ………………………………………………..
13
Pemanfaatan Hasil Fotosintesis ..........................................................
16
Faktor yang Menentukan Kecepatan Fotosintesis ..............................
16
Tipe-tipe Fotosintesis ………………………………………………..
17
HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA .......................................................
20
Hukum Termodinamika I ....................................................................
20
Hukum Termodinamika II .................................................................
20
Hukum Termodinamika III ………………………...………………..
20
2
SEL
1. Pengertian sel Sel merupakan unit terkecil tubuh makhluk hidup. Baik secara struktural maupun fungsional. Sel terdiri dari membran sel, sitoplasma, nukleus dan organel-organel lain yang masing-masing mempunyai fungsi khusus dan secara terpadu menyusun sistem yang kompak. Setiap sel bergantung pada sel-sel yang lain untuk melakukan fungsi-fungsi yang tidak dapat dilakukan sendiri contohnya adalah sel saraf dengan cepat meneruskan sinar listrik ke dalam tubuh tetapi bergantung seluruhnya pada sel-sel darah merah untuk memberikan kepadanya oksigen yang amat diperlukannya. Meskipun tipe sel itu bermacam-macam, terdapat persamaan tertentu pada sifat-sifat bentuk dan fungsional yang lazim bagi kebanyakan sel. Pada umumnya sel itu bersifat mikroskopis, misalnya ovum dari bangsa burung dari beberapa alga. Besarnya dibatasi oleh membran. Suatu sel yang sangat aktif melakukan metabolisme tidak akan mempunyai volume yang besar. Dua bagian yang pokok dari sel adalah sitoplasma dan nukleus. Sitoplasma sebagai suatu zat cair yang kental yang berfungsi bagi sel, mitokondria, badan golgi, kloroplas, sentriol, glanula, dan pigmen. 2. Sejarah penemuan sel Pada awalnya sel digambarkan pada tahun 1665 oleh seorang ilmuwan Inggris Robert Hooke yang telah meneliti irisan tipis gabus melalui mikroskop yang dirancangnya sendiri. Kata sel berasal dari kata Latin cellulae yang berarti „kamar-kamar kecil‟. Anton van Leeuwenhoek melakukan banyak pengamatan terhadap benda-benda dan jasad-jasad renik dan menunjukkan pertama kali pada dunia ada “kehidupan di dunia lain” yang belum pernah dilihat oleh manusia. Karyanya menjadi dasar bagi cabang biologi yang penting saat ini: mikrobiologi Perkembangan mikroskop selama hampir 200 tahun berikutnya telah memberikan kesempatan bagi para ahli untuk meneliti susunan tubuh makhluk hidup. Serangkaian penelitian telah dilakukan oleh 2 orang ilmuwan dari (Jerman) yaitu Matthias Schleiden (ahli tumbuhan, 1804-1881) dan Theodor Schwann (ahli hewan, 1810-1882). Mereka menyimpulkan bahwa setiap mahluk hidup tersusun atas sel. Selanjutnya pada tahun 1885 seorang ilmuwan Jerman, Rudolf Virchow, mengamati bahwa sel dapat membelah diri dan membentuk sel-sel baru. 3. Struktur dan Fungsi Sel Secara anatomis sel dibagi menjadi 3 bagian, yaitu: 1. Selaput Plasma (Membran Plasma atau Plasmalemma). 2. Sitoplasma dan Organel Sel. 3. Inti Sel (Nukleus). 3
a. Selaput Plasma (Plasmalemma) Yaitu selaput atau membran sel yang terletak paling luar yang tersusun dari senyawa kimia Lipoprotein
(gabungan
dari
senyawa
lemak
atau
Lipid
dan
senyawa
Protein).
Lipoprotein ini tersusun atas 3 lapisan yang jika ditinjau dari luar ke dalam urutannya adalah:Protein – Lipid – Protein Þ Trilaminer Layer. Lemak bersifat Hidrofebik (tidak larut dalam air) sedangkan protein bersifat Hidrofilik (larut dalam air); oleh karena itu selaput plasma bersifat Selektif Permeabel atau Semi Permeabel. Selektif permeabel berarti hanya dapat memasukkan di lewati molekul tertentu saja.Fungsi dari selaput plasma ini adalah menyelenggarakan Transportasi zat dari sel yang satu ke sel yang lain. Khusus pada sel tumbahan, selain mempunyai selaput plasma masih ada satu struktur lagi yang letaknya di luar selaput plasma yang disebut Dinding Sel. Dinding sel tersusun dari dua lapis senyawa Selulosa, di antara kedua lapisan selulosa tadi terdapat rongga yang dinamakan Lamel Tengah (Middle Lamel) yang dapat terisi oleh zat-zat penguat seperti Lignin, Chitine, Pektin, Suberine dan lain-lain. Selain itu pada dinding sel tumbuhan kadang-kadang terdapat celah yang disebut Noktah. Pada Noktah/Pit sering terdapat penjuluran Sitoplasma yang disebut Plasmodesma yang fungsinya hampir sama dengan fungsi saraf pada hewan. b. Sitoplasma dan Organel Sel. Bagian yang cair dalam sel dinamakan Sitoplasma khusus untuk cairan yang berada dalam inti sel dinamakan Nukleoplasma), sedang bagian yang padat dan memiliki fungsi tertentu digunakan Organel Sel. Fungsi utama kehidupan berlangsung di sitoplasma. Hampir semua kegiatan metabolisme berlangsung di dalam ruangan berisi cairan kental ini. Di dalam sitoplasma terdapat organel-organel yang melayang-layang dalam cairan kental (merupakan koloid, namun tidak homogen) yang disebut matriks. Organellah yang menjalankan banyak fungsi kehidupan: sintesis bahan, respirasi (perombakan), penyimpanan, serta reaksi terhadap rangsang. Sebagian besar proses di dalam sitoplasma diatur secara enzimatik. Selain organel, terdapat pula vakuola, butir-butir tepung, butir silikat dan berbagai produk sekunder lain. Vakuola memiliki peran penting sebagai tempat penampungan produk sekunder yang berbentuk cair, sehingga disebut pula „cairan sel‟. Cairan yang mengisi vakuola berbeda-beda, tergantung letak dan fungsi sel. Penyusun utama dari sitoplasma adalah air (90%), berfungsi sebagai pelarut zat-zat kimia serta sebagai media terjadinya reaksi kirnia sel.Organel sel adalah bendabenda solid yang terdapat di dalam sitoplasma dan bersifat hidup(menjalankan fungsi-fungsi kehidupan). 4
Organel Sel tersebut antara lain : a) Retikulum Endoplasma (RE.)Yaitu struktur berbentuk benang-benang yang bermuara di inti sel. Dikenal dua jenis RE yaitu : RE. Granuler (Rough E.R) RE. Agranuler (Smooth E.R) Fungsi R.E. adalah : sebagai alat transportasi zat-zat di dalam sel itu sendiri. Struktur R.E. hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron. b) Ribosom (Ergastoplasma), Struktur ini berbentuk bulat terdiri dari dua partikel besar dan kecil, ada yang melekat sepanjang R.E. dan ada pula yang soliter. Ribosom merupakan organel sel terkecil yang tersuspensi di dalam sel. Fungsi dari ribosom adalah : tempat sintesis protein.Struktur ini hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron. c) Miitokondria (The Power House), Struktur berbentuk seperti cerutu ini mempunyai dua lapis membran.Lapisan dalamnya berlekuklekuk dan dinamakan KristaFungsi mitokondria adalah sebagai pusat respirasi seluler yang menghasilkan banyak ATP (energi) ; karena itu mitokondria diberi julukan “The Power House”. d) Lisosom, Fungsi dari organel ini adalah sebagai penghasil dan penyimpan enzim pencernaan seluler. Salah satu enzi nnya itu bernama Lisozym. e) Badan Golgi (Apparatus Golgi = Diktiosom) Organel ini dihubungkan dengan fungsi ekskresi sel, dan struktur ini dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa. Organel ini banyak dijumpai pada organ tubuh yang melaksanakan fungsi ekskresi, misalnya ginjal. f) Sentrosom (Sentriol) Struktur berbentuk bintang yang berfungsi dalam pembelahan sel (Mitosis maupun Meiosis). Sentrosom bertindak sebagai benda kutub dalam mitosis dan meiosis. Struktur ini hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron. g) Plastida Dapat dilihat dengan mikroskop cahaya biasa. Dikenal tiga jenis plastida yaitu: Lekoplas (plastida berwarna putih berfungsi sebagai penyimpan makanan),terdiri dari: • Amiloplas (untak menyimpan amilum) dan, • Elaioplas (Lipidoplas) (untukmenyimpan lemak/minyak). • Proteoplas (untuk menyimpan protein). Kloroplas yaitu plastida berwarna hijau. Plastida ini berfungsi menghasilkan klorofil dan sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis. 5
Kromoplas yaitu plastida yang mengandung pigmen, misalnya : • Karotin (kuning) • Fikodanin (biru) • Fikosantin (kuning) • Fikoeritrin (merah) h) Vakuola (RonggaSel) Beberapa ahli tidak memasukkan vakuola sebagai organel sel. Benda ini dapat dilihat dengan mikroskop cahaya biasa. Selaput pembatas antara vakuola dengan sitoplasma disebut TonoplasVakuola berisi : • garam-garam organik • glikosida • tanin (zat penyamak) • minyak eteris (misalnya Jasmine pada melati, Roseine pada mawar Zingiberine pada jahe) • alkaloid (misalnya Kafein, Kinin, Nikotin, Likopersin dan lain-lain) • enzim • butir-butir patiPada boberapa spesies dikenal adanya vakuola kontraktil dan vaknola non kontraktil. i) Mikrotubulus Berbentuk benang silindris, kaku, berfungsi untuk mempertahankan bentuk sel dan sebagai “rangka sel”. Contoh organel ini antara lain benang-benang gelembung pembelahan Selain itu mikrotubulus berguna dalam pembentakan Sentriol, Flagela dan Silia. j) Mikrofilamen Seperti Mikrotubulus, tetapi lebih lembut. Terbentuk dari komponen utamanya yaitu protein aktin dan miosin (seperti pada otot). Mikrofilamen berperan dalam pergerakan sel.k. Peroksisom (Badan Mikro) Ukurannya sama seperti Lisosom. Organel ini senantiasa berasosiasi dengan organel lain, dan banyak mengandung enzim oksidase dan katalase (banyak disimpan dalam selsel hati). c. Inti Sel (Nukleus) Inti sel terdiri dari bagian-bagian yaitu : Selapue Inti (Karioteka) Nukleoplasma (Kariolimfa) Kromatin / Kromosom Nukleolus(anak inti).
6
Berdasarkan ada tidaknya selaput inti kita mengenal 2 penggolongan sel yaitu : Sel Prokariotik (sel yang tidak memiliki selaput inti), misalnya dijumpaipada bakteri, ganggang biru. Sel Eukariotik (sel yang memiliki selaput inti). Fungsi dari inti sel adalah : mengatur semua aktivitas (kegiatan) sel, karena di dalam inti sel terdapat kromosom yang berisi ADN yang mengatur sintesis protein. 4. Struktur Sel Prokariotik dan Eukariotik Sejak ditemukannya mikroskop elektron para ahli biologi mulai berhasil mengidentifikasi struktur internal dari berbagai macam sel. Berdasarkan hasil pengamatannya, para ahli menggolongkan sel menjadi dua kelompok, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik. Penggolongan ini didasarkan atas ukuran dan struktur intemal atau kandungan organel selnya. Sel prokariotik memiliki struktur yang sederhana,. misalnya bakteri, ganggang hijau-biru, dan mikoplasma. Sedangkan, sel eukariotik memiliki struktur yang lebih kompleks, misalnya protista, fungi, tumbuhan, dan hewan. a. Struktur Sel Prokariotik Prokariotik meliputi archaebakteria (bakteri purba) dan eubakteria (bakteri modern / bakteri sejati) yang beranggotakan bakteri, mikoplasma dan alga hijau-biru. Ukuran sel prokariotik berkisar antara 0,5 -3 mm. Struktur umum sel prokariotik yang diwakili oleh bakteri berturut-turut mulai dari luar ke dalam adalah dinding sel, membran sel, mesosom, sitoplasma, ribosom dan materi inti (DNA dan RNA). Dinding sel bakteri berfungsi untuk menahan tekanan osmotic sitoplasma, sehingga sel tidak mudah pecah akibat masuknya air kedalam sel, dinding sel bakteri tersusun atas peptidoglikan atau mukopepetida yang dapat dipergunakan sebagai dasar penggolongan bakteri menjadi dua golongan , yaitu bakteri gram positif dan bakteri gram negative. Pada bakteri gram positif, hampir 90% komponen dinding selnya tersusun atas peptidoglikan, sedangkan pada bakteri gram negative berkisar antara 5 – 20%. b. Struktur Sel Eukariotik Sel eukariotik merupakan sel yang memiliki selaput inti dengan panjang sel 10-100 μm . Sel eukariotik terdiri atas tiga bagian utama, yaitu sitoplasma, nukleus, dan membran sel. Nukleus merupakan inti sel yang berbentuk bulat dan terletak di tengah sel, yang mengandung asam deoksiribosa nukleat (DNA) yang berfungsi untuk mengarahkan sintesis protein untuk kemudian diolah menjadi hormon-hormon dan enzim-enzim, serta menyimpan cetak biru genetik yang diwariskan antar generasi untuk menjaga agar sifat-sifat yang dimiliki oleh satu generasi sama dengan sifat-sifat yang dimiliki oleh generasi sebelumnya.
7
Membran sel, yang memiliki ketebalan berkisar 7.5-10 nm, terdiri atas lipid, protein, kolesterol, dan oligosakarida. Membran sel memiliki dua fungsi utama, yaitu untuk menjaga ketetapan isi sel yang berupa cairan sitosol dan mengatur lalu lintas pertukaran zat antara lingkungan ekstraseluler dan lingkungan intraseluler. Hal ini dimungkinkan karena membran sel bersifat semipermeabel akibat keberadaan protein yang disebut integrin yang memungkinkan untuk terjadinya interaksi antara lingkungan ekstrasel dan lingkungan intrasel. Struktur membran sel adalah dua lapis lipid yang di permukaannya terdapat rantai gula dan protein. Sitoplasma merupakan lingkungan di dalam sel selain nukleus. Sitoplasma terdiri atas cairan sitosol dan sitoskeleton. Sitosol merupakan cairan berbentuk pekat yang mengisi sekitar 55% volume sel dan penting dalam metabolisme perantara, sintesis protein ribosom, dan penyimpanan lemak dan glikogen. Sitosol merupakan tempat melekatnya organel-organel. Ada lima jenis utama organel yang menempati sitosol: retikulum endoplasma, aparatus golgi, lisosom, peroksisom, dan mitokondria. Sitoskeleton merupakan jaringan protein kompleks yang merambahi sitosol dan menunjang serta mengorganisasikan komponen intrasel menjadi susunan yang sesuai dan untuk mengontrol gerakannya. Ada empat unsur penyusun sitoskeleton yakni : Mikrotubulus, Mikrofilamen, Filamen intermediat, dan Kisi-kisi mikrotrabekular. Contoh sel eukariotik antara lain sel ragi, sel protozoa, sel hewan, dan sel tumbuhan. 5. Perbedaan Sel Hewan dan Sel Tumbuhan Sel Tumbuhan
Sel Hewan
Sel tumbuhan lebih besar
Sel hewan lebih kecil daripada
daripada sel hewan.
sel tumbuhan
Mempunyai bentuk yang tetap
Tidak mempunyai bentuk yang tetap
Sel Bakteri Sel bakteri sangat kecil.
Mempunyai bentuk yang tetap.
Mempunyai dinding sel [cell
Tidak mempunyai dinding sel
Mempunyai dinding sel [cell
wall] dari selulosa
[cell wall]
wall] dari lipoprotein
Mempunyai plastida
Tidak mempunyai plastida
Tidak mempunyai plastida.
Tidak mempunyai vakuola [vacuole], walaupun kadangMempunyai vakuola [vacuole]
kadang sel beberapa hewan
atau rongga sel yang besar
uniseluler memiliki vakuola (tapi tidak sebesar yang dimiliki tumbuhan). Yang 8
Tidak mempunyai vakuola
biasa dimiliki hewan adalah vesikel atau [vesicle] Menyimpan tenaga dalam
Menyimpan tenaga dalam
bentuk butiran (granul)
bentuk butiran (granul) pati
glikogen
Tidak Mempunyai sentrosom Tidak memiliki lisosom [lysosome] Nukleus lebih kecil daripada
Mempunyai sentrosom
Tidak Mempunyai sentrosom
[centrosome]
[centrosome]
Memiliki lisosom [lysosome] Nukleus lebih besar daripada Tidak memiliki nukleus dalam
vakuola
vesikel
arti sebenarnya
6. Mekanisme Transpor pada Sel Membran sel berfungsi membatasi sel dan lingkungan sekitar. Namun demikian, tidak berarti sel menjadi satu sistem tertutup yang tidak dipengaruhi oleh lingkungan sekitar. Tidak ada organisme yang mampu hidup terpisah dari lingkungan sekitarnya. Begitu pula halnya dengan sel. Sel memperoleh bahan-bahan yang dibutuhkan untuk berbagai proses metabolismenya dari lingkungan di luar sel. a. Transpor Aktif Transpor aktif adalah pengangkutan lintas membran dengan menggunakan energi ATP, melibatkan pertukaran ion Na+ dan K+ (pompa ion) serta protein kontraspor yang akan mengangkut ion Na+ bersama melekul lain seperti asam amino dan gula. Adapun ciri-ciri transport aktif adalah sebagai berikut : Arahnya dari daerah berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Misal perpindahan air dari korteks ke stele melalui endodermis yang tekanan osmotiknya rendah. Transpor aktif merupakan transpor yang mengkonsumsi atau menggunakan energi untuk mengeluarkan dan/atau memasukkan ion-ion dan molekul melalui membran sel, melawan perbedaan konsentrasi . gradasi konsentrasi. Ini menunjukkan, bahwa sel pada suatu waktu tidak dapat hanya mengandalkan difusi dan osmosis untuk memperoleh keperluan hidupnya , namun juga perlu memasukkan materi secara transport altif yang mengabaikan osmosis dan difusi. Energi diperlukan karena ada zat yang harus dipindahkan melawan kecenderungan alami berdifusi ke arah yang berlawanan. 9
Berbeda dengan difusi yang dapat berjalan ke dua arah, transpor aktif merupakan gerakan satu arah dan dipengaruhi oleh muatan listrik di dalam dan di luar sel. Muatan listrik ini terutama ditentukan oleh ion-ion Natrium (Na+), Kalium (K+), dan ion klor (Cl-). Keluar masuknya ion Na+, dan K+ dilakukan oleh pompa natrium-kalium (pompa Na+K-) dengan menggunakan energi yang diperoleh dari ATP (adenosin triphospate). Pompa Na+- K- bekerja memompa ion Na+ ke luar sel dan memasukkan ion K- ke dalam sel. Konsentrasi ion K+ yang tinggi diperlukan untuk sintesis protein, glikosis, fotosintesis dan proses vital lainnya. Keberadaan ion-ion Na+ dan K+ penting untuk mengendalikan pengaturan osmosis, mempertahankan kegiatan listrik dalam sel saraf dan memacu transpor aktif bagi zat-zat lain seperti glukosa dan asam amino. Dalam beberapa hal, kombinasi antara transpor aktif dan difusi dapat terjadi. Transpor aktif terjadi melawan kemiringan konsentrasi sehingga melibatkan energi. Transpor aktif melibatkan reseptor dan transportes. Transpor aktif terdiri dari : Uniport, jika macam zat dan arahnya satu. Symport, jika macam zat dua dan arah sama. Antiport, jika macam zat dua dan arah berbeda.
b. Transport Pasif Transport pasif merupakan transport ion, molekul, dan senyawa yang tidak memerlukan energi untuk melewati membran plasma. Transport pasif mencakup osmosis dan difusi dengan ciriciri sebagai berikut : Difusi dibedakan menjadi difusi dipermudah dengan saluran protein dan difusi dipermudah dengan protein pembawa. Osmosis adalah kasus khusus dari transpor pasif, dimana molekul air berdifusi melewati membran yang bersifat selektif permeabel. Dalam sistem osmosis, dikenal larutan hipertonik (larutan yang mempunyai konsentrasi terlarut tinggi), larutan hipotonik (larutan dengan konsentrasi terlarut rendah), dan larutan isotonik (dua larutan yang mempunyai konsentrasi terlarut sama). Jika terdapat dua larutan yang tidak sama konsentrasinya, maka molekul air melewati membran sampai kedua larutan seimbang. Dalam proses osmosis, pada larutan hipertonik, sebagian besar molekul air terikat (tertarik) ke molekul gula (terlarut), sehingga hanya sedikit molekul air yang bebas dan bisa melewati membran. 10
Sedangkan pada larutan hipotonik, memiliki lebih banyak molekul air yang bebas (tidak terikat oleh molekul terlarut), sehingga lebih banyak molekul air yang melewati membran. Oleh sebab itu, dalam osmosis aliran netto molekul air adalah dari larutan hipotonik ke hipertonik. Proses osmosis juga terjadi pada sel hidup di alam. Perubahan bentuk sel terjadi jika terdapat pada larutan yang berbeda. Sel yang terletak pada larutan isotonik, maka volumenya akan konstan. Dalam hal ini, sel akan mendapat dan kehilangan air yang sama. Banyak hewan-hewan laut, seperti bintang laut (Echinodermata) dan kepiting (Arthropoda) cairan selnya bersifat isotonik dengan lingkungannya. Jika sel terdapat pada larutan yang hipotonik, maka sel tersebut akan mendapatkan banyak air, sehingga bisa menyebabkan lisis (pada sel hewan), atau turgiditas tinggi (pada sel tumbuhan). Sebaliknya, jika sel berada pada larutan hipertonik, maka sel banyak kehilangan molekul air, sehingga sel menjadi kecil dan dapat menyebabkan kematian. Pada hewan, untuk bisa bertahan dalam lingkungan yang hipo- atau hipertonik, maka diperlukan pengaturan keseimbangan air, yaitu dalam proses osmoregulasi. c. Difusi Difusi merupakan proses perpindahan suatu zat yang terjadi secara spontan ketika ada perbedaan tekanan difusi, dari tekanan yang tinggi ke arah tekanan yang lebih rendah. Tekanan difusi berkorelasi positif dengan konsentrasi zat tersebut. Artinya, semakin tinggi konsentrasinya, semakin tinggi pula tekanan difusi zat tersebut. Ada beberapa faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, di antaranya suhu dan zat yang berdifusi. Dengan naiknya suhu, energi kinetik yang dimiliki molekul suatu zat menjadi lebih tinggi sehingga pergerakan molekul zat menjadi lebih cepat. Zat yang memiliki berat molekul kecil akan lebih cepat berdifusi dibandingkan zat dengan berat molekul besar. Oleh karena itu, zat yang paling mudah berdifusi adalah gas. Cairan relatif lebih lambat berdifusi dibandingkan dengan gas. Tidak seluruh molekul dapat berdifusi masuk ke dalam sel. Membran sel terdiri atas molekulmolekul fosfolipid dengan pori-pori ultramikroskopik yang dapat melewatkan molekul-molekul berukuran kecil dan ion. Molekul-molekul yang dapat melewati membran sel di antaranya adalah oksigen, karbon dioksida, air, dan beberapa mineral yang larut dalam air. Molekul berukuran sedang, seperti molekul gula dan protein, tidak dapat berdifusi melewati membran sel. Membran sel juga mampu menyediakan kemudahan biokimiawi untuk memindahkan ion-ion mineral, gula, asam-asam amino, elektron, serta metabolit lain melewati membran. Substansi-substansi dalam larutan ini melewati membran dengan cara difusi dan transpor aktif serta proses osmosis tidak 11
spesifik. Pertukaran oksigen dan CO2 pada proses respirasi hewan merupakan salah satu contoh difusi. Pada prinsipnya, difusi membran sel bersifat pasif. Membran sel tidak mengeluarkan energi untuk memindahkan molekul ke luar maupun ke dalam sel. d. Osmosis Secara luas, proses osmosis diartikan sebagai proses perpindahan pelarut melewati sebuah membran semipermeabel. Secara sederhana, osmosis dapat diartikan sebagai proses difusi air sebagai pelarut, melewati sebuah membran semipermeabel. Masuknya air ini dapat menyebabkan tekanan air yang disebut tekanan osmotik . Pada sel tanaman disebut tekanan turgor. Terdapat tiga sifat larutan yang dapat menentukan pergerakan air pada osmosis, yaitu hipertonik, hipotonik, dan isotonik . Suatu larutan dikatakan hipertonik jika memiliki konsentrasi zat terlarut lebih tinggi dibandingkan larutan pembandingnya. Dalam hal ini, larutan pembanding akan bersifat hipotonik karena memiliki konsentrasi zat terlarut lebih kecil. Larutan isotonik, memiliki konsentrasi zat terlarut yang sama dengan larutan pembanding. Pergerakan molekul air melalui membran semipermeabel selalu dari larutan hipotonis menuju ke larutan hipertonis sehingga perbandingan konsentrasi zat terlarut kedua larutan seimbang (isotonik). Misalnya, sebuah sel diletakkan di dalam air murni. Konsentrasi zat terlarut di dalam sel lebih besar (hipertonik) karena adanya garam mineral, asam-asam organik, dan berbagai zat lain yang dikandung sel. Dengan demikian, air akan terus mengalir ke dalam sel sehingga konsentrasi larutan di dalam sel dan di luar sel sama. Namun, membran sel memiliki kemampuan yang terbatas untuk mengembang sehingga sel tersebut tidak pecah. Pada sel darah merah, peristiwa ini disebut hemolisis. Pada sel tumbuhan, peristiwa ini dapat teratasi karena sel tumbuhan memiliki dinding sel yang menahan sel mengembang lebih lanjut. Pada sel tumbuhan keadaan ini disebut turgid. Keadaan sel turgid membuat tanaman kokoh dan tidak layu. Di alam, air jarang ditemukan dalam keadaan murni, air selalu mengandung garam-garam dan mineral-mineral tertentu. Dengan demikian, air aktif keluar atau masuk sel. Hal tersebut berkaitan dengan konsentrasi zat terlarut pada sitoplasma. Pada saat air di dalam sitoplasma maksimum, sel akan mengurangi kandungan mineral garam dan zat-zat yang terdapat di dalam sitoplasma. Hal ini membuat konsentrasi zat terlarut di luar sel sama besar dibandingkan konsentrasi air di dalam sel. Jika sel dimasukkan ke dalam larutan hipertonik, air akan terus-menerus keluar dari sel. Sel akan mengerut, mengalami dehidrasi, dan bahkan dapat mati. Pada sel tumbuhan, hal ini menyebabkan sitoplasma mengerut dan terlepas dari dinding sel. Peristiwa ini disebut plasmolisis. Dengan demikian, pada saat tertentu, sel perlu meningkatkan kembali kandungan zat-zat dalam sitoplasma untuk menaikkan tekanan osmotik di dalam sel. Cara sel mempertahankan tekanan osmotiknya ini disebut osmoregulasi. Demikian seterusnya, sel selalu aktif dan hal tersebut dilakukan untuk mempertahankan kondisi setimbang antara sel dan lingkungannya. Proses metabolisme membutuhkan air dan mineral atau 12
garam dan berbagai zat yang terkandung dalam sitoplasma. Akibatnya, tekanan osmotik dan konsentrasi molekul-molekul lain berubah sehingga terjadi aliran difusi dan osmosis yang terusmenerus dari sel ke luar atau dari luar ke dalam sel. e. Endositosis Endositosis merupakan mekanisme pemindahan benda dari luar ke dalam sel. Istilah endositosis berasal dari bahasa Yunani, endo artinya ke dalam dan cytos artinya sel. Membran sel membentuk pelipatan ke dalam (invaginasi) dan “memakan” benda yang akan dipindahkan ke dalam sel. Di dalam sel, benda tersebut dilapisi oleh sebagian membran sel yang terlepas membentuk selubung. Proses makan pada Amoeba adalah contoh mudah untuk menggambarkan proses endositosis. Endositosis membran sel pada Amoeba , akan membentuk vakuola. Terdapat tiga bentuk endositosis, yaitu fagositosis, pinositosis, dan endositosis dengan bantuan reseptor. Proses makan pada Amoeba merupakan contoh fagositosis. Pada proses fagositosis, benda yang dimasukkan ke dalam sel berupa zat atau molekul padat. Adapun pada pinositosis berupa zat cair. Berbeda dengan fagositosis dan pinositosis, pada endositosis dengan bantuan reseptor hanya menerima molekul yang sangat spesifik. Di dalam lekukan membran plasma terdapat reseptor protein yang akan berikatan dengan protein molekul yang akan diterima sel. f. Eksositosis Proses Amoeba mengeluarkan sisa-sisa makanan melalui vakuolanya adalah satu contoh eksositosis. Istilah eksositosis berasal dari bahasa Yunani, exo artinya keluar dan cytos artinya sel. Vakuola atau selubung membran melingkupi sisa zat makanan yang sudah dicerna. Kemudian, bergabung kembali denganmembran sel dan sisa zat makanan untuk di buang keluar sel. Jadi, eksositosis adalah proses mengeluarkan benda dari dalam sel ke luar sel. Membran yang menyelubungi sel tersebut akan bersatu atau berfusi dengan membran sel. Cara ini adalah salah satu mekanisme yang digunakan sel-sel kelenjar untuk menyekresikan hasil metabolisme. Misalnya, selsel kelenjar di pankreas yang mengeluarkan enzim ke saluran pankreas yang bermuara di usus halus. Sel-sel tersebut mengeluarkan enzim dari dalam sel menggunakan mekanisme eksositosis. Proses pengeluaran sekret dapat dilakukan dengan cara eksositosis. Pada umumnya, eksosistosis dan endositosis digunakan untuk memindahkan benda-benda yang berukuran besar. Kedua proses tersebut, saling menyeimbangkan luas permukaan plasma membran sehingga volume sel tidak harus menjadi lebih kecil dari semula.
13
FOTOSINTESIS
1. Pengertian fotosintesis Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Pada dasarnya, fotosintesis merupakan proses penyusunan karbohidrat atau zat gula dan oksigen dengan menggunakan energi matahari, carbon dioksida dan air. Matahari sebagai sumber energi utama bagi
kehidupan
di
Bumi.
Namun
tidak
semua
organisma
mampu
secara
langsung
menggunakannya. Hanya golongan tumbuhan dan beberapa jenis bakteri saja yang mampu menyerap energi matahari dan memanfaatkannya untuk fotosinrtesis. Melalui fotosintesis, tumbuhan menyusun zat makanan yaitu karbohidrat (pati / gula). Karena kemampuan menyusun makanannya sendiri inilah, tumbuhan disebut organisma autotrof. Pada umumnya, pabrik tempat fotosintesis adalah daun. Sel-sel daun memiliki kelengkapan alat untuk menangkap energi matahari. Pada tumbuhan tertentu yang tidak berdaun seperti bangsa Kaktus, kelengkapan alat fotosintesisnya terdapat pada sel-sel lapisan luar dari batangnya. Di dalam sel-sel mesofil terdapat banyak organela sel berbentuk bulat atau lonjong yang berwarna hijau, yang disebut kloroplas. Kloroplas paling banyak terdapat pada sel-sel jaringan tiangnya. Pada setiap selnya, dapat memiliki 50 atau lebih kloroplas. Pada lapisan epidermisnya tidak ditemukan kloroplas, kecuali pada sel penutup mulut daunnya.
2. Kloroplas Kloroplas merupakan alat atau organela sel yang khas pada sel-sel daging daun. Bentuknya bermacam-macam, tergantuing jenis tumbuhannya. Selain bulat atau lonjong, ada juga yang berbentuk pita. Pada daun Hydrila, kloroplasnya bulat atau lonjong, berukuran cukup besar dan mudah diamati dibawah mikroskop. Organela ini mudah dikenali dengan warnanya yang hijau karena banyak mengandung zat warna atau pigmen hijau daun yang disebut klorofil. Ada dua macam klorofil pada tumbuhan darat yaitu klorofil a dan klorofil b. Kloroplas tersusun dari dua bagian, meliputi : a. Bangunan seperti tumpukan piring, disebut grana b. Bahan yang mengisi di luar grana, disebut matrik stroma Pada bagian grana, terdapat seluruh perangkat alat penangkap energi matahari. Perangkat alat itu adalah ibarat antena penerima. Alat penerima tersebut berupa kumpulan bermacam-macam zat pigmen. Pigmen adalah suatu zat yang berfungsi menangkap atau memantulkan jenis sinar atau warna cahaya tertentu. Pigmen daun paling banyak adalah 14
klorofil. Sekelompok pigmen yang merupakan satu kesatuan alat penerima energi cahaya ini disebut fotosistem. Ada dua fotosistem yang dibutuhkan untuk mendukung satu proses fotosintesis, yaitu fotosistem I dan II. Komponen utama fotosistem adalah klorofil, khususnya klorofil-a. Selain fotosistem, juga ada komponen lain yang membantu mengalirkan energi matahari.
3. Tahapan Fotosintesis Pada dasarnya, fotosintesis terjadi dalam dua tahapan. Kedua tahap itu berlangsung dalam kloroplas, namun pada dua bagian yang berbeda. Tahap I adalah proses penangkapan energi surya atau proses-proses yang bergantung langsung pada keberadaan cahaya. Seluruh proses pada tahap ini disebut reaksi cahaya. Tahap II adalah proses-proses yang tidak bergantung langsung pada keberadaan cahaya. Proses-proses atau reaksi-reaksi pada tahap ini disebut reaksi gelap. a. Reaksi Terang Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari (energi cahaya) akan diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untuk mensintesis NADPH dan ATP) di dalam kloroplas. Reaksi terang terjadi di dalam grana. Salah satu pigmen yang berperan secara langsung dalam reaksi terang adalah klorofil a. Di dalam membran tilakoid, klorofil bersama-sama dengan protein dan molekul organik berukuran kecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem. Beberapa ratus klorofil a, klorofil b, dan karotenoid membentuk suatu kumpulan sebagai “pengumpul cahaya” yang disebut kompleks antena. Sebelum sampai ke pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesis pertama kalinya. Di dalam membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem berdasarkan urutan penemuannya, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Setiap fotosistem tersebut mempunyai klorofil pusat reaksi yang berbeda, tergantung dari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofil pusat reaksi pada fotosistem I disebut P700, karena mampu menyerap panjang gelombang cahaya 700 nm (spektrumnya sangat merah), sedangkan pada fotosistem II disebut P680 (spektrum merah). Di dalam fotosistem terdapat ratusan antena atau klorofil. Oleh karena itu, aliran elektron pada reaksi terang akan mengikuti suatu rute tertentu. Terdapat 2 kemungkinan aliran elektron pada reaksi terang sebagai berikut : Aliran Elektron Non-siklik Langkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasi dari klorofil pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut akseptor elektron primer. Air (H2O) diuraikan menjadi 2 15
ion hidrogen dan 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2 Elektron yang berasal dari air (H2O) menggantikan elektron yang hilang pada P680. Sebagaimana sistem transportasi elektron pada respirasi aerobik, transport elektron pada reaksi terang ini melalui rantai transport elektron menuju fotosistem I (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yiatu: plastokuinon (Pq), merupakan pembawa elektron; kompleks sitokrom; dan plastosianin (Pc), merupakan protein yang mengandung tembaga. Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energi- energi yang kemudian tersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang menggunakan energi cahaya melalui aliran elektron non siklis pada reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non siklis. Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkap oleh akseptor primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transport elektron ke-dua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase mentransfer elektron ke NADP+ sehingga membentuk NADPH yang menyimpan elektron berenergi tinggi dan berfungsi dalam sintesis gula dalam siklus berikutnya yaitu siklus Calvin. Dengan demikian, reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH. Aliran elektron siklik Pada aliran elektron siklis ini, elektron dari akseptor primer fotosistem I dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui feredoksin, kompleks sitokrom, dan plastosianin. Oleh karena itu, pada aliran siklis ini menyebabkan produksi ATP bertambah tetapi tidak terbentuk NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2. Proses pembentukan ATP melalui aliran siklis ini disebut fotofosforilasi siklis.
b. Reaksi Gelap (Siklus Calvin) Bahan-bahan yang dihasilkan dari reaksi terang akan digunakan dalam siklus Calvin. ATP digunakan
sebagai
sumber
energi dan
NADPH
sebagai
tenaga
pereduksi
untuk
penambahan elektron berenergi tinggi. Siklus Calvin terjadi pada bagian kloroplas yaitu stroma. Pada reaksi gelap ini, bahan untuk fotosintesis (CO2) nantinya akan dibentuk menjadi molekul gula setelah melalui 3 tahapan, antara lain: Fiksasi Karbon Pada
tahap
ini,
gula
berkarbon
5
yang
disebut
ribulosa
1,5
bisfosfat (RuBP)
mengikat CO2 membentuk senyawa interme diate yang tidak stabil, sehingga terbentuk 3fosfogliserat.
Pembentukan
tersebut dikatalisis
oleh
enzim
RuBP
karboksilase
atau
rubisko. Sebagian besar tumbuhan dapat melakukan fi ksasi karbon dan menghasilkan senyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fos fo gliserat. Oleh karena itu, tumbuhan yang dapat memfi ksasi CO2 ini disebut tumbuhan C3. Contohnya adalah tanaman padi, gandum, dan kedelai. Pada beberapa tumbuhan, fiksasi karbon mendahului siklus Calvin dengan 16
cara membentuk senyawa berkarbon 4 se ba gai produk pertamanya. Tumbuhan seperti ini disebut tumbuhan C4. Contohnya adalah tebu, jagung, dan anggota rumput-rumputan. Tidak seperti pada tumbuhan C3 dan C4, tumbuhan kaktus dan nanas membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Pada saat stomata terbuka, tumbuhan mengikatkan CO2 pada berbagai asam organik. Cara fiksasi karbon ini pertama kali dtiemukan pada tumbuhan famili Crassulaceae (tumbuhan penyimpan air) dan disebut metabolisme asam krasulase (Crassulacean Acid Metabolism) sehingga tumbuh annya disebut tumbuhan CAM. Asam organik (senyawa intermediate) yang dibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel mesofi l sampai pagi hari. Pada siang hari (stomata tertutup), reaksi terang dapat memasok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asam organik melepaskan CO2 dan memasuki molekul gula (RuBP) dalam kloroplas. Dengan demikian, baik tumbuhan C3, C4, maupun CAM akan menggunakan siklus Calvin setelah fiksasi CO2, untuk membentuk molekul gula dari karbondioksida. Reduksi Setiap molekul 3-PGA menerima gugus fosfat dari ATP sehingga terbentuk 1,3 bisfosfogliserat. Elektron dari NADPH mereduksi 1,3 bisfosfogliserat dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P), yang dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan keluar sebagai molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yang diperlukan tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan masuk ke tahapan regenerasi. Pembentukan kembali (regenerasi) RuBP Pada tahapan terakhir siklus Calvin ini, RuBP sebagai pengikat CO2 dibentuk kembali oleh 5 molekul G3P. RuBP siap untuk mengikat CO2 kembali dan siklus Calvin dapat berlanjut kembali. Dengan demikian, molekul gula tidak akan terbentuk hanya dengan reaksi terang atau siklus Calvin saja. Oleh karena itu, kedua proses tersebut merupakan gabungan proses untuk terjadinya fotosintesis. Pada materi sebelumnya, kalian telah mempelajari bahwa fotosintesis menghasilkan molekul gula. Gula yang dibuat dalam kloroplas tersebut akan digunakan untuk proses respirasi tumbuhan atau menyusun senyawa organik lainnya dalam sel tumbuhan. Gula tersebut akan diedarkan ke seluruh bagian tumbuhan, dalam bentuk gula sederhana seperti glukosa. Molekul-molekul gula berlebih yang terbentuk selama fotosintesis dan tidak diedarkan, akan menumpuk atau disimpan di dalam plastida sebagai sumber cadangan energi dalam bentuk amilum atau pati (polisakarida).
Proses fotosintesis memerlukan cahaya dan CO2. Oleh karena itu, faktor lingkungan seperti cahaya dan pasokan CO2 di dalam sel dapat memengaruhi kecepatan fotosintesis. Faktorfaktor tersebut dapat saling berinteraksi dalam memengaruhi fotosintesis. Jika intensitas cahaya 17
rendah maka kecepatan fotosintesis akan rendah pula. Pada keadaan ini, cahaya dikatakan sebagai faktor pembatas. Salah satu cara untuk menentukan kecepatan fotosintesis adalah dengan mengamati pembentukan oksigen. Pada saat intensitas cahaya mencapai titik tertentu (jenuh cahaya pada kondisi percoban) maka tidak akan memengaruhi produksi oksigen. Keadaan tersebut kemungkinan disebabkan CO2 menjadi faktor pembatas. Jika konsentrasi CO2 tersebut ditingkatkan maka kecepatan fotosintesis akan meningkat dengan meningkatnya intensitas cahaya. Selain cahaya dan CO2 suhu juga dapat memengaruhi kecepat an fotosintesis jika cahaya bukan sebagai faktor pembatas. Tabel Tempat, Proses dan Hasil Reaksi Terang Dan Gelap Reaksi Terang
Tempat Grana
Gelap
Stroma
Melibatkan Cahaya Klorofil ADP H2O NADP CO2 RuBP/RDP NADP.H2 ATP
Proses Eksitasi eTransfer e- (reaksi Hill) Fotolisis
Hasil ATP NADP.H2 O2
Fiksasi Siklus Calvin
APG ALPG C6H12O6
4. Pemanfaatan Hasil Fotosintesis Zat gula hasil fotosintesis akan digunakan untuk berbagai kepentingan tubuh tumbuhan. Sebagian zat gula akan dirombak untuk menghasilkan energi. Energi sangat dibutuhkan untuk berbagai aktivitas tubuh. Sebagian akan digunakan untuk membangun atau membentuk tubuh tumbuhan. Tumbuhan butuh tumbuh, berkembang, membentuk anakan atau bertunas, membentuk bunga, buah, biji, dsb. Sebagian akan dijadikan bahan baku untuk menyusun zatzat penting lain yang dibutuhkan. Misalnya, protein, lemak dan vitamin. Sebagian yang lain akan ditimbun dalam jaringan penimbunan. Misalnya dalam bentuk ubi, umbi, buah dan biji.
5. Faktor Yang Menentukan Kecepatan Fotosintesis Beberapa faktor yang menentukan kecepatan fotosintesis: 1. Cahaya Komponen-komponen cahaya yang mempengaruhi kecepatan laju fotosintesis adalah intensitas, kualitas dan lama penyinaran. Intensitas adalah banyaknya cahaya matahari yang diterima sedangkan kualitas adalah panjang gelombang cahaya yang efektif untuk terjadinya fotosintesis.
18
2. Konsentrasi karbondioksida Semakin banyak karbondioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis. 3. Suhu Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim. 4. Kadar air Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis. 5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis) Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang. 6. Tahap pertumbuhan Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.
6. Tipe-Tipe Fotosintesis Berdasarkan senyawa pertama yang dibentuk dari hasil fiksasi atau pengikatan CO2, fotosintesis dibedeakan menjadi dua tipe, yaitu tipe C3 dan C4. Tipe C3, senyawa pertama yang dibentuk dari hasil fiksasai CO2 dari luar (udara / atmosfir) adalah senyawa asam organik 3 karbon (3-C), yaitu Asam Fosfogliserat
(PGA).
Proses reaksi ini langsung menjadi bagian dari daur Calvin. Enzim yang membantu pengikatan CO2 adalah RubisCo (Ribulosa Bifosfat Karboksilase Oksigenase). Oleh RubisCo, CO2 digabungkan dengan senyawa gula sederhana 5-C yaitu Ribulosa di(bi)-fosfat (Ru-BP). Tipe C4, senyawa pertama yang dibentuk dari fiksasi karbon dari udara bebas adalah berupa asam organik 4 karbon (4-C), yaitu Asam Oksalo Asetat (OAA). Senyawa OAA akan segera diubah menjadi : 1) Asam Malat, atau 2) Aspartat) Zat CO2 udara (senyawa 1-C) ditangkap oleh enzim PEP-karboksilase. Oleh enzim itu, CO2 akan digabungkan dengan senyawa PEP (fosfoenol-piruvat ; senyawa 3-C) menjadi asam organik 4C , yaitu OAA. Selanjutnya, kedua senyawa itulah yang akan menjadi sumber CO2 untuk sintesis gula dalam daur Calvin.
Artinya, CO2 yang ditangkap oleh enzim RubisCo untuk 19
membentuk zat gula dalam daur Calvin tidak langsung diambil dari
CO2
udara
bebas,
melainkan dari hasil pemecahan asam Malat atau Aspartat. Pada tumbuhan yang tipe fotosintesisnya C-4 (tumbuhan C-4), peristiwa pengikatan CO2 udara bebas terjadi di sel-sel mesofil daun. Sedangkan reaksi penyusunan zat gula (daur Calvin) terjadi di sel-sel seludang berkas angkutan di daun. Jadi ada proses transpor asam organik sumber CO2, yaitu transpor malat atau aspartat, dari daerah sel-sel mesofil daun menuju sel seludang berkas. Bentuk timbunan sumber CO2 ini tergantung dari jenis tumbuhan C4 nya. Penemu adanya tipe fotosintesis ini adalah Hatch and Slack, maka daur fotosintesisnya juga disebut daur Hatch – Slack. Pada tumbuhan C-4, zat gula dibentuk atau ditemukan di sel seludang berkas, bukan di sel mesofil daun. Keunggulan tumbuhan C4 dibanding tumbuhan C-3 antara lain adalah : Lebih tahan terhadap lingkungan yang terik dan kering Proses fotosintesis lebih efektif, terutama pada intensitas dan kadar CO2 yang lebih tinggi Penghambatan fotosintesis oleh O2 lebih rendah karena rasio CO2 / O2 dalam jaringan daun lebih besar. Fotorespirasi-nya lebih rendah.
Beda Perangkat Fotosintesis C-3 Dan C-4 Antara tumbuhan C3 dan C4 terdapat perbedaan yang cukup menyolok pada perangkat dan aktivitas fotosintesisnya. Tabel 2. Perbedaan Perangkat Fotosintesis C3 dan C4
20
Fotosintesis Tipe CAM Selain tipe C3 dan C4, terdapat tipe fotosintesis lain, yaitu tipe Crassulacean Acid Metabolism (CAM). Fotosintesis tipe CAM pada dasarnya mirip dengan tipe C-4, dilakukan oleh beberapa golongan tumbuhan yang hidup di gurun. Bagaimana keadaan lingkungan gurun ? Gurun memiliki kondisi udara (klimatik) dan tanah (edafik) yang sangat ekstrim.
Pada siang
hari, matahari sangat terik, udara panas, dan udara kering (kelembaban rendah). Di samping itu, tanah gurun sangat kering, tandus dan berbatu. Untuk menghindari kehilangan air jaringan yang berlebih, maka stoma menutup di siang hari dan membuka di malam hari. Karena itu, fotosintesis tumbuhan CAM terjadi dalam dua waktu, yaitu siang dan malam. Fiksasi CO2 dilakukan pada malam hari saat stoma membuka. Sedangkan siangnya terjadi aktivitas penyusunan zat gula melalui daur Calvin. Hasil fiksasi CO2 dari udara bebas adalah berupa asam organik 4-C, yaitu OAA, seperti pada tumbuhan C-4 umumnya. OAA ini akan segera diubah menjadi asam malat dan ditimbun di vakuola sel. Pada sianghari, asam malat akan pecah untuk melepaskan
CO2.
Peristiwa ini disebut dekarboksilasi. Selanjutnya, CO2 tersebut digunakan untuk menyusun zat gula melalui daur Calvin.
21
HUKUM HUKUM TERMODINAMIKA
1. Hukum Pertama Termodinamika Pada dasarnya merupakan hukum konservasi energi, yaitu: energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan; energi hanya dapat diubah dari satubentuk menjadi bentuk yang lain. Pengertian yang lebih hakiki tentang hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa jika satu sistem mengalami serangkaian perubahan yang tidak terbatas kembali kekeadaan semula, maka total perubahan energi adalah nol. Hal ini menerangkan pada kita bahwa energi merupakan fungsi keadaan. 2. Hukum Kedua Termodinamika Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas. 3. Hukum Ketiga Termodinamika "Hukum Kenol" Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
22
PUSTAKA
Dirangkum dari berbagai sumber berupa materi kuliah bioenergetika, bahan-bahan ajar biologi dan postingan di internet.
23
24
