PERNAPASAN PADA TUMBUHAN 04112020 1 Tujuan Mahasiswa akan

PERNAPASAN PADA TUMBUHAN 04/11/2020 1

Tujuan Mahasiswa akan mampu menjelaskan: 1. Pernapasan (pertukaran gas dan respirasi ) 2. Mengapa tumbuhan melakukan pernapasan (pertukaran gas dan respirasi. 2. Membandingkan respirasi aerob dan anaerob 3. Menjelaskan ketiga tahapan respirasi selluler ( glikolisis, persiapan, siklus Kreb, dan sistim transport elektron). 4. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi laju respirasi. 5. Menjelaskan efisiensi respirasi 6. Menjelaskan Jalur Pentosa Phospat (PPP)dan fungsinya 7. Menjelaskan respirasi extraselluler 8. Fotorespirasi 04/11/2020 2

Bernapas meliputi dua tahap, yaitu: • pertukaran gas dan • respirasi sel. Pertukaran gas adalah proses pengambilan oksigen (O 2) dan pengeluaran karbon dioksidab(CO 2) melalui alat pernapasan tumbuhan Respirasi sel adalah penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa lebih sederhana (CO 2 dann. H 2 O) dengan membebaskan energi. Energinya untuk apa? 04/11/2020 3

Pertukaran gas pada tumbuhan • Alat pernapasan tumbuhan letaknya tersebar. Tumbuhan dapat melakukan pertukaran gas melalui stomata, lenti sel, dan rambut akar. • Pada tumbuhan tertentu, pernapasan melalui alat khusus, misalnya akar napas pada tumbuhan bakau maupun beringin 04/11/2020 4

04/11/2020 5

q Tumbuhan tidak memerlukan carrier oksigen (berbeda dengan manusia dan hewan) dimana O 2 dibawa oleh darah. Hal in karena: 1. tumbuhan membutuhkan lebih sedikit oksigen dibandingkan hewan danmanusia. 2. tumbuhan memiliki luas permukaan yang besar (daun) untuk menyerap jumlah oksigen yang dibutuhkan melalui difusi. q Dari atmosfer gas-gas memasuki ruang antar sel di dalam tumbuhan. Ketika oksigen digunakan, semakin banyak oksigen yang berdifusi ke dalam tumbuhan. Karena CO 2 terus dibentuk, mengakibatkan konsentrasi CO 2 di dalam ruang antar sel semakin tinggi daripada di lingkungannya. Akibatnya, CO 2 ke luar dari tanaman secara difusi, khususnya ketika tidak digunakan untuk fotosintesis. 04/11/2020 6

Respirasi selluler • Respirasi adalah proses penguraian KH untuk menghasilkan energi yang digunakan untuk membentuk atau mensintesa ATP. • Energi digunakan pada reaksi-reaksi metobolisme termasuk FS. • Semua sel tumbuhan dan hewan melakukan respirasi • Respirasi berlangsung – Bersamaan dengan FS – Pada malam hari – Pada buah yang sedang berkembang dan proses pematangan – Biji dorman 04/11/2020 7

Reaksi Kimia E C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 38/40 ADP + 40 Phosphates → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38/40 ATP 04/11/2020 8

Respirasi selluler pada tumbuhan • Energi dihasilkan dalam bentuk ATP yang digunakan untuk pemeliharaan dan perkembangan tumbuhan 04/11/2020 9 http: //www. biol. lu. se/cellorgbiol/dehydrogenase/pop_sv. html

Mitokondria • Berlangsung di Mitokondria sel • Mitokndria adalah organel sel yang terbungkus oleh membran dalam dan luar yang tersebar disitoplasma sel eukariotik • Fungsi utamanya Pengubahan energi potensial makanan menjadi ATP 04/11/2020 10 http: //www. science. siu. edu/plant-biology/PLB 117/JPEGs%20 CD/0077. JPG

Respirasi Aerob • Memerlukan Oksigen • Jenis respirasi yg paling umum terjadi pada hampir semua kondisi pada tumbuhan dan hewan • Termasuk penguraian/pemecahan sempurna glukosa menjadi CO 2 dan H 2 O • Tidak semua energi dari glukosa diubah untuk pembentukan ATP – Hanya sekitar 40% – Selebihnya dilepas sebagai panas • Pada tumbuhan, panas dengan cepat dilepas 04/11/2020 • Pada hewan, panas disimpan untuk mempertahankan suhu 11 http: //www. kathleensworld. com/mitochondria. jpg tubuh.

3. Langkah Utama Respirasi Glikolisis • Penguraian glukosa menjadi senyawa berkarbon 3 yaitu asam piruvat • Berlangsung di sitoplasma • Beberapa ATP dan NADH terbentuk: molekul penyimpan energi • NADH dibentuk dari NAD+ • Penyimpan energi NADP + H 2 → NADPH 2 – NAD + H → NADH 04/11/2020 12 http: //www. med. unibs. it/~marchesi/glycpth 2. gif

04/11/2020 13

04/11/2020 14

3. langkah Utama Respirasi 2. Siklus Kreb • • • Siklus asam trikarboksilat (‘Tricarboxylic acid Cycle /TCA Cycle)’ Siklus asam sitrat (‘Citric Acid Cycle’) Berlangsung di matrik mitokondria Satu seri reaksi yang memecah sempurna asam piruvat menjadi CO 2 dan H 2 O Karbon digunakan untuk reaksi metabolisme lain untuk membuat/mensintesis berbagai senyawa: – – – – • • 04/11/2020 Protein Lipid KH dinding sel DNA Hormon tumbuhan Pigmen tumbuhan Dll CO 2 dilepas ke atm oleh tanaman 10 NADH dihasilkan 15 http: //www. sp. uconn. edu/~bi 107 vc/images/mol/krebs_cycle. gif

04/11/2020 16

04/11/2020 17

04/11/2020 18

3 Langkah Utama Respirasi 3. Rantai Transpor Elektron – ‘Fosporilasi oksidatif ’ – Satu seri protein dalam mitokondria yang membantu transfer elektron dari NADH ke oksigen • Melepaskan banyak energi – Terjadi pada membran bagian dalam mitokondria (Protein pada membran) 04/11/2020 19 http: //www. uccs. edu/~rmelamed/Micro. Fall 2002/Chapter%205/ch 05. htm

3. Langkah Utama Respirasi • energi yang dilepas digunakan untuk mendorong reaksi ADP + P → ATP • banyak ATP disintesis • Oksigen diperlukan untuk tahap ini • dihasilkan air 04/11/2020 20 http: //www. uccs. edu/~rmelamed/Micro. Fall 2002/Chapter%205/ch 05. htm

Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi Internal tumbuhan Eksternal tumbuhan 1. 2. 3. 4. 1. Temperatur 2. Oksigen 3. Cahaya Jenis sel dan jaringan Luka pada tumbuhan Glukosa ATP 04/11/2020 4. CO 2 21

Faktor-faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi Respirasi 1. Jenis sel dan jaringan – Sel dan jaringan muda dan bekembang (daerah meristematis) biasanya memiliki laju respirasi lebih tinggi. – Buah dan biji yang sedang bekembang juga memiliki laju respirasi tinggi. – Sel dan struktur yang lebih tua memilki laju respirasi yang lebih rendah. 04/11/2020 22

Faktor-faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi Respirasi 2. Luka pada tumbuhan – Luka akan meningkatkan respirasi – Laju pertumbuhan tanaman meningkat untuk mencoba memulihkan kerusakan pada tanaman. – Tumbuhan mensintesis senyawa-senyawa untuk melawan hama dan penyakit. – Beberapa herbisida membunuh tumbuhan dengan menggangu proses respirasinya. 04/11/2020 23

Faktor-faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi Respirasi 3. [Glukosa] – Glukosa yang cukup perlu untuk berlangsungnya respirasi – Berkurangnya glukosa dapat terjadi karena: • Menurunnya FS • Menurunnya aliran KH pd floem tumbuhan, mungkin karena: – Dimakan serangga, dll 04/11/2020 24

Faktor-faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi Respirasi 4. [ATP] – Konsentrasi [ATP] yang tinggi menurunkan laju respirasi • Feedback Inhibition (Penghambatan umpan balik) 04/11/2020 25

Faktor-faktor eksternal yang mempengaruhi respirasi 1. Temperatur – Respirasi umumnya memiliki temperatur optimum dan maximum yg lebih tinggi drpd FS – Dapat menyebabkan hilangnya bahan kering pada temperatur tinggi bila respirasi melampaui FS – Temperatur yang dimaksud adalah temperatur di dalam tumbuhan bukan temperatur udara. • Menggunakan irigasi untuk mendinginkan dapat menjaga hasil bersih. 04/11/2020 26

Faktor-faktor eksternal yang mempengaruhi Respirasi 2. Oxygen – Kadar oksigen O 2 yang rendah dapat menurukan laju respirasi aerob dan meningkatkan respirasi anaerob. – Kadar oksigen O 2 yang rendah dapat menurunkan Photorespirasi 3. Cahaya – Dapat meningkatkan laju fotorespirasi 04/11/2020 27

Faktor-faktor eksternal yang mempengaruhi respirasi 5. [CO 2] – Semakin tinggi kadar CO 2 menurunkan laju respirasi • Feedback Inhibition (Penghambatan umpan balik) – Jarang terjadi kecuali jika kadar O 2 terbatas • “Banjir”/Flooded, tanah kompak 04/11/2020 28

Respirasi Anaerob • ‘Fermentasi’ • Terjadi pada lingkungan yang sedikit/rendah oksigen – Tumbuhan pada tanah basah atau kompak/ padat – Hewan/manusia yang kerja keras/kelelahan • ATP masih dihasilkan dari glukosa tapi tidak seefisien pada respirasi aerob. 04/11/2020 29 http: //www. jracademy. com/~vinjama/2003 pics/fermentation%5 B 1%5 D. jpg

Respirasi Anaerob • C 6 H 12 O 6 + O 2 (sedikit)→ 2 CH 2 O 5 + 2 H 2 O + 2 ATP atau • Glukosa + Oxygen → 2 Ethanol + 2 H 2 O + 2 ATP • Reaksi yg sama pada pembuatan Alkohol dari jagung atau pembuatan anggur Aerob: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 40/38 ADP + 40 Phosphates → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 40/38 ATP 04/11/2020 30

Respirasi Anaerob • Hanya 2 ATP dihasilkan: 38/40 ATP pada Respirasi aerob – Tumbuhan segera kehabisan energi – Dapat menderita akibat kadar etanol • Respirasi anaerob yang berkepanjangan akan menurunkan pertumbuhan dan hasil tumbuhan Anaerobic: C 6 H 12 O 6 + O 2 → 2 CH 2 O 5 + 2 H 2 O + 2 ATP Aerobic: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 40 ADP + 40 Phosphates → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 40 /38 ATP 04/11/2020 31

Efisiensi Respirasi 04/11/2020 32

Efisiensi Respirasi • Jika 1 mol glukosa dioksidasi sempurna pada p. H 7 akan dihasilkan energi 2870 k. J atau 686 kcal • Hidrolisis fosfat terminal ATP akan menghasilkan energi 31, 8 k. J atau 7, 6 kcal ( 1 kcal = 4, 2 k. J) • Berarti untuk 38 molekul ATP akan dihasilkan ( 31. 8 k. J x 38 ATP) = 1. 208 k. J • Jadi efisiensi respirasi adalah 1. 208 k. J/2. 870 k. J = 42%, • sisanya akan hilang dalam bentuk panas. • Catatan: hanya energi yang terkandung pada fosfat terminal ATP yang berguna. 04/11/2020 33

Titik Konpensasi Cahaya • Tingkat intensitas cahaya dimana laju respirasi (CO 2 yg dihasilkan) sama dengan laju FS (CO 2 yang dikonsumsi) • Semakin tinggi intensitas cahaya akan menghasilkan biomassa (berat kering) atau akumulasi KH semakin tinggi kemudian konstan. • Semakin rendah intensitas cahaya akan mengakibatkan biomassa (Berat kering) semakin rendah. • Titik konpensasi cahaya umumnya dicapai untuk tanaman yang tumbuh di luar ruangan • Titik konpensasi cahaya mungkin tidak tercapai pada cahaya penuh bagi tumbuhan yang tumbuh terlindung atau tumbuhan yang ditanaman 04/11/2020 dalam ruangan dengan cahaya yg tidak cukup. 34

Fotorespirasi • • • Pada kondisi normal FS, CO 2 bergabung dengan RUBP membentuk 2 molekul 3 PGA Pada photorespirasi, O 2 menggantikan CO 2 Diyakini bahwa photorespirasi pada tumbuhan telah meningkat dari waktu ke waktu akibat meningkatnya kadar O 2 di atm – sebagai hasil FS tumbuhan sendiri. Tumbuhan C 4 - mampu menekan photorespirasi Impian biologist untuk meingkatkan produksi tanaman tertentu, seperti wheat, yang melakukan C 3 FS dengan manipulasi gen untuk melakukan C 4 FS. Sepertinya sulit untuk terlaksana karena perbedaan anatomi yang rumit antara tanaman C 3 dan C 4. 04/11/2020 35 http: //www. marietta. edu/~spilatrs/biol 103/photolab/photresp. html

Fotorespirasi • Respirasi yang didorong oleh energi cahaya • Ditemukan ketika scientis menyadari laju respirasi tumbuhan lebih cepat di dalam cahaya daripada waktu gelap. • Terjadi pada kloroplas dan struktur lain pada sel-sel FS. • Rubisco dapat bereaksi dengan oksigen dengan sedikit perbedaan dengan seri reaksi FS – Tidak ada tambahan berat kering tumbuhan – Lebih sedikit ATP dihasilkan pada fotorespirasi 04/11/2020 36 http: //www. botany. hawaii. edu/faculty/webb/BOT 311 -00/PSyn/Image 81. gif

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotorespirasi 1. Rasio O 2 : CO 2 • Jika sel-sel memiliki sedikit O 2 tetapi banyak CO 2, Normal FS siklus Calvin mendominasi • Tumbuhan C 4 memiliki sedikit fotorespirasi karena mereka membawa CO 2 ke sel-sel bundle Sheath dan dapat menimbun banyak CO 2 – Siklus Calvin lebih mendominasi daripada fotorespirasi • Jika sel-sel mengandung banyak O 2 dan sedikit CO 2, fotorespirasi mendominasi 04/11/2020 37 http: //www. botany. hawaii. edu/faculty/webb/BOT 311 -00/PSyn/Image 81. gif

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotorespirasi 2. Intensitas cahaya – Semakin tinnggi intensitas cahaya akan meningkatkan fotorespirasi dan FS – Tumbuhan C 3 saturasi cahaya pada intensitas cahaya yang lebih rendah dibandingkan dengan tumbuhan C 4 • Tercapainya ‘Break-Even Point’ pada tumbuhan C 3 pada intensitas cahaya yang lebih rendah karena meningkatnya fotorespirasi 04/11/2020 38 http: //www. botany. hawaii. edu/faculty/webb/BOT 311 -00/PSyn/Image 81. gif

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotorespirasi 3. Temperatur – Respirasi aerob dan fotorespiasi meningkat dengan meningkatnya temperatur – Tumbuhan mempunyai rentang temperatur minimum dan maximum 04/11/2020 39 http: //www. botany. hawaii. edu/faculty/webb/BOT 311 -00/PSyn/Image 81. gif

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotorespirasi 4. Fotosintesis netto atau laju assimilasi netto – Tumbuhan C 4 laju assimilasi netto kira-kira 2 hingga 3 kali dari tumbuhan C 3 – Tumbuhan C 4 sering disebut tumbuhan efisien dan tumbuhan C 3 sering disebut tumbuhan tidak efisien – Beberapa tumbuhan C 3 memiliki respirasi rendah dan laju assimilasi sama dengan tumbuhan C 4 • Bunga matahari • Kacang tanah 04/11/2020 40 http: //www. botany. hawaii. edu/faculty/webb/BOT 311 -00/PSyn/Image 81. gif

Faktor-faktor yg mempengaruhi fotorespirasi • FS bersih atau laju assimilasi bersih – Hanya pada temperatur rendah tumbuhan C 3 memiliki laju assimilasi bersih lebih tinggi daripada tumbuhan C 4 karena: • PEP Carboxylase yang mengkatalisa penggabungan CO 2 dengan senyawa berkarbon 4 (PEP) tidak berfungsi. Sehingga • Fotosintesis C 4 stop 04/11/2020 41 http: //www. botany. hawaii. edu/faculty/webb/BOT 311 -00/PSyn/Image 81. gif

Tumbuhan C 3 dan C 4 berbeda dalam penggunaan air • Tumbuhan C 4 dapat menghasilkan 3 kali bahan kering (Dry matter) per satuan air dibandingkan dengan tumbuhan C 3 04/11/2020 42

Hubungan FS dan Respirasi 04/11/2020 43