Respirasi Pada Tumbuhan

Posted on 17 Desember 2010 by sam

Tumbuhan terutama tumbuhan tingkat tinggi, untuk memperoleh makanan sebagai kebutuhan pokoknya agar tetap bertahan hidup, tumbuhan tersebut harus melakukan suatu proses yang dinamakan proses sintesis karbohidrat yang terjadi di bagian daun satu tumbuhan yang memiliki kloropil, dengan menggunakan cahaya matahari. Cahaya matahari merupakan sumber energi yang diperlukan tumbuhan untuk proses tersebut. Tanpa adanya cahaya matahari tumbuhan tidak akan mampu melakukan proses fotosintesis, hal ini disebabkan kloropil yang berada di dalam daun tidak dapat menggunakan cahaya matahari karena kloropil hanya akan berfungsi bila ada cahaya matahari (Dwidjoseputro, 1986).
Karbohidrat merupakan senyawa karbon yang terdapat di alam sebagai molekul yang kompleks dan besar. Karbohidrat sangat beraneka ragam contohnya seperti sukrosa, monosakarida, dan polisakarida. Monosakarida adalah karbohidrat yang paling sederhana. Monosakarida dapat diikat secara bersama-sama untuk membentuk dimer, trimer dan lain-lain. Dimer merupakan gabungan antara dua monosakarida dan trimer terdiri dari tiga monosakarida (Kimball, 2002).
Fotosintesis merupakan proses sintesis senyawa organik (glukosa) dari zat anorganik (CO2 dan H2O) dengan bantuan energi cahaya matahari. Dalam proses ini energi radiasi diubah menjadi energi kimia dalam bentuk ATP dan NADPH + H yang selanjutnya akan digunakan untuk mereduksi CO2 menjadi glukosa. Maka persamaan reaksinya dapat dituliskan :
Kloropil
6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 + Energi
Sinar matahari
Tergantung pada bahan yang digunakan, maka jumlah mol Co2 yang dilepaskan dan jumlah mol O2 yang diperlukan tidak selalu sama. Persamaan reaksi kimia respirasi merupakan kebalikan dari reaksi kimia fotosintesis (Syamsuri, 2000).
Perbedaan antara jumlah CO2 yang dilepaskan dan jumlah O2 yang digunakan biasa dikenal dengan Respiratory Ratio atau Respiratory Quotient dan disingkat RQ. Nilai RQ ini tergantung pada bahan atau subtrat untuk respirasi dan sempurna atau tidaknya proses respirasi tersebut dengan kondisi lainnya (Simbolon, 1989).
Fotosintesis juga terjadi proses metabolisme lain yang disebut respirasi. Respirasi merupakan proses katabolisme atau penguraian senyawa organik menjadi senyawa anorganik. Respirasi sebagai proses oksidasi bahan organik yang terjadi didalam sel dan berlangsung secara aerobik maupun anaerobik. Dalam respirasi aerob diperlukan oksigen dan dihasilkan karbondioksida serta energi. Sedangkan dalam respirasi anaerob dimana oksigen tidak atau kurang tersedia dan dihasilkan senyawa selain karbondiokasida, seperti alkohol, asetaldehida atau asam asetat dan sedikit energi (Lovelles, 1997).
Bahan organik yang dioksidasi adalah glukosa (C6H12O6) maka persamaan reaksi dapat dituliskan sebagai berikut:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6H2O + Energi
Tergantung pada bahan yang digunakan, maka jumlah mol Co2 yang dilepaskan dan jumlah mol O2 yang diperlukan tidak selalu sama. Diketahui nilai RQ untuk karbohidrat = 1, protein < 1 (= 0,8 – 0,9), lemak 1 (1,33). Nilai RQ ini tergantung pada bahan atau subtrat untuk respirasi dan sempuran tidaknya proses respirasi dan kondisi lainnya (Krisdianto dkk, 2005).
Pembuktian pristiwa respirasi
2.1 Katabolisme
Katabolisme adalah reaksi penguraian senyawa yang kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Penguraaian suatu senyawa dapat menghasilkan energi. Energi berasal dari lepasnya ikatan kimia yang menyusun peresenyawaan. Contoh katabolisme adalah proses pernapasan sel atau respirasi (syamsuri, 1980).
2.2 Respirasi
Yang dimaksud dengan respirasi adalah proses penguraian bahan makanan yang menghasilkan energi. Respirasi dilakukan oleh semua penyusun tubuh, baik sel-sel tumbuhan maupun sel hewan dan manusia. Respirasi dilakukan baik siang maupun malam (syamsuri, 1980).
Sebagaimana kita ketahui dalam semua aktivitas makhluk hidup memerlukan energi, tumbuhan juga. Respirasi terjadi pada seluruh bagian tubuh tumbuhan, pada tumbuhan tingkat tinggi respirasi terjadi baik pada akar, batang maupun daun dan secara kimia pada respirasi aerobik pada karbohidrat (glukosa) adalah kebalikan fotosintesis. Pada respirasi pembakaran glukosa oleh oksigen kan menghasilkan energi. Karena semua bagian tumbuhan tersusun atas jaringan dan jaringan tersusun atas sel, maka respirasi terjadi pada sel (jasin, 1989).
Kandungan katalis disebut juga enzim, sangat penting untuk siklus reaksi respirasi (sebaik-baiknya proses respirasi ). Beberapa reaksi kimia membolehkan mencampur dengn fungsi dari enzim memperbat enzim atau dengan mengkombinasi dengan sisi aktifnya. Penggunaan ini akan dapat dilihat hasilnya pada inhibitor dari aktivitas enzim (mertens, 1966).
Sistem pernapasan adalah pertukaran gas O2 dan CO2 dalam tubuh organisme dan bertujuan mendapatkan energi. Alat respirasi pada berbagai hewan berbeda-beda. Pada hewan tingkat rendah O2 langsung berdifusi melalui permukaan tubuh, pada serangga adalah trakea, kalajengking dengan paru-paru buku, ikan dengan insang, katak dengan paru-paru, kulit dan rongga mulut, reptile dengan paru-paru, dll (panduan primagama).
Respirasi juga terjadi pada manusia yang disebut dengan pernapasan. Proses menghirup oksigen dan mengeluarkan karbondioksida. Respirasi pada manusia bisa memiliki gangguan seperti penyakit infeksi saluran pernapasan akut atau yang disebut juga (ISPA), hal ini merupakan salah satu masalah kesehatan di Indonesia karena masih tingginya angka kejadian ISPA terutama pada anak balita. Untuk mencegahnya bisa digunakan sanitasi rumah, yaitu usaha kesehatan masyarakat yang menitik beratkan pada pengawasan terhadap struktur fisik, dimana orang menggunakan sebagai tempat berlindung yang mempengaruhi derajat kesehatan manusia. Sarana tersebut antara lain ventilasi, suhu, kelembapan, padatan hunian, penerangan alami, kontruksi bangunan, sarana pembuangan sampah, sarana pembuangan kotoran manusia dan penyediaan air bersih ( nindya, sulistyorini, 2005).
Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, respirasi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu :
2.2.1 Respirasi Aerobik (aerob)
Respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen oksigen bebas untuk mendapatkan energi. Persamaan reaksi proses respirasi aerob secara sederhana dapat dituliskan:
C6H12O6 + 6H2O >> 6H2O + 6CO2 + 675 kal
Dalam kenyataan reaksi yang terjadi tidak sesederhana itu. Banyak tahapan yang terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-reaksi itu dapat dibedakan menjadi 3 tahapan yaitu glikolosis, siklus krebs dan transport elektron (syamsuri, 1980).
a. Glikolisis
Kata “glikolisis” berarti “menguraikan gula” dan itulah yang tepatnya terjadi selama jalur ini. Glukosa, gula berkarbon enam, diuraikan menjadi dua gula berkarbon tiga. Gula yang lebih kecil ini kemudian dioksidasi, dan atom sisanya disusun ulang untuk membuat dua molekul piruvat (champbell, 2002)
NADH merupakan sumber elektron berenergi tinggi, sedangkan ATP adalah persenyawaan berenergi tinggi. Selama glikolisis dihasilkan 4 molekul ATP, akan tetapi 2 molekul ATP diantaranya digunakan kembali untuk berlangsungnya reaksi-reaksi yang lain sehingga tersisa 2 molekul ATP yang siap digunakan untuk tubuh. Seluruh proses glikolisis tidak memerlukan oksigen. Reaksi glikolisis terjadi di sitoplasma (di luar mitokondria). Hasil akhir sebelum memasuki siklus krebs adalah asam piruvat. Ada yang membedakan tahap ini menjadi dua yaitu glikolisis dan dekarbosilasi oksidatif. Glikolisis mengubah senyawa 6C menjadi senyawa 2C pada hasil akhir glikolisis. Yang dimaksud dekarbosilasi oksidatif adalah reaksi asam piruvat diubah menjadi asetil KoA (syamsuri, 1980_.
b. Siklus krebs
Glikolisis melepas energi kurang dari seperempat energi kimiawi yang tersimpan dalam glukosa, sebagian besar energi itu tetap tersimpan dalam dua molekul piruvet. Jika ada oksigen molekuler, piruvat itu memasuki mitokondria dimana enzim siklus krebs menyempurnakan oksidasi bahan bakar organiknya (champbell, 2002)
Memasuki siklus krebs, asetil KoA direaksikan dengan asam oksaloasetat (4C) menjadi asam piruvat (6C). selanjutnya asam oksaloasetat memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya menjadi asam oksalosuksinat. Dalam perjalanannya, 1C (CO2) dilepaskan. Pada tiap tahapan, dilepaskan energi dalam bentuk ATP dan hidrogen. ATP yang dihasilkan langsung dapat digunakan. Sebaliknya, hidrogen berenergi digabungkan dengan penerima hidrogen yaitu NAD dan FAD, untuk dibawa ke sistem transport elektron. Dalam tahap ini dilepaskan energi, dan hidrogen direasikan dengan oksigen membentuk air. Seluruh reaksi siklus krebs berlangsung dengan memerlukan oksigen bebas (aerob). Siklus krebs berlangsung didalam mitokondria (Syamsuri, 1980).
c. Sistem Transpor ELektron
Energi yang terbentuk dari peristiwa glikolisis dan siklus krebs ada dua macam. Pertama dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi, yaitu ATP atau GTP (Guanin Tripospat). Energi ini merupakan energi siap pakai yang langsung dapat digunakan. Kedua dalam bentuk transport elektron, yaitu NADH (Nikotin Adenin Dinokleutida) dan FAD (Flafin adenine dinukleotida) dalam bentuk FADH2. Kedua macam sumber elektron ini dibawa kesistem transfer elektron. Proses transfer elektron ini sangat komplek, pada dasarnya, elektron dan H+ dan NADH dan FADH2 dibawa dari satu substrak ke substrak yang lain secara berantai. Setiap kali dipindahkan, energi yang terlepas digunakan untuk mengikatkan fosfat anorganik (P) kemolekul ADP sehingga terbentuk ATP. Pada bagian akhir terdapat oksigen sebagai penerima, sehingga terbentuklah H2O. katabolisme 1 glukosa melalui respirasi aerobik menghasilkan 3 ATP. Setiap reaksi pada glikolisis, siklus krebs dan transport elektron dihasilkan senyawa – senyawa antara. Senyawa itu digunakan bahan dasar anabolisme (Syamsuri, 1980).
2.2.2 Respirasi Anaerobik (Anaerob)
Respirasi anaerobik adalah reaksi pemecahan karbohidrat untuk mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Respirasi anaerobik menggunakan senyawa tertentu misalnya asam fosfoenol piruvat atau asetal dehida, sehingga pengikat hidrogen dan membentuk asam laktat atau alcohol. Respirasi anaerobik terjadi pada jaringan yang kekurangan oksigen, akan tumbuhan yang terendam air, biji – biji yang kulit tebal yang sulit ditembus oksigen, sel – sel ragi dan bakteri anaerobik. Bahan baku respirasi anaerobik pada peragian adalah glukosa. Selain glukosa, bahan baku seperti fruktosa, galaktosa dan malosa juga dapat diubah menjadi alkohol. Hasil akhirnya adalah alcohol, karbon dioksida dan energi. Glukosa tidak terurai lengkap menjadi air dan karbondioksida, energi yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan respirasi aerobik. Reaksinya :
C6H12O6 Ragi >> 2C2H5OH + 2CO2 + 21Kal
Dari persamaan reaksi tersebut terlihat bahwa oksigen tidak diperlukan. Bahkan bakteri anaerobik seperti klostidrium tetani (penyebab tetanus) tidak dapat hidup jika berhubungan dengan udara bebas. Infeksi tetanus dapat terjadi jika luka tertutup sehingga member kemungkinan bakteri tambah subur (Syamsuri, 1980).
respirasi pada makhluk hidup
Pada percobaan ini menguunakan 5 buah tabung yang diletakkan dalam raknya. Masing-masing tabung diisi dengan 20 tetes phenol red, fungsinya adalah sebagai indikator untuk melihat perubahan warna. Menjadi kuning, membuktikan adanya respirasi. Setelah itu masing-masing tabung diisi dengan sekrup sampai ke dasar tabung, fungsinya untuk mencegah bahan praktikum agar tidak tercelup ke dalam phenol red. Masing-masing tabung diberi tanda. Tabung reaksi I diisi dengan 15 kecambah kacang hijau, disini kacang hijau berfungsi sebagai bahan yang akan dibuktikan respirasinya pada subjek tumbuhan. Tabung reaksi II diisi denngan 15 kacang kedelai, fungsinya sama dengan kecambah kacang hijau, hanya saja pada kedelai volumenya lebih besar dibandingkan dengan kacang hijau,hal ini digunakan untuk membuktikan bahwa semakin besar individu itu maka lebih cepat mengubah warna phenolnya menjadi kuning dan itu membuktikan bahwa individu itu lebih banyak dan lebih cepat menghirup udara. Tabung reaksi III diisi dengan jangkrik, jangkrik berfungsi sebagai bahan yang akan dibuktikan respirasinya pada hewan. Praktikum ini menggunakan kecambah dan jangkrik bertujuan untuk membandingkan antara respirasi hewan dengan tumbuhan. Tabung reaksi IV diisi dengan kerikil, dan tabung reaksi V diisi dengan kertas tissu yang telah dicelupkan dalam air gula. Kedua bahan ini digunakan untuk membuktikan proses respirasi pada benda mati, yang ternyata tidak mengalami perubahan warna pada phenol rednya. Hal ini dikarenakan benda mati tidak mengalami proses respirasi. Kemudian tabung reaksi ditutup dengan menggunakan alumunium foil, sebagai alat yang menghindarkan bahan praktikum dari pengaruh lingkungan. Kemudian alumunium foil itu diikat dengan karet gelang agar tidak mudah lepas. Setelah ditunggu beberapa menit,phenol red yang lebih dulu berubah warna adalah tabung III atau tabung yang berisi jangkrik, karena jangkrik beraktivitas lebih banyak daripada yang lain sehingga membutuhkan udara lebih banyak dan proses respirasinya lebih cepat. Setelah itu tabung reaksi II yang berisi kecambah kacang kedelai, dan disusul dengan tabung reaksi I yang berisi kacang hijau. Penyebabnya adalah volume kedelai lebih besar daripada kacang hijau sehingga proses respirasinya lebih cepat kacang kedelai. Pada respirasi jangkrik, dia menggunakan pembuluh darah terbuka untuk mengikat oksigen. Dia juga menggunakan indoskeleton sebagai pengganti hemoglobin.
Mekanisme respirasi hewan jangkrik yaitu corong hawa (trakea) adalah alat pernafasan yang dimiliki oleh serangga dan arthropoda lainnya. Pembuluh trakea bermuara pada lubang kecil yang ada dikerangka luar (eksoskeleton) yang disebut spirakel. Spirakel berbentuk pembuluh silindris yang berlapis zat kitin, yang terletak berpasangan pada setiap sekmen tubuh. Spirakel mempunyai tutup yang dikontrol oleh otot sehingga membuka dan menutupnya spirakel terjadi secara teratur. Umumnya spirakel terbuka selama serangga terbang, dan menutup saat beristirahat. Oksigen dari luar masuk lewat spirakel. Kemudian udara dan spirakel menuju pembuluh – pembuluh trakea dan selanjutnya pembuluh trakea bercabang lagi menjadi cabang halus yang disebut trakeolus. Sehingga dapat mencapai seluruh jaringan dan alat tubuh bagian dalam. Trakeolus tidak berlapis titin, terisi cairan dan dibentuk oleh sel yang disebut trakeoblas. Pertukaran gas terjadi antara trakeolus dengan sel – sel tubuh. Trakeolus mempunyai fungsi yang sama dengan kapiler. Pada sistem pengangkutan pada vertebrata. Mekanisme pernapasan pada serangga ini, misalnya belalang adalah : jika otot perut belalang berkontraksi maka trakea menyerpi sehingga udara kaya CO2 keluar. Sebaliknya, jika otot perut belalang berkontraksi maka trakea kembali pada volume semula. Sehingga tekanan udara menjadi lebih kecil dibandingkan tekanan diluar sebagai akibatnya udara diluar yang kaya oksigen masuk ke trakea, sistem trake berfungsi mengangkut oksigen dan mengedarkan keseluruh tubuh, sebaliknya mengangkut karbondioksida hasil respirasi dikeluarkan dalam tubuh. Dengan demikian, darah pada serangga hanya berfungsi mengangkut sari makanan dan tidak mengangkut gas. Di bagian ujung trakeolus terdapat cairan sehingga udara mudah berdifusi ke jaringan.
Mekanisme respirasi tumbuhan memberi manfaat pada tumbuhan. Manfaatnya terlihat pada respirasi dimana terjadi pemecahan senya organik, dari proses pemecahan tersebut maka dihasilkan senyawa antara yang penting sebagai “building block” merupakan senyawa yang penting dalam tubuh. Senyawa tersebut meliputi, asam amino, untuk protein nukleotida, untuk asam nukleat dan prazat karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan sitokinin), lemak, steron,karotenoit, pigmen flafonoit. Seperti antosianin dan senyawa aromatik tertentu lainnya seperti likmin. Telah diketahui hasil akhir dari respirasi adalah CO2 dan H2O, terjadi bila substrat secara sempurna dioksidasi. Namun bila berbagai senyawa diatas terbentuk substrat awal respirasi tidak seluruhnya diubah menjadi CO2 dan H2O.
4.2.2 Respirasi menghasilkan panas
Tabung reaksi diletakkan pada raknya dan diberi tanda. Tabung reaksi I diisi kecambah kacang hijau besar setengah bagian, sedangkan tabung reaksi II diisi kecambah kacang hijau segar setengah bagian tujuannya adalah untuk membuktikan ssemakin besar volume individu, maka semakin besar pula panas yang dihasilkan. Tabung III diisi dengan kacang hijau yang telah direbus setengah bagian. Setelah itu tabung reaksi ditutup dengan sumbat karet dan disisipi denga termometer, fungsinya untuk mengetahui suhu dan atau kenaikannya karena yang dicari adalah pembuktian bahwa respirasi menghasilkan panas. Tabung yang mengeluarkan suhu yang paling tinggi adalah tabung yang no I karena volume kecambah didalamnya lebih besar dibanding kecambah pada tabung no II yang dipotong tiga perempat bagian. Sedangkan pada tabung ketiga yidak mengalami kenaikan suhu karena kecambah didalamnya tidak mengalami respirasi lagi disebabkan sel – sel didalamnya telah mati setelah melalui proses perebusan.