.

oleh

Dra. Ni Putu Adriani Astiti, M.Si.

Jurusan Biologi F MIPA UNUD

Air sebagai komponen tumbuhanPeranan air - Sebagai senyawa utama protoplasma - Sebagai pelarut yang membawa nutrisi mineral dari tanah ke dalam tumbuhan. - Sebagai medium bagi reaksi reaksi metabolisme - Sebagai pereaksi penting dalam fotosintesis dan proses proses hidrolitik. - Penting untuk turgiditas, pertumbuhan sel, mempertahankan bentuk daun, operasi stomata dan pergerakan struktur tumbuhan.

Potensial Air - Digunakan untuk menyatakan status air dalam tumbuhan. - Semakin rendah potensial air suatu sel atau jaringan tumbuhan semakin besar kemampuannya untuk mengabsorbsi air. - Semakin tinggi potensial air semakin besar kemampuan sel atau jaringan tersebut untuk memberikan air kepada sel atau jaringan tumbuhan yang kandungan airnya rendah. - Potensial air murni adalah 0 bar, tetapi pada sistem biologik, potensial air adalah negatif. - Organ tumbuhan mempunyai potensial air berkisar antara 2 s/d 8 bar.( -15 bar tumbuhan mati ) - Dengan menurunnya kadar air berarti potensial air juga menurun.

Absorsi airAbsorbsi air melalui akar melibatkan

difusi dan osmosis gradien potensial

kegiatan metabolisme tumbuhan faktor lingkungan

Mekanisme penyerapan dapat secara - simplas - apoplas

ApoplasSistem pergerakan air melalui dinding sel ruang antar sel silinder pembuluh dalam xilem. Jalur kaspari dalam endodermis menyebabkan sistem apoplas terputus.Untuk mencapai xilem , air dan zat zat terlarut harus melewati membran endodermis yang permiabel

Simplas Sistem pergerakan air dari satu sel ke sel yang lainnya, melalui plasmodesmata.

simplasapoplasxilemepidermiskorteksendodermis

Mekanisme absorbsiLarutan tanah ( ion ion terlarut ) epidermis korteks dpt scrSimplas atau apoplas melintasi endodermis stele.

Kondisi ini terjadi karena perbedaan potensial air

Tekanan akar tekanan hidrostatik yang terbentuk akibat peristiwa osmotis dalam xilem dapat dibuktikan pada batang yang dipangkas terlihat adanya cairan xilem yang keluar.

.Kehilangan Air Pada Tumbuhan

1. Transpirasi Penguapan melalui bagian yang hidup

2. Evaporasi Penguapan melalui bagian yang sudah mati

3 Evapotranspirasi Penguapan melalui bagian yang hidup dan yang sudah mati

4. Gutasi Keluarnya air melalui jaringan hidatoda

.

Gutasi pada equisettum

Gutasi pada strawberry

.

.

TranspirasiPengeluaran air oleh tumbuhan ke atmosfer dlm bentuk uap.melibatkan stomata _ lentisel _ kutikulaPenting - membantu penyerapan air dan mineral - mengatur suhu tubuh tumbuhan ( dg cara melepaskan kelebihan panas dari tubuh tumbuhan ) - mengatur turgor optimum di dalam sel

..transpirasitemperaturRadiasi cahayaanginKelembabanKeadaan Air tanahMembuka danMenutupnya stomata

..

Struktur anatomi stomataporusSel tetanggaSel penjagaStomata membukaStomata menutupSel penjagaSel tetanggaTimbunan produk fotosintesislow CO2 = hi pH = open hi CO2 = lo pH = closed

.

.Cara Pengukuran Transpirasi

.Ganong.s Potometer

.Potometer

..

..

.Susunan membran dalam kloroplas

TilakoidstromalumenDaerah pinggirDaerah tengahTilakoid stromastromagranumLumen tilakoid

.Pigmen pada membran tilakoid terdiri dari - klorofil a- klorofil b- karotenoid karoten

xantofil

Di dalam tilakoid terjadi- Fotolisis- Fosforilasi- Pembentukan NADPHDi dalam stroma terjadi Reaksi gelap

FotosintesisReaksi Terang ( Reaksi Hill ) penangkapan energi cahaya untuk memecahkan H2O (fotolisis) cahaya klorofil H2O 4 H+ + 4 e + O2

NADP + H++ e NADPH

ADP + pi + e ATP ( fosforilasi )

Fase cahaya = Reaksi Hill + FosforilasiTerjadi di dalam grana kloroplas.yaitu pada membran thylakoid

.Reaksi Terang

Menghasilkan OksigenTerjadi sintesis ATP Terjadi Reduksi NADPH

Pigmen dan protein menyusun fotosistem I ( yg melangsungkan proses reduksi NADP+ )Dan Fotosistem II yang melangsungkan proses pelepasan molekul oksigen dari oksidasi air.

Fotosistem I dan Fotosistem II dihubungkan oleh rantai transport elektron yg melibatkan sintesis ATP, bersamaan dengan aliran elektron

Dilakukan oleh dua sistem pigmen dan protein yg berfungsi sbg pembawa elektron.

.Pusat reaksi Fotosistem I dikenal sbg P700 ( krn klorofl a yg terkandung menyerap maksimum pada 700 nm.

Pusat reaksi Fotosistem II dikenal sbg P680 ( krn kandungan klorofil a menyerap pd panjang gelombang 680 nm

Komplek antena fotosistem I , tersusun hanya oleh klorofil a. menyerap cahaya gelombang panjang

Komplek antena fotosistem II, tersusun oleh klorofil a dan klorofil b. menyerap cahaya gelombang pendek.

. FeredoksinFotosistem IFeredoksinNADP reduktaseNADP+ + 2 H+NADPH + H+cahayaplastosianin2 e-Sitokrom f2 e-Sitokrom b2 e-PlastokuinonQ2 e-2 e-ADP + PiATPADP + PiATP2 e-Fotosistem II2 e-cahayaH2OFotofosforilasi siklikcahaya4 H+ + O2Fotofosforilasi non siklikDigunakan pada asimilasi CO2

Reaksi Gelap ( Terjadi pada bagian stroma khloroplas )

NADPH NADP

CO2 ( CH2O )n

Energi yang dihasilkan dari fase cahaya akan dipergunakan dalam reaksi gelap Tidak perlu cahaya, ttp tergantung pada suhu. Reaksi sangat ditentukan oleh kegiatan enzim.

ATPADP

.

.Siklus Calvin3 phosphoglycerate ( 12 molekul )1,3 Bisphosphoglycerate ( 12 molekul )Glyceraldehide3 phosphat ( 12 molekul )

Ribulosa 1,5 Bisphosphat( 6 molekul )CO2 ( 6 molekul ) 12 ATP12 ADP12 NADPH12 NADP+Glyceraldehide3 phosphat( 10 molekul )Glyceraldehide 3 phosphat ( 2 molekul )Untuk sintesis Karbohidrat6 ATP6 ADPRuBP Karboksilase

.The sum of reactions in the Calvin cycle is the following:

3 CO2 + 6 NADPH + 5 H2O + 9 ATP C3H5O3-PO32- + 2 H+ + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi

.Siklus C4

PEPOksaloasetatPEP KarboksilaseCO2MalatAspartatPiruvatADP + PiATPCO2Menuju siklus C3Ribulosa 1,5 bifosfat

Fiksasi CO2 dan Sintesis KarbohidratSiklus calvin atau siklus Pentosa Fosfat Reduktif ( siklus C3 )

asam fosfogliserat gliseraldehide 3 fosfat

Ribulosa 1,5 difosfat dihidroksiaseton fruktosa 1,6 3 fosfat difosfat

Ribulosa sedoheptulosa sedoheptulosa Fruktosa 5 fosfat 7 fosfat 1,7 difosfat 6 fosfat

Ribulosa Xilosa Eritrosa 4 fosfat 5 fosfat 5 fosfatCO22 ATP 2NADPHADPATPSintesis karbohidrat

Fiksasi CO2 pada tanaman C4CO2

HCO3 + PEP Oksaloasetat Malat

Piruvat Alanin AspartatH2OH+H+ + NADPHNADP+(-NH2)ATP + H2PO4AMP + PiSel mesofilPiruvatAlaninAspartatOksaloasetatMalatPiruvatNADH + H+NAD+CO2Siklus calvin3PGA3PGAldRubpHeksosa fosfatPatisukrosaNADP+H+ + NADPHSel bundle sheathmalatCO2

..

Fiksasi CO2 Pada tanaman CAM Pati

PEP

Oksaloasetat

Malat

Asam malat

Asam malat

piruvat Malat piruvat

Oksaloasetat

CO2 siklus calvinNADH + H+NAD+-HCO3-CO2H2OH+H+ATPADPPEPCO2CO2NAD+NADH + H+NADP+NADPH + H+GlikolisisVakuolaSomata membukaStomata menutupMalamSiang

Tanaman C3Temperatur optimum untuk fotosintesis lebih rendah dibanding dengan C4 ( 15 250C )

Kurang efisien dalam pengikatan / fiksasi CO2

Tidak mempunyai seludang berkas pengangkut ( bundle sheath ), kalaupun ada biasanya mempunyai organel lebih sedikit atau tidak ada organel sama sekali.

Aktivitas fotosintesis terjadi di mesofil daun

Exp : Glycine max

Tanaman C4Temperatur optimum untuk fotosintesis lebih tinggi dibanding dengan C3 ( 30 47 0C )Efisien dalam pengikatan / fiksasi CMempunyai seludang berkas pengangkut ( bundle sheath ) yang banyak mengandung organel seperti kloroplas, mitokondria dan peroksisom.Fotosintesis terjadi di 2 tempat yaitu - Mesofil daun - seludang berkas pengangkut

Exp : Zea mays

Seludang berkas pengangkut pada batang seledriBundle sheath

Tanaman CAM (Crassulaceae Acid Metabolism )

Membuka stomata pada malam hari dan menutup stomata pada siang hari. CO2 diserap pada malam hari.Tidak memiliki jaringan palisade yg teratur, sel mesofil bunga karang ( spongy ), terdapat sel bundle sheath.Pembentukan asam malat pada malam hari dibarengi dg penguraian gula, pati. Sedangkan penguraian asam malat terjadi pada siang hari.

Exp : Cactaceae, Orchidaceae,Euphorbiaceae.

. Kesimpulan

Asimilasi CO2 tidak tergantung secara langsung kepada cahaya ( misalnya terjadi pada bakteri kemoautotrof )Proses fotosintesis yang peka terhadap suhu menyangkut reaksi yang dikatalisasi oleh enzim dan berlangsung di stroma.Fungsi reaksi yang memerlukan cahaya adalah mendukung terjadinya sintesis ATP dan NADPH yang berlangsung di grana.Dalam keadaan normal asimilasi CO2 di stroma secara tidak langsung tergantung kepada grana yang terkena cahaya untuk memperoleh ATP dan NADPH, sehingga kedua proses tersebut berkaitan.

.Faktor Penentu Laju Fotosintesis

1. Intensitas cahaya Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.2. Konsentrasi karbondioksida Semakin banyak CO2 di udara, makin banyak jumlag bahan yang dpt digunakan untuk fotosintesis.3. Suhu Sangat tergantung pada suhu , krn adanya aktivitas enzim.4. Kadar Air berkaitan dengan membuka dan menutupnya stomata.5. Kadar fotosintat ( hasil fotosintesis ) Kadar fotosintat berkurang ( exp : KH ) , laju fotosintesis naik, Bila kadar tinggi ( jenuh ), laju fotosintesis berkurang.6. Tahap Pertumbuhan Laju Fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah dibanding yang dewasa.

.

.FotorespirasiPada kondisi CO2 rendah dan O2 tinggi, RuBP karboksilase bekerja sebagai oksigenase ( tidak lagi sebagai karboksilase )

O2 RuBP siklus C3RuBP oksigenase3 fosfogliseratfosfoglikolatglikolat glikolat

glisinPeroksisom glisinserinmitokondriaseringliseratoksidasi3 fosfogliseratkarbohidratCO2O2reduksiSitosol/kloroplas

RESPIRASI Mobilisai senyawa senyawa organik dan oksidasi senyawa senyawa tersebut secara terkendali untuk membebaskn energi bagi pemeliharaan dan perkembangan tumbuhan.

Reaksinya

( CH2O)n + O2 CO2 + H2O + energi ( ATP )Produk fotosintesis

Tahap tahap reaksiGlikolisisTerjadi di sitoplasmaDengan atau tanpa O2 ( aerobik atau anaerobik )

Jika O2 tidak ada ( anaerobik )Piruvat yg terbentuk akan dikonversi jadi etanol ( utk spesies yg tidak toleran ) atau menjadi asam laktat ( utk spesies yang toleran )Dihasilkan 2 ATP per molekul glukosa yang diuraikan.

Pada suasana aerobik ( dengan O2)Dihasilkan 6 ATP per molekul glukosa yang diuraikan.Dekarboksilasi oksidatif piruvat lebih lanjut menjadi asetil ko enzim A.

Glikolisis Glukosa

2 Piruvat2 Asetil ko-A2 etanol + 2 CO22 laktatO22 CO24 CO2 + 4H2OO2Fermentasi alkoholFermentasi asam laktat

Rangkaian reaksi glikolisis dg bbrp senyawa antara sukrosaD glukosaGlukosa -6PFruktosa 6-PFruktosa 1,6 di P3 PGAld3PGAPEPAsam piruvatSiklus KrebsH2OD FruktosaFruktanH2OATPADPMg+ATPADPMg+PatiGlukosa 1-PMg+H2OH2PO4Dihidroksi aseton -PH2O

Siklus KrebsTerjadi di mitokondria ( suasana aerobik )

Disebut daur Asam Sitrat karena senyawa C6 yang pertama kali dibentuk dalam daur ini adalah asam sitrat.

Disebut daur Tri karboksilat karena dalam daur ini ikut serta asam asam dengan tiga gugus karboksil.

Asetil ko-A diuraikan lebih lanjut menjadi CO2 dan H2O.

Reaksi reaksi pada siklus Krebs Asam PiruvatAsetil ko-AAsam sitratAsam oksaloasetatCO-ASHCO2H+ + NADHNAD+Asam iso sitratAsam KetoglutaratSuksinil CO-AAsam suksinatAsam FumaratAsam L.MalatNADH + H+NAD+Asam malat dehidrogenaseH2OFADH2FADADP + H2PO4-ATPH2ONAD+H+ + NADHCO2CO2CO-ASHNAD+H+ + NADHfumaraseAsam suksinat ThiokinaseH2OH+H2O

.Energi yang dihasilkan dari 1 molekul glukosa

Glikolisis 2 ATP 2 NADH 4 ATP

Piruvat

Acetyl CoA 1 NADH 3 ATP ( X 2 ) 6 ATP

1 ATPSiklus Krebs 3 NADH 9 ATP ( X 2 ) 24 ATP 1 FADH2 2 ATP 6 ATPHasil bersih : 36 ATP

. Jumlah ATP yg terbentuk

Glukosa 6 ATP 2 Piruvat 2 X 3 = 6 ATP2 Acetil CoASiklus krebsCO2 + H2O2 X 12 = 24 ATPTotal 36 ATP

Faktor yang mempengaruhi respirasi1. Substrat ditentukan oleh Quotient Respiration ( QR )

QR = CO2

2. Suhu tinggi ( denaturasi protein ) enzim rusak. 3. Umur dan tipe jaringan jaringan muda lebih kuat drpd yang tua.4. Kadar O2 makin tinggi kadar O2 di atmosfir makin tinggi kecepatan respirasinya.5. Kadar air dalam jaringan naiknya kadar air dalam jaringan akan meningkatkan respirasi. Jelas pada perkecambahan.6. Cahaya Berkaitan dengan penyediaan substrat dr produk fotosintesis dan peningkatan suhu pada jaringan

O2= 1 glukosa 1,0 ( 0,8 0,9 ) protein

.7. Pelukaan Adanya pelukaan pada jaringan dapat meningkatnya respirasi.8. Pengaruh pengaruh mekanik membengkokkan , menggoyangkan organ tumbuhan dapat menaikkan kecepatan respirasi.9. Pengaruh senyawa senyawa kimia tertentu

- Senyawa cyanida - Senyawa acida - carbon monoksida - Senyawa fluorida - senyawa malonat - Ioda acetat

Zat penghambat enzim pernafasanPada kadar yg rendah sudah aktif menghambat respirasi.

.PERTANYAAN

1. Bagaimana Hubungan Antara Fotosintesis dan Respirasi.

2. Unsur Unsur apa saja yang berperan dalam pembentukan klorofil dan membuka menutupnya stomata.

3. Mengapa fotorespirasi bisa terjadi, dan hal ini spesifik pada tanaman dari spesies apa ?

.Kepustakaan1. Hall.JL,. T.J. Flower., R.M. Robert. 1984. Plant Cell Structure and Metabolism Second Edition . English Language Book Society/ Longman - England.2. Hopkins. W.g. 1995. Introduction to Plant Physiology. Second Edition. John Willey & Sons. New York.3. Taiz,L. and E. Zeiger. 1998 Plant Physiology. Second Edition. Sinauer Associates , INC. Publisher Sunderland. Massachusetts.

*