Metabolisme

PENDAHULUAN

Nutrient merupakan bahan kimia yang dibutuhkan nutrisi. Setiap makhluk hidup membutuhkan nutrient organik maupun nutrient nonorganik

Lingkungan fisik hanya menyediakan nutrient anorganik saja. Nutrient organic dapat dibuat dari nutrient anorganik. Prosesnya disebut Assimilasi

I.       NUTRISI PADA TUMBUH-TUMBUHAN

Analisa kimia merupakan cara untuk mengetahui unsur-unsur kimia yang terdapat dalam tubuh tumbuh-tumbuhan

   Kultur air atau kultur pasir

a.       untuk mengetahui unsur-unsur apa saja yang diperlukan

b.      untuk mengetahui dalam bentuk  apa saja dan darimana unsur-unsur tersebut diambil oleh tumbuh-tumbuhan

Unsur-unsur yang diperlukan tumbuh-tumbuhan disebut zat hara

Zat hara terbagi atas beberapa kelompok yaitu :

1.      Macroelemen (zat hara pokok) yaitu unsur-unsur yang dibutuhkan dalam jumlah relatif banyak. Unsur-unsur tersebut : C-H-O-N-S-P-K-Ca-Mg-Fe

2.      Micro  elemen (zat hara tambahan) yaitu unsur-unsur yang dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit sekali, tapi penting untuk petumbuhan. Unsur-unsur tersebut merupakan : Mn-Zn-B-Cu-Mo

3.      Unsur-unsur yang hanya penting untuk tumbuhan tertentu. Unsur-unsur tersebut merupakan :                         Na-Al-Cl-Si-Co

   Fungsi unsur-unsur tersebut untuk tumbuh-tumbuhan

C-H-O untuk pembentukan karbohydrat

N                     untuk pembentukan protein

P                      untuk pembentukan AND, ARN, ATP, ADP

S                      untuk pembuatan AND, ARN, ATP, ADP

K                     untuk enzym

Ca                    untuk pembuatan dinding sel

Mg                   untuk pembuatan klorofil

Fe                    untuk katalisator

Mikro elemen umumnya penting untuk metabolisme

Semua unsur-unsur yang diperlukan diambil dari dalam tanah oleh akar dalam bentuk larutan

Garam mineral kecuali CO_2­ untuk berfotosintesa dan O₂ untuk berespirasi, yang diambil dari udara dalam bentuk gas

CO₂ masuk melalui stoma dan O₂ masuk melalui seluruh epidermis tubuhnya dan lentisel

II.    NUTRIENT ORGANIK

1. Nutrient organic dibuat sendiri dari nutrient anorganik. Prosesnya disebut Assimilasi
2. Untuk berasimilasi diperlukan energi dari luar. Bila energi untuk berasimilasi berasal dari energi matahari, maka assimilasi disebut Fotosintesa dan bila energi berasal dari energi kimia, maka assimilasi disebut Kemosintesa.
3. Beberapa proses assimilasi yang terkenal merupakan Assimilasi C dan Assimilasi N
4. Pada peristiwa ini terjadi pembentukan molekul-molekul kecil, proses demikian disebut Sintesa.

III. ASSIMILASI C  = FOTOSINTESA  =  SINTESA KARBOHIDRAT

Fotosintesa merupakan proses anabolisma dimana karbohidrat disintesa dari CO₂ dan H₂O oleh klorofil dengan bantuan sinar matahari. Proses transfer energi matahari menjadi energi kimia dalam bentuk karbohidrat berlangsung pada siang hari

Sumber energi merupakan radiasi matahari. Sinar yang paling efektif untuk berfotosintesa merupakan sinar merah yang bergelombang panjang (lebih dari 680) dari sinar violet-biru yang bergelombang pendek (440-480)

Sinar kuning dan hijau kurang efektif untuk berfotosintesa, bahkan sinar hijau akan dipantulkan seluruhnya oleh daun hijau.

Sinar yang jatuh pada permukaan daun hanya sekitar 1-2 % yang digunakan untuk berfotosintesa, yang lainnya dipantulkan, ditransmisikan atau diserap dalam bentuk panas.

   Bahan baku untuk fotosintesa :

·         CO₂ diperoleh dari udara yang masuk melalui stoma. Pada tumbuhan air diperoleh dari air

·         H₂O diperoleh dari dalam tanah yang masuk melalui bulu-bulu akar

   Klorofil

merupakan senyawa organic yang mengandung unsur-unsur C-H-O-N dan satu atom Mg ditengah-tengah

·         Fungsi klorofil

-          donor electron

-          mentransfer energi matahari

-          memantulkan sinar hijau yang tidak bermanfaat untuk berfotosintesa

·         Reaksi fotosintesa secara singkat

6 CO₂ + 12 H₂O ® C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

·         Secara terperinci reaksi fotosintesa terdiri atas dua fase :

1.      reaksi fotokimia  =  reaksi cahaya  =  reaksi Hill  =  fotolysis

2.      reaksi thermokimia  =  reaksi gelap  =  fikasai CO₂

   Reaksi Hill

terdiri dari transfer electron siklis dan transfer non siklis

1.      Transfer Elekktron Siklis

-          klorofil yang mengabsorbsi cahaya matahari akan melemparkan elektronnya keluar

-          electron yang tereksitasi akan mentransfer energi matahari

-          electron tersebut akan membebaskan energi sedikit demi sedikit dengan cara electron itu pindah dari akseptor satu ke akseptor yang lain

-          energi yang terlepas akan ditangkap ADP menjadi ATP yang kaya energi

-          electron yang sudah tidak berenergi lagi akan memasuki lagi klorofil yang terionisasi tadi hingga klorofil netral kembali

2.      Transfer Elektron Non Siklis

-          klorofil yang mengabsorpsi cahaya akan melemparkan elektronnya dan mejadi netral kembali dengan mendapat electron yang berasal dari air

-          2 H₂O ® 2 H⁺ + 2 OH^-

-          2 OH^-  ® 2 OH + 2 e^-

-          e^- mentransfer energi matahari lalu memindahkannya pada ATP

-          e^- yang sudah tidak berenergi lagi akan memasuki klorofil yang kehilangan elektronnya dan menetralkan lagi

-          2 OH ® H₂O + ½ O₂­

-          2 H^- + NAPD ® NADPH^-

-          2 e^- dari klorofil akan menetralkan NADPH⁺ ® NADPH₂

-          NADPH₂ digunakan untuk mereduksi CO₂ pada proses fiksasi CO₂

   Reaksi Fiksasi CO­₂

Untuk fiksasi CO₂ diperlukan energi. Energi itu diperoleh dari ATP dan NADPH₂ yang terbentuk waktu reaksi cahaya

Setelah energi terlepas ATP menjadi ADP kembali dan NADPH₂ menjadi NADP lagi

·         Reaksi Fiksasi CO₂

-          CO₂ + RDP ® PGA (Phosphor Glyser Acid)

-          PGA + NADPH + ATP ® PGAL + NADP + ADP

-          PGL ® C₆H₁₂O₆

-          C₆H₁₂O₆ ® C₆H₁₀O₅ + H₂O (polymerisasi)

·         Jadi reaksi Fotosintesa secara singkat :

-          6 CO₂ + 12 H₂O + en.mat ® C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 6 O₂

-          c₆H₁₂O₆ ® H₂O + C₆H₁₀O₅

·         Bukti-bukti yang terjadi pada proses fotosintesis

1.      pada fotosintesa dikeluarkan O₂ dibuktikan dengan percobaan Ingenhouse dan percobaan Engelmann

2.      pada fotosintesa dihasilkan amylum dibuktikan dengan percobaan Sachs

3.      bahwa O₂ yang dihasilkan waktu berfotosintesa berasal dari H₂O dibuktikan dengan percobaan Samuel Ruben dan Martin Kamen

·         Fungsi karbohidrat hasil fotosintesa

1.      penghasil energi (direspirasi dalam mitokondria)

2.      bahan baku pembentuk zat organic lainnya

IV. ASSIMILASI N – SINTESA PROTEIN

Asimilasi N merupakan proses sintesa protein dari asam amino yang berasal dari nitrat. Asam amino mempunyai paling sedikit 4 macam atom yaitu C – H – O – N dan ada pula yang mengandung S dan P. Ada 20 macam asam amino penyusun protein. Umumnya tumbuhan hijau dan bakteri dapat membuat asam amino. Jadi harus mendapat asam amino dalam bentuk yang merupakan penggabungan asam amino tadi.

   Sintesa Protein :

-          tempatnya                         : di Ribosom

-          bahan bakunya      : asam amino (20 macam)

-          perencanaannya     : AND

-          pelaksanaannya     : ARN_d, ARN_t, ARN_r

   Langkah-langkah sintesa protein

1.      ADN bereplikasi, kedua pita nukleotida pada ADN memisahkan diri. Salah satu pita menjadi penentu macam protein yang akan disintesa. Pita ADN tersebut disebut sense = ADN template. Pita ADN pasangan disebut Anti sense. Basa Nitrogen dan Sense merupakan kode (informasi) macam protein apa yang harus disintesa. Tiap 3 basa nitrogen yang berurutan (- triplet) pada Sense disebut satu Codogen

2.      Sense bertranskripsi yaitu memilih ARN yang akan membawa informasi ke Ribosom. ARN yang terpilih disebut ARN_duta Basa Nitrogen dari Sense mempunyai pasangan pada basa nitrogen ARN_d yaitu A – U dan G – C.

Tiap triplet dari ARN_d disebut satu Codon

3.      ARN_d melepaskan diri dari ADN yang terlepas akan bergabung kembali.

4.      ARN di Ribosom akan menempel pada ARN_d dan ARN_t dalam sitoplasma yang dapat mengartikan kode (informasi) yang dibawa dengan mengikat asam amino yang diinginkan pada salah satu ujungnya, sedangkan ujung ARN_t­ yang lain menempel pada triplet dari ARN_d. ARN_t yang dapat mengartikan kode yang dibawa ARN_d tersebut disebut ARN_transfer (ARN transfer). Basa nitrogen ARN_d mempunyai pasangan pada basa nitrogen ARN_t yaitu : A – U, C – G. Tiap triplet dari ARN_t disebut satu Anti codon. Tiap satu inti kodon dapat megikat asam amino tertentu.

5.      Translasi yaitu pengikatan asam amino oleh anti codon dari ARN_t. Jika seluruh ARN_t sudah berpasangan dengan ARN_d asam-asam amino yang dibawa ARN_t akan bergandengan dan terbentuklah rantai polypeptida protein.

   Fungsi protein

1.      penyusun bagian sel (nucleoprotein lipoprotein)

2.      bahan enzym dan hormon

   Hubungan lingkungan dengan mahluk hidup

Lingkungan fisik menyediakan nutrient-nutrien anorganik. Semua zat organik yang diambil makhluk hidup akan dikembalikan lagi pada lingkungannya. Ada yang dikembalikan dalam bentuk ekskret yang dihasilkan makhluk hidup waktu berekskresi dan sisa-sisa makhluk hidup akan diuraikan (didekomposisi = dimineralisasi) oleh makhluk pengurai (decomposer) seperti jamur dan bakteri kembali menjadi zat-zat organik. Karena itulah terjadilah suatu siklus yang memperlihatkan hubungan antara lingkungan fisik dengan dunia kehidupan.

   Siklus Air

Air yang dikeluarkan waktu proses penguapan atau gutasi pada tumbuhan dan pengeluaran urine oleh hewan, akan menguap menjadi awan yang kemudian akan turun kembali sebagai hujan.

   Siklus Oksigen

-          O₂ di atmosfer digunakan untuk berespirasi

-          Pada proses respirasi dikeluarkan CO₂ dan H₂O

-          Pada waktu Fotosyntesa CO₂ dan H₂O dijadikan karbohidrat

-          Waktu fotosintesa dikeluarkan O₂ yang akan kembali ke atmosfir

   Siklus CO₂

-          CO₂ dari atmosfir waktu berfotosintesa akan menjadi karbohidrat

-          Karbohidrat direspirasi menjadi CO₂ dan H₂O kembali yang kembali ke atmosfir

   Siklus N

Tumbuhan hanya dapat mengambil N yang diperlukan dalam bentuk larutan Nitrat dari tanah . N yang sudah dipakai oleh makhluk hidup akan kembali pada lingkungannya dalam bentuk N₂ yang kembali ke atmosfir atau dalam bentuk NH₃ yang merupakan hasil dekomposisi sisa-sisa organik dalam tanah.

Baik N₂ yang kembali ke atmosfir atau dalam bentuk NH₃ yang merupakan hasil dekomposisi dalam tanah dapat menjadi senyawa Nitrat kembali yang akan memasuki tanah lagi. Proses pembentukan Nitrat dan N₂ disebut Fiksasi N, sedangkan proses pembentukan nitrat dari NH₃ disebut Nitrifikasi.

·         Fiksasi N dapat terjadi dengan cara :

1.      Perpindahan muatan listrik waktu ada kilat di udara, menyebabkan N₂ menjadi senyawa Nitrat yang akan turun terbawa air hujan

2.      Mikroorganisme yang dapat memfiksasi N dari udara, seperti Bakteri Clostridium Pasteurianum, Bakteri Azotobacter Chroococcum, Alga Nostoc

3.      Mikroorganisme yang bersimbiosa dengan Kormophyta untuk memfiksasi N dari udara seperti :

a.       Bakteri Rhyzobium yang bersimbiosa dengan Leguminoceae

b.      Jamur yang bersimbiosa dengan pohon pinus membentuk mychroryza pada akar pinus

c.       Alga biru Anabaena Azollae dengan paku air Azolla Pinata

·         Nitrifikasi

Merupakan proses pembentukan Nitrat dan NH₃ yang berasal dari sisa-sisa organik oleh bakteri-bakteri Nitrosomonas.  

Nitrifikasi akan berlangsung kalau dalam tanah terdapat sisa-sisa organik dan cukup O₂

Sebaliknya ada bakteri merugikan kesuburan tanah karena dapat menguraikan nitrat tanah yaitu Bakteri Desulfuricans. Bakteri ini ada di dalam tanah yang anaerob.

·         Menurut caranya tumbuhan berasimilasi, tumbuhan dapat dibagi dalam :

1.      Fotolitotroof, yaitu tumbuhan yang dapat berfotosintesis

2.      Kemolitotroof, yaitu tumbuhan yang dapat berkemosintesa seperti bakteri Nitrosomonas, bakteri Sulfur, bakteri Besi

3.      Fotoorganotroof, yaitu merubah zat organik setengah jadi dengan bantuan energi matahari dijadikan makanannya. Yang termasuk kelompok ini bakteri Purpel

·         Berdasarkan cara memperoleh kebutuhan hidupnya, tumbuhan dibagi atas :

1.      Tumbuhan Autotroof

yaitu tumbuhan yang dapat memenuhi kebutuhan nutrient organik maupun nutrient anorganiknya sendiri

2.      Tumbuhan Heterotroof

disebut juga kemoorganotroof, yaitu tumbuhan yang tidak dapat memenuhi kebutuhan nutrientnya sendiri

·         Tumbuhan heterotrof terbagi atas :

1.      Parasit, yang memperoleh nutrientnya dari makhluk hidup lain

Parasit disebut parasit benar, bila baik nutrient organik maupun anorganik diambilnya dari makhluk hidup lain.

Setengah parasit bila nutrient organik dapat dipenuhinya sendiri, sedangkan nutrient anorganik diperolehnya dari makhluk hidup lain. Tumbuhan pemakan serangga termasuk parasit

2.      Sapotroof, organisme yang mendapat nutrientnya dari sisa-sisa mekhluk hidup

3.      Symbion, organisme yang hidup bersama dengan organisme lain

Syimbiose helotisme (symbiose paratis) ialah hidup bersama dimana salah satu ada yang dirugikan

Symbiose mutualisme, dimana kedu symbion mendapat keuntungan dari hidup bersama ini

Symbiose komensalisme, bila hidup bersama ini tidak ada yang merugi maupun beruntung

   Transportasi

Zat-zat makanan dan sisa-sisa metabolisme dalam tubuh harus diangkut. Zat-zat makanan harus ditansportasi ke seluruh tubuh, sedangkan sisa-sisa metabolism eke alat ekskresi. Pada hewan dan manusia yang berdarah alat transportasi itu merupakan darah

   Transportasi pada Tumbuh-tumbuhan

·         Pada tumbuh-tumbuhan transportasi berlangsung dengan tiga cara yaitu :

    1.      Transportasi Ekstrafasikuler

yaitu transportasi dari sel ke sel diluar berkas pembuluh, melalui jaringan parenkim

Prosesnya osmosa dan difusi, sebab sel yang makin dekat ke silinder pusat dan sel yang ke atas, nilai osmotisnya makin tinggi. Transportasi ini diperlancar dengan adanya noktah dan plamodesma. Pengangkutan ekstra fasikuler ini dapat kea rah horizontal maupun kea rah vertikal

2. Transportasi Fasikuler

yaitu pengangkutan kea rah vertikal dengan cepat melalui pembuluh-pembuluh

transportasi fasikuler hanya ada pada Tracheiphyta

Transportasi fasikuler melalui pembuluh tapis yang akan turun sendiri karena beratnya (gravitasi). Transportasi gas melalui ruangruang antar sel

     3.      Tranportasi Zat Organik

     Karbohidrat hasil fotosintesa yang pada waktu siang hari disimpansementara dalam bentuk amylum, malam hari dirubah kemabli mnjadi glukosa lalu ditransportasi ke seluruh sel tubuh

·         Di mesophil daun sebagian air dikeluarkan supaya sel di atas selalu hypertonis terhadap sel yang ada di bawahnya, hingga transportasi dapat tetap berlangsung

Air dapat dikeluarkan dalam bentuk :

Uap   :  prosesnya disebut transpirasi bila uap air itu keluar melalui stoma

Evaporasi  bila uap air itu keluar melalui epidermis daun

Air    : prosesnya disebut gutasi dan air itu keluar melalui gutauda = emmisarium. Air itu keluar dengan energi tekanan akar. Gutasi terjadi saat udara lembab

   Respirasi

Respirasi merupakan proses pembentukan energi yang dapat langsung dipakai untuk proses hidup.

-          Yang direspirasi merupakan glukosa dijadikan ATP lalu langsung dijadikan energi untuk proses hidup.

-          Tempat respirasi dalam oranel mitokondria

-          Proses respirasi ada yang aerob

   Reaksi Respirasi

·         Reaksi respirasi aerob :

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ ® 6 CO₂ + 6 H₂O + 674 kal

Energi yang terbentuk hasil reaksi ini akan diikat oleh ADP menjadi ATP, ATP akan diuraikan lagi menjadi energi untuk proses hidupnya

   Secara terinci reaksi respirasi terdiri dari tiga urutan proses :

1.      Glikolisis

C₆H₁₂O₆ + di hydrogenese ® ALPG asam piruvat ® asam acetat ® acethyl ko enzym A

Untuk reaksi ini diperlukan enzym glukokinase dan berlangsung dalam sitoplasma tapi diluar mitokondria

2.      Daur Kreb

Acesthyl ko enzym A dijadikan H₂ dan CO₂

Untuk reaksi ini diperlukan enzym dekarboksilase dan enzym dehydrogenase

Acethyl ko enzym A ® H₂ + CO₂

H₂ yang terbentuk pada proses glikolisis akan diikat oleh akseptor NAD menjadi 2 NADH dan terbentuk 2 ATP

H₂ yang terbentuk pada siklus Kreb akan diikat oleh akseptor NAD dan FAD menjadi 8 NADH dan 2 FADH dan terbentuk 2 ATP

3.      Pada Lingkaran Sitokrom

10 NADH + 5 O₂ ® 10 NAD⁺ + 10 H₂O + 30 ATP

2 FADH + O₂ ® 2 FAD + 2 H₂O + 4 ATP

Jadi jumlah ATP yang terbentuk seluruhnya merupakan : 34 ATP – 2 ATP (hasil glikolisis) – 2 ATP (hasil daur krebs)

Untuk electron memasuki mitokondria memerlukan 2 ATP jadi hasil akhir ATP yang terbentuk pada respirasi aerob ini : 38 ATP – 2 ATP = 36 ATP

·         Reaksi respirasi anaerob :

C₆H₁₂O₆ ® CO₂ + energi + alcohol (pada tumbuhan)

C₆H₁₂O₆ ® CO₂ + energi + asam laktat (pada hewan)

Reaksi respirasi secara terperinci seperti pada respirasi aerob, hanya asam piruvat yang terbentuk pada proses glikolisis tidak memasuki daur kreb

Pada tumbuhan : asam piruvat ® acetaldehid ® ethyl alcohol

Pada hewan : asam piruvat ® asam laktat

ATP yang terbentuk pada respirasi anaerob hanyalah ATP yang berbentuk pada proses glikolisis yaitu sejumlah 2 ATP

   Respirasi pada Tumbuh-tumbuhan

Pada tumbuh-tumbuhan yang berespirasi aerob O₂ dan CO₂ berdifusi melalui seluruh epidermis tubuhnya dan lentisel

Pada tumbuhan yang berespirasi anaerob, prosesnya disebut :

a.      Fermentasi

-          bila terjadi pada tumbuhan yang tidak mempunyai karbohidrat sendiri karena tidak dapat berfotosintesa seperti pada bakteri dan jamur

-          pada fermentasi glucose yang diuraikan berasal dari luar sel (dari substratnya). Jadi pada fermentasi prosesnya berlangsung di luar sel pada substratnya

-          bila pada fermentasi terdapat sedikit O₂, maka alcohol yang terbentuk oleh bakteri asam cuka akan dijadikan asam acetat

-          proses fermentasi acapkali disebut sesuai dengan hasil tambahan yang terbentuk

misalnya :

Fermentasi alcohol bila hasil tambahannya alcohol. Fermentasi asam cuka bila hasil tambahannya asam cuka

Pembusukan bila hasil tambahannya menghasilkan bau busuk, pada pembusukan yang duraikan protein

b.      Pernafasan intra molekul

    bila respirasi anaerob terjadi pada tumbuhan. Khormophyta yang dapat mesyintesa karbohydrat sendiri. Jadi merupakan proses intraseluler.

 Oleh Heru Setiawan, SKM., M.Biomedik