Respirasi pada Tumbuhan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari, respirasi sering disamakan dengan proses pernapasan. Hal ini tidak sepenuhnya benar sebab proses respirasi mencakup hal yang lebih kompleks ketimbang pernapasan. Namun demikian, apa yang terjadi dalam proses pernapasan tercakup dalam respirasi. Semua makhluk hidup melakukan respirasi, termasuk tumbuhan. Hanya saja respirasi pada tumbuhan tersebut tidak bisa diamati seperti manusia atau hewan. Peran respirasi  tumbuhan inilah yang membuat kita bisa menghirup udara segar setiap paginya, karena tumbuhan telah menyerap semua gas-gas racun yang berterbangan di udara bebas.

Secara biologis, pengertian respirasi bukan hanya proses pertukaran gas. Pernafasan lebih menunjuk kepada proses pembongkaran atau pembakaran zat sumber energi di dalam sel-sel tubuh untuk memperoleh energy atau tenaga.  Zat makanan sumber tenaga yang paling utama adalah karbohidrat.

Mereka melakukan respirasi pada bagian daunnya yang dikenal dengan nama stomata atau mulut daun. Melalui stomata, tumbuhan menyerap oksigen atau O₂. Tumbuhan bisa melakukan dua jenis respirasi sekaligus yakni aerob dan anaerob. Pada respirasi aerob, terjadi proses pembakaran atau oksidasi glukosa secara sempurna dan akan menghasilkan energi dalam jumlah yang besar yakni 36 ATP. Sementara itu pada saat kurang oksigen, tumbuhan akan melakukan respirasi anaerob yang hanya akan menghasilkan energi dalam jumlah yang sedikit yakni 2 ATP saja. Untuk lebih jelasnya penjelasan mengenai respirasi aerob dan anaerob akan dijelaskan pada makalah ini.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan respirasi?

2. Apa faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi?

3. Bagaimana penggolongan respirasi berdasarkan ada tidaknya oksigen bebas?

4. Bagaimana tahap-tahap yang terjadi pada proses respirasi aerob?

5. Bagaimana tahap-tahap yang terjadi pada proses respirasi anaerob?

6. Apa perbedaan respirasi aerob dan anaerob?

7. Apa manfaat respirasi aerob dan anaerob?

1.3 Tujuan penulisan 

1. Mengetaui pengertian respirasi

2. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi

3. Mengetahui  penggolongan respirasi berdasarkan ada tidaknya oksigen bebas

4. Memahami tahap-tahap yang terjadi pada proses respirasi aerob

5. Mengetahui  tahap-tahap yang terjadi pada proses respirasi anaerob

6. Mengetahui perbedaan respirasi aerob dan anaerob

7. Mengetahui manfaat respirasi aerob dan anaerob

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Respirasi

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 pada siang maupun malam hari. Sebagaimana kita ketahui dalam semua aktivitas makhluk hidup memerlukan energi begitu juga dengan tumbuhan. Respirasi terjadi pada seluruh bagian tubuh tumbuhan, pada tumbuhan tingkat tinggirespirasi terjadi baik pada akar, batang maupun daun dan secara kimia pada respirasi aerobi pada karbohidrat (glukosa) adalah kebalikan fotosintesis. Pada respirasi pembakaran glukosa oleh oksigen akan menghasilkan energi karena semua bagian tumbuhan tersusun atas jaringan dan jaringan tersusun atas sel, maka respirasi terjadi pada sel (Campbell, 2002).

Tumbuhan hijau bernapas dengan mengambil oksigen dari lingkungan, tidak semua tumbuhan bernapas dengan  menggunkan oksigen.Tumbuhan tak berklorofil benapas tanpa memerlukan oksigen. Tujuan proses pernapasan, yaitu untuk memperoleh energi. Pada peristiwa bernapas terjadi pelepasan energi. Tumbuhan yang bernapas secara anaerob mendapatkan energi dengan cara menguraikan bahan – bahan tertentu dimana mereka hidup. Dalam proses pernapasan aerob / anaerob akan dihasilkan gas karbondioksida dan uap air. Gas dan uap air tersebut dikeluarkan dari tubuh. Oksigen diperlukan dan karbondioksida yang dihasilkan masuk dan keluar dari tubuh secara difusi. Gas – gas tersebut masuk dan keluar melalui stomata yang ada pada permukaan daun dan inti sel yang ditemukan pada kulit batang pegangan. Akar yang berada dalam tanah juga dapat melakukan proses keluar masuknya gas. Tumbuhan yang hidup di daerah rawa/berlumpur mempunyai akar yang mencuat keluar dari tanah. Akar ini disebut akar napas. Kandungan katalis disebut juga enzim, enzim sangat penting untuk siklus reaksi respirasi (sebaik-baiknya proses respirasi ). Beberapa reaksi kimia membolehkan mencampur dengan fungsi dari enzim atau mengkombinasikan sisi aktifnya. Penggunaan ini akan dapat dilihat hasilnya pada inhibitor dari aktivitas enzim (Kimball, 1983).

2.2 Faktor yang Mempengaruhi Proses Respirasi

Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain yaitu :

a. Ketersediaan substrat.

Tersedianya substrat pada tanaman merupakan hal yang penting dalam melakukan respirasi. Tumbuhan dengan kandungan substrat yang rendah akan melakukan respirasi dengan laju yang rendah pula. Demikian sebaliknya bila substrat yang tersedia cukup banyak maka laju respirasi akan meningkat.

b. Ketersediaan Oksigen

Ketersediaan oksigen akan mempengaruhi laju respirasi, namun besarnya pengaruh tersebut berbeda bagi masing-masing spesies dan bahkan berbeda antara organ pada tumbuhan yang sama. Fluktuasi normal kandungan oksigen di udara tidak banyak mempengaruhi laju respirasi, karena jumlah oksigen yang dibutuhkan tumbuhan untuk berrespirasi jauh lebih rendah dari oksigen yang tersedia di udara.

c. Suhu

Pengaruh faktor suhu bagi laju respirasi tumbuhan sangat terkait dengan faktor Q10, dimana umumnya laju reaksi respirasi akan meningkat untuk setiap kenaikan suhu sebesar 100 C, namun hal ini tergantung pada masing-masing spesies.

d. Tipe dan umur tumbuhan.

Masing-masing spesies tumbuhan memiliki perbedaan metabolsme, dengan demikian kebutuhan tumbuhan untuk berespirasi akan berbeda pada masing-masing spesies. Tumbuhan muda menunjukkan laju respirasi yang lebih tinggi dibanding tumbuhan yang tua. Demikian pula pada organ tumbuhan yang sedang dalam masa pertumbuhan (Ross, 1995).

e. Kadar CO₂ dalam udara

Kurangnya O₂ atau kelebihan CO₂ tampak pada kegiatan respirasi biji-bijian, akar maupun batang yang terpendam dalam tanah. Jika kadar CO₂ naik sampai 10 % dan kadar O₂ turun sampai 0 % maka respirasi akan terhenti.

f. Persediaan air

Jika kadar air sedikit maka respirasi kecil. Jika biji (direndam air) maka respirasi menjadi lebih giat. Pada daun yang layu maka respirasi lebih giat ++ gula (timbunan tepung/KH)

g. Cahaya

Cahaya fotosintesis + substrat repirasi. Cahaya menambah panas , panas menambah kegiatan respirasi. 

2.2 Penggolongan Respirasi 

1 Respirasi Aerob

 Respirasi aerob merupakan proses pembakaran zat yang melibatkan oksigen dari pernapasan. Oksigen akan digunakan sebagai penerima elektron  terakhir dalam pembentukan ATP. Respirasi pada tingkat organisme berupa pertukaran oksigen dengan karbon dioksida di dalam alveolus paru-paru. Sedangkan respirasi pada tingkat sel terjadi didalam mitokondria. Secara singkat reaki yang terjadi pada respirasi aerob adalah sebagai berikut:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂  6CO₂ + 6H₂O+ 36 ATP

Respirasi aerob terjadi dalam tiga tahap, yaitu glikolisis, siklus kreb dan system transport elektron. Hubungan antara glikolisis.

  

  

2. Tahap – tahap respirasi aerob     

a. Glikolisis

Glikolisis terjadi didalam sitoplasma sel. Pada tahap glikolisis terjadi dua langkah reaksi, yaitu langkah memerlukan energi dan langkah melepaskan energi. Saat langkah memerlukan energi, 2 molekul ATP diperlukan untuk mentransfer gugus fosfat ke glukosa sehingga gukosa memiliki simpanan energi yang lebih tinggi. Energi ini akan diperlukan untuk reaksi pelepasan energy. 

b. Dekarboksilasi Oksidatif 

Senyawa hasil glikolisis akan masuk ke tahapan dekarboksilasi oksidatif, yaitu tahapan pembentukan CO₂ melalui reaksi oksidasi reduksi (redoks) dengan O₂ sebagai penerima elektronnya. Dekarboksilasi oksidatif ini terjadi di dalam mitokondria sebelum masuk ke dalam siklus krebs. Oleh karena itu tahapan ini disebut sebagai tahapan lanjutan antara glikolis dengan siklus krebs. Pada tahapan ini asam piruvat hasil glikolisisdari sitosol diubah menjadi asetil KoA di dalam mitokondria. Pada tahap 1 molekul piruvat melepaskan elektron (oksidasi) membentuk CO₂ (piruvat pecah menjadi CO₂ dan molekul berkarbon 2). Pada tahap 2, NAD+ direduksi (menerima elektron menjadi NADH + H+. Pada tahap 3 molekul berkarbon 2 di dioksidasi dan mengikat KoA sehingga terbentuk asetil KoA. Hasil akhir tahapan ini adalah asetik KoA, CO₂ dan 2NADH.

c. Siklus krebs 

Nama siklus ini berasal dari orang yang menemukan secara rinci tahap ketiga respirasi aerob ini, yaitu Hans Krebs (tahun 1930-an). Siklus ini disebut juga siklus asam sitrat.

Tahap awal siklus kreb adalah 2 molekul asam piruvat yang dibentuk pada glikolisis meninggalkan sitoplasma dan memasuki mitokondria. Siklus kreb terjadi di dalam mitokondria. Selama reaksi tersebut dilepaskan 3 molekul karbon dioksida, 4 NADH, 1 FADH2 dan 1 ATP. Reaksi ini terjadi 2 kali karena pada glikolisis, glukosa di pecah menjadi 2 molekul asam piruvat. Jadi siklus krebs  menghasilkan 8 NADH, 2 FADH2 dan 2 ATP. 

d. Transport Elektron 

Transport  elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Pelepasan atom H pada waktu glikolisis, dan siklus Kreb’s jika tdak ditangkap oleh NAD atau FAD akan menyebabkan peningkatan ion H di bagian dalam sel dan akan menyebabkan sel keracunan. NAD ataupun FAD bisa berikatan dengan atom H adalah karena sifat dari kedua molekul tersebut (NAD/FAD) bersifat sebagai oksidator yang kuat sehingga sangat mudah untuk berikatan dengan H.

Selanjutnya NAD atau FAD harus tetap tersedia di dalam sel sebagai oksidator, oleh karenanya NAD/FAD yang sudah berikatan dengan atom H menjadi bentuk NADH/FADH harus segera melepas/membuang ion H tersebut. NADH atau FADH akan melepaskan atom H sebagai elektron pada suatu sistem yang disebut Sistem Trasnport Elektron.

Alasan harus digunakan Sistem Transport Elektron adalah karena sistem ini akan melepas energi yang besar secara bertahap. Jika atom H langsung dilepaskan dari NAD/FAD dan diterima oleh oksigen tanpa melalui Sistem Transport Elektron maka akan terjadi ledakan energi di dalam sel. oleh karenanya agar tidak terjadi ledakan dilepaskanlah energi itu perlahan-lahan dalam sistem ini.

ATP dapat dibentuk pada waktu elektron dipindahkan dari NADH dan FADH2 ke O2 adalah karena ada pembebasan energi yang cukup besar untuk menyatukan 1 gugus phosphat dengan 1 molekul ADP antara senyawa penerima elektron sebelum dan sesudahnya. 

Q-cytochrome c oxidoreductase iii. Q-sitokrom c oksidoreduktase juga dikenal dengan, kompleks sitokrom bc1, atau kompleks III. setiap kompleks mengandung 11 subunit protein , sebuah[2Fe-2S] klaster besi-sulfur dan 3 cytochromes: 1 cytochrome c1 and 2 bcytochromes.[35] Sitokrom adalah semacam protein yang bisa mentransfer elektron yang mengandung sekurang-kurangnya gugus heme. atom besi yang terdapat pada kompleks III memberikan bentuk alternatif  antara ferro yang tereduksi dan feri yang teroksidasi karena elektron yang ditranser sepanjang membran.

Reaksi yang dikatalisis oleh kompleks III adalah mengoksidasi satu molekul ubikuinol dan mereduksi 2 molekul sitokrom c., Sebuah protein heme kehilangan hubungan dengan mitokondria. Tidak sperti koenzim Q, yang membawa 2 elektron, sitokrom c hanya memwabawa 1 elektron saja.

Karena hanya bisa mengangkut satu elektron saja dari OH₂ ke sitokrom c dalam sekali waktu makaharus terjadi dalam 2 tahap yang disebut siklus Q. Kemudian karena koenzim Q tereduksi menjadi ubikuinol pada sisi dalam membran dan teroksidasi menjadi bentuk ubikuinon di bagian luar, pengeluaran proton terjadi lagi sehingga menambahkan kekuatan gradient proton.

Berikut ini adalah komponen –komponen yang terlibat dalam sistem transport elektron :

1. NAD+ dan NADH

Nicotinamide Adenine Dinucleotide, dibentuk oleh penambahan inti Hidrogen dan dua elektron hydride ion ke NAD+. Cincin Nicotinamide akan kurang stabil saat menerima ion hidrida, akibatnya elektron ion hidrida dari NADH dapat dengan mudah ditransfer.

2. Protein Fe-S(Besi Sulfur)

Berikatan dengan flavoprotein (metaflavoprotein) dan dengan sitokrom b

3. Ubiquinone/Coenzyme Q

Terdapat dalam mitokondria dalam bentuk kuinon teroksidasi (aerob) dan kuinol tereduksi (anaerob), merupakan unsure pembentuk lipida, rumus bangun mirip vitamin K dan E, menyerupai plastokuinon (pada kloroplas), rantai samping poliisosprenoid, pengumpul ekivalen pereduksi dari suksinat kolinn, gliserol-3-fosfat, sarkosin, dimetilglisin, asilkoa, yang berikatan langsung dengan rantai respirasi lewat enzim (Flavoprotein dehidrogenase), menerima aliran ekivalen pereduksi dari NADH Dehidrogenase, mengalirkan elektron melewati rangkaian sitokrom menuju molekul Oksigen.

4. sitokrom c oksidase (kompleks IV)

.Complex IV: cytochrome c oxidase. Cytochrome c oxidase, dikenal juga sebagai kompleks IV, merupakan kompleks protein yang terakhir dalam STE.  mengandung 13 subunits protein, 2 gugus heme, 3 atoms ion metal yaitu 1 copper, 1 magnesium and 1 zinc. 

Enzim ini berfungsi mentransfer elektron ke oksigen, sementara memompa proton melewati membran sehingga berkontribusi dalam menciptkan gradien proton. Oksigen sebagai aseptor elektron terakhir akan direduksi menjadi air pada tahap ini. reaksinya yaitu mengkatalisis oksidasi sitokrom c dan reduksi oksigen.Inter membrane dehidrogenase, menerima aliran ekivalen pereduksi dari NADH Dehidrogenase, mengalirkan elektron melewati rangkaian sitokrom menuju molekul Oksigen.

2. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas sebagai penerima elektron akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi anaerob juga memerlukan glukosa sebagai substrat. Respirasi anaerob merupakan proses fermentasi.

Beberapa organisme yang melakukan fermentasi diantaranya adalah bakteri dan protista yang hidup di rawa, lumpur, makanan yang diawetkan atau tempat-tempat lain yang tidak mengandung oksigen. Beberapa organisme dapat menggunaka oksigen untuk respirasi tetapi juga melakuka fermentasi. Organisme ini melakukan fermentasi jika lingkungannya miskin oksigen. Sel-sel otot juga dapat melakukan fermentasi jika sel-sel otot kekuranga oksigen. Contoh fermentasi adalah fermentasi alcohol dan fermentasi asam laktat.

Fermentasi alkohol dilakukan oleh jamur ragi secara anaerob. Sebagai substrat fermentasi adalah asam piruvat. Molekul asam piruvat di fermentasi menjadi asetal dehid. NADH memberikan elektron dan hydrogen kepada asetal dehid, sehingga terbentuk produk akhir alcohol, yaitu etanol.  Pada fermentasi ini dihasilkan 2 ATP.

Fermentasi asam laktat terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras dan persediaan oksigen kurang mencukupi. Pada fermentasi asam laktat, molekul asam piruvat hasil glikolisis menerima elektron dan hydrogen dari NADH. Transfer elektron dan hydrogen menghasilkan NAD+ kembal. Pada saat yang sama, asam piruvat diubah menjadi asam laktat menghasilkan 2 ATP. Kerja otot terus-menerus akan menimbulkan asam laktat dalam jumlah besar. Penimbunan asam laktat pada otot menyebabkan elastisitas otot menjadi berkurang dan menimbulkan gejala kram dan kelelahan.

2.3 Perbedaan Respirasi Aerob dengan Respirasi Anaerob

a. Respirasi Aerob

Secara sederhana, respirasi yang satu ini diartikan sebagai sebuah reaksi katabolisme yang memerlukan suasana aerobic dengan demikian dalam prosesnya keberadaan oksigen sangat dibutuhkan. Hasil dari reaksi ini adalah energi dengan jumlah yang besar.  Energi tersebut disimpan dalam bentuk energi kimiawi yang dikenal dengan kode ATP. Energi ATP ini akan digunakan oleh sel di dalam tubuh makhluk hidup untuk menunjang beberapa hal seperti pertumbuhan, gerak, transportasi, reproduksi dan kegiatan lainnya. Secara sederhana, rumus yang menggambarkan respirasi aerob adalah C₆H₁₂ + 6O₂ = 6CO2 + 6H₂O.

Respirasi aerob ini dibagi ke dalam 3 tahapan, yang secara berturut-turut mencakup:

1) Glikolisis, yakni proses pemecahan molekul c6 atau glukosa menjadi senyawa bernama asam piruvat atau dikenal dengan rumus kimia C3.

2) Siklus krebs, yakni reaksi CoA atau molekul asetil yang akan menghasilkan oksalosetat dan juga asam sitrat.

3) Transpor electron, yakni reaksi reduksi atau oksidasi NADH2 dan molekul FADH2 yang pada akhirnya menghasilkan H₂O juga energi berupa ATP.

b. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob merupakan  pernapasan yang tidak memerlukan oksigen atau O₂. Respirasi yang satu ini terjadi pada bagian sitoplasma dan tujuannya untuk mengurai senyawa organik. Tidak seperti respirasi aerob, respirasi anaerob hanya menghasilkan sejumlah energi yang jauh lebih kecil yakni 2 ATP. Proses respirasi anaerob ini bisa dijumpai pada reaksi fermentasi juga pernapasan intra-molekul. Jika pada reaksi aerob, terdapat pembebasan CO₂ juga H₂O secara sempurna, maka pada respirasi anaerob glukosa dipecah secara tidak sempurna menjadi komponen H2O dan juga CO2. 

Pada respirasi anaerob ini pula , hodrogen bergabung bersama sejumlah komponen yakni asam piruvat, asetaldehida yang kemudian membentuk asam laktat juga etanol. Sementara itu pada respirasi aerob, hydrogen yang dibebaskan justru akan bergabung bersama dengan O2 dan pada akhirnya membentuk H2O . Jika didata secara detil, maka perbedaan respirasi aerob dan anaerob bisa dilihat pada list berikut:

1) Respirasi Aerob: Memerlukan oksigen, prosesnya terjadi di dalam matriks mitokondria, respirasi ini bertujuan untuk memecah senyawa organik ke an-organik, menghasilkan energi dalam jumlah yang besar yakni 36 ATP.

2) Respirasi Anaerob: tidak memerlukan kehadiran oksigen dalam prosesnya, berlangsung di dalam sitoplasma, tujuannya untuk mengurai senyawa organik, hasil akhirnya berupa energi tapi dalam jumlah yang sedikit yakni 2 ATP.

2.4. MANFAAT RESPIRASI

Respirasi banyak memberikan manfaat bagi tumbuhan. Manfaat tersebut terlihat dalam proses respirasi dimana terjadi proses pemecahan senyawa organik, dari proses pemecahan tersebut maka dihasilkanlah senyawa-senyawa antara yang penting sebagai “Building Block”. Building Block merupakan senyawa- senyawa yang penting sebagai pembentuk tubuh. Senyawa-senyawa tersebut meliputi asam amino untuk protein; nukleotida untuk asam nukleat; dan prazat karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan sitokrom), lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid seperti antosianin, dan senyawa aromatik tertentu lainnya, seperti lignin. Telah diketahui bahwa hasil akhir dari respirasi adalah CO2 dan H2O, hal ini terjadi bila substrat secara sempurna dioksidasi, namun bila berbagai senyawa di atas terbentuk, substrat awal respirasi tidak keseluruhannya diubah menjadi CO₂ dan H2O. Hanya beberapa substrat respirasi yang dioksidasi seluruhnya menjadi CO₂ dan H₂O, sedangkan sisanya digunakan dalam proses anabolik, terutama di dalam sel yang sedang tumbuh. Sedangkan energi yang ditangkap dari proses oksidasi sempurna beberapa senyawa dalam proses respirasi dapat digunakan untuk mensintesis molekul lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan 

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 pada siang maupun malam hari. Berdasarkan ada tidaknya oksigen bebas, respirasi dibagi manjadi dua yaitu, respirasi aerob dan anaerob. Glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs dan transport elektron merupakan tahapan dari respirasi aerob, sedangkan fermentasi merupakan tahap dari respirasi anerob.

3.2 Saran 

Sebagai generasi penerus sebaiknya kita bisa menjajaga kelestarian lingkungan, karena segala keistimewaan tumbuhan kita masih bisa menikmati indahnya pepohonan dan menghirup udara yang segar.

Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan makalah ini masih terdapat kesalahan, untuk itu diperlukan saran dan kritik yang membangun.