Respirasi Tumbuhan

File Pendukung: PPt
                         Video

Respirasi berasal dari kata latin yaitu respirare yang berarti bernafas.

Reaksi respirasi merupakan reaksi katabolisme yang memecah molekul-molekul gula menjadi molekul anorganik berupa CO2 dan H2O (Salisbury, 1995).

Respirasi adalah suatu proses pengambilan O2 untuk memecah senyawa-senyawa organik menjadi CO2, H2O dan energi. Namun demikian respirasi pada hakikatnya adalah reaksi redoks, dimana substrat dioksidasi menjadi CO2 sedangkan O2 yang diserap sebagai oksidator mengalami reduksi menjadi H2O.

Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan.

Respirasi sudah diketahui sejak abad XVIII :

• 1772 J.Priestley : Tumbuhan dapat memurnikan udara kotorkotor

• Lavoisier : RespirasiO2CO2+ H2O

• Ingenhousz : Tumbuhan dan hewan terjadi pertukaranO2danCO2dengan atmosfir.

Secara umum, respirasi karbohidrat dapat dituliskan sebagai berikut:

C6H12O6 + O2   → 6CO2 + H2O + energi

Reaksi di atas merupakan persamaan rangkuman dari reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses respirasi. Reaksi tersebut terlihat sangat sederhana, terlihat seakan respirasi merupakan reaksi tunggal, sehingga mungkin dapat agak menyesatkan karena respirasi yang sebenarnya bukanlah reaksi tunggal. Respirasi merupakan rangkaian dari banyak reaksi komponen, yang masing-masingnya dikatalisis oleh enzim yang berbeda.

Substrat Respirasi:

Substrat respirasi adalah setiap senyawa organik yang dioksidasikan dalam respirasi, atau senyawa-senyawa yang terdapat dalam sel tumbuhan yang secara relatif banyak jumlahnya dan biasanya direspirasikan menjadi CO2 dan air. Sedangkan metabolit respirasi adalah intermediat-intermediat yang terbentuk dalam reaksi-reaksi respirasi.

Substrat respirasi terdiri dari:

Karbohidrat merupakan substrat respirasi utama yang terdapat dalam sel tumbuhan tinggi.
Beberapa jenis gula seperti Glukosa, fruktosa dan sukrosa
Pati
Lipid
Asam-asam Organik
Protein (digunakan dalam keadaan dan spesies tertentu)
Bagian tumbuhan yang aktif melakukan respirasi yaitu bagian yang sedang tumbuh seperti:

Kuncup bunga
Tunas
Biji yang berkecambah
Ujung batang
Ujung akar
Penggolongan Respirasi

Respirasi dapat digolongkan menjadi dua jenis berdasarkan ketersediaan O2 di udara, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob.

Respirasi aerob merupakan proses respirasi yang membutuhkan O2 dari udara.
Prosesnya meliputi :

Absorbsi oksigen,
Memecah senyawa organik, misal glukosa (KH) menjadi senyawa yang lebih sederhana (CO2 & H2O),
Membebaskan energy.  Sebagian energi dipakai untuk proses kehidupan,sebagian hilang sebagai panas.
Membebaskan CO2 dan H2O
Pada sel yang masih hidup respirasi terjadi pada sitoplasma & mitokondria.

Respirasi anaerob merupakan proses repirasi yang berlangsung tanpa membutuhkan O2. Respirasi anaerob sering disebut juga dengan nama fermentasi. Respirasi anaerob biasanya terdapat pada tanaman tinggi hanya terjadi jika persediaan O2 bebas di bawah minimum., pada biji-bijian yang tampak kering (jagung, padi, biji bunga matahari), buah-buahan yang berdaging seperti buah apel & peer dapat bertahan berbulan-bulan di dalam penyimpanan, dimana hanya terdapat H & N saja, buah terus menghasilkan CO2. Hasil respirasi anaerob pd tanaman tingkat tinggi adalah asam sitrat, asam malat, asam oksalat, asam lartarat, asam susu.
Kurangnya O2 atau kelebihan CO2 tampak pada kegiatan respirasi biji- bijian, akar & batang yang terpendam dalam tanah. Jika kadar CO2 naik sampai 10 % & kadar O2 turun sampai 0 % maka respirasi terhenti.

Kuosien Respirasi (KR)

Kuosien Respirasi (KR) : angka perbandingan antara volume CO2 yang dibebaskan dengan volume O2 yang diabsorpsi secara simultan oleh jaringan dalamperiode waktu tertentu pada suhu & tekanan tertentu.

KR = Vol CO2 : Vol O2

KR : Glukosa = 1, Lemak = 0,7, Protein = 0,7 < KR < 1

Titik kompensasi : titik yang menunjukkan kecepatan Fotosintesis yang dilakukan tumbuhan sama dengan kecepatan respirasinya

Contoh Perhitungan Nilai Kuosien Respirasi(KR):

Gula : C6H12O6 + 6O2  →  6CO2 +H2O,   KR = 6 mol CO2 = 1.06 mol O2
Asam lemak (asam palmitat): C16H32O2 + 11O2 →C12H22O11 + 4CO2 + 5H2O
KR = 4 mol CO2 = 0.36, 11 mol O2

KR memberi petunjuk tentang jenis substrat yang dioksidasikan & jenis metabolisme yang sedang berlangsung.

KR > 1 : sel kekurangan O2, repirasi aerob dibantu respirasi anaerob agar menambah energy

KR < 1 : sebagian / semua CO2 yang dihasilkan dalam respirasi digunakan langsung oleh organisme ybs, misal untuk fotosintesis.

Manfaat Respirasi Bagi Tumbuhan

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.

Faktor- faktor yang mempengaruhi laju respirasi

Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi adalah suhu, kelembaban, ketersediaan jumlah dan jenis subsrat, ketersediaan O2 (Salisbury, 1995)

Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:

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 sebliknya bila substrat yang tersedia cukup banyak maka laju respirasi akan meningkat.

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.

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 10oC, namun hal ini tergantung pada masing-masing spesies.

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.

Proses Respirasi

Proses respirasi diawali dengan adanya penangkapan O2 dari lingkungan. Proses transport gas-gas dalam tumbuhan secara keseluruhan berlangsung secara difusi. Oksigen yang digunakan dalam respirasi masuk ke dalam setiap sel tumbuhan dengan jalan difusi melalui ruang antar sel, dinding sel, sitoplasma dan membran sel. Demikian juga halnya dengan CO2 yang dihasilkan respirasi akan berdifusi ke luar sel dan masuk ke dalam ruang antar sel. Hal ini karena membran plasma dan protoplasma sel tumbuhan sangat permeabel bagi kedua gas tersebut.

Setelah mengambil O2 dari udara, O2 kemudian digunakan dalam proses respirasi dengan beberapa tahapan, diantaranya yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus asam sitrat, dan transpor elektron.

Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H20 + CO2 + Energi, melalui tiga tahap :

Glikolisis, yaitu tahapan pengubahan glukosa menjadi dua molekul asam piruvat (beratom C3), peristiwa ini berlangsung di sitosol. As. Piruvat yang dihasilkan selanjutnya akan diproses dalam tahap dekarboksilasi oksidatif. Selain itu glikolisis juga menghasilkan 2 molekul ATP sebagai energi, dan 2 molekul NADH yang akan digunakan dalam tahap transport elektron.Dalam keadaan anaerob, As. Piruvat hasil glikoisis akan diubah menjadi karbondioksida dan etil alkohol. Proses pengubahan ini dikatalisis oleh enzim dalam sitoplasma. Dalam respirasi anaerob jumlah ATP yang dihasilkan hanya dua molekul untuk setiap satu molekul glukosa, hasil ini berbeda jauh dengan ATP yang dihasilkan dari hasil keseluruhan respirasi aerob yaitu 36 ATP.
Peristiwa perubahan :

Glukosa berubah menjadi Glukosa – 6 – fosfat berubah menjadi  Fruktosa 1,6 difosfat berubah menjadi 3 fosfogliseral dehid (PGAL) / Triosa fosfat Þ Asam piravat.

Jadi hasil dari glikolisis : 2 molekul asam piravat, 2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi dan  2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.

Enzim-enzim yang berperan dalam GLikolisis yaitu Heksokinase, Fosfoheksokinase, Fosfofruktokinase, Aldolase, triosa fosfat isomerase, triosa fosfat dehidrogenase,  fosfogliseril kinase, fosfoglisero mutase, Enolase, dan piruvat kinase.

Manfaat glikolisis:

Mereduksi 2 molekul NAD+ menjadi NADH untuk setiap molekul heksosa yang dirombak.
Setiap molekul heksosa yang dirombak akan dihasilkan 2 molekul ATP, jika substratnya berupa glukosa- P-, glukosa 6-P, atau fruktosa-6-P maka akan dihasilkan 3 molekul ATP.
Melalui glikolisis akan dihasilkan senyawa- senyawa antara yang dapat menjadi bahan baku untuk sintesis berbagai senyawa yang terdapat dalam tumbuhan.
Dekarboksilasi oksidatif, yaitu pengubahan asam piruvat (beratom C3) menjadi Asetil KoA (beratom C2) dengan melepaskan CO2, peristiwa ini berlangsung di sitosol. Asetil KoA yang dihasilkan akan diproses dalam siklus asam sitrat. Hasil lainnya yaitu NADH yang akan digunakan dalam transpor elektron.
Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Siklus asam sitrat (daur krebs) terjadi di dalam matriks dan membran dalam mitokondria, yaitu tahapan pengolahan asetil KoA dengan senyawa asam sitrat sebagai senyawa yang pertama kali terbentuk. Beberapa senyawa dihasilkan dalam tahapan ini, diantaranya adalah satu molekul ATP sebagai energi, satu molekul FADH dan tiga molekul NADH yang akan digunakan dalam transfer elektron, serta dua molekul CO2.
Fungsi utama Siklus Krebs adalah:

Mereduksi NAD+ dan FAD menjadi NADH dan FADH2 yang kemudian dioksidasi untuk menghasilkan ATP.
Sintesis ATP secara langsung, yakni 1 molekul ATP untuk setiap molekul piruvat yang dioksidasi
Pembentukan kerangka karbon yang dapat digunakan untuk sintesis asam- asam amino tertentu, yang kemudian dapat dikonversi untuk membentuk senyawa yang lebih besar.
Transfer elektron, yaitu serangkaian reaksi yang melibatkan sistem karier elektron (pembawa elektron). Proses ini terjadi di dalam membran dalam mitokondria. Dalam reaksi ini elektron ditransfer dalam serangkaian reaksi redoks dan dibantu oleh enzim sitokrom, quinon, piridoksin, dan flavoprotein. Reaksi transfer elektron ini nantinya akan menghasilkan H2O.
Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2 (NADH + H+ + 1 elektron) dan FADH2, sehingga di dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi selain CO2.

Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi.

Lintasan Pentosa Fosfat

Lintasan reaksi yang berbeda dengan glikolisis dan Siklus Krebs ini disebut Lintasan Pentosa fosfat (LPF) karena terbentuk senyawa yang terdiri dari 5 atom karbon. Lintasan ini juga disebut sebagai Lintasan Fosfoglukonat. Berlangsung di sitosol.

Rangkaian reaksi: reaksi pertama pada LPF melibatkan glukosa-6-P( hasil penguraian pati oleh enzim fosforilase yang diikuti oleh enzim fosfoglukomutase pada glikolisis atau hasil penambahan fosfat terminal ATP pada glukosa atau hasil langsung reaksi fotosintesis). Glukosa-6-P segera dioksidasi(didehidrogenasi) oleh enzim dehidrogenase untuk membentuk senyawa 6-fosfogluko-nonlakton, yang kemudian dihidrolisis menjadi 6-fosfoglukonat oleh suatu enzim laktonase. Senyawa 6-fosfoglukonat kemudian mengalami dekarboksilasi oksidatif untuk menghasilkan ribulosa-5-P oleh enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase.

Reaksi-reaksi selanjutnya dari LPF akan menghasilkan pentose posfat. Reaksi- reaksi ini dipacu oleh enzimisomeras, epimerase, transketolase dan transaldolase

Fungsi LPF:

Produksi NADPH, dimana senyawa ini kemudian dapat dioksidasi untuk menghasilkan ATP
Terbentuknya senyawa erithrosa-4-P, dimana senyawa ini merupakan bahan baku esensial untuk pembentukan senyawa fenolik seperti sianin dan lignin
Menghasilkan ribulosa-5-P yang merupakan bahan baku unit ribosa dan deoksiribosa pada nukleotida pada RNA dan DNA.
Zat penghambat respirasi

Zat yang dapat menghambat proses respirasi yaitu

sianida,
fluoride,
Iodo asetat,
CO diberikan pd jaringan
Eter, kloroform, aseton, formaldehida dapat menambah respirasi dlm waktu pendek.