1 of 42

RESPIRASI/PERNAPASAN �PADA TUMBUHAN

*

1

2 of 42

2

Bernapas meliputi dua tahap, yaitu:

  • pertukaran gas dan
  • respirasi sel.

​

Pertukaran gas adalah proses pengambilan oksigen (O2) dan pengeluaran karbon dioksidab(CO2) melalui alat pernapasan tumbuhan

​

Respirasi sel adalah penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa lebih sederhana (CO2 dannH2O) dengan membebaskan energi.

​

Energinya untuk apa?

3 of 42

Pertukaran gas pada tumbuhan

  • Alat pernapasan tumbuhan letaknya tersebar. Tumbuhan dapat melakukan pertukaran gas melalui stomata, lenti sel, dan rambut akar.

​

  • Pada tumbuhan tertentu, pernapasan melalui alat khusus, misalnya akar napas pada tumbuhan bakau maupun beringin

*

3

4 of 42

*

4

5 of 42

*

5

  • Tumbuhan tidak memerlukan carrier oksigen (berbeda dengan manusia dan hewan) dimana O2 dibawa oleh darah. Hal in karena:
  • tumbuhan membutuhkan lebih sedikit oksigen dibandingkan hewan dan manusia.
  • tumbuhan memiliki luas permukaan yang besar (daun) untuk menyerap jumlah oksigen yang dibutuhkan melalui difusi.

 

  • Dari atmosfer gas-gas memasuki ruang antar sel di dalam tumbuhan. Ketika oksigen digunakan, semakin banyak oksigen yang berdifusi ke dalam tumbuhan. Karena CO2 terus dibentuk, mengakibatkan konsentrasi CO2 di dalam ruang antar sel semakin tinggi daripada di lingkungannya. Akibatnya, CO2 ke luar dari tanaman secara difusi, khususnya ketika tidak digunakan untuk fotosintesis.

6 of 42

Respirasi selluler

  • Respirasi adalah proses penguraian KH untuk menghasilkan energi yang digunakan untuk membentuk atau mensintesa ATP.
  • Energi digunakan pada reaksi-reaksi metobolisme termasuk FS.
  • Semua sel tumbuhan dan hewan melakukan respirasi
  • Respirasi berlangsung
    • Bersamaan dengan FS
    • Pada malam hari
    • Pada buah yang sedang berkembang dan proses pematangan
    • Biji dorman

*

6

7 of 42

Reaksi Kimia

​

E

C6H12O6 + 6O2 + 38/40 ADP + 40 Phosphates → 6 CO2 + 6 H2O + 38/40 ATP

*

7

8 of 42

Respirasi selluler pada tumbuhan

  • Energi dihasilkan dalam bentuk ATP yang digunakan untuk pemeliharaan dan perkembangan tumbuhan

http://www.biol.lu.se/cellorgbiol/dehydrogenase/pop_sv.html

*

8

9 of 42

Mitokondria

  • Berlangsung di Mitokondria sel
  • Mitokndria adalah organel sel yang terbungkus oleh membran dalam dan luar yang tersebar disitoplasma sel eukariotik
  • Fungsi utamanya Pengubahan energi potensial makanan menjadi ATP

​

http://www.science.siu.edu/plant-biology/PLB117/JPEGs%20CD/0077.JPG

9

10 of 42

Respirasi Aerob

  • Memerlukan Oksigen
  • Jenis respirasi yg paling umum terjadi pada hampir semua kondisi pada tumbuhan dan hewan
  • Termasuk penguraian/pemecahan sempurna glukosa menjadi CO2 dan H2O
  • Tidak semua energi dari glukosa diubah untuk pembentukan ATP
    • Hanya sekitar 40%
    • Selebihnya dilepas sebagai panas
      • Pada tumbuhan, panas dengan cepat dilepas
      • Pada hewan, panas disimpan untuk mempertahankan suhu tubuh.

http://www.kathleensworld.com/mitochondria.jpg

11 of 42

3. Langkah Utama Respirasi

1. Glikolisis

      • Penguraian glukosa menjadi senyawa berkarbon 3 yaitu asam piruvat
      • Berlangsung di sitoplasma
      • Beberapa ATP dan NADH terbentuk: molekul penyimpan energi
      • NADH dibentuk dari NAD+
      • Penyimpan energi NADP + H2 → NADPH2
        • NAD + H → NADH

http://www.med.unibs.it/~marchesi/glycpth2.gif

11

12 of 42

12

13 of 42

*

13

14 of 42

3. langkah Utama Respirasi

    • Siklus Kreb
      • Siklus asam trikarboksilat (‘Tricarboxylic acid Cycle /TCA Cycle)’
      • Siklus asam sitrat (‘Citric Acid Cycle’)
      • Berlangsung di matrik mitokondria
      • Satu seri reaksi yang memecah sempurna asam piruvat menjadi CO2 dan H2O
      • Karbon digunakan untuk reaksi metabolisme lain untuk membuat/mensintesis berbagai senyawa:
        • Protein
        • Lipid
        • KH dinding sel
        • DNA
        • Hormon tumbuhan
        • Pigmen tumbuhan
        • Dll
      • CO2 dilepas ke atm oleh tanaman
      • 10 NADH dihasilkan

http://www.sp.uconn.edu/~bi107vc/images/mol/krebs_cycle.gif

*

14

15 of 42

*

15

16 of 42

*

16

17 of 42

*

17

18 of 42

3 Langkah Utama Respirasi

3.Rantai Transpor Elektron

    • ‘Fosporilasi oksidatif ’
    • Satu seri protein dalam mitokondria yang membantu transfer elektron dari NADH ke oksigen
      • Melepaskan banyak energi
    • Terjadi pada membran bagian dalam mitokondria (Protein pada membran)

http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/ch05.htm

*

18

19 of 42

3. Langkah Utama Respirasi

    • energi yang dilepas digunakan untuk mendorong reaksi

ADP + P → ATP

      • banyak ATP disintesis
    • Oksigen diperlukan untuk tahap ini
    • dihasilkan air

http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%205/ch05.htm

*

19

20 of 42

Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi

Internal tumbuhan

  1. Jenis sel dan jaringan
  2. Luka pada tumbuhan
  3. Glukosa
  4. ATP

​

Eksternal tumbuhan

  1. Temperatur
  2. Oksigen
  3. Cahaya
  4. CO2

*

20

21 of 42

Faktor-faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi Respirasi

1. Jenis sel dan jaringan

    • Sel dan jaringan muda dan bekembang (daerah meristematis) biasanya memiliki laju respirasi lebih tinggi.
    • Buah dan biji yang sedang bekembang juga memiliki laju respirasi tinggi.
    • Sel dan struktur yang lebih tua memilki laju respirasi yang lebih rendah.

*

21

22 of 42

Faktor-faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi Respirasi

​

2. Luka pada tumbuhan

    • Luka akan meningkatkan respirasi
    • Laju pertumbuhan tanaman meningkat untuk mencoba memulihkan kerusakan pada tanaman.
    • Tumbuhan mensintesis senyawa-senyawa untuk melawan hama dan penyakit.
    • Beberapa herbisida membunuh tumbuhan dengan menggangu proses respirasinya.

*

22

23 of 42

Faktor-faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi Respirasi

​

3. [Glukosa]

    • Glukosa yang cukup perlu untuk berlangsungnya respirasi
    • Berkurangnya glukosa dapat terjadi karena:
      • Menurunnya FS
      • Menurunnya aliran KH pd floem tumbuhan, mungkin karena:
        • Dimakan serangga, dll

*

23

24 of 42

Faktor-faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi Respirasi

4. [ATP]

    • Konsentrasi [ATP] yang tinggi menurunkan laju respirasi
      • Feedback Inhibition (Penghambatan umpan balik)

*

24

25 of 42

Faktor-faktor eksternal yang mempengaruhi respirasi

1. Temperatur

    • Respirasi umumnya memiliki temperatur optimum dan maximum yg lebih tinggi drpd FS
    • Dapat menyebabkan hilangnya bahan kering pada temperatur tinggi bila respirasi melampaui FS
    • Temperatur yang dimaksud adalah temperatur di dalam tumbuhan bukan temperatur udara.
      • Menggunakan irigasi untuk mendinginkan dapat menjaga hasil bersih.

*

25

26 of 42

Faktor-faktor eksternal yang mempengaruhi Respirasi

2.Oxygen

    • Kadar oksigen O2 yang rendah dapat menurukan laju respirasi aerob dan meningkatkan respirasi anaerob.
    • Kadar oksigen O2 yang rendah dapat menurunkan Photorespirasi

3. Cahaya

    • Dapat meningkatkan laju fotorespirasi

​

​

*

26

27 of 42

Faktor-faktor eksternal yang mempengaruhi respirasi

5. [CO2]

    • Semakin tinggi kadar CO2 menurunkan laju respirasi
      • Feedback Inhibition (Penghambatan umpan balik)
    • Jarang terjadi kecuali jika kadar O2 terbatas
      • “Banjir”/Flooded, tanah kompak

*

27

28 of 42

Respirasi Anaerob

  • ‘Fermentasi’
  • Terjadi pada lingkungan yang sedikit/rendah oksigen
    • Tumbuhan pada tanah basah atau kompak/ padat
    • Hewan/manusia yang kerja keras/kelelahan
  • ATP masih dihasilkan dari glukosa tapi tidak seefisien pada respirasi aerob.

http://www.jracademy.com/~vinjama/2003pics/fermentation%5B1%5D.jpg

*

28

29 of 42

Respirasi Anaerob

  • C6H12O6 + O2 (sedikit)→ 2 CH2O5 + 2 H2O + 2 ATP

atau

  • Glukosa + Oxygen → 2 Ethanol + 2 H2O + 2 ATP
  • Reaksi yg sama pada pembuatan Alkohol dari jagung atau pembuatan anggur

​

Aerob:

C6H12O6 + 6O2 + 40/38 ADP + 40 Phosphates → 6 CO2 + 6 H2O + 40/38 ATP

*

29

30 of 42

Respirasi Anaerob

  • Hanya 2 ATP dihasilkan: 38/40 ATP pada Respirasi aerob
    • Tumbuhan segera kehabisan energi
    • Dapat menderita akibat kadar etanol
  • Respirasi anaerob yang berkepanjangan akan menurunkan pertumbuhan dan hasil tumbuhan

Anaerobic:

C6H12O6 + O2 → 2 CH2O5 + 2 H2O + 2 ATP

Aerobic:

C6H12O6 + 6O2 + 40 ADP + 40 Phosphates → 6 CO2 + 6 H2O + 40 /38 ATP

*

30

31 of 42

Efisiensi Respirasi

*

31

32 of 42

Efisiensi Respirasi

  • Jika 1 mol glukosa dioksidasi sempurna pada pH 7 akan dihasilkan energi 2870 kJ atau 686 kcal
  • Hidrolisis fosfat terminal ATP akan menghasilkan energi 31,8kJ atau 7,6kcal ( 1 kcal = 4,2 kJ)
  • Berarti untuk 38 molekul ATP akan dihasilkan ( 31.8 kJ x 38 ATP) = 1.208 kJ
  • Jadi efisiensi respirasi adalah 1.208 kJ/2.870 kJ = 42%,
  • sisanya akan hilang dalam bentuk panas.
  • Catatan: hanya energi yang terkandung pada fosfat terminal ATP yang berguna.

*

32

33 of 42

Titik Konpensasi Cahaya

  • Tingkat intensitas cahaya dimana laju respirasi (CO2 yg dihasilkan) sama dengan laju FS (CO2 yang dikonsumsi)
  • Semakin tinggi intensitas cahaya akan menghasilkan biomassa (berat kering) atau akumulasi KH semakin tinggi kemudian konstan.
  • Semakin rendah intensitas cahaya akan mengakibatkan biomassa (Berat kering) semakin rendah.
  • Titik konpensasi cahaya umumnya dicapai untuk tanaman yang tumbuh di luar ruangan
  • Titik konpensasi cahaya mungkin tidak tercapai pada cahaya penuh bagi tumbuhan yang tumbuh terlindung atau tumbuhan yang ditanaman dalam ruangan dengan cahaya yg tidak cukup.

*

33

34 of 42

Fotorespirasi

  • Pada kondisi normal FS, CO2 bergabung dengan RUBP membentuk 2 molekul 3PGA
  • Pada photorespirasi, O2 menggantikan CO2
  • Diyakini bahwa photorespirasi pada tumbuhan telah meningkat dari waktu ke waktu akibat meningkatnya kadar O2 di atm –sebagai hasil FS tumbuhan sendiri.
  • Tumbuhan C4- mampu menekan photorespirasi
  • Impian biologist untuk meingkatkan produksi tanaman tertentu, seperti wheat, yang melakukan C3 FS dengan manipulasi gen untuk melakukan C4 FS.
  • Sepertinya sulit untuk terlaksana karena perbedaan anatomi yang rumit antara tanaman C3 dan C4 .

http://www.marietta.edu/~spilatrs/biol103/photolab/photresp.html

*

34

35 of 42

Fotorespirasi

  • Respirasi yang didorong oleh energi cahaya
  • Ditemukan ketika scientis menyadari laju respirasi tumbuhan lebih cepat di dalam cahaya daripada waktu gelap.
  • Terjadi pada kloroplas dan struktur lain pada sel-sel FS.
  • Rubisco dapat bereaksi dengan oksigen dengan sedikit perbedaan dengan seri reaksi FS
    • Tidak ada tambahan berat kering tumbuhan
    • Lebih sedikit ATP dihasilkan pada fotorespirasi

http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif

*

35

36 of 42

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotorespirasi

1.Rasio O2 : CO2

  • Jika sel-sel memiliki sedikit O2 tetapi banyak CO2, Normal FS siklus Calvin mendominasi
  • Tumbuhan C4 memiliki sedikit fotorespirasi karena mereka membawa CO2 ke sel-sel bundle Sheath dan dapat menimbun banyak CO2
    • Siklus Calvin lebih mendominasi daripada fotorespirasi
  • Jika sel-sel mengandung banyak O2 dan sedikit CO2, fotorespirasi mendominasi

http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif

*

36

37 of 42

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotorespirasi

2.Intensitas cahaya

    • Semakin tinnggi intensitas cahaya akan meningkatkan fotorespirasi dan FS
    • Tumbuhan C3 saturasi cahaya pada intensitas cahaya yang lebih rendah dibandingkan dengan tumbuhan C4
      • Tercapainya ‘Break-Even Point’ pada tumbuhan C3 pada intensitas cahaya yang lebih rendah karena meningkatnya fotorespirasi

http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif

*

37

38 of 42

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotorespirasi

3.Temperatur

    • Respirasi aerob dan fotorespiasi meningkat dengan meningkatnya temperatur
    • Tumbuhan mempunyai rentang temperatur minimum dan maximum

http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif

*

38

39 of 42

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotorespirasi

4. Fotosintesis netto atau laju assimilasi netto

    • Tumbuhan C4 laju assimilasi netto kira-kira 2 hingga 3 kali dari tumbuhan C3
    • Tumbuhan C4 sering disebut tumbuhan efisien dan tumbuhan C3 sering disebut tumbuhan tidak efisien
    • Beberapa tumbuhan C3 memiliki respirasi rendah dan laju assimilasi sama dengan tumbuhan C4
      • Bunga matahari
      • Kacang tanah

http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif

*

39

40 of 42

Faktor-faktor yg mempengaruhi fotorespirasi

​

  • FS bersih atau laju assimilasi bersih
    • Hanya pada temperatur rendah tumbuhan C3 memiliki laju assimilasi bersih lebih tinggi daripada tumbuhan C4 karena:
      • PEP Carboxylase yang mengkatalisa penggabungan CO2 dengan senyawa berkarbon 4 (PEP) tidak berfungsi. Sehingga
      • Fotosintesis C4 stop

http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/BOT311-00/PSyn/Image81.gif

*

40

41 of 42

Tumbuhan C3 dan C4 berbeda dalam penggunaan air

​

  • Tumbuhan C4 dapat menghasilkan 3 kali bahan kering (Dry matter) per satuan air dibandingkan dengan tumbuhan C3

*

41

42 of 42

Hubungan FS dan Respirasi

*

42