FISIOLOGI TUMBUHAN

ENZIM DAN RESPIRASI TUMBUHANTujuan Instruksional Khusus: Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa akan dapat menjelaskan prinsip dasar kerja enzim dan proses respirasi tumbuhanEdisi Pebruari 2006

Enzim Molekul yang sebagian atau seluruhnya terdiri dari protein, dibentuk dalam protoplasma dan berfungsi sebagai katalisator dalam reaksi biokimia tertentu di dalam sel Struktur molekul enzim: Protein (Apoenzim) 1. Ion anorganik (kofaktor) 2. Senyawa organik (koenzim)

Protein - kofaktor (Holoenzim)

Sifat-sifat enzim1. Efektif pada konsentrasi sangat rendah 2. Tidak dipengaruhi oleh reaksi dimana katalisator berfungsi 3. Tidak berpengaruh terhadap keseimbangan reaksi 4. Pada umumnya bersifat khas

Kelas-kelas enzim utamaNama kelas 1. Oksidoreduktase 2. Transferase 3. Hidrolase 4. Liase Tipe reaksi yang dikatalisatori Semua tipe reaksi oksidasi reduksi Memindahkan satu grup atom yang utuh dari molekul donor ke akseptor Memecahkan ikatan dengan cara hidrolisis (reaksi melibatkan air) Memecahkan ikatan C-C, C-O, C-N dsb. dengan cara lain, bukan hidrolisis atau oksidasi Interkonversi isomer-isomer, misal: Aldehid keton, isomer L isomer D Pembentukan ikatan karena kondensasi dua molekul dengan energi dari ATP

5. Isomerase 6. Ligase

Tata nama enzim Sebagian terbesar enzim diberikan nama dengan akhiran -ase dan berdasarkan pada tipe reaksi yang dikatalisis dan nama substrat Enzim digolongkan dalam 6 kelas berdasarkan tipe transformasi kimia yang terjadi Setiap kelas terbagi dalam subkelas dan subsubkelas Bagan tata nama enzim dilengkapi dengan sistem pemberian nama. Nomor sandi enzim terdiri dari empat yang berturut-turut menyatakan: kelassubkelas-sub-subkelas-nomer seri enzim

Prinsip dasar katalisis1. Terjadinya reaksi karena molekul substrat mengalami kolisi dan mendapatkan energi aktivasi 2. Adanya katalisis (enzim) meningkatkan laju reaksi, karena adanya katalis menurunkan energi aktivasi

Sifat-sifat enzim1. Efektif pada konsentrasi sangat rendah 2. Tidak dipengaruhi oleh reaksi dimana katalisator berfungsi 3. Tidak berpengaruh terhadap keseimbangan reaksi 4. Pada umumnya bersifat khas

Prinsip dasar katalisis1. Terjadinya reaksi karena molekul substrat mengalami kolisi dan mendapatkan energi aktivasi 2. Adanya katalisis (enzim) meningkatkan laju reaksi, karena adanya katalis menurunkan energi aktivasi

Tingkat Energi A+B

E akt. 1 E akt. 2

AB Tanpa katalisator Dengan katalisator

RESPIRASI TUMBUHANRespirasi: Kata latin: respirare = bernafas Diketahui sejak abad XVIII: 1772 J. Priestley: Tumbuhan dapat memurnikan udara kotor Lavoisier: Respirasi O2 CO2 + H2O Ingenhousz : Tumbuhan dan hewan terjadi pertukaran O2 dan CO2 dengan atmosfir.

RESPIRASI TUMBUHANC6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 6H2O + 6H2O

C6H12O6

A

B

C

+ H 2 O + O2

CO2 + H2O

Intermediat: prekursor untuk senyawasenyawa pembentuk sel

Substrat Respirasi:Heksosa (Glukosa) Lipid Asam-asam Organik Protein Identifikasi Substrat: Kuosien Respirasi (KR): mol CO2 yang dilepas mol O2 yang dipakai

Contoh Perhitungan Nialai Kuosien Respirasi (KR): 1. Gula: C6H12O6 + 6O2 KR = 6 mol CO2 6 mol O2 6CO2 + H2O = 1.0

2. Asam Organik (asam malat): C4H6O5 + 3O2 4 mol CO2 KR = 3 mol O2 3. Asam lemak (asam palmitat): C16H32O2 + 11O2 KR = C12H22O11 + 4CO2 + 5H2O 4 mol CO2 = 0.36 11 mol O2 4CO2 + 3H2O = 1.33

Fosforilasi Pati:Pati + n Pi PatiHidrolitik

(Glukosa-1-fosfat)nFosforolitik

Glukosa-1-P Triosa-PPlastid Sitosol

Glukosa

Glukosa Heksosa-P Respirasi

Triosa-P

Pi

Lintasan RespirasiGlikolisis Aerobik AnaerobikCO2 + Etanol

SitoplasmaATP

Mitokondria Siklus KrebsCO2 O2 H2O

Rantai Respirasi

I. GlikolisisGlikolisis: Perubahan Gula 1 molekul Glukosa1 2 3

As. piruvatATP ADP

Glukosa-6-fosfat

Fruktosa-6-fosfat ATP Fruktosa-1,6-difosfat4 Dehidroksi aseton fosfat 3-fosfo gliserat 5 7 ATP 9 ADP fosfoenol piruvat 10 ADP ATP ADP

Gliseraldehid-3-fosfat NAD+ 6 NADH 1,3-bisfosfat gliserat

2x

8 2-fosfo gliserat

2 molekul

Piruvat

Enzim-enzim GLikolisis1. heksokinase 2. fosfoheksokinase 3. fosfofruktokinase 4. aldolase 5. triosa fosfat isomerase 6. triosa fosfat dehidrogenase 7. fosfogliseril kinase 8. fosfoglisero mutase 9. enolase 10. piruvat kinase

Lintasan Pentosa Fosfat OksidatifLinatasan Alternatif metabolisme Glukosa

Dari Glikolisis Glukosa-61

P

6-fosfoglukonatCO23 2

NADP+ NADPH NADP+ NADPH4

Ribulosa -5- P5

Ribulosa -5- PGliseraldehida -3- P

Xilulosa -5- Psedoheptulosa -7- P

Fruktosa -6- P GLIKOLISIS

6

Erotrosa -4- P

Enzim-enzim Lintasan PPO1. Glukosa-6-fosfat dehidrogenase 2. 6-fosfoglukonat dehidrogenase 3. fosforibo isomerase 4. fosfopentoepimerase 5. transketolase 6. transaldolase

II. Respirasi Oksidatif (Metokondria)NAD+ COOH CO CH3

- Siklus Krebs - Rantai RespirasiAsetil KoA

NADH

Koenzim A AsamSitrat Asamcis-akonitat

KoA

CO2 H2O

Asam Oksalo Asetat NADH Asam Malat NAD+

H2O Asam Fumarat FADH2 FAD Asam Suksinat ATP ADP

Siklus Krebs

H2O

NAD+

Asam Isositrat CO2

NADH NADH NAD+ - ketoglutarat H2O

CO2

II. Respirasi Oksidatif (Metokondria)NAD+ COOH CO CH3

- Siklus Krebs - Rantai RespirasiAsetil KoA

NADH

Koenzim A AsamSitrat Asamcis-akonitat

KoA

CO2 H2O

Asam Oksalo Asetat NADH Asam Malat NAD+

H2O

H2O Asam Fumarat FADH2 FAD Asam Suksinat ATP ADP

Siklus KrebsNAD+

Asam Isositrat CO2

NADH NADH NAD+ - ketoglutarat H2O

CO2

Respirasi Aerobik

Respirasi Anaerobik

PiruvatRespirasi mitokondria CO2 + H2O 36 ATPCO2

1

3

NADH NAD+

Laktat Asetaldehid2 NADH NAD+

Etanol 2 ATP1. Piruvat dikarboksilase 2. alkohol dehidrogenase 3. laktat dehidrogenase

Etanol: Ragi (Fermentasi Alkohol) Biji berkecambah sebelum kulitnya pecah Asam Laktat: hewan dan bakteri Lactobacillus

Rantai Respirasi: Rantai Transport ElektronAsam Suksinat Asam Suksinat FAD Fe++

Ubok

FADH2

Fe+++

NAD+

FMNH2

Fe+++ Fe-S

Ubred

Fe+++ Sit-b

NADH

FMN Fe+++ Sit-b Fe++

Fe++ Fe++ Sit-c Fe+++

Ubok Fe+++ Sit-a Fe++ Fe++

Fe++ O2

Sit-a3 Fe+++ H2O

Rantai Respirasi: Rantai Transport ElektronAsam Suksinat FAD

Fe++

Ubok

Fe-SAsam Suksinat FADH2 Fe+++

NAD+

FMNH2

Fe+++

Ubred

Fe+++

Fe++

Fe+++

Fe++

O2

Fe-SNADH FMN Fe++ Ubok

Sit-bFe++

Sit-cFe+++

Sit-aFe++

Sit-a3Fe+++

H2 O

Rantai Transport Elektron couple dengan sintesis ATP (Hipotesis Kemiosmosis Mitchell)Kompleks 1 Kompleks 3 ATP Sintase

2H+Antar Membran Membran Dalam

2H+Sit.c

2H+

Sit bkl .Q

Sit.c

FMN

Si

Sit c1

Sit a/a3

Fo

Matriks NADH + H+ NAD+

4H+ Suksinat

H2O Fumarat1/ O 2 2

F1ATP

+ 2H+

ADP + Pi

Kompleks 2

Kompleks 4

H+

Respirasi Biji BerlemakGlioksisom Kelenjar Lemak:As. Lemak Asetil KoA Oksaloasetat OksaloasetatNADH NAD+ NAD+ NADH

Mitokondria

Trigliserida

Sitrat

Malat Siklus Glioksilat SuksinatCO2

Malat Fumarat Suksinat PEP

As. Lemak

+Gliserol

Isositrat Malat MalatNAD+

Glioksilat OksaloasetatNADHATP

ADP

Gliserol

Gliserol-P

Glukoneogenesis DHAP Fruktosa-6-P Glukosa-1-P

Fruktosa-1,6-BP

Sukrosa

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Respirasi 1. Ketersediaan Substrat 2. Ketersediaan Oksigen: Mengoksidasi NADH, NADPH dan FADH2 Mengurangi respirasi anaerobik Memungkinkan terjadinya Siklus Krebs (penghasil energi dan intermediet)

Produksi CO2

1.0

Aerobik Anaerobik < 10%

0.5

5

10

15

20

25

30

35

% O2

Faktor-Faktor yang mempengaruhi Respirasi 3. Suhu: Koefisien suhu (Q10): Laju reaksi pada (t+10o)C/laju pada toC pada suhu 2-25oC Q10 = 2.0 - 2.5 35oC laju respirasi meningkat (Q10 menurun) 40oC laju respirasi menurun, enzim rusak

4. Tipe dan umur tumbuhan- Bakteri - fungi, - alga laju respirasi > tumbuhan berbiji (perberat kering)

Jaringan-jaringan:Meristematik Kecambah Biji Dorman SporaPertumb. Cepat

Laju respirasi cepat Laju respirasi sangat rendah

Respirasi Relatif

Pendewasaan

Senesen

Umur Laju Respirasi sebagai Fungsi dari Umur (tanaman herba, jaringan dan organ)