BIOENERGI
Bioenergi merupakan ilmu yang mempelajari transpormasi
(perubahan bentuk) dan penggunaan energy di dalam sel hidup. Di dalam melekukan
aktivitas sehari-hari makhluk hidup selalu menggunakan energi.
Energi adalah sesuatu yang tidak menempati ruang, dan
tidak punya massa, namun dapat mengubah bentuk atau bekerja (melakukan
aktivitas). Kita mengenal adanya energy hanya dengan mengamati efeknya
saja,misalnya timbulnya gerak ,panas, cahaya, dsb.
Dasar yang digunakan dalam membahas bioenergi adalah:
1.
Hukum termodinamika I dan II.
Hukum
termodinamika I
Ø Di
dalam setiap perubahan fisik dan kimiia, jumlah total energi dalam universum
adalah tetap.
Yang
berarti pada hokum ini di tegaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun
di hancurkan. Dan perubahan energi yang satu ke bentuk lainnya dan jumlah total
energi tidak berubah.
Hukum termodinamika II
Ø Semua
perubahan fisik dan kimia cenderung menuju arah, sedemikian rupa sehingga
energi yang bermanfaat terurai dan tidak dapat balik (irreversible) menjadi
bentuk acak yang tidak teratur, yang disebut entropi. Penguraian ini akan
berhenti pada titik tertentu berada pada tingkat paling maksimum yang
dimungkinkan oleh kondisi yang bersangkutan.
2.
System ATP sebagai pengangkut energy di
dalam sel.
1.Fotosintesis
Prinsip-prinsip
termodinamika:
Dikenal berbagai bentuk energy yang semuanya dapat
diinterkonversi (diubah dari bentuk satu ke
bentuk lainnya) contohnya:
- Energy mekanis, energy kimia,
energy panas menjadi energy listrik.
- Energy listrik menjadi energy
mekanis, energy panas, energy cahaya, dsb.
Bentuk-bentuk
enrgi yang berbeda, secara kuantitatif berhubungan satu dengan yang lainya.
Contohnya : 1,0 kalori energy panas secara teoritis setara dengan 4,185 x 107
erg energy mekanik. Tetapi jika terjadi perubahan bentuk dari energy satu
ke lainnya, selalu terjadi kehilangan energy yang bermanfaat, misalnya berupa
panas. Kebanyakan mesin, efisiensinya rata-rata kurang dari 25%. Namun pada
tanaman memiliki efisiensi yang jauh lebih tinggi, karena kemampuan tanaman
untuk mempertahankan suhu tubuhnya. Maka
tanman disebutnya sebagai Mesin hayati (biomesin).
Energi
sangat diperlukan dalam berlangsungya kehidupan sel. Sel yang hidup secara
terus menerus akan melakukan aktivitas menjalankan kerja mekanik pada
penggerakan (geotropi, fototropi), transport ion dan senyawa orgsnik, membuat
senyawa-senyawa baru, serta berkembang biak(reproduksi).
Berkaitan
dengan bioenergi, akan di bahas beberapa prinsip dasar hokum Termodinamika,
yang merupakan cabang ilmu fisika yang berkaitan dengan perubahan energi.
Energi
yang bersmanfaat ada 2 yaitu:
v Energi
bebas : jenis energi yang dapat melakukan kerja pada dan tekanan tetap.
v Energi
panas : jenis energi yang dapat melakukan kerja hanya melalui perubahan suhu
atau tekanan.
Hampir
semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis.
Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi.
Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di
atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos
berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara
asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari [[CO2]] diikat
(difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang
ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang
dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.
Yang digunakan dalam proses fetosintesis adalah spektrum
cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak
digunakan dalam fotosintesis.
Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan
oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat
diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah
dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.
Untuk
membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari, dapat
dilakukan percobaan Ingenhousz.
Arti fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu (tidak kelihatan).
Yang digunakan dalam proses fetosintesis adalah spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.
Dalam fotosintesis, dihasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.
Untuk membuktikan bahwa dalam
fotosintesis diperlukan energi cahaya matahari, dapat dilakukan percobaan Ingenhousz.
Reaksi fotosintesis dirangkum sebagai berikut:6CO2 + 12H2O + energy cahaya –> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Oksigen yang dikeluarkan dari tumbuhan berasal
dari air dan bukan CO2. Kloroplas menguraikan air menjadi
hidrogen dan oksigen. Fotosintesis terdiri dari dua proses. Tahap
tersebut adalah reaksi terang dan siklus Calvin.
Reaksi terang merupakan tahap fotosintesis
yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Kloroplas menyerap
cahaya dan cahaya menggerakkan transfer elektron dan hidrogen ke penerima yaitu
NADP+ (nikotinamida adenine dinukleotida fosfat). Pada proses
ini, air terurai. Reaksi terang pada fotosintesis ini melepaskan
O2. Pada reaksi terang, tenaga matahari mereduksi NADP+
menjadi NADPH dengan menambahkan sepasang electron bersama dengan nukleus
hidrogen. Pada reaksi terang juga terjadi fosforilasi yang mengubah ADP
menjadi ATP. Jadi energy cahaya diubah menjadi energi kimia dengan
pembentukan NADPH: sumber dari elektron berenergi, dan ATP; energy sel yang
serba guna.
Tahap kedua fotosintesis
adalah siklus Calvin yang berawal dari pemasukan CO2 ke dalam molekul organik
yang telah disiapkan di dalam kloroplas. Proses ini disebut fiksasi
karbon. Siklus Calvin mereduksi karbon terfiksasi menjadi karbohidrat
melalui penambahan elektron. Energi untuk mereduksi berasal dari
NADPH. Siklus Calvin mengubah CO2 menjadi karbohidrat dengan menggunakan
ATP hasil dari reaksi terang. Siklus Calvin disebut juga reaksi gelap
atau reaksi tak bergantung cahaya karena tidak memerlukan cahaya secara
langsung.
Pada fotosintesis, cahaya
tampak diserap oleh pigmen. Pigmen yang berbeda menyerap panjang
gelombang yang berbeda. Klorofil a bukanlah satu-satunya pigmen
yang penting dalam kloroplas. Tetapi hanya klorofil a yang dapat
berperan secara langsung dalam reaksi terang. Pigmen lain dalam membrane
tilakoid dapat menyerap cahaya dan mentransfer energinya ke klorofil a.
Salah satunya adalah klorofil b. Jika foton cahaya matahari diserap
oleh klorofil b, energi kemudian disalurkan ke klorofil a
yang beraksi seolah-olah klorofil inilah yang menyerap energi tersebut.
Dalam membran tilakoid,
klorofil tersusun bersama protein dan molekul organik lainnya menjadi
fotosistem. Fotosistem memiliki kompleks antena yang terdiri dari
klorofil a, klorofil b dan karotenoid. Jumlah dan
keragaman pigmen membuat fotosistem dapat menyerap spectrum yang lebih
luas. Saat molekul antena menyerap foton, energi disalurkan ke klorofl a
yang terletak pada pusat reaksi. Molekul yang bersama-sama menggunakan
pusat reaksi dengan klorofil a adalah akseptor elektron primer.
Pada membran tilakoid terdapat
fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I memiliki pusat klorofil P700
karena pigmen ini paling baik menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang
700 nm. Pusat reaksi fotosistem II memiliki klorofil yang disebut P680
karena paling baik menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 nm. Adanya
protein yang berbeda menjadi penyebab adanya perbedaan sifat penyerapan cahaya.
2.PigmenFotosintesis
Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang, pada keduanya mengandung kloroplast yang mengandung klorofil / pigmen hijau yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari.
Dilihat dari strukturnya, kloroplas
terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang
disebut stroma. Membran tersebut membentak suatu sistem membran tilakoid
yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid.
Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan membentak apa yang
disebut grana Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan pengubahan
energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedang
pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintetis berlangsung di stroma.
Faktor-faktor yang berpengaruh
terhadap pembentukan klorofil antara lain :
1. Gen :
bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki
klorofil.
2. Cahaya :
beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya,
tanaman lain tidak memerlukan cahaya.
3. Unsur N. Mg, Fe :
merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.
4. Air :
bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.
bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki
klorofil.
2. Cahaya :
beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya,
tanaman lain tidak memerlukan cahaya.
3. Unsur N. Mg, Fe :
merupakan unsur-unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.
4. Air :
bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil.
Pada tabun 1937 : Robin Hill
mengemukakan bahwa cahaya matahari yang ditangkap oleh klorofil digunakan untak
memecahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Peristiwa ini disebut fotolisis
(reaksi terang).
H2 yang terlepas akan diikat oleh
NADP dan terbentuklah NADPH2, sedang O2 tetap dalam keadaan bebas. Menurut
Blackman (1905) akan terjadi penyusutan CO2 oleh H2 yang dibawa oleh NADP tanpa
menggunakan cahaya. Peristiwa ini disebut reaksi gelap NADPH2 akan bereaksi
dengan CO2 dalam bentuk H+ menjadi CH20.
CO2 + 2 NADPH2 + O2 ————> 2 NADP + H2 + CO+ O + H2 + O2
Ringkasnya :
Reaksi terang :2 H20 ——> 2 NADPH2 + O2
Reaksi gelap :CO2 + 2 NADPH2 + O2——>NADP + H2 + CO + O + H2 +O2
atau
2 H2O + CO2 ——> CH2O + O2
atau
12 H2O + 6 CO2 ——> C6H12O6 + 6 O2
3. Kemosintesis
CO2 + 2 NADPH2 + O2 ————> 2 NADP + H2 + CO+ O + H2 + O2
Ringkasnya :
Reaksi terang :2 H20 ——> 2 NADPH2 + O2
Reaksi gelap :CO2 + 2 NADPH2 + O2——>NADP + H2 + CO + O + H2 +O2
atau
2 H2O + CO2 ——> CH2O + O2
atau
12 H2O + 6 CO2 ——> C6H12O6 + 6 O2
3. Kemosintesis
Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.
Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri).
Bakteri Nitrosomonas dan
Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3,
tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:
Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi
Nitrosococcus
Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi
Nitrosococcus
1.
Sintesis Lemak
Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.
Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalarn daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya.
4.1. Sintesis Lemak dari Karbohidrat
:
Glukosa diurai menjadi piruvat ———> gliserol.
Glukosa diubah ———> gula fosfat ———> asetilKo-A ———> asam lemak.
Gliserol + asam lemak ———> lemak.
Glukosa diurai menjadi piruvat ———> gliserol.
Glukosa diubah ———> gula fosfat ———> asetilKo-A ———> asam lemak.
Gliserol + asam lemak ———> lemak.
4.2.
Sintesis Lemak dari Protein:
Protein ————————> Asam Amino
protease
Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dabulu, setelah itu memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piravat ———> Asetil Ko-A.
Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam pirovat, selanjutnya asam piruvat ——> gliserol ——> fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifkasi membentuk lemak.
Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih tinggi daripada karbohidrat. 1 gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori saja.
5. Sintesis Protein
Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida.
Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.
Protein ————————> Asam Amino
protease
Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dabulu, setelah itu memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piravat ———> Asetil Ko-A.
Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam pirovat, selanjutnya asam piruvat ——> gliserol ——> fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifkasi membentuk lemak.
Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan. Nilai kalorinya lebih tinggi daripada karbohidrat. 1 gram lemak menghasilkan 9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya menghasilkan 4,1 kalori saja.
5. Sintesis Protein
Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida.
Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.
- Respirasi
- Glikolisis
Glikolisis merupakan proses
pengubahan molekul sumber energi. Prose glikolisis berlangsung dalam sitoplasma
secara anaerob.
Secara ringkas, pada proses
glikolisis tertjadi reaksi sebagai berikut:
Glikolisis → Asam piruvat + Energi
- Siklus Krebs
Siklus krebs atau daur krebs
merupakan siklus yang terjadi setelah glikolisis.Pada siklus krebs, asam
piruvat hasil glikolisis memasuki mitokondria.
- Rantai Transpor Elektron
Rantai transport electron terjadi
dalam ruang intermembran mitokondria. Sistem ini berperan membentuk energi
selama oksidasi dari enzim pereduksi. Rantai transpor electron merupakan system
yang kompleks. Sistem rantai transport electron melibatkan NADH, FAD, dan
molekul-molekul lainnya.
Aliran Elektron non-siklik
Aliran elektron non-siklik dimulai ketika fotosistem II
menyerap cahaya , dan electron yang dieksitasi ke tingkat yang lebih tinggi
dalam P680 diterima oleh akseptor electron primer. Klorofil yang
dioksidasi menjadi agen pengoksidasi yang sangat kuat. Elektron
diekstraksi dari air dan dikirimkan ke P680 menggantikan elektron yang keluar
dari klorofil. Air diuraikan menjadi hidrogen dan oksigen. Elektron yang
terfotoeksitasi mengalir dari akseptor elektron primer ke fotosistem I melalui
rantai transport elektron yang terdiri dari satu pembawa elektron yaitu
plastokinon (Pq), suatu kompleks yang terdiri atas dua sitokrom , dan protein
yang mengandung tembaga yang disebut plastosianin (Pc). Elektron yang menuruni
rantai, eksergoniknya berada ke tingkat energi yang lebih rendah dan digunakan
oleh tilakoid untuk menghasilkan ATP. Pmbentukan ATP disebut fosforilasi
karena digerakkan oleh energi cahaya.
Elektron selanjutnya mencapai pusat P700 yang telah
kehilangan elektronnya, karena energy cahaya menggerakkan electron dari P700 ke
akseptor electron primer pada fotosistem I. Selanjutnya electron ditransfer
melalui transfer electron . disalurkan ke feredoksin (Fd). NADP+
reduktase menyalurkan electron dari Fd ke NADP+. NADP+
berubah menjadi NADPH.
Aliran Elektron siklik
Elektron yang terfotoeksitasi dapat melalui jalur khusus
yaitu aliran electron siklik. Aliran ini menggnakan fotosistem I
saja. Elektron kembali dari feredoksin ke kompleks sitokrom dank e
klorofil P700. NADPH tidak diproduksi tetapi menghasilkan ATP.
Proses pembentukan ATP ini disebut fosforilasi siklik.
Siklus Calvin
Siklus Calvin dibagi menjadi tiga
tahap yaitu :
- Fiksasi karbon. Molekul CO2 diikat
pada ribulosa bifosfat (RuBP) dengan bantuan RuBP karboksilase atau
Rubisco. Reaksi ini menghasilkan dua molekul 3-fosfogliserat.
- Reduksi. Tiap molekul 3-fosfogliserat menerima
gugus fosfat baru dari ATP menghasilkan 1,3-difosfogliserat. Selanjutnya
1,3 difosfogliserat direduksi oleh sepasang electron dari NADPH menjadi
gliseraldehid 3-fosfat (G3P). G3P merupakan gula. Setiap 3
molekul CO2 terdapat 6 molekul G3P, tetapi hanya 1 molekul G3P
yang dihitung sebagai selisih perolehan karbohidrat. Satu molekul keluar
siklus dan digunakan oleh tumbuhan, sedangkan 5 molekul didaur ulang untuk
menghasilkan 3 molekul RuBP.
- Regenerasi akseptor CO2. Lima molekul
G3P disusun ulang dalam langkah terakhir siklus Calvin menjadi 3 molekul
RuBP yang siap menerima CO2 kembali.
Tumbuhan C4
Tumbuhan C4 memfiksasi karbon dengan membentuk senyawa
berkarbon empat sebagai produknya. Tergolong tumbuhan C4 yang penting
dalam pertanian adalah tebu, jagung, dan famili rumput. Dalam tumbuhan C4
terdapat dua jenis sel fotosintetik : sel seludang-berkas pembuluh dan sel
mesofil. Sel seludang berkas pembuluh tersusun menjadi kemasan yang padat
di sekitar berkas pembuluh. Di antara seludang-berkas pembuluh dan epidermis
daun terdapat sel mesofil. Siklus Calvin terbatas pada kloroplas
seludang-berkas pembuluh. Siklus ini didahului oleh masuknya CO2
ke dalam senyawa organik dalam mesofil.
Tahap pertama adalah penambahan CO2 pada
fosfoenolpiruvat (PEP) untuk membentuk oksaloasetat (memiliki empar
karbon). Enzim karboksilase menambahkan CO2 pada
PEP. Setelah memfiksasi CO2, sel mesofil mengirim keluar
produk berkarbon empat ke sel seludang-berkas pembuluh melalui
plasmodesmata. Dalam seludang-berkas pembuluh, senyawa berkarbon empat
melepaskan CO2 yang diasimilasi ulang ke dalam materi organik oleh
rubisko dan siklus Calvin.
Sel mesofil tumbuhan C4 memompa CO2 ke dalam
seludang-berkas pembuluh, mempertahankan konsentrasi CO2 dalam
seludang-berkas pembuluh cukup tinggi agar rubisko dapat menerima CO2
bukan O2. Fotosintesis C4 meminimumkan fotorespirasi dan
meningkatkan produksi gula.
Tumbuhan CAM
Tumbuhan lain seperti tumbuhan sukulen (penyimpan air),
kaktus, nenas dan beberapa family lain memiliki adaptasi fotosintesis yang
lain. Tumbuhan ini membuka stomata pada malam hari dan menutup pada siang
hari. Stomata yang menutup pada siang hari membuat tumbuhan menghemat air
tetapi mencegah masuknya CO2. Saat stomata terbuka pada malam
hari, tumbuhan mengambil CO2 dan memasukkannya ke berbagai asam
organic. Metabolism ini disebut crassulacean acid metabolism (CAM).
Sel mesofil tumbuhan CAM menyimpan asam organic yang dibuatnya selama malam
hari di dalam vakuola hingga pagi hari. Pada siang hari saat reaksi
terang menyediakan ATP dan NADPH untuk siklus Calvin, CO2 dilepas
dari asam organik yang dibuat pada malam hari itu sebelum dimasukkan ke
dalam gula dalam kloroplas.
Dinding sel hanya terdapat
pada sel tumbuhan. Dinding sel terdiri daripada selulosa yang kuat yang dapat
memberikan sokongan, perlindungan, dan untuk mengekalkan bentuk sel. Terdapat
liang pada dinding sel untuk membenarkan pertukaran bahan di luar dengan bahan
di dalamsel.
Dinding sel juga berfungsi untuk menyokong tumbuhan yang tidak berkayu.
Dinding sel juga berfungsi untuk menyokong tumbuhan yang tidak berkayu.
Dinding sel terdiri dari Selulosa (sebagian
besar), hemiselulosa, pektin, lignin, kitin, garam karbonat dan silikat dari Ca
dan Mg.
b. Membran Plasma
Membran sel merupakan lapisan
yang melindungi inti sel dan sitoplasma. Membran sel membungkus organel-organel
dalam sel. Membran sel juga merupakan alat transportasi bagi sel yaitu tempat
masuk dan keluarnya zat-zat yang dibutuhkan dan tidak dibutuhkan oleh sel.
Struktur membran ialah dua lapis lipid (lipid bilayer) dan memiliki
permeabilitas tertentu sehingga tidak semua molekul dapat melalui membran sel.
Struktur membran sel yaitu
model mozaik fluida yang dikemukakan oleh Singer dan Nicholson pada tahun 1972.
Pada teori mozaik fluida membran merupakan 2 lapisan lemak dalam bentuk fluida
dengan molekul lipid yang dapat berpindah secara lateral di sepanjang lapisan
membran. Protein membran tersusun secara tidak beraturan yang menembus lapisan
lemak. Jadi dapat dikatakan membran sel sebagai struktur yang dinamis dimana
komponen-komponennya bebas bergerak dan dapat terikat bersama dalam berbagai
bentuk interaksi semipermanen Komponen penyusun membran sel antara lain adalah
phosfolipids, protein, oligosakarida, glikolipid, dan kolesterol.
Salah satu fungsi dari membran
sel adalah sebagai lalu lintas molekul dan ion secara dua arah. Molekul yang
dapat melewati membran sel antara lain ialah molekul hidrofobik (CO2, O2), dan
molekul polar yang sangat kecil (air, etanol). Sementara itu, molekul lainnya
seperti molekul polar dengan ukuran besar (glukosa), ion, dan substansi
hidrofilik membutuhkan mekanisme khusus agar dapat masuk ke dalam sel.
Banyaknya molekul yang masuk
dan keluar membran menyebabkan terciptanya lalu lintas membran. Lalu lintas
membran digolongkan menjadi dua cara, yaitu dengan transpor pasif untuk
molekul-molekul yang mampu melalui membran tanpa mekanisme khusus dan transpor
aktif untuk molekul yang membutuhkan mekanisme khusus.
Transpor pasif
Transpor pasif merupakan suatu
perpindahan molekul menuruni gradien konsentrasinya. Transpor pasif ini
bersifat spontan. Difusi, osmosis, dan difusi terfasilitasi merupakan contoh
dari transpor pasif. Difusi terjadi akibat gerak termal yang meningkatkan
entropi atau ketidakteraturan sehingga menyebabkan campuran yang lebih acak.
Difusi akan berlanjut selama respirasi seluler yang mengkonsumsi O2 masuk.
Osmosis merupakan difusi pelarut melintasi membran selektif yang arah
perpindahannya ditentukan oleh beda konsentrasi zat terlarut total (dari
hipotonis ke hipertonis). Difusi terfasilitasi juga masih dianggap ke dalam
transpor pasif karena zat terlarut berpindah menurut gradien konsentrasinya.
Contoh molekul yang berpindah
dengan transpor pasif ialah air dan glukosa. Transpor pasif air dilakukan lipid
bilayer dan transpor pasif glukosa terfasilitasi transporter. Ion polar
berdifusi dengan bantuan protein transpor.
Transpor aktif
Transpor aktif merupakan
kebalikan dari transpor pasif dan bersifat tidak spontan. Arah perpindahan dari
transpor ini melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif membutuhkan bantuan
dari beberapa protein. Contoh protein yang terlibat dalam transpor aktif ialah
channel protein dan carrier protein, serta ionophore.
Yang termasuk transpor aktif
ialah coupled carriers, ATP driven pumps, dan light driven pumps. Dalam
transpor menggunakan coupled carriers dikenal dua istilah, yaitu simporter dan
antiporter. Simporter ialah suatu protein yang mentransportasikan kedua
substrat searah, sedangkan antiporter mentransfer kedua substrat dengan arah
berlawanan. ATP driven pump merupakan suatu siklus transpor Na+/K+ ATPase.
Light driven pump umumnya ditemukan pada sel bakteri. Mekanisme ini membutuhkan
energi cahaya dan contohnya terjadi pada Bakteriorhodopsin.
c. Mitokondria
Mitokondria adalah tempat di
mana fungsi respirasi pada makhluk hidup berlangsung. Respirasi merupakan
proses perombakan atau katabolisme untuk menghasilkan energi atau tenaga bagi
berlangsungnya proses hidup. Dengan demikian, mitokondria adalah “pembangkit
tenaga” bagi sel.
Mitokondria banyak terdapat
pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan banyak ATP
dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Jumlah dan bentuk mitokondria
bisa berbeda-beda untuk setiap sel. Mitokondria berbentuk elips dengan diameter
0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm. Struktur mitokondria terdiri dari empat bagian
utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks yang
terletak di bagian dalam membran [Cooper, 2000].
Membran luar terdiri dari
protein dan lipid dengan perbandingan yang sama serta mengandung protein porin
yang menyebabkan membran ini bersifat permeabel terhadap molekul-molekul kecil
yang berukuran 6000 Dalton. Dalam hal ini, membran luar mitokondria menyerupai
membran luar bakteri gram-negatif. Selain itu, membran luar juga mengandung
enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid dan enzim yang berperan dalam
proses transpor lipid ke matriks untuk menjalani ?-oksidasi menghasilkan Asetil
KoA.
Membran dalam yang kurang
permeabel dibandingkan membran luar terdiri dari 20% lipid dan 80% protein.
Membran ini merupakan tempat utama pembentukan ATP. Luas permukaan ini
meningkat sangat tinggi diakibatkan banyaknya lipatan yang menonjol ke dalam
matriks, disebut krista [Lodish, 2001]. Stuktur krista ini meningkatkan luas
permukaan membran dalam sehingga meningkatkan kemampuannya dalam memproduksi
ATP. Membran dalam mengandung protein yang terlibat dalam reaksi fosforilasi
oksidatif, ATP sintase yang berfungsi membentuk ATP pada matriks mitokondria,
serta protein transpor yang mengatur keluar masuknya metabolit dari matriks
melewati membran dalam.
Ruang antar membran yang
terletak diantara membran luar dan membran dalam merupakan tempat
berlangsungnya reaksi-reaksi yang penting bagi sel, seperti siklus Krebs,
reaksi oksidasi asam amino, dan reaksi ?-oksidasi asam lemak. Di dalam matriks
mitokondria juga terdapat materi genetik, yang dikenal dengan DNA mitkondria
(mtDNA), ribosom, ATP, ADP, fosfat inorganik serta ion-ion seperti magnesium,
kalsium dan kalium
Mitokondria banyak terdapat
pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan banyak ATP
dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Jumlah dan bentuk mitokondria
bisa berbeda-beda untuk setiap sel. Mitokondria berbentuk elips dengan diameter
0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm. Struktur mitokondria terdiri dari empat bagian
utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks yang
terletak di bagian dalam membran [Cooper, 2000].
Membran luar terdiri dari protein dan lipid dengan perbandingan
yang sama serta mengandung protein porin yang menyebabkan membran ini bersifat
permeabel terhadap molekul-molekul kecil yang berukuran 6000 Dalton. Dalam hal
ini, membran luar mitokondria menyerupai membran luar bakteri gram-negatif.
Selain itu, membran luar juga mengandung enzim yang terlibat dalam biosintesis
lipid dan enzim yang berperan dalam proses transpor lipid ke matriks untuk
menjalani β-oksidasi menghasilkan asetil-KoA.
Membran dalam yang kurang
permeabel dibandingkan membran luar terdiri dari 20% lipid dan 80% protein.
Membran ini merupakan tempat utama pembentukan ATP. Luas permukaan ini
meningkat sangat tinggi diakibatkan banyaknya lipatan yang menonjol ke dalam
matriks, disebut krista [Lodish, 2001]. Stuktur krista ini meningkatkan luas
permukaan membran dalam sehingga meningkatkan kemampuannya dalam memproduksi
ATP. Membran dalam mengandung protein yang terlibat dalam reaksi fosforilasi
oksidatif, ATP sintase yang berfungsi membentuk ATP pada matriks mitokondria,
serta protein transpor yang mengatur keluar masuknya metabolit dari matriks
melewati membran dalam.
Ruang antar membran yang
terletak diantara membran luar dan membran dalam merupakan tempat
berlangsungnya reaksi-reaksi yang penting bagi sel, seperti siklus Krebs,
reaksi oksidasi asam amino, dan reaksi β-oksidasi asam lemak. Di dalam matriks
mitokondria juga terdapat materi genetik, yang dikenal dengan DNA mitkondria
(mtDNA), ribosom, ATP, ADP, fosfat inorganik serta ion-ion seperti magnesium,
kalsium dan kalium
Tidak ada komentar:
Posting Komentar