FISIOLOGI TUMBUHAN

ENZIM DAN RESPIRASI TUMBUHAN

Tujuan Instruksional Khusus:

Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa akan dapat menjelaskan prinsip dasar kerja enzim dan proses respirasi tumbuhan

Edisi 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)Protein - kofaktor

(Holoenzim)1. Ion anorganik (kofaktor)2. Senyawa organik (koenzim)

Sifat-sifat enzim

1. Efektif pada konsentrasi sangat rendah2. Tidak dipengaruhi oleh reaksi dimana

katalisator berfungsi3. Tidak berpengaruh terhadap keseimbangan

reaksi4. Pada umumnya bersifat khas

Kelas-kelas enzim utamaNama kelas Tipe reaksi yang dikatalisatori1. Oksidoreduktase Semua tipe reaksi oksidasi reduksi2. Transferase Memindahkan satu grup atom yang utuh

dari molekul donor ke akseptor3. Hidrolase Memecahkan ikatan dengan cara hidroli-

sis (reaksi melibatkan air)4. Liase Memecahkan ikatan C-C, C-O, C-N dsb.

dengan cara lain, bukan hidrolisis atauoksidasi

5. Isomerase Interkonversi isomer-isomer, misal:Aldehid keton, isomer L isomer D

6. Ligase Pembentukan ikatan karena kondensasidua molekul dengan energi dari ATP

Tata nama enzim• Sebagian terbesar enzim diberikan nama dengan

akhiran -ase dan berdasarkan pada tipe reaksi yangdikatalisis dan nama substrat

• Enzim digolongkan dalam 6 kelas berdasarkan tipe transformasi kimia yang terjadi

• Setiap kelas terbagi dalam subkelas dan sub-subkelas

• Bagan tata nama enzim dilengkapi dengan sistem pemberian nama. Nomor sandi enzim terdiri dari empat yang berturut-turut menyatakan: kelas-subkelas-sub-subkelas-nomer seri enzim

Prinsip dasar katalisis

1. 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 enzim

1. Efektif pada konsentrasi sangat rendah2. Tidak dipengaruhi oleh reaksi dimana

katalisator berfungsi3. Tidak berpengaruh terhadap keseimbangan

reaksi4. Pada umumnya bersifat khas

Prinsip dasar katalisis1. Terjadinya reaksi karena molekul substrat mengalami

kolisi dan mendapatkan energi aktivasi2. Adanya katalisis (enzim) meningkatkan laju reaksi,

karena adanya katalis menurunkan energi aktivasi

Tingkat Energi

A+B

E akt. 2E akt. 1

AB

Tanpa katalisatorDengan katalisator

RESPIRASI TUMBUHAN

Respirasi:Kata latin: respirare = bernafasDiketahui sejak abad XVIII:• 1772 J. Priestley: Tumbuhan dapat memurnikan

udara kotor• Lavoisier: Respirasi CO2 + H2O• Ingenhousz : Tumbuhan dan hewan terjadi pertukaran

O2 dan CO2 dengan atmosfir.

O2

RESPIRASI TUMBUHAN

C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 6H2O + 6H2O

C6H12O6 CO2 + H2OA B C+ H2O + O2

Intermediat: prekursor untuk senyawa-senyawa pembentuk sel

Substrat Respirasi:♠Heksosa (Glukosa)♠Lipid♠Asam-asam Organik♠Protein

Identifikasi Substrat:

mol CO2 yang dilepasmol O2 yang dipakaiKuosien Respirasi (KR):

Contoh Perhitungan Nialai Kuosien Respirasi (KR):

1. Gula: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + H2O

KR =6 mol CO26 mol O2

= 1.0

2. Asam Organik (asam malat):

C4H6O5 + 3O2 4CO2 + 3H2O

KR =4 mol CO2

3 mol O2= 1.33

3. Asam lemak (asam palmitat):

C16H32O2 + 11O2 C12H22O11 + 4CO2 + 5H2O

KR = 4 mol CO211 mol O2

= 0.36

Fosforilasi Pati:Pati + n Pi (Glukosa-1-fosfat)n

Glukosa

Hidrolitik Glukosa-1-P

Triosa-P

Triosa-PGlukosa

Heksosa-P

Plastid

Sitosol

Fosforolitik

Pi

Pati

Respirasi

Glikolisis

Aerobik Anaerobik

Siklus Krebs

Rantai Respirasi

Sitoplasma

Mitokondria

CO2 H2O

ATP

O2

CO2 +Etanol

Lintasan Respirasi

I. GlikolisisGlikolisis: Perubahan Gula As. piruvat

Glukosa

Glukosa-6-fosfat

Fruktosa-6-fosfat

Fruktosa-1,6-difosfat

Dehidroksi aseton fosfat Gliseraldehid-3-fosfat

1,3-bisfosfat gliserat

ATPADP

ATPADP

ADPATP

NAD+

NADH

1

2

3

4

6

7

1 molekul

5

3-fosfo gliserat

2-fosfo gliserat fosfoenol piruvat

Piruvat10

9

82 x

ADP

ATP2 molekul

Enzim-enzim GLikolisis

1. heksokinase2. fosfoheksokinase3. fosfofruktokinase4. aldolase5. triosa fosfat isomerase6. triosa fosfat dehidrogenase7. fosfogliseril kinase8. fosfoglisero mutase9. enolase

10. piruvat kinase

Lintasan Pentosa Fosfat Oksidatif Linatasan Alternatif metabolisme Glukosa

Dari Glikolisis

6-fosfoglukonat

Ribulosa -5- P

Ribulosa -5- P Xilulosa -5- P

Gliseraldehida -3- P sedoheptulosa -7- P

Erotrosa -4- PFruktosa -6- P

GLIKOLISIS

NADP+

NADPH

NADP+

NADPHCO2

1

2

3 4

5

6

Glukosa-6- P

Enzim-enzim Lintasan PPO

1. Glukosa-6-fosfat dehidrogenase

2. 6-fosfoglukonat dehidrogenase

3. fosforibo isomerase

4. fosfopentoepimerase

5. transketolase

6. transaldolase

II. Respirasi Oksidatif (Metokondria)- Siklus Krebs- Rantai Respirasi

COOHCOCH3

AsamSitrat

Asamcis-akonitatAsam Malat

Asam Fumarat

Asam Suksinat

- ketoglutarat

Asetil KoA

Asam OksaloAsetat

Asam Isositrat

Koenzim A

H2O

H2O

CO2

NAD+

NADH

H2OCO2

NAD+NADH

ATP

FADFADH2

NAD+

NADH

H2O

NAD+

NADH

KoA CO2

Siklus Krebs

ADP

II. Respirasi Oksidatif (Metokondria)- Siklus Krebs- Rantai Respirasi

COOHCOCH3

AsamSitrat

Asamcis-akonitatAsam Malat

Asam Fumarat

Asam Suksinat

- ketoglutarat

Asetil KoA

Asam OksaloAsetat

Asam Isositrat

Koenzim A

H2O

H2O

CO2

NAD+

NADH

H2OCO2

NAD+NADH

ATP

FADFADH2

NAD+

NADH

H2O

NAD+

NADH

KoA CO2

Siklus Krebs

ADP

Respirasi Aerobik

Respirasi Anaerobik

Respirasimitokondria

CO2 + H2O

Asetaldehid

Etanol

CO2Laktat

NADHNAD+

Piruvat3

2

1

NADH

NAD+

36 ATP 2 ATP1. Piruvat dikarboksilase2. alkohol dehidrogenase3. laktat dehidrogenase

Etanol: Ragi (Fermentasi Alkohol)Biji berkecambah sebelum kulitnya pecah

Asam Laktat: hewan dan bakteri Lactobacillus

Rantai Respirasi: Rantai Transport Elektron

AsamSuksinat

AsamSuksinat

FAD

FADH2

Fe++

Fe+++

Ubok

NAD+

NADH

FMNH2

FMN

Fe+++

Fe++

Fe+++

Fe++

Ubred

Ubok

Sit-bFe-S

Fe+++

Fe++

Fe++

Fe+++

Fe+++

Fe++

Fe++

Fe+++

O2

H2O

Sit-b Sit-c Sit-a Sit-a3

Rantai Respirasi: Rantai Transport Elektron

AsamSuksinat FAD

FADH2 Fe+++

Ubok

Fe-S

Fe++

AsamSuksinat

NAD+ FMNH2

FMN

Fe+++

Fe++

Fe+++

Fe++

Fe++

Fe+++

Fe+++

Fe++

Ubred

Ubok

Fe++

Fe+++H2O

Sit-b Sit-c Sit-a Sit-a3Fe-S

O2

NADH

Rantai Transport Elektron “couple” dengan sintesis ATP (Hipotesis Kemiosmosis Mitchell)

Sit.c Sit.cSit b

Sit c1

Sikl. Q

FMNSit a/a3

H2O

1/2O2 + 2H+

Suksinat Fumarat

4H+

Kompleks 1

Fo

F1

Mem

bran

Dal

am

Kompleks 3 ATP Sintase

2H+ 2H+ 2H+

Antar Membran

Matriks

NADH + H+

ADP + Pi ATPNAD+

H+

Kompleks 2 Kompleks 4

Respirasi Biji Berlemak

Kelenjar Lemak:

Trigliserida

As. Lemak+

Gliserol

Gliserol Gliserol-P DHAP Fruktosa-1,6-BP

Fruktosa-6-P

Glukosa-1-PSukrosa

Glukoneogenesis

Sitrat

Isositrat

Suksinat

Malat

Oksaloasetat

Siklus Glioksilat

GlioksisomAs. Lemak Asetil KoA

GlioksilatMalat

NAD+

NADHOksaloasetat

Malat

Fumarat

Suksinat

Mitokondria

NAD+

NADH

Malat Oksaloasetat PEPNAD+

NADH

CO2

ATP ADP

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Respirasi

1. Ketersediaan Substrat2. Ketersediaan Oksigen:⇒ Mengoksidasi NADH, NADPH dan FADH2

⇒ Mengurangi respirasi anaerobik⇒ Memungkinkan terjadinya Siklus Krebs (penghasil energi

dan intermediet)

Aerobik

Anaerobik < 10%0.5

5 10 1

Prod

uksi

CO

1.02

% O25 20 25 30 35

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, laju respirasi > tumbuhan berbiji - alga (perberat kering)

Jaringan-jaringan:MeristematikKecambah Laju respirasi cepat

Biji DormanSpora Laju respirasi sangat rendah

Umur

Pendewasaan Senesen

Pertumb.Cepat

Res

pira

si R

elat

if

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