FisiologiFisiologi TumbuhanTumbuhan

DR. IR. RIRIEN PRIHANDARINI, MSDR. IR. RIRIEN PRIHANDARINI, MS

SilabusSilabusPengertian dan ruang lingkup fisiologi tumbuhan, sel dan organela sel, gerakan partilel berupa difusi, osmosis dan imbibisi. Peran air bagi tumbuhan, penyerapan dan pengangkutan air serta transpirasi. Dalam metabolisme dibahas tentang enzim, fotosintesis dan respirasi. Fotosintesis mencakup reaksi cahaya, reaksi gelap dan faktor-faktor yang berpengaruh. Respirasi mencakup glikolisis, siklus Krebs faktor- faktor yang berpengaruh dan respirasi cahaya. Pengangkutan hasil fotosintesis, jalur dan teori pengangkutan.

PustakaPustaka

•

Devlin, R.M. and F.H. Witham. 1983. Plant Physiology.

•

Dwidjoseputro. 1985. Dasar

Fisiologi Tumbuhan..

•

Taiz, L. and E. Zeiger. 1998. Plant Physiology.

JadualJadualMg Tgl

Materi

1 Pendahuluan2 Gerakan

partikel

: difusi

dan

osmosis3 Imbibisi, air 4 Penyerapan

dan

pengangkut

an air5 Transpirasi6 Ujian

Tengah

Semester

JadualJadual

((lanjutanlanjutan))Mg Materi7 Hubungan

cahaya

dan

tanaman

8 Fotosintesis9 Reaksi

terang

dan

gelap

fotosintesis

10

Respirasi11

Faktor

yg

mempengaruhi

Respirasi

12

Metabolisme13

Enzim

14

Diskusi

PendahuluanPendahuluanBatasan•

Fisiologi

Tumbuhan

: ilmu

yang

membahas

proses-proses

yang terjadi

di dalam

tubuh

tumbuhan

pada

tingkatan

molekuler

dan

seluler•

Fisiologi

Tanaman

: ilmu

yang membahas

proses-proses

yang terjadi

di

dalam

tubuh tanaman

pada

tingkatan

individu

dan

populasi•

Tanaman

adalah

tumbuhan

yang

dibudidayakan

PembahasanPembahasan

dalamdalam

FisiologiFisiologi

TumbuhanTumbuhan

•

Macam

proses

: transpirasi, respirasi

dll•

Mekanisme

proses

: fotosintesis

terdiri

dari

reaksi

cahaya

dan

rekasi

gelap•

Di

mana

terjadinya

; fotosintesis

di

dalam

kloroplas•

Faktor

yang berpengaruh

: transpirasi

dipengaruhi

intensitas

cahaya

FaktorFaktor

BerpengaruhBerpengaruh

thdthd

TanamanTanamanGenetik

Iklim

Air,Chya,Suhu,CO2

Tanaman

Orgme

Tan. Hma, Peny,Glm

Proses

Tanah Fisik, Kimia, Biol

Fisiologis

Macam, mekanisme. tempat

Pertumbuhan

Hasil

SejarahSejarahFisiologi Tumbuhan telah ada sangat lama, tetapi tidak bersamaan

dengan adanya manusia maupun dimulainya pertanian

PENDAHULUANPENDAHULUANBatasan Pertanian

•

Sempit : pengelolaan tanaman dan lingkungannya agar memberikan suatu produk yang maksimal

•

Luas : tanaman (pertanian), ternak (peternakan) dan ikan (perikanan)

PeranPeran

TumbuhanTumbuhan--TanamanTanamanSumber

pangan

SandangSandang

PapanPapan

ObatObat

dandan

KosmetikKosmetik

BahanBahan

IndustriIndustri

KeindahanKeindahan

dandan

RekreasiRekreasi

DaurDaur

hidrologihidrologi

ParuParu--paruparu

DuniaDunia

IlmuIlmu

PendukungPendukung

•

Anatomi

dan

Morfologi

: penyerapan

air

FisikaFisika

dandan

KimiaKimia

reaksi

cahaya

dan

gelap

fotosintesis

MatematikMatematik

SelSel

dandan

OrganelaOrganela

GerakanGerakan

PartikelPartikelCO2

O2

H2

O

Ion H2

O

•

Tanaman bertambah besar ukurannya karena adanya bahan tambahan berupa partikel

•

Partikel berupa ion atau molekul yang masuk dan keluar dari dalam tubuh tanaman

•

Ion yang masuk antara lain berupa nutrisi misalnya NH4

+, NO3- dll

•

Molekul yang masuk misalnya : CO2 dan H2 O•

Molekul yang keluar misalnya O2 dan H2 O

•

Masuk dan keluarnya partikel dengan proses gerakan partikel berupa difusi, osmosis dan imbibisi

DifusiDifusigerakan partikel dari

tempat dengan potensial kimia lebih tinggi ke tempat dengan potensial kimia lebih rendah karena energi kinetiknya sendiri sampai terjadi keseimbangan dinamis

•

Potensial

kimia

: energi

bebas

per mol•

Energi

bebas

: energi

untuk

melakukan

kerja•

Energi

kinetik

: energi

yang dimiliki

partikel

dengan

suhu

di

atas

0o

K untuk

melakukan

gerakan•

Keseimbangan

dinamis

: partikel

tetap

bergerak

namun

jumlah

yang masuk seimbang

dengan

jumlah

yang keluar,

sehingga

difusi

berhenti

DifusiDifusi

COCO22

, O, O2 2 dandan

HH22

OO

COCO2 2 OO22 HH22

OO

OsmosisOsmosis

•

Osmosis : gerakan air dari potensial air lebih tinggi ke potensial air lebih rendah melewati membran selektif permeabel sampai dicapai keseimbangan dinamis

MembranMembran

ArahArah

gerakangerakan

airair•

Dari potensial

air lebih

tinggi

ke

potensial

air lebih

rendah•

Dari DTD lebih

rendah

ke

DTD lebih

tinggi

•

Dari larutan

dengan

konsentrasi

lebih rendah

ke

konsentrasi

lebih

tinggi

•

Dari larutan

lebih

encer

ke

larutan

lebih kental

KetentuanKetentuan

dalamdalam

gerakangerakan

air air

•

Saat

seimbang

dinamik

, potensial

air atau DTD sama

•

Bila

salah

satu

bagian

tidak

terbatas

misal lengas

tanah, potensial

air sama

dengan

bagian

yang tidak

terbatas•

Bila

dua

bagian

terbatas

, potensial

air

akhir

merupakan

rata-rata•

Potensial

solut

tidak

berubah

sampai

potensial

tekanan

mencapai

0 bar

TRANSPIRASITRANSPIRASI

DefinisiDefinisi

•

Proses

hilangnya

air dalam

bentuk

uap

air dari

jaringan

hidup

tanaman yang terletak

di

atas

permukaan

tanah melewati

stomata, lubang

kutikula, dan

lentisel•

80% air yang ditranspirasikan

berjalan

melewati

lubang

stomata, paling besar

peranannya

dalamtranspirasi

PerbedaanPerbedaan

TranspirasiTranspirasi

dengandengan evaporasievaporasi

Transpirasi Evaporasi1. proses fisiologis atau fisika

yang termodifikasi1. proses fisika murni

2. diatur bukaan stomata 2. tidak diatur bukaan stomata

3. diatur beberapa macam tekanan

3. tidak diatur oleh tekanan

4. terjadi di jaringan hidup 4. tidak terbatas pada jaringan hidup

5. permukaan sel basah 5. permukaan yang menjalankannya menjadi kering

Lubang

stomata yang mengatur

laju

transpirasi

PerbedaanPerbedaan

TranspirasiTranspirasi

dengandengan

gutasigutasiTranspirasi Gutasi

1. terjadi pada siang hari 1. pada malam hari2. air yang hilang

berbentuk uap air2. air yang keluar berbentuk

cair3. yang dilepaskan uap air

murni3. cairan mengandung solute,

seperti gula dan garam4. terjadi melewati

stomata, lubang kutikula, dan lenti sel

4. melewati hidatoda

5. terkendali oleh bukaan stomata

5. tidak terkebdali

6. menurunkan suhu permukaan tanaman

6. tidak menurunkan suhu permukaan

BesarnyaBesarnya

air yang air yang tertranspirasitertranspirasi

•

Sebagian

besar

air yang diserap

tanaman ditranspirasikan

•

Misal: tanaman jagung, dari

100% air

yang diserap: 0,09% untuk

menyusun

tubuh, 0,01% untuk pereaksi, 98,9%

untuk

ditranspirasikan

DampakDampak

negatifnegatif

transpirasitranspirasi•

Transpirasi

dapat

membahayakan

tanaman

jika

lengas

tanah

terbatas, penyerapan

air tidak

mampu

mengimbangi

laju

transpirasi, Ψw sel

turun, Ψp menurun, tanaman

layu, layu

permanent,

mati, hasil

tanaman

menurun•

Sering

terjadi

di

daerah

kering, perlu

irigasi, meningkatkan

lengas

tanah, pada kisaran

layu

tetap

–

kapasitas

lapangan

KondisiKondisi

air air tanahtanahZona Jenuh Air

Kapasitas Lapangan

Zona Air Kapiler

Titik Layu Permanen

Zona Layu Permanen

PerananPeranan

transpirasitranspirasi

•

Pengangkutan

air ke daun

dan

difusi

air antar

sel•

Penyerapan

dan

pengangkutan

air, hara•

Pengangkutan

asimilat

•

Membuang

kelebihan

air•

Pengaturan

bukaan

stomata•

Mempertahankan

suhu

daun

MekanismeMekanisme

transpirasitranspirasi

MacamMacam

transpirasitranspirasi

•

Stomater

: 80-90% total transpirasi•

Kutikuler: 20% total transpirasi

•

Lentikuler

: 0,1% total transpirasi

MekanismeMekanisme

bukaanbukaan stomatastomata

•

Teori

perubahan

pati menjadi

gula

•

Teori

pengangkutan proton, K+

•

Bukaan

stomata pada tanaman

sukulen

TeoriTeori

perubahanperubahan

patipati

menjadimenjadi

gulagula

•

Siang

hari

terjadi

fotosintesis, CO2 diserap, kandungannya

dalam

ruang

antar

sel

menurun, pH naik

(7), pati

dalam

sel penjaga

terhidrolisis

menjadi

gula, Ψs

sel penjaga

turun, Ψw turun, endoosmosis

di

sel

penjaga, Ψp naik, dinding

sel

penjaga tertekan

ke

arah

luar, stomata terbuka

BukaanBukaan

stomata stomata padapada

tanamantanaman

CAMCAM

•

Tanaman

CAM membuka

stomatanya

malam hari, pada

malam

hari

terjadi

respirasi

tidak

sempurna

dan

KH diubah

menjadi

asam

malat, dari

respirasi

tersebut

CO2 tidak

dilepaskan,

tetap

diikat, pH tetap

tinggi

(7), pati

dalam

sel penjaga

dihidrolisis

menjadi

gula, Ψs

nya menurun, terjadi

endoosmosis, Ψp sel

penjaga

naik, turgor, dinding

sel

penjaga

tertekan

ke arah

luar, stomata membuka

FaktorFaktor

yang yang mempengaruhimempengaruhi

lajulaju

transpirasitranspirasiFaktor

lingkungan Faktor

tanaman

1. kelembaban

udara2.

suhu

3.

kecepatan

angin4.

cahaya

5.

tekanan

udara6.

ketersediaan

air tanah

7.

debu

1.

stomata: jumlah

per satuan luas, letak

stomata

(permukaan

bawah

atau atas

daun,

timbul/tenggelam), waktu bukaan

stomata

2.

daun: berbulu/tidak, warna daun(kandungan

klorofil

daun), posisinya menghadap

matahari

secara

langsung

atau

tidak

HUBUNGAN CAHAYA DAN HUBUNGAN CAHAYA DAN TANAMANTANAMAN

CahayaCahaya

•

Faktor

esensial

pertumbuhan

dan perkembangan

tanaman

•

Cahaya

memegang

peranan

penting

dalam proses

fisiologis

tanaman, terutama

fotosintesis, respirasi, dan

transpirasi•

Fotosintesis

: sebagai

sumber

energi

bagi

reaksi

cahaya, fotolisis

air menghasilkan daya

asimilasi

(ATP dan

NADPH2)

•

Cahaya

matahari

ditangkap

daun

sebagai foton

•

Tidak

semua

radiasi

matahari

mampu diserap

tanaman, cahaya

tampak, dg

panjang

gelombang

400 s/d

700 nm•

Faktor

yang mempengaruhi

jumlah

radiasi

yang sampai

ke

bumi: sudut

datang, panjang

hari, komposis

atmosfer

•

Cahaya

yang diserap

daun

1-5% untuk fotosintesis, 75-85% untuk

memanaskan

daun

dan

transpirasi

•

Peranan cahaya dalam respirasi, fotorespirasi, menaikkan suhu

•

Peranan cahaya dalam transpirasi, transpirasi stomater, mekanisme bukaan stomata

•

Kebutuhan intensitas cahaya berbeda untuk setiap jenis tanaman, dikenal tiga tipe tanaman C3, C4, CAM

•

C3 memiliki titik kompensasi cahaya rendah, dibatasi oleh tingginya fotorespirasi

•

C4 memiliki

titik

kompensasi

cahaya tinggi, sampai

cahaya

terik, tidak

dibatasi

oleh

fotorespirasi•

Besaran

yang menggambarkan

banyak

sedikitnya

radiasi

matahari

yang mampu diserap

tanaman:ild

•

ILD kritik

dan

ILD optimum, ILD kritik menyebabkan

pertumbuhan

tanaman

90%

maksimum. ILD optimum menyebabkan pertumbuhan

tanaman

(CGR) maksimum

•

ILD optimum setiap

jenis

tanaman

berbeda tergantung

morfologi

daun

•

Faktor

eksternal

juga

mempengaruhi

nilai

ild optimum, misalnya

jarak

tanam

(kerapatan

tanaman) maupun

sistem

tanam•

Faktor

eksternal

mempengaruhi

radiasi

yang

diserap

dan

nilai

ILD optimum, melalui

efek penaungan

(mutual shading)

•

Penaungan: distribusi

cahaya

dalam

tajuk

tidak merata, ada

daun

yang bersifat

parasit

terhadap

fotosintat

yang dihasilkan

daun

yang lain, NAR rendah, CGR rendah, telah

tercapai

titik

kompensasi

cahaya, ILD telah

melampaui

nilai optimumnya

•

Kaitannya

dengan

ILD optimum setiap jenis

tanaman

perlu

dilakukan

kajian

mengenai

jarak

tanam

yang menyebabkan tercapainya

ILD optimum tersebut.

Pengaturan

jarah

tanam

ditentukan

oleh tingkat

kesuburan

lahan

maupun

habitus

tanaman

(morfologi

tanaman)•

Penentuan

kerapatan

tanaman

dipengaruhi

juga

oleh

hasil

ekonomis

yang akan

diambil

dari

pertanaman.

•

Hasil

ekonomis

tanaman

berupa

biji

(produk reproduktif

yang lain). Kalo

dibuat

grafik

hub

antara

kerapatan

dengan

hasil, kurve

berbentuk parabolik, ada

nilai

LAI optimum. Peningkatan

kerapatan

tanaman

setelah

LAI optimum, menimbulkan

penurunan

hasil. Hasil

fotosintesis

digunakan

lebih

banyak

untuk

keperluan vegetatif

•

Hasil

ekonomis

tanaman

berupa

bagian vegetatif

tanaman, grafik

hub antara

kerapatan

dengan

hasil

berbentuk

asimtotik. Jarak

tanam dibuat

serapat

mungkin

supaya

penyerapan

radiasi

maksimum

cepat

tercapai, dapat dikatakan

tidak

ada

LAI optimum

FaktorFaktor

yang yang MenentukanMenentukan

BesarnyaBesarnya RadiasiRadiasi

MatahariMatahari

keke

BumiBumi

•

Sudut

datang

matahari

(dari

suatu

titik tertentu

di

bumi)

•

Panjang

hari•

Keadaan

atmosfer

(kandungan

debu

dan

uap

air)

•

Panjang

hari

sering

menjadi

faktor pembatas

pertumbuhan

di

daerah

sub-

tropik•

Keberadaan

radiasi, sering

terbatas

di

sub-tropik

pada

musim

tertentu, sehingga kekurangan

radiasi

matahari

merupakan

kendala

utama

pertanian

di

sub-tropik•

Panjang

hari

di

daerah

tropik

tidak

terlalu

menimbulkan

masalah

(bukan

faktor pembatas), relatif

konstan, 12 jam/hari

•

Yang sering

menjadi

faktor

pembatas adalah

masalah

kelebihan

radiasi

(intensitas

matahari)

NaunganNaungan

•

Merupakan

salah

satu

alternatif

untuk mengatasi

intensitas

cahaya

yang terlalu

tinggi.•

Pemberian

naungan

dilakukan

pada

budidaya

tanaman

yang umumnya termasuk

kelompok

C3 maupun

dalam

fase

pembibitan•

Pada

fase

bibit, semua

jenis

tanaman

tidak

tahan

IC penuh, butuh

30-40%, diatasi

dengan

naungan

•

Pada

tanaman

kelompok

C3, naungan tidak

hanya

diperlukan

pada

fase

bibit

saja, tetapi

sepanjang

siklus

hidup tanaman

•

Meskipun

dengan

semakin

dewasa

umur tanaman, intensitas

naungan

semakin

dikurangi•

Naungan

selain

diperlukan

untuk

mengurangi

intensitas

cahaya

yang sampai

ke

tanaman

pokok, juga

dimanfaatkan

sebagai

salah

satu

metode pengendalian

gulma

•

Di

bawah

penaung, bersih

dari

gulma terutama

rumputan

•

Semakin

jauh

dari

penaung, gulma

mulai tumbuh

semakin

cepat

•

Titik

kompensasi

gulma

rumputan

dapat ditentukan

sama

dengan

IC pada

batas

mulai

ada

pertumbuhan

gulma•

Tumbuhan

tumbuh

ditempat

dg IC lebih

tinggi

dari

titik

kompensasi

(sebelum tercapai

titik

jenuh), hasil

fotosintesis

cukup

untuk

respirasi

dan

sisanya

untuk pertumbuhan

DampakDampak

pemberianpemberian

naungannaungan terhadapterhadap

iklimiklim

mikromikro

•

Mengurangi

IC di

sekitar

sebesar

30-40%•

Mengurangi

aliran

udara

disekitar

tajuk

•

Kelembaban

udara

disekitar

tajuk

lebih stabil

(60-70%)

•

Mengurangi

laju

evapotranspirasi•

Terjadi

keseimbangan

antara

ketersediaan

air dengan

tingkat

transpirasi

tanaman

HasilHasil penelitianpenelitian padapada tembakautembakau

Dampak

pemberian

naungan

pada pertanaman

tembakau

:

•

Laju

transpirasi

tanaman

tembakau menurun

sebesar

45,6%

•

Evapotranspirasi

tanah

menurun

sebesar 60%

•

Kadar

air daun

meningkat•

Total luas

daun

tembakau

meningkat

40%

TanamanTanaman

mudamuda•

Memerlukan intensitas cahaya relatif rendah

•

IC terlalu rendah aktifitas fotosintesis menurun, suplai KH dan auxin untuk pertumbuhan akar menurun, bibit yang kekurangan IC memiliki perakaran yang tidak berkembang

•

IC terlalu tinggi : fotooksidasi meningkat, suhu tinggi, kelembaban rendah, kematian daun (daun terbakar)

•

Penelitian

pada

penyetekan

kakao: stek kakao

mampu

berakar

dengan

baik

kalau

mendapatkan

intensitas

cahaya

20% lebih rendah

dari

IC penuh

(stek

kakao

diberi

naungan

dengan

intensitas

sedang)•

Penelitian

pada

pembibitan

karet: bibit

karet

mampu

berakar

dengan

baik

kalau mendapatkan

IC 50%

•

Penelitian

pada

penyetekan

vanili: bibit vanili

mampu

berakar

dengan

baik

kalau

mendapatkan

IC 30%-50%

•

Naungan

dapat

menghindari

fluktuasi temperatur

yang tinggi

dan

kadar

air tanah

•

Naungan

dapat

digunakan

sebagai saranan

konservasi

tanah, karena

meningkatkan

jumlah

pori

penyedia

air tanah

(melalui

pengaturan

temperatur

dan

evaporasi)•

Besar

kecilnya

fotosintesis

tergantung

pada

temperatur, suplai

air, unsur-unsur hara, sifat

morfologis

tanaman. Puncak

fotosintesis

terkait

dengan

besarnya

sinar dan

temperatur

KekuranganKekurangan Air Air DiatasiDiatasi dg dg naungannaungan

•

Naungan

mengurangi

volume kecepatan aliran

permukaan

dan

meningkatkan

air

tersedia

bagi

tanaman

PengaruhPengaruh

lingkunganlingkungan

((TekananTekanan))

•

Pengaruh

merusak

yang dipaksakan, dikendalikan

oleh

lingkungan

•

Respon

adaptasi, dikendalikan

oleh tanaman

•

Kerusakan: kematian

sebagian

organ maupun

keseluruhan

tanaman, penurunan

pertumbuhan

karena

kelainan

fisiologis•

Kerusakan: resistensi

tanaman

terhadap

tekanan

lingkungan

berkurang•

Respon

beradaptasi, merupakan

pengendali

yang halus

terhadap

resistensi•

Resistensi

bisa

elastis

(terbalikkan)

maupun

plastis

(tidak

terbalikkan)

•

Resistensi

elastis, efek

mekanisme fisiologis

(lebih

besifat

fisiologis)

•

Resistensi

plastis, efek

adaptasi morfologis

•

Tekanan

cahaya

bisa

menimbulkan respon

fisiologis

(dalam

aktivitas

fotosintesis) maupun

respon

morfologis (berubahnya

ukuran

daun

dll)

•

Kedua

respon

tsb

memerlukan

fleksibilitas fenotipe

ResponRespon

MorfologiMorfologi•

Makromorfologi: tinggi

tanaman, diameter

tanaman, sudut

percabangan, jumlah

daun, luas daun

dll

•

Mikromorfologi: kandungan

klorofil

daun, ketebalan

daun

dll

•

Tinggi

tanaman

lebih

cepat

naik

di

tempat

teduh, diameter tanaman

lebih

cepat

naik

di

tempat

tanpa

naungan, sudut

percabangan

lebih

besar ditempat

ternaungi, luas

daun

lebih

besar

di

tempat

ternaungi, begitu

juga

dengan

jumlah daun

•

Kandungan

klorofil

lebih

tinggi

di

tempat

terang, ketebalan

daun

lebih

tinggi

di

tempat

terang

SIKLUS CALVIN

METABOLISMEMETABOLISME

RirienRirien

PrihandariniPrihandarini, Dr , Dr IrIr, MS, MS

PengertianPengertian

Kedua proses tsb dilakukan melalui reaksi-reaksi yang terintgrasi & terorganisasi → metabolisme

Metabolisme:keseluruhan reaksi yang terjadi di dalam sel, meliputi proses penguraian & sintesis molekul kimia yang menghasilkan & membutuhkan panas (enegi) serta dikatalisis oleh enzim

PengertianPengertian

Metabolisme meliputi: 1) jalur sintesis (anabolisme/endorgenik) ⇒ menggabungkan molekul-molekul kecil menjadi makromolekul yang lebih kompleks; memerlukan energi yang disuplai dari hidrolisis ATP

2) jalur degradatif (katabolisme/eksorgenik) ⇒ memecah molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana; melepaskan energi yang dibutuhkan untuk mensintesis ATP.

KomponenKomponen selsel

Makromolekul: komponen struktural & fungsional utama sel, tdd:

1. Asam nukleat2. Protein3. Karbohidrat/ polisakarida4. Lemak/ lipid

Struktur supramolekul

Protein asam nukleat polisakarida lipid

Asam amino nukleotida gula sederhana*) gliserolasam lemak

α- ketoacids ribosa pyruvat(C3) asetat (C2)C3, C4, C5 nitrogen pyruvat (C3)

Karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O)Nitogen (N), fosfor (P), sulfur (S)

Bahan Makanan sbg Bahan Makanan sbg Sumber EnergiSumber Energi

4 jenis nutrien utama, yaitu:1. Makronutrien (karbohidrat, protein, lipid)

menyuplai energi bagi tubuh2. Vitamin membantu penggunaan makronutrien dan

mempertahankan jaringan tubuh.3. Mineral mempertahankan homeostasis, dan 4. Air sbg pelarut dalam tubuh, dan sbg alat transport

untuk mendistribusikan nutrien ke jaringan.

FungsiFungsi MakronutrienMakronutrien

• Sumber energi Energi yang dilepaskan dari ikatan kimia nutrien ialah ATP, fosfokreatin, dan zat molekul berenergi tinggi. Energi ini digunakan untuk transport dan kerja mekanik.

• Sintesis Makromolekul digunakan untuk mensintesis bahan dasar yang diperlukan untuk pertumbuhan dan pertahanan sel dan jaringan.

• Simpanan Jika makanan yang kita makan melebihi kebutuhan tubuh untuk energi dan sintesis, kelebihan nutien tersebut akan disimpan sebagai glikogen dan lemak. Simpanan ini menyediakan energi saat puasa.

MetabolismeMetabolisme bahanbahan makananmakanan

• Absorptive-state: katabolisme → penguraian molekul zat makanan yang besar menjadi molekul yang lebih kecil; rx oksidasi; melepaskan energi/panas; rx eksorgenik; membebaskan elektron

• Post absorptive state/ fasted state: anabolisme → sintesis molekul yang lebih kecil menjadi molekul

yang lebih besar; rx reduksi; membutuhkan energi/panas; rx endorgenik; menyerap elektron

Lipid/ Lipid/ LemakLemak

• Diabsorbsi terutama dalam bentuk asam lemak dan gliserol.

• Asam lemak → bentuk utama lemak di dalam darah.

• Asam lemak esensial yang harus disuplai dari makanan ialah asam linoleat dan asam lenolenat. ⇒ sebagai prekursor untyuk prostaglandin, tromboksan, dan leukotrien.

• Zat ini dapat digunakan sebagai sumber energi oleh jaringan dan mudah disimpan sebagai trigliserida di jaringan adiposa.

Lipid/Lipid/lemaklemak

• Proporsi lemak dalam diet dianjurkan sebanyak 30% dari total kalori, berasal dari saturated fat 10%, monosaturated fat 10%, dan dari polisaturated fat 10%.

• Lipid yang kita makan dapat meningkatkan palatability of food dan menimbulkan rasa kenyang.

KarbohidratKarbohidrat

• Sebagian besar diabsorbsi dalam bentuk glukosa. • Konsentrasi glukosa plasma paling penting → karena

hanya glukosa yang dapat dimetabolisme oleh otak. • Komposisi karbohidrat dalam diet dianjurkan sebesar

55% dari total kalori.• Karbohidrat yang kita makan ada 2 jenis, yaitu:

1) available carbohydrat yang dicerna, diabsorbsi, dan digunakan sebagai sumber energi

2) unavailable carbohydrate yang menyuplai serat.

• Jika kadar glukosa darah dalam batas normal → sebagian besar jaringan menggunakan glukosa sebagai sumber energi.

• Kelebihan glukosa akan disimpan sebagai glikogen. Sintesis glikogen dari glukosa disebut glikogenesis.

GlukosaGlukosa

GlukosaGlukosa

• Simpanan glikogen terbatas sehingga kelebihan glukosa yang lain diubah menjadi lemak (lipogenesis).

• Jika kadar glukosa darah turun, tubuh mengubah glikogen kembali menjadi glukosa (glikogenolisis)

• Dengan menyeimbangkan metabolisme oksidatif, sintesis glikogen, pemecahan glikogen, dan sintesis lemak, tubuh dapat mempertahankan kadar glukosa darah dalam batas normal.

• Jika homeostasis gagal dan glukosa darah melebihi kadar kritis (pada diabetes mellitus), kelebihan glukosa akan diekskresi dalam urin.

• Ekskresi glukosa dalam urin hanya terjadi jika ambang ginjal untuk reabsorbsi glukosa terlampaui.

ProteinProtein

• Asam amino dalam tubuh terutama digunakan untuk sintesis protein. Tetapi, jika asupan glukosa rendah, asam amino dapat diubah menjadi glukosa melalui jalur yang disebut glukoneogenesis yaitu pembentukan glukosa baru dari prekursor nonkarbohidrat.

• Proporsi protein sebagai sumber energi dalam diet yang dianjurkan adalah sebesar 15%.

ProteinProtein

• Asam amino merupakan sumber utama untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis, tetapi gliserol dari trigliserida juga dapat digunakan.

• Glukoneogenesis dan glikogenolisis penting untuk memback up sumber glukosa pada saat puasa.

JALUR BIOKIMIA PRODUKSI ENERGIJALUR BIOKIMIA PRODUKSI ENERGI

KESEIMBANGAN ENERGIKESEIMBANGAN ENERGI

EnergiMakanan Nutrien pool

Cadanganenergi

Kerja

internal

Kerja

eksternal

Energi

panas

AsupanEnergi

KeluaranEnergi

EnergiEnergi daridari BahanBahan MakananMakanan

• Energi yang berasal dari makanan dapat diukur dengan cara langsung (direct calorimetry) melalui oksidasi bahan makanan di dalam suatu bomb calorimeter.

• Makanan dibakar dalam alat tersebut, panas yang dihasilkan dan terperangkap di dalam alat tersebut kemudian diukur.

EnergiEnergi daridari BahanBahan MakananMakanan

• Hasil dari pengukuran : karbohidrat menghasilkan panas 4,1 kcal/g, lemak 9,3 kcal/g, protein 4,1 kcal/g, dan alkohol 7,1 kcal/g.

• Kilocalori (kcal) ialah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 liter air sebanyak 1°C. Satu kilocalori (kcal) sama dengan 1 Calori.

LajuLaju MetabolikMetabolik Basal Basal ((Basal Metabolic RateBasal Metabolic Rate/BMR)/BMR)

Laju Metabolik Basal (Basal Metabolic Rate/BMR) ialah energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan fungsi fisiologis normal pada saat istirahat.

BMR = kcal/ m2/jam (kilokalori energi yang digunakan per meter persegi permukaan tubuh per jam)

BMRBMR

Fungsi fisiologis normal tersebut meliputi: 1) lingkungan kimia internal tubuh, yaitu

gradient konsentrasi ion antara intrasel dan ekstrasel

2) aktivitas elektrokimia sistem saraf 3) aktivitas elektromekanik sistem

sirkulasi 4) pengaturan suhu

KadarKadar

GlukosaGlukosa

DarahDarahKadar glukosa darah dipertahankan dengan cara:1. Glikogenolisis, yaitu hidrolisis simpanan

glikogen di hati dan otot rangka.2. Lipolisis, yaitu katabolisme triasilgliserol

menjadi gliserol dan asam lemak di jaringan adiposa. Gliserol yang mencapai hati akan diubah menjadi glukosa.

3.

Protein dikatabolisme menjadi glukosa (gluconeogenesis)

ENZIMENZIM

•

Enzim

merupakan

senyawa

organik bermolekul

besar

yang berfungsi

untuk

mempercepat

jalannya

reaksi metabolisme

di

dalam

tubuh

tumbuhan

tanpa

mempengaruhi

keseimbangan reaksi

•

Enzim

tidak

ikut

bereaksi, struktur

enzim tidak

berubah

baik

sebelum

dan

sesudah

reaksi

tetap•

Enzim

sebagai

biokatalisator

•

Bagian

enzim

yang aktif

adalah

sisi

aktif dari

enzim

TataTata

namanama

enzimenzim

•

Enzim

diberi

nama

sesuai

dengan

nama

substrat

dan reaksi

yang dikatalisis

•

Biasanya

ditambah

akhiran

ase•

Enzim

dibagi

ke

dalam

7 golongan

besar

Klas Tipe reaksiOksidoreduktase(nitrat

reduktase)

memisahkan

dan

menambahkan

elektron

atau hidrogen

Transferase(Kinase)

memindahkan

gugus

senyawa

kimia

Hidrolase(protease, lipase, amilase)

memutuskan

ikatan

kimia

dengan penambahan

air

Liase(fumarase)

membentuk

ikatan

rangkap

dengan melepaskan

satu

gugus

kimia

Isomerase(epimerase)

mengkatalisir

perubahan

isomer

Ligase/sintetase(tiokinase)

menggabungkan

dua

molekul

yang disertai dengan

hidrolisis

ATP

Polimerase(tiokinase)

menggabungkan

monomer-monomer sehingga

terbentuk

polimer

SusunanSusunan

enzimenzim

•

Komponen

utama

enzim

adalah

protein •

Protein yang sifatnya

fungsional, bukan

protein struktural•

Tidak

semua

protein bertindak

sebagai

enzim

Enzim

Protein Enzim protein sederhana

Protein +Bukan Protein

Protein = apoenzim

Enzim Konjugasi

Bukan protein =Gugus prostetik

Organik =Koenzim

Anorganik = kofaktor

ContohContoh

koenzimkoenzim

1.

NAD (koenzim

1)2.

NADP (koenzim

2)

3.

FMN dan

FAD4.

Cytokrom: cytokrom

a, a3, b, b6, c, dan

f

5.

Plastoquinon, plastosianin, feredoksin6.

ATP: senyawa

organik

berenergi

tinggi,

mengandung

3 gugus

P dan

adenin ribose

SifatSifat

enzimenzim

•

Enzim

dibentuk

dalam

protoplasma

sel•

Enzim

beraktifitas

di

dalam

sel

tempat

sintesisnya

(disebut

endoenzim) maupun di

tempat

yang lain diluar

tempat

sintesisnya

(disebut

eksoenzim)•

Sebagian

besar

enzim

bersifat

endoenzim

1.

Enzim

bersifat

koloid, luas

permukaan

besar, bersifat hidrofil

2.

Dapat

bereaksi

dengan

senyawa

asam

maupun

basa, kation

maupun

anion

3.

Enzim

sangat

peka

terhadap

faktor-faktor

yang menyebabkan

denaturasi

protein misalnya

suhu, pH dll

4.

Enzim

dapat

dipacu

maupun

dihambat

aktifitasnya5.

Enzim

merupakan

biokatalisator

yang dalam

jumlah

sedikit

memacu

laju

reaksi

tanpa

merubah keseimbangan

reaksi

6.

Enzim

tidak

ikut

terlibat

dalam

reaksi, struktur

enzim tetap

baik

sebelum

maupun

setelah

reaksi

berlangsung7.

Enzim

bermolekul

besar

8.

Enzim

bersifat

khas/spesifik

•

Suhu: optimum 300C, minimum 0 0C, maksimum 400C

•

Logam, memacu

aktifitas

enzim: Mg, Mn, Co, Fe•

Logam

berat, menghambat

aktivitas

enzim: Pb,

Cu, Zn, Cd, Ag•

pH, tergantung

pada

jenis

enzimnya

(pepsin aktif

kondisi

masam, amilase

kondisi

netral, tripsin kondisi

basa)

•

Konsentrasi

substrat, substrat

yang banyak

mula- mula

memacu

aktifitas

enzim, tetapi

kemudian

menghambat

karena: penumpukan

produk

(feed back effect)

•

Konsentrasi

enzim, peningkatan

konsentrasi enzim

memacu

aktifitasnya

•

Air, memacu

aktifitas

enzim•

Vitamin, memacu

aktifitas

enzim

Penghambatan

aktifitas

enzim

ada

dua

tipe:1.

Kompetitif: zat

penghambat

mempunyai

struktur

yang mirip

dengan

substrat sehingga

dapat

bergabung

dengan

sisi

aktif

enzim. Terjadi

kompetisi

antara substrat

dengan

inhibitor untuk

bergabung

dengan

sisi

aktif

enzim

(misal feed back effect)

2.

Non kompetitif: zat

penghambat menyebabkan

struktur

enzim

rusak

sehingga

sisi

aktifnya

tidak

cocok

lagi dengan

substrat

•

Spesifik: hanya

cocok

untuk

satu

macam substrat

saja

atau

sekelompok

kecil

substrat

yang susunanya

hampir

sama

dan

fungsinya sama

A B C DE1 E2 E3

E4

E5

SelamatSelamat belajarbelajar