Materi Metabolisme

Metabolisme merupakan totalitas proses kimia di dalam tubuh. Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi. Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup memerlukan energi agar proses kehidupan dapat berlangsung. Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan kemudian mengubahnya dalam bentuk energi lain pada proses metabolisme.

.....Proses metabolisme di dalam sel melibatkan aktivitas sejumlah besar katalis biologik yang disebut enzim dan berlangsung melalui Respirasi (katabolisme) dan sintesis (anabolisme).

Reaksi Katabolisme
Adalah reaksi yang sifatnya memecah ikatan kimia yang kompleks menjadi ikatan kimia yang lebih sederhana. pada waktu ikatan putus dan molekul terpecah terjadi pembebasan energi (reaksi exergonik).
Contoh reaksi katabolisme adalah proses respirasi (termasuk aerob dan anaerob)

Reaksi Anabolisme
Adalah reaksi pembentukkan, yaitu pembentukkan molekul sederhana menjadi molekul kompleks. reaksi anabolisme merupakan reaksi sintesis karena adanya transformasi energi yang disimpan dalam bentuk ikatan kimia, oleh sebab itu reaksi anabolisme disebut juga reaksi yang membutuhkan energi (endergonik)
Contoh reaksi anabolisme adalah sintesis (termasuk fotosintesisi dan kemosintesis)


Molekul-molekul yang terkait dengan proses metabolisme

1. ATP
merupakan molekul berenergi tinggi. Molekul ini merupakan ikatan adenosin yang mengikat tiga gugusan pospat, dengan ikatan yang lemah / labil sehingga mudah melepaskan ikatan pospatnya pada saat mengalami hidrolisis.

Reaksinya: ATP --> ADP --> AMP (reaksi tersebut meruapak reaksi bulak balik)
perubahan ATP menjadi ADP di ikuti dengan pembebasan energi sebesar 7,3 kalori/mol ATP.



2. Enzim
.. .Enzim merupakan senyawa organik jenis protein yang dihasilkan oleh sel dan berperan sebagai katalisator (pemercepat suatu reaksi kimia)sehingga disebut Biokatalisator.
....Reaksi metabolisme dalam sel sangat membutuhkan keberadaan enzim. Seluruh reaksi kimia yang membangun proses metabolisme merupakan reaksi enzimatis.
Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim di buat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus selalu di dalam sel.

Komponen penyusun enzim
berdasarkan senyawa pembentuknya yaitu protein enzim dibedakan atas 2 bagaian yaitu:
a. enzim sederhana
...enzim dengan seluruh komponen penyusunnya adalah protein
b. Enzim kompleks / Enzim konjugasi / Haloenzim
...Enzim yang komponen penyusunnya tidak hanya terdiri atas protein
...Apoenzim merupakan bagian dari enzin konjugasi yang berupa protein
...prostetik merupakan bagian dari protein konjugasi yang bukan senyawa protein
...gugus prostetik yang terbuat dari senyawa logam disebut kofaktor
...Gugus prostetik yang terbuat dari bahan organik seperti vitamin disebut ko enzim

Kerja Enzim
ada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu:

1. Teori kunci dan anak kunci (Lock and key)
2. Teori kecocokan induksi (induced fit theory)

Lock and key

Teori ini dikemukakan oleh Emil Fisher yang menyatakan kerja enzim seperti kunci dan anak kunci, melalui hidrolisis senyawa gula dengan enzim invertase, sebagai berikut:

1. Enzim memiliki sisi aktivasi, tempat melekat substrat
2. hubungan antara enzim dan substrat terjadi pada sisi aktivasi
3. Hubungan antara enzim dan substrat membentuk ikatan yang lemah

4. Enzim + substrat -- Kompleks enzim substrat -- Hasil akhir + Enzim


b. teori kecocokan induksi (induced fit theory)

• Bukti dari kristalografi sinar x, diketahui bahwa sisi aktif enzim bukan merupakan bentuk yang kaku, tapi bentuk yang fleksibel
• Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif akan termodifikasi menyesuaikan bentuk substrat, sehingga terbentuk kompleks enzim substrat

• Ketika substrat terikat pada enzim, sisi aktif enzim mengalami beberapa perubahan sehingga ikatan yang terbentuk antara enzim dan substrat menjadi menjadi lebih kuat.
• Interaksi antara enzim dan substrat disebut Induced fit.

Komponen Enzim
Enzim merupakan protein, berdasarkan senyawa penyusunnya, enzim dibedakan atas:

• Enzim sederhana komponen utama penyusun tubuhnya adalah protein
• Enzim konjugasi / halo enzim merupakan enzim yang tersusun atas senyawa protein dan senyawa selain protein.
• Bagian dari enzim konjugasi yang berupa protein disebut Apoenzim, sedangkan bagian yang bukan protein disebut prostetik.

• Struktur prostetik yang terbuat dari logam disebut kofaktor, sedangkan yang terbuat dari bahan organik seperti protein disebut ko enzim

jenis-jenis enzim
Enzim dalam metabolisme dibedakan menjadi 6 golongan yaitu:

1. Oksido-reduktase yaitu enzim yang bekerja pada reaksi oksidasi dan reduksi
2. Transferase bekerja untuk memindahkan gugus kimia
3. Hidrolase bekerja mengubah bentuk kimia tanpa menambah atau mengurangi unsur
4. Hidrolase bekerja pada reaksi yang menggunakan air
5. Ligase bekerja pada reaksi penggabungan dua senyawa atau lebih
6. Liase bekerja pada reaksi pemutusan senyawa

Sifat Enzim

1. sebagai Biokatalisator Enzim adalah senyawa organik, yaitu senyawa protein yang dihasilkan oleh sitoplasma sel dan berperan sebagai katalisator, yang disebut biokatalisator Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat atau memperlambat reaksi kimia , tetapi zat itu sendiri tidak ikut dalam reaksi. Enzim mempengaruhi kecepatan reaksi, tetapi tidak terpengaruh atau dipengaruhi oleh reaksi tersebut Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung dalam sel, dan bertindak tidak harus selalu dalam sel
2. Enzim menurunkan energi aktivasi Enzim mengkatalis reaksi dengan meningkatkan kecepatan reaksi, dengan cara menurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untuk memulai suatu reaksi)

3. Enzim merupakan protein

• Enzim merupakan protein, sehingga sifat-sifat enzim sama dengan protein, yaitu dipengaruhi oleh suhu dan pH
• Pada suhu rendah dan tinggi enzim akan mengalami kerusakan koagulasi (penggumpalan), yang akhirnya akan terdenaturasi enzim akan terdenaturasi

4. Enzim bekerja spesifik

• Enzim bekerja spesifik satu enzim hanya khusus untuk satu substrat. Contoh enzim maltase hanya dapat memecah maltosa menjadi glukosa

Aktifitas enzim
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

1. Suhu Reaksi yang dikatalisis oleh enzim akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu 0 - 35 derajad celcius. Secara umum kenaikan 10 derajad celcius maka kecepatan reaksi menjadi dua kali lipatnya dalam batas suhu yang wajar. Suhu ideal kerja enzim adalah 30 – 40 oC, dengan suhu optimum 36 oC. Dibawah atau diatas suhu tersebut kerja enzim lemah bahkan mengalami kerusakan. Enzim akan menggumpal (denaturasi) dan hilang kemampuan katalisisnya jika dipanaskan.
2. Logam berat Logam berat seperti Ag, Zn, Cu, Pb dan Cd, menyebabkan enzim menjadi tidak aktif.
3. Logam Aktivitas enzim meningkat jika bereaksi dengan ion logam jenis Mg, Mn, Ca, dan Fe.
4. pH Enzim bekerja pada pH tertentu, enzim hanya dapat bekerja pada pH yang ideal. Enzim Ptialin hanya dapat bekerja pada pH netral, enzim pepsin bekerja pada pH asam sedangkan enzim tripsin bekerja pada pH basa.

Bagan kerja enzim dan pengaruhnya terhadap pH


5. Konsentrasi

• Semakin tinggi konsentrasi enzim maka kerja waktu yang dibutuhkan untuk suatu reaksi semakin cepat, sedangkan kecepatan reaksi dalam keadaan konstan
• Semakin tinggi konsentrasi substrat, semakin cepat kerja enzim, tapi jika kerja enzim telah mencapai titik maksimal, maka kerja enzim berikutnya akan konstans.

6. Faktor dalam (faktor internal)

• Vitamin dan hormon berpengaruh terhadap aktivitas kerja enzim.
• Hormon tiroksin merupakan hormon yang mempengaruhi proses metabolisme tubuh. semakin tinggi konsentrasi hormon tiroksi yang dihasilkan oleh kelenjar tiroid, makan semakin cepat proses metabolisme dalam tubuh, demikian sebaliknya.
• Vitamin dalam tubuh berfungsi sebagai alat pengaturan seluruh proses fisiologi dalam tubuh.

7. keberadaan Aktivator dan inhibitor

Aktivator

• Aktivaor merupakan molekul yang mempermudah ikatan enzim antara enzim dengan dan substrat.

Inhibitor

• inhibitor merupakan molekul yang menghambat ikatan antara enzim dengan substrat.

Ada dua macam inhibitor yaitu:

1. Inhibitor kompetitif adalah inhibitor yang kerjanya bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim.
2. Inhibitor non kompetitif aalah inhibitor yang melekat pada tempat selain sisi aktif sehingga bentuk enzim berubah dan substrat tidak dapat melekat pada enzim

Pertumbuhan dan Perkembangan

Pertumbuhan
Proses pertambahan biomassa atau ukuran (berat, volume atau jumlah) yang bersifat irreversibel
Pertumbuhan merupakan proses kuantitatif
Alat untuk mengukur pertumbuhan disebut auksanometer

Jenis pertumbuhan dan perkembangan
Pertumbuhan Primer
Pertumbuhan yang menyebabkan batang batang dan akar tumbuhan bertambah tinggi atau panjang.

~ diawali dengan pembelahan sel di daerah meristem apikal
~ meristem apikal terbagi atas 3 daerah yaitu daerah pembelajan, daerah pemanjangan dan daerah differensiasi

~ teori tentang perkembangan meristem apikal diterangkan dengan teori histogen dan teori tunika korpus
a. teori tunika korpus
teori yang menyatakan bahwa titik tumbuh akar dan batang pada tumbuhan terdiri atas 2 zona yang terpisah susunannya, yaitu tunika dan korpus.
Tunika merupak lapisan terluar, yang selanjutnya berkembang menjadi jaringan primer. Korpus adalah bagian pusat titik tumbuh yang memiliki kemampuan membelah ke segala arah.

teori tunika korpus dikemukakan oleh ahli botani Schmidt

b. Teori histogen
Titik tumbuh akar dan batang pada tumbuhan disebut dengan histogen. Histogen terdiri dari plerom (bagian pusat akar dan batang yang akan menjadi empulur dan fasis), germatogen (Lapisan terluar yang akan menjadi epidermis) dan periblem (lapisan yang akan menjadi korteks).

teori ini dikemukakan oleh Hanstein

b. pertumbuhan Sekunder
Pertumbuhan yang menyebabkan akar dan batang bertambah lebar. Pertumbuhan ini disebabkan adanya pembelahan pada jaringan meristem sekunder (meristem lateral.
Ada dua macam meristem lateral yaitu Kambium vaskuler (terletak diantara xilem dan floem, yang menyebabkan pembelahan sel ke arah dalam membentuk sekunder, dan membelah ke arah luar membentuk floem sekunder sehingga batang tambah membesar) dan kambium gabus (disebut juga felogen terletak dibawah epidermis dekar kolenkima yang berfungsi menebalkan batang, sehingga epidermis lebih kedap terhadap air).

Perkembangan
merupakan proses perubahan yang menyertai pertumbuhan, menuju tingkat pemetangan atau kedewasaan makhluk hidup. proses perubahan secara berurutan adalah dari spesialiasi, diferensiasi, histogenesis, organogenesis dan gametogenesis)
Perkembangan merupakan proses kualitatif yang tidak dapat di ukur.


Struktur biji
Biji terdapat dalam buah, biji berkembang dari bakal biji yang dibuahi dan mengandung embrio serta cadangan makanan.
Berdasarkan letak cadangan makanan, ada biji berendosperm atau beralbumin (jagung) dan ada yang tak berendosperm atau biji eksalbumin (biji bunga matahari)

Perkecambahan
Tahapan pertumbuhan dan perkembangan
Pembelahan sel (cleavage) : Jumlah bertambah banyak
Spesialisasi: sel-sel yang sejenis berkelompok
Diferensiasi sel : Sel-sel mengalami perbedaan bentuk dan fungsi
Organogenesis sel: proses pembentukkan organ-organ tumbuhan
Morfogenesis sel: Organ satu dengan yang yang lain memiliki kekhususan dalam bentuk dan fungsi
Perkecambahan; proses pertumbuhan biji menjadi makhluk hidup baru

Jenis perkecambahan:
Berdasarkan letak kotiledonnya, perkecambahan dibedakan atas:
1. Perkecambahan tipe epigaeal
Perkecambahan yang ditandai dengan posisi kotiledon berada di atas permukaan tanah. Biasanya terjadi pada tanaman dikotil

2. Perkecambahan tipe hipogaeal
Perkecambahan yang ditandai dengan posisi kotiledon (biji) tetap berada di dalam tanah. Biasanya terjadi pada tanaman monokotil

Perkecambahan
Perkecambahan adalah tumbuhnya embrio dalam biji secara perlahan menjadi tumbuhan dewasa.
Perkecambahan dipengaruhi oleh faktor eksternal (kadar air, suhu, oksigen, dan cahaya) dan faktor internal (hormon, kematangan embrio, dann sifat dormansi biji)

Urutan proses perkecambahan:
Masuknya air kedalam biji  imbibisi
Aktifnya enzim-enzim untuk proses metabolisme , membongkar cadangan makanan dalam kotiledon / endosperm
Hasil pembongkaran berupa sumber energi sebagai bahan penyusun komponen sel, dan pertumbuhan embrio.
Embrio tumbuh dann berkembang


Faktor Internal yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan

1. Genetik (hereditas)
Gen adalah faktor pembawa sifat menurun yang terdapat dalam sel makhluk hidup.
Gen bekerja untuk mengkodekan aktivitas dan sifat yang khusus dalam pertumbuhan dan perkembangan

2. Enzim
Enzim merupakan suatu makromolekul (protein) yang mempercepat suatu reaksi kimia dalam tubuh makhluk hidup(Biokatalisator).
Suatu rangkaian reaksi dalam tubuh makhluk hidup tidak dapat berlangsung hanya melibatkan satu jenis enzim.Perbedaan jenis gen menyebabkan terjadinya perbedaan respons pertumbuhan terhadap kondisi lingkungan yang sama

3. Hormon (fitohormon)
Hormon merupakan zat pengatur tumbuh, yaitu molekul organik yang dihasilkan oleh satu bagian tumbuhan dan ditransportasikan ke bagian lain yang dipengaruhinya.Hormon dalam konsentrasi rendah menimbulkan respons fisiologis. Terdapat 2 kelompok hormon yaitu
a. Hormon pemicu pertumbuhan (auksin, Giberelin dan sitokinin)
b. Hormon penghambat pertumbuhan (asam absisat, gas etilen, hormon kalin dan asam traumalin

1. Hormon Auksin
Asal kata : Bahasa Latin
Penemu : Fritz Went (peneliti asal belanda)
Objek penelitian : Rumput (Avena sativa)
Hasil penelitian : mengekstraks zat pengatur fototropisme pada tumbuhan rumput
Kesimpulan : auksin banyak diproduksi di jaringan meristem. Kadar auksin dipengaruhi oleh cahaya matahari, dan auksin mempengaruhi percepatan pembelahan sel pada daerah meristem apikal

Struktur auksin
Struktur yang paling dikenal adalah IAA (Indol Acetik acid), yang mirip dengan asam amino triptophan. Aktivitasnya dihambat oleh cahaya matahari
Auksin disintesis di meristem apikal, daun-daun muda dan biji

Fungsi hormon Auksin
Merangsang pemanjangn sel pada daerah titik tumbuh
Merangsang pembentukkan akar
Merangsang pembentukkan buah tanpa biji (partenokarpi)
Merangsang differensiasi jaringan pembuluh
Merangsang absisi ( pengguguran pada daun)
Berperan dalam dominansi apikal

2. Hormon Giberelin
Asal kata : Bahasa Latin
Penemu : Ewiti. Kurosawa
Objek penelitian : Tanaman padi (Oryza sativa) yang terkena penyakit foolish seedling (tanaman pucat dan luar biasa panjang) dan jamur Gibberella fujikuroi
Hasil penelitian : mengisolasi giberelin dari jamur Gibberella fujikuroi, yang diberi nama giberelin (GA/Giberelic acid)
Kesimpulan : pemanfaatan giberelin secara umum menyebabkan pertumbuhan raksasa

Fungsi Giberelin
Merangsang pemanjangan batang dan pembelahan sel
Merangsang perkecambahan biji
Memecah dormansi biji
Merangsang pembungaan dan pembuahan

3. Hormon Sitokinin
Asal kata : Bahasa Latin
Penemu : Van Overbeek
Objek penelitian : pertumbuhan embrio dan air kelapa muda
Hasil penelitian : mengisolasi zat yang menyebabkan pembelahan sel (sitokinesis) yang disebut kinetin
Jenis : Kinetin, Zeatin (pada jagung) benzil amino purin
Kesimpulan : pemanfaatan sitokinin secara umum menyebabkan pertumbuhan tunas-tunas samping (lateral) sehingga tanaman menjadi rimbun

Fungsi Sitokinin
Bersama auksin, dan giberelin merangsang pembelahan dan pemanjangan sel
Menghambat dominansi apikal oleh auksin
Merangsang pertumbuhan kuncup lateral
Merangsang pemanjangan titik tumbuh
Mematahkan dormansi biji serta merangsang pertumbuhan embrio
Merangsang pembentukan akar cabang
Menghambat pertumbuhan akar adventive
Menghambat proses penuaan (senescence) daun, bunga dan buah dengan cara mengontrol proses kemunduran yang menyebabkan kematian sel-sel daun

4.Hormon Asam Absisat (ABA)
Asal kata : Bahasa Latin
Penemu : P.F. Wareing dan F.T. Addicott
Objek penelitian : buah kapas
Hasil penelitian : Mendorong terjadinya perontokkan (absisi) pada tumbuhan
Jenis : Kinetin, Zeatin (pada jagung) benzil amino purin
Kesimpulan : hormon yang menyebabkan kerontokan ada saun dan buah

Fungsi Hormon Asam Absisat (ABA)
Mengurangi kecepatan pembelahan dan pemanjangan di daerah titik tumbuh
Memacu pengguguran daun pada saat kemarau untuk mengurangi penguapan air
Membantu menutup stomata daun untuk mengurangi penguapan
Mengurangi kecepatan pembelahan dan pemanjangan sel bahkan menghentikannya
Memicu berbagai jenis sel tumbuhan untuk menghasilkan gas etilen
Memacu dormansi biji agar tidak berkecambah

5. Hormon gas etilen
Asal kata : Bahasa Latin
Penemu : R. gene (1934)
Objek penelitian : buah yang masak
Hasil penelitian : Gas etilen mempercepat pemasakan buah
Jenis : hormon tumbuhan yang berbentuk gas
Kesimpulan : Pembentukkan gas etilen dipengaruhi oleh O2 dan dihambat oleh CO2

Fungsi hormon gas etilen
Mempercepat pematangan buah
Menghambat pemanjangan akar, batang dan pembungaan
Menyebabkan pertumbuhan batang menjadi kokoh dann tebal
Merangsang proses absisi
Interaksi antara etilen dengan auksin memacu proses pembungaan
Interaksi antara etilen dengan giberelin mengontrol rasio bunga jantan dengan bunga betina pada tumbuhan monoceus

6. Hormon Luka/Kambium luka/Asam traumalin
Hormon yang merangsang sel-sel daerah luka menjadi bersifat meristematik sehingga mampu mengadakan penutupan bagian yang luka
Vitamin B12 9riboflavin), piridoksin (vit. B6) asam ascorbat (vit. C), thiamin (vitamin B1), asam nikotinat merupakan jenis vitamin yang dapat mempengaruhi pertumbuhan dan pertumbuhan dan perkembangan
Vitamin berperan sebagai kofaktor

7. Hormon Kalin
Dihasilkan pada jaringan meristem.
Memacu pertumbuhan organ tubuh tumbuhan
Jenisnya adalah:
a. Fitokalin : memacu pertumbuhan daun
b. Kaulokalin: memacu pertumbuhan batang
c. Rhizokalin: memacu pertumbuhan akar
d. Anthokalin: memacu pertumbuhan bunga dan buah
Florigen hormon tumbuhan yang khusus merangsang pembentukan bunga

Faktor eksternal yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan

1. Unsur hara
Kebutuhan unsur hara untuk proses pertumbuhan dan perkembangan:
Unsur makro
Unsur hara yang dibutuhkan dalam jumlah banyak: C, H, O, N, S, P K, S, Ca, dan Mg
Unsur hara yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit: Fe, B, Mn, Cu, Zn, Mo, Cl dan Ni
Unsur karbon diambil tumbuhan dalam bentuk CO2
Unsur hidrogen diambil tumbuhan dalam bentuk H2O
Oksigen diambil tumbuhan dalam bentuk CO2. H2O dan O2
Unsur C, H, dan O merupakan unsur utama penyusun Karbohidrat, lemak dan protein
Gejala Kekurangan unsur hara disebut defisiensi

2.Suhu
Pertumbuhan dan perkembangan dipengaruhi oleh suhu
Suhu yang baik untuk pertumbuhan adalah sushu optimum
Pertumbuhan dan perkembangan akan terhambat bila berada pada suhu minimum dan maksimum
Vernalisasi adalah peningkatan perkecambahan atau pembungaan oleh suhu rendah
Istilah vernalisasi diperkenalkan oleh Trofim Denisovich Lysako tahun 1920

3.Kelembaban
Kelembaban tanah dan kelembaban udara mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan
Tanah yang lembab dan udara yang kering mempercepat pertumbuhan dan perkembangan

4.Cahaya
Cahaya (merah, biru, nila dan violet) berperan sebagai sumber energi dalam proses fotosintesis.
Pertumbuhan kecambah ditempat yang teduh akan berlangsung cepat, tetapi abnormal  etiolasi
Daun tanaman yang terkena cahaya lebih kecil dan mesofilnya lebih tebal dibandingkan yang sedikit mendapat cahaya.
Stomata tanaman yang terkena cahaya ukurannya kecil dengan jumlah yang banyak dibandingkan yang sedikit mendapat cahaya
Akar tanaman yang terkena cahaya lebih lebat dibandingkan yang sedikit mendapat cahaya

Efek fotoperiodisme, merupakan respon tumbuhan terhadap panjang pendek sinar matahari.
Fotoperiodisme pada tumbuhan dikendalikan oleh fitokrom (sterling B. Hendrik)
Berdasarkan respos tumbuhan terhadap panjang pendeknya waktu penyinaran, tumbuhan dibedakan atas:

Tumbuhan hari pendek ) short day plant)
Tumbuhan yang berbunga ketika siang hari kurang dari 12 jam

Tumbuhan hari panjang (long day plant)
Tumbuhan yang berbunga ketika siang hari lebih panjang dari 12 jam

Tumbuhan hari netral (neutral day plant)
Tumbuhan yang berbunga tidak dipengaruhi oleh panjang pendeknya penyinaran matahari

5. Air
Air merupakan senyawa yang penting untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan
Air sebagai pelarut unsur hara dalam tanah, dan memelihara temperatur tanah.
Pertumbuhan berlangsung efektif pada malam hari, karena kandungan air dalam tumbuhan lebih tinggi dari pada siang hari

6. pH
pH sangat berpengaruh pada proses pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.
Pada kondisi pH normal, kandungan unsur-unsur yang diperlukan seperti Ca, Mg, P dan K cukup tersedia.
pH asam memiliki kandungan unsur Al, Mo, Zn yang dapat meracuni tumbuhan.

Faktor penentu laju fotosintesis

Proses fotosintesis dipengaruhi beberapa faktor yaitu faktor yang dapat memengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan maupun faktor yang tidak memengaruhi secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi organ yang penting bagi proses fotosintesis.^[1] Proses fotosintesis sebenarnya peka terhadap beberapa kondisi lingkungan meliputi kehadiran cahaya matahari, suhu lingkungan, konsentrasi karbondioksida (CO₂).^[1] Faktor lingkungan tersebut dikenal juga sebagai faktor pembatas dan berpengaruh secara langsung bagi laju fotosintesis.^[28]

Faktor pembatas tersebut dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimum meskipun kondisi lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya faktor-faktor pembatas tersebut sangat memengaruhi laju fotosintesis yaitu dengan mengendalikan laju optimum fotosintesis.^[28] Selain itu, faktor-faktor seperti translokasi karbohidrat, umur daun, serta ketersediaan nutrisi memengaruhi fungsi organ yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut memengaruhi laju fotosintesis.^[29]

Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis^[29] :

1. Intensitas cahaya
   Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
2. Konsentrasi karbon dioksida
   Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3. Suhu
   Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
4. Kadar air
   Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
   Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
6. Tahap pertumbuhan
   Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.

Siklus Hatch–Slack

Siklus Hatch-Slack

Siklus Hatch-Slack

Berdasarkan cara memproduksi glukosa, tumbuhan dapat dibedakan menjadi tumbuhan C3 dan C4.^[25] Tumbuhan C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari daerah subtropis.^[25] Tumbuhan ini menghasilkan glukosa dengan pengolahan CO₂ melalui siklus Calvin, yang melibatkan enzim Rubisco sebagai penambat CO₂.^[25] Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk menghasilkan molekul glukosa.^[25] Namun, ATP ini dapat terpakai sia-sia tanpa dihasilkannya glukosa.^[26] Hal ini dapat terjadi jika ada fotorespirasi, di mana enzim Rubisco tidak menambat CO₂ tetapi menambat O₂.^[26] Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang umumnya ditemukan di daerah tropis.^[26] Tumbuhan ini melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO₂ menjadi glukosa.^[26] Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim yang akan mengikat CO₂ dari udara dan kemudian akan menjadi oksaloasetat.^[26] Oksaloasetat akan diubah menjadi malat.^[26] Malat akan terkarboksilasi menjadi piruvat dan CO₂.^[26] Piruvat akan kembali menjadi PEPco, sedangkan CO₂ akan masuk ke dalam siklus Calvin yang berlangsung di sel bundle sheath dan melibatkan enzim RuBP.^[26] Proses ini dinamakan siklus Hatch Slack, yang terjadi di sel mesofil.^[27] Dalam keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.^[27]

Reaksi Gelap Calvin- Benson

Reaksi Gelap Calvin Benson

• Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya / foton
• Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma.
• membutuhkan enzim Rubisco untuk Fiksasi ( atau enzim RuBP karboksilase / oksigenase)
• Energi reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang
• ATP dihasilkan oleh Photosistem II (P 680) dan NADPH2 dijhasilkan oleh Photosystem I (P 700),
• Bahan CO₂, yang berasal dari udara bebas ditransportasikan secara difusi lewat stomata ke palisade kemudian di transportasikan ke stroma.
• Berjalan dengan 3 tahap Fiksasi , Reduksi , Regenerasi - Sintesa
• Dari reaksi gelap ini, dihasilkan atau disintesa glukosa (C₆H₁₂O₆),
• Glukosa ini sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme / Respirasi
• OK

• Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.
• Proses diawali dengan fiksasi RuBP
• RuBP adalah substansi penting dalam awal proses Reaksi gelap
• RuBP ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat.
• Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP).
• Ribulosa difosfat ini yang nantinya akan mengikat CO₂ dalam reaksi gelap.
• Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.

• Pada fase fiksasi, 6 molekul Ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO₂ dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil
• 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil itu kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA).
• Catatan dengan terbentuknya PGA yang beratom C3 inilah maka tanaman yang melakukan fotosintesis menhasilkan PGA pada fiksasi kemdian disebut tanaman C3 (hehe)
• Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat dari penguraian 12 ATP menjadi 12 ADP , dan membentuk 1,3-bifosfogliserat (PGA 1.3 biphosphat).
• Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini mendapatkan ion H⁺ dari dari rduksi NADPH2 , yang kemudian berubah menjadi NADP⁺
• ATP dan NADPH yang digunakan berasal dari produk reaksi terang itu sebanyak masing masing 12 ATP dan 12 molekul NADPH
• Oleh karena itulah terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C.
• Selanjutnya terjadi sintesa , 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C₆H₁₂O₆).
• 10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat.(RDP/RuBP)
• Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP),
• RDP/RuBP kemudian kembali akan mengikat CO₂ lagi , begitu setrusnya.

Reaksi Terang

Reaksi terang

Reaksi terang dari fotosintesis pada membran tilakoid

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH₂.^[20] Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.^[20]
Reaksi terang melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I dan II.^[21] Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm, sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 nm.^[21]
Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil.^[21] Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil elektron dari molekul H₂O yang ada disekitarnya. Molekul air akan dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim.^[21] Hal ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid. Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH₂.^[21] Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H⁺ yang disebut sitokrom b₆-f kompleks.^[20] Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II adalah^[21]:
2H₂O + 4 foton + 2PQ + 4H^- → 4H⁺ + O₂ + 2PQH₂
Sitokrom b₆-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I dengan mengoksidasi PQH₂ dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC).^[21] Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H⁺ dari stroma ke membran tilakoid.^[21] Reaksi yang terjadi pada sitokrom b₆-f kompleks adalah^[21]:
2PQH₂ + 4PC(Cu²⁺) → 2PQ + 4PC(Cu⁺) + 4 H⁺ (lumen)
Elektron dari sitokrom b₆-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I.^[21] Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tapi mengandung kompleks inti terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari H₂O melalui kompleks inti PS II lebih dahulu.^[21] Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I berfungsi mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin.^[21] Reaksi keseluruhan pada PS I adalah^[21]:
Cahaya + 4PC(Cu⁺) + 4Fd(Fe³⁺) → 4PC(Cu²⁺) + 4Fd(Fe²⁺)
Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP⁺ dan membentuk NADPH.^[21] Reaksi ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP⁺ reduktase.^[21] Reaksinya adalah^[21]:
4Fd (Fe²⁺) + 2NADP⁺ + 2H⁺ → 4Fd (Fe³⁺) + 2NADPH
Ion H⁺ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam ATP sintase.^[1] ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan pengangkutan elektron dan H⁺ melintasi membran tilakoid.^[1] Masuknya H⁺ pada ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi) menjadi ATP.^[1] Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang adalah sebagai berikut^[1]:
Sinar + ADP + Pi + NADP⁺ + 2H₂O → ATP + NADPH + 3H⁺ + O₂