Xi Xii Respirasi

RESPIRASI

09/18/09

Gieks

1

Respirasi Aerobik • Adalah proses biologi dimana senyawa organik tereduksi dimobilisasi dan kemudian dioksidasi secara terkontrol • Dalam proses ini energi bebas dilepaskan dan kemudian digabungkan dalam bentuk ATP, yang dapat segera digunakan dalam perkembangan tanaman 09/18/09

Gieks

2

Respirasi Aerobik • Secara umum disebut oksidasi senyawa gula berkarbon 6 (glukosa) • Reaksi dasar C6H12O6 + O2 + H2O

6CO2 + 12 H2O

• Merupakan reaksi redoks, gukosa dioksidasi secara sempurna menjadi CO2 , dan oksigen (akseptor hidrogen terakhir) direduksi menjadi air 09/18/09

Gieks

3

• Oksidasi glukosa dilakukan secara bertahap dalam beberapa rangkaian reaksi guna menghindari kerusakan struktur seluler (“kebakaran”) akibat terjadinya pelepasan energi yang sangat besar.

09/18/09

Gieks

4

Terbagi menjadi tiga tahapan: • Glikolisis: glukosa dioksidasi sebagian menjadi 2 molekul asam piruvat, sedikit ATP, dan NADH) • Siklus asam trikarboksilat: asam piruvat dioksidasi secara sempurna menjadi CO2 dan sejumlah besar NADH (10 molekul) • Transport elektron: dari NADH ke oksigen, dengan melepaskan sejumlah besar energi yang disimpan dalam bentuk ATP 09/18/09

Gieks

5

C6H12O6 + O2 + H2O + 32 ADP + 32 Pi 6CO2 + 12 H2O + 32 ATP

09/18/09

Gieks

6

1. Glikolisis • Terjadi pada semua organisme hidup • Secara evolusi, tahapan ini dianggap sebagai tahapan yang paling tua dari ketiga tahapan respirasi

09/18/09

Gieks

7

• Glikolisis merupakan tahapan pertama respirasi, dimana glukosa dipecah menjadi 2 buah senyawa 3 karbon, yang kemudian dioksidasi dan diubah menjadi asam piruvat, yang akan digunakan dalam siklus asam trikarboksilat

09/18/09

Gieks

8

• Oksigen tidak dibutuhkan pada konversi glukosa menjadi asam piruvat, sehingga glikolisis dianggap sebagai cara menghasilkan energi pada jaringan tanaman ketika konsentrasi oksigen rendah

09/18/09

Gieks

9

• Sukrosa (ikatan antara glukosa & fruktosa) adalah karbohidrat (KH) utama yang ditranslokasikan ke seluruh bagian tumbuhan melalui floem •Sukrose dianggap sebagai sumber gula utama

09/18/09

Gieks

10

• Terdapat dua cara degradasi sukrose menjadi glukosa (+fruktosa): yaitu melalui aktivias enzim 2. Sukrose synthase 3. Invertase

09/18/09

Gieks

11

• Tahapan reaksi glikolisis dimulai dengan terjadinya dua kali fosforilasi glukosa/fruktosa, dan kemudian pecah menjadi 2 buah senyawa gula 3 karbon: glyceraldehyde-3-phosphat • Reaksi ini memerlukan 2 ATP/glukosa • Setelah terbentuk glyceraldehyde-3phosphat, jalur glikolisis ini mulai dapat mengekstrak energi 09/18/09

Gieks

12

09/18/09

Gieks

13

09/18/09

Gieks

14

• Jika tidak terdapat O2, siklus asam trikarboksilat dan transport elektron tidak terjadi, sehingga reaksi glikolisis tidak dapat berlanjut karena tidak adanya suplai NAD+. Akibatnya reaksi yang dikatalisis oleh glyceraldehyde-3phosphat dehidrogenase tidak dapat berlangsung 09/18/09

Gieks

15

• Dalam kondisi tidak ada oksigen, tanaman melakukan metabolisme fermentatif. • Fermentasi dapat terjadi melalui fermentasi alkohol atau fermentasi asam laktat

09/18/09

Gieks

16

• Laktat dianggap merupakan produk akhir fermentasi yang relatif lebih berbahaya dibanding alkohol karena akumulasi laktat berdampak pada penurunan pH sitosol

09/18/09

Gieks

17

09/18/09

Gieks

18

Proses sintesis glukosa dapat terjadi melalui reaksi balik dari glikolisis, yang dikenal dengan glukoneogenesis

09/18/09

Gieks

19

Efisiensi fermentasi anaerobik, yaitu energi yang disimpan dalam bentuk ATP relatif terhadap energi potensial yang ada dalam molekul glukosa, hanya sekitar 4 % (sebagian besar energi berada dalam bentuk lactat/etanol)

09/18/09

Gieks

20

2. Siklus asam trikarboksilat/asam sitrat/Krebs • Ditemukan th 1937 oleh Sir Hans A. Krebs (University of Sheffield, UK, nobel price winner in medicine and physiology in 1953) • Terjadi di matriks mitokondria

09/18/09

Gieks

21

• Mitokondria adalah organel yang semiotonom karena mempunyai ribosom, RNA, dan DNA sendiri. • DNA mitokondria mengkode beberapa protein mitokondria • Mitokondria diwariskan lewat ovum (tidak melalui polen/sperma) sehingga dapat digunakan sebagai penanda tetua betina (maternality) 09/18/09

Gieks

22

09/18/09

Gieks

23

• Siklus asam trikarboksilat disebut juga siklus asam sitrat karena pentingnya asam sitrat sebagai substrat intermediet dalam siklus ini

09/18/09

Gieks

24

• Asam piruvat hasil glikolisis, ketika memasuki matriks mitokondria, didekarboksilasi oksidatif sehingga menghasilkan NADH, CO2, dan asam asetat • Asam asetat selanjutnya gabungkan dengan coenzim A, membentuk Asetil Coenzim A (asetil co A)

09/18/09

Gieks

25

• Konversi asam piruvat menjadi asetil coA terdiri atas tiga tahapan yaitu dekarboksilasi, oksidasi dan konjugasi dengan Asetil coA

09/18/09

Gieks

26

09/18/09

Gieks

27

• Oksidasi piruvat dalam mitokondria menghasilkan 3 molekul CO2, 4 NADH, FADH and ATP

09/18/09

Gieks

28

3. Transport elektron dan sintesis ATP • Elektron berenergi tinggi yang ditangkap selama siklus asam trikarboksilat harus diubah menjadi ATP, untuk dapat dimanfaatkan. • Untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi melalui glikolisis dan siklus Krebs, akan dihasilkan 2 NADH dalam sitosol, 8 NADH dan 2 FADH2 dalam matriks 09/18/09

Gieks

29

NADH + H+ + ½ O2

09/18/09

Gieks

NAD+ + H20

30

4 H+

4 H+

2 H+

H+

H+ H+

2H

+

4 H+

09/18/09

4 H+

2 H+

Gieks

31

• Oksidasi glukosa secara sempurna menghasilkan 4 ATP, 2 NADH dalam sitosol, 8 NADH dan 2 FADH2 dalam mitokondria • Karena 1 NADH setara dengan 3 ATP dan 1 FADH2 setara 2 ATP, maka dari 1 molekul glukosa dihasilkan total 38 ATP. • Secara umum 56 % dari total energi yang tersedia dalam glukosa dapat dikonversi menjadi ATP 09/18/09

Gieks

32

• Oksidasi glukosa dalam sitosol tidak hanya terjadi melalui glikolisis, tetapi dapat melalui jalur oksidasi pentosa fosfat • See Siklus pentosa fosfat.ppt

09/18/09

Gieks

33

Fungsi jalur oksidasi pentosa fosfat 2. Menghasilkan NADPH untuk proses-proses reduksi 3. Energi reduksi dari NADPH berperan dalam pembentukan energi seluler 4. Diduga berperan dalam pembentukan senyawa intermediet pada siklus Calvin

09/18/09

Gieks

34

1. Pada siklus ini akan dihasilkan ribose-phosphate yang merupakan perkusor ribosa dan deoksiribosa dalam RNA dan DNA 2. Senyawa intermediet 4 karbon erythrose-4phosphate ketika bereaksi dengan PEP akan menghasilkan beberapa senyawa fenolik termasuk asam amino aromatik, dan perkusor lignin, flavonoid dan phytoalexin

09/18/09

Gieks

35

Faktor-faktor yang mempengaruhi laju respirasi 2. Keadaan protoplasma: jaringan meristematik yang banyak mengandung sitoplasma akan memiliki laju respirasi yang tinggi 3. Ketersediaan substrat terlarut: laju respirasi akan meningkat dengan meningkatnya substrat respirasi terlarut

09/18/09

Gieks

36

• Hidrasi jaringan: laju respirasi akan meningkat dengan meningkatnya hidrasi jaringan • Temperatur: sampai dengan suhu tertentu, Q10 respirasi = 2-3 • Konsentrasi Oksigen: penurunan oksigen akan menurunkan dekarboksilasi pada siklus krebs akibat terjadinya hambatan pada oksidasi NADH2, NADPH2, dan FADH2

09/18/09

Gieks

37

• Konsentrasi CO2: meningkatnya konsentrasi CO2 akan menurunkan respirasi, dan pada konsentrasi yang tinggi akan bersifat racun • Stimulasi mekanik: akan meningkatkan laju respirasi • Pelukaan dan infeksi: akan meningkatkan respirasi akibat meningkatnya metabolisme dalam meristem sekunder

09/18/09

Gieks

38

1. Pengaruh garam-garam anorganik akan meningkatkan laju respirasi 2. Cahaya: akan meningkatkan laju respirasi terutama pada daerah yang berklorofil

09/18/09

Gieks

39