Dasar Ilmu Tanaman: Enzim, Fotosintesis, dan Respirasi

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

1.1.1        Enzim

Enzim adalah suatu zat organik yang dapat mempengaruhi berbagai reaksi kimia yang terjadi dalam suatu makhluk hidup. Enzim berperan untuk mengkatalisis proses kimia (biokimia) dalam makhluk hidup atau dalam sistem biologi. Tanpa adanya enzim biasanya reaksi kimia akan berlangsung sangat lambat, bahkan mungkin tidak dapat terjadi. Seperti telah di singgung di depan, kerja enzim sangat khusus dan spesifik . artinya, satu enzim hanya menjalankan satu fungsi saja. Misalnya adalah enzim α-Amylase yang bekerja spesifik dalam mulut, enzim ini terdapat bersama dengan air liur (saliva), enzim α-Amylase berperan dalam melakukan hidrolisis awal makanan terutama yang mengandung pati.

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi fungsi enzim antara lain suhu , pH, substrat, konsentrasi enzim dan zat-zat penghambat. Suhu berpengaruh terhadap fungsi enzim karena reaksi kimia menggunakan katalis enzim yang dapat dipengaruhi oleh suhu. Temperatur yang tinggi (lebih dari 40°C) dapat menyebabkan kerja enzim tidak aktif (non-aktif) bahkan kerusakan enzim (denaturasi).

1.1.2        Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses penyusunan (anabolisme) yang diperoleh dari sumber cahaya dan klorofil dan disimpan sebagai zat kimia. Fotosintesis merupakan suatu proses biologi yang kompleks, proses ini menggunakan energi dan cahaya matahari yang dapat dimanfaatkan oleh klorofil yang terdapat dalam kloroplas.

Proses fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain air (H20), konsentrasi CO2, suhu, umur daun, translokasi karbohidrat, dan cahaya. Tetapi yang menjadi faktor utama fotosintesis agar dapat berlangsung adalah cahaya, air, dan karbondioksida.

Pada fotosintesis akan terbentuk karbohidrat amilum. Amilum hanya terdapat pada bagian daun yang hijau (pada butir-butir hijau daun). Pengujian adanya amilum (pati) dapat dibuktikan dengan yodium karena amilum dengan yodium akan memberikan warna biru.

1.1.3 Respirasi                                         

Salah satu ciri makhluk hidup adalah memiliki kemampuan melakukan respirasi. Respirasi adalah suatu proses pelepasan energi kimia molekul-molekul organik adalah energi matahari yang disimpan di dalamnya terjadi pada proses fotosintesis.

Pada proses fotosintesis terjadi pembentukan heksosa dari molekul-molekul CO2 dan H2O dengan bantuan energi matahari. Hal ini diartikan bahwa energi matahari disimpan dalam energi yang mengikat atom-atom untuk terjadinya molekul gula. Dengan demikian molekul gula kaya energi. Gula heksosa diambil sebagai bahan bakar yang pembakarannya memerlukan oksigen bebas.

Respirasi menggunakan glukosa (C6H12O6) dan oksigen (O2) menghasilkan CO2, H2O dan energi. Reaksi yang terjadi pada respirasi yang disederhanakan adalah sebagai berikut :

C6 H12O6 + 6 O2 è 6 H2O + 6 CO2 + Energi

1.2  Tujuan Praktikum

1.2.1        Enzim

Membuktikan pengaruh temperatur tinggi terhadap aktivitas enzim pada substrat.

1.2.2        Fotosintesis

Membuktikan pentingnya cahaya dalam proses fotosintesis dengan jalan melihat perbedaan anilum dalam daun yang tidak terkena sinar matahari dan daun yang terkena sinar matahari.

1.2.3        Respirasi

Membuktikan bahwa pada proses respirasi membutuhkan oksigen.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Enzim

Menurut pendapat Shahib (1992) pengertian enzim adalah protein yang diproduksi dari sel hidup dan digunakan oleh sel-sel untuk mengkatalisis reaksi kimia yang spesifik. Enzim memiliki tenaga katalitik yang luar biasa dan biasanya lebih besar dari katalisator sintetik. Spesifitas enzim sangat tinggi terhadap substratnya. Tanpa pembentukan produk samping enzim merupakan unit fungsional untuk metabolisme dalam sel, bekerja menurut urutan yang teratur. Sistem enzim terkoordinasi dengan baik menghasilkan suatu hubungan yang harmonis di antara sejumlah aktivitas metabolis yang berbeda.

Enzim bekerja dengan cara bereaksi dengan molekul substrat untuk menghasilkan senyawaintermediat melalui suatu reaksi kimia organik yang membutuhkan energi aktivasi lebih rendah, sehingga percepatan reaksi kimia terjadi karena reaksi kimia dengan energi aktivasi lebih tinggi membutuhkan waktu lebih lama. Sebagai contoh:

X + C → XC (1)

Y + XC → XYC (2)

XYC → CZ (3)

CZ → C + Z (4)

Meskipun senyawa katalis dapat berubah pada reaksi awal, pada reaksi akhir molekul katalis akan kembali ke bentuk semula.

Sebagian besar enzim bekerja secara khas, yang artinya setiap jenis enzim hanya dapat bekerja pada satu macam senyawa atau reaksi kimia. Hal ini disebabkan perbedaan struktur kimia tiap enzim yang bersifat tetap. Sebagai contoh, enzim α-amilase hanya dapat digunakan pada proses perombakan pati menjadi glukosa.

Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, terutama adalah substrat, suhu, keasaman, kofaktor dan inhibitor. Tiap enzim memerlukan suhu dan pH (tingkat keasaman) optimum yang berbeda-beda karena enzim adalah protein, yang dapat mengalami perubahan bentuk jika suhu dan keasaman berubah. Di luar suhu atau pH yang sesuai, enzim tidak dapat bekerja secara optimal atau strukturnya akan mengalami kerusakan. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan fungsinya sama sekali. Kerja enzim juga dipengaruhi oleh molekul lain. Inhibitor adalah molekul yang menurunkan aktivitas enzim, sedangkan aktivator adalah yang meningkatkan aktivitas enzim. Banyak obat dan racun adalah inihibitor enzim.

Dalam mempelajari mengenai enzim, dikenal beberapa istilah diantaranya holoenzim, apoenzim, kofaktor, gugus prostetik, koenzim, dan substrat. Apoenzim adalah suatu enzim yang seluruhnya terdiri dari protein, sedangkan holoenzim adalah enzim yang mengandung gugus protein dan gugus non protein. Gugus yang bukan protein tadi dikenal dengan istilah kofaktor. Pada kofaktor ada yang terikat kuat pada protein dan sukar terurai dalam larutan yang disebut gugus prostetik dan adapula yang tidak terikat kuat pada protein sehingga mudah terurai yang disebut koenzim. Baik gugus prostetik maupun koenzim, keduanya merupakan bagian yang memungkinkan enzim bekerja pada substrat. Substrat merupakan zat-zat yang diubah atau direaksikan oleh enzim (Poedjadi, 2006).

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi fungsi enzim diantaranya adalah (Dwidjoseputro, 1992) :

1. 1.      Suhu

Oleh karena reaksi kimia itu dapat dipengaruhi suhu maka reaksi menggunakan katalis enzim dapat dipengaruhi oleh suhu. Di samping itu, karena enzim adalah suatu protein maka kenaikan suhu dapat menyebabkan denaturasi dan bagian aktif enzim akan terganggu sehingga konsentrasi dan kecepatan enzim berkurang.

1. 2.      Ph

Umumnya enzim efektifitas maksimum pada pH optimum, yang lazimnya berkisar antara pH 4,5-8.0. Pada pH yang terlalu tinggi atau terlalu rendah umumnya enzim menjadi non aktif secara irreversibel karena menjadi denaturasi protein.

1. 3.      Konsentrasi enzim

Seperti pada katalis lain, kecepatan suatu reaksi yang menggunakan enzim tergantung pada konsentrasi enzim tersebut. Pada suatu konsentrasi substrat tertentu, kecepatan reaksibertambah dengan bertambahnya konsentrasi enzim.

1. 4.      Konsentrasi substrat

Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dengan konsentrasi substrat akan menaikkan kecepat reaksi. Akan tetapi, pada batas tertentu tidak terjadi kecepatan reaksi, walaupn konsenrasi substrat diperbesar.

1. 5.      Zat-zat penghambat

Hambatan atau inhibisi suatu reaksi akan berpengaruh terhadap penggabungan substrat pada bagian aktif yang mengalami hambatan.

Enzim digolongkan menurut reaksi yang diikutinya, sedangkan masing-masing enzim diberi nama menurut nama substratnya, misalnya urease, arginase dan lain-lain. Di samping itu ada pula beberapa enzim yang dikenal dengan nama lama misalnya pepsin, tripsin dan lain-lain. Oleh Commision on Enzymes of the International Union of Biochemistry, enzim dibagi dalam enam golongan besar. Penggolongan ini didasarkan atas reaksi kimia di mana enzim memegang peranan. Enam golongan tersebut ialah (Poedjiadi, 2006):

1. Oksidoreduktase
2. Transferase
3. Hidrolase
4. Liase
5. Isomerase
6. Ligase

Enzim meningkatkan laju sehingga terbentuk kesetimbangan kimia antara produk dan pereaksi. Pada keadaaan kesetimbangan, istilah pereaksi dan produk tidaklah pasti dan bergantung pada pandangan kita. Dalam keadaan fisiologi yang normal, suatu enzim tidak mempengaruhi jumlah produk dan pereaksi yang sebenarnya dicapai tanpa kehadiran enzim. Jadi, jika keadaan kesetimbangan tidak menguntungkan bagi pembentukan senyawa, enzim tidak dapat mengubahnya (Salisbury dan Ross, 1995).

Secara singkat, sifat-sifat enzim tersebut antara lain (Dwidjoseputro, 1994) :

1. berfungsi sebagi biokatalisator
2. merupakan suatu protein
3. bersifat khusus atau spesifik
4. merupakan suatu koloid
5. jumlah yang dibutuhkan tidak terlalu banyak
6. tidak tahan panas

2.1.1 Enzim Amilase

Amilase merupakan enzim yang berfungsi untuk menghidrolisis amilum (pati) menjadi gula-gula sederhana seperti dekstrin dan glukosa. Enzim amilase dapat digunakan dalam proses pembuatan biskuit, minuman beralkohol, dan pembuatan sirup glukosa.

Amilase (alfa, beta dan glukoamilase) merupakan enzim yang penting dalam bidang pangan dan bioteknologi. Amilase dapat diperoleh dari berbagai sumber seperti tanaman, binatang dan mikroorganisme. saat ini sejumlah enzim amilae telah diproduksi secara komersial. Penggunaan mikrobia dianggap lebih prosepektif karena mudah tumbuh, cepat menghasilkan dan kondisi lingkungan dapat dikendalikan.

Produksi enzim amilase dapat menggunakan berbagai sumber karbon. Contoh-contoh sumber karbon yang murah adalah sekam, molase, tepung jagung, jagung, limbah tapioka dan sebagainya. Jika digunakan limbah sebagai substrat, maka limbah tadi dapat diperkaya nutrisinya untuk mengoptimalkan produksi enzim. Sumber karbon yang dapat digunakan sebagai suplemen antara laian: pati, sukrosa, laktosa, maltosa, dekstyrosa, fruktosa, dan glukosa. Sumber nitrogen sebagai suplemen antara lain: pepton, tripton, ekstrak daging, ekstrak khamir, amonium sulfat, tepung kedelai, urea dan natrium nitrat.

2.1.2        Enzim Dehidrogenase

Enzim dehidrogenase berfungsi memindahkan hidrogen dari suatu zat ke zat yang lain. Selain itu, enzim ini juga memiliki fungsi lainnya, yaitu mengubah bahan-bahan organik menjadi sebuah zat yang merupakan hasil dari oksidasi.

Di dalam tahapan respirasi aerobik pada tumbuhan terjadi reaksi pemindahan hidrogen dari suatu substrat. Reaksi ini hanya berlangsung jika terdapat enzim dehidrogen. Terjadinya reaksi ini dapat dibuktikan dengan menambahkan senyawa 2,3,5,-triphenyltetrazolium chloride yang tak berwarna dan larut dalam  air. Senyawa ini bila terreduksi akan membentuk senyawa triphenylformazan (senyawa yang tak larut dalam air dan berwarna merah).

2.2      Pengertian Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan dibumi.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.

Agar fotosintesis dapat dipahami kaitanya dengan produksi tanaman maka perlu dikaji lebih mendalam mengenai pengetahuan peran cahaya dan kloroplas, kemiosmosis, fase terang dan fase gelap (siklus calvin), lintasan C3,C4,CAM dan factor-faktor yang berpengaruh terhadap kecepatan serta hasil bersih fotosintesis

2.3 Pengertian Respirasi

Respirasi yaitu suatu proses pelepasan energi kimia molekul-molekul organik di dalam sel (di dalam mitokhondria). Energi molekul organik adalah energi matahari yang disimpan di dalam sel yang dihasilkan dalam proses fotosintesis.

Proses-proses pelepasan energi kimia dalam respirasi tahap, yaitu:

1.Oksidasi, yaitu proses dehidrogenasi atau pelepasan H. dalam respirasi

aerobik penerima H terakhir adalah O2

2. Perombakan molekul

Akibat dari oksidasi, ikatan antara karbon dengan karbon dari molekul gula dirombak dan diputuskan, sehingga terjadi molekul-molekul yang lebih kecil, sampai terjadi CO2

3.Pemindahan energi (Fosforilasi)

4.Oksidasi diikuti pula dengan pelepasan energi-energi yang lepas ada yang sebagai panas, tetapi sebagai besar ditangkap oleh suatu molekul ADP yang kemudian menjadi ATP yang kaya akan energy.

Pengertian respirasi dapat di tinjau dari tiga segi, yaitu peran oksigen, hidrogen dan elektron. suayu senyawa atau unsur di katakan teroksidasi,  jika senyawa tersebut mendapatkan oksigen, kehilangan elektron atau kehilangan hidrogen. Demikian juga sebaliknya, suatu senyawa atau unsur di katakan mengalami reduksi, jika senyawa tersebut kehilangan oksigen, mendaparkan hidrogen atau mendapatkan elektron.

Peran oksigen dikenal dua macam respirasi yaitu, respirasi aeerob dan respirasi anaerob.

1.Respirasi Aerob (Oksidasi)

Proses ini merupakan pemecahan molekul dengan menggunakan oksigen, reaksi umumnya sebagai berikut:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 675 kalori

Pada umumnya dalam keadaan normal manusia menggunakan cara ini.

2.Respirasi Anaerob

Proses ini merupakan pemecahan molekul tidak menggunakan oksigen. Reaksi umumnya sebagai berikut:

C6H12O6 → 2C2H5OH + CO2 + 28 Kalori

Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:

1. 1.      Ketersediaan substrat

Tersedianya substrat pada tanaman merupakan hal yang penting dalam melakukan respirasi. Tumbuhan dengan kandungan substrat yang rendah akan melakukan respirasi dengan laju yang rendah pula. Demikian sebliknya bila substrat yang tersedia cukup banyak maka laju respirasi akan meningkat.

1. 2.      Ketersediaan Oksigen

Ketersediaan oksigen akan mempengaruhi laju respirasi, namun besarnya pengaruh tersebut berbeda bagi masing-masing spesies dan bahkan berbeda antara organ pada tumbuhan yang sama. Fluktuasi normal kandungan oksigen di udara tidak banyak mempengaruhi laju respirasi, karena jumlah oksigen yang dibutuhkan tumbuhan untuk berrespirasi jauh lebih rendah dari oksigen yang tersedia di udara.

1. 3.      Suhu

Pengaruh faktor suhu bagi laju respirasi tumbuhan sangat terkait dengan faktor Q10, dimana umumnya laju reaksi respirasi akan meningkat untuk setiap kenaikan suhu sebesar 10oC, namun hal ini tergantung pada masing-masing spesies.

1. 4.      Tipe dan umur tumbuhan

Masing-masing spesies tumbuhan memiliki perbedaan metabolsme, dengan demikian kebutuhan tumbuhan untuk berespirasi akan berbeda pada masing-masing spesies. Tumbuhan muda menunjukkan laju respirasi yang lebih tinggi dibanding tumbuhan yang tua. Demikian pula pada organ tumbuhan yang sedang dalam masa pertumbuhan.