Download - ENZIM & RESPIRASI TUMBUHAN
FISIOLOGI TUMBUHAN
ENZIM DAN RESPIRASI TUMBUHANTujuan Instruksional Khusus: Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa akan dapat menjelaskan prinsip dasar kerja enzim dan proses respirasi tumbuhanEdisi 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) 1. Ion anorganik (kofaktor) 2. Senyawa organik (koenzim)
Protein - kofaktor (Holoenzim)
Sifat-sifat enzim1. Efektif pada konsentrasi sangat rendah 2. Tidak dipengaruhi oleh reaksi dimana katalisator berfungsi 3. Tidak berpengaruh terhadap keseimbangan reaksi 4. Pada umumnya bersifat khas
Kelas-kelas enzim utamaNama kelas 1. Oksidoreduktase 2. Transferase 3. Hidrolase 4. Liase Tipe reaksi yang dikatalisatori Semua tipe reaksi oksidasi reduksi Memindahkan satu grup atom yang utuh dari molekul donor ke akseptor Memecahkan ikatan dengan cara hidrolisis (reaksi melibatkan air) Memecahkan ikatan C-C, C-O, C-N dsb. dengan cara lain, bukan hidrolisis atau oksidasi Interkonversi isomer-isomer, misal: Aldehid keton, isomer L isomer D Pembentukan ikatan karena kondensasi dua molekul dengan energi dari ATP
5. Isomerase 6. Ligase
Tata nama enzim Sebagian terbesar enzim diberikan nama dengan akhiran -ase dan berdasarkan pada tipe reaksi yang dikatalisis dan nama substrat Enzim digolongkan dalam 6 kelas berdasarkan tipe transformasi kimia yang terjadi Setiap kelas terbagi dalam subkelas dan subsubkelas Bagan tata nama enzim dilengkapi dengan sistem pemberian nama. Nomor sandi enzim terdiri dari empat yang berturut-turut menyatakan: kelassubkelas-sub-subkelas-nomer seri enzim
Prinsip dasar katalisis1. 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 enzim1. Efektif pada konsentrasi sangat rendah 2. Tidak dipengaruhi oleh reaksi dimana katalisator berfungsi 3. Tidak berpengaruh terhadap keseimbangan reaksi 4. Pada umumnya bersifat khas
Prinsip dasar katalisis1. Terjadinya reaksi karena molekul substrat mengalami kolisi dan mendapatkan energi aktivasi 2. Adanya katalisis (enzim) meningkatkan laju reaksi, karena adanya katalis menurunkan energi aktivasi
Tingkat Energi A+B
E akt. 1 E akt. 2
AB Tanpa katalisator Dengan katalisator
RESPIRASI TUMBUHANRespirasi: Kata latin: respirare = bernafas Diketahui sejak abad XVIII: 1772 J. Priestley: Tumbuhan dapat memurnikan udara kotor Lavoisier: Respirasi O2 CO2 + H2O Ingenhousz : Tumbuhan dan hewan terjadi pertukaran O2 dan CO2 dengan atmosfir.
RESPIRASI TUMBUHANC6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 6H2O + 6H2O
C6H12O6
A
B
C
+ H 2 O + O2
CO2 + H2O
Intermediat: prekursor untuk senyawasenyawa pembentuk sel
Substrat Respirasi:Heksosa (Glukosa) Lipid Asam-asam Organik Protein Identifikasi Substrat: Kuosien Respirasi (KR): mol CO2 yang dilepas mol O2 yang dipakai
Contoh Perhitungan Nialai Kuosien Respirasi (KR): 1. Gula: C6H12O6 + 6O2 KR = 6 mol CO2 6 mol O2 6CO2 + H2O = 1.0
2. Asam Organik (asam malat): C4H6O5 + 3O2 4 mol CO2 KR = 3 mol O2 3. Asam lemak (asam palmitat): C16H32O2 + 11O2 KR = C12H22O11 + 4CO2 + 5H2O 4 mol CO2 = 0.36 11 mol O2 4CO2 + 3H2O = 1.33
Fosforilasi Pati:Pati + n Pi PatiHidrolitik
(Glukosa-1-fosfat)nFosforolitik
Glukosa-1-P Triosa-PPlastid Sitosol
Glukosa
Glukosa Heksosa-P Respirasi
Triosa-P
Pi
Lintasan RespirasiGlikolisis Aerobik AnaerobikCO2 + Etanol
SitoplasmaATP
Mitokondria Siklus KrebsCO2 O2 H2O
Rantai Respirasi
I. GlikolisisGlikolisis: Perubahan Gula 1 molekul Glukosa1 2 3
As. piruvatATP ADP
Glukosa-6-fosfat
Fruktosa-6-fosfat ATP Fruktosa-1,6-difosfat4 Dehidroksi aseton fosfat 3-fosfo gliserat 5 7 ATP 9 ADP fosfoenol piruvat 10 ADP ATP ADP
Gliseraldehid-3-fosfat NAD+ 6 NADH 1,3-bisfosfat gliserat
2x
8 2-fosfo gliserat
2 molekul
Piruvat
Enzim-enzim GLikolisis1. heksokinase 2. fosfoheksokinase 3. fosfofruktokinase 4. aldolase 5. triosa fosfat isomerase 6. triosa fosfat dehidrogenase 7. fosfogliseril kinase 8. fosfoglisero mutase 9. enolase 10. piruvat kinase
Lintasan Pentosa Fosfat OksidatifLinatasan Alternatif metabolisme Glukosa
Dari Glikolisis Glukosa-61
P
6-fosfoglukonatCO23 2
NADP+ NADPH NADP+ NADPH4
Ribulosa -5- P5
Ribulosa -5- PGliseraldehida -3- P
Xilulosa -5- Psedoheptulosa -7- P
Fruktosa -6- P GLIKOLISIS
6
Erotrosa -4- P
Enzim-enzim Lintasan PPO1. Glukosa-6-fosfat dehidrogenase 2. 6-fosfoglukonat dehidrogenase 3. fosforibo isomerase 4. fosfopentoepimerase 5. transketolase 6. transaldolase
II. Respirasi Oksidatif (Metokondria)NAD+ COOH CO CH3
- Siklus Krebs - Rantai RespirasiAsetil KoA
NADH
Koenzim A AsamSitrat Asamcis-akonitat
KoA
CO2 H2O
Asam Oksalo Asetat NADH Asam Malat NAD+
H2O Asam Fumarat FADH2 FAD Asam Suksinat ATP ADP
Siklus Krebs
H2O
NAD+
Asam Isositrat CO2
NADH NADH NAD+ - ketoglutarat H2O
CO2
II. Respirasi Oksidatif (Metokondria)NAD+ COOH CO CH3
- Siklus Krebs - Rantai RespirasiAsetil KoA
NADH
Koenzim A AsamSitrat Asamcis-akonitat
KoA
CO2 H2O
Asam Oksalo Asetat NADH Asam Malat NAD+
H2O
H2O Asam Fumarat FADH2 FAD Asam Suksinat ATP ADP
Siklus KrebsNAD+
Asam Isositrat CO2
NADH NADH NAD+ - ketoglutarat H2O
CO2
Respirasi Aerobik
Respirasi Anaerobik
PiruvatRespirasi mitokondria CO2 + H2O 36 ATPCO2
1
3
NADH NAD+
Laktat Asetaldehid2 NADH NAD+
Etanol 2 ATP1. Piruvat dikarboksilase 2. alkohol dehidrogenase 3. laktat dehidrogenase
Etanol: Ragi (Fermentasi Alkohol) Biji berkecambah sebelum kulitnya pecah Asam Laktat: hewan dan bakteri Lactobacillus
Rantai Respirasi: Rantai Transport ElektronAsam Suksinat Asam Suksinat FAD Fe++
Ubok
FADH2
Fe+++
NAD+
FMNH2
Fe+++ Fe-S
Ubred
Fe+++ Sit-b
NADH
FMN Fe+++ Sit-b Fe++
Fe++ Fe++ Sit-c Fe+++
Ubok Fe+++ Sit-a Fe++ Fe++
Fe++ O2
Sit-a3 Fe+++ H2O
Rantai Respirasi: Rantai Transport ElektronAsam Suksinat FAD
Fe++
Ubok
Fe-SAsam Suksinat FADH2 Fe+++
NAD+
FMNH2
Fe+++
Ubred
Fe+++
Fe++
Fe+++
Fe++
O2
Fe-SNADH FMN Fe++ Ubok
Sit-bFe++
Sit-cFe+++
Sit-aFe++
Sit-a3Fe+++
H2 O
Rantai Transport Elektron couple dengan sintesis ATP (Hipotesis Kemiosmosis Mitchell)Kompleks 1 Kompleks 3 ATP Sintase
2H+Antar Membran Membran Dalam
2H+Sit.c
2H+
Sit bkl .Q
Sit.c
FMN
Si
Sit c1
Sit a/a3
Fo
Matriks NADH + H+ NAD+
4H+ Suksinat
H2O Fumarat1/ O 2 2
F1ATP
+ 2H+
ADP + Pi
Kompleks 2
Kompleks 4
H+
Respirasi Biji BerlemakGlioksisom Kelenjar Lemak:As. Lemak Asetil KoA Oksaloasetat OksaloasetatNADH NAD+ NAD+ NADH
Mitokondria
Trigliserida
Sitrat
Malat Siklus Glioksilat SuksinatCO2
Malat Fumarat Suksinat PEP
As. Lemak
+Gliserol
Isositrat Malat MalatNAD+
Glioksilat OksaloasetatNADHATP
ADP
Gliserol
Gliserol-P
Glukoneogenesis DHAP Fruktosa-6-P Glukosa-1-P
Fruktosa-1,6-BP
Sukrosa
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Respirasi 1. Ketersediaan Substrat 2. Ketersediaan Oksigen: Mengoksidasi NADH, NADPH dan FADH2 Mengurangi respirasi anaerobik Memungkinkan terjadinya Siklus Krebs (penghasil energi dan intermediet)
Produksi CO2
1.0
Aerobik Anaerobik < 10%
0.5
5
10
15
20
25
30
35
% O2
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, - alga laju respirasi > tumbuhan berbiji (perberat kering)
Jaringan-jaringan:Meristematik Kecambah Biji Dorman SporaPertumb. Cepat
Laju respirasi cepat Laju respirasi sangat rendah
Respirasi Relatif
Pendewasaan
Senesen
Umur Laju Respirasi sebagai Fungsi dari Umur (tanaman herba, jaringan dan organ)