dapat dirombak oleh enzim tertentu, sepertihalnya yang terjadi pada proses

pemasakan buah.

Benang-benang sitoplasma yang halus disebut plasmodesmata (tunggal

plasmodesmata) menembus dinding sel yang berdekatan melalui bidang

noktah primer, menghubungkan protoplasma sel yang berdampingan.

Plasmodesmata ini merupakan kanal yang membatasi oleh membran sel dari

sel yang berdampingan dan diisi oleh benang retikul;um endoplasma yang

berdiameter sekitar 40 nm. Plasmodesmata dianggap penting karena

menyatukan banyak sel dalam jaringan atau tumbuhan kedalam satu fungsi

secara keseluruhan. Bahan-bahan dinding sekunder tidak diendapkan pada

bidang noktah primer, sehingga kanal-kanal yang menghubungkan sel tetap

terperlihara.

(b). Protoplas

Protoplas terdiri dari 4 bagian utama yaitu sitoplasma, inti sel (nukleus),

vakuola dan bahan ergastik.

Sitoplasma sitoplasma merupakan bagian sel yang kompleks, suatu bahan

cair yang mengandung banyak molekul, diantaranya berbentuk suspensi

koloid dan didapatkan juga organel-organel yang bermembran. Pada mulanya

istilah sitoplasma menunjukkna matriks yang mengelilingi inti, tetapi nkarena

kemajuan dalam pengembangan mikroskop electron dan diketemukannya

organel-organel, maka istilah sitoplasma tidak tepat lagi. Sekarang digunakan

istilah sitosol untuk matriks dimana organel-organel sitoplasma

tersuspensikan. Sitoplasma dan inti sel secara bersama-sama disebut

protoplasma. Karena fungsi kimia sebagian besar terjadi pada dinding sel dan

bahkan dalam vakuola. Beberapa sel tumbuhan memilki zat-zat murni yang

11

tidak hidup seperti kalsium oksalat, bahan-bahan protein, resin yang secara

keseluruhan disebut bahan ergastik.

Setiap macam organe dalam sitoplasma merupakan tempat terjadinya

proses-proses kimia spesifik. Mereka juga melakukan aktifitas yang

berlawanan seperti melakukan proses sintesis dan perobakan molekul yang

sama, pada sel yang sama dan dalam waktu yang bersamaan. Organel

tumbuh, membelah, berubah bentuk, mengandung enzim yang mengkatalis

ribuan reaksi metaboli, dan mengeluarkan bahan-bahan melalui membran,

mereka mengambil bagian dari pertumbuhan dan spesialisasi sel dan terlibat

dalam banyak aktivitas yang vital.

Membran sel eukariota dan prokariota adalah sama, keduanya

mengatur aliran zat-zat yang terlarut masuk dan keluar sel, mengatur aliran

air melalui osmosis. Kloroplas dan mitokondria dikelilingi oleh dua lapis

membran. Membran sebelah dalam bentuknya sangat rumit dan banyak

melakukan aktivitas metabolismeserta mengatur lalulintas molekul keluar

masuk organel. Dua lapis membrane ini juga dijumpai mengelilingi inti sel.

Membrane yang mengelilingi vakuola dikenal sebagai membrane vakuola

atau tonoplas terdiri dari satu lapis membrane dan sangat penting bagi

tumbuhan dan fungi.

Sitoplasma eukariotika mengandung mikrotubul yang tersusun oleh

molekul protein yang bundar yang disebut tubulin dan diduga berperan

dalam pembentukan dinding sel. Melalui mikroskop electron, sitoplasma

terlihat berisi satu system dua lapis membrane (a double-membrane system)

yang kadang-kadang terlihat seperti kantung

12

13

kempis yang berlipat-lipat dan disebut sebagai reticulum endoplasma ( ER =

Endoplasmic Retikulum) (Gambar 1-3). Retikulum endoplasma membentuk sistem

angkutan untuk berbagai macam molekul didalam sel dan bahkan antar sel melalui

plasmodesmata. Banyak aktivitas biokimia berasosiasi dengan retikulum endoplasma,

salah satu aktivitasnya adalah sintesis protein yang terjadi pada sejumlah ribosom

(diameter antara 15-25 nm) yang seri8ng berasosiasi dengan ER. ER dengan ribosom

yang melekat padanya disebut ER kasar sedang yang tidak mengandung ribosom

disebut ER halus. Ribuan terdapat bebas dalam sitosol tidak terikat oleh membran

apapun. Seringkali ribosom ini tersusun seperti rantai, dan struktur ini disebut

polifibosom atau polisom dan setiap ribosom secara bersama-sama diikat oleh

suatu pita mesenger RNA (mRNA), suatu informasi genetik yang selanjutnya akan

dijabarkan dalam bentuk protein. Ribosom yang ukurannya lebih kecil (kurang lebih 15

nm) dijumpai pada mitokondria dan kloroplas, dan mereka mensintesis protein dalam

organel tersebut, tetapi dapat juga disintesis pada ribosom sitoplasma yang

selanjutnya diangkut keorganel. Inti sel memperoleh proteinnya dari sitoplasma.

Disamping berpartisipasi dalam sintesis protein, ER mensintesis sterol dan fosfolipida

yang merupakan bagian dari membran.

Dengan mikroskop elektron, badan Golgi terlihat sebagai tumpukan cairan

yang beronga dengan pinggiran yang memutar dan dikelilingi oleh badan-badan

berbentuk bola (Gambar 1-4). Struktur badan Golgi terus berubah, karena beberapa

cakram berongga (cisternae) tumbuh, sementara yang lain mengkerut dan

menghilang. Tumbuh dan menghilangnya cisternae membantu menjelaskan asal-usul

maupun fungsi pokok badan Golgi. Badan Golgi berperan dalam pembentukan

membran plasma dan mengangkut enzim yang harus dibuat dalam sel, yang akan

menentukan reaksi kimia yang terjadi dan menentukan struktur dan fungsi sel. Sistem

14

kontrol merupakan informasi genetik yang dikandung dalam pita-pita DNA yang

panjang, berkombinasi dengan protein membentuk suatu materi yang dinamakan

kromatin. Bahan ini akan berduplikasi sebelum sel membelah melalui proses kimia.

Selama pembelahan inti berjalan, serat kromatin menjadi padat dengan menggulung

menjadi suatu bidang yang memanjang, berwarna gelap yang disebut kromosom,

dan dapat terlihat dengan mikroskop biasa. Inti sel mengandung cairan, suatu larutan

berenzim yang dikenal dengan nama nukleoplasma, dengan kromatin atau kromsom

beserta butir inti berada didalamnya. Inti dikitari oleh dua lapis membran paralel yang

bersama-sama disebut salut inti (nuclear envelope). Membran dalam terletak 20-30

nm disebelah dalam membran luar. Salut in berpori memungkinkan hubungan antara

inti dengan sitoplasma. Membran dalam dan luar berhubungan satu sama lain

membentuk pinggiran pori, menghasilkan suatu kanal (saluran). Membran luar salut

inti sering menyambung dengan retikulum endoplasma.

Vakuola Karakteristik sel tumbuhan disamping memiliki dinding sel dan plastida

adalah adanya vakuola. Bentuk dan kekakuan yang dimiliki oleh jaringan-jaringan

yang hanya memiliki dinding primer (seperti pada daun dan batang muda), disebabkan

oleh air dan zat terlarut didalamya, yang menimbulkan tekanan didalam vakuola.

Tekanan ini timbul akibat adanya tekanan osmosis, yang akan dibahas kemudian.

Konsentrasi bahan terlarut didalam vakuola cukup tinggi, kira-kira setinggi konsentrasi

garam dalam air laut. Ratusan macam bahan terlarut didalamnya termasuk garam-

garam, molekul-molekul organik kecil, beberapa protein (enzim) dan molekul-molekul

lainnya. Beberapa vakuola mengandung konsentrasi pigmen yang tinggi, yang

menimbulkan warna pada banyak bunga dan daun. Pada beberapa bagian tumbuhan,

vakuola dapat mengandung bahan-bahan yang mungkin berbahaya bagi sitoplasma.

Umumnya vakuola sedikit bersifat asam, dengan pH berkisar antara 5-6.

15

BAB II. MOLEKUL ORGANIK DALAM TUMBUHAN

Dalam benda hidup terdapat bermacam –macam molekul organi,k,

namun hanya beberapa macam senyawa yang umum bagi tumbuhan, hewan

dan mikroorganisme. Senyawa-senyawa tersebut adalah protein, nukleotida,

lipid, karbohidrat dan protein. Protein adalah suatu polimer yang terdiri atas

banyak molekul monomer yaitu asam amino. Nukleotida dapat membangun

asam nukleat, dan karbohidrat dapat berupa monomer (monosakkarida) atau

polimer (polisakkarida). Di dalam tumbuhan unit-unit monomer dapat sebera

dimetabolisme atau diangkut ketempat-tempat yang memerlukan dan oleh

reaksi-reaksi tertentu diubah menjadi polimer struktural (misalnya , selulosa,

protein), bahan cadangan (misalnya, pati), enzim (protein) atau untuk

membangun sel, jaringan, organ dan akhirnya menjadi tumbuhan multisel

yang lengkap.

Lipid, porfirin, lignin, kutin dan suberin tidak mempunyai hubungan

monomer-polimer seperti yang terdapat pada protein, asam nukleat dan

karbohidrat. Molekul-molekul itu tersusun oleh bahan-bahan pembangun yang

jenisnya relatif sedikit.

Semua asam amino mengandung karbon, hidogen, oksigen, dan

beberapa mengandung sulfur. Nukleotida mengandung nitrogen dan fosfor

selain karbon, hidrogen, dan oksigen, tetapi pada yang lain juga terdapat

nitrogen dan fosfor. Porfirin terdiri atas karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen

dan unsur-unsur lain.

16

2.1. PROTEIN

Protein adalah polimer biologi yang paling penting yang berperan dalam

hampir semua sifat kehidupan. Protein terdiri atas satu atau lebih rantai

polipeptida biasanya dibangun oleh ratusan asam amino. Komposisi dan

ukuran tiap protein bergantung pada jumlah asam aminonya. Umumnya 18

hingga 20 macam asam amino yang berbeda terdapat pada protein, tetapi

sebagian besar protein mempunyai lengkap 20 macam asam amino yang

berbeda. Selain itu tumbuhan mengandung 20 hingga 40 asam amino

tambahan yang terdapat bebas dalam ekstrak tumbuhan tetapi jarang

terdapat pada protein.

Dalam protein yang berbeda jumlah keseluruhan asam amino sangat

bermacam-macam hingga berat molekul protein juga berbeda. Sebagai

makromolekul yang besar, berat protein berkisar dari beberapa ribu hingga

beberapa juta. Protein yang mempunyai berat molekul 5000 mengandung

kira-kira 50 asam amino, sedangkan protein dengan berat molekul 100.000

dapat terdiri atas 1000 asam amino. Sebagian besar protein tumbuhan berat

molekulnya kira-kira 40.000, namun feredoksin yaitu protein yang terlbat

dalam fotosintesis berat molekulnya 11,5 dan ribulosa bifosfat karboksilase,

satu enzim fotosintesis yang lain mempunyai berat molekul lebih dari 500.

rumus umum asam amino adalah :

H

R C C O atau RCHN2COOH

NH2 OH

17

Dari struktur asam itu - NH2 adalah gugus amino dan –COOH gugus

karboksil. Kedua gugus tersebut umum untuk semua asam amino dengan

sedikit modifikasi pada gugus amino adalah prolin. R menunjukkan sisa dari

molekul, yang berbeda untuk setiap macam asam amino. Gambar 2-1

memperlihatkan struktur keduapuluh asam amino yang umum terdapat pada

protein. Gugus R menyebabkan asam-asam amino yang sangat berbeda

dalam sifat-sifat fisiknya, misalnya kelarutan dalam air. Asam amino alifatik

dan aromatik kurang larut dalam air (lebih hidrofobik) daripada asam amino

tipe basa, asam dan terhidroksilasi (lebih hidrofobik).

Struktur dua amida yaitu glutamin dan asparagin yang terdpat dalam

sebagian besar protein tercantum dalam gambar 2-1. Secara teknis, amida

adalah asam amino karena amida mempunyai struktur umum asam amino.

Asam amino tersebut dinamakan amida karena bagian R dari asam amino

mempunyai suatu gugus amino yang berhubungan dengan karbon dan

karbonil. Glutamin dan asparangin masing-masing dibentuk dari asam

glutamat dan aspartat, dua asam amino mempunyai gugus karboksil

tambahan sebagai bagian dari R. Amida merupakan bagian struktural dari

sebagian besar protein. Amida juga penting sebagai bentuk senyawa nitrogen

yang diangkut dari suatu bagian ke bagian lain tumbuhan.

Gabungan asam-asam amino dan amida menjadi rantai polipeptida

dari protein dan terjadi melalui ikatan ikatan peptida yang dibentuk dari gugus

karboksil satu asam amino dengan gugus asam amino berikutnya, seperti

terlihat pada reaksi berikut ini :

NH2 H H

18

HOOC CH2 C C H + HN C COOH

H O H

NH2 H H

HOOC CH2 C C N C COOH

H O H

Panah vertikal menunjukkan ikatan peptida.

Jika asam aspartat dan asam glutamat yang masing-masing

mempunyai dua gugus karboksil membentuk ikatan peptida dengan asam

yang lain, hanya gugus karboksil dekat dengan gugus amino yang mengambil

bagian. Gugus karboksil lain tetap bebas dan memberikan asam pada

protein. Jika lisin dan arginin, yang masing-masing mempunyai dua gugus

amino, membentuk ikatan peptida, gugus amino terjauh dari gugus karboksil

selalu bebas.

Kedudukan protein dalam proses biologi telah banyak diketahui.

Beberapa protein dalam jumlah yang banyak terdapat dalam organ

penyimpan, seperti endosperma dan kotiledon. Glutelin dari gandum dan zein

dari jagung merupakan contoh protein yang disimpan. Selama

perkecambahan , protein yang disimpan itu dihidrolisis oleh enzim menjadi

asam-asam amino yang memberi

19

Gambar 2-1 Struktur 20 asam amino yang terdapat dalam sebagian besar

protein

20

bahan pertumbuhan bagi embrio selama awal perkembangannya. Beberapa

protein berperan sebagai unit-unit struktural seperti yang terdapat pada

kutikula dan beberapa serat. Protein lain seperti glikoprotein (protein dengan

karbohidrat) bersama-sama dengan glikolipid (lipid dengan karbohidrat)

terdapat pada permukaan membran dan ikut serta dalam organisasi dan

fungsi membran.

Nukleoprotein (asam nukleat dengan protein) terdapat dalam inti yang

penting dalam transmisi informasi selama pembelahan sel dan dalam sintesis

protein.

Peran protein yang terkenal adalah sebagai enzim dalam proses

katabolisme dan anabolisme. Mengenai enzim akan dibahas dalam bab

tersendiri.

2.2. ASAM NUKLEAT

Di dalam sel terdapat dua macam asam nukleat yaitu asam

deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Kedua asam nukleat

ini merupakan makromolekul yang besar; berat molekul DNA dapat mencapai

2 milyar sedangkan RNA terdapat dalam beberapa bentuk, ukurannya

bermacam-macam dengan berat molekul 25000 hingga 25 juta. Asam nukleat

adalah suatu polimer terdiri atas banyak monomer nukleotida. Tiap nukleotida

dibangun oleh suatu basa nitrogen, satu gula pentosa dan satu asam fosfat.

Kombinasi satu basa nitrogen dengan satu gula pentosa tanpa asam fosfat

disebut satu nukleosida (Gambar 2-2). Perbedaan komposisi nukleotida DAN

dan RNA ditunjukkan dalam Tabel 2-1. Dalam DNA dan RNA dikenal 2

macam basa nitrogen yaitu purin dan pirimidin. Baik DNA maupun RNA

21

mengandung 2 purin yaitu adenin dan guanin serta 1 pirimidin yaitu sitosin.

Pirimidin lain yaitu timin terdapat dalam DNA, tetapi RNA mengansung

pirimidin lain yaitu urasil (Gambar 2-2). Kedua asam nukleat itu juga berbeda

dalam komponen gula pentosanya; DNA mengandung deoksiribosa sedang

dalam RNA terdapat ribosa. DNA dan RNA mengandung asam fosfat. Basa

nitrogen, gula dan asam fosfat tersusun dalam satu rantai linier seperti terlihat

pada Gambar 2-2.

Gambar 2-2 Struktur komponen asam nukleat

22

TABEL 2-1 KOMPOSISI DNA DAN RNA

Unit molekul DNA RNA

Purin Adenin (A) Adenin (A)

Guanin (G) Guanin (G)

Pirimidin Sitosin (S) Sitosin (S)

Timin (T) Urasil (U)

Gula Pentosa Deoksiribosa Ribosa

Fosfat Fosfat Fosfat

(1). Asam deoksiribonukleat (DNA)

Seperti terlihat dalam Tabel 2-1, DNA terdiri atas purin yaitu adenin

dan guanin; pirimidin yaitu sitosin dan timin; deoksiribosa dan asam fosfat.

Molekulo DNA merupakan struktur beruntai- dua. Purin dan pirimidin

berpasangan didalam kedua untai DNA karena bentuk dan ukurannya,

sehingga timin (T) berpasangan dengan Adenin (A) sedangkan Sitosin (S)

berpasangan dengan guanin (G). selanjutnya untai ganda DNA itu membelit

sehingga tiap untai DNA mengambil struktur heliks seperti terlihat dalam

Gambar 2-3. Kedua untai ditahan oleh ikatan-ikatan hidrogen yang terbentuk

antar pasangan-pasangan basa nitrogen.

23

Pada saat pembelahan sel kedua untai molekul DNA itu memisah dan

kemudian masing-masing untai berperan sebagai cetakan (“tempelate”) untuk

pembentukan suatu untai baru yang disintesis dari nukleotida-nukleotida yang

24

Gambar 2-3 Molekul DNA

Terdapat didalam sel. Sntesis nukleotida dan pembentukan untai DNA baru

memerlukan kerja sejumlah enzim

(2) Asam ribonuleat (RNA)

Molekul RNA juga dibangun oleh nukleotida membentuk satu rantai

polinukleotida beruntai tunggal yang panjang. Sebagian polinukeotida dapat

melipat sedemikian sehingga terbentuk segmen-segmen beruntai dua dengan

basa-basa berpasangan seperti molekul DNA. Segmen-segmen lain dari

molekul RNA tetap sebagai untai tunggal. Berbeda dengan DNA, pada RNA

komposisi basa nitrogen adalah basa urasil (U) menggantikan timin; selain itu

gula pentosanya ribosa (Tabel 2-2 )

Pola penyebaran RNA dalam sel juga berbeda dengan DNA. Dalam ini

terdapat sejumlah kecil RNA, sebagian besar terdapat dalam sitoplasma yaitu

RNA duta/ messenger (mRNA), RNA transfer atau RNA dapat larut (tRNA)

25

dan RNA ribosom (rRNA). Semua baentuk RNA tersebut terlibat dalam

sintesis protein.

(3). Nukleotida penting lain

Selain nukleotida yang ada dalam DAN dan RNA, beberapa nukleotida

lain terdapat di dalam sel. Istilah nukleotida ini sangat luas dan termasuk

basa-basa nitrogen lain seperti purin dan pirimidin. Sebagian besar

nuklkeotida itu terdapat dalam jumlah sedikit didalam sel dan biasanya

berfungsi dalam metabolisme sebagai gugus prostetik atau koenzim dari

suatu enzim.

a. Adenin trifosfat (ATP)

Adenin trifosfat adalah suatu nukleotida yang dibangun oleh adenin, ribosa

dan tiga gugus fosfat seperti terlihat pada Gambar 2.4. ATP merupakan

senyawa didalam sel yang penting dan berperan dalam reaksi katabolik dan

anabolik. Gugus fosfat (satu atau dua gugus fosfat terkahir) bernteraksi dalam

proses-proses metabolisme. Sebagai contoh :

Glukosa + ATP enzim

Glukosa-6-fosfat + ADP

26

Asam amino + ATP enzim

asam amino difosfat + AMP

Glukosa dan asam amino bebas tidak aktif dalam metabolisme, tetapi melalui

interaksinya dengan ATP, glukosa dan asam amino itu terfosforilasi dan

mampu ikut serta dalam reaksi-reaksi katabolik dan anabolik.

b. Nukleotida trifosfat lain

Selain adenin maka purin dan pirimidin lain juga dapat membentuk difosfat

dan trifosfat seperti halnya ADP dan ATP. Jadi sel mengandung guanosin

trifosfat (GTP), uridin tifosfat (UTP) dan lain-lain. Nukleotida-nukleotida itu

berperan sebagai sumber sebagai gugus fosfat seperti pada ATP.

Misalnya UTP terutama ikut serta dalam biosintesis sukrosa dan pati, GTP

penting dalam sintesis selulosa CTP diperlukan untuk biosintesis lemak.

27