LAPORAN FISIOLOGI TUMBUHAN
RESPIRASI GANONG
Tujuan
Menentukan koefesien respirasi dan mengetahui jenis substrat yang digunakan oleh sel tumbuhan pada proses respirasi.
Pelaksanaan Kegiatan Praktikum
Hari : Senin, 27 Maret 2009
Waktu : 10.00 – 12.00
Tempat : Laboratorium Fisiologi FPMIPA UPI
Landasan Teori
Dalam beberapa aspek fisiologi tumbuhan berbeda dengan fisiologi hewan atau fisiologi sel. Tumbuhan dan hewan pada dasarnya telah berkembang melalui pola atau kebiasaan yang berbeda. Tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang melalui pola atau kebiasaan yang berbeda. Tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang sepanjang hidupnya. Kebanyakan tumbuhan tidak berpindah, memproduksi makanannya sendiri, menggantungkan diri pada apa yang diperolehnya dari lingkungannya sampai batas-batas yang tersedia. Hewan sebagian besar harus bergerak, harus mencari makan, ukuran tubuhnya terbatas pada ukuran tertentu dan harus menjaga integritas mekaniknya untuk hidup dan pertumbuhan.
Suatu ciri hidup yang hanya dimiliki khusus oleh tumbuhan hijau adalah kemampuan dalam menggunakan zat karbon dari udara untuk diubah menjadi bahan organik serta diasimilasi dalam tubuh tumbuhan. Tumbuhan tingkat tinggi pada umumnya tergolong pada organisme autotrof, yaitu makhluk hidup yang dapat mensintesis sendiri senyawa organik yang dibutuhkannya. Senyawa organik yang baku adalah rantai karbon yang dibentuk oleh tumbuhan hijau dari proses fotosintesis. Fotosintesis atau asimilasi karbon adalah proses pengubahan zat-zat anorganik H2O dan CO2 oleh klorofil menjadi zat organik karbohidrat dengan bantuan cahaya. Proses fotosintesis hanya bisa dilakukan oleh tumbuhan yang mempunyai klorofil. Proses ini hanya akan terjadi jika ada cahaya dan melalui perantara pigmen hijau daun yaitu klorofil yang terdapat dalam kloroplas.
Kalau fotosintesis adalah suatu proses penyusunan (anabolisme atau asimilasi) di mana energi diperoleh dari sumber cahaya dan disimpan sebagai zat kimia, maka proses respirasi adalah suatu proses pembongkaran (katabolisme atau disimilasi) dimana energi yang tersimpan dibongkar kembali untuk menyelenggarakan proses–proses kehidupan. Respirasi merupakan proses oksidasi bahan organik yang terjadi di dalam sel, berlangsung secara aerobik maupun anaerobik. Dalam respirasi aerobik ini diperlukan oksigen dan dihasilkan karbondioksida serta energi. Sedangkan dalam proses respirasi secara anaerob dimana oksigen tidak atau kurang tersedia dan dihasilkan senyawa lain karbondioksida.
Tumbuhan terutama tumbuhan tingkat tinggi, untuk memperoleh makanan sebagai kebutuhan pokoknya agar tetap bertahan hidup, tumbuhan tersebut harus melakukan suatu proses yang dinamakan proses sintesis karbohidrat yang terjadi di bagian daun satu tumbuhan yang memiliki kloropil, dengan menggunakan cahaya matahari. Cahaya matahari merupakan sumber energi yang diperlukan tumbuhan untuk proses tersebut. Tanpa adanya cahaya matahari tumbuhan tidak akan mampu melakukan proses fotosintesis, hal ini disebabkan kloropil yang berada di dalam daun tidak dapat menggunakan cahaya matahari karena kloropil hanya akan berfungsi bila ada cahaya matahari (Dwidjoseputro, 1986).
Karbohidrat merupakan senyawa karbon yang terdapat di alam sebagai molekul yang kompleks dan besar. Karbohidrat sangat beraneka ragam contohnya seperti sukrosa, monosakarida, dan polisakarida. Monosakarida adalah karbohidrat yang paling sederhana. Monosakarida dapat diikat secara bersama-sama untuk membentuk dimer, trimer dan lain-lain. Dimer merupakan gabungan antara dua monosakarida dan trimer terdiri dari tiga monosakarida (Kimball, 2002).
Secara umum, respirasi karbohidrat dapat dituliskan sebagai berikut:
C6H12O6 (aq) + 6O2 (g) → 6CO2 (g) + 6H2O (l) ΔHc -2880 kJ
Reaksi di atas merupakan persamaan rangkuman dari reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses respirasi. Reaksi tersebut terlihat sangat sederhana, terlihat seakan respirasi merupakan reaksi tunggal, sehingga mungkin dapat agak menyesatkan karena respirasi yang sebenarnya bukanlah reaksi tunggal. Respirasi merupakan rangkaian dari banyak reaksi komponen, yang masing-masingnya dikatalisis oleh enzim yang berbeda.
Tergantung pada bahan yang digunakan, maka jumlah mol CO2 yang dilepaskan dan jumlah mol O2 yang diperlukan tidak selalu sama. Persamaan reaksi kimia respirasi merupakan kebalikan dari reaksi kimia fotosintesis (Syamsuri, 2000).
Perbedaan antara jumlah CO2 yang dilepaskan dan jumlah O2 yang digunakan biasa dikenal dengan Respiratory Ratio atau Respiratory Quotient dan disingkat RQ. Nilai RQ ini tergantung pada bahan atau subtrat untuk respirasi dan sempurna atau tidaknya proses respirasi tersebut dengan kondisi lainnya (Simbolon, 1989).
Diketahui nilai RQ untuk karbohidrat = 1, protein < 1 (= 0,8 – 0,9), lemak <1 (= 0,7) dan asam organik > 1 (1,33). Nilai RQ ini tergantung pada bahan atau subtrat untuk respirasi dan sempuran tidaknya proses respirasi dan kondisi lainnya (Krisdianto dkk, 2005).
Respirasi dapat digolongkan menjadi dua jenis berdasarkan ketersediaan O2 di udara, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob. Respirasi aerob merupakan proses respirasi yang membutuhkan O2, sebaliknya respirasi anaerob merupakan proses repirasi yang berlangsung tanpa membutuhkan O2. Respirasi anaerob sering disebut juga dengan nama fermentasi. Perbedaan antara keduanya akan terlihat pada proses tahapan reaksi dalam respirasi. Respirasi banyak memberikan manfaat bagi tumbuhan. Manfaat tersebut terlihat dalam proses respirasi dimana terjadi proses pemecahan senyawa organik, dari proses pemecahan tersebut maka dihasilkanlah senyawa-senyawa antara yang penting sebagai ”Building Block”. Building Block merupakan senyawa-senyawa yang penting sebagai pembentuk tubuh. Senyawa-senyawa tersebut meliputi asam amino untuk protein; nukleotida untuk asam nukleat; dan prazat karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan sitokrom), lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid seperti antosianin, dan senyawa aromatik tertentu lainnya, seperti lignin.
Telah diketahui bahwa hasil akhir dari respirasi adalah CO2 dan H2O, hal ini terjadi bila substrat secara sempurna dioksidasi, namun bila berbagai senyawa di atas terbentuk, substrat awal respirasi tidak keseluruhannya diubah menjadi CO2 dan H2O. Hanya beberapa substrat respirasi yang dioksidasi seluruhnya menjadi CO2 dan H2O, sedangkan sisanya digunakan dalam proses anabolik, terutama di dalam sel yang sedang tumbuh. Sedangkan energi yang ditangkap dari proses oksidasi sempurna beberapa senyawa dalam proses respirasi dapat digunakan untuk mensintesis molekul lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.
Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:
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 sebaliknya bila substrat yang tersedia cukup banyak maka laju respirasi akan meningkat.
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 berespirasi jauh lebih rendah dari oksigen yang tersedia di udara.
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.
Tipe dan umur tumbuhan. Masing-masing spesies tumbuhan memiliki perbedaan metabolisme, 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.
Proses respirasi diawali dengan adanya penangkapan O2 dari lingkungan. Proses transport gas-gas dalam tumbuhan secara keseluruhan berlangsung secara difusi. Oksigen yang digunakan dalam respirasi masuk ke dalam setiap sel tumbuhan dengan jalan difusi melalui ruang antar sel, dinding sel, sitoplasma dan membran sel. Demikian juga halnya dengan CO2 yang dihasilkan respirasi akan berdifusi ke luar sel dan masuk ke dalam ruang antar sel. Hal ini karena membran plasma dan protoplasma sel tumbuhan sangat permeabel bagi kedua gas tersebut.
Setelah mengambil O2 dari udara, O2 kemudian digunakan dalam proses respirasi dengan beberapa tahapan, diantaranya yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus asam sitrat, dan transpor elektron. Tahapan yang pertama adalah glikolisis, yaitu tahapan pengubahan glukosa menjadi dua molekul asam piruvat (beratom C3), peristiwa ini berlangsung di sitosol. As. Piruvat yang dihasilkan selanjutnya akan diproses dalam tahap dekarboksilasi oksidatif. Selain itu glikolisis juga menghasilkan 2 molekul ATP sebagai energi, dan 2 molekul NADH yang akan digunakan dalam tahap transport elektron.
Dalam keadaan anaerob, As. Piruvat hasil glikoisis akan diubah menjadi karbondioksida dan etil alkohol. Proses pengubahan ini dikatalisis oleh enzim dalam sitoplasma. Dalam respirasi anaerob jumlah ATP yang dihasilkan hanya dua molekul untuk setiap satu molekul glukosa, hasil ini berbeda jauh dengan ATP yang dihasilkan dari hasil keseluruhan respirasi aerob yaitu 36 ATP.
Tahapan kedua dari respirasi adalah dekarboksilasi oksidatif, yaitu pengubahan asam piruvat (beratom C3) menjadi Asetil KoA (beratom C2) dengan melepaskan CO2, peristiwa ini berlangsung di sitosol. Asetil KoA yang dihasilkan akan diproses dalam siklus asam sitrat. Hasil lainnya yaitu NADH yang akan digunakan dalam transpor elektron.
Tahapan selanjutnya adalah siklus asam sitrat (daur krebs) yang terjadi di dalam matriks dan membran dalam mitokondria, yaitu tahapan pengolahan asetil KoA dengan senyawa asam sitrat sebagai senyawa yang pertama kali terbentuk. Beberapa senyawa dihasilkan dalam tahapan ini, diantaranya adalah satu molekul ATP sebagai energi, satu molekul FADH dan tiga molekul NADH yang akan digunakan dalam transfer elektron, serta dua molekul CO2.
Tahapan terakhir adalah transfer elektron, yaitu serangkaian reaksi yang melibatkan sistem karier elektron (pembawa elektron). Proses ini terjadi di dalam membran dalam mitokondria. Dalam reaksi ini elektron ditransfer dalam serangkaian reaksi redoks dan dibantu oleh enzim sitokrom, quinon, piridoksin, dan flavoprotein. Reaksi transfer elektron ini nantinya akan menghasilkan H2O.
Alat dan bahan
Alat
Satu perangkat alar respires Ganong
Penjepit
Bahan
Aluminium foil atau kertas karbon
Larutan NaCl
Kristal KOH
Kertas saring
Taoge
Vaselin
Cara kerja
Bersihkan sisa air atau kotoran yang ada pada tabung respirasi.
Letakkan kertas saring pada dasar labu, kemudian masukan beberapa ml air.
Masukan kecambah diatas kertas saring tersebut sebanyak mungkin .
Isilah tabung respirometer dengan larutan NaCl secukupnya melalui lubang tabung yang lain, samakan permukaan NaCl pada tabung kiri dan tabung kanan dengan membuka sumbat yang terdapat pada labu tempat kecambah, usahakan permukaan larutan NaCl pada tabung respirometer berada pada bagian bawah skala, artinya tidak melebihi batas skala pada bagian atasnya ( bagian dekat labu respirometer )
Tutup labu respirometer sehingga hubungan dengan udara luar terputus. Kemudian oleskan dengan Vaseline
Bungkuslah tabung respirometer dengan menggunakan Aluminium foil atau kertas karbon hingga tak ada cahaya yang masuk .
Catatlah permukaan larutan NaCl pada awal percobaan, biarkan berjalan selama 30 menit.
Catat kembali permukaan larutan NaCl setelah 30 menit, kemudian masukan kristal KOH kedalam tabung melalui tabung samping labu.
Diamkan kembali selama 30 menit dan catatlah kembali perubahan skala yang terjadi setelah penambahan kristal KOH.
Hasil Pengamatan
Kelompok V1 (Strip) V2 (Strip) KR Substrat Rumus
I 2 1 0,33 Lemak □(V2/(V1+V2))
II 8 2 0,2 Lemak □(V2/(V1+V2))
III 3 1 0,25 Lemak □(V2/(V1+V2))
IV 4 2 0,33 Lemak □(V2/(V1+V2))
V 9 3 0,25 Lemak □(V2/(V1+V2))
VI 2 0,3 0,13 Lemak □(V2/(V1+V2))
Pembahasan
Dalam praktikum kali ini kami akan membahas mengenai respirasi, yang dalam hal ini akan dibahas mengenai respirasi aerob. Seperti yang kita ketahui bahwa selain melakukan fotosintesis, tumbuhan juga melakukan respirasi. Pada dasarnya respirasi merupakan proses penguraian senyawa organik menjadi senyawa anorganik dengan menghasilkan energi. Secara umum, proses respirasi dapat dilihat dari reaksi di bawah ini:
C6H12O6 (aq) + 6O2 (g) → 6CO2 (g) + 6H2O (l) + E
Dari persamaan di atas diperoleh bahwa substrat yang diuraikan adalah senyawa karbohidrat yang merupakan hasil dari proses fotosintesis. Perlu ditekankan juga bahwa substrat yang diuraikan dalam proses respirasi tidak hanya karbohidrat saja, melainkan dapat berupa protein, lemak, atau asam organik. Untuk mengetahui jenis substrat yang digunakan oleh sel tumbuhan pada proses respirasi, maka dilakukan percobaan dengan menggunakan alat yang disebut Respirometer Ganong. Respirometer Ganong adalah alat yang dapat digunakan untuk menentukan angka respirasi (RQ = Respiratory Quotient) secara kuantitatif dalam suatu peristiwa pernapasan. Harga RQ adalah harga perbandingan CO2 yang dihasilkan dalam penapasan dengan O2 yang digunakan dalam pernapasan tersebut.
Pertama, kertas saring dimasukkan ke dalam dasar labu dan dibasahi dengan air. Hal ini dilakukan agar kondisi dalam labu lembab dan disesuaikan dengan keadaan lingkungan kecambah sehingga aktifitas metabolisme kecambah terus berlangsung. Kemudian kecambah diletakkan di atas kertas saring tadi sampai labu terisi penuh agar aktifitas respirasi mudah diamati. Kecambah yang dimasukkan tadi diusahakan tidak sampai patah. Setelah labu terisi penuh, labu ditutup dan diolesi dengan vaselin untuk mencegah udara dari luar digunakan untuk respirasi.
Pada percobaan ini, tabung respirometer di isi dengan larutan NaCl bukan aquades. Ini desebabkan kaena larutan NaCl memiliki nilai fiskositas yang lebih tinggi dari air sehingga tidak menempel pada dinding tabung sama dengan air raksa. Dengan begitu tidak jumlah volume udara yang diserap atau di keluarkan oleh tumbuhan dapat teramati dengan baik.
Langkah terakhir yang dilakukan adalah menutup permukaan ganong dengan kertas buram yang bertujuann agar tidak terjadi proses fotosintesis sehingga hanya proses respirasi yang teramati. Sedangkan penambahan NaOH bertujuan untuk mengikat CO2 hasil respirasi kecambah.
Pada percobaan yang dilakukan oleh kelompok kami, ditemukan kenaikan larutan NaCl setinggi 2 strip yang menandakan bahwa adanya sejumlah oksigen yang diambil dari ruang tabung dan sejumlah karbondioksida yang dikeluarkan. Namun jumlah oksigen yang diserap lebih banyak dibandingkan jumlah karbondioksida yang diserap, sehingga larutan NaCl dalam tabung mengalami kenaikan.
Hal yang sama ditunjukkan setelah dalam larutan NaCl ditambahkan NaOH, juga terdapat kenaikan setinggi 0,3 strip. Sehingga rumus untuk penentuan koefisien respirasi adalah rumus positif. Dari perhitungan diperoleh koefisien respirasi sebesar 0,13 yang berarti bahwa substrat yang dirombak untuk memperoleh energi adalah lemak. Untuk memperoleh sejumlah energi dari lemak, terlebih ddahulu subtrat tersebut harus dipecah menjadi asam lemak dan gliserol. Asam lemak dan gliserol langsung masuk pada daur ckrebs dan transpot elektron yang pada akhirnya menbentuk sejumlah ATP.
Respirasi lemak dilakukan oleh kecambah ini disebabkan oleh cadangan karbohidrat pada tumbuhan telah habis untuk proses respirasi sebelumnya. Setelah lemak habis dirombak maka substrat yang akan dirombak berikutnya adalah protein dan yang terakhir adalah asam organik. Urutan perombakan ini bukan tanpa alasan. Urutan sumber substrat yang dirombak berdasarkan besar kecilnya molekul dan dan tingkat energi yang diperlukan untuk merombak molekut tersebut. Semakin besar suatu molekul maka akan dirombak paling belakang.
Namun pada kenyataan yang sebenarnya tidak semua kecambah menggunakan lemak sebagai sumber energi, tetapi dimungkinkan ada sejumlah kecil kecambah yang masih menggunakan karbohidrat atau protein sebagai substrat respirasi. Akan tetapi pada praktikumkali ini sebagian besar kecambah menggunakan lemak sebagai sumber energi.
Pencapaian yang tak jauh berbeda dengan data kelas, kesuluruhan kelommpok menyimpulkan bahwa lemak merupakan subtrat yang digunakan sebagai substrat respirasinya. Hal ini dikarenakan nilai koefisieun respirasinya kurang dari 0,7. Sedangkan rumus yang digunakan adalah rmus positif. Ini bukan merupakan kesalahan namun lebih kepada kurangnya variasi data yang di peroleh.
Jawaban Pertanyaan
Rumus KR yang digunakan pada praktikum kali ini yaitu
□(V2/(V1+V2)) karena V1 (naik) dan V2 (naik).
V1 dan V2 merupakan volume O2 atau CO2 yang diserap atau dikeluarkan oleh tumbuhan, V1+V2 digunakan jika jumlah O2 yang digunakan lebih banyak dibandingkan CO2, sedangkan V1-V2 digunakan apabila jumlah CO2 yang digunakan lebih banyak dibandingkan O2.
Penggunaan larutan NaCl atau Hg karena memiliki nilai fiskositaas lebih tinggi dari larutan lain sehingga tidak menempel pada diding tabung.
Berdasarkan nilai perhitungan KR dapat disimpulkan substrat yang digunakan dalam respirasi kecambah adalah lemak.
Subtrat karbohidarat (KR=1), Subtrat Protein (KR=0,8-0,9), Subtrat lemak (KR=<0,7) dan Subtrat asam organik (KR=1.3)
Kesimpulan
Berdasarkan hasil percobaan dapat diambil kesimpulan bahwa nilai KR pada praktikum ini berada pada kisaran 0,13 sampai dengan 0,33 yang berarti bahwa substrat yang digunakan dalam respirasi kecambah ini adalah lemak.
DAFTAR PUSTAKA
Dwidjoseputro. 1986. Pengantar Fisiologi Tumbuhan. PT Raja Grafindo Persada:Jakarta.
Jayamiharja, Joni B. Ahmad. 1977. Diktat Fisiologi Tumbuhan Jilid I. Fakultas Pertanian UNSOED : Purwokerto.
