FISIOLOGI TUMBUHAN MKK 414/3 SKS (2-1)

FISIOLOGI TUMBUHAN MKK 414/3 SKS (2-1)

OLEH :

PIENYANI ROSAWANTI

PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN DAN KEHUTANAN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PALANGKARAYA 2017

Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel

Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap

bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi.

METABOLISME

Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup

memerlukan energi agar proses kehidupan dapat berlangsung.

Sel-sel menyimpan energi kimia dalam bentuk makanan kemudian mengubahnya dalam bentuk energi lain pada proses metabolisme.

METABOLISME

Metabolisme disebut juga reaksi

enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.

METABOLISME

Metabolisme dibedakan atas:

1. Anabolisme 2. Katabolisme

METABOLISME

1. Anabolisme adalah pembentukan molekul- molekul besar dari molekul-molekul kecil.

 Misalnya pembentukan senyawa2: pati, selulosa, lemak, protein dan asam nukleat.

 Pada peristiwa anabolisme memerlukan masukan energi.

2. Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil, dan

prosesnya melepaskan energi.

 Contoh : respirasi, yaitu proses oksidasi gula menjadi H₂O dan CO₂

Metabolisme pada makhluk hidup dapat dibagi menjadi metabolisme primer dan sekunder.

Metabolisme primer menghasilkan metabolit primer sedangkan

metabolismsekundermenghasilkan metabolit sekunder.

METABOLISME PRIMER DAN

SEKUNDER

Metabolit primer adalah senyawa-senyawa yang diproduksi danterlibat pada jalur metabolisme primer (contohnya glikolisis, siklus asam

sitrat/siklus Krebs, dan fotosintesis).

Contoh metabolit primer adalah protein, karbohidrat, lipid, asam amino, nukleotida,

Metabolit sekunder tanaman merupakan

senyawa dengan berat molekul rendah yang diproduksi tanaman sebagai respon terhadap ancaman lingkungan dan patogen.

Hasil studi menunjukkan bahwa produk

metabolit sekunder merupakan senyawa yang diturunkan dari metabolit primer, yaitu

karbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat.

Secara sederhana, metabolit sekunder tanaman terbagi atas tiga golongan besar, yaitu fenolik, senyawa bernitrogen, dan terpenoid

• Metabolit sekunder tidak digunakan untuk proses pertumbuhan dan unik untuk setiap organisme.

• Pada umumnya senyawa metabolit sekunder berfungsi sebagai mekanisme pertahanan diri, misalnya sebagai pelindung (protectant) dari

gangguan hama untuk tumbuhan itu sendiri atau lingkungannya.

• Selain sebagai pelindung, dapat juga berfungsi

sebagai penarik (attractan) atau penolak (repellant) dari serangga atau herbivora.

• Contoh metabolit sekunder lainnya pada tumbuhan adalah pigmen-pigmen, senyawa antibiotik, senyawa bioaktif, dan senyawaa romatik

1. ATP

2. Enzim

Molekul-molekul yang terkait

dengan proses metabolisme

1. ATP

 Merupakan molekul berenergi tinggi.

 Molekul ini merupakan ikatan adenosin yang mengikat tiga gugusan pospat, dengan ikatan yang lemah/labil sehingga mudah melepaskan

ikatan pospatnya pada saat mengalami hidrolisis.

Reaksi metabolisme merupakan reaksi enzymatis yang melibatkan enzim

2. Enzim

Adalah biokatalisator organik yang dihasilkan

organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan

dengan protein.

Enzim mempunyai dua fungsi pokok sebagai berikut.

• Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.

• Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang sama.

• Enzim tersusun atas dua bagian.

• Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya menyebabkan enzim tidak aktif.

• Keduanya dapat digabungkan menjadi satu, yang disebut holoenzim.

• Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan koenzim.

ENZIM

• Reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologis selalu melibatkan katalis.

• Katalis ini dikenal sebagai katalis biologis (biokatalisator) berupa protein yang sangat spesifik yang disebut enzim.

ENZIM

• Enzim merupakan biokatalisator yang sangat

efektif yang akan meningkatkan kecepatan reaksi kimia spesifik secara nyata, dimana reaksi ini

tanpa enzim akan berlangsung lambat.

• Sifat-sifat istimewa enzim adalah kapasitas katalitik dan spesifisitasnya yang sangat tinggi

• Enzim mempunyai peran dalam transformasi berbagai jenis energi

ENZIM

• Enzim merupakan senyawa protein yang dapat mengkatalisis seluruh reaksi kimia dalam sistem biologis.

• Semua enzim murni yang telah diamati sampai saat ini adalah protein.

• Aktivitas katalitiknya bergantung kepada integritas strukturnya sebagai protein.

• Enzim dapat mempercepat reaksi biologis, dari reaksi yang sederhana, sampai ke reaksi yang sangat rumit.

ENZIM

• Enzim bekerja dengan cara menempel pada permukaan molekul zat-zat yang bereaksi sehingga mempercepat proses reaksi.

• Percepatan reaksi terjadi karena enzim

menurunkan energi pengaktifan yang dengan

sendirinya akan mempermudah terjadinya reaksi.

• Enzim mengikat molekul substrat membentuk

kompleks enzim substrat yang bersifat sementara dan lalu terurai membentuk enzim bebas dan

produknya

ENZIM

• Aktivitas yang tinggi, efektif, spesifik dan ramah lingkungan

• Enzim memiliki sifat yang khas, yaitu sangat aktif walaupun konsentrasinya amat rendah, sangat selektif dan bekerja pada kondisi yang ramah

(mild), yaitu tanpa temperatur atau tekanan tinggi dan tanpa logam yang umumnya beracun.

KEUNGGULAN SIFAT ENZIM

• Enzim mempunyai kekhususan aktivitas, yaitu

peranannya sebagai katalis hanya terhadap satu reaksi atau beberapa reaksi yang sejenis saja.

Jadi dapat melibatkan beberapa jenis substrat

• Sifat spesifik (spesifisitas enzim) didefinisikan sebagai kemampuan suatu enzim untuk

mendiskriminasikan substratnya berdasarkan perbedaan afinitas substrat-substrat untuk

mencapai sisi aktif enzim

1. Sifat Enzim

a. Enzim adalah protein

b. Bekerja secara khusus/spesifik c. Berfungsi sebagai katalis

d. Diperlukan dalam jumlah sedikit e. Bekerja bolak-balik

SIFAT DAN STRUKTUR ENZIM

1. Sifat Enzim

a. Enzim adalah Protein

Sebagai protein enzim memiliki sifat seperti protein, yaitu sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, seperti suhu, pH, konsentrasi

substrat). Jika lingkungannya tidak sesuai, maka enzim akan rusak atau tidak dapat bekerja

dengan baik.

b. Bekerja secara khusus/spesifik

Setiap enzim memiliki sisi aktif yang sesuai

hanya dengan satu jenis substrat, artinya setiap enzim hanya dapat bekerja pada satu substrat yang cocok dengan sisi aktifnya.

c. Berfungsi sebagai katalis

Meningkatkan kecepatan reaksi kimia tanpa merubah produk yang diharapkan tanpa ikut

bereaksi dengan substratnya, dengan demikian energi yang dibutuhkan untuk menguraikan

suatu substrat menjadi lebih sedikit.

d. Diperlukan dalam jumlah sedikit

Reaksi enzimatis dalam metabolisme hanya

membutuhkan sedikit sekali enzim untuk setiap kali reaksi.

e. Bekerja bolak-balik

Enzim tidak mempengaruhi arah reaksi,

sehingga dapat bekerja dua arah (bolak-balik).

Artinya enzim dapat menguraikan substrat menjadi senyawsederhana, dan sebaliknya

enzim juga dapat menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawa tertentu.

a. Susunan Kimia Enzim

b. Gugus prostetik, koenzim dan vitamin

STRUKTUR ENZIM

a. Susunan Kimia Enzim

 Protein merupakan bagian utama dari struktur setiap enzim, dan banyak enzim yang hanya mengandung protein saja, tetapi beberapa protein tidak mempunyai fungsi katalis dan tidak digolongkan sebagai enzim.

 Protein lain, misalnya sitokrom yang

mengangkut elektron selama fotosintesis dan respirasi, yang bukan berfungsi sebagai katalis tetapi berfungsi sebagai pembawa elektron,

selanjutnya beberapa protein dalam biji juga tidak memiliki fungsi seperti enzim, melainkan berperan sebagai cadangan asam amino untuk bibit setelah berkecambah.

 Protein terdiri atas satu atau lebih rantai

polipeptida yang masing-masing tersusun atas asam amino, komposisi dan ukuran tiap

protein bergantung pada jenis dan jumlah sub unit asam aminonya. Umumnya terdapat 18

sampai 20 jenis asam amino yang berbeda dan sebagian protein mempunyai secara lengkap 20 asam amino. Jumlah total sub unit asam amino sangat beragam pada protein yang

berbeda sehingga bobot molekul protein juga beragam.

b. Gugus prostetik, koenzim dan vitamin

Gugus Prostetik

 Disamping bagian protein, enzim juga

mengandung dalam jumlah yang jauh lebih sedikit bagian bukan protein organik yang

disebut gugus prostetik. Gugus prostetik sangat penting dalam aktivitas katalisis. Biasanya

gugus ini menempel secara kuat pada protein dengan ikatan kovalen.

 Protein lainya adalah glikoprotein mengandung gugus gula yang menempel pada protein.

Penempelan karbohidrat seperti ini membantu kerja enzim atau melindungi enzim dari suhu yang ekstrem, bahan perusak internal

(protease) dan juga mungkin terhadap patogen dan herbivora

Enzim

Banyak enzim tidak memiliki gugus prostetik dan untuk melakukan aktivitasnya mereka

memerlukan keikutsertaan senyawa organik atau ion-ion logam lain atau keduanya. Kedua bahan tersebut disebut koenzim. Walaupun ion logam sebagai ion pengaktif. Koenzim dan logam

pengaktif pada umumnya tidak menempel secara kuat pada enzim

Vitamin

Beberapa vitamin yang disintesis oleh tumbuhan membentuk bagian koenzim atau gugus prostetik yang diperlukan oleh enzim pada tumbuhan dan hewan dan ini menjelaskan pentingnya vitamin bagi kehidupan. Contoh dari ion pengaktif adalah magnesium (mg), yang bertindak sebagai logam pengaktif bagi sebagian besar enzim yang

menggunakan ATP atau Nukleotida di- atau tri phospat lain sebagai substrat.

e. Bekerja bolak-balik

Enzim tidak mempengaruhi arah reaksi,

sehingga dapat bekerja dua arah (bolak-balik).

Artinya enzim dapat menguraikan substrat menjadi senyawsederhana, dan sebaliknya

enzim juga dapat menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawa tertentu.

Enzim tidak tersebar merata di dalam sel.

Enzim yang berfungsi dalam fotosintesis berada di dalam kloroplas, banyak enzim yang bereran dalam respirasi aerobik berada hanya di mitokondra,

sedangkan enzim respirasi lainya terdapat di sitosol.

Sebagian besar enzim yang harus ada untuk

mensisntesis DNA dan RNA serta untuk mitosis, berada di inti sel atau nukleus.

PENYEBARAN ENZIM DALAM

SEL

• Enzim yang mengatur langkah dalam lintasaan metabolik kadang disusun sedemikian rupa

sehingga terjadi suatu proses produksi jalur

rakitan, hasil suatu reaksi dilepaskan didaerah

tempat senyawa tersebut akan diubah secepatnya menjadi senyawa lain oleh enzim berikutnya yang terlibat dalam lintasan, demikian seterusnya ,

sampai lintasan metabolik selesai dan senyawa yang sangat berbeda terbentuk.

PENYEBARAN ENZIM DALAM

SEL

Enzim mengkatalis reaksi dengan cara

meningkatkan laju reaksi. Enzim meningkatkan laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi

(energi yang diperlukan untuk reaksi)

Penurunan energi aktivasi dilakukan dengan

membentuk kompleks dengan substrat. Setelah produk dihasilkan, kemudian enzim dilepaskan.

Enzim bebas untuk membentuk kompleks baru dengan substrat yang lain.

MEKANISME KERJA ENZIM

• Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi.

• Enzim memiliki sisi aktif, yaitu bagian enzim yang berfungsi sebagai katalis. Pada sisi ini, terdapat gugus prostetik yang diduga berfungsi sebagai zat elektrofilik sehingga dapat mengkatalis reaksi

yang diinginkan. Bentuk sisi aktif sangat spesifik sehingga diperlukan enzim yang spesifik pula.

Hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim. Agar dapat bereaksi, enzim dan substrat harus saling komplementer.

MEKANISME KERJA ENZIM

1. Model Fischer (model kaku)/ (Lock and key theory)

• Teori ini menyatakan bahwa enzim akan mengikat substrat jika ukuran dan bentuknya sama dengan active site enzyme. Enzim bersifat kaku. Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah.

Setelah bereaksi, kompleks lepas dan

melepaskan produk serta membebaskan enzim.

MEKANISME KERJA ENZIM

1. Model Fischer (model kaku)/ (Lock and key theory)

2. Model Koschland/ketepatan induksi (Induced fit theory)

Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika

substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi melingkupi substrat membentuk

kompleks. Ketika produk sudah terlepas dari

kompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang

lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut.

MEKANISME KERJA ENZIM

2. Model Koschland/ketepatan induksi (Induced fit theory)

1. SUHU

2. DERAJAT KEASAMAN (PH) 3. INHIBITOR

4. KONSENTRASI SUBSTRAT

FAKTOR-FAKTOR YANG

MEMPENGARUHI KERJA ENZIM

1. Suhu

Enzim terdiri atas molekul-molekul protein. Oleh

karena itu, enzim masih tetap mempuyai sifat protein yang kerjanyas dipengaruhi oleh suhu. Enzim dapat bekerja optimum pada kisaran suhu tertentu, yaitu sekitar suhu 40°C. Pada suhu 0°C, enzim tidak aktif.

Jika suhunya dinaikkan, enzim akan mulai aktif. Jika suhunya dinaikkan lebih tinggi lagi sampai batas

sekitar 40 – 50°C, enzim akan bekerja lebih aktif lagi.

SUHU

Pemanasan lebih lanjut membuat enzim akan terurai atau terdenaturasi seperti halnya protein lainnya.

• Pada keadaan ini enzim tidak dapat bekerja.

• Enzim tidak aktif pada suhu kurang daripada 0^oC.

• Kadar tindak balas enzim meningkat dua kali ganda bagi setiap kenaikan suhu 10^oC.

• Kadar tindak balas enzim paling optimum pada suhu 37^oC. Enzim terdenaturasi pada suhu tinggi yaitu lebih dari 50^oC.

SUHU

Enzim bekerja pada pH tertentu, umumnya pada netral, kecuali beberapa jenis enjim yang bekerja

pada suasana asam atau suasana basa. Jika enzim yang bekerja optimum pada suasana netral

ditempatkan pada suasana basa ataupun asam, enzim tersebut tidak akan bekerja atau bahkan rusak. Begitu juga sebaliknya, jika suatu enzim bekerja optimal pada suasana basa atau asam

tetapi ditempatkan pada keadaan asam atau basa, enzim tersebut akan rusak. Contohnya, enzim

pepsin yang terdpat di dalam lambung, efektif bekerja pada pH rendah.

DERAJAT KEASAMAN (pH)

• Setiap enzim bertindak paling baik pada nilai pH tertentu yang disebut sebagai pH optimum.

• pH optimum bagi kebanyakan enzim ialah pH 7.

• Terdapat beberapa pengecualian, misalnya enzim pepsin di dalam perut bertindak balas paling baik pada pH 2, sementara enzim tripsin di dalam usus kecil bertindak paling baik pada pH 8.

DERAJAT KEASAMAN (pH)

Hal lain yang mempengaruhi kerja enzim adalah feed back inhibitor.

Feed back inhibitor adalah keadaan pada saat substansi hasil (produk) kerja enzim yang

terakumulasi dalam jumlah yang berlebihan akan menghambat kerja enzim yang bersangkutan.

a. Inhibitor Kompetitif

b. Inhibitor Non-kompetitif

INHIBITOR

Mekanisme kerja enzim juga ditentukan oleh jumlah atau konsentrasi substrat yang tersedia. Jika jumlah substratnya sedikit, kecepatan kerja enzim juga

rendah.

Sebaliknya, jika jumlah substrat yang tersedia banyak, kerja enzim juga cepat. Pada keadaan

substrat berlebih, kerja enzim tidak sampai menurun tetapi konstan.

KONSENTRASI SUBSTRAT

TERIMAKASIH