BIOKIMIA TANAMAN

 

D

I

S

U

S

U

N

OLEH

Nama               : DENNY FACHRIZA

NIM                  : 09.03.1.2776

Semester           : IV

Prodi                 : Agroteknologi

 

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SAMUDRA LANGSA

TAHUN AKADEMIK 2011/2012

LEMBAR PENGESAHAN MAKALAH

Judul:

BIOKIMIA TANAMAN

Disusun Oleh:

Nama               : DENNY FACHRIZA

NIM                  : 09.03.1.2776

Semester           : IV

Prodi                 : Agroteknologi

Mengetahui,

Dosen Wali

(TUTI ISRAYANI, SP)

KATA PENGANTAR

بسم الله الرحمن الرحيم

Alhamdulillah segala puji bagi Allah Tuhan seru sekalian alam, selawat serta salam dilimpahkan kepada Rasulullah saw. Pemakalah bersyukur kepada ilahi rabbi yang telah memberikan hidayah serta taufiknya kepada penulis sehingga makalah yang berjudul “Biokimia Tanaman” dapat diselesaikan.

Terima kasih kepada pembimbing yang telah mengarahkan dan memberi bimbingan kepada pemakalah sehingga pemakalah dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik. Namun pemakalah yakin di dalam penyusunan makalah ini banyak terdapat kesalahan atau kekurangan. Oleh karena itu, pemakalah berharap demi kesempurnaan makalah ini mohon kritik dan saran yang membangun sehingga pemakalah dapat memperbaiki di lain waktu.

Mudah-mudahan apa yang penulis atau pemakalah jelaskan akan mendapat Ridha Allah SWT dan bermanfaat bagi pemakalah sendiri atau pembacanya.

Langsa,   Mei 2012

Penyusun

DAFTAR ISI

Hal

LEMBAR PENGESAHAN........................................................................            i

KATA PENGANTAR................................................................................           ii

DAFTAR ISI................................................................................................          iii

BAB I       PENDAHULUAN.....................................................................           1

A.    Latar Belakang.......................................................................           1

BAB II      PEMBAHASAN........................................................................           2

A.    Inhibitor.................................................................................           2

B.    Kofaktor.................................................................................           4

C.    Kinetika Enzim......................................................................           5

D.    Motabolisme Mineral dalam Tumbuhan.................................           7

DAFTAR PUSTAKA.................................................................................         12

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Dalam kehidupan tiap makhluk hidup terjadi banyak reaksi. Reaksi dalam tubuh harus berjalan stabil agar metabolisme dalam tubuh terjaga. Suatu reaksi dalam menghasilkan produk membutuhkan enzim. Enzim berfungsi untuk mempercepat jalannya suatu reaksi.

Banyak pengaruh yang mempengaruhi kerja enzim, salah satunya adalah inhibitor atau bisa disebut juga sebagai penghambat. Adanya inhibitor ini membuat enzim tidak bisa berfungsi secara baik sehingga dalam suatu reaksi dapat dikatakan gagal karena tidak menghasilkan suatu produk. Inhibitor ini terdiri menjadi 2 yaitu, inhibitor irreversible dan inhibitor reversible. Inhibitor reversible dibagi menjadi 3 yaitu, competitive inhibition, incompetitive inhibition, dan  uncompetitive inhibition. Inhibitor ini memiliki strategi yang berbeda dalam menghambat suatu reaksi.

Terdapat tipe inhibitor yang dapat diatasi dengan penambahan substrat. Namun, beberapa enzim tidak memerlukan komponen tambahan untuk mencapai aktivitas penuhnya. Namun beberapa memerlukan pula molekul non-protein yang disebut kofaktor untuk berikatan dengan enzim dan menjadi aktif. Kofaktor dapat berupa zat anorganik (contohnya ion logam) atau pun zat organik (contohnya flavin dan heme).

Pada dasarnya tumbuhan-tumbuhan hijau sangat berbeda dengan manusia, binatang dan mikroorganisme lainnya yang membutuhkan senyawa organik dariluar. Elemen esensial adalah elemen yang harus ada agar siklus hidup yang normaldari organisme bisa terjadi dan fungsinya tidak bisa diganti oleh senyawa kimialainnya. Tambahan pula unsur-unsur itu harus mencakup nutrisi sebagai bahan pokok untuk proses metabolisme yang diperlukan dalam aktivitas enzim.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Inhibitor

a. Inhibitor Irreversible

Inhibitor ireversibel membentuk ikatan kovalen dengan fungsi tertentu, biasanya sebuah residu asam amino, yang mungkin, dalam beberapa cara, dikaitkan dengan aktivitas katalitik enzim. Ada banyak contoh inhibitor enzim yang secara kovalen mengikat bukan di sisi aktif, tetapi secara fisik memblok sisi aktif.

Inhibitor tidak bisa dilepaskan dengan pengenceran atau dialysis, kinetik, konsentrasi dan karenanya kecepatan enzim aktif diturunkan secara proporsional dengan konsentrasi inhibitor dan dengan demikian pengaruhnya.

Contoh inhibitor ireversibel termasuk fluorophosphate diisopropil, yang bereaksi dengan protease serin, chymotrypsin dan iodoacetate yang bereaksi dengan kelompok sulfhidril penting dari enzim seperti fosfat dehidrogenase triose:

E-SH+ICH₂COO                   E-SCH₂COOH+HI

b. Inhibitor Reversible

Jenis inhibitor tipe ini melibatkan keseimbangan antara enzim dan inhibitor, konstanta kesetimbangan (Ki) menjadi ukuran afinitas dari inhibitor untuk enzim.

Ada tiga tipe Inhibitor Reversible:

1. Competitive inhibition,
2. Noncompetitive inhibition
3. Uncompetitive inhibition.

1) Competitive Inhibition

Inhibitor kompetitif adalah molekul penghambat yang bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim.Contohnya, sianida bersaing dengan oksigen untuk mendapatkan hemoglobin dalam rantai respirasi terakhir. Penghambatan inhibitor kompetitif bersifat sementara dan dapat diatasi dengan cara menambah konsentrasi substrat.

Contoh jenis penghambatan kompetitif adalah penghambatan kompetitif dehidrogenase suksinat oleh anion malonat dan oksaloasetat. Dehidrogenase suksinat adalah anggota golongan enzim yang mengkalatisis siklus asam sitrat yang dapat membebaskan 2 atom hidrogen dari suksinat. Dehidrogenase suksinat dihambat oleh malonat yang struktur molekulnya mirip suksinat.

COO-                                      COO-                                      COO-

CH2                                         CH2                                        C = O

CH2                                         COO-                                      CH2

COO-                                                                                      COO-

(Suksinat Substrat)                  Melanoat                                 Oksaloasetat

Persamaan yang digunakan untuk menghitung kecepatan dari competitive inhibition adalah sebagai berikut

2) Noncompetitive Inhibition

            Inhibitor nonkompetitif adalah molekul penghambat enzim yang bekerja dengan cara melekatkan diri pada luar sisi aktif enzim. Sehingga, bentuk enzim berubah dan sisi aktif enzimtidak dapat berfungsi.Hal ini menyebabkan substrat tidak dapat masuk ke sisi aktif enzim. Penghambatan inhibitor nonkompetitif bersifat tetap dan tidak dapat dipengaruhi oleh konsentrasi substrat.

Persamaan yang digunakan untuk menghitung kecepatan dari noncompetitive inhibition adalah sebagai berikut

3) Uncompetitive Inhibition

Senyawa yang tergabung hanya dengan kompleks ES tetapi bukan berarti enzim bebas disebut uncompetitive inhibition. Penghambat ini tidak diatasi dengan konsentrasi substrat yang tinggi. Menarik nilai KM secara konsisten lebih kecil dari nilai KM reaksi tanpa penghambat, yang menyatakan bahwa S akan lebih efektif terikat pada enzim dengan adanya inhibitor.

Persamaan yang digunakan untuk menghitung kecepatan dari uncompetitive inhibition adalah sebagai berikut

B.     Kofaktor

Beberapa enzim tidak memerlukan komponen tambahan untuk mencapai aktivitas penuhnya. Namun beberapa memerlukan pula molekul non-protein yang disebut kofaktor untuk berikatan dengan enzim dan menjadi aktif. Kofaktor dapat berupa zat anorganik (contohnya ion logam) ataupun zat organik (contohnya flavin dan heme). Kofaktor dapat berupa gugus prostetik yang mengikat dengan kuat, ataupun koenzim, yang akan melepaskan diri dari tapak aktif enzim semasa reaksi.

Enzim yang memerlukan kofaktor namun tidak terdapat kofaktor yang terikat dengannya disebut sebagai apoenzim ataupun apoprotein. Apoenzim beserta dengan kofaktornya disebut holoenzim (bentuk aktif). Kebanyakan kofaktor tidak terikat secara kovalen dengan enzim, tetapi terikat dengan kuat. Namun, gugus prostetik organik dapat pula terikat secara kovalen (contohnya tiamina pirofosfat pada enzim piruvat dehidrogenase). Istilah holoenzim juga dapat digunakan untuk merujuk pada enzim yang mengandung subunit protein berganda, seperti DNA polimerase. Pada kasus ini, holoenzim adalah kompleks lengkap yang mengandung seluruh subunit yang diperlukan agar menjadi aktif.

Contoh enzim yang mengandung kofaktor adalah karbonat anhidrase, dengan kofaktor seng terikat sebagai bagian dari tapak aktifnya.

C.    Kinetika Enzim

Merupakan bidang biokimia yang terkait dengan pengukuran kuantitatif dari kecepatan reaksi yang dikatalisis enzim dan pemeriksaan sistematik faktor-faktor yangg mempengaruhi kecepatan tersebut. Analisis kinetik memungkinkan para ahli merekonstruksi jumlah dan urutan tahap-tahap individual yang merupakan perubahan substrat oleh enzim menjadi produk.

Mempelajari kinetik enzim juga merupakan dasar untuk mengidentifikasi kekuatan pengobatan dari obat tertentu yg secara selektif menghambat kecepatan proses yang dikatalisis oleh enzim. Bersama dengan mutagenesis yang disengaja dan teknik lain yang mengganggu struktur protein, analisis kinetik juga mengungkapkan secara mendalam mekanisme katalitik.

Aktivitas seperangkat enzim yg seimbang dan lengkap merupakan dasar penting untuk mempertahankan homeostasis. Pemahaman tentang kinetik enzim penting untuk memahami bagaimana stress fisiologis seperti anoksia, asidosis atau alkalosis metabolik, toksin dan senyawa farmakologik mempengaruhi keseimbangan tersebut.

Reaksi Kimia Dijelaskan dengan Persamaan Kesetimbangan

Persamaan kesetimbangan di bawah menjelaskan reaksi satu molekul dari masing-masing substrat A dan B untuk membentuk satu molekul dari masing-masing produk P dan Q.

(i).   A + B « P + Q

Tanda panah ganda menunjukkan reversible (terbalikan). Jika A dan B dapat membentuk P dan, maka P dan Q juga dapat membentuk A dan B. Dengan demikian penentuan suatu reaktan sebagai “substrat” atau “produk” sedikit banyak bersifat arbitrer karena produk suatu reaksi yang dituliskan dalam satu arah adalah substrat bagi reaksi yang berlawanan. Namun, istilah “produk” sering digunakan untuk menandai reaktan yang pembentukannya menguntungkan secara termodinamis.

(ii). A + B ® P + Q

Tanda panah satu arah menunjukkan irreversible (tidak terbalikan). Digunakan untuk menjelaskan reaksi di dalam sel hidup tempat produk reaksi (ii) segera dikonsumsi oleh reaksi selanjutnya yang dikatalisis oleh enzim. Oleh karena itu, pengeluaran segera produk P atau Q secara efektif meniadakan kemungkinan terjadinya reaksi kebalikan sehingga persamaan (ii) secara fungsional menjadi irreversibel pada kondisi fisiologis. Contohnya adalah ketika kita bernapas.

Perubahan Energi Bebas Menentukan Arah dan Keadaan Seimbang dari Reaksi Kimia

DG^o = – RT ln K_eq

Keterangan:

DG^o­ : perubahan energi bebas Gibbs

R : konstanta gas (1,98 kal/mol/K atau 8,31 J/mol/K)

T : suhu mutlak dalam derajat Kelvin

K_eq : konstanta equivalen

K_eq setara dengan hasil kali konsentrasi produl-produk reaksi, masing-masing dipangkatkan sesuai stoikiometrinya, dibagi hasil kali substrat yang masing-masing dipangkatkan sesuai stoikiometrinya.

Karena DG^o adalah fungsi keadaaan awal dan akhir zat-zat yang bereaksi, besaran ini hanya dapat memberikan informasi mengenai arah dan keadaan kesimbangan.

DG^{o­­ ­}tidak bergantung pada mekanisme reaksi dan tidak memberikan informasi mengenai laju (kecepatan) reaksi.

Oleh karena itu meskipunn suatu reaksi mungkin memiliki DG^o atau DG^o yang negatif besar, namun reaksi tersebut tetap berlangsung meskipun dengan kecepatan yang sangat rendah.

D.    Metabolisme Mineral dalam Tumbuhan

Suatu elemen  dapat dikatakan sebagai hara essensial jika memenuhi kriteria berikut,

1. Jika tanaman kekurangan suatu unsur hara , tanaman tersebut tidak dapat menyelesaikan seluruh siklus hidupnya.
2. Defisiensi dari unsur hara tersebut sangat specifik dan tidak digantikan oleh unsur hara lain.
3. Elemen tersebut terlibat secara langsung dalam nutrisi tanaman, sebagai contoh terlibat langsung dalam proses metabolisme dan sangat esensial,  dan atau juga terlibat dan dibutuhkan untuk proses enzimatik.

Bertolak dari pengertian yang dikemukakan oleh Arnon dan Stout (1939) in http://www.scribd.com/doc/57397217/Nutrisi-Tanaman-Materi, berikut ini adalah beberapa unsur kimia yang diperlukan oleh tumbuhan tingkat tinggi yakni:

Karbon     C          Potassium                     K                     Zink                          Zn

Hidrogen  H         Calsium                        Ca                    Molibdenum               Mo

Oksigen    O         Magnesium                   Mg                   Boron                         B

Nitrogen   N         Iron                              Fe                    Clorin                         Cl

Posphor    P          Mangan                        Mn                   Sodium                      Na

Sulfur       S          Cuprum                        Cu                    Silikon                       Si

Cobalt       Co

Na merupakan unsur dasar untuk tumbuhan tingkat tinggi. Karena itu pada daftar unsur yang diperlukan untuk tanaman tingkat tinggi diberi tanda kurung. Dalam hal ini Na untuk beberapa spesies tanaman, khususnya Chenopodia dan adaptasi spesies terhadap kondisi saling mengambil unsur ini dalam jumlah yang relatif tinggi. Na mempunyai manfaat dan sangat esensial. Hal yang sama juga pada Si, yang dari beberapa penelitian tampak merupakan nutrisi pokok untuk tanaman padi ( Broyer, dkk. 1954) dalam penemuannya yang baru menyatakan bahwa Klorin juga merupakan unsur pokok untuk pertumbuhan tanaman tingkat tinggi. Hal ini sangat diperlukan pada proses fotosintetis ( Arnon,1959). Dari daftar unsur pokok lainnya yang belum terdaftar untuk tumbuhan tingkat tinggi, misalnya saja Vanadium juga merupakan elemen yang sangat penting ( Nicholas, 1961).

Nutrisi tanaman dibagi atas dua  yaitu makronutrien dan mikronutrien. Makronutrien dibutuhkan oleh tumbuh-tumbuhan dalam jumlah yang relatif tinggi ketimbang unsur hara mikronutrient. Kandungan unsur hara makro pada jariingan tanaman, seperrti N, 1000 kali lebih besar daripada kandungan unsur hara mikro Zn. Berikut ini adalah klasifikasi dari unsur hara makro yakni : C, H, O, N, P, K, S, Ca,  Mg,  (Na, Si). Sedangkan yang termasuk unsur-unsur hara mikro adalah : Fe,  Mn, Zn,  Mo, B, Cu, Cl. Pembagian nutrisi tanaman atas makro dan mikronutrient bersifat relatif dan kadang-kadang dalam kasus-kasus lainnya kandungan makronutrient dan mikronutrient ternyata lebih mudah daripada yang tercantum diatas. Misalnya saja kandungan nutrisi dari Fe atau Mn ternyata hampir sama atau sebanding dengan kandungan unsur hara dari S atau Mg. Kandungan unsur hara mikro sering melampui kebutuhan fisiologisnya. Hal ini juga terjadi pada Mn. Klorida juga dibutuhkan dalam jumlah yang cukup tinggi pada beberapa spesies tanaman yang dibutuhkan pada proses fotosintetis.

Contoh-contoh diatas menunjukkan bahwa adanya kandungan hara tanaman pada organ-organ tanaman seperti daun, batang, buah dan akar tidak mengindikasikan kuantitas yang efektif untuk proses fisiologis dan biokimia. Tanaman dalam situasi tertentu juga mengandung elemen yang sebenarnya bukan elemen yang dibutuhkan tumbuhan. Hal ini bisa merupakan toksik bagi tanaman itu sendiri, misalnya Alumunium (Al),  Nikel (Ni),  Selenium (Se) dan Florin (F).

Ditinjau dari segi fisiologis, sebetulnya cukup sulit untuk mengklasifikasikan nutrisi tanaman dalam makronutrien dan mikronutrien, apabila dilihat dari konsentrasi jaringan tanaman itu sendiri. Klasifikasi berdasarkan tingkah laku biokimia dan fungsi fisiologis lebih sesuai. Ditinjau dari segi fisiologis nutrisi tanaman dapat dibagi atas empat  kelompok.

1. Kelompok pertama, mencakup unsur-unsur pokok dari bahan organik tanaman yakni : C, H, O, N, dan S.  Karbon diperoleh dalam bentuk senyawa CO₂ dari atmosfir dan bisa juga dari senyawa HC₃dalam larutan tanah. Senyawa ini diasimilasikan oleh karboksilase membentuk gugusan karboksilase baru. Proses asimilisasi C secara simultan juga diikuti oleh proses asimilasi O, jadi tidak hanya C sendiri tetapi juga CO₂ atau HCO₃.  Hidrogen diambil dari air pada larutan tanah atau di bawah kondisi atmosfir yang humid. Dalam proses fotosintetis H₂O direduksi menjadi H (fotolisis). Proses tansfer ini melalui beberapa proses dan menggunakan senyawa organik yang menghasilkan reduksi nikotinamida adenin dinukleotida (NAD ⁺) yang kemudian direduksi menjadi senyawa NADPH. Ini merupakan koenzim yang sangat penting dalam proses reduksi-oksidasi, seperti NADPH dapat ditansfer dalam bentuk H menjadi sejumlah senyawa yang berbeda-beda. Nitrogen diperlukan tanaman dalam bentuk nitrat atau ion amonium dari larutan atau gas N₂ dari atmosfir. Proses yang terakhir disebut Fiksasi molekular N₂ dan melalui beberapa organisme (Rhizobium, Actinomyces alni) yang bersimbiosis pada tumbuhan tingkat tinggi. Asimilasi N menjadi NO₃- terjadi akibat proses reduksi dan proses persenyawaan. Amonium -N dalam proses asimilasi juga melibatkan proses persenyawaan. Proses Persenyawaan N dari molekul N₂ tergantung pada proses awal dari N₂ menjadi NH₃ yang selanjutnya dimetabolisme oleh proses persenyawaan. Asimilasi sulfat (S) menjadi NO₃ -N seperti pada reduksi SO₄^2- menjadi gugus -SH. Sulfur tidak saja diperoleh dari larutan tanah dalam bentuk SO₄²- tetapi juga diabsorpsi dari SO₂ dari atmosfir. Reaksi C,H,O,N,dan S menjadi molekul merupakan proses metabolisme fisiologis yang sangat penting bagi tumbuhan. Hal ini akan diuraikan secara mendalam. Dalam bagian ini hanya disebutkan beberapa unsur pokok dari material organik tumbuhan yang diasimilasi dalam reduksi fisiologis yang kompleks.
2. Kelompok kedua, adalah gugusan P, B, dan Si serta gugusan lainnya, menunjukkan kesamaan tingkah laku biokimia, semuanya mengabsorbsi anion organik atau zat asam.

Dalam sel tumbuhan unsur-unsur ini dalam bentuk bebas  atau diabsorbsi tidak dalam bentuk difusi anion organik. Misalnya absorbsi Ca²⁺ oleh gugusan pepsin karboksilik.

3.      Kelompok ketiga, adalah K, Na,  Mg,  Mn,  Cl. Kelompok ini diambil dari larutan  tanah dalam bentuk ion. Dalam sel tanaman ion-ion ini dalam bentuk ion bebas atau dapat diadsorbsi  dan menjadi ion tidak bebas yaitu dalam bentuk anion organik, sebagai contoh penyerapan Ca²⁺ oleh group karboksil dari pektin. Magnesium juga terikat dengan kuat dalam molekul klorofil. Di sini Mg²⁺ adalah dalam bentuk chelat yang diikat oleh ikatan kovalen maupun ikatan koordinat ( akan diuraikan lebih lanjut pada hal  selanjutnya). Dalam hubungannya dengan Mg²⁺, elemen ini sangat erat dan mirip dengan kriteria pada group keempat:  Zn, Fe, Cu,Mo. Elemen  ini secara umum berada dalam bentuk chelat dalam tanaman. Pembagian antara group ketiga dan keempat tidak secara jelas dapat dibagi-bagi untuk Mg²⁺, elemen Mn dan Ca²⁺ didalam tanaman juga berada dalam bentuk chelat.

Menurut Nurhayati dkk., (1986) in http://www.scribd.com/doc/57397217/Nutrisi-Tanaman-Materi, unsur- unsur yang dibutuhkan tanaman secara umum dibagi kedalam 2 kelompok, yaitu unsur hara makro dan mikro. Menurut Marschner (1986), selain  unsur hara makro dan mikro juga terdapat unsur hara yang tidak essensial menurut definisi essensial tetapi dapat menstimulasi pertumbuhan atau dapat juga essensial hanya pada beberapa tanaman atau menjadi essensial pada beberapa kondisi. Marschner menyebut dengan beneficial  element. Sebagai contoh adalah Na, Si, Co, Ni, Se, Al.

DAFTAR PUSTAKA

http://blog.ub.ac.id/firdausauliya/category/biokimia-tanaman/ (Pukul: 14.34 Tgl. 25/5/2012)

http://www.scribd.com/doc/57397217/Nutrisi-Tanaman-Materi (Pukul: 15.18 Tgl. 25/5/2012)

http://www.dokteranak.net/pdf/metabolisme-mineral.html (Pukul: 15.43 Tgl. 25/5/2012)

http://ulilmoucil.blogspot.com/2012/04/mekanisme-penyerapan-air-dan-mineral.html (Pukul: 16.17 Tgl. 25/5/2012)