DIFUSI CO2

Difusi merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul zat atau gas (khususnya air) dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah pada jaringan tumbuhan. Difusi melalui membran dapat berlangsung melalui tiga mekanisme, yaitu difusi sederhana (simple difusion), difusi melalui saluran yang terbentuk oleh protein transmembran (simple difusion by channel formed), dan difusi difasilitasi (fasiliated difusion). Laju difusi antara lain tergantung pada suhu dan densitas (kepadatan) medium. Gas berdifusi lebih cepat dibandingkan dengan zat cair, sedangkan zat padat berdifusi lebih lambat dibandingkan dengan zat cair. Molekul berukuran besar lebih lambat pergerakannya dibandingkan dengan molekul yang lebih kecil. Pertukaran udara melalui stomata merupakan contoh dari proses difusi. Pada siang hari terjadi proses fotosintesis yang menghasilkan O2 sehingga konsentrasi O2 meningkat. Peningkatan konsentrasi O2 ini akan menyebabkan difusi O2 dari daun ke udara luar melalui stomata. Sebaliknya konsentrasi CO2 di dalam jaringan menurun (karena digunakan untuk fotosintesis) sehingga CO2 dari udara luar masuk melalui stomata. Penguapan air melalui stomata (transpirasi) juga merupakan contoh proses difusi. Di alam, angin, dan aliran air menyebarkan molekul lebih cepat dibanding dengan proses difusi.O2 masuk ke dalam daun melalui stomata dengan cara difusi. Stomata yang terbuka penuh memiliki ukuran lebar 5-15 m dan panjang sekitar 20 m. Jumlah total area stomata sekitar 0.5-2% dari luas total daun. Dari beberapa hasil penelitian ditemukan bahwa K+ ditemukan dalam level amat tinggi pada sel penjaga stomata yang terbuka, dan amat rendah pada sel penjaga stomata yang tertutup. Oleh karena itu akumulasi K+ pada sel penjaga mengontrol pembukaan stomata. Faktor lain yang mempengaruhi pembukaan stomata adalah cahaya, karbon dioksida, keberadaan air, dan suhu. Stomata akan menutup pada kondisi CO2 yang tinggi, tetapi menutupnya stomata pada kondisi tersebut dapat diinduksi agar membuka jika ditempatkan pada lingkungan bercahaya. Cahaya biru memicu terbukanya stomata (Hopkins & Hner 2004). Penurunan difusi CO2 karena penutupan stomata akan mengurangi laju fotosintesis (Hidayati 1999).Tumbuhan dapat menyerap gas CO2 melalui proses fotosintesis berdasarkan rumus: Energi (cahaya matahari) 6 CO2 + 12 H2OC6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

FUNGSI DAN SRUKTUR ANATOMIS DAUNFungsi DaunBagian tumbuhan yang berpotensi dalam proses fotosintesis adalah organ daun. Proses fotosintesis dalam daun membutuhkan suplai air, CO2 dan cahaya, dan daun juga membutuhkan sisa gula (karbohidrat) dan O2 yang merupakan produk fotosintesis itu sendiri. Seluruh kebutuhan daun untuk fotosintesis tersebut dipersiapkan oleh struktur daun.Satu kebutuhan tumbuhan untuk berfotosintesis adalah pergerakan bebas CO2 dan O2 antara atmosfer dan ruang-ruang udara pada daun. Pada tumbuhan yang sehat, dinding sel mesofil selalu basah dan pori-pori dinding selulose selalu dipenuhi oleh air. Dengan demikian, udara dalam ruang interseluler selalu seimbang dengan uap air. Seringkali konsentrasi udara di luar daun lebih rendah dibandingkan konsentrasi uap air dalam daun, maka pada keadaan tersebut uap air akan lepas ke atmosfer melalui stomata yang membuka. Stomata membuka apabila sel-sel penjaga dalam keadaan turgid dan akan menutup ketika sel-sel penjaga dalam keadaan kurang turgid (flaccid). Perubahan dalam turgor sel penjaga tersebut yang menyebabkan pergerakan ion-ion mineral, yaitu antara sel-sel penjaga dan sel-sel epidermis yang berada di sekitarnya, proses tersebut dikenal dengan pompa ion aktif yang mengeluarkan energi (ATP). Kerja proses tersebut diantaranya mengirimkan ion-ion K+ ke dalam dan keluar sel penjaga yang secara tidak langsung pada saat itu terjadi pertukaran ion H+ (H+ tersebut kemungkinan berasal dari malic acid).Sel-sel ikatan pembuluh mempunyai dinding-dinding yang tebal dengan proporsi ruang udara yang sedikit. Struktur ini berfungsi sebagai pencegah terjadinya difusi CO2 yang dilepaskan selama proses dekarboksilasi. Seperti kekhususan metabolisme yang ditunjukkan oleh tumbuhan C4 adalah adanya fungsi ganda dinding ikatan pembuluh yaitu dapat mentransfer CO2 ke dalam sel-sel ikatan pembuluh sekaligus mengakumulasikannya pada daerah-daerah karboksilasi dengan bantuan enzim RuBP-karboksilase. Dengan cara tersebut maka sifat struktural dan fungsional tumbuhan C4 memungkinkan terjadinya kecepatan penambatan CO2 yang tinggi dalam sel-sel mesofil pada saat konsentrasi CO2 udara rendah.Molekul-molekul PEP dalam sel-sel mesofil baru dapat dibentuk apabila molekul PEP tersebut bergabung dengan CO2, proses penggabungan tersebut difasilitasi oleh enzim PEP-karboksilase. Enzim ini merupakan enzim yang mempunyai afinitas yang sangat kuat untuk menangkap CO2 dibandingkan enzim RuBP-karboksilase. PEP dan CO2 tersebut dikonversi ke dalam bentuk Oxaloacetic Acid (OAA), kemudian OAA dikonversi menjadi malic acid dan malic acid tersebut kemudian diangkut dari sel-sel mesofil ke dalam sel-sel ikatan pembuluh, sementara itu sebagian OAA akan dipecah kembali menjadi PEP dan CO2. CO2 ini yang kemudian masuk ke dalam siklus Calvin, sedang PEP masuk kembali ke dalam sel-sel mesofil. Gula yang dihasilkan dari siklus Calvin akan digunakan oleh sel-sel ikatan pembuluh daun untuk diangkut ke seluruh tanaman.

REAKSI GELAP

Reaksigelap padatumbuhandapat terjadi melalui duajalur, yaitusiklus Calvin-Bensondansiklus Hatch-Slack. Pada siklus Calvin-Benson tumbuhan mengubahsenyawa ribulosa 1,5 bisfosfat menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu senyawa 3-phosphogliserat.Oleh karena itulah tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini dinamakan tumbuhan C-3.Penambatan CO2sebagai sumber karbon pada tumbuhan ini dibantu oleh enzimrubisco.Tumbuhan yang reaksi gelapnya mengikuti jalur Hatch-Slack disebut tumbuhan C-4 karena senyawa yang terbentuk setelah penambatan CO2adalahoksaloasetatyang memiliki empat atom karbon.Enzimyang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxilase.

Mekanismesiklus Calvin-Benson dimulai denganfiksasiCO2oleh ribulosa difosfat karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat.RuBP merupakanenzimalosetrikyang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari pencahayaankloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini distimulasi oleh peningkatanpH.Jika kloroplas dibericahaya, ion H+ditranspor daristromake dalamtilakoid menghasilkan peningkatan pH stroma yang menstimulasi enzimkarboksilase, terletak dipermukaanluar membrantilakoid.Kedua, reaksi ini distimulasi oleh Mg2+, yang memasuki stroma daun sebagai ion H+, jika kloroplas diberi cahaya.Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh NADPH, yang dihasilkan oleh fotosistemI selama pemberian cahaya. FiksasiCO2ini merupakan reaksi gelap yang distimulasi oleh pencahayaan kloroplas.FiksasiCO2 melewati proseskarboksilasi,reduksi, danregenerasi.Karboksilasi melibatkan penambahan CO2dan H2O ke RuBP membentuk duamolekul3-fosfogliserat (3-PGA).Kemudian pada fase reduksi, gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi menjadi 1 gugus aldehida dalam 3-fosforgliseradehida (3-Pgaldehida). Reduksi ini tidak terjadi secara langsung, tapiguguskarboksil dari 3-PGA pertama-tama diubah menjadi esterjenisanhidridaasampada asam 1,3-bifosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terakhir dariATP.ATP ini timbul darifotofosforilasidan ADP yang dilepas ketika 1,3-bisPGA terbentuk, yang diubah kembali dengan cepat menjadi ATP oleh reaksi fotofosforilasi tambahan. Bahan pereduksi yang sebenarnya adalah NADPH, yang menyumbang 2elektron.Secara bersamaan, Pi dilepas dan digunakan kembali untuk mengubah ADP menjadi ATP. Padafaseregenerasi, yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk bereaksi dengan CO2 tambahan yang berdifusisecarakonstanke dalam dan melaluistomata.Pada akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi tiap molekul CO2yang ditambat, digunakan untuk mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP, kemudiandaurdimulai lagi. Tiga putaran daur akan menambatkan 3molekulCO2danprodukakhirnya adalah 1,3-Pgaldehida.Sebagian digunakan kloroplas untuk membentukpati, sebagian lainnya dibawa keluar.Sistem ini membuat jumlahtotalfosfat menjadi konstan di kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat disitosol.Triosafosfat digunakan sitosol untuk membentuksukrosa.

Siklus Hatch-Slack

Berdasarkan cara memproduksiglukosa,tumbuhandapat dibedakan menjadi tumbuhan C3 dan C4.Tumbuhan C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari daerahsubtropis.Tumbuhan ini menghasilkanglukosadengan pengolahan CO2melalui siklus Calvin, yang melibatkanenzimRubisco sebagai penambat CO2. Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk menghasilkan molekul glukosa.Namun, ATP ini dapat terpakai sia-sia tanpa dihasilkannya glukosa.Hal ini dapat terjadi jika adafotorespirasi, dimana enzim Rubisco tidak menambat CO2tetapi menambat O2.Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang umumnya ditemukan di daerah tropis.Tumbuhan ini melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO2menjadi glukosa. Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim yang akan mengikat CO2dari udara dan kemudian akan menjadioksaloasetat.Oksaloasetat akan diubah menjadi malat.Malat akan terkarboksilasi menjadi piruvat dan CO2.Piruvat akan kembali menjadi PEPco, sedangkan CO2akan masuk ke dalam siklus Calvin yang berlangsung di selbundle sheathdan melibatkan enzim RuBP.Proses ini dinamakan siklus Hatch Slack, yang terjadi di selmesofil. Dalam keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.