Fotosintesis dan Respirasi Tumbuhan - IPA kelas VIII

Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses pembuatan energi atau zat makanan/glukosa yang berlangsung atas peran cahaya matahari (photo = cahaya, synthesis = proses pembuatan/pengolahan) dengan menggunakan zat hara/mineral, karbon dioksida dan air. Makhluk hidup yang mampu melakukan fotosintesis adalah tumbuhan, alga dan beberapa jenis bakteri. Fotosintesis sangat penting bagi kehidupan di bumi karena hampir semua makhluk hidup bergantung pada energi yang dihasilkan oleh proses fotosintesis

Fungsi Foto sintesis

Fungsi Fotosintesis sebagai berikut:

1.   Fungsi utama fotosintesis untuk memproduksi zat makanan berupa glukosa. Glukosa menjadi bahan bakar dasar pembangun zat makanan lainnya, yaitu lemak dan protein dalam tubuh tumbuhan. Zat-zat ini menjadi makanan bagi hewan maupun manusia. Oleh karena itu, kemampuan tumbuhan mengubah energi cahaya (sinar matahari) menjadi energi kimia (zat makanan) selalu menjadi mata rantai makanan.

2.   Fotosintesis membantu membersihkan udara, yaitu mengurangi kadar CO₂ (karbon dioksida) di udara karena CO₂ adalah bahan baku dalam proses fotosintesis. Sebagai hasil akhirnya, selain zat makanan adalah O₂ (Oksigen) yang sangat dibutuhkan untuk kehidupan.

3.   Kemampuan tumbuhan berfotosintesis selama masa hidupnya menyebabkan sisa-sisa tumbuhan yang hidup masa lalu tertimbun di dalam tanah selama berjuta-juta tahun menjadi batubara menjadi salah satu sumber energi saat ini.

Proses Fotosintesis

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula danoksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Berikut ini adalah persamaan reaksi fotosintesis yang menghasilkan glukosa:

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.

Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas.klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar Matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.

Fotosintesis pada alga dan bakteri

Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi.Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain.

Tumbuhan membutuhkan sinar matahari, air, dan udara untuk membuat makanannya sendiri. Setiap hari, zat hijau daun pada daun tanaman menyerap cahaya matahari. Tumbuhan memanfaatkan cahaya matahari menjadi karbon dioksida dari udara, dan air dari tanah menjadi makanan yang mengandung gula. Tumbuhan lalu mengeluarkan oksigen sebagai hasil yang tidak terpakai, walaupun sebagian digunakan untuk bernapas. Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut.

Proses atau Reaksi fotosintesis ada dua

1. Reaksi terang

Berlangsung di dalam membran tilakoid di grana. Grana adalah struktur bentukan membran tilakoid yang terbentuk dalam stroma, yaitu salah satu ruangan dalam kloroplas. Di dalam grana terdapat klorofil, yaitu pigmen yang berperan dalam fotosintesis. Reaksi terang di sebut juga fotolisis karena proses penyerapan energi cahaya dan penguraian molekul air menjadi oksigen dan hidrogen.

2. Reaksi gelap

Berlangsung di dalam stroma. Reaksi yang membentuk gula dari bahan dasar CO₂ yang diperoleh dari udara dan energi yang diperoleh dari reaksi terang.

Tidak membutuhkan cahaya matahari, tetapi tidak dapat berlangsung jika belum terjadi siklus terang karena energi yang dipakai berasal dari reaksi terang.

Ada dua macam siklus, yaitu siklus Calin-Benson dan siklus hatch-Slack. Pada siklus Calin-Benson, tumbuhan menghasilkan senyawa dengan jumlah atom karbon tiga, yaitu senyawa 3-fosfogliserat. Siklus ini dibantu oleh enzim rubisco. Pada siklus hatch-Slack, tumbuhan menghasilkan senyawa dengan jumlah atom karbon empat. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxylase.

produk akhir siklus gelap diperoleh glukosa yang dipakai tumbuhan untuk aktivitasnya atau disimpan sebagai cadangan energi.

Pernapasan pada Tumbuhan – Jenis dan Prosesnya

Disamping proses fotosintesis yang memang sangat penting bagi tumbuhan untuk mendapatkan cadangan makanan, ada satu hal atau proses lainnya yang akan sangat krusial bagi keberlangsungan hidup suatu tumbuhan. Proses tersebut itu adalah proses pernapasan atau sistem respirasi pada tumbuhan, sama seperti makhluk hidup lainnya. Proses pernapasan pada tumbuhan cukup beda jika dibandingkan dengan pernapasan pada hewan atau manusia, karena proses pernapasan pada tumbuhan lebih kompleks jika dibandingkan hewan dan manusia. Berikut ini akan dijelaskan segala hal mengenai pernapasan pada tumbuhan.

Alat Pernapasan Pada Tumbuhan

Sebelum anda mengetahui lebih jauh perihal pernapasan pada tumbuhan, maka alangkah lebih baik jika pertama-tama anda mengetahui hal yang paling fundamental terlebih dahulu, yaitu bagian dari tumbuhan yang digunakan sebagai sistem pernapasan. Berikut ini merupakan alat pernapasan pada tumbuhan.

1. Stomata

 Alat pernapasan tumbuhan yang paling krusial adalah stomata. Stomata merupakan bagian dari tumbuhan yang memiliki fungsi utama sebagai tempat pertukaran gas oksigen menjadi karbondioksida yang menjadi awal dari proses pernapasan pada tumbuhan. Stomata atau mulut daun ini memiliki sebuah celah yang dijaga oleh 2 buah sel penjaga. Sel penjaga ini memiliki fungsi untuk mengatur buka tutupnya sebuah stomata pada suatu tumbuhan.

Stomata pada tumbuhan ini biasanya akan membuka ketika mendapat cahaya matahari yang cukup dan akan menutup sendiri pada saat tidak ada cahaya matahari yang masuk. Sel penjaga dapat membuka dan menutup suatu stomata karena memiliki kandungan ion kalium dan air di dalamnya dan akan berfungsi sesuai mekanisme berikut.

• Stomata Membuka : Sewaktu sel penjaga memiliki kandungan ion kalium yang cukup, maka air dari sel tetangga akan masuk ke sel penjaga secara osmosis sehingga sel penjaga yang berhadapan dengan stomata akan tertarik ke belakang dan stomata menjadi terbuka.
• Stomata Menutup : Ketika ion kalium pada sel penjaga keluar, maka air yang berada pada sel penjaga akan berpindah menuju ke sel tetangga secara osmosis pula sehingga sel tetangga menjadi mengembang dan mendorong sel penjaga menuju celah stomata dan menutup stomata.

2. Lentisel

 Alat pernapasan pada tumbuhan yang kedua adalah lentisel. Lentisel ini biasanya terdapat di tumbuhan bertipe dikotil, monokotil, maupun tumbuhan berbiji terbuka. Lentisel merupakan suatu lubang-lubang di batang akibat pengelupasan dari kambium gabus, parenkim gabus, dan lapisan gabus yang terbentuk untuk menggantikan epidermis dan berfungsi untuk melindungi batang.

Nah, biasanya lapisan gabus yang terbentuk melalui kambium gabus ini sangat rapat sehingga dapat memutus pasokan udara luar yang sangat penting untuk kebutuhan pernapasan bagian-bagian tumbuhan lainnya. Adanya lentisel ini berfungsi sebagai penyedia jalan bagi udara luar untuk melewati rapatnya lapisan gabus sehingga bagian-bagian tumbuhan yang lainnya mendapatkan pasokan udara yang cukup.

3. Rambut Akar

Alat pernapasan lainnya pada tumbuhan selain stomata dan lentisel adalah rambut akar. Memang benar bahwa rambut akar ini memiliki fungsi utama untuk menghisap air maupun zat hara dari dalam tanah dan menyalurkannnya kepada bagian tumbuhan yang lain, namun ternyata rambut akar ini juga sangat bermanfaat untuk alat pernapasan tumbuhan. Rambut akar ini dapat mengambil oksigen yang terdapat pada pori-pori tanah.

4. Alat Pernapasan Khusus Pada Tumbuhan

Selain ketiga bagian dari tumbuhan diatas yang tidak diragukan lagi fungsinya sebagai alat pernapasan, namun pada beberapa jenis tumbuhan, mereka memiliki alat pernapasan khusus dikarenakan kemampuan tumbuhan-tumbuhan ini dalam beradaptasi terhadap lingkungannya. Berikut ini contoh alat pernapasan khusus pada tumbuhan.

• Akar Gantung – Akar gantung merupakan bagian-bagian akar yang tumbuh dari batang dan kemudian menjulur ke arah tanah. Nah, akar ini menjulur ke arah tanah bukan tanpa alasan karena akar ini ketika menjulur ke arah tanah akan menyerap uap air dan gas dari udara. Contoh tumbuhan yang memiliki akar gantung adalah pohon beringin dan anggrek.
• Akar Napas – Berbeda dengan akar gantung, akar napas ini merupakan jenis-jenis akar tumbuhan yang muncul ke permukaan tanah sehingga akar napas ini dapat mengeluarkan karbondioksida dan memperoleh oksigen. Tanama bakai yang biasa hidup di daerah laut merupakan contoh tumbuhan yang memiliki akar napas.
• Rongga Udara – Selain akar, ada juga tumbuhan yang memanfaatkan batangnya untuk memperoleh pasokan oksigen. Tumbuhan ini biasanya memiliki batang yang memiliki rongga-rongga udara sehingga udara atau oksigen dapat digunakan melakukan proses respirasi. Contoh tumbuhan yang memiliki batang berongga adalah tumbuhan enceng gondok dan juga kangkung.

Kaitan Antara Proses Pernapasan dan Proses Fotosintesis Pada Tumbuhan

Setelah anda mengetahui berbagai macam proses pernapasan pada tumbuhan, maka selanjutnya akan dijelaskan mengenai segala hal perihal proses pernapasan pada tumbuhan. Pada dasarnya, proses pernapasan pada tumbuhan memiliki kaitan yang sangat erat dengan proses fotosintesis karena kedua proses ini saling bergantung satu sama lain. Berikut ini adalah kaitan antara proses pernapasan tumbuhan dengan proses fotosintesis pada tumbuhan.

• Pada siang hari atau pada saat tumbuhan mendapat banyak pasokan cahaya matahari, maka tumbuhan akan fokus melakukan proses fotosintesis sehingga tidak heran jika laju fotosintesis akan 10 kali lebih besar jika dibandingkan dengan laju respirasinya.
• Untuk dapat melaksanakan proses fotosintesis, tumbuhan memerlukan pasokan karbondioksida yang cukup, yang mana pasokan karbondioksida ini dapat dihasilkan melalui proses pernapasan tumbuhan.
• Hasil yang akan didapatkan oleh proses fotosintesis adalah oksigen dan juga uap air.
• Nah, oksigen yang dihasilkan oleh proses fotosintesis ini dapat digunakan oleh tumbuhan untuk melakukan proses pernapasan yang biasanya ambil bagian di malam hari, dimana proses pernapasan tumbuhan ini akan menghasilkan kandungan karbondioksida yang sangat bermanfaat untuk proses fotosintesis dan juga, proses pernapasan tumbuhan ini akan menghasilkan molekul ATP yang tidak lain merupakan suatu energi yang sangat diperlukan oleh tumbuhan untuk melakukan aktivitas metabolismenya.

Maka sudah jelas bukan bahwa kedua proses ini merupakan suatu proses yang saling mendukung kelangsungan hidup dari suatu tumbuhan.

 

Proses Pernapasan Pada Tumbuhan

Setelah dijelaskan bagaimana proses pernapasan dan juga proses fotosintesis merupakan suatu siklus yang saling mendukung kelangsungan hidup suatu tumbuhan, maka akan dijelaskan bagaimana proses pernapasan tumbuhan sebenarnya berlangsung. Secara singkat, tahapan respirasi dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Penangkapan oksigen hasil fotosintesis tumbuhan dari udara.
• Proses transport gas-gas dalam tumbuhan secara keseluruhan yang berlangsung secara difusi.
• Oksigen masuk ke dalam setiap sel tumbuhan secara difusi melalui rongga antarsel, sitoplasma, dan membran sel.
• Oksigen ini kemudian digunakan dalam proses pernapasan dengan melewati beberapa siklus, antara lain glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transport elektron.
• CO2 yang dihasilkan akan berdifusi ke luar sel dan masuk ke dalam ruang antarsel untuk mengikuti proses fotosintesis tumbuhan.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, proses pernapasan akan menghasilkan energi dan karbondioksida yang didapatkan dari glukosa. Nah, proses pemecahan glukosa sehingga menghasilkan karbondioksida dan energi ini bisa didapatkan dengan melibatkan oksigen hasil fotosintesis atau bisa juga tanpa melibatkan oksigen hasil fotosintesis karena semua itu bergantung kepada spesies tumbuhan tersebut. Nah, oleh karena itu, berdasarkan kebutuhan akan oksigen, maka proses pernapasan pada tumbuhan dibagi menjadi 2, yaitu proses pernapasan aerob dan proses pernapasan anaerob.

1. Proses Pernapasan Aerob

Proses pernapasan aerob ini merupakan proses pernapasan yang membutuhkan peran oksigen dalam proses pemecahan glukosa menjadi energi dan juga karbondioksida dimana reaksinya dapat dituliskan secara sederhana seperti berikut ini.

C₆H₁₂O6 + 6O₂ ->> 6H₂O + 6CO₂ + 36ATP

Nah, dalam proses pemecahan glukosa menjadi energi dan karbondioksida dengan bantuan oksigen dalam proses pernapasan aerob ini tidak sesimpel seperti reaksi yang ditulis diatas karena proses ini melibatkan beberapa proses, yaitu:

• Glikolisis

Seperti namanya, glikolisis merupakan suatu proses menguraikan gula atau glukosa. Pada fase glikolisis ini terjadi prombakan glukosa menjadi asam piruvat dalam sitosol. Asam piruvat ini nantinya akan diproses kembali dalam suatu fase yang dinamakan dekarboksilasi oksidatif. Pada fase glikolisis ini, akan juga dihasilkan 2 molekul ATP yang berperan sebagai energi, dan 2 molekul NADH yang akan digunakan dalam proses transport elektron.

• Dekarboksilasi Oksidatif

Dalam fase dekarboksilasi oksidatif ini, asam piruvat yang dihasilkan pada tatap glikolisis akan diubah menjadi asetil KoA dengan melepaskan CO2 di dalam sitosol. Astil KoA yang dihasilkan ini akan diproses kembali pada siklus asam sitrat. Selain Asetil KoA, akan dihasilkan pula NADH yang digunakan dalam transport elektron.

• Siklus Krebs

Siklus krebs merupakan sebuah fase dimana asam piruvat dibongkar secara aerob menjadi H2O dan juga CO2 yang terjadi di dalam matriks mitokondria. Dalam siklus ini, terjadi pula pengolahan Asetil KoA dengan asam sitrat yang telah terbentuk di fase sebelumnya. Hasil akhir dari fase ini adalah 1 molekul ATP, 1 molekul FADH, dan 3 molekul NADH yang akan digunakan pada fase selanjutnya, yaitu fase transport elektron.

• Transport Elektron

Transport elektron merupakan sebuah fase pada pernapasan aerob tumbuhan yang terjadi di membran dalam mitokondria. Dalam fase ini, serangkaian elektron akan ditransfer dalam suatu reaksi redoks dan dibantu oleh enzim sitokrom, piridoksin, dan flavoprotein. Siklus transport protein ini nantinya akan menghasilkan H2O atau uap air yang merupakan hasil sampingan dari sistem pernapasan tumbuhan selain CO2 atau karbondioksida yang sangat dibutuhkan tumbuhan untuk melakukan proses fotosintesis. Selain itu, pada proses transport elektron ini akan terbentuk pula 34 ATP sehingga jika ditotal, proses aerob ini akan menghasilkan 36 molekul energi.

2.   Proses Penapasan Anaerob

 Berbeda dengan proses pernapasan aerob yang pada proses pemecahan glukosa menjadi energi dan karbohidratnya membutuhkan oksigen, pada proses pernapasan anaerob, tumbuhan tidak memerlukan peran oksigen dalam proses memecah glukosa menjadi energi dan karbondioksida. Reaksi anaerob secara sederhana dapat ditulis sebagai berikut ini.

C₆H₁₂O₆ ->> 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP

Nah, dari reaksi sederhana diatas, maka dapat terlihat bahwa proses pernapasan anaerobik ini tidak membutuhkan pasokan oksigen untuk memecah glukosa. Hasil akhir dari proses pernapasan anaerob ini memiliki hasil akhir karbondioksida, alkohol, dan juga energi.

Perbedaan mencolok lainnya dengan proses pernapasan aerob adalah pada proses anaerob ini jumlah energi yang dihasilkan jauh lebih sedikit jika dibandingkan dengan proses pernapasan aerob. Hal ini ternyata memang membuktikan betapa pentingnya peran sebuah oksigen dalam pembentukan energi pada suatu tumbuhan.

Jenis Tumbuhan dan Proses Pernapasannya

Setelah anda mengetahui berbagai macam proses pernapasan pada tumbuhan, maka anda pasti penasaran bukan jenis tumbuhan manakah yang memiliki sistem pernapasan aerob dan manakah yang memiliki sistem pernapasan anaerob.

Berikut ini akan dijelaskan jenis tumbuhan dan proses pernapasan yang digunakannya.

1. Tumbuhan Tingkat Tinggi dengan Pernapasan Aerob

Tumbuhan yang memiliki sistem pernapasan aerob merupakan tumbuhan-tumbuhan tingkat tinggi atau yang biasa dikenal dengan tumbuhan hijau. Tumbuhan yang bisa disebut sebagai tumbuhan hijau merupakan tumbuhan yang memiliki zat hijau daun atau yang biasa disebut klorofil. Seperti yang telah dijelaskan pada bagian alat pernapasan pada tumbuhan, para tumbuhan tingkat tinggi ini mengambil oksigennya melalui berbagai bagian dari tubuhnya, seperti misalnya melalui stomata, lentisel, rambut akar, hingga alat pernapasan khusus pada beberapa tumbuhan seperti menggunakan akar gantung, akar napas, dan juga batang-batang berongga.

2. Tumbuhan Tingkat Rendah dengan Pernapasan Anaerob

Tumbuhan yang memiliki sistem pernapasan anaerob merupakan tumbuhan-tumbuhan tingkat rendah. Nah, berkebalikan dengan tumbuhan tingkat tinggi, tumbuhan tingkat rendah merupakan tumbuhan yang tidak memiliki klorofil sehingga tumbuhan ini tidak dapat melakukan fotosintesis dan cara memperoleh energinya tetntu saja berbeda dengan tumbuhan hijau. Cara memperoleh energi pada tumbuhan tingkat rendah ini biasanya dilakukan dengan menguraikan bahan makanan yang terdapat di sekitar lingkungan hidupnya.