Artikel Bukti Cerdasnya Kakatua Asal Indonesia: Memecahkan Masalah Lima Lapis Permasalahan Tekhnis

Nurhalimah

Biologi-B/VII

Bukti Cerdasnya Kakatua Asal Indonesia: Memecahkan Masalah Lima Lapis Permasalahan Tekhnis

Dalam sebuah percobaan, spesies burung kakatua asal Indonesia ternyata mampu memecahkan masalah mekanik yang kompleks; mengurai serangkaian kunci tahap demi tahap secara berurutan. Kemampuan kognitif ini mengungkap tingkat kecerdasan yang lebih dalam pada burung. Tim ilmuwan dari Universitas Oxford, Universitas Wina dan Max Planck Institute, melaporkan hasil studinya dalam jurnal PLoS ONE, di mana sepuluh ekor kakatua Goffin [Cacatua goffini] dihadapkan dengan kotak teka-teki untuk dipecahkan. Makanan berupa kacang sengaja diperlihatkan dari balik pintu transparan yang dibentengi lima lapis perangkat yang terkunci; tiap-tiap perangkat dihadang oleh perangkat terkunci berikutnya dalam satu rangkaian.

Untuk mencapai kacang itu, si kakatua harus terlebih dahulu mencopot pin, lalu sekrup, baut, memutar roda 90 derajat, dan kemudian menggeser gerendel ke samping. Salah satu burung bernama Pipin berhasil memecahkan masalah tanpa bantuan dalam waktu kurang dari dua jam, sedangkan beberapa burung lainnya harus dibantu, baik dengan memperlihatkannya terlebih dahulu serangkaian kunci secara bertahap atau membolehkan mereka menyaksikan rekan lain dalam menyelesaikan tugas.

Seekor burung kakatua bernama Muppet tengah memecahkan masalah kunci jenis-baut. (Kredit: Alice Auersperg) Para ilmuwan tertarik pada kemajuan burung dalam mencapai solusi, dan pada apa yang diketahui burung setelah berhasil memecahkan tugas secara penuh.

Tim riset menemukan bahwa burung-burung itu bekerja dengan gigih untuk menyortir satu demi satu kendala meski hanya diimbali kacang jika mereka sudah berhasil memecahkan kelima perangkat. Burung-burung itu tampak memperoleh kemajuan seolah-olah mereka menjalankan proses ‘putaran roda kognitif’: begitu menemukan cara untuk menyelesaikan satu kuncian, mereka jarang menemukan kesulitan saat kembali dihadapkan dengan perangkat yang sama. Menurut para ilmuwan, ini konsisten dengan burung-burung yang memiliki sebuah representasi tujuan yang mereka incar. Setelah kakatua menguasai seluruh urutan, ilmuwan menyelidiki apakah burung-burung itu telah mempelajari cara mengulang urutan tersebut atau malah merespon efek dari tiap-tiap kunci.

Mekanisme kunci pada kotak teka-teki.(Kredit: Alice Auersperg). “Setelah mereka memecahkan masalah awal, kami memberikan enam soal yang disebut ‘tugas transfer’, di mana beberapa kuncinya harus dipasang ulang, dicopot, atau dibuat tak berfungsi,” jelas Dr. Alice Auersperg, yang memimpin penelitian dalam Laboratorium Goffin di Universitas Wina, “Analisis statistik menunjukkan bahwa mereka bereaksi terhadap perubahan dengan sensitivitas yang tanggap terhadap situasi baru.”

“Kami tak dapat membuktikan bahwa burung-burung ini memahami struktur fisik pada masalah seperti layaknya manusia dewasa, namun dari perilaku mereka, kami dapat menyimpulkan bahwa mereka sensitif terhadap bagaimana objek-objek bertindak satu sama lain, dan bahwa mereka dapat belajar memperoleh kemajuan ke arah tujuan yang jauh, langkah demi langkah, tanpa harus diimbali,” tutur Profesor Alex Kacelnik dari Departemen Zoologi Universitas Oxford, penulis pendamping dalam studi ini.

Kakatua adalah jenis burung berotak besar yang gemar bermain dan bersosial yang tinggi.(Kredit: Alice Auersperg) “Burung yang secara tiba-tiba dan sering melakukan perkembangan dan respon terhadap perubahan mendadak mengindikasikan plastisitas perilaku dan memori praktis yang menonjol,” ungkap Dr. Auguste von Bayern, penulis pendamping dari Universitas Oxford, “Kami yakin mereka terbantukan dengan karakteristik spesies, seperti rasa ingin tahu, teknik eksplorasi taktil dan ketekunan: kakatua mengeksplorasi objek di sekitarnya dengan paruh, lidah dan kaki mereka. Berbeda dengan hewan yang mengekplorasi objek secara visual, mereka mungkin tak pernah mendeteksi bahwa mereka bisa menggerakkan kunci.” “Terlalu mudah untuk mengatakan bahwa kakatua memahami masalah, namun klaim ini hanya akan dibenarkan jika kami dapat mereproduksi rincian respon hewan terhadap sebuah muatan berdaya besar dari masalah-masalah fisik yang baru,” tambah Profesor Kacelnik.

http://www.faktailmiah.com/2013/07/06/kecerdasan-teknis-kakatua-asal-indonesia-memecahkan-masalah-lima-lapis-kuncian.html

Artikel Menyelamatkan Pangan Dunia dengan Gen yang Membendung Wabah Patogen Karat Batang Gandum

Nurhalimah

Biologi-B/VII

Menyelamatkan Pangan Dunia dengan Gen yang Membendung Wabah Patogen Karat Batang Gandum

Pasokan pangan dunia sedikit bertambah lebih banyak berkat sebuah terobosan ilmiah. Eduard Akhunov, profesor patologi tanaman di Kansas State University, bersama rekannya, Jorge Dubcovsky dari University of California-Davis, memimpin proyek penelitian dalam mengidentifikasi sebuah gen yang berguna memberi kekebalan bagi tanaman gandum terhadap ras patogen karat batang gandum paling mematikan – disebut Ug99 – yang pertama kali ditemukan di Uganda tahun 1999.

Penemuan ini dapat membantu para ilmuwan mengembangkan varietas gandum baru serta membangun strategi-strategi yang jitu untuk melindungi tanaman pangan dunia dari serangan patogen karat batang gandum yang tersebar dari Afrika hingga ke ladang-ladang pangan di Asia. Studi yang dipublikasikan dalam jurnal Science ini melibatkan pula para peneliti lainnya dari Kansas State University, antara lain: Harold Trick, profesor patologi tanaman; Andres Salcedo, kandidat doktor bidang genetika dari Meksiko; dan Cyrille Saintenac, seorang asosiasi riset pascadoktoral yang saat ini bekerja di Institut Nasional de la recherche Agronomique, Perancis. Proyek ini didanai oleh Department of Agriculture and Borlaug Global Rust Initiative. AS.

Studi ini berfokus dalam mengidentifikasi gen yang memberi resistensi terhadap karat batang, bernama Sr35, dan dimunculkan bersamaan dengan sebuah studi dari tim riset Australia yang mengidentifikasi gen resistensi efektif lainnya bernama Sr33. “Gen Sr35 ini berfungsi sebagai komponen utama dari sistem kekebalan tanaman,” jelas Akhunov, “Gen ini mengenali patogen dan memicu sebuah respon dalam tanaman untuk melawan penyakit.” Karat batang gandum disebabkan oleh jamur patogen. Sejak tahun 1950-an, para petani gandum sudah mampu mengembangkan varietas gandum yang sebagian besar resisten terhadap patogen ini. Namun, kemunculan strain Ug99 di Uganda tahun 1999 telah membawa kerusakan yang parahpada tanaman pangan, menyebar ke penjuru Kenya, Ethiopia, Sudan dan Yaman, meski belum mencapai Amerika.

“Sebelumnya, para petani gandum memiliki dua atau tiga gen yang sangat efisien dalam melawan karat batang selama puluhan tahun sehingga penyakit ini bukan merupakan masalah terbesar,” tutur Akhunov, “Namun, penemuan ras patogen Ug99 menunjukkan bahwa perubahan dalam virulensi ras patogen yang ada bisa menjadi masalah besar.”

Eduard Akhunov, profesor patologi tanaman di Kansas State University, berdiri di depan para peneliti gandum einkorn yang digunakan untuk mengidentifikasi Sr35, sebuah gen yang tahan terhadap strain Ug99 karat batang gandum. (Kredit: Kansas State University). Sebagai garis pertahanan pertama, para petani gandum dan para peneliti mulai mencari gen resistensi di antara gen-gen yang sudah ditemukan dalam repositori plasma nutfah yang tersedia, katanya. “Gen Sr35 merupakan salah satu gen yang ditemukan dalam gandum einkorn yang tumbuh di kawasan Turki,” ungkap Akhunov, “Namun, sebelumnya kami tidak tahu jenis gen apa yang bisa memberi resistensi terhadap Ug99 dalam pertumbuhan gandum ini.”

Untuk mengidentifikasi gen resistensi Sr35, tim riset beralih pada gandum einkorn yang diketahui kebal terhadap strain Ug99 jamur. Gandum einkorn memiliki nilai ekonomi yang terbatas dan dibudidayakan dalam kawasan kecil di wilayah Mediterania. Tanaman ini sudah digantikan dengan varietas gandum lain yang mampu menghasilkan lebih banyak pasta dan roti. Para peneliti menghabiskan waktu hampir empat tahun lamanya untuk mencoba mengidentifikasi lokasi gen Sr35 dalam genom gandum, yang berisi informasi genetik hampir dua kali lebih banyak dari genom manusia.

Setelah mereka mempersempit daftar gen-gen kandidat, mereka menggunakan dua pendekatan cuma-cuma untuk menemukan gen Sr35. Pertama, secara kimiawi mereka memutasisasikan aksesi resistensi pada gandum untuk mengidentifikasi tanaman yang menjadi rentan terhadap patogen karat batang. “Ini adalah masalah melumpuhkan tiap-tiap gen kandidat sampai kami menemukan salah satu yang membuat tanaman menjadi rentan,” jelas Akhunov, “Proses yang membosankan dan perlu banyak waktu, tapi hasilnya sepadan dengan usaha.” Selanjutnya, para peneliti mengisolasi gen kandidat, lalu menggunakan pendekatan bioteknikal untuk mengembangkan tanaman transgenik yang mengandung gen Sr35 dan yang menunjukkan perlawanan terhadap ras Ug99 karat batang.

Setelah gen resistensi itu ditemukan, Akhunov dan rekan-rekannya kemudian memeriksa protein apa yang ditransfer oleh jamur ke dalam tanaman gandum dan dikenali oleh protein yang dikodekan oleh gen Sr35. Hal ini akan membantu para peneliti untuk lebih memahami mekanisme molekuler di balik terjadinya infeksi sekaligus mengembangkan pendekatan-pendekatan baru untuk mengendalikan patogen yang mematikan tersebut.

http://www.faktailmiah.com/2013/06/30/menyelamatkan-pangan-dunia-dengan-gen-yang-membendung-wabah-pantogen-karat-batang-gandum.html

Bahan Ajar Metebolisme

METABOLISME

A.     Pengertian Metabolisme

            Metabolisme merupakan totalitas proses kimia di dalam tubuh. Metabolisme meliputi segala aktivitas hidup yang bertujuan agar sel tersebut mampu untuk tetap bertahan hidup, tumbuh, dan melakukan reproduksi. Semua sel penyusun tubuh makhluk hidup memerlukan energi agar proses kehidupan dapat berlangsung.

            Metabolisme dibedakan atas anabolisme dan katabolisme

Anabolisme adalah pembentukan molekul-molekul besar dari molekul-molekul kecil. Misalnya pembentukan senyawa-senyawa seperti pati, selulosa, lemak, protein dan asam nukleat. Pada peristiwa anabolisme memerlukan masukan energi.

Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil, dan prosesnya melepaskan energi. Contoh : respirasi, yaitu proses oksidasi gula menjadi H₂O dan CO₂

        

Keterkaitan antara Anabolisme dan katabolisme :

Karbohidrat menjadi salah satu komponen makanan yang kompleks. Komponen inilah yang menjadi salah satu bahan dalam proses metabolisme. Karbohidrat merupakan senyawa yang terbentuk dari molekul karbon, hidrogen dan oksigen. Senyawa biologis ini hanya terdapat dalam jumlah 1% dari keseluruhan tubuh manusia, diolah dalam tubuh sebagai bahan makanan, dicadangkan dalam bentuk glikogen dan digunakan sebagai bahan bakar sel, juga dibutuhkan dalam pembentukan tulang rawan. Sumber karbohidrat yang paling banyak berasal dari tumbuhan.

            Dalam proses untuk menghasilkan energi, semua jenis karbohidrat yang dikonsumsi akan masuk ke dalam sistem pencernaan dan juga usus halus, terkonversi menjadi glukosa untuk kemudian diabsorpsi oleh aliran darah dan ditempatkan ke berbagai organ dan jaringan tubuh. Molekul glukosa hasil konversi berbagai macam jenis karbohidrat inilah yang kemudian akan berfungsi sebagai dasar pembentukan energi di dalam tubuh. Melalui berbagai tahapan dalam proses metabolisme, sel-sel yang terdapat di dalam tubuh dapat mengoksidasi glukosa menjadi CO₂ & H₂O dimana proses ini juga akan disertai dengan produksi energi. Proses metabolisme glukosa yang terjadi di dalam tubuh ini akan memberikan kontribusi hampir lebih dari 50% bagi ketersediaan energi. Di dalam tubuh, karbohidrat yang telah terkonversi menjadi glukosa tidak hanya akan berfungsi sebagai sumber energi utama bagi kontraksi otot atau aktifitas fisik tubuh, namun glukosa juga akan berfungsi sebagai sumber energi bagi sistem syaraf pusat termasuk juga untuk kerja otak. Selain itu, karbohidrat yang dikonsumsi juga dapat tersimpan sebagai cadangan energi dalam bentuk glikogen di dalam otot dan hati. Glikogen otot merupakan salah satu sumber energi tubuh saat sedang berolahraga sedangkan glikogen hati dapat berfungsi untuk membantu menjaga ketersediaan glukosa di dalam sel darah dan sistem pusat syaraf (Irawan 2007).

B.     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.

1        Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia.

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

            Enzim disintesis dalam bentuk calon enzim yang tidak aktif, kemudian diaktifkan dalam lingkungan pada kondisi yang tepat. Misalnya, tripsinogen yang disintesis dalam pankreas, diaktifkan dengan memecah salah satu peptidanya untuk membentuk enzim tripsin yang aktif. Bentuk enzim yang tidak aktif ini disebut zimogen.

            Enzim tersusun atas dua bagian. Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya menyebabkan enzim tidak aktif. Namun keduanya dapat digabungkan menjadi satu, yang disebut holoenzim. Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan koenzim.

Kerja Enzim
ada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu:

1.      Teori kunci dan anak kunci (Lock and key)
Teori ini dikemukakan oleh Emil Fisher yang menyatakan kerja enzim seperti kunci dan anak kunci, melalui hidrolisis senyawa gula dengan enzim invertase, sebagai berikut:

·         Enzim memiliki sisi aktivasi, tempat melekat substrat

·         hubungan antara enzim dan substrat terjadi pada sisi aktivasi

·         Hubungan antara enzim dan substrat membentuk ikatan yang lemah

Hipothesis Koshland :

1.      Enzim dan sisi aktifnya merupakan struktur yang secara fisik lebih fleksibel daripada hypothesis Fischer.

2.      Terjadi interaksi dinamis antara enzim dan substrat

3.      Jika substrat berkombinasi dengan enzim, akan terjadi perubahan  dalam struktur (konformasi) sisi aktif enzim sehingga fungsi enzim berlangsung efektif.

4.      Struktur molekul substrat juga berubah selama diinduksi sehingga kompleks enzim-substrat lebih berfungsi.

Inhibitor
            Merupakan zat yang dapat menghambat kerja enzim. Bersifat reversible dan irreversible. Inhibitor reversible dibedakan menjadi inhibitor kompetitif dan nonkompetitif (Gambar 3.4B)

a         Inhibitor kompetitif

     Menghambat kerja enzim dengan menempati sisi aktif enzim. Inhibitor ini besaing dengan substrat untuk berikatan dengan sisi aktif enzim. Pengambatan bersifat reversibel (dapat kembali seperti semula) dan dapat dihilangkan dengan menambah konsentrasi substrat.

     Inhibitor kompetitif misalnya malonat dan oksalosuksinat, yang bersaing dengan substrat untuk berikatan dengan enzim suksinat dehidrogenase, yaitu enzim yang bekerja pada substrat oseli suksinat.

b        Inhibitor nonkompetitif

     Inhibitor ini biasanya berupa senyawa kimia yang tidak mirip dengan substrat dan berikatan pada sisi selain sisi aktif enzim. Ikatan ini menyebabkan perubahan bentuk enzim sehingga sisi aktif enzim tidak sesuai lagi dengan substratnya. Contohnya antibiotik penisilin menghambat kerja enzim penyusun konsentrasi substrat. dinding sel bakteri. Inhibitor ini bersifat reversible tetapi tidak dapat dihilangkan dengan menambahkan

 

C.     Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzim

§  Konsentrasi substrat

§  Konsentrasi enzim

§  Suhu

§  pH

§  Aktivator dan inhibitor

D.     Metabolisme dibedakan atas anabolisme dan katabolisme

1)      KATABOLISME

1.      Respirasi merupakan contoh peristiwa Katabolisme.

Respirasi merupakan oksidasi senyawa organik secara terkendali untuk membebaskan energi bagi pemeliharaan dan perkembangan makhluk hidup.

Produk antara pada respirasi sel dipakai sebagai bahan dasar untuk metabolisme.

Berdasarkan kebutuhan terhadap tersedianya oksigen bebas, dibedakan :

a.   Respirasi aerob : respirasi yang membutuhkan oksigen bebas. Oksigen merupakan penerima hidrogen terakhir.

b.   Respirasi anaerob : respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas. Sebagai penerima hidrogen terakhir bukan oksigen,tetapi senyawa lain seperti asam pyruvat,     dan asetaldehid.

Respirasi sel secara aerob berlangsung melalui 4 tahap, yaitu :

§   Glikolisis

§   Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

§   Daur Krebs, dan

§   Sistem Transfer Elektron

Glikolisis :

§  Berlangsung di sitoplasma

§  Berlangsung secara anaerob

§  Mengubah satu molekul glukosa ( 6C ) menjadi dua molekul asam piruvat ( 3C )

§  Untuk setiap molekul glukosa dihasilkan energi 2 ATP dan 2 NADH

§  Dikenal sebagai Reaksi Embden dan Meyerhoff

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat :

§  Berlangsung pada matriks mitokondria

§  Mengubah asam piruvat (3C) menjadi   Asetil Ko-A (2C)

§  Dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk setiap molekul glukosa

Siklus Krebs :

§  Berlangsung pada matriks mitokondria

§  Mengubah Asetil-KoA (2C) menjadi CO₂ (senyawa berkarbon 1)

§  Untuk setiap molekul Asetil-KoA dihasilkan 1 ATP, 1 FADH dan 2 NADH

Rantai Pengangkutan Elektron ;

§  NADH₂ dan FADH₂ merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen

§  Melalui rantai respirasi, hidrogen dari NADH₂ dan FADH₂ yang dihasilkan pada proses glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat dan daur Krebs dilepaskan ke Oksigen (sebagai penerima hidrogen terakhir) untuk membentuk H2O dengan melepas energi secara bertahap.

§  Satu molekul NADH₂ akan menghasilkan 3 ATP, sedang satu molekul FADH₂menghasilkan 2 ATP.

Glikolisis :

 

Alternatif 1 : Bila tidak tersedia cukup oksigen, akan berlangsung respirasi anaerob / fermentasi, seperti pada diagram/skema di bawah ini :

 

Alternatif 2 : Jika tersedia Oksigen, asam piruvat akan memasuki Siklus Krebs dan Sistem Transpor Elektron :

 

Substrat untuk respirasi tidak selalu dalam bentuk karbohidrat, tetapi bisa juga berupa protein atau lemak. Perhatikan skema hubungan antara berbagai substrat tersebut dalam proses respirasi aerob di bawah ini :

 

2)      ANABOLISME

Fotosintesis merupakan salah satu contoh dari Anabolisme,

Fotosintesis terjadi pada tumbuh-tumbuhan yang berklorofil. Fotosintesis merupakan proses penyusunan zat organik dari zat-zat anorganik dengan menggunakan energi dari cahaya. Zat organik yang terbentuk dalam proses fotosintesis berupa karbohidrat, dimana karbohidrat tersebut dapat digunakan untuk membentuk zat-zat lain seperti protein dan lemak.

Reaksi umum dari fotosintesis dapat dituliskan sebagai :

                            cahaya

6 CO₂  + 12 H₂O                       C₆H₁₂O₆  + 6 H₂O + 6 O₂

                            Klorofil

Komponen-komponen Esensial Fotosintesis :

            Komponen yang mutlak diperlukan dalam proses fotosintesis adalah bahan baku (CO₂dan H₂O), energi berupa cahaya, pigmen, molekul carrier enzim dan suhu yang tepat. Jika salah satu dari komponen tersebut tidak ada, fotosintesis tidak dapat berlangsung, sehingga komponen tersebut disebut komponen esensial.

Ø  Bahan Baku

            CO₂ dari udara masuk melalui stomata ke dalam jaringan spons daun dan segera dipergunakan untuk proses fotosintesis. Air (H₂O) merupakan bahan baku lain yang diperoleh dari lingkungan. Pada tumbuhan tinggi, H₂O diabsorbsi oleh akar dan diangkut ke daun melalui berbagai sel dan jaringan.

Ø  Cahaya

     Energi yang dipergunakan dalam fotosintesis adalah energi cahaya. Dari berbagai penelitian diketahui bahwa energi dari cahaya matahari yang dipergunakan untuk fotosintesis hanya 2% saja. Selebihnya dipantulkan, ditransmisikan atau diabsorbsi senagai panas.

     Panjang gelombang dari berbagai spektrum sinar matahari tidak sama. Makin besar panjang gelombang, makin kecil energi yang dikandungnya. Gelombang cahaya dari yang terpanjang hingga terpendek adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Dalam berbagai percobaan yang menggunakan obyek Chlorella, ternyata spektrum cahaya yang palig banyak diserap klorofil untuk proses fotosintesis adalah  spektrum merah dan biru ungu (nila).

Ø  Pigmen

     Dengan adanya sistem pigmen, tumbuhan hijau dapat mengabsorbsi energi cahaya dan menggunakan cahaya ini untuk menghasilkan gula. Klorofil merupakan pigmen terpenting dari tumbuhan yang melakukan fotosintesis

     Ada bermacam-macam klorofil, yaitu klorofil a, b, c dan e.  Klorofil a dan b terdapat pada kloroplas tumbuhan tinggi, sedangkan klorofil yang lain terdapat pada jenis alga tertentu.

Ø  Suhu

     Aktivitas fotosintesis dipengaruhi oleh suhu lingkungan. Fotosintesis umumnya berlangsung pada suhu antara 5 – 40^o C. Kecepatan fotosintesis bertambah sampai maksimal pada suhu 35^o C dan setelah itu kecepatannya turun tajam. Penurunan ini dimungkinkan karena enzim menjadi kurang aktif.

Ø  Molekul Carrier dan Enzim

     Pada kloroplas, selain dari pigmen terdapat pula berbagai molekul carrier yang berfungsi dalam transfer atom hidrogen, elektron dan transfer energi.  Selain itu, pada kloroplas pun terdapat bermacam-macam enzim untuk reaksi kimia fotosintesis.

Penelitian tentang Fotosintesis

Beberapa percobaan yang dilakukan untuk mengetahui hasil-hasil yang diperoleh dari fotosintesis, antara lain :

1.      Percobaan Ingenhousz

Obyek yang digunakan adalah tumbuhan Hydrilla verticillata. Hasil dari percobaannya disimpulkan bahwa fotosintesis menghasilkan gas, yang ternyata adalah oksigen.

 

2.      Percobaan Engelmann

Obyek yang digunakan        adalah ganggang Spirogyra dan bakteri thermo. Di bawah mikroskop terlihat bakteri thermo berkumpul pada bagian kloroplas yang terkena cahaya matahari (B) akibat banyaknya oksigen di daerah ini. Kesimpulan yang dapat ditarik oleh Engelmann, yaitu bahwa fotosintesis membebaskan gas oksigen dan kloroplast yang bertanggung jawab terhadap produksi oksigentersebut.

3.      Percobaan Sacchs

Dalam percobaan ini, Sacchs membuktikan bahwa fotosintesis memerlukan cahaya, berlangsung pada bagian yang berklorofil, sedang hasil akhir dari fotosintesis adalah zat tepung (amylum). Percobaan ini didasari atas pengertian bahwa amylum, jika bereaksi dengan iodium akan berwarna biru. Pada bagian daun yang ditutup dengan kertas timah (tidak kena cahaya) tidak berwarna biru, berarti di daerah tersebut tidak berlangsug fotosintesis.

Reaksi Fotosintesis

      Fotosintesis merupakan proses pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk gula yang dihasilkan dari reduksi karbondioksida yang miskin energi. Fotosintesis dapat dituliskan dengan persamaan reaksi sederhana :

6 CO₂ + 12 H₂O              C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 6 O₂

     

      Pada dasarnya proses fotosintesis terjadi dalam dua tahap, yaitu reaksi terang (reaksi tergantung cahaya) dan reaksi gelap (reaksi tak tergantung cahaya).

a)      Reaksi Terang (Reaksi Tergantung Cahaya)

Reaksi pertama dalam fotosintesis memang tergantung adanya cahaya, sehingga disebut sebagai reaksi terang. Sering reaksi ini disebut reaksi fotokimia / reaksi fotolisis / reaksi Hill, prosesnya berlangsung di Grana.

Dalam reaksi terang terdapat dua pusat reaksi, yaitu fotosistem I (FS I) dan fotosistem II (FS II). Pada FS I terdapat klorofil a.683 (kl A.683) dan karotenoid yang mampu menyerap energi cahaya maksimum pada gelombang 700 nm (P 700), sedangkan untuk FS II dengan P 680 diserap oleh klorofil a 673 (kl A.673) dan klorofil b.

Jika kloroplast mendapat cahaya, maka electron dari klorofil pada kedua fotosistem akan tereksitasi.  Elektron kaya energi ini kemudian dipindahkan melalui akseptor-akseptor untuk dimanfaatkan energinya.

·         Fotosistem I (FS I)

Elektron yang dikeluarkan dari FS I diteima oleh akseptor feredoksin sebagai akseptor utama. Elektron ini lalu ditransfer ke NADP. Pada saat yang sama juga menerima ion H⁺sehingga terbentuk nikotinamida adenin dinukleotid fosfat tereduksi (NADPH₂).

      NADP + 2 H⁺ + 2e           NADPH₂

·         Fotosistem II ( FS II )

Elektron dari FS II diterima oleh akseptor-akseptor elektron (plastoquinon, sitokrom dan plastosianin) menuju FS I.  Elektron ini digunakan untuk mengisi lubang pada FS I. Waktu mengalir melaui ekseptor-akseptornya, elektron ini melepaskan energinya.  Energi ini digunakan untuk mensintesis ATP dari ADP dan Pi (fotofosforilasi)

ADP + Pi                    ATP

FS II yang telah kehilangan elektron ini akan segera diganti dari pemecahan air (fotolisis) :

2 H₂O                2 H⁺ + 2 OH^-

2 OH^-                 2 e  + H₂O + ½ O₂

H₂O                   2 H⁺  + 2 e^-  + ½ O₂

2 H₂O                4 H⁺  +  4 e^-  +  O₂

Pada fotolisis terlihat bahwa O₂ yang dibebaskan berasal dari dua molekul air ( 2 H₂O ), Jadi pada reaksi terang dihasilkan ATP, NADPH₂ dan O₂.

b)      Reaksi gelap (reaksi tak tergantung cahaya)

Reaksi gelap (reaksi tak tergantung cahaya / Reaksi Blackman) adalah suatu proses fiksasi CO₂ untuk membentuk glukosa dengan menggunakan energi yang dihasilkan oleh reaksi terang. Reaksi ini terjadi di stroma pada kloroplas dan tidak memerlukan cahaya. Reaksi biokimiawinya berlangsung melalui suatu siklus yang disebut siklus Calvin Benson.

PGAL yang terbentuk dalam reaksi gelap merupakan hasil berdih fotosintesis secara keseluruhan. Untuk membentuk satu molekul glukosa diperlukan dua molekul PGAL dan ini diperoleh dari mereduksi enam molekul CO₂. Dengan mereduksi enam mulekul CO₂, akan dihasilkan 12 molekul PGAL. Dua molekul PGAL digunakan untuk membentuk glukosa, sedangkan 10 molekul lainnya akan direduksi kembali melalui senyawa antara seperti fruktosa 1,6 difosfst (FDP) dan glukosa 5-fosfat (G 5-P) untuk menghasilkan RuDP.

Untuk lebih jelasnya perhatikan skema fotosintesis, yang menunjukkan keterkaitan antara reaksi terang dan reaksi gelap di bawah ini :

 

Keterangan :

h_v   : cahaya matahari

Kotak dalam adalah reaksi terang (reaksi tergantung cahaya)

Kotak luar adalah reaksi tak tergantung cahaya (siklus Calvin Benson)

Senyawa pertama yang ditemukan setelah pengikatan CO₂ oleh RuDP adalah PGA ( asam fosfogliserat ) yang terdiri atas 3 atom karbon. Oleh karenanya, tumbuhan yang melakukan fotosintesis menggunakan cara ini disebut tumbuhan C_3.

Fotosintesis melalui jalur C₄ (Jalur metabolisme Hatch – Slack)

Terjadi pada tumbuhan golongan C4; yaitu tumbuhan tebu, jagung, berbagai rerumputan (crabgrass, shorghum dan Bermuda grass) dan beberapa tumbuhan padang pasir. Tumbuhan ini digolongkan ke dalam tumbuhan C₄ karena senyawa pertama yang dijumpai setelah fiksasi CO₂ adalah asam oksaloasetat yang merupakan senyawa dengan 4 atom karbon.

 

Kelebihan Tumbuhan C4 dibanding  dengan C3

1.      Membutuhkan lebih banyak ATP;

2.      Sintesis glukosa berlangsung lebih cepat per satuan luas daun;

3.      Berlangsung lebih efisien dalam keadaan intensitas cahaya yang tinggi;

4.      Affinitas enzym fosfoenolpiruvat karboksilase terhadap CO₂ lebih besar dibanding dengan RuDP

5.      Penambatan CO₂ lebih efektif;

6.      Proses fotosintesis berlangsung cukup baik dalam keadaan jumlah CO₂ yang sangat sedikit di udara.

7.      Tumbuh lebih cepat.

KEMOSINTESIS

Kemosintesis terjadi pada beberapa jenis bakteri yang menggunakan energi dari reaksi kimia anorganik sederhana untuk sintesa karbohidrat, dan menggunakan energi kimia dari luar tubuh.

v  Sumber karbon untuk kemosintesis berasal dari CO2.

v  Bahan baku anorganik adalah air dan karbon dioksida.

v  Sumber energi dari reaksi kimia (bukan dari cahaya).

v  Energi diperoleh dari hasil oksidasi senyawa anorganik yang diserap dari lingkungan; Seperti : hidrogen, hidrogen sulfida, sulfur (belerang), besi, amonia dan nitrit.

Beberapa organisme yang melakukan kemosintesis :

a.       Bakteri sulfur tidak berpigmen yang mengoksidasi sulfida menjadi  sulfat:

§  Menyerap (H₂S) maupun S₂ dari lingkungan

§  Kedua senyawa tsb bergabung dengan oksigen dan menghasilkan energi yang digunakan untuk membuat Karbohidrat

§  Hasil samping berupa S₂, bila bahan asalnya H₂S dan ion sulfat (SO₄^2-) bila asalnya S₂

 

b.      Bakteri besi yang mengoksidasi ferrohidroksida menjadi ferrihidroksida.

§  Hidup di air tawar atau air asin yang mengandung senyawa besi terlarut.

§  Bakteri menyerap senyawa besi terlarut dan menggabungkannya dengan oksigen sehingga menjadi bentuk tidak larut dengan mengeluarkan energi.

 

c.       Bakteri Nitrifikasi

§  Tipe bakteri yang menggunakan amonia dan melepaskan ion nitrit. Contoh :Nitrosomonas

§  Tipe bakteri yang menggunakan ion nitrit dan melepaskan ion nitrat : Nitrobakter

 

PERBANDINGAN ANTARA FOTOSINTESIS DAN KEMOSINTESIS

Organisme	Type proses	Bahan yang dipakai	Sumber energi	Hasil
Tumbuhan hijau	Fotosintesis	CO2 , H2O	Cahaya yang diabsorbsi klorofil	Gula, H2O, O2
Bakteri belerang hijau	Fotosintesis	CO2 , H2S	Cahaya yang diabsorbsi klorofil bakteri	Gula, H2O , S
Bakteri belerang ungu	Fotosintesis	CO2 , H2S, H2O	Cahaya yang diserap bakteriopurpurin	Gula, H2SO4
Bakteri Nitrifikasi	Kemosintesis	CO2 , H2O	Oksidasi ammonia menjadi nitrit	Gula, H2O, O2
Bakteri Nitrifikasi	Kemosintesis	CO2 , H2O	Oksidasi nitrit menjadi nitrat	Gula, H2O, O2
Bakteri belerang tak berwarna	Kemosintesis	CO2 , H2O	Oksidasi H2S menjadi sulfat	Gula, H2O, O2
Bakteri besi	Kemosintesis	CO2 , H2O	Oksidasi ferro menjadi ferri	Gula, H2O, O2

Sintesis Lemak

§  Terjadi di sitosol

§  Lemak atau lipida adalah senyawa yang terdiri atas satu molekul gliserol (R–OH) dan tiga molekul asam lemak ( R-COOH)

§  Lemak penting sebagai komponen structural sel, khususnya membrane sel dan sebagai bahan baker biologis. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, lemak dapat diperoleh dari makanan dan dapat pula disintesis di dalam tubuh. Di dalam tubuh, lemak dapat disintesis dari produk antara (intermediate product) pada proses respirasi, seperti PGAL dan asetil KoA.

§  Baik tumbuhan maupun hewan dapat mensintesis lemak dari karbohidrat, melalui tahap-tahap :

1.      Sintesis gliserol [ C₃H₅(OH)₃ ]

2.      Sintesis asam lemak

3.      Penggabungan asam lemak dan gliserol.

Sintesis Protein

§  Terjadi di ribosom

§  Unit penyusunnya adalah asam amino

§  Protein merupakan polimer dari asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida

§  Ikatan peptida adalah ikatan yang meng-hubungkan antara gugus amine dari satu asam amino dengan gugus karboksil dari asam amino yang lain.

ASAM AMINO ESSENSIAL

§  Yaitu asam amino yang tidak dapat dibentuk oleh tubuh;

§  Yang termasuk ke dalam golongan ini :

Arginin, histidin, isoleusin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin

ASAM AMINO NON ESENSIAL

§  Yaitu asam amino yang dapat dibentuk oleh tubuh melalui senyawa antara respirasi.

§  Yang termasuk golongan ini :

Alanin, asparagin, asam aspartat, sistein, asam glutamat, glutamin, glisin, prolin, serin dan tirosin

Klasifikasi protein berdasar fungsi biologiknya

§  Enzim, menkatalisis reaksi-reaksi biokimia

§  Protein cadangan, disimpan sebagai cadangan makanan

§  Protein transpor, mentranspor zat/unsur tertentu

§  Protein kontraktil pada jaringan tertentu

§  Protein pelindung, misalnya antibodi

§  Toksin, merupakan racun

§  Hormon,mengatur proses-proses hidup

§  Protein struktural, penyusun struktur sel, jaringan, dan tubuh.

Keterkaitan Metabolisme, Karbohidrat, Lemak dan Protein

Di dalam sel reaksi metabolisme tidak terpisah satu sama lain yaitu membentuk suatu jejaring yang saling berkaitan. Di dalam tubuh manusia terjadi metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak.

 

Hubungan antara metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein.

Lemak (asam heksanoat) lebih banyak mengandung hidrogen terikat dan merupakan senyawa karbon yang paling banyak tereduksi, sedangkan karbohidrat (glukosa) dan protein (asam glutamat) banyak mengandung oksigen dan lebih sedikit hidrogen terikat adalah senyawa yang lebih teroksidasi. Senyawa karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan energi dan apabila ada pembakaran sempurna akan membebaskan energi lebih banyak karena adanya pembebasan elektron yang lebih banyak. Jumlah elektron yang dibebaskan menunjukkan jumlah energi yang dihasilkan.

Perlu Anda ketahui pada jalur katabolisme yang berbeda glukosa dan asam glutamat dapat menghasilkan jumlah ATP yang sama yaitu 36 ATP. Sedangkan katabolisme asam heksanoat dengan jumlah karbon yang sama dengan glukosa (6 karbon) menghasilkan 44 ATP, sehingga jumlah energi yang dihasilkan pada lemak lebih besar dibandingkan dengan yang dihasilkan pada karbohidrat dan protein. Sedangkan jumlah energi yang dihasilkan protein setara dengan jumlah yang dihasilkan karbohidrat dalam berat yang sama.

Dari penjelasan itu dapat disimpulkan jika kita makan dengan mengkonsumsi makanan yang mengandung lemak akan lebih memberikan rasa kenyang jika dibandingkan dengan protein dan karbohidrat. Karena rasa kenyang tersebut disebabkan oleh kemampuan metabolisme lemak untuk menghasilkan energi yang lebih besar.