Enzim, Protein dan Asam AminoEnzim : adalah biokatalisator organik yang dihasilkan organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan dengan proteinProtein (asal kata protos dari bahasa Yunani yang berarti "yang paling utama") adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptidaAsam amino adalah sembarang senyawa organik yang memiliki gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina (biasanya -NH2). Dalam biokimia seringkali pengertiannya dipersempit: keduanya terikat pada satu atom karbon (C) yang sama (disebut atom C "alfa" atau α). Gugus karboksil memberikan sifat asam dan gugus amina memberikan sifat basa

Sel Hidup mengikuti kaidah kimiaReaksi kimia untuk kehidupan

metabolismeRibuan reaksi keseimbanganTumbuhan menghasilkan banyak senyawa

kompleks yang disebut metabolit sekunder yang melindungi tumbuhan dari serangga , bakteri, cendawan dan patogen lainnya.

Tumbuhan menghasilkan vitamin untuk dirinya sendiri dan manusia dan hormon yang diperlukan untuk mengendalikan dan mengatur proses perkembangannya.

Metabolisme Metabolisme

Anabolisme Anabolisme Anabolisme : Bahasa Yunani ana

baldein berarti melemparSejumlah reaksi membentuk

molekul molekul besar seperti pati selulosa, protein, lemak dan asam nucleat

Membentuk enerji

KatabolismeKatabolismeBahasa yunani : berarti kebawah Perombakan molekul besar

menjadi molekul kecilMenghasilkan energiContoh pada proses katabolisme

adalah respirasi, proses oksidatif gula menjadi CO2 dan H2O

Sel mengatur lintasan metabolikSel mengatur kecepatan metabolikDengan cara memproduksi katalis

yang tepat yang disebut enzim , dalam jumlah yang sesuai pada saat yang diperlukan

Enzim katalis yang khas spesifikEnzim katalis yang kuat Faktor kecepatan reaksi enzim 108-

1020

Ribuan reaksi dikendalikan terbentuk senyawa yang dibutuhkan oleh kehidupan ( tanpa terbentuk limbah beracun )

Kelemahan : enzim adalah mol protein yang besar sehingga membutuhkan energi yang besar untuk pembentukannya.

PEPENYEBARAN ENZIM PEPENYEBARAN ENZIM DIDALAM SELDIDALAM SEL

Tidak tersebar merataEnzim untuk fotosintesis berada

di kloroplasEnzim untuk respirasi aerobik

hanya di mitokondriaEnzim untuk respirasi lain ada

dalam sitosolEnzim untuk sintesis RNA,DNA

serta untuk metosis berada di inti sel ( nucleus )

Sifat dan Struktur EnzimSifat dan Struktur Enzim1. Kekhasan dan tatanamaTiap enzim dinamai menurut sistem baku

dan nama umum yang sederhanaEnzim umumnya diberi akhiran –ase dan

mencirikan substrat yang terlibatJenis reaksi yang dikalisContoh : sitokrom oksidase adalah enzim

utama dalam respirasi yang mengoksidasi ( melepas elektron dari molekul sitokrom )

Asam malat dihidrogenase melepaskan 2 atom hidrogen dari ( men-dehidrogenasi ) asam malat

2. Persatuan internasional Biokimia , memberi nama lebih panjang tapi lebih deskriftip dan baku sebagai contoh :

Sitokrom oi nama sitokrom C = O2 oksidoreduktase, elektron dilepaskan dari sitokrom jenis C dan mol oksigen adalah penerima elektron.

Dehidrogenase asam malat diluar L-malat = NAD oksidoreduktase menunjukkan bahwa enzim tersebut khas untuk bentuk L asam malat terionisasi dan molekul yang disingkat NAD adalah penerima atom hidrogen.

Protein bagian utama dari unsur enzim dan banyak enzim hanya terdiri dari protein

Protein tidak selalu enzim dan tidak mempunyai fungsi katalisis misalnya protein mikrotubul ( tubulin ) dan protein mikrofilamen ( aktin )

Perkecualian Perkecualian Molekul RNA mempunyai kemampuan

katalis Protein diribosom mempunyai fungsi

struktur dan bukan fungsi katalis , misalnya sitokrom mengangkat e- selama fotosintesis dan respirasi, bukan enzim melainkan pembawa elektronoh lain prot

Contoh lain protein cadangan pada biji sebagai cadangan asam amino untuk bibit setelah berkecambah, tidak sebagai enzim.

Susunan Kimia Susunan Kimia Protein terdiri dari satu atau lebih

rantai polipeptida yang masing-masing terdiri dari susunan asam amino

Komposisi dan ukuran :Tiap protein bergantung pada jenis

dan jumlah sub unit asam amino.Terdapat 18-20 asam amino yang

berbeda dan sebagai besar protein mempunyai lengkap 20 asam amino

Jumlah total sub unit sangat beragam pada protein yang berbeda.

Contoh : Protein tumbuhan mempunyai bobot molekul lebih dari 40000g/mol ( juga disebut ) satuan Dalton atau Daltons

Satu Dalton disingkat Da; adalah masa satu atom hidrogen

Feredoksin: protein yang terlibat pada fotosintesis bobot molekul 11,5 k Da, sedangkan ribulosa bifosfat karboksilase ( enzim fotosintesis ) bobot mol 500 k Da

ElektroforesisElektroforesisTeknik untuk pemisahan proteinPrinsip pemisahan protein terlarut

atau molekul bermuatan dalam medan listrik

Protein tumbuhan dan gizi manusiaManusia dewasa dapat mensintesis

sebagian besar asam amino yang diperlukan dari kharbohidrat dan berbagai senyawa nitrogen organik

Delapan asam amino harus tersedia dalam menu makanan yaitu : Leusin isoleusin, valin, lisin, metionin , triptopan , fenilalanin dan treonin.

Sumber ProteinSumber ProteinBerasal dari protein biji khususnya dari

serelia, seperti padi, gandum dan jagung

Sumbangan kecil tapi penting diberikan dari biji kacang-kacangan seperti kacang buncis, kapri dan kedelai

Kedelai dengan kadar protei 40 % dari bobot kering , sedangkan pada butir serelia hanya 12 % tetapi rendah kadar lisin, sedangkan biji kacangan rendah kandungan metionin.

Emil Fiscker Tahun Emil Fiscker Tahun 19884 19884

Kompleks enzim-substrat, merupakan kesatuan gembok dan kunci ( lock and key )

Sisi aktif adalah bagian enzim tempat substrat bergabung sewaktu substrat diubah menjadi produk

Sisi aktif kaku dan khas bagi substrat

Struktur produk berbeda dengan struktur substrat

Daniel E, Kosh Land Daniel E, Kosh Land Jr(1973 )Jr(1973 )Membuktikan bahwa sisi aktif

enzim dapat diinduksi oleh substrat ( atau produk, bila reaksi nya terbalikkan ) yang menyebabkan perubahan konformasi (bentuk )yang memungkinkan terjadi kombinasi yang lebih cocok

Jenis Ikatan Enzim-Jenis Ikatan Enzim-SunstratSunstratIkatan kovalen , ionik, hidrogen

dan van der WallsIkatan kovalen dan ionik paling

penting pada energi pengaktifan suatu reaksi

Ikatan hidrogen dan interaksi vander waals berperan dalam orientasi struktural kompleks enzim substrat

Denaturasi EnzimDenaturasi EnzimBila struktur enzim berubah

sehingga substrat tidak dapat terikat maka aktifitas katalisisnya hilang

FISIOLOGI TUMBUHAN DAN FISIOLOGI TUMBUHAN DAN SEL TUMBUHAN SEL TUMBUHAN

Fisiologi Tumbuhan adalah :1. Ilmu yang mempelajari fungsi tumbuhan2.Pengangkutan air dan bahan terlarut

melalui lintasan pengangkutan yang khusus , air dari tanah merambat melalui akar, batang dan daun ke atmosfir

3.Garam organik dan molekul organik bergerak keberbagai arah dalam tumbuhan

4.Berbagai reaksi kimia berlangsung dalam setiap sel hidup. Mengubah bentuk air garam, mineral dan gas dari lingkaran menjadi bentuk jaringan yang terorganisasi serta berbagai organ tumbuhan

Postulat DasarPostulat Dasar1. Seluruh fungsi tumbuhan dapat

dipahami dengan dasar prinsip fisika dan kimia

2. Mempelajari tumbuhan sejati3. Sel merupakan satuan dasar

kehidupan semua organisme hidup terdiri dari sel yang memiliki nucleus ( inti ) yang terbungkus membran atau struktur serupa tapi tanpa membran, tidak ada kehidupan dalam satuan yang kecil dari pada sel. Sel hanya terjadi dari pembelahan sel yang ada

4. Sel Eukariot terdiri dari organel yang terbungkus membran, misalnya kloroplas , mitokhondria, nucleus, dan vokuola , sedangkan prokariot terdiri dari organel tanpa membran.

5. Sel ditandai makromolekul khusus seperti pati, selulosa yang terdiri dari ratusan atau ribuan gula dan molekul lain.

6. Sel memiliki mol makro seperti protein dan asam nucleat ( DNA dan RNA ) yang tersusun sebagai rantai .

Terdiri dari ratusan atau ribuan molekul sederhana yang terdiri dari 20 jenis atau lebih asam amino protein dan 4 dan 5 jenis nucleopeptida dalam asam nucleotida dalam asam nucleat.

Molekul Khas bagi kehidupan berisi informasi :DNA DNA = replikasiDNA RNA Protein Katalis Enzim ( faktor penentu bagi

fungsi kehidupan.7. Pada Organisme multi sel , sel tersusun membentuk

jaringan dan organ , dengan struktur dan fungsi berbeda

Contoh : jaringan tumbuhan yang khas adalah epidermis, korteks, jaringan pembuluh dan empulur. Organ utama tumbuhan yang berpembuluh adalah akar, batang, dan daun yang bisa berubah fungsi misalnya bunga.8. Organisme hidup adalah struktur yang tumbuh sendiri melalui proses yang disebut perkembangan meliputi :a.Pembelahan selb.Pembesaran selc.Spesialisasi sel atau defferensiasid.Melalui meristem daerah embrionik

9. Organisme tumbuh dan berkembang dilingkungan dan berinteraksi dengan lingkungan misalnya suhu, cahaya, gravitasi , angin, kelembaban.

10. Struktur tumbuhan berkaitan dengan fungsi

SEL TUMBUHAN SEL TUMBUHAN

Terdiri dari :1.Dinding sel selulosa2.Vokuola ( memberi

tekanan ,memperbesar volume serta luas permukaan walau dengan protoplasma sedikit

3.Plastida khususnya kloroplas

DINDING SEL DINDING SEL

Dinding sel primer dimiliki oleh a.Sel muda yang sedang tumbuhb.Beberapa sel penyimpanc.Sel yang melakukan fotosintesis

di daund.Semua sel parenkime.Beberapa jenis sel lain

Sifat dinding sel primerSifat dinding sel primer

a. Tipis 1-3 µmb. Terbentuk selagi sel sedang tumbuhc. Membungkus protoplasma meliputi

membran plasma dan semua didalamnya

d. Melekat erat karena adanya tekanan dari cairan didalamnya

e. Lamela terdapat diantara dinding primer dengan sel – sel yang berdampingan

f. Dinding sel primer terdiri dari 9-25 % selulosa.

Dinding Sel SekunderDinding Sel Sekunder

a. Lebih tebal dari pada dinding primer, beberapa µm, terdiri dari :

41-45 % selulosa30 % hemi selulosa22-28 % ligninb. Bila sel berdinding sekunder

berhenti membesar maka lignin diendapkan di lamellla tengah dinding primer dan akhirnya dinding sekunder.

Protoplasma Eukariot Protoplasma Eukariot

Terdiri dari sitoplasma ( sitosolNucleus dan Vokuola bahan

ergastik

Adalah sel yang punya membran inti, sehingga terjadi pemisahan antara inti sel dan sitoplasma. Kesatuan inti sel dan sitoplasmanya disebut protoplasma. Sel eukariotik umumnya berukuran 10-100 µm. DNA berada di dalam inti sel yang dibungkus oleh membran inti. Sel eukariotik memiliki sejumlah organel yang memiliki fungsi spesifik. Contoh sel eukariotik adalah sel tumbuhan dan hewan. Bagiannya (1) nukleolus, (2)nukleus, (3) ribosom, (4) vesikel, (5) Retikulum Endoplasma Kasar (RE), (6) Badan Golgi, (7) Sitoskeleton, (8) Retikulum Endoplasma Halus, (9) Mitokondria, (10) Vakuola, (11) Sitoplasma, (12) Lisosom, (13) Sentriol within Sentrosom

Komponen Sitoplasma Komponen Sitoplasma a. Matriks berair yang kompleks dengan

banyak molekul dan suspensi koloidb. Sistem endomembran meliputi

retikulum endoplasam , badan golgi, selimut inti dan organel sel, mitokhondria dan plastid diselimuti selapis membran halus dan membran dalam yang berlekuk-lekuk

c. Ribosom , mikrotubul dan mikrofilamen bukan bagian sistem endomembran

Membran plasma atau Membran plasma atau plasmalemaplasmalema

1. Eukariot dan prokariot serupa2. Fungsi mengatur aliran masuk dan

keluar sel, termasuk proses osmosis yang terjadi karena air menembus membran

3. Struktur membran terdiri dari lapisan rangkap lipid dengan bagian hidrofilik ( cinta air ) Molekul lipid ada dibagian luar (menghasilkan garis gelap ) dan bagian lipofilik ( cinta lemak ) merangkap kedalam lapisan rangkap sehingga terbentuk ruangan yang terang.

Sistem EndomembranSistem Endomembran

1. Reticulum Endoplasma terdiri dari sisterma-sisterma /lekuk RE kasar dan RE halus

Berfungsi pada sistesis protein ( RE kasar ), sel yang mensintesis minyak-minyakan memiliki lebih banyak RE halus

Mengangkut enzim dan protein lain menembus membran plasma , pada proses sekresi.

2. Selimut intiKetebalan membran luar = 7,5 -10

nmKetebalan membran dalam = 7,5 nmKedua lapisan membran dipisahkan

oleh ruang perinucleus yang lebarnya 10-40 nm

Tebal seluruh selimut inti 25-27 nm

Membran vokuolaMembran vokuola

Membran vokuola atau tonoplasMembran tunggal , ada pada

tumbuhan dan sel cendawan, dan disebut membran vokuola

Plasmalema di sitoplasmaTonoplasma vokuolaMengendalikan potensial air sel

stomata-stomata

Aparatus golgiAparatus golgi

Aparatus golgi/perangkat Aparatus golgi/perangkat golgigolgiMikrokop elektron tampak seperti

tumpukan piring pipih yang berongga didalamnya , dengan tepian menggelembung dan dikelilingi benda bulat yaitu kantung golgi /diktiosom

Tiap tumpukan disebut diktiosom /benda golgi ( Tuan Camillo Golgi, yang menemukan benda tersebut dengan memakai cahaya 1898 )

Fungsi benda golgi untuk pertumbuhan plasmalema dan mengangkut bahan menuju dinding sel banyak ditemukan pada sel sekresi.

Benda mikroBenda mikro

Benda mikroBenda mikroOrganel terbungkus oleh satu

membranDiameter 0,5- 1,5Yang paling penting peroksisom dan

glioksisom yang berperan dalam aktivitas kimia seltumbuhan

Peroksisom mengurai asam glikolat ( dari fotosintesis ) dan mendaur ulang molekul lain kembali ke kloroplas )

Glioksisom , mengurai lemak menjadi karbohidrat, selama dan sesudah perkencabahan biji

Oleosom dan butir proteinOleosom dan butir proteinOleosom berbentuk bulat dan

diselimuti oleh setengah membran yang mungkin berasal dari retikulum endoplasma. Kisaran diameternya antara 0,5-2,0 nm. Oleosom sebagian besar berisi bahan berlemak dan menjadi pusat sintesis dan

penyimpanan lemak (Salisbury dan Ross, 1995)

MITOKONDRIAMITOKONDRIA

Tampak sebagai bulatan , batang atau kawat kecil dengan beragam bentuk dan ukuran.

a.Diameter 0.5-1 µm, panjang 1-4 µmb.Sel mempunyai ratusan –ribuan

mitokondria, tapi ganggang chloronella hanya mempunyai sebuah mitokhondria besar yang bercabang dan berliku

c.Mampu membelah dirid.Mempunyai DNA dan ribosom kecil

RibosomRibosom

a. Tempat sintesis proteinb. Tersebar di sitoplasma atau

bergabung dengan RE kasar

plastidaplastida

Plastid merupakan struktur khusus, diselimuti oleh sistem membran rangkap.

Membran dalamnya tidak berlipat-lipat. Plastid ada yang berwarna dan ada yang tidak berwarna. Plastid yang berwarna adalah kloroplas (mengandung pigmen hijau) dan kromoplas (mengandung pigmen lain) (Lakitan, 1993).

Kloroplas mengandung suatu sistem membran yang bernama tilakoid, yang

sering sambung menyambung membentuk tumpukan membran yang disebut grana.

Grana terbenam dalam stroma. Enzim yang mengendalikan fotosintesis terdapat di

membran tilakoid dan di stroma (Salisbury dan Ross, 1995osom

Kloroplas= Struktur dan Kloroplas= Struktur dan pigmen fotosintesispigmen fotosintesis

Pigmen :Terletak pada pigmen tilakoidAda 2 jenis klorofil hijau ( klorofil a

dan b )dan terdapat pigmen kuning sampai jingga ( karotenoid ) Terdiri dari karoten hidrokarbon murni dan xanthophyl ( mengandung oksigen)

Karotenoid ( termasuk xantofil ) terutama violaxantin yang berwarna kuning

Figmen KloroplasFigmen Kloroplas

Fungsi pigmen kloroplas:Melindungi klorofil dari kerusakan

akibat oksidasi yang tinggi saat tingkat penyinaran tinggi

Dijumpai DNA, RNA, ,Ribosom dan berbagai enzim

Terkumpul di stroma tempat berlangsungnya transkripsi dan translasi

DNA KloroplasDNA KloroplasTerdapat dalam 50 atau lebih lingkararan

jalur ganda melilit dalam setiap plastidGen Plastid :a.Menjadi semua molekul RNA pemindah

(± 30 )b.RNA ribosom ( 4 ) digunakan plastid

untuk translasic.Ada 85 gen yang menjadi protein yang

terlibat dalam transkripsi, translasi dan fotosintesis.

Gen nucleus menjadi sebagian besar protein di plaid

Fotosistem II ( FS II )Fotosistem II ( FS II )a. Pusat reaksi p 680 terdapat dikawasan

pinggir granab. Terdiri dari 6 polipeptida integral

( intrinsik ) yang berhubungan secara non-kovalen

c. Polipeptida disandi oleh genon kloroplasd. 2 polipeptida dengan bobot molekul 33

k Da ( Di) dan 31 k Da ( D2 ) mengikat P680 dan kuinon untuk oksidasi air.

e. 3 Pilipeptida pinggir ( ekstrinsik ) disandi oleh gen nucleus yang berhubungan dengan kompleks lumen, diduga membantu pengikatan Ca2+ dan Cl- untuk fotosintesis air

Kompleks IntiKompleks IntiMengandung 40 mol klorofil dan

beberapa mol ß- karoten, beberapa lipid membran ( galaktolipid ) 4 ion Mg, 1 Fe, 1-2 mol Ca 2+

Fotosintesis ( FS 1 )Fotosintesis ( FS 1 )

Menyerap energi cahaya terpisah dari FS II

Pusat reaksi P700 diikat oleh polipeptida dan polipeptida lain yang mengikat 50-100 molekul klorofil a beberapa ß karoten dan 3 pembawa elektron menuju NAD P+

Terletak hanya di tilakoid stroma dan didaerah tengah grana yang menghadap stroma

Fungsi Mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin.