Kekebalan Bawaan Invertebrata

Keberhasilan besar dari serangga di habitat darat dan air tawar yang penuh dengan beragam mikroba disebabkan karena efektivitas kekebalan bawaan invertebrata. Dalam setiap lingkungan ini, serangga mengandalkan exoskeleton mereka sebagai garis  pertahanan pertama terhadap infeksi. Sebagian besar terdiri dari polisakarida kitin, exoskeleton memberikan pertahanan penghalang efektif terhadap sebagian besar patogen. Sebuah penghalang berbasis kitin juga hadir dalam usus serangga, di mana blok infeksi oleh banyak patogen yang tertelan dengan makanan. Lisozim, enzim yang memecah dinding sel bakteri, lebih melindungi sistem pencernaan serangga. 

Patogen yang melanggar pertahanan penghalang serangga akan menghadapi sejumlah pertahanan kekebalan internal. Sel-sel kekebalan yang disebut hemosit bersirkulasi ke seluruh tubuh dalam hemolimfe, cairan sirkulasi serangga yang setara dengan darah. Beberapa hemosit melaksanakan pertahanan yang disebut fagositosis, konsumsi seluler dan pencernaan bakteri dan zat asing lainnya, hemosit lainnya memicu produksi bahan kimia yang membunuh patogen dan membantu menjebak parasit besar, seperti Plasmodium, parasit nyamuk yang menyebabkan malaria. Selain itu, pertemuan patogen-patogen dalam hemolimfe juga menyebabkan hemosit dan sel-sel tertentu lainnya untuk mengeluarkan peptida antimikroba, yang rantai pendek asam amino. Peptida antimikroba beredar ke seluruh tubuh serangga (Gambar 43.4) dan menonaktifkan atau membunuh jamur dan bakterial dengan mengganggu membran plasma mereka.

Sel kekebalan serangga mengikat molekul yang hanya ditemukan di lapisan luar dari jamur atau bakteri. Dinding sel jamur mengandung polisakarida unik tertentu, sedangkan dinding sel bakteri memiliki polimer yang mengandung kombinasi dari gula dan amino tidak ditemukan pada sel hewan. Makromolekul seperti itu berfungsi sebagai label identitas dalam proses pengenalan patogen. Sel kekebalan serangga mensekresikan protein pengenalan khusus, yang masing-masing mengikat bakteri dan jamur tertentu.

Respon imun bawaan yang berbeda untuk kelas yang berbeda-beda dari patogen. Misalnya, ketika jamur Neurospora crassa menginfeksi lalat buah, potongan-potongan dinding sel jamur mengikat protein pengenalan. Bersama-sama, kompleks mengaktifkan protein Toll, reseptor di permukaan hemosit. Sinyal transduksi dari reseptor Toll ke inti sel mengarah ke sintesis satu set peptida antimikroba aktif terhadap jamur. Jika lalat buah terinfeksi oleh bakteri Micrococcus luteus, protein pengenalan yang berbeda diaktifkan, dan lalat menghasilkan satu set yang berbeda dari peptida antimikroba yang efektif terhadap M. luteus dan banyak bakteri terkait.

Karena lalat buah mensekresikan banyak peptid antimikroba berbeda dalam menanggapi infeksi tunggal, sulit untuk mempelajari aktivitas salah satu peptida saja. Untuk menyiasati masalah ini, Bruno Lemaitre dan sesama peneliti menggunakan teknik-teknik modern yang genetik untuk memprogram ulang sistem kekebalan tubuh lalat buah. Mereka menemukan bahwa sintesis satu jenis peptida antimikroba dalam tubuh lalat bisa memberikan pertahanan kekebalan yang efektif. Mereka juga menunjukkan bahwa pasang peptida antimikroba tertentu bertindak terhadap berbagai jenis patogen.

Read More

Apoptosis (Kematian Sel Terprogram)

Sel-sel yang terinfeksi atau rusak atau hanya sekadar mencapai akhir masa hidup fungsionalnya seringkali memasuki program bunuh diri sel terkontrol, yang disebut sebagai apoptosis (dari kata Yunani yang artinya 'jatuh' dna digunakan dalam puisi Yunani klasik yang mengacu pada daun-daun yang berguguran dari pohon). Selama proses ini, agen-agen seluler memotong-motong DNA serta mencacah organel dan komponen sitoplasma lainnya. Sel menyusut dan menjadi berlobus-lobus (disebut 'blebbing') sedangkan bagian-bagian sel dikemas dalam vesikel-vesikel yang ditelan dan dicerna oleh sel pemulung terspesialisasi, sehingga tidak ada jejak tertinggal. Apoptosis melindungi sel tetangga dari kerusakan yang akan diderita jika sel yang sekarat bocor dan melepaskan semua isinya, termasuk banyak enzim pencernaan dan berbagai enzim lainnya.

Apoptosis pada Cacing Tanah Caenorhabditis elegans

Perkembangan embrio adalah periode saat apoptosis terjadi di sana-sini dan memainkan peran yang sangat penting. Mekanisme molekuler yang mendasari apoptosis dipecahkan secara rinci oleh para peneliti yang mempelajari perkembangan embrio pada cacing tanah kecil, seekor nematoda yang disebut Caenorhabditis elegans. Karena cacing dewasa hanya memiliki sekitar seribu sel, para peneliti mampu melacak sepenuhnya garis keturunan setiap sel. Bunuh diri sel secara tepat waktu terjadi tepat 131 kali selama perkembangan normal C. elegans, pada titik-titik yang tepat sama dalam garis keturunan sel setiap cacing. Pada cacing dan spesies lain, apoptosis dipicu oleh sinyal yang mengaktivasi suatu kaskade protein 'bunuh diri' dalam sel yang ditakdirkan untuk mati.

Riset geneti terhadap C. elegans mengungkapkan dua gen kunci apoptosis, disebut cead-3 dan ced-4 (ced singkatan dari 'cell death'), yang mengkodekan protein-protein yang essensial untuk apoptosis. (Protein yang dihasilkan disebut Ced-3 dan Ced-4) Kedua protein ini, dan sebagian besar protein lain yang terlibat dalam apotosis, terus menerus ada dalam sel, namun dalam bentuk inaktif; dengan demikian, aktivitas protein lebih diregulai daripada sintesis protein (melalui aktivitas gen). Pada C. elegans, suatu protein pada membran luar mitokondria, yang disebut Ced-9 (produk dari gen ced-9) bertindak sebagai regulator utama apoptosis, bertindak sebagai rem jika tidak ada sinyal yang mendorong apoptosis. Ketika sinyal kematian diterima oleh sel, sinyal melepaskan rem, dan jalur apoptosis mengaktifkana protease dan nuklease, enzim-ezim yang memotong protein dan DNA sel. Protease utama dalam apoptosis disebut kaspase (caspase); pada nematoda kaspase utama adalah Ced-3.

Jalur Apoptosis dan Sinyal yang Memicunya

Pada manusia dan mamalia lain, beberapa jalur berbeda, yang melibatkan sekitar 15 kaspase berbeda, dapat melaksanakan apoptosis. Jalur yang digunakan bergantung pada tipe sel dan sinyal yang memicu apoptosis. Salah satu jalur utama melibatkan protein mitokondria. Protein-protein apoptosis dapat membentuk pori-pori molekuler di membran luar mitokondria, menyebabkan membran tersebut bocor dan melepaskan protein yang mendorong apoptosis. Yang mengejutkan, salah satunya adalah sitokrom c, yang berfungsi dalam transpor elektron mitokondria pada sel sehat namun bertindak sebagai faktor kematian sel saat dilepaskan dari mitokondria. Proses apoptosis mitonkondria pada mamalia menggunakan protein-protein yang mirip dengan protein nematoda Ced-3, Ced-4, dan Ced-9.

Pada titik kunci pada program apoptosis, protein mengintregasikan sinyal-sinyal dari beberapa sumber yang berbeda dan dapat mengirim suatu sel menuruni jalur apoptosis.

Read More

Pentingnya Air untuk Kehidupan

Mengapa air penting bagai kehidupan?

Karena seperti yang kalian ketahui, tubuh kita tersusun dari 70-95% dari air. Jika air dihilangkan, maka kalian tahu bukan apa yang akan terjadi pada tubuh kita? Maka tubuh kita tidak akan berjalan semestinya.

Apa yang menyebabkan air begitu penting?

Hal yang menyebabkan air begitu penting ialah sifat dari air itu sendiri. Sifat-sifat air antara lain :
1.Polaritas pada molekul air menyebabkan terbentuknya ikatan hidrogen
2. Air merupakan pelarut nomor satu di dunia
3. Air berfungsi untuk menjaga kadar pH dengan ion hidrogen yang dimiliki oleh molekul air
4. Makhluk hidup sangat bergantung pada sifat kohesi (tarik menarik antar molekul yang sama) air
5. Berfungsi untuk menstabilkan suhu bumi

Read More

Enzim Restriksi

Pengertian Enzim Restriksi

Enzim restriksi adalah suatu enzim yang berasal dari mikroba yang dapat memotong sekuens atau urutan DNA untai ganda. Enzim restriksi ini mempunyai nama lain yaitu endonuklease restriksi. Enzim ini bekerja dengan memotong sekuens DNA secara spesifik dengan memotong 4 sampai dengan 6 pasangan basa. Enzim restriksi ini memotong sekuens DNA pada rangka gula fosfatnya tanpa merusah susunan basa nitrogennya.

Tahukah teman-teman jika enzim restriksi ini ditemukan di dalam bakteri dan archaea yang berfungsi untuk menyediakan mekanisme pertahaan terhadap invasi virus. Di dalam prokariota enzim melakukan pembatasan dalam memotong DNA asing. Lalu bagaimana dengan DNA inang? Nah, DNA inang ini dilindungi oleh seuatu enzim modifikasi atau methyltransferase yang memodifikasi DNA dan blok pembelahan peokariotik. Pembatasan dan modifikasi ini bekerja secara bersama-sama utuk membentuk sistem modifikasi pembatasan.

Dewasa ini sudah ada lebih dari 3000 enzim restriksi yang telah diteliti dan dipelajari oleh ilmuan dengan seksama dan lebih dari 600 enzim telah tersedia secara komersial. Penggunaan enzim restriksi biasanya digunakan secara rutin untuk modifikasi DNA di laboratorium dan merupakan alat yang sangat penting dalam proses kloning molekuler.

Read More

Enzim Telomerase

Sudah kenalkah temans dengan enzim telomerase? Jika kalian belum mengenalnya dengan baik, yuk kita kenalan dengan enzim telomerase dengan cara membahasnya dengan rinici.

Enzim telomerase adalah enzim yang termasuk golongan reverse transcriptase enzim di mana ia memiliki peran didalam pemendekan kromosom selama proliferasi sel. (Proliferasi adalah pertumbuhan sel yang disebabkan oleh pembelahan sel yang cepat bukan berdasarkan pada bertambah besarnya sel tersebut) Enzim ini juga berfungsi untuk menambahkan urutan DNA berulang yaitu TTAGGG pada semua vertebrata pada ujung 3' utas DNA-nya. Enzim telomerase tersusun atas DNA yang rapat sehingga menjaga kromosom tetap stabil. Cara kerja dari enzim telomerase adalah dengan cara membangun kembali telomere yang menutupi setiap ujung kromosom yang bisa menghentikan proses terurainya enzim. (Telomere adalah gen yang berada di ujung kromosom) Semakin panjang telomere pada suatu sel, maka sel itu akan terlindungi dan proses penuaan sel akan berjalan lambat.

Aktivitas dari enzim telomerase pada kebanyakan sel eukariota banyak ditemukan pada jaringan somatik dan diekspresikan pada sel yang mengalami pembelahan cepat atau proliferasinya cepat seperti yang terjadi pada sel kanker atau tumor.

Read More

Reaksi Terang dan Reaksi Gelap atau Siklus Calvin

Pada kesempatan ini ilmu kuadrat akan membahas mengenai suatu topik yang sangat penting dalam dunia Fotosintesis. Apa itu? Jawabannya adalah reaksi gelap dan terang. Sebelum kita menuju reaksi-reaksi itu, kita cari tahu dulu yuk mengenai fotosintesis. Yup, fotosintesis, suatu proses perubahan energi cahaya menjadi energi kimia yang disimpan dalam bentuk gula dan molekuk organik lain.

Organisme yang mampu melakukan fotosintesis disebut sebagai organisme autotrof. Autotrof ini memiliki pengertian pemberi makan sendiri. Autotrof berasal dari kata auto yang artinya sendiri dan kata trophos yang artinya memberi makan.) karena auttrof ini bisa membuat makanannya sendiri, sehingga ia tidak memakan makhluk lain untuk mendapatkan zat organik. Organisme ini membuat molekul organik yang dibutuhkannya berasal dari penambatan karbon dioksida dan zat-zat anorganik lainnya yang berada di lingkungan.

As your information temans, sebagian besar tumbuhan yang ada di dunia ini merupakan autotrof. Mereka hanya air dan mineral yang bersumber dari dalam tanah serta karbondioksida yang berasal dari udara sebagai nutrient untuk menunjang kehidupannya. Selanjutnya nutrient-nutrient ini dirubah menjadi senyawa organik dengan bantuan sinar matahari. Oleh karena itu tumbuhan disebut juga sebagai fotoautotrof. Artinya tumbuhan mampu membuat makanannya sendiri atau menyintesis zat-zat organik dengan bantuan cahaya matahari. Organisme lain yang juga melakukan fotosintesis adalah alga multiseluler misalnya kelp, protista uniseluler misalnya Euglena sp, dan beberapa jenis prokariota yang dikenal sebagai sianobakteri serta prokariot fotosintesis lainnya contohnya yaitu bakteri sulfur ungu yang menghasilkan senyawa sulfur.

Pada awal sejarah fotosintesis, fotosintesis ini diperkiran awalnya terjadi pada kelompok bakteri yang memiliki membran yang terlipat ke dalam yang berisikan enzim-enzim yang diperlukan selama fotosintesis dan berfungsi mirip seperti organel fotosintesis, yaitu krolopas. Kroloplas ini merupakan organel fotosintesis yang ditemukan pada eukariota. Ahli biologi menduga bahwa kloroplas pertama meruapkan prokariota fotosintetik yang terdapat dalam eukariota.

Kloroplas

Seluruh bagian tumbuhan mengandung kloroplas, akan tetapi kloroplas ini terdapat paling banyak pada organ-organ yang mempunyai fungsi khusus untuk fotosintesis misalnya daun. Seperti kalian ketahui temans, daun meruapkan tempat fotosintesis utama bagi tumbuhan. Jika kalian menghitung pada selembar daun, maka akan kalian dapatkan, di sana akan ada setengah juta kloroplas per milimeter persegi permukaan daun. Nah, kenapa daun berwarna hijau? Jawabannya sederhana, karena daun mengandung klorofil. Klorofil, apa itu? klorofil adalah pigmen warna hijau yang terdapat di dalam kloroplas. Lalu kenapa ada daun yang berwarna merah, kuning, dan lain-lain? Jawabannya adalah karena adanya perbedaan jenis pigmen yang terdapat di dalam kloroplas. Berikut ini adalah jenis-jenis pigmen yang terdapat di kloroplas.

A. phycoeritrin = pigmen merah

B. phycosianin = pigmen biru

C. phycosantin = pigmen pirang

D. karoten = pigmen jingga

E. xantofil = pigmen kuning

Perlu kalian ketahui temans, energi cahaya diserap oleh klorofil dan digunakan untuk menggerakkan sintesis molekul organik yang ada di dalam kloroplas. Pada tumbuhan, klorofil paling banyak ditemukan pada jaringan mesofil, yaitu jaringan bagian dalam daun. Pada proses fotosintesis memerlukan senyawa karbon dioksida atau CO2 dan mengeluarkan Oksigen atau O2. Proses masuknya CO2 ke dalam tumbuhan dan keluarnya O2 dari tumbuhan ini melalui pintu yang disebut stomata. Air dan mineral juga diperlukan oleh tumbuhan. Air dan mineral ini diangkut ke daun melalui jaringan pembuluh atau vaskuler.

Temans, kloroplas pada tumbuhan memiliki bagian-bagian. Perhatikan uraian berikut ini.

1.       Stroma

Stroma adalah cairan kental yang terdapat di dalam kloroplas. Di stroma inilah tempat terjadinya reaksi gelap selam fotosintesis.

2.       Tilakoid

Tilakoid adalah susunan rumit yang terdiri dari kantong-kantong bermembram. Di membran tilakoid inilah tempat tersimpannya klorofil.

3.       Ruang tilakoid

Ruang tilakoid atau interior tilakoid adalah bagian dari kloroplas yang memisahkan stroma dari bagian lainnya. Di tilakoid inilah tempat terjadinya reaksi terang selama fotosintesis.

4.       Grana

Grana adalah tumpukan dari membran tilakoid. Di grana ini juga menjadi tempat terjadinya reaksi terang selama fotosintesis.

Perjalanan Atom Selama Fotosintesis

Berikut adalah persamaan kimia dalam fotosintesis.

6CO2 + 12H2O + energi cahaya à C6H12O6  + 6O2 + 6H2O

Produk dari fotosintesis adalah gula berkarbon tiga tapi selama ini gula hasil fotosintesis ini lebih dikenal sebagi glukosa.

Penguraian Air

Petunjuk utama pada proses fotosintesis adalah penemuan bahwa O2 sebenarnya berasal dari pemecahan H2O bukan berasal dari pemecahan CO2 seperti pada hipotesis yang mendominasi teori fotosintesis sebelum ditemukannya fakta terbaru. Kloroplas pada tumbuhan memiliki fungsi untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Perlu kalian ketahui temans, hipotesis yang mendominasi teori fotosintesis tadi mengatakan bahwa CO2 dipecah menjadi senyawa C + O2. Kemudian senyawa ini ditambahkan air ke dalam karbon C sehingga terbentuk molekul gula [ C + H2O à (CH2O)]. Hipotesis ini memprediksi bahwa molekuk O2 yang dilepaskan pada proses fotosintesis berasal dari pemecahan CO2. Hipotesis ini mendapatkan tantangan dari Van Niel pada sekitar tahun 1930-an. Van Niel ini temans, telah menyelidiki bakteri yang memproduksi gula dari senyawa CO2 tapi tidak melepaskan O2. Kemudian, setelah analisa dan pemikiran yang panjang, akhirnya Van Niel mengambil sebuah kesimpulan bahwa O2 yang dilepaskan selam fotosintesis bukan berasal dari CO2 karena CO2 tidak dipecah menjadi karbon dan oksigen. Salah satu kelompok bakteri yang tidak menggunakan air untuk fotosintesis adalah bakteri sulfur. Bakteri ini menggunakan hidrogen sulfida (H2S) untuk menggantikan air (H2O). Dan bakteri sulfur ini menghasilkan globulan sebagai zat buangannya. Berikut adalah persamaan proses fotosintesis pada bakteri sulfur.

CO2 + H2S à [CH2O] + H2O + 2S

 Berdasarkan persamaan fotosintesis bakteri sulfur di atas, Van Niel menyimpulkan bahwa bakteri sulfur menggunakan hidrogen yang dipecah dari H2S untuk membentuk gula. Lalu ia menyimpulkan lagi bahwa semua organisme yang melakukan fotosintesis memerlukan hidrogen dan hidrogen yang didapatkan oleh tumbuhan itu berasal dari sumber yang bervariasi.

Bakteri sulfur     : CO2 + 2H2S à [CH2O] + H2O + 2S

Tumbuhan          : CO2 + 2H2O à [CH2O] + H2O + 2O

Secara Umum    : CO2 + 2H2X à [CH2O] + H2O + 2X

Dengan demikian Van Niel menghipotesiskan bahwa tumbuhan memecah H2O sebagai sumber elektron dari atom-atom hidrogen dan melepaskan O2 sebagai produk sampingan.

Dua Tahap Fotosintesis

Seperti yang dijelaskan di awal, bahwa fotosintesis memilki persamaan. Tapi, temans, proses yang sebenarnya terjadi dalam fotosintesis itu tidak sesederhana itu. dalam fotosintesis sebenarnya terjadi dua tahapan, yaitu reaksi terang (light reaction, bagian foto dari fotosintesis) dan siklus calvin (calvin cycle, bagian dari sintesis dalam fotosintesis).

Reaksi terang merupakan reaksi di mana energi cahay dirubah menjadi energi kimia. Pada tahap ini juga air dipecah untuk menyediakan sumber elektron dan proton (ion hidrogen, H+) serta melepaskan oksigen sebgai produk sampingan fotosintesis. Cahaya yang diterima kloroplas digunakan untuk menggerakan transfer elektron dan ion hidrogen dari air mneuju penerima yang disebut NADP+ atau Nicotinamida Adenin Dinukleotida Phosfat). NADP+ merupakan tempat penyimpanan elektron-elektron dan ion-ion hidrogen secara sementara. Penerima elektron NADP+ berkerabat dekat dengan NAD+, yang berfungsi untuk membawa elektron dalam respirasi seluler. Perbedaan antara keduanya hanya terletak pada jumlah fosfat. Reaksi terang menggunakan energi cahaya yang digunakan untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan cara menambahkan sepasang elektron bersama dengan penambahan H+. Reaksi terang ini berfungsi untuk menghasilkan ATP dengan menggunakan kemiosmosis untuk memberikan tenaga dalam menambahkan gugus fosfat ke dalam ADP, proses penambahan gugus fosfat ke dalam ADP ini disebut fotofosforilasi. Dengan demikian energi cahaya awalnya dirubah menjadi energi kimia dalam bentuk :

1.       NADPH

NADPH merupakan sumber elektron sebagai tenaga pereduksi yang dapat diteruskan ke molekul penerima elektron dan mereduksi molekul tersebut.

2.       ATP

Sumber energi serba bisa dalam sel atau sumber energi utama bagi sel.

Ingat temans, pada reaksi terang tidak menghasilkan gula. Pembentukan gula ini terjadi pada tahap siklus calvin.

Sikus clvin diawali dengan penggabungan molekul CO2 yang berada dalam udara dengan molekul organik yang sudah ada di dalam kloroplas. Penggabungan CO2 dengan molekul organik lainnya disebut dengan fiksasi karbon. Sikus calvin kemudian mereduksi karbon dan merubahnya menjadi gula melalui penambahan elektron. Tenaga pereduksi didapatkan tumbuhan dari NADPH yang mendapatkan elektronnya pada saat reaksi terang. Untuk merubah CO2 menjadi karbohidrat, pada siklus calvin juga membutuhkan energi berupa ATP yang juga dihasilkan pada saat rekasi terang. Dengan demikian, pembuatan karbohidrat terjadi pada siklus calvin dengan bantuan NADPH dan ATP yang diproduki pada saat reaksi terang. Siklus calvin biasanya diebut sebagai reaksi gelap, karena pada tahap-tahapnya tidak memerlukan energi cahaya secara langsung. Meskipun tidak bergantung pada cahaya, siklus calvin pada tumbuhan tetap terjadi pada siang hari. Kenapa? Karena pada siang hari terjadi reaksi terang yang menyediakan NADPH dan ATP yang digunakan oelh siklus calvin. Pada dasarnya kloropas dengan menggunakan energi cahaya membuat karbohidrat dengan mengoordinasi kedua tahap tersebut.

Dalam tilakoid NADP+ mengambil elektron sedangkan ADP mengambil fosfat. NADPH dan ATP kemudain dilepaskan di stroma, tempat kedua molekul tersebut untuk memainkan peranannya pada reaksi gelap.

Dapat kita ambil gambaran umum fotosintesis yaitu kerjasama reaksi terang dengan siklus calvin. Dalam kloroplas, membran tilakoid merupakan tempat terjadinya reaksi terang. Sedangkan siklus calvin terjadi di stroma. Reaksi terang menggunakan energi cahaya utuk membuat ATP (menyuplai energi kimia) dan NADPH (menyuplai tenaga pereduksi) lalu diteruskan ke dalam reaksi gelap. Pada reaksi gelap atau siklus calvin, terjadi penggabungan CO2 ke dalam molekul-molekul organik yang dirubah menjadi gula.

Read More

Sindrom Akibat Kelainan Genetik

Teman-teman, tahukah kalian apa yang dimaksud dengan sindrom? Sindrom sendiri berasala dari bahasa Yunani yang artinya berlari bersama. Sehingga sindrom dapat diartikan sebagai kumpulan gejala atau tanda-tanda yang terjadi secara bersama. Nah, untuk itu pada kesempatan yang berbahagia ini ilmu kuadrat akan membahas mengenai sindrom-sindrom akibat dari kelainan genetik.

Sindrom akibat kelainan genetik disebabkan oleh aneuploidi. Apa itu aneuploidi? Aneuploidi adalah perubahan jumlah koromoson yang terdapat dalam genom kromosom atau perangkat kromosom. Kromosom manusia kan jumlahnya 46, nah pada aneupolidi ini jumlah kromosom manusia bisa menjadi 44,45, bahkan 47.

Lalu sekarang muncul sebuah pertanyaan, bagaimana aneuploidi bisa terjadi? Aneuploidi terjadi karena peristiwa gagal berpisah atau non disjunction pada saat meiosis. Aneuploidi ini banyak macamnya teman-teman, seperti nulisomi, monosomi, trisomi, dan tetrasomi. Akhiran somi ini menunjukkan seberapa banyak kromosom mengalami kekuarangan atau kelebihan.

Nulisomi

Nulisomi adalah keadaan kromosom manusia di mana kromosom tersebut kehilangan dua buah kromosom atau sepasang kromosom dalam kromsom homolognya sehingga jumlah kromosomnya menjadi 44. Jumlah kromosom pada nulisomi bisa dirumuskan dengan : (2n-2)

Monosomi

Monosomi adalah keadaan di mana tubuh kehilangan satu kromosom dalam seperangkat kromosom atau kromosom homolog. Kromosom pada monosomi dapat dirumuskan dengan (2n-1). Pada kasus monosomi, tidak ada manusia yang dapat bertahan hidup karena biasa mereka meninggal saat di dalam kandungan, kecuali sindrom turner. Pada penderita sindrom turner, kromosom tubuhnya kehilangan satu kromsom X (X0).

Trisomi

Trisomi adalah keadaan di mana tubuh kelebihan kromosom sejenis sehingga kromosomnya menjadi 2n+1 alias 47 kromosom. Pada manusia trisomi ini dapat dijumpai pada kasus sindrom down, sindrom patau, dam sindrom edward.

Tetrasomi

Tertrasomi adalah keadaan di mana tubuh mengalami kelebihan sepasang kromosom atau dua kromsom sehingga kromosomnya menjadi 48.

Aneuploidi ini di bagi lagi menjadi dua jenis teman-teman, yakni aneuploidi autosom (kromosom tubuh) dan aneuploidi gonosom (krosom seks). Keberadaan aneuploidi pada autosom menyebabkan terjadinya sindrom down, sindrom patau, dan sindrom edward. Sedangkan aneuploidi gonosom menyebabkan terjadinya sindrom turner, sindrom klinefelter, sindrom jacob, dan sindrom tripel X atau yang biasa dikenal dengan perempuan super. Kasus aneuploidi gonosom ini menyebabkan kelainan yang lebih ringan dari pada aneuploidi pada autosom. Mengapa disebut aneuploidi gonosom? Karena aneuploidinya terjadi pada kromosom seks, baik X maupun kromosom Y.

Nah setelah teman-teman mengetahui seluk beluk sindrom, langsung saja segera ilmu kuadrat akan membahas tentang sindrom-sindrom akibat kelainan genetik.

Sindrom Turner

Sindrom turner memiliki kariotipe 22A + X0. Sindrom ini ditandai dengan hilangnya kromsom seks X sehingga jumlah kromsom di tubuhnya menjadi 45 atau bisa disebut monosomi. Penderita dari sindrom turner ini adalah perempuan. Ciri-ciri dari penderita sindrom tuner yaitu

A tidak berkembang ovum di tubuhnya (disgenesi ovaricular)

B ciri fisik yang umum ditemui pada penderita sindrom turner yaitu bertubuh pendek, wajah kecil, tidak terjadi lipatan kulit di area sekitar leher.

C sebagian besar penderitanya tidak mengalami keterbelakangan mental.

Sindrom Klinefelter

Kariotipe yang dimiliki oleh penderita sindrom klinefelter yaitu 22A + XXY. Pada sindrom klinefelter terjadi kelainan pada gonosom kromosom nomor 23 dan 24 sehingga mengakibatkan trisomi. Jumlah kromosom pada sindrom klinefelter yaitu 47. Ciri fisik yang dialami oleh penderita sindrom klinefelter yaitu :

A. terganggunya perkembangan seksual sehingga testis menjadi kecil, gagal dalam memproduksi sperma atau aspermatogenesis.

B. mengalami kekurangan atau defisiensi hormon androgen sehingga badan menjadi tinggi.

C. sulit mengatur gerak tubuhnya atau gerak motorik

D. memiliki otot yang kecil.

Sindrom Jacob

Karioptipe yang dimiliki oleh penderita sindrom jacob adalah 22A + XYY. Penderitany mengalami kelainan kromosom pada nomor 13 berupa trisomi. Pada sindrom jacob terjadi kelebihan kromosom seks Y yang diakibatkan oleh terjadinya prose gagal berpisah pada saar berlangsungnya meiosis II. Penderita dari sindrom jacob adalah laki-laki. Cir-ciri dari sindrom jacob yaitu

a. lahir dalam keadaan normal tanpa adanya kelainan apa pun

b. kecepatan pertumbuahnnya pada masa anak-anak sangat cepat

c. perkembangan seksualnya normal

d. pria XYY tidak mandul dan sama seperti laki-laki pada umunya

Sindrom Patau

Kariotipe dari sindrom patau adalah 45A + XX/XY. Penderitanya mengalami trisomi pada kromosom autosom nomor 13, 14 atau 15 sehingga memiliki 47 kromosom. Sindrom patau memiliki nama lain yaitu trisomi 13. Ciri-ciri yang dialami oleh penderita sindrom patau yaitu :

. mengalami bibir sumbing

Sindrom Edward

Karioptipe pada penderita sindrom edward adalah 45A + XX/XY. Penderitanya mengalami trisomi. Bukankah sama dengan sindrom patau? Eitss... tunggu dulu ada perbedaannya temans. Trisomik pada sindrom edward ini terjadi pada kromosom autosom nomor 16, 17, atau 18. Ciri-ciri dari penderita sindrom edward yaitu :

. kepala kecil

. telinga mengalami kerusakan dan rahang mengalami pengecilan

Sindrom Cri du Chat

Sindrom ini disebut juga dengan nama sindrom tangisan kucing atau sindrom lejeune. Penderita dari sindrom tangisan kucing mengalami delesi pada kromosom nomor 5. Ciri-ciri dari penderita sindrom tangisan kucing yaitu :

a. mengalami keterbelakangan mental serta jika penderitanya menangis, tangisannya menyerupai suara kucing

b. individu yang menderita sindrom cri du chat biasa meninggal saat masih bayi atau anak-anak

c. lahir dengan berat badan di bawah normal

d. tubuh kecil dan tingginya di bawah rata-rata

Sindrom Super Female

Sindrom Super Female atau Sindrom triple X adalah kelainan genetik di mana kromosomnya mengalami kelebihan kromosom X sehingga mengalami trisomi dalam gametnya. Penderitnya merupakan perempuan. Jumlah kromosom dalam tubuhnya yaitu 47. Apa penyebab dari sindrom super female? Penyebabnya adalah karena terjadi peristiwa gagal berpisah pada saat pembentukan sel telur atau ovum selama meiosis. Ciri-ciri dari penderita super female

a. biasanya meninggal saat anak-anak

b. alat kelamin dalam dan payudara tidak berkembang

c. menstruasi sangat tidak teratur dan kualitas ovarium seperti dalam keadaan menapause

Sindrom Stickler

Sindrom stickler adalah kelainan genetik yang mengakibatkan tidak abnormalnya jaringan ikat pada tubuhnya khusunya yaitu kolagen.

Sindrom Down

Sindrom down adlah kelainan genetik yang terjadi pada kromosom nomor 21. Jumlah kromosom pada penderita sindrom down adalah 47 kromosom. Penderita sindrom down ini biasanya dilahirkan oleh ibu yang berusia di atas 40 tahun.

. kepala berukuran kecil

. mulut mengecil dan lidah menjulur keluar

. mata sipit

. kulit mengalami keriput

Read More

METABOLISME KALSIUM, FOSFAT, VITAMIN D,HORMON THYROID, PARATHYROID SERTA PENGATURANNYA DI HIPOTALAMUS

KALSIUM
Tubuh orang dewasa diperkirakan mengandung 1000 gram kalsium. Sekitar 99% kalsium ini berada didalam tulang di dalam bentuk hidroksiapatit dan 1% lagi berada didalam cairan ekstraselular dan jaringan lunak. Didalam cairan ekstarselular, konsentrasi ion kalsium (Ca2+) adalah 103 M, sedangkan didalm sitosol 106 M.
Kalsium memegang 2 peranan fisiologik yang penting didalm tubuh didalam tulang garam-garam kalsium berperan dalam menjaga integritas struktur kerangka, sedangkan didalam cairan ekstraselular dan sitosol, Ca2+ sangat berperan dalam berbagai proses biokimia tubuh. Kedua kompartemen tersebut selalu berada dalam keadaan yang seimbang.
Didalam serum, kalsium berada dalam 3 fraksi yaitu Ca2+ sekitar 50%, kalsium yang terikat albumin sekitar 40%, dan kalsium dalam bentuk kompleks, terutama sitrat dan fosfat adalah 10%. Kalsium ion dan kalsium kompleks mempunyai sifat dapat melewati membran semipermeabel, sehingga akan difiltrasi diglomerulus secara bebas. Reabsorpsi kalsium di tubulus ginjal terutama terjadi di tubulus proksimal yaitu sekitar 70%, kemudian 20% di ansa henle dan sekitar 8% ditubulus distal. Pengaturan ekskresi kalsium di urin, terutama terjadi ditubulus distal. Sekitar 90% kalsium yang terikat protein , terikat pada albumin dan sisanya terikat pada globulin. Pada pH 7,4 setiap gr/dL albumin akan mengikat 0,8 mg/dL kalsium. Kalsium ini akan terikat pada gugus karboksil albumindan ikatannya sangat tergantung pada pH serum, pada kasus asidosis yang akut, ikatan ini akan berkurang sehingga kadar Ca+ akan meningkat, dan sebaliknya pada alkalosis akut.
Secara fisiologis Ca2+ ekstraselular memegang peranan yang sangat penting yakni:
• berperan sebagi kofaktor pada proses pembekuan darah, misalnya untuk factor VH, IX,X, dan protrombin.
• Memelihara mineralisasi tulang
• Berperan dalam stabilisasi membran plasma dengan berikatan pada fosfolipid dan menjaga permeabilitas membran plasma terhadap ion Na+. penurunan kadar Ca 2+ serum akan meningkatkan permeabilitas membran plasma terhadap Na+ dan menyebabkan peningkatan respons jaringan yang mudah terangsang.
Kadar Ca2+ didalam serum diatur oleh 2 hormon penting yaitu PTH dan 1,25 (OH)2 vitamin D. di dalam sel pengaturan homeostasis kalsium sangat kompleks, sekitar 90-99% kalsium intrasel, berada didalam mitokondria dan mikrosom. Rendahnya kadar Ca2+ di dalm sitosol diatur oleh 3 pompa yang terletak pada membran plasma, membran mikrosomal , dan membran mitokondria yang sebelah dalam. Pada otot rangka dan otot jantung, kalsium berperan pada proses eksitasi dan kontraksi jaringan tersebut. Pada otot rangka, mikrosom berkembang sangat baik menjadi retikulum sarkoplasmik dan merupakan gudang kalsium yang sangat penting didalam sel yang bersangkuatan. Depolarisasi membran plasma akan diikuti dengan masuknya sedikitCa2+ ekstraselular kedalam sitosol dan hal ini akan mengakibatkan terlepasnya Ca2+ secara berlebihan dari reticulum sarkoplasmik kedalam sitosol. Kemudian Ca2+ akan bereaksi dengan troponin yang akan memngakibatkan interaksi aktin –miosin dan terjadilah kontraksi otot. Sedangkan prose relaksasi otot akan didahului oleh reakumulasi Ca2+ oleh vesikel reticulum secara cepat dari dalam sitosol, sehinggga kadar Ca2+ didalam sitosol akan kembali normal.
Sel utama kelenjar paratiroid sangat sensitive dengan kadar Ca2+ didalam serum. Peran PTH pada reabsorbsi Ca didalam tubulus distal, resorpsi tulang dan peningkatan absorbsi kalsium di usus melalaui peningkatan 1,25 dihidroksikolekalsiferol vitamin D, sangat penting untuk menjaga kadar Ca++ didalam serum. Selain itu peningkatan PTH akan menurunkan renal tubular phosphate threshold (TmP/GFR) sehingga fosfat yang diserap dari usus dan dimobilisasi dari tulang akan diekskresi oleh ginjal.


FOSFOR
Tubuh orang dewasa mengandung sekitar 600 mg fosfor sekitar 85% berada didalam tulang dalam bentuk Kristal. Dan 15% berada didalam cairan ekstraselular. Sebagian besar fosfor ekstarselular berada dalam bentuk ion fosfat anorganik didalam jaringan lunak, hampir semuanya berada dalam bentuk ester fosfat. Fosfat intraselular, memegang peranan yang penting didalam proses biokimia intrasel, termasuk pada pembentukan dan transfer energy selular.
Didalam serum fosfat anorganik juga terbagi kedalam 3 fraksi, yaitu ion fosfat, fosfat yang terikat protein dan fosfat dalam bentuk kompleks dengan Na, Ca, dan Mg. fosfat yang terikat protein hanya 10% sehingga tidak bermakna dibandingkan keseluruhan fosfat anorganik didalam serum. Dengan demikian, sekitar 90% fosfat (ion dan kompleks) akan dengan mudah difiltrasi diglomerulus.
Ginjal memiliki peranan yang sangat penting pada homeostasis fosfor didalam serum. Beberapa factor baik, intrinsic maupun ekstrinsik, yang mempengaruhi renal tubular phosphorus threshold (TmP/GFR), akan dapat mempengaruhi kadar fosfat didalam serum, misalnya pada hiperparatiroidisme sekunder, TmP/GFR akan menurun, sehingga terjadi ekskresi fosfat yang berlebihan, akibatnya, akibatnya timbul hipofosfatemia. Sebaliknya pada gangguan fungsi ginjal dan hipoparatiroidisme, TmP/GFR akan meningkat, sehingga ekskresi fosfat menurun dan terjadilah hiperfosfattemia.
Secara biologis, hasil kali Ca X P selalu konstan, sehingga peningkatan kadar fosfat didalam serum akan diikuti dengan penurunan kadar Ca serum, dan yang terakhir ini akan merangsang peningkatan produksi PTH yang akan menurunkan TmP/GFR sehingga terjadi ekskresi fosfat melalui urin dan kadar fosfat didalam serum kembali menjadi normal, demikian pula kadar Ca didalam serum. Pada gagal ginjal kronis, terjadi hiperfosfatemia yang menahun, sehingga timbul hipertiroididsme sekunder akibat Ca serum yang rendah.


VITAMIN D
Vitamin D dalam tubuh kita berasal dari dua sumber yaitu yang berasal dari makanan baik dari tumbuh-tumbuhan ( vitamin D2= ergokalsiferol) atau dari hewan ( vitamin D3= kolekalsiferol), dan yang dibentuk dikulit. Di daerah tropis, kulit kita cukup menghasilkan vitamin D, akan tetapi pad daerah yang berada jauh dari garis equator, asupan vitamin D yang berasal dari luar sungguh sangat penting.
Vitamin D yang dibentuk dikulit yaitu vitamin D3 ( 7 dehidrokolesterol) akan mengalami dua kali hidroksilasi sebelum menjadi vitamin D yang biologis aktif yaitu 1,25 dihidroksivitamin D atau kalsitriol, yang lebih tepat disebut sebagi suatu hormone daripada vitamin. Hidroksilasi vitamin D didalam tubuh terjadi sebagi berikut:
1). Hidroksilasi pertama terjadi di hati oleh enzim 25-hidroksilase menjadi 25-hidroksikolekalsiferol yang kemudian dilepas ke darah dan berikatan dengan suatu protein ( vitamin D binding protein) selanjutnya diangkut keginjal.
2). Hidroksilasi kedua terjadi di ginjal yaitu oleh enzim 1α-hidroksilase sehingga 25-hidroksikolekalsiferol menjadi 1,25 dihidroksikolekalsiferol atau kalsitriol yang merupakan suatu hormone yang berperan penting dalam metabolisme kalsium.

Peranan hormone paratiroid dalam kaitan dengan perubahan metabolisme vitamin D adalah dalam perubahan dari 25-hidroksivitamin D atau kalsitriol diginjal. Pada keadaan dimana terjadi hipokalsemi, maka kelenjar paratiroid akan melepaskan hormone paratiroid lebih banyak dan hormone ini akn merangsang ginjal menghasilkan lebih banyak 1,25 dihidroksivitamin D atau kalsitriol. Fungsi dari kalsitriol adalah meningkatkan kadar kalsium dan fosfat dalam plasma, dengan demikian mempertahankam keadaan agar mineralisasi tulang tetap terjamin. Vitamin D bekerja pada 3 alat yaitu:

1. Di usus, kalsitriol meningkatkan penyerapan kalsium dan fosfat dan dianggap sebagai fungsi utama kalsitriol dalam metabolisme kalsium. Pada keadaan hipokalsemi berat misalnya pada pasca tiroidektomi yang menakibatkan kelenjar paratiroid ikut terangkat , pemberian kalsium oral tidak cukup untuk memperbaiki kadar kalsium tanpa penambahan vitamin D.
2. Di tulang, vitamin D mempunyai reseptor pada sel osteoklas, oleh karena itu vitaminD mempunyai efek langsung pada tulang yang kerjanya mirip dengan hormone paratiroid yaitu mengaktifkan sel osteoklas.
3. Di ginjal, sendiri kalsitriol menurunkan reabsorbsi kalsium di tubuli ginjal.


HORMON THYROID
Hormon thyroid yang memiliki hubungan dalam keseimbangan / homeostasis kalsium adalah kalsitonin. Kalsitonin adalah suatu peptide yang terdiri dari 32 asam amino bekerja menghambat osteoklas sehingga resorpsi tulang tidak terjadi. Hormone ini dihasilkan oleh sel C parafolikular kelenjar tiroid dan disekresi akibat adanya perubahan kadar kalsium plasma. Kalsitonin baru akan dilepaskan bila terjadi hiperkalsemi dan sekresi akan berhenti bila kadar kalsium menurun atau hipokalsemi. Pemberian kalsitonin secara intravena akan menyebabkan penurunan secara cepat kalsium plasma dan fosfat plasma melalui pengaruh kalsitonin pada tulang dengan mengahambat osteoklas. Osteoklas dibawah pengaruh kalsitonin akan mengalami perubahan morfologi. Dalam beberapa menit osteoklas akan menghentikan aktivitasnya kemudian mengerut dan menarik ruffled border dari permukaan tulang.
Reseptor kalsitonin selain terdapat pada sel osteoklas juga terdapat di seltubulus proksimal ginjal sehingga kalsitonin memiliki peran pada ginjal. Pad ginjal kalsitonin akan meningkatkan ekskresi fosfat melalui hambatan absorpsi fosfat, mempunyai efek natriuresis ringan sehingga ekskresi kalsium oleh ginjal dapat meningkat namun hal ini tidak memberikan efek pada kalsium plasma.


HORMON PARATHYROID
Kelenjar parathyroid terdapat di bagian posterior kelenjar thyroid, ada dua buah pada tiap sisi. Kelenjar parathyroid mengeluarkan hormone parathyroid dan merupakan hormone utama yang mengatur metabolisme kalsium untuk mempertahankan agar kadar kalsium plasma dalam batasan normal. Hormone parathyroid terdiri atas 84 asam amino rantai tunggal.
Pada suatu keadaan hipokalsemi, sekresi berlangsung dalam tiga tahap:
• Tahap dini berlangsung beberapa menit, merupakan respon cepat dari sel-sel paratiroid melepaskan hormone paratiroid yang sudah tersedia dalam sel terhadap suatu keadaan hipokalsemi.
• Tahap kedua yang terjadi beberapa jam kemudian meruapakn aktivitas dai kelenjar paratiroid menghasilkan hormone paratiroid lebih banyak.
• Tahap ketiga apabila hipokalsemi masih berlangsung maka dalam beberapa hari akan terjadi repliaksi sel untuk memperbanyak massa sel kelenjar paratiroid.
Dalam keadaan normal hormone partiroid bekerja mempertahankan kadar kalsium dalam plasma agar tidak terjadi hipokalsemi. Dalam kaitannya dengan metabolisme kalsium, hormone paratiroid bekerja secara langsung pada dua alt yaitu ginjal dan tulang, dan secara tidak langsung pada usus halus melalui metabolisme vitamin D. mekanisme kerja hormone paratiroid pada organ tersebut sebagai berikut:
 Pada tulang, hormone paratiroid meningkatkan resorpsi kalsium dan fosfat dengan mengaktifkan sel osteoklas.
 Pada ginjal, hormone paratiroid melalui dua jalur yaitu:
- a). reabsorpsi kalsium. Di ginjal hormone paratiroid meningkatkan reabsorpsi kalsium dan menurunkan reabsorpsi fosfat. Reabsorpsi kalsium di ginjal terjadi pada tubulus proksimal (65%), ansa henle (25%) dan sisanya di tubulus distal. Selain meningkatkan reabsorpsi kalsium juga meningkatkan reabsorpsi magnesium dan meningkatkan ekskresin fosfat dan bikarbonat melalui air seni.
- b). merangsang kerja enzim 1α-hidroksilase di ginjal sehingga meningkatkan perubahan 25 hidroksikolekalsifirol menjadi 1,25 dihidroksikolekalsiferol.
Pelepasan hormone paratiroid sendiri sangat tergantung pada kadar kalsium plasma. Pada keadaan hipokalsemi, kelenjar paratiroid akan cepat bereaksi melepaskan hormone paratiroid untuk meningkatkan kadar kalsium plasma agar kembali normal. Pada saat kadar kalsium plasma sudah normal. Kalsitriol dapat menekan pelepasan hormone paratiroid.

REFERENSI :
Sudoyo, W. Aru ; Buku Ajar Ilmu Penyakit Dalam, Edisi V, Interna Publishing, 2009, Jakarta.

Read More

Kumpulan Enzim Pencernaan dan Fungsinya

1. Mulut

Enzim amilase berperan dalam mengubah pati (amilum menjadi maltosa)

2. Lambung

Asam lambung (HCL) adalah zat kimia yang berperan dalam membunuh bakteri yang terdapat pada makanan di dalam lambung dan juga membantu kerja enzim pepsin.

Enzim Renin di dalam lambung berperan dalam Mengubah kaseinogen menjadi kasein.

Enzim pepsin berfungsi dalam Mengubah protein menjadi proteosa, polipeptida dan pepton

3. Pankreas

Enzim tripsin berfungsi untuk Mengubah protein menjadi polipeptida

Enzim Karbohidrase pankreas berfungsi dalam mencerna amilum menjadi maltosa

Enzim Lipase Pankreas berfungsi Melakukan emulsi lemak menjadi asam lemak dan gliserol.

Enzim Amilase pankreas berfungsi Mengubah amilum menjadi disakarida

4. Usus Halus

Enzim enterokinase berfungsi dalam mengubah tripsinogen menjadi tripsin

Enzim maltase berfungsi dalam Mengubah maltosa menjadi Glukosa

Enzim laktase berfungsi dalam mengubah Laktosa menjadi galaktosa dan Glukosa

Enzim Sukrase berfungsi dalam Mengubah sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa

Enzim peptidase berfungsi dalam mengubah polipeptida menjadi Asam amino

Enzim Lipase berfungsi dalam mengubah Mengubah Lemak menjadi gliserol dan asam lemak

5. Hati

Cairan Empedu berfungsi dalam Mengemulsikan Lemak.

Read More

Tumbuhan CAM

A. Definisi Tumbuhan CAM

Tumbuhan CAM adalah tumbuhan yang dapat berubah seperti tumbuhan C3 pada saat pagi hari (suhu rendah) dan dapat berubah seperti tumbuhan C4 pada siang hari dan malam hari (Gardner, 1991). Tumbuhan CAM adalah tumbuhan yang stomatanya membuka pada malam hari dan menutup pada siang hari, memiliki laju fotosintesis yang rendah bila dibandingkan dengan tanaman C3 dan C4 (Lakitan, 1995).

Tumbuhan CAM, pada kelompok ini penambatan CO2 seperti pada tanaman C4, tetapi dilakukan pada malam hari dan dibentuk senyawa dengan gugus 4-C. Pada siang hari pada saat stomata dalam keadaan tertutup terjadi dekarboksilase senyawa C4 tersebut dan penambatan kembali CO2 melalui kegiatan Rudp karboksilase. Jadi tumbuhan CAM mempunyai beberapa persamaan dengan kelompok C4 yaitu dengan adanya dua tingkat sistem penambatan CO2. Pada C4 terdapat pemisahan ruang sedangkan pada CAM pemisahannya bersifat sementara. Yang termasuk golongan tumbuhan CAM adalah Crassulaceae, Cactaceae, Bromeliaceae, Liliaceae, Agaveceae, Ananas comosus, dan Oncidium lanceanum. Beberapa tumbuhan CAM dapat beralih ke jalur C3 bila keadaan lingkungan lebih baik.

Beberapa spesies tumbuhan mempunyai sifat yang berbeda dengan kebanyakan tumbuhan lainnya, yakni tumbuhan ini membuka stomatanya pada malam hari dan menutup pada siang hari. Kelompok tumbuhan ini umumnya adalah tumbuhan jenis sukulen yang tumbuh di daerah kering. Dengan menutupnya stomata pada siang hari membantu tumbuhan ini menghemat air, dapat mengurangi laju transpirasinya, sehingga lebih mampu beradaptasi pada daerah kering tersebut. Selama malam hari, ketika stomata tumbuhan itu terbuka, tumbuhan ini mengambil CO2 dan memasukkannya kedalam berbagai asam organik. Cara fiksasi karbon ini disebut metabolisme asam krasulase, atau crassulacean acid metabolisme (CAM). Dinamakan demikian karena metabolisme ini pertama kali ditemukan pada tumbuhan dari familia crassulaceae. Jalur CAM serupa dengan jalur C4 dalam hal karbondioksida terlebih dahulu dimasukkan kedalam senyawa organik intermediet sebelum karbondioksida ini memasuki siklus Calvin. Perbedaannya ialah bahwa pada tumbuhan C4, kedua langkah ini terjadi pada ruang yang terpisah. Langkah ini terpisahkan pada dua jenis sel. Pada tumbuhan CAM, kedua langkah dipisahkan untuk sementara. Fiksasi karbon terjadi pada malam hari, dan siklus calvin berlangsung pada siang hari.

B.  Karakteristik tanaman CAM

Tumbuhan CAM adalah tumbuhan sukulen yang pada umumnya tidak memiliki lapisan sel palisade yang teratur. Sel daun dan ranting merupakan sel mesofil bunga karang. Terdapat sel bundle sheath tetapi sel tersebut tidak banyak berbeda dengan sel mesofil. Pada CAM, pembentukan asam malat pada malam hari, dibarengi dengan penguraian gula, pati, atau polimer glukosa yang mirip dengan pati.

Tumbuhan CAM (Crassulation Acid Metabolisme) pada dasarnya adalah tumbuhan sukulen yaitu tumbuhan yang berdaun atau berbatang tebal yang bertranspirasi rendah. Dalam kondisi kering, stomatanya pada malam hari akan terbuka untuk mengabsorbsi CO2 dan menutup pada siang hari untuk mengurangi transpirasi. Fiksasi CO2 tanaman CAM sama seperti tanaman C4, hanya saja terjadinya pada malam hari dan energi yang dibutuhkan diperoleh dari glikolisis. Namun dalam kondisi cukup lemah, banyak spesies CAM mengubah fungsi stomata dan karboksilasi seperti tumbuhan C3. Tumbuhan CAM (Crassulation Acid Metabolisme)  juga mempunyai metode fisiologis untuk mereduksi kehilangan air dan menghindari kekeringan (Salisburry, 1998).

C. Fotosintesis Tumbuhan Cam

Fotosintesis merupakan cara atau proses tumbuhan dalam menghasilkan energi yang digunakan untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Dalam fotosintesis terjadi perubahan energi cahaya menjadi energi kimia yang terekam dalam senyawa organik glukosa (amilum/ karbohidrat). Dalam proses fotosintesis diperlukan Air ( H2O) dari tanah melalui xylem dan CO2 dari udara lewat stomata pada daun.

Proses fotosintesis tanaman CAM pada dasarnya merupakan kombinasi antara fotosintesis tanaman C-3 dengan fotosintesis tanaman C-4. Tanaman CAM (Crassulacean Acid Metabolism) merupakan golongan tanaman yang memiliki daun yang berdaging. Karakteristik fisiologis tanaman CAM adalah mealkukan pembukaan stomata pada malam hari untuk menekan adanya transpirasi yang berlebihan pada siang hari. Pembukaan stomata pada malam hari berdampak pada waktu difusi CO2 yang hanya bisa dilakukan pada malam hari yang juga berpengaruh terhadap fotosintesis yang dilakukan.

Seperti pada fiksasi karbon tanaman C-4, hasil pertama fotosintes berupa molekul dengan 4 atom karbon yaitu asam oksaloasetat. Tidak seperti tanaman C-4 yang fiksasi karbonnya berlangsung di dua tempat (mesofil dan sel bundle sheet), fiksasi karbon CAM berlangsung di dua waktu, siang dan malam.

Pada malam hari, pati pati diurai dalam respirasi (glikolisis) menjadi PEP. PEP yang terbentuk ini kemudian menangkap CO2 dari udara dan mengubah CO2 tersebut menjadi asam oksaloasetat yang memiliki 4 atom C. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi malat dengan bantuan enzim malat dehidrogenase dan pereduksi NADH. Malat yang terbentuk kemudian disimpan dalam bentuk asam malat di dalam vakuola. Dan pada siang hari, malat diangut keluar dari vakuloa untuk didekarboksilasi menjadi CO2 dan piruvat. Piruvat diubah menjadi pati yang pada malam hari diubahn menjadi PEP. CO2 kemudian difiksasi oleh rubisco menjadi 3-PGA. 3-PGA yang nantinya masuk ke dalam siklus calvin seperti pada C-3 da diubah menjadi gula.

D. Identifikasi CAM

Tumbuhan CAM mempunyai karakter mampu hidup pada suhu tinggi (35 sampai dengan 50 derajat) biasanya lingkungan gurun. Contoh tumbuhannya adalah kaktus dan nanas memiliki adaptasi fotosintesis yang berbeda dibandingkan tanaman lain yang berdaun tipis.

Stomata yang menutup pada siang hari membuat tumbuhan mampu menekan penguapan sehingga menghemat air, tetapi mencegah masuknya CO2. Saat stomata terbuka pada malam hari, CO2 di sitoplasma sel-sel mesofil akan diikat oleh PEP (Phospo Eno Piruvat) dengan bantuan enzim PEP karboksilase CO2 difiksasi oleh PEP sehingga terbentuk Asam Oksaloasetat.Oksaloasetat ini kemudian diubah menjadi Asam malat yang mempunyai 4atom C (persis seperti tumbuhan C-4). Selanjutnya malat yang terbentuk disimpan dalam vakuola sel mesofil hingga pagi hari.

Pada siang hari saat reaksi terang menyediakan ATP dan NADPH untuk siklus Calvin-Benson, Asam Malat dipecah lagi menjadi CO2 dan Asam Piruvat yang selanjutnya dijadikan PEP. Dengan terbentuknya CO2 maka masuklah CO2 itu ke siklus Calvin-Benson di stroma kloroplas , molekul CO2 segera di fiksasi oleh RuBP menjadi PGA kemudian dijadikan Triosa dan jadilah produk Karbohidrat.

Pada C4 terdapat pemisahan ruang sedangkan pada CAM pemisahannya bersifat sementara.Termasuk golongan CAM adalah Crassulaceae, Cactaceae, Bromeliaceae, Liliaceae, Agaveceae, Ananas comosus, dan Oncidium lanceanum.

Beberapa tanaman CAM dapat beralih ke jalur C3 bila keadaan lingkungan lebih baik. Beberapa spesies tumbuhan mempunyai sifat yang berbeda dengan kebanyakan tumbuhan lainnya, yakni tumbuhan ini membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Kelompok tumbuhan ini umumnya adalah tumbuhan jenis sukulen yang tumbuh di daerah kering.

Tumbuhan  CAM adalah tumbuhan yang dapat berubah seperti tumbuhan C3 pada saat pagi hari (suhu rendah) dan dapat berubah seperti tumbuhan C4 pada siang hari dan malam hari. Tumbuhan CAM adalah tumbuhan yang membuka pada malam hari dan menutup pada siang hari, memiliki laju fotosintesis yang rendah bila dibandingkan dengan tumbuhan C3 dan C4.

E.  Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Fotosintesis Pada Tumbuhan CAM

Fotosintesis  merupakan proses pembuatan makanan yang terjadi pada tumbuhan hijau dengan bantuan sinar matahari danenzim-enzim. fotosintesis adalah fungsi utama dari dauntumbuhan. 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.

Reaksi Fotosintesis

6CO2 + 6H2O + (cahaya & klorofil) → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

Proses fotosintesis yang terjadi tidak lepas dari factor-faktor yang mempengaruhinya. Faktor yang mempengaruhi fotosintesis dibedakan menjadi dua, yaitu faktor internal dan faktor eksternal.

1.    Faktor internal

Artinya bahwa fotosintesis dipengaruhi oleh faktor-faktor genetis dari tubuh tumbuhan itu sendiri misalnya pada stomata, kloroplas, atau organ-organ lain yang berhubungan dengan proses fotosintesis.

2.    Faktor eksternal

Artinya bahwa proses fotosintesis dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan diantaranya:

a)      Intensitas cahaya

Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya. Cahaya matahari adalah sumber energi utama bagi kehidupan seluruh makhluk hidup didunia. Bagi tumbuhan khususnya yang berklorofil, cahaya matahari sangat menentukan proses fotosintesis.

b)      Konsentrasi karbon dioksida

Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yangdapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.

c)      Suhu

Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja padasuhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnyasuhu hingga batas toleransi enzim.

d)     Kadar air

Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis. Kadar fotosintat( hasil fotosintesis ) Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesisakan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesisakan berkurang.

e)      Tahap pertumbuhan

Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhanyang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakantumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.

f)       pH

Tumbuhan akan berfotosintesis dengan baik pada pH netral yaitu sekitar pH 6-7dan akan mengalami penurunan laju fotosintesis pada pH yang terlalu asam atau terlalu basa. Dari ke enam faktor di atas, yang paling mempengaruhi laju fotosintesis adalah faktor cahaya baik intensitas ataupun panjang gelombangnya (warna).

Cahaya di sini merupakan komponen yang sangat penting dalam fotosintesis karena tanpa bantuan cahaya proses fotosintesis tidak dapat berlangsung. Jadi, cahaya merupakan faktor mutlak yang harus dipenuhi dalam proses fotosintesis. Sedangkan untuk faktor-faktor lain seperti suhu dan pH hanya merupakan faktor  pendukung terjadinya proses fotosintesis secara optimum. Tanpa adanya suhu optimum ataupun pH yang mendukung, proses fotosintesis masih dapat berlangsung hanya saja hasilnya kurang maksimal.

Pengaruh cahaya juga berbeda pada setiap jenis tanaman. Tanaman C4, C3, dan CAM memiliki reaksi fisiologi yang berbeda terhadap pengaruh intensitas, kualitas, dan lama penyinaran oleh cahaya matahari. Selain itu, setiap jenis tanaman memiliki sifat yang berbeda dalam hal fotoperiodisme, yaitu lamanya penyinaran dalam satu hari yang diterima tanaman.

Perbedaan respon tumbuhan terhadap lama penyinaran atau disebut juga fotoperiodisme, menjadikan tanaman dikelompokkan menjadi tanaman hari netral, tanaman hari panjang, dan tanaman hari pendek.Jika dihubungkan dengan fotosintesis, tanaman dibedakan menjadi 3, yaiu tanaman C3, C4 dan tanaman CAM. Perbedaan yang mendasar antara tanaman tipe C3, C4, dan CAM adalah pada reaksi yang terjadi di dalamnya.

F. Ekologi Tumbuhan CAM

Adaptasi lainnya terjadi pada timbuhan sukulen, kaktus, nanas, dan beberapa family lain yang tumbuh pada tempat gersang. Tumbuhan ini membuka stomata pada malam hari dan menutupnya pada siang hari, berlawanan dengan perilaku pada tumbuhan lain. Tumbuhan gurun menutup stomatanya pada siang hari untuk mengurangi penguapan air, tetapi akibatnya CO₂ tidak dapat masuk. CO₂ diambil pada malam hari saat stomata terbuka dan dimasukkan keberbagai asam organik. Fiksasi karbon seperti disebut metabolism asam crassulase atau Crassalacean Acid Metabolism (CAM) karena ditemukan pertama kali pada tumbuhan tumbuhan family Crassulaseae.

CO₂ yang diambil pada malam hari dan dimasukkan ke dalam asam organik, disimpan di vakuola sel mesofil tumbuhan CAM. CO₂ tersebut akan dilepas dari asam organic ketika ada pasokan ATP dan NADP yang dihasilkan oleh reaksi terang. Kemudian CO₂ akan masuk kedalam sel siklus calvin dan membentuk gula dan kloroplas.(Anonymousc, 2012)

(Sumber : http://mustikaayuuu.blogspot.co.id/2013/10/tumbuhan-cam-crassulacean-acid.html )

Read More

Apa Hubungan Makanan Hewan Ruminansia dengan Cara Makannya? (Bupena Biologi Kelas XI)

    Makanan hewan memamah biak berupa rumput atau tumbuhan. Sel tumbuhan tersusun dari bahan selulosa yang sulit dicerna. Oleh karena jenis makanan tersebut, sistem pencernaan pada hewan memamah biak mempunyai sistem dengan struktur khusus yang berbeda dengan hewan karnivora dan omnivora.

Read More

Mengapa Sapi disebut Hewan Memamah Biak? (Bupena Biologi Kelas XI)

       Hewan memamah biak (Ruminansia) adalah hewan herbivora murni, misalnya sapi, kerbau, dan kambing. Disebut hewan memamah biak karena memamah atau mengunyah makanannya sebanyak dua fase. Pertama saat makanan tersebut masuk ke mulut. Makanan tersebut tidak dikunyah hingga halus dan terus ditelan. Selang beberapa waktu makanan tersebut dikeluarkan kembali ke mulut untuk dikunyah sampai halus.

Read More

Proses Pencernaan Hewan Ruminasia

Jelaskan proses pencernaan hewan ruminasia!

1.       Makanan pertama kali masuk ke dalam mulut. Di dalam mulut hewan ruminansia terdapat alat-alat pencernaan seperti :

a. Gigi : Gigi sapi tersusun dari gigi seri yang berguna untuk menjepit makanan dan gigi geraham untuk mengunyah makanan.

b. Lidah : lidah sapi sangat pendek dan berguna untuk mendorong makanan menuju lambung.

c. Saliva : merupakan cairan atau enzim khusus yang dihasilkan oleh kelenjar khusus pada sapi dan disalurkan ke dalam cavitas oral. Saliva berperan dalam proses pencernaan kimiawi.

Lambung sapi berbeda dengan lambung manusia. Lambung sapi berukuran besar. Lambung (merupakan organ pencernaan yang sangat vital bagi sapi. Lambung sapi terdiri dari empat bagian yaitu rumen (perut besar), retikulum (perut jala), omasum (perut kitab), dan abomasum (perut masam). Di dalam perut besar (rumen) sapi terjadi pencernaan fermentatif dengan bantuan mikroba bakteri dan pencernaan hidrolik dengan bantuan enzim pencernaan.

Makanan dari mulut melewati kerongkongan kemudian masuk ke dalam perut besar (rumen) dan terjadi proses fermentasi dengan bantuan mikroba. Makanan dicerna hingga menjadi bubur dengan gerakan mengaduk yang dilakukan oleh dinding rumen. Kemudian makanan kembali ke mulut dan dikunyah pada saat sapi sedang santai beristirahat. Setelah dikunyah untuk yang kedua kalinya makanan masuk ke dalam perut jala (retikulum). Di dalam retikulum makanan kembali mengalami proses fermentasi dengan bantuan bakteri anaerob dan protozoa. Di dalam retikulum juga terjadi proses absorpsi dan penahan benda-benda asing yang masuk bersama makanan agar tidak masuk ke dalam omasum. Di dalam omasum atau perut kitab terjadi proses pencernaan makanan dengan bantuan enzim pencernaan. Dan selanjutnya makanan masuk ke dalam abomasum. Abomasum juga disebut lambung sebenarnya, disini makanan akan dicerna dengan bantuan enzim pencernaan yang dihasilkanoleh abomasum. Sel parietal menghasilkan HCL sedangkan sel mukosa menghasilkan pepsinogen, keduanya akan bereaksi membentuk pepsin. Setelah melewati proses pencernaan makanan di dalam abomasum, selanjutnya makanan bergerak menuju usus halus. Usus halus pada sapi berukuran 40 meter. Di dalam usus halus makanan terjadi proses absorpsi dan fermentasi. Sisa sisa makanan akan dikeluarkan melalui anus.

Read More

Rantai Transfer Elektron

Transfer elektron merupakan proses produksi ATP (energi) dari NADH dan

FADH 2 yang dihasilkan dalam glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan

siklus krebs. Transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria,

yang dibantu oleh kelompok-kelompok protein yang terdapat pada membran

tersebut. Proses ini disebut juga dengan fosforilasi oksidatif dan

ditemukan pada tahun 1948 oleh Eugene Kennedy dan Albert Lehninger.

Energi yang diperlukan untuk aktivitas setiap sel tubuh tersimpan

dalam bentuk ATP yang dihasilkan melalui respirasi aerob maupun

respirasi anaerob. Respirasi aerob merupakan proses pemecahan glukosa

menghasilkan energi dengan adanya oksigen yang akan menghasilkan sisa

air dan karbondioksida. Sedangkan repirasi anaerob merupakan pemecahan

glukosa menghasilkan energi tanpa adanya oksigen dengan hasil akhir

berupa asam laktat (pada hewan, tumbuhan, dan mikroorganisme) dan

alkohol (pada jamur bersel satu / yeast).

Energi yang dihasilkan dari respirasi aerob lebih banyak (36 / 38 ATP)

dibandingkan energi yang dihasilkan melalui respirasi anaerob (2 ATP).

Oleh karena itu, tubuh selalu mengutamakan terjadinya respirasi aerob

dibandingkan anaerob. Respirasi aerob terjadi melalui empat tahapan

yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transfer

elektron.

Transfer elektron merupakan tahapan terakhir dari respirasi aerob yang

nantinya akan menghasilkan ATP dan H2 O sebagai hasil akhirnya. Dalam

transfer elektron, oksigen berperan sebagai penerima elektron terakhir

yang nantinya akan membentuk H 2O yang akan dikeluarkan dari sel.

Disebut dengan transfer elektron karena dalam prosesnya terjadi

transfer elektron dari satu protein ke protein yang lain. Elektron

yang ditransfer berasal dari NADH dan FADH 2 yang telah terbentuk

sebelumnya. Elektron akan ditransfer dari tingkat energi tinggi menuju

tingkat energi yang lebih rendah sehingga akan melepaskan energi yang

akan digunakan untuk membentuk ATP.

Pada membran dalam mitokondria terdapat komplek protein I, komplek

protein II, ubiquinon (Q), komplek protein III, sitokrom c (cyt c),

dan komplek protein IV. Elektron akan ditransfer ke masing-masing

protein tersebut untuk membentuk ATP. Sedangkan molekul O 2 akan

berperan sebagai penerima elekron terakhir yang nantinya akan berubah

menjadi H 2O.  ATP akan dihasilkan oleh enzim ATP sintase melalui

proses yang disebut kemiosmosis.

Tahapan transfer elektron adalah sebagai berikut.

1. NADH akan melepaskan elektronnya (e -) kepada komplek protein I.

Peristiwa ini membebaskan energi yang memicu dipompanya H + dari

matriks mitokondria menuju ruang antar membran. NADH yang telah

kehilangan elektron akan berubah menjadi NAD+.

2. Elektron akan diteruskan kepada ubiquinon.

3. Kemudian elektron diteruskan pada komplek protein III. Hal ini akan

memicu dipompanya H + keluar menuju ruang antar membran.

4. Elektron akan diteruskan kepada sitokrom c.

5. Elektron akan diteruskan kepada komplek protein IV. Hal ini jugaakan memicu dipompanya H+ keluar menuju ruang antar membran.

6. Elektron kemudian akan diterima oleh molekul oksigen, yang kemudian

berikatan dengan 2 ion H+ membentuk H 2O.

7. Bila dihitung, transfer elektron dari bermacam-macam protein tadi

memicu dipompanya 3 H+ keluar menuju ruang antar membran. H +

atau proton tersebut akan kembali menuju matriks mitokondria melalui

enzim yang disebut ATP sintase.

8. Lewatnya H + pada ATP sintase akan memicu enzim tersebut membentuk

ATP secara bersamaan. Karena terdapat 3 H + yang masuk kembali ke

dalam matriks, maka terbentuklah 3 molekul ATP.

9. Proses pembentukan ATP oleh enzim ATP sintase tersebut dinamakan

dengan kemiosmosis.

Penjelasan di atas adalah proses transfer elektron yang berasal dari

molekul NADH. Bagaimana dengan elektron yang berasal dari FADH 2 ?

FADH2 akan mentransfer elektronnya bukan kepada komplek protein I,

namun pada komplek protein II. Transfer pada komplak protein II tidak

memicu dipompanya H + keluar menuju ruang antar membran. Setelah dari

komplek protein II, elektron akan ditangkap oleh ubiquinon dan proses

selanjutnya sama dengan transfer elektron dari NADH. Jadi pada

transfer elektron yang berasal dari FADH 2 , hanya terjadi 2 kali

pemompaan H + keluar menuju ruang antar mebran. Oleh sebab itu dalam

proses kemiosmosis hanya terbentuk 2 molekul ATP saja.

Jadi kesimpulannya adalah:

Satu NADH yang menjalani transfer elektron akan menghasilkan 3 molekul ATP.

Sedangkan satu molekul FADH 2 yang menjalani transfer elektron akan

menghasilkan 2 molekul ATP.

Disinilah akhir dari respirasi aerob molekul glukosa. Respirasi ini

akan menghasilkan energi sebanyak 36 / 38 ATP dengan hasil akhir

berupa CO2 dan H 2 O yang akan dikeluarkan dari tubuh sebagai zat sisa

respirasi. Satu molekul glukosa dengan 6 atom C, ketika mengalami

respirasi aerob akan melepaskan 6 molekul CO2 . Karbondioksida

tersebut dibebaskan pada tahap dekarboksilasi oksidatif dan siklus

krebs.

Read More

Metabolisme Heterotrof

Semua proses kimiawi yang terjadi pada suatu organisme disebut

metabolisme. Metabolisme heterotrof merupakan metabolisme yang dilakukan oleh

semua mikroorganisme, baik mikroorganisme yang memiliki klorofil maupun yang

tidak, sedangkan metabolisme autotrof hanya dilakukan oleh mikroorganisme yang

memiliki klorofil. Reaksi kimiawi ini tersusun dalam jalur-jalur metabolisme yang

bercabang sedemikian rumitnya untuk mengubah molekul-molekul kimiawi melalui

suatu rangkaian tahapan-tahapan reaksi. Metabolisme dikaitkan dengan pengaturan

sumberdaya materi dan energi di dalam sel. Beberapa jalur metabolisme

membebaskan energi dengan cara merombak molekul-molekul kompleks menjadi

senyawa yang lebih sederhana, proses perombakan ini disebut jalur katabolik. Proses

utama katabolisme adalah respirasi seluler, dimana glukosa dan bahan organik lain

dirombak menjadi karbon dioksida dan air. Sebaliknya adalah jalur anabolik,

memakai energi untuk membangun molekul kompleks dari molekul-molekul yang

lebih sederhana, salah satu contoh anabolisme adalah sintesis protein dari asam

amino. Jalur-jalur metabolisme saling berpotongan sedemikian rupa sehingga energi

yang dibebaskan dari reaksi katabolisme dapat digunakan untuk menggerakan reaksi

pada anabolisme.

Fermentasi dan Respirasi

Fermentasi dan respirasi merupakan jalur katabolik penghasil energi sebagai

proses bioenergi. Senyawa organik menyimpan energi dalam susunan atomnya.

Dengan bantuan enzim, molekul organik kompleks yang kaya energi potensial

dirombak menjadi produk limbah yang berenergi lebih rendah.Walaupun seluruh

mikroorganisme heterotrof secara pasti mendapatkan energi mereka dari reaksi-reaksi

reduksi-oksidasi, jumlah energi yang didapat dan mekanisme bagaimana mereka

melakukan ekstraksi bervariasi. Dua mekanisme yang dapat diterapkan yaitu

fermentasi dan respirasi.

 Fermentasi merupakan perombakan parsial gula yang terjadi tanpa bantuan

oksigen. Dalam fermentasi, elektron-elektron dialirkan dari penyumbang elektron

kepada penerima elektron, sementara suatu perantara terbentuk dalam pemecahan

molekul substrat, yang merupakan perantara organik dalam beberapa proses

fermentasi lainnya. Fermentasi menghasilkan akumulasi campuran produk-produk

akhir, beberapa lebih teroksidasi, dan beberapa lebih tereduksi dari substratnya.

Tingkat oksidasi rata-rata dari produk-produk akhir dalam fermentasi selalu identik

dengan substrat asalnya. Fermentasi dapat berjalan baik secara anaerob obligat

maupun anaerob fakultatif.

 Jalur katabolik yang paling umum dan paling efisien ialah respirasi aerob,

dimana oksigen dikonsumsi sebagai reaktan bersama-sama dengan bahan bakar

organik. Respirasi adalah sebuah proses dimana oksigen molekuler biasanya berperan

sebagai penerima elektron utama. Jika oksigen adalah penerima utama, prosesnya

disebut respirasi aerobik yang berbeda dengan respirasi anaerobik, dimana

menggunakan sebuah unsur anorganik seperti nitrat, sulfat, atau karbonat. Fermentasi

merupakan mekanisme yang lebih tidak efisien daripada respirasi untuk mengekstrasi

energi dari molekul substrat. Saat organisme menfermentasi glukosa, hanya sejumlah

kecil energi secara potensial tersedia pada molekul glukosa yang dilepaskan.

Kebanyakan energi itu masih terkunci pada produk reaksi, misalnya laktat. Saat

organisme mengoksidasi glukosa secara sempurna menjadi CO2 dan H2O, semua

energi yang tersedia dari molekul glukosa dilepaskan :

Diantara mikroba / mikroorganisme yang melakukan respirasi aerob terdapat

aerob obligat dan anaerob fakultatif. Sebagai tambahan, beberapa dari anaerob

fakultatif dapat juga mempergunakan nitrat sebagai terminal penerima elektronnya.

Organisme yang menggunakan sulfat atau karbonat sebagai penerima-penerima

elektron pada respirasi anaerob bagaimanapun adalah sebagai anaerob obligat. Salah

satu contoh jasad renik yang respirasi anaerob dengan zat anorganik ( NO₃^- , SO₄^2- )

sebagai aseptor elektron adalah Thiobacillus denitrificans :

Disimilasi Glukosa

 Glukosa menempati posisi penting pada kebanyakan metabolisme  biologis,

dan disimilasinya menyediakan jalur metabolik yang umum bagi sebagian besar

bentuk kehidupan. Kemampuan untuk memanfaatkan gula atau unsur yang

berhubungan dengan konfigurasi yang berbeda dari glukosa merupakan  hasil 

kemampuan organisme untuk mengubah substrat menjadi perantara-perantara sebagai

jalur untuk fermentasi glukosa.

 Pemanfaatan monosakarida tertentu oleh suatu organisme juga bergantung

pada keberadaan sistem pembawa tertentu untuk transpor gula melewati membran sel.

Terjadilah pembedaan sisyem-sistem dari jenis ini. Beberapa diantaranya

memanfaatkan ATP yang dibentuk oleh transpor elektron. Pada E.coli , sistem

fosfotransferase cenderung menurunkan energinya secara langsung dari fosfo enol

piruvat (PEP) daripada dari ATP, dan fosforilasi gula terjadi selama transpor.  

JALUR GLIKOLISIS

Tiga jalur pusat metabolisme karbohidrat pada bakteri ialah glikolisis, jalur

pentose fosfat, dan jalur Entner – Doudoroff. Untuk kebanyakan sel-sel, jalur terbesar

dalam katabolisme glukosa adalah glikolisis. Pada jalur ini molekul glukosa dirubah

menjadi asam piruvat (glikolisis) dan asam piruvat menjadi asam laktat (fermentasi

asam laktat) tanpa pemasukan molekul oksigen. Konsep dasar dari glikolisis tersusun

dalam 11 reaksi enzimatis oleh skema Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), ditunjukkan

pada gambar 5–3. Walaupun jalur dasarnya sama untuk tiap semua jenis sel,

perlengkapan enzim-enzim tertentu pada jalur tersebut tidak seragam untuk berbagai

jenis sel setiap spesies.

Glikolisis secara mendasar mencakup dua tahap utama. Pada tahap pertama,

glukosa difosforilasi baik oleh ATP maupun PEP, tergantung pada organismenya, dan

dipecah untuk membentuk gliseraldehid 3-PO4. Pada tahap kedua, perantara tiga

karbon ini diubah menjadi asam laktat dalam serangkaian reaksi oksidoreduksi yang

disalurkan ke fosforilasi ADP. Sebuah mekanisme kemudian terjadi dengan glukosa

sebagai sumber energi yang sesungguhnya.

Reaksi 3, fosforilasi dari D-fruktosa menjadi fruktosa 1,6-bifosfat, menempati

posisi strategis dalam jalur glikolisis. Jalur alternatif dari metabolisme heksosa

terpisah dari fosfat heksa lainnya pada bagian awal dari jalur tersebut. Reaksi ini

dapat dianggap karakteristik pertama dari urut-urutan glikolitik biasa dan oleh

karenanya membentuk cabang dan titik kendali yang sangat penting, berdasarkan

peraturan metabolik yang kuat. Fosfofruktokinase, enzim yang menjadi katalis jalur

ini, adalah suatu enzim allosterik yang merespon fluktuasi pada tingkat nukleotida

adenin. Kendali titik ini memastikan bahwa pasokan ATP berlebih, seperti terjadi saat

asam laktat dan piruvat teroksidasi menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat, glikolisis

akan terhenti dan sintesis glukosa akan terbantu. Demikian juga kebalikannya saat

glikolisis benar-benar dibutuhkan untuk pembentukan energi, glikolisis akan terbantu

dan sintesis karbohidrat akan dihentikan.

Reaksi 4, pembelahan fruktosa 1,6-bifosfat menjadi gliseraldehid 3-PO4 dan

dihidroksiaseton PO4, dikatalisasi oleh aldolase. Jenis-jenis aldolase yang berbeda

diproduksi oleh berbagai jenis sel. Pada bakteri, fungi, dan alga hijau-biru,

aldolasenya merupakan kelas II dan dibedakan dari enzim kelas I hewan dari jumlah

kelengkapannya. Hasil dari reaksi ini saling dapat diubah oleh suatu enzim isomer

fosfat triose, yang kebanyakan mengarahkan fosfat dihidroksiaceton kedalam jaringan pusat glikolisis. Sementara sebagian besar unsur-unsur di metabolisme

melalui gliseraldehid 3-fosfat, memiliki peranan yang menentukan bagi metabolisme

lipid, pembentukan fosfat gliserol.

Tahap II Glikolisis

Selama tahap kedua dari glikolisis, dua molekul dari gliseraldehid 3-PO4 yang

tebentuk dari satu molekul glukosa teroksidasi dalam reaksi dua langkah yang

menuju sintesis ATP.

Pada awal dari reaksi-reaksi ini, kelompok aldehid dari gliseraldehid 3-fosfat

teroksidasi ke tingkat oksidasi kelompok karboksil. Komponen penting lainnya dari

reaksi ini adalah agen pengoksidasian nikotinamid adenin dinukleotida (NAD), yang

menerima elektron-elektron dari kelompok aldehid dari gliseraldehid 3-PO4.

Elektron-elektron itu kemudian dibawa ke asam piruvat yang terbentuk dalam jalur

glikolisis.

Dalam reaksi kedua, 1,3-difosfogliserat yang terbentuk dalam reaksi 5 memindahkan

sekelompok fosfat ke ADP, dengan hasil formasi 3-fosfogliserat. Sebagai hasil dari

dua reaksi ini, energi yang berasal dari oksidasi sekelompok aldehid terbentuk

sebagai ikatan fosfat energi berupa ATP.

Dua reaksi ini adalah contoh model dari fosforilasi oksidatif tingkat substrat.

Pada reaksi-reaksi ini, fosforilasi ADP disalurkan ke oksidasi 3-fosfogliseraldehid

terhubung dengan NAD, sebagaimana terlihat pada gambar 5-4. Pada jenis

penyaluran ini, hidrogen dipindahkan dari penyumbang semula ke penerima akhir

melalui perantara transisi dan melalui unsur-unsur perantara pembawa. Perantara 1,3-

difosfogliserat, adalah perantara kovalen yang umum pada reaksi-reaksi di atas.

Dehidrasi 2-fosfogliserat ke fosfoenolpiruvat, sebagaimana terlihat pada gambar 4-3,

adalah reaksi kedua dari rangkaian glikolitik dimana ikatan fosfat berenergi tinggi

terbentuk. Pembentukan ikatan ini melibatkan pengaturan kembali bagian dalam dari

molekul terfosforilasi, mengarah pada konversi sekelompok fosforil rendah energi

menjadi yang berenergi tinggi. Dalam bagian rangkaian reaksi, kelompok fosfat dari

fosfoenolpiruvat dipindahkan ke ADP, menghasilkan ATP dan piruvat.

Hasil Energi

Jalur glikolitik menghasilkan sebanyak 4 mol ATP yang terbentuk dari setiap

mol glukosa yang digunakan. Karena 2 mol ATP digunakan pada langkah awalnya,

hasil bersih ATP adalah 2 mol per mol glukosa terfermentasi. Stokiometri yang

terlihat pada produksi piruvat dari hexosa adalah :

Hanya sejumlah kecil proporsi dari total energi bebas secara potensial dapat

diturunkan dari hasil pemecahan sebuah molekul heksosa yang terbentuk melalui

jalur ini. Ini karena ketidakefisiensian yang terjadi pada sistem ini dan karena hasil

reaksi unsur-unsur dimana karbon masih relatif kurang. Faktor kunci penentu

metabolis, piruvat, bergantung pada sarana yang dipergunakan untuk regenerasi NAD+ dan NADH. Untuk keperluan ini mikroorganisme berevolusi melalui jalur

yang beranekaragam.

JALUR PENTOSA FOSFAT ( Fosfoglukonat )

Skema EMP adalah jalur alternatif lain untuk mendapatkan energi kecuali

pada beberapa mikroba, seperti juga pada jaringan tumbuhan dan hewan, ini bukanlah

satu-satunya jalur yang tersedia untuk metabolisme karbohidrat. Jalur pentosa fosfat,

juga dikenal sebagai jalur fosfoglukonat, adalah suatu jalur multifungsi yang dapat

digunakan pada fermentasi hexosa, pentosa, dan karbohidrat lainnya (gambar 5-5).

Beberapa organisme, seperti fermentor heterolaktat, ini adalah jalur penghasil energi

utama. Untuk kebanyakan organisme merupakan suatu hal utama untuk membangun

NADPH, yang menghasilkan pengurangan tenaga yang dibutuhkan untuk reaksi

biosintesis. Dalam hal ini juga menyediakan pentosa dan sintesis nukleotida melalui

suatu mekanisme oksidasi pentosa oleh rangkaian glikolisis. Penggunaan

multifungsinya sebagai perbandingan dengan glikolisis, tidak dapat dinyatakan

sebagai satu set urutan reaksi-reaksi yang secara langsung dari glukosa dan selalu

berakhir pada oksidasi sempurna menjadi enam molekul CO2.

Titik tolak jalur ini dari sistem EMP adalah oksidasi glukosa 6-fosfat ke 6-

fosfoglukonat, dimana kemudian terkaboksilasi dan lebih jauh teroksidasi menjadi Dribulose

5-Fosfat. Pendehidrogenasi mengkatalisasi reaksi-reaksi ini, glukosa 6-fosfat

dehidrogenasi dan 6-fosfoglucatone dehidrogenasi, membutuhkan NADP+ sebagai

sebuah penerima elektron. Persamaan reaksi keseluruhan untuk jalur ini adalah :

D-ribosa 5-fosfat yang dihasilkan dari isomeri dapat balik dari D-ribulosa 5-

fosfat. Pada beberapa organisme atau lingkungan metabolis, jalur fosfoglukonat tidak

berlangsung lebih jauh. Pada yang lain, tampungan ribosa dan ribulosa 5-fosfat

diubah menjadi selulosa 5-fosfat, yang merupakan titik awal dari serangkaian reaksireaksi

transketolase dan transaldolase, mengarah secara pasti pada unsur awal dari

jalur tersebut, glukosa 6-fosfat. Melalui rangkaian kompleks dari reaksi-reaksi

dimana 6 molekul dari glukosa 6-fosfat teroksidasi menjadi 6 molekul masing-masing

ribulosa 5-fosfat dan CO2, jalur pentosa fosfat dapat juga membawa suatu oksidasi

sempurna dari glukosa 6-fosfat ke CO2:

Jalur oksidasi lengkap hanya jika kebutuhan NADPH tinggi, seperti terjadi

pada organisme yang secara aktif melaksanakan biosintesis lipid.

Mikroorganisme-mikroorganisme heterolaktat fermentasi memanfaatkan jalur

ini daripada glikolisis untuk fermentasi glukosa dan pentosa. Organisme-organisme

yang kekurangan enzim glikolitik, fosfofruktokinase, aldolase, dan isomer triosa

fosfat, tetapi memiliki enzim kunci, fosfoketolase, yang memecah selulose 5-fosfat

menjadi fosfat asetil, dan gliseraldehid 3-fosfat. Penggunaan jalur ini merupakan

suatu jalan sebagai sumber ethanol bagi organisme-organisme tersebut. Pada organisme fermenter heterolaktat lain juga menggunakan jalur ini termasuk Brucella

abortus dan spesies Acetobacter.

Saat glukosa difermentasi melalui jalur pentosa fosfat, hasil bersih ATP

adalah setengah dari yang dihasilkan jalur EMP. Hasil energi rendah ini adalah

karakteristik dari suatu jalur dehidrogenasi sebelum pembelahan.

JALUR ENTNER- DOUDOROFF

Jalur ini merupakan jalur disimilasi utama bagi glukosa oleh aerob obligat

yang kekurangan enzim fosfofruktokinase sehingga tidak dapat mensintesis fruktosa

1,6-bifosfat. Organisme-organisme yang menggunakan jalur ini adalah spesies

Neisseria, Pseudomonas, dan Azotobacter. Jalur ini berpencar pada 6-fosfoglukonat

dari jalur fosfat pentosa. Pada urutan ini, 6-fosfoglukonat terdehidrasi dan kemudian

dipecah untuk menghasilkan satu molekul gliseraldehid 3-PO4 dan satu molekul

piruvat, dimana ethanol dan CO2 terbentuk melalui rangkaian reaksi yang sama

seperti pada fermentasi alkoholik oleh ragi (gambar 5-6). Seperti pada jalur fosfat

pentosa, hanya satu molekul ATP yang dihasilkan dari setiap molekul glukosa yang

terfermentasi. Produksi alkohol melalui lintasan ini jauh lebih banyak daripada

alkohol yang di hasilkan oleh Sacharomyces, sehingga sangat diminati oleh industri

minuman beralkohol.

ASAM PIRUVAT DALAM KONDISI ANAEROB

Fermentasi glukosa terjadi dalam sitoplasma sel setelah fosforilasi pada

glukosa 6-PO4. Asam piruvat merupakan perantara kunci dalam merubah glukosa 6-

PO4 dalam metabolisme fermentasi dari semua karbohidrat. Dalam pembentukannya,

NAD direduksi dan harus dioksidasi kembali untuk mendapat keseimbangan reduksioksidasi

akhir. Oksidasi ulang ini terjadi dalam reaksi-reaksi terminal dan diiringi

oleh hasil reduksi dari asam piruvat.

Bakteri dibedakan secara jelas dari jaringan hewan dalam perilaku mereka

yang membuang asam piruvat. Pada fisiologis mamalia, arah utama dari respirasi

dimana substrat-substrat teroksidasi menjadi CO2 dan H2O, oksigen menjadi

penerima hidrogen utama. Pada beberapa bakteri, oksidasi tak lengkap atau

fermentasi merupakan suatu keharusan, dan hasil dari fermentasi tersebut dapat

terkumpul hingga mencapai jumlah yang luar biasa. Hasil akhir pada organisme tertentu bisa berupa asam laktat maupun alkohol. Pada yang lainnya, asam piruvat

termetabolisme lebih jauh menjadi suatu produk seperti asam butirat, butil alkohol,

aseton, dan asam propionat. Fermentasi bakteri sangat penting karena memiliki nilai

ekonomi dalam industri dan berguna di laboratorium untuk identifikasi spesies

bakteri .

Fermentasi alkohol

Jenis fermentasi tertua yang dikenal adalah produksi etanol dari glukosa.

Fermentasi alkohol yang dilakukan oleh ragi hampir sempurna/murni, alkohol

muncul dari dekarboksilasi asam piruvat oleh piruvat dekarboksilat sebagai enzim

utama dari fermentasi alkohol. Asetaldehid bebas yang terbentuk kemudian direduksi

menjadi etanol melalui dehidrogenasi alkohol, dan NADH-nya teroksidasi kembali,

walaupun sejumlah bakteri menghasilkan alkohol melalui jalur-jalur lainnya.

Fermentasi homolaktat

Seluruh anggota dari genus Streptococcus dan Pediococcus serta banyak

spesies dari Lactobacillus memfermentasikan glukosa secara pre-dominan menjadi

asam laktat. Pada disimilasi glukosa oleh homofermenter, piruvat direduksi menjadi

asam laktat oleh dehidrogenasi enzim laktat, dengan NADH yang berperan sebagai

penyumbang hidrogen. Mekanisme homofermentasi memiliki karakteristik menghasilkan asam laktat yang tinggi karena peranan aldolase yang memecah

heksosa difosfat menjadi dua bagian yang sebanding, masing-masing membentuk

piruvat dan kemudian laktat. Fermentasi yang sama terjadi pada otot hewan.

Fermentasi heterolaktat

Sebagai tambahan pada produksi asam laktat, beberapa bakteri asam laktat

(Leuconostoc dan spesies Lactobacillus tertentu) melakukan fermentasi campuran di

mana hanya sekitar setengah dari glukosa yang diubah menjadi asam laktat, sisanya

adalah CO2, alkohol, asam format, atau asam acetat. Fermentasi heterolaktat

dibedakan secara mendasar dengan jenis homolaktat di mana jalur pentosa fosfat

cenderung lebih digunakan daripada skema EMP. Pelepasan satu karbon dari glukosa

sebagai CO2 adalah karakteristik dari fermentasi glukosa oleh seluruh organisme

heterolaktat. Hal yang penting juga adalah penemuan bahwa energi yang dihasilkan

sesuai dengan pertumbuhannya yaitu sepertiga lebih rendah per molekul glukosa

terfermentasi oleh organisme homolaktat.

Fermentasi asam propionat

Kebanyakan hasil akhir dari fermentasi-fermentasi yang dilakukan oleh

beberapa bakteri anaerob berupa propionat. Jalurnya ini merupakan karakteristik dari

genus Proponibacterium, bersifat anaerob Gram-positif tidak membentuk spora yang

tergolong Lactobacillus. Asam propionat yang dihasilkan organisme-organisme ini

berasal dari glukosa atau asam laktat berperan pada menentukan cita rasa dan aroma

khas dari keju Swiss.

Kemampuan bakteri asam propionat untuk menfermentasikan asam laktat,

sebagai hasil akhir dari proses fermentasi lainnya, sangan penting karena

memungkinkan organisme-organisme ini untuk memperoleh tambahan ATP.

Dalam fermentasi heksosa, tahap awal dari jalur glikolitik, piruvat berasal baik dari

hexose maupun asam laktat, kemudian teroksidasi lebih jauh menjadi CO2 dan acetyl-

CoA , diantara hasil- hasil reaksi terdapat asetat dan CO2. Ikatan asetil-CoA yang

kaya energi dipergunakan untuk sintesis ATP.

Langkah pertama dalam urutan tersebut adalah reaksi perpindahan CO2 yang

unik, terkatalisasi oleh sebuah enzim mengandung-biotin yang berperan sebagai baik

penerima maupun penyumbang CO2. Propionil-CoA, salah satu hasil dari reaksi ini,

meningkatkan propionat.

Fermentasi asam campuran

Jenis fermentasi ini adalah karakteristik dari kebanyakan Enterobacteriaceae.

Organisme yang termasuk pada genus Escherichia, Salmonella, dan Shigella

memfermentasi gula melalui piruvat menjadi asam format, laktat, asetat, dan suksinat.

Sebagai hasil tambahan adalah CO2, H2, dan ethanol. Jumlah produk-produk ini

bervariasi berdasarkan organisme dan derajat anaerobiknya. Semua enterobakteria

menghasilkan asam format, yang dalam keadaan asam diubah oleh format

hidrogenliase menjadi molekul hidrogen dan karbondioksida. Asam format yang

diproduksi dalam fermentasi ini berasal dari asam piruvat dalam pemecahan yang

melibatkan koenzim A untuk menghasilkan asetil-CoA dan asam format. Enzim yang

mengkatalisasi reaksi pada persamaan 1 yaitu piruvat format liase, adalah enzim

kunci yang mengatur jalur fermentasi. Aktivitas katalisnya sangat tinggi, dan secara

ketat dikendalikan baik pada tingkat transkripsi maupun setelah translasi. Asetil-CoA

yang terbentuk dalam reaksi 1 secara cepat diubah menjadi asetil PO4. Reaksi

Read More