Dasar Sistem Metabolisme Sel

Setiap makhluk hidup mengadakan pertukaran zat dengan lingkungannya, artinya makhluk hidup tidak hanya mengambil zat-zat tertentu dari lingkungannya, tetapi ia juga mengembalikan zat-zat tertentu kedalam lingkungannya. Inilah yang disebut proses metabolisme. Metabolisme adalah reaksi kimia untuk pembentukkan dan perombakan bahan organik. Metabolisme dibedakan ke dalam anabolisme dan katabolisme.

1.    Anabolisme, yaitu pembentukan senyawa-senyawa kompleks dari senyawa sederhana.  Proses ini memerlukan energi.

2.    Katabolisme, yaitu penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa sederhana. Proses ini menghasilkan energi. Energi ini dapat digunakan oleh makhluk hidup untuk berbagai kegiatan.

Makhluk hidup memerlukan materi dan energi untuk pertumbuhannya. Materi diperoleh dari tanah, air, dan udara. Energi diperoleh dari matahari, reaksi kimia, atau dari makanan. Berdasarkan cara mendapatkan materi dan energi, setiap makhluk hidup dibedakan menjadi 4 kelompok, yaitu:

1.    fotoautotrof (mensintesis makanan sendiri dengan menggunakan energi cahaya matahari melalui proses fotosintesis). Contoh: tumbuhan, dan makhluk hidup berklorofil lainnya.

2.    kemoautotrof (lensintesis makanan sendiri dengan menggunakan energi dari reaksi kimia). Contohnya: bakteri Nitrosomonas, bakteri sulfur, dan bakteri besi).

3.    fotoheterotrof (mengubah zat organik dengan bantuan energi matahari dijadikan makanannya. Contohnya: bakteri purple/ungu.

4.    kemoheterotrof (mengubah zat organik dengan bantuan energi dari reaksi kimia.

Makhluk hidup autotrof dapat mensintesis makanannya sendiri, sedangkan makhluk hidup heterotrof tidak dapat mensintesis makanannya sendiri. Untuk membangun tubuh maupun sebagai sumber energinya, makhluk hidup heterotrof mengambil zat-zat organik

dari lingkungannya. Jadi makhluk hidup yang tidak dapat membuat makanannya sendiri, secara langsung atau tidak langsung, hidupnya bergantung pada makhluk lain. Berdasarkan cara hidupnya, makhluk hidup heterotrof dapat dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu:

1.    Saprofit, yaitu makhluk hidup yang hidupnya bergantung pada sisa-sisa makhluk hidup lainnya yaitu dengan menguraikannya sehingga disebut juga makhluk hidup pengurai. Jenis tumbuhan ini  menggunakan energi yang tersimpan dalam sisa-sisa makhluk hidup yang telah mati tersebut. Contoh sebagian besar jamur dan bakteri.

2.    Simbion, yaitu makhluk hidup yang hidup bersama dengan makhluk hidup yang lain.

a.    Simbion helotisme = simbion parasitisme, kedua simbion hidup bersama, yang satu (inang) dirugikan dan yang lain (parasit) mendapatkan keuntungan.

b.    Simbion mutualisme, kedua simbion yang hidup bersama ini mendapat keuntungan. Contoh : bakteri Rhizobium yang hidup pada bintil akar tumbuhan kacang-kacangan (legum)

c.    Simbion komensalisme, dalam hidup bersama ini, makhluk hidup yang satu mendapatkan keuntungan, sedang makhluk hidup yang lain tidak mendapat rugi maupun untung.

d.    Parasit adalah makhluk hidup yang sebagian besar atau seluruh kebutuhan hidupnya bergantung pada makhluk lain yang ditumpanginya (inang).

1. Berdasarkan cara hidupnya, parasit dapat dibedakan atas:

a.    Parasit obligat, yaitu makhluk hidup yang hanya dapat hidup sebagai parasit saja, hidupnya bergantung sekali pada inang. Contoh tali putri (Cassytha filiformis).

b.    Parasit fakultatif, yaitu makhluk hidup yang hidupnya tidak hanya sebagai parasit, tetapi juga dapat hidup sebagai saprofit. Contoh: Phytophthora parasitica pada tembakau dan tomat.

2. Berdasarkan kebutuhan makanannya, parasit dibagi atas:

a.    Parasit sejati, parasit yang seluruh kebutuhannya diambil dari inangnya. Contoh: tali putri, tumbuhan ini mengisap makanannya dari inangnya dengan akar isap (haustorium).

b.    Semi atau parasit (parasit setengah), yaitu parasit yang sebagian dari kebutuhan makanannya diambil dari inangnya. Contoh: Benalu.

c.    Hiper parasit, yaitu parasit yang hidup pada parasit lainnya. Contoh: Vicum sp. tumbuh pada benalu.

Tubuh makhluk hidup disusun oleh materi. Materi diperoleh dari udara (misalnya oksigen untuk pernafasan, karbon dioksida untuk fotosintesis), air dan bahan-bahan yang terlarut, atau dari makanan. Nutrien adalah zat hara yang dibutuhkan setiap makhluk hidup untuk keperluan penyusun tubuhnya. Setiap makhluk hidup membutuhkan nutrien organik maupun nutrien anorganik. Lingkungan abiotik hanya menyediakan nutrient anorganik saja. Nutrient organik dapat dibuat dari nutrient anorganik bagi makhluk hidup autotrof. Prosesnya disebut asimilasi. Asimilasi dapat secara fotosintesis (asimilasi karbon) maupun secara kemosintesis (asimilasi nitrogen).

Beberapa tumbuhan yang hidup di tempat gersang, kekurangan memperoleh nutrien tertentu. Pernahkah kalian melihat kantong semar (Nephentes). Dinamakan kantong semar karena sebagian dari daun ada yang mengalami modifikasi membentuk piala (berbentuk

seperti kantung). Tahukah kalian, apa fungsi kantong tersebut? Kantong ini berfungsi sebagai perangkap serangga. Serangga yang terperangkap akan menempel di dalamnya dan akhirnya mati. Serangga ini akan dicerna dan menghasilkan nutrisi bagi tumbuhan

tersebut, terutama nitrogen, yang umumnya sedikit dijumpai di daerah gersang. Oleh karena itu, tumbuhan ini disebut juga insektivora , yang artinya pemakan serangga. Tumbuhan pemakan serangga ini juga melakukan asimilasi karbon (C).

Tubuh tumbuhan disusun oleh berbagai macam zat. Cara untuk mengetahui unsur-unsur yang terdapat dalam tubuh tumbuhtumbuhan adalah dengan analisis kimia melalui kultur air atau kultur pasir. Tujuan dilakukan kedua kultur tersebut adalah:

a.    Untuk mengetahui unsur-unsur yang diperlukan

b.    Untuk mengetahui bentuk dan asal unsur-unsur tersebut diambil oleh tumbuh-tumbuhan.

Cara lain untuk mengetahui unsur-unsur penyusun tubuh tumbuhan adalah dengan Analisis Abu. Tumbuhan yang dianalisis dikeringkan sampai 110ºC untuk mengetahui bobot keringnya, kemudian dibakar serta diperiksa kadar abu serta gas-gas yang keluar, untuk menunjukkan adanya berbagai macam unsur yang menyusun tubuh tumbuhan. Unsur-unsur ini dap`t dibedakan atas tiga golongan, yaitu:

1.    Unsur- unsur makro, yaitu unsur-unsur yang selalu terdapat pada tubuh tumbuhan dalam jumlah banyak dan harus ada di tubuh tanaman. Unsur-unsur makro terdiri dari: C, H, O, N, S, P, Ca, K, Mg, Fe. Unsur-unsur ini dikenal juga sebagai penyusun tubuh tumbuhan sehingga disebut unsur-unsur klasik atau unsur-unsur Sachs, sesuai dengan nama penemunya.

2.    Unsur-unsur mikro, yaitu unsur yang mutlak diperlukan oleh tumbuhan, tetapi jumlahnya sangat kecil. Dalam jumlah banyak unsur ini dapat menyebabkan keracunan. Unsur-unsurnya adalah: Cl, Zn, B, Mo, Mn, dan Cu.

3.    Unsur-unsur tambahan, yaitu unsur yang hanya terdapat pada tumbuhan tertentu,  kadang-kadang dalam persentasi yang cukup tinggi misalnya, Na, Al, Cl, dan Si.

Fungsi unsur-unsur tersebut untuk tumbuh-tumbuhan: C-H-O: Pembentuk karbohidrat, protein, lemak, asam nukleat (DNA dan RNA), serta senyawa organik lainnya.

N : Pembentuk protein, dan asam nukleat

P : Pembentuk asam nukleat, ATP, ADP

S : Pembentuk protein. K : Pembentuk enzim.

Ca : Pembentuk dinding sel.

Mg : Pembentuk klorofil.

Fe : Sebagai katalisator.

Semua unsur-unsur yang diperlukan diambil dari dalam tanah oleh akar dalam bentuk larutan garam mineral, kecuali CO 2 (untuk berfotosintesis) dan O 2 (untuk berespirasi) yang diambil dari udara dalam bentuk gas. Karbondioksida masuk melalui ke dalam tubuh tumbuhan melalui mulut daun (stoma) dan lentisel.

Dahulu dianggap bahwa semua zat yang diperlukan tumbuhan diambil dari humus yang terdapat di dalam tanah. Pendapat itu dikenal dengan teori humus. Menurut hasil penelitian para ahli, tumbuhan mengambil zat-zat dari lingkungannya. Sekarang timbul

pertanyaan zat-zat apakah yang diambil dari tanah, dan zat-zat apa yang berasal dari udara? Bagaimanakah cara mengetahui bahwa zat-zat tertentu mutlak diperlukan oleh tumbuhan sedangkan zat-zat lainnya tidak begitu dibutuhkan tumbuhan? Dengan menjalankan percobaan menggunakan kultur air atau kultur pasir yang diberi zat makanan, pertanyaan diatas dapat dijawab sebagai berikut. Unsur C diambil dari udara dalam bentuk CO2. Hal ini dapat dibuktikan dengan percobaan mengalirkan udara tanpa CO2

kepada tumbuhan, ternyata pertumbuhannya berhenti.

Unsur-unsur selain C yang diperlukan tumbuhan diambil dalam bentuk zat anorganik berupa ion-ion garam. Baik dalam bentuk anion maupun kation dalam larutan. Dengan mengurangi zat-zat makanan dalam larutan secara bergantian, maka diketahui ada zat mutlak diperlukan (sebagai unsur esensial) dan ada yang tidak (non esensial). Bila zat yang mutlak diperlukan tidak diberikan, tumbuhan akan memperlihatkan gejala sakit (kekurangan unsur), yang disebut defisiensi. Selanjutnya dapat kita lihat fungsi unsur-unsur di atas dan

gejala defisiensi yang muncul jika kekurangan unsur tersebut dialami oleh suatu tumbuhan.

Unsur-unsur C, H, O. Unsur-unsur ini mempunyai peranan dalam proses fotosintesis (asimilasi karbon) yang diambil dalam bentuk CO2 dari udara, dan H2O dari dalam tanah. Kekurangan air berakibat fatal pada tumbuhan, yaitu menyebabkan tumbuhan menjadi layu, kering dan mati.

1.    Nitrogen (N). Unsur ini terutama dibutuhkan untuk membentuk protein bersama-sama dengan unsur C, H, O. Protein banyak dibutuhkan pada bagian yang sedang tumbuh sehingga penting sekali untuk pertumbuhan vegetatif. Gejala kekurangan unsur N, terutamapada daun tua, adalah warna daun menjadi hijau muda dan akhirnya kuning, tanaman menjadi kerdil, buah tak sempurna, kecil-kecil dan lekas masak.

2.    Fosfor (P). Unsur ini terutama dibutuhkan untuk pembentukan bunga dan buah, yakni pada bagian-bagian tanaman yang sedang dalam pertumbuhan, jika kekurangan unsur P, pada daun tua terlihat gejala antara lain warna daun hijau tua, atau lebih tua daripada biasanya,tanaman kerdil, pembentukan buah jelek, menurunkan hasil biji.

3.    Kalium (K). Unsur ini bersifat bergerak (mobil). Peranannya adalah memperlancar pertukaran zat, proses asimilasi, dan memperkuat serabut-serabut, sehingga secara langsung memperkuat tubuh tumbuhan itu. Defisiensi unsur ini memperlihatkan gejala pada daun tuanya, daun mula-mula berkerut, ujung daun tepinya pucat (klorosis),kadang-kadang gugur dan buahnya lekas gugur, umbinya berkurang, dan batangnya juga lemah.

4.    Sulfur (S). Unsur ini perlu untuk membentuk protein bersama unsur C, H, O, dan N. Selain itu, unsur ini untuk mmembentuk vitamin B1, juga penting untuk ketahanan dan pertumbuhan. Defisiensi unsur ini pada daun muda terlihat warnanya menjadi hijau muda, kadang-kadang tidak merata sehingga menjadi kekuning-kuningan.

5.    Magnesium (Mg). Unsur ini digunakan untuk membentuk klorofil. Defisiensi Mg terjadi pada daun tua, memperlihatkan gejala klorosis pada tulang-tulang daun dan akhirnya menjadi kuning dan lemah.

6.    Kalsium (Ca). Unsur ini banyak terdapat pada daun dan batang, tetapi kurang pada biji. Unsur ini berguna mengatur permeablitas dinding sel. Kalau ion K mempertinggi permeabilitas dinding sel, maka ion Ca sebaliknya. Hal ini mencegah terlalu banyaknya pengisapan air agar struktur koloid sitoplasma tidak menjadi rusak. Defisiensi Ca terjadi pada daun muda, terlihat gejala klorosis pada ujung dan tepi daun, kemudian ke tulang daun dan pucuk. Selain itu kuncupnya akan mati, dan perakaran kurang sekali.

7.    Ferum atau besi (Fe). Unsur ini merupakan katalisator pada pembentukan hijau daun. Selain itu berfungsi untuk pembentukan enzim-enzim pernapasan yang mengoksidasikan karbohidrat menjadi CO2 dan H2 O. Defisiensi Fe pada tanaman muda memperlihatkan klorosis diantara tulang-tulang daun dari daun muda dan kemudian menjadi kuning.

8.    Mangan (Mn). Unsur ini penting untuk pembentukan hijau daun dan enzim-enzim pernapasan. Defisiensinya menyebabkan daun muda mengalami klorosis di antara tulang-tulang daun, sedangkan tulang daunnya sendiri tidak.

9.    Boron (B). Unsur ini berguna dalam pertumbuhan jaringan. Defisiensinya menyebabkan pertumbuhan meristem berkas pembuluh angkut terganggu. Kuncup dan pucuknya mati dan daun mengalami klorosis di tepinya.

10.  Cuprum atau tembaga (Cu). Unsur ini penting dalam mereduksi nitrat. Defisiensinya mengakibatkan pertumbuhan terganggu dan bila terlalu banyak akan menjadi racun.

11.  Zincum atau Seng (Zn). Unsur ini penting untuk mengaktifkan beberapa enzim dalam pembentukan asam indol asetat (hormon tumbuh tanaman). Defisiensi seng mengakibatkan salah tumbuh pada ujung akar yang akhirnya menghambat pertumbuhan.

Daftar Pustaka:

Zulianti Siregar, Amelia dkk. 2008. Biologi Pertanian Jilid 1. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan