Mengapa tumbuhan padi bisa tumbuh subur pada iklim yang basah dan dingin, dan tanaman jagung memiliki keunggulan mampu tumbuh pada iklim yang lebih panas?
Pada padi, Fiksasi awal karbon terjadi melalui rubisco, enzim pada siklus calvin yang berfungsi mengikat CO2 dan menambahkannya ke RuBP. Tumbuhan semacam itu disebut tumbuhan C3 karena produk organik pertama dari fiksasi karbon merupakan senyawa berkarbon 3.
Pada hari yang panas dan kering, stomata tumbuhan C3 akan menutup sebagian, sehingga pasokan CO2 juga berkurang. Penurunan kadar CO2 dalam daun akan menghambat siklus calvin, sehingga gula yang dhasilkan juga berkurang. Disamping itu Rubisco akan mengikat O2 sebagai ganti CO2, proses ini dinamakan fotorespirasi.
Pada fotorespirasi, rubisco yang mengikat O2 hanya akan menghasilkan satu PGA serta fosfoglikolat, dua molekul karbon yang beracun bagi tumbuhan. Inilah sebabnya mengapa fotorespirasi kadang disebut sebagai siklus C2 karena pembentukan Fosfoklikolat tersebut. Di sisi lain, untuk mengurangi konsekuensi negatif dari fosfoglikolat, tumbuhan harus meminimalkan fotorespirasi, yaitu dengan cara menjaga stomata daun tetap terbuka, agar oksigen bisa keluar sehingga konsentrasi oksigen dalam daun tetap rendah .
Namun stomata yang terbuka juga mengaibatkan proses transpirasi. Transpirasi adalah penguapan air dari dalam tumbuhan melalui stomata. Sebagian besar air yang diserap oleh akar tumbuhan hilang dengan cara ini. Inilah sebabnya stomata lebih banyak di bagian bawah daun.
Transpirasi sebenarnya memberikan keuntungan tersendiri. Penguapan air dari stomata daun menghasilkan pergerakan air yang naik dari akar, karena adanya proses osmotik, sehingga memungkinkan aliran nutrisi dan mineral bersama dengan air secara masal.
Pada iklim yang basah dan dingin, kehilangan air melalui transpirasi bukanlah menjadi suatu masalah, sehingga meskipun stomata tetap terbuka tumbuhan c3 mampu tumbuh subur, namun akan jadi masalah apabila iklim lebih panas dan keringn. Disinilah kelebihan dari tumbuhan c4, ia mampu tumbuh subur dalam kondisi yang lebih panas, karena mampu beradaptasi dengan baik melalui anatomi kranz.
Mari kita bandingkan penampang daun tanaman c dan c4, keduanya memiliki epidermis atas dan epidermis bawah serta stomata. Tumbuhan C3 memiliki 2 jenis sel mesofil yang berbeda, yaitu jaringan palisade dan jaringan bunga karang.sedangkan tumbuhan C4 tidak memiliki spesialisasi ini. Kedua tumbuhan C3 dan C4 sama-sama memiliki seludang pembuluh, namun pada tumbuhan c4 ukurannya lebih besar.
Selanjunya kita akan fokus pada bagaimana anatomi c4 mampu mengatasi masalah fotorespirasi.
mari kita lihat jalur c4, khususnya di mesofil dan sel seludang pembuluh, mari perbesar sel-sel ini.
Langkah pertama, dalam mesofil daun terdapat enzim PEP karboksilase, enzim ini memiliki afinitas jauh lebih tinggi terhadap karbondioksida daripada rubisko, dan tidak memiliki afinitas terhadap oksigen. PEP karboksilase berfungsi menambahkan CO2 ke fosfoenol pyruvat (PEP), membentuk produk berkarbon 4, Oksaloasetat. Oleh sebab itu jalur ini disebut sebagai C4, karena produk pertama yang dihasilkan setelah terjadinya penambahan CO2 adalah produk berkarbon 4.
Langkah Kedua, setelah tumbuhan c4 mengfiksasi karbon dari CO2, oksaloasetat kemudian diubah menjadi malat, selanjutnya sel mesofil mengeksport malat ke sel seludang pembuluh melalui plasmodesmata.
Lankah ke 3, dalam sel seludang pembuluh, senyawa berkarbon 4 ini melepaskan co2, menjadi pyruvat. Co2 yang dilepaskan akan diikat oleh rubisco untuk masuk ke siklus calvin. Dengan demikian, konsentrasi co2 di dalam sel seludang pembuluh tetap tinggi, sehingga siklus calvin terus berlanjut tanpa terjadi fotorespirasi. Senyawa piruvat yang terbentuk kemudian ditranspor kembali ke sel mesofil, disini ATP digunakan untuk mengubah pyruvat menjadi PEP, sehingga siklus reaksipun dapat terus berlanjut. ATP yang digunakan berasal dari reaksi terang dengan aliran elektron siklik, karena sel ini hanya mengandung PS I.
Selain C3, dan C4, ada juga adaptasi fotosintetik berikutnya yaitu CAM, adaptasi ini terjadi pada tumbuhan sekulen atau tumbuhan penyimpan air, seperti kaktus, nanas, dan beberapa famili tumbuhan lain. Tumbuhan-tumbuhan ini membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada malam hari, berlawanan dengan tumbuhan lain. Tumbuhan yang menutup pada siang hari membantu tumbuhan gurun mempertahankan air, namun juga mencegah co2 memasuki daun. Pada malam hari ketika stomatanya terbuka, tumbuhan ini mengambil co2 dan menggabungkannya ke dalam berbagai asam organik membentuk produk berkarbon 4. Mode fiksasi karbon ini disebut dengan metabolisme asam krasulasea, atau CAM berdasarkan famili tumbuhan crassulaceae, tumbuhan sekulen tempat proses ini pertama kali ditemukan. Sel mesofil tumbuhan CAM menyimpan asam organiknya yang diperolehnya pada malam hari di dalam vakuola, kemudian pada siang hari ketika reaksi terang dapat menyuplai ATP dan NADPH, CO2 dilepaskan dari asam organik untuk memasuki siklus calvin.
Sebenarnya jalur CAM miirip dengan jalur C4, karena pada keduanya karbondioksida pertama-tema digabungkan ke dalam intermediet-intermediet organik sebelum memasuki siklus calvin. Perbedaannya adalah bahwa pada tumbuhan c4, langkah-langkah awal fiksasi carbon terpisah secara struktural dari siklus calvin, sedangkan dalam tumbuhan CAM, kedua langkah terjadi pada saat yang berbeda namun di dalam sel yang sama. Dan perlu diingat bahwa baik c3, c4 maupun CAM, ketiganya pada akhirnya menggunakan siklus calvin untuk membuat gula dari karbondioksida.
No comments:
Post a Comment