ENZIM - Materi Biologi untuk SMA/MA Kelas XII - senior high school

 

ENZIM

 

Enzim adalah senyawa protein yang bekerja sebagai katalis atau biokatalisator (mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi). Zat yang dipengaruhi oleh enzim disebut substrat, sedangkan hasil reaksinya disebut produk. Nama enzim pada umumnya sesuai dengan nama substratnya dan diberi akhiran –ase. Contohnya lipase (mengubah lipid), dan selulase (menguraikan selulosa).

Klasifikasi Enzim

Berdasarkan tempat kerjanya,

Enzim dibangun dari protein yang dilipat menjadi bentuk yang rumit; mereka hadir di seluruh tubuh. Reaksi kimia yang membuat kita tetap hidup - metabolisme kita - bergantung pada pekerjaan yang dilakukan enzim. 

Enzim mempercepat (mengkatalisasi) reaksi kimia; dalam beberapa kasus, enzim dapat membuat reaksi kimia jutaan kali lebih cepat daripada tanpa reaksi kimia. Substrat berikatan dengan situs aktif enzim dan diubah menjadi produk. Setelah produk meninggalkan situs aktif, enzim siap untuk menempel pada substrat baru dan mengulangi prosesnya. 

Sebelumnya, enzim diberi nama berdasarkan orang yang menemukannya. 

Dengan penelitian lebih lanjut, klasifikasi menjadi lebih komprehensif.

Menurut Persatuan Ahli Biokimia Internasional (I U B), enzim dibagi menjadi 

enam kelas fungsional dan diklasifikasikan berdasarkan jenis reaksi yang 

digunakan untuk mengkatalisasi. Keenam jenis enzim tersebut adalah hidrolase, 

oksidoreduktase, lyase, transferase, ligase, dan isomerase.

Di bawah ini adalah klasifikasi enzim yang dibahas secara rinci:

Oxidoreductase	Enzim oksidoreduktase mengkatalisis reaksi oksidasi dimana elektron cenderung bergerak dari satu bentuk molekul ke bentuk lain.
Transferase	Enzim Transferase membantu dalam pengangkutan kelompok fungsional antara akseptor dan molekul donor.
Hydrolase	Hidrolase adalah enzim hidrolitik, yang mengkatalisis reaksi hidrolisis dengan menambahkan air untuk memutus ikatan dan menghidrolisisnya.
Lyase	Menambahkan air, karbon dioksida, atau amonia melintasi ikatan rangkap atau menghilangkannya untuk membuat ikatan rangkap.
Isomerase	Enzim Isomerase mengkatalisasi perubahan struktural yang ada dalam molekul, sehingga menyebabkan perubahan bentuk molekul.
Ligase	Enzim Ligase dikenal untuk mengisi katalisis dari proses ligasi.

 

Komponen penyusun enzim

Enzim yang lengkap tersusun atas senyawa protein dan nonprotein. Komponen protein disebut apoenzim. Bagian nonprotein disebut gugus prostetik, yang dapat berupa ion organik maupun senyawa organik kompleks. Gugus protestik yang dari ion organik disebut kofaktor, contohnya kalsium (Ca), klor (Cl), natrium (Na), dan kalium (K). Atom logam yang dapat dijadikan kofaktor antara lain seng (Zn), besi (Fe), tembaga (Cu), dan magnesium (Mg). Kofaktor berfungsi sebagai katalis yang dapat meningkatkan fungsi enzim. Enzim yang terikat dengan dengan kofaktor disebut holoenzim.

          

 

Cara kerja enzim

Enzim memiliki sisi aktif (berbentuk celah atau kantung) yang berfungsi sebagai katalis. Enzim meningkatkan laju reaksi kimia dengan cara menurunkan energi aktivasi. Energi Aktivasi (EA) yang sangat besar merupakan rintangan terjadinya reaksi sehingga EA perlu diturunkan.

Enzim berbentuk tiga dimensi dengan sisi aktif yang sangat spesifik sehingga hanya molekul substrat tertentu yang dapat berikatan. Mula-mula enzim akan berikatan dengan substrat, setelah terbentuk produk, enzim akan terlepas kembali. Ada dua teori yang dapat menerangkan kerja enzim terhadap substrat, yaitu teori gembok dengan anak kuncinya (lock and key theory), dan teori kecocokan yang terinduksi (induced fit theory).

 

Teori Gembok dan Kunci (Lock and Key theory)

Bentuk sisi enzim sangat spesifik, sehingga hanya molekul dengan bentuk tertentu yang dapat menjadi substrat bagi enzim. Enzim dan substrat akan bergabung membentuk kompleks enzim-substrat, seperti kunci yang masuk ke dalam gembok. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.

Gambar. Kerja enzim berdasarkan teori gembok dan kunci

 

Teori Kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)

Berdasarkan bukti dari kristalografi sinar X, analisis kimia sisi aktif enzim, serta teknik yang lain diduga bahwa sisi aktif enzim bukan merupakan bentuk yang kaku. Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif termodifikasi melingkupinya membentuk kompleks enzim-substrat. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, enzim kembali tidak aktif menjadi bentuk yang lepas hingga sustrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut.

Gambar. Kerja enzim berdasarkan teori kecocokan yang terinduksi

 

 

Sifat-sifat enzim

a.    Enzim hanya mengubah kecepatan reaksi, artinya enzim tidak mengubah produk akhir yang dibentuk atau mempengaruhi keseimbangan reaksi, hanya meningkatkan laju suatu reaksi.

b.    Enzim bekerja secara spesifik, artinya enzim hanya mempengaruhi substrat tertentu saja.

c.     Enzim merupakan protein. Oleh karena itu, enzim memiliki sifat seperti protein. Antara lain bekerja pada suhu optimum, umumnya pada suhu kamar. Enzim akan kehilangan aktivitasnya karena pH yang terlalu asam atau basa kuat, dan pelarut organik. Selain itu, panas yang terlalu tinggi akan membuat enzim terdenaturasi sehingga tidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya.

d.    Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit. Sesuai dengan fungsinya sebagai katalisator, enzim diperlukan dalam jumlah yang sedikit.

e.    Enzim bekerja secara bolak-balik. Reaksi-reaksi yang dikendalikan enzim dapat berbalik, artinya enzim tidak menentukan arah reaksi tetapi hanya mempercepat laju reaksi sehingga tercapai keseimbangan. Enzim dapat menguraikan suatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain. Atau sebaliknya, menyusun senyawa- senyawa menjadi senyawa tertentu. Reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut.

f.     Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim adalah suhu, pH, aktivator (pengaktif), dan inhibitor (penghambat) serta konsentrasi substrat.

 

Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim

a.    Suhu

Aktivitas enzim meningkat dengan meningkatnya suhu sampai titik tertentu. Jika suhu terlalu tinggi enzim akan mengalami denaturasi (rusak).

b.    pH

Setiap enzim memiliki pH optimum. Perubahan kondisi asam dan basa akan mempengaruhi bentuk tiga dimensi enzim dan dapat menyebabkan denaturasi.

c.     Aktivator dan inhibitor

Aktivator merupakan molekul yang mempermudah ikatan antara enzim dan substrat. Contohnya ion klorida yang berperan dalam aktivitas amylase dalam saliva.

Inhibitor merupakan molekul penghambat ikatan enzim dan substrat. Contohnya sianida, yang menutupi sisi aktif enzim yang terlibat dalam respirasi.

d.    Konsentrasi enzim

Semakin besar konsentrasi enzim, semakin besar pula kecepatan reaksi yang berlangsung.

e.    Konsentrasi substrat

Bila jumlah enzim dalam keadaan tetap, kecepatan reaksi akan meningkat dengan penambahan konsentrasi substrat. Namun pada saat sisi aktif enzim semua bekerja, penambahan konsentrasi substrat tidak dapat meningkatkan kecepatan reaksi enzim lebih lanjut.

 

 

DAFTAR PUSTAKA

Aryulina, Diyah. Dkk. 2007. Biologi SMA dan MA untuk Kelas XII. Jakarta: ESIS.

Campbell, dkk. 2012. Biologi Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta. Penerbit Erlangga.

Irnaningtyas, 2018. Biologi SMA/MA untuk Kelas XII. Jakarta: Penerbit Erlangga.

 

MEMBRAN SEL DAN TRANSPORT MEMBRAN MATERI BIOLOGI UNTUK SMA/MA KELAS XI

 

 

MEMBRAN SEL DAN TRANSPORT MEMBRAN

 

A.       MEMBRAN SEL

Membran sel (membrane plasma) adalah batas kehidupan, perbatasan yang memisahkan sel hidup dari lingkungan sekelilingnya. Memiliki ketebalan hanya 8 nm yang bertugas mengontrol lalu-lintas keluar-masuk sel yang diselubunginya. Seperti semua membrane biologis, membrane sel menunjukkan permeabilitas selektif (selective permeability); artinya, memungkinkan beberapa zat untuk menembus membrane tersebut secara lebih mudah daripada zat-zat yang lain. Keluar masuknya zat melalui membran sel disebut sebagai transport membran.

 

Struktur Membran Sel

Gambar struktur membran sel

Membran sel tersusun atas lipid (lemak) dan protein yang merupakan unsur utama penyusunya, dan juga terdapat karbohidrat yang tidak kalah penting sebagai unsur penyusun membran sel. Lipid yang paling melimpah di sebagian besar membran adalah fosfolipid. Fosfolipid adalah molekul amfipatik (amphipathic), yang berarti memiliki wilayah hidrofilik (dapat bereaksi dengan air) dan hidrofobik (sukar bereaksi dengan air).

Gambar Fosfolipid Membran Sel

Fluiditas Membrane Sel

Membrane sel bukanlah lembaran statis yang tersusun dari molekul-molekul yang terkunci dan kaku di tempatnya. Sebagian besar lipid dan beberapa protein dapat bergeser kesana-kemari secara lateral dalam bidang membran, seperti sekumpulan orang dalam satu ruangan yang sesak dan dapat berdesak-desakan dengan orang lain.

Protein Membran Sel

Membran sel memiliki lapisan ganda fosfolipid yang di dalamnya tertanam protein, yang dapat melekat secara permanen atau sementara. Terdapat dua jenis protein membran, yaitu protein integral dan protein perifer. Protein integral melekat secara permanen ke membran dan biasanya transmembran (membentang melintasi lapisan ganda fosfolipid), sedangkan protein perifer terikat sementara oleh interaksi non-kovalen dan berhubungan dengan salah satu permukaan membran sel. Struktur asam amino protein membran terlokalisir menurut polaritas. Asam amino non-polar (hidrofobik) berhubungan langsung dengan fosfolipid bilayer, sedangkan asam amino polar (hidrofilik) terletak secara internal dan dapat berhubungan dengan larutan berair. Bagian polar (hidrofilik) ini disebut dengan kanal/saluran, karena memungkinkan zat tertentu dapat melewatinya. Berikut ini adalah gambar protein membrane dan letaknya di dalam fosfolipid bilayer.

Gambar Protein Membran Sel

 

Fungsi Protein Membran Sel

•      Menghubungkan dan menggabungkan dua sel yang berdekatan
•          Mengatur jalur metabolisme sel.
•          Bertanggung jawab dalam transportasi zat tertentu yang masuk dan keluar sel.
•          Dapat dijadikan tanda/ ciri khusus dalam identifikasi seluler.
•          Tempat melekatnya matriks sitoskeleton.
•         Berfungsi sebagai reseptor untuk hotmon peptide.

 

Karbohidrat Membran Sel

Salah satu komponen membran sel adalah karbohidrat membran yang terikat secara kimiawi dengan glikolipid dan glikoprotein. Meskipun beberapa karbohidrat dapat ditemukan menempel pada membran intraseluler, sebagian besar dari mereka berada di lapisan luar membran sel, menghadap ruang ekstraseluler. Sintesis karbohidrat membran dimulai pada retikulum endoplasma, dan dimodifikasi di kompleks Golgi untuk menambahkan banyak monomer baru sehingga terbentuk molekul karbohidrat kompleks.

Karbohidrat membran melakukan dua fungsi utama, yaitu berpartisipasi dalam pengenalan/persinyalan, dan adhesi sel. Karbohidrat membrane memiliki peran struktural sebagai alat untuk mengenal dan berinteraksi dengan sel lain, serta dianggap sebagai penghalang fisik dari pathogen. Misalnya, golongan darah ditentukan oleh karbohidrat permukaan sel eritrosit, dan mereka juga memiliki kemampuan untuk memicu respons imunologis. Karbohidrat sebagai molekul pengenal juga penting selama perkembangan embrionik.

 

B.        TRANSPORT MEMBRAN

Interaksi sel dengan sel lain atau dengan lingkunganya sangat dibutuhkan untuk mempertahankan kelangsungan hidup sel tersebut. Interaksi sel dilakukan dengan cara transport melalui membran plasma. Transport melalui membran dapat dibedakan menjadi dua, yaitu transport pasif dan transport aktif.

Transport Pasif

Transport pasif merupakan transportasi sel yang dilakukan melalui membran sel tanpa membutuhkan energi. Transport pasif terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi zat yang berada di dalam sel dengan zat yang berada di luar sel. Transport pasif meliputi difusi, difusi terfasilitasi, dan osmosis.

1.    Difusi

Molekul memiliki tipe energi yang disebut gerak termal (panas atau kalor). Salah satu gerak termal adalah difusi (diffusion), yaitu pergerakan molekul zat sehingga tersebar merata di dalam ruang yang tersedia . Pergerakan molekul/zat terlarut pada difusi terjadi dari tempat yang konsentrasinya tinggi ke tempat yang konsentrasinya lebih rendah untuk mencapai kesetimbangan. Dengan kata lain, zat apapun akan berdifusi (bergerak) menuruni gradient konsentrasi. Untuk memahaminya, mari kita bayangkan selembar membran sintetik yang memisahkan air murni dengan larutan pewarna dalam air. Anggaplah membran ini memiliki pori-pori mikroskopis dan bersifat permeabel terhadap molekul pewarna. Setiap molekul pewarna akan bergerak secara acak dan akan ada perpindahan molekul pewarna melintasi membrane ke sisi yang awalnya beisi air murni. Molekul pewarna akan terus menyebar melintasi membran hingga kedua larutan memiliki konsentrasi pewarna yang sama. Setelah dicapai konsentrasi yang sama, kesetimbangan dinamik akan berlangsung dengan pewarna yang sama banyak akan bergerak melintasi membran dalam dua arah dalam setiap detik. Gambar dapat di lihat di bawah ini.

Gambar Difusi satu zat terlarut

 

2.    Difusi terfasilitasi

Fungsi lapisan ganda (phospholipid bilayer) membran sel yaitu mengatur keluar masuknya zat di dalam sel. Banyak zat seperti molekul polar dan ion yang dihalangi lapisan ganda tersebut sehingga tidak dapat berdifusi secara pasif. Zat-zat tersebut dapat berdifusi secara pasif berkat bantuan protein transport yang membentang di dalam membran. Fenomena ini dikenal sebagai difusi terfasilitasi atau difusi dipermudah (facilitated diffusion). Menurut para ahli biologi yang mempelajari tentang protein transport yang memfasilitasi difusi, sebagian besar protein transport sangat spesifik. Protein tersebut mentransport beberapa zat tetapi tidak meloloskan zat-zat lain. protein yang biasanya membantu proses difusi terfasilitasi adalah protein integral. Ada dua tipe protein transport yang melaksanakan difusi terfasilitasi. Ke duanya dapat mentransport/mengangkut zat terlarut ke dua arah, dan pergerakan netto (zat terlarut) terjadi menuruni gradient konsentrasi.

a.       Protein saluran memiliki saluran yang dapat dilalui oleh molekul air atau zat terlarut spesifik.

 

b.      Protein pembawa berubah bentuk untuk membawa zat terlarut menyeberangi membran.

3.    Osmosis

Pada dasarnya, osmosis adalah termasuk peristiwa difusi. Yang membedakan keduanya adalah pada osmosis, yang bergerak melalui membran sel (selekif-permeabel) ialah air dari larutan hipotonis (larutan dengan konsentrasi air tinggi dan konsentrasi zat terlarut rendah) ke larutan hipertonis (larutan dengan konsentrasi air rendah dan konsentrasi zat terlarut tinggi).

 

Transport aktif

pada difusi terfasilitasi, transport membrane dibantu oleh protein, akan tetapi dianggap sebagai transport pasif karena zat terlarut bergerak menuruni gradient konsentrasi. Difusi terfasilitasi mempercepat transport zat terlarut dengan cara menyediakan saluran yang efisien melalui membran, namun tidak mengubah arah transport sehingga tidak membutuhkan energi. Akan tetapi beberapa protein transport dapat memindahkan zat terlarut melawan gradient konsentrasinya, melintasi membran sel dari sisi yang konsentrasinya rendah ke sisi yang konsentrasinya lebih tinggi.

Kerja dari protein transport yang membawa zat terlarut dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi (melawan gradient konsentrasi), dibutuhkan energi (ATP) sehingga sel harus mengeluarkan energi agar perpindahan zat dapat terjadi. Tipe lalu-lintas membran sel ini disebut transport aktif (active transport). Protein transport yang bekerja dalam transport aktif adalah protein pembawa, bukan protein saluran. Protein saluran hanya membiarkan zat terlarut mengalir menuruni gradient konsentrasi, bukan mengambil dan mentransportnya melawan gradient konsentrasi. Lalu, bagaimana ATP mensuplai energi selama transport?

Salah satu cara ATP mensuplai tenaga/energi bagi transport aktif adalah dengan mentransfer gugus fosfst terminalnya secara langsung ke protein transport. Fosfat yang diberikan ATP akan menginduksi protein sehingga berubah bentuk sehingga zat terlarut dapat terikat ke protein dan dapat melintasi membran sel. Salah satu contoh sistem transport aktif adalah pompa natrium-kalium (sodium-potasium pump). Pompa ini bekerja  mempertukarkan natrium (Na⁺)dengan Kalium (K⁺) melewati membran sel hewan.

Sistem transport pompa natrium-kalium bekerja memompa ion melawan gradient konsentrasi yang sangat curam. Konsentrasi ion natrium (disimbolkan dengan [Na⁺]) tinggi di luar sel dan rendah di dalam sel. Sementara ion kalium  ([K⁺]) rendah di luar sel dan tinggi di dalam sel. Pompa ini mengalami perubahan dua bentuk silih-berganti dalam siklus pemompaan, yaitu mentranspotr tiga ion natrium ke luar sel untuk setiap dua ion kalium yang dimasukkan ke dalam sel. Kedua bentuk pompa memiliki afinitas yang berbeda untuk kedua jenis ion. ATP menyuplai energi untuk perubahan bentuk ini dengan cara memfosforilasi protein transport (mentransfer satu gugus fosfat ke protein transport). berikut ini adalah mekanisme peristiwa pompa natrim-kalium. 

	1.       Na+ pada sitoplasma berikatan dengan pompa natrium-kalium. Pada saat seperti ini, afinitas terhadap Na+ tinggi.   Pengikatan Na+ merangsang fosforilasi (penampahan ggugus fosfat) protein oleh ATP.
	2.       Fosforilasi menyebabkan protein berubah bentuk, sehingga afinitasnya terhadap Na+ menurun, dan dilepaskan ke luar sel.
	3.       Bentuk baru protein memiliki afinitas tinggi terhadap K+ yang ada di luar sel sehingga berikatan dengan protein transport, dan memicu pelepasan gugus fosfat.
	4.  Hilangnya fosfat mengembalikan bentuk protein, yang memiliki afinitas lebih rendah terhadap K+.   K+ dilepaskan, afinitas terhadap Na+ tinggi lagi, dan siklus ini berulang.

 

Eksositosis dan Endositosis

Air dan zat terlarut yang berukuran kecil memasuki dan meninggalkan sel secara berdifusi melalui lapisan ganda lipid membran sel atau dengan cara dipompa oleh protein transport. Bagaimana dengan molekul besar? Molekul besar, seperti protein, dan polisakarida, atau molekul lain berukuran besar, biasanya melintasi membran secara massal melalui mekanisme pengemasan oleh vesikel. Seperti transport aktif, proses ini membutuhkan energi.

1.       Eksositosis

Biasanya terjadi ketika sel akan mengeluarkan sekret (molekul biologis) tertentu. Vesikel transport dibentuk oleh golgi bergerak di sepanjang mikrotubulus ke membran sel. Ketika membrane vesikel dan membrane sel bersentuhan, molekul lipid kedua membran akan berfusi dan membentuk lapisan ganda membran sel. Isi vesikel akan tumpah dan keluar dari sel, sementara membrane vesikel akan menjadi bagian dari membran sel. Inilah yang disebut eksositosis.  

Sel-sel sekretori meggunakan eksositosis untuk mengekspor produknya. Misalnya sel-sel pancreas membuat dan menyekresikan insulin ke luar sel. Contoh lainya adalah neuron (sel saraf) yang menggunakan eksositosis untuk mengeluarkan neurotrasnmiter yang memberikan sinyal kepada neuron lain atau sel otot.

 

2.       Endositosis

Pada endositosis, sel mengambil partikel atau molekul lain dengan cara membentuk vesikel baru dari membran sel. Walaupun protein yang bekerja berbeda, proses endositosis seperti kebalikan dari eksositosis. Proses terjadinya endositosis dimulai dengan membran sel membentuk lekukan seperti kantong ke arah dalam sel. Setelah bertambah dalam, kantong terlepas dari membran sel dan membentuk vesikel yang mengandung materi yang diangkut. Terdapat tiga tipe endositosis, yaitu fagositosis, pinositosis, dan endositosis yang diperantarai reseptor.

a.    Fagositosis, terjadi saat sel menelan partikel padat dengan cara menyelubungi partikel dengan pseudopodia (kaki semu) dan megemasnya dalam kantong berselaput yang cukup besar (vakuola).

b.  Pinositosis, terjadi saat memasukkan cairan ekstraseluler ke dalam sel dengan membentuk kantong vesikel.

c.  Endositosis yang diperantarai reseptor, terjadi saat fluida (cairan) ekstraseluler terikat pada reseptor spesifik spesifik yang berkumpul pada lubang yang dilapisi protein pada membran sel, kemudian membentuk vesikel.

 

 

DAFTAR PUSTAKA

Bio Ninja. 2018. Membrane Proteins. https://ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-1-cell-biology/13-membrane-structure/membrane-proteins.html

Campbell, dkk. 2010. Biologi Edisi Kedelapan Jilid I. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Irnaningtyas. 2016. Biologi Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta. Penerbit Erlangga.

 

PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN TUMBUHAN UNTUK SMA/MA KELAS XII - MATERI BIOLOGI SMA/MA

PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN TUMBUHAN

KELAS XII

Sebelum membahas lebih lanjut tentang pertumbuhan dan perkembangan, coba perhatikan gambar berikut ini:

Gambar pertumbuhan dan perkembangan tanaman

Pernahkan kita memikirkan mengapa tumbuhan di atas mengalami perubahan ukuran dan bentuk? Pada waktu baru ditanam ukuranya kecil, setelah beberapa waktu tumbuh besar dan menghasilkan bunga. Dari gambar di atas dapat kita simpulkan bahwa tanaman tersebut mengalami perubahan ukuran yang disebut dengan pertumbuhan.

Selama pertumbuhan, organisme mengalami peningkatan atau pematangan aktivitas organ. Proses ini berperan untuk meningkatkan fungsi organisme menjadi lebih sempurna. sebagai contoh tanaman di atas bertambah besar dan menghasilkan bunga (sebagai alat perkembangbiakan). Pada manusia misalnya, anak kecil akan tumbuh dan berkembang menjadi remaja. Remaja tumbuh dan berkembang menjadi dewasa atau mengalami pubertas, di mana manusia mampu bereproduksi (menghasilkan keturunan).

Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan

Pertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel pada suatu organisme. Pertumbuhan bersifat irreversible atau tidak dapat kembali ke bentuk semula. Proses pertumbuhan ditandai dengan pertambahan berat tubuh. Proses pertumbuhan bersamaan dengan proses perkembangan karena keduanya merupakan proses saling terkait.

Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan diawali dengan pertumbuhan bakal biji dan bakal buah. Tahap berikutnya adalah perkecambahan biji. Biji tumbuhan yang mengalami perkecambahan akan mengalami pertumbuhan dan perkembangan sampai akhirnya menjadi tumbuhan dewasa yang dapat menghasilkan biji kembali. Untuk mempelajari pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan kita ambil contoh tumbuhan berbji tertutup (Angiospermae).

1.    Proses pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan

Proses pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan dibagi menjadi tiga tahap, yaitu perkecambahan, pertumbuhan primer, dan pertumbuhan sekunder.

a.      Perkecambahan

Biji yang jatuh dari pohonnya akan segera tumbuh jika berada di lingkungan dengan kondisi yang sesuai. Jika lingkungan tidak sesuai, maka biji yang jatuh akan mengalami dormansi. Artinya biji tidak tumbuh dan berkembang.

Awal perkecambahan dimulai dengan berakhirnya masa dormansi. Dormansi pada biji berakhir ketika ada air yang masuk ke dalam biji yang disebut dengan proses imbibisi. Masuknya air kedalam biji akan merangsan aktivitas enzim yang berperan dalam perkecambahan. Adanya enzim tersebut akan memacu proses perbanyakan sel atau pembelahan sel. Akan tetapi sel-sel tersebut belum terdiferensiasi. Setelah mengalami perbanyakan sel, kemudian sel-sel tersebut akan terspesialisasi membentuk organ (akar, batang, daun) pada tumbuhan yang disebut organogenesis.

Biji dapat berkecambah karena di dalamnya terdapat embrio atau lembaga tumbuhan. embrio memiliki tiga bagian, yaitu radikula (batang lembaga/calon akar), kotiledon (daun lembaga), dan kaulikulus (batang lembaga).

Gambar struktur biji

·      Proses perkecambahan:

1)      Proses perkecambahan diawali dengan masuknya air ke dalam biji. Biji yang kering akan menyerap air dari lingkungan sekitarnya, proses penyerapan air oleh biji ini disebut dengan istilah imbibisi.

2)      Setelah biji menyerap air, ukuran biji akan mengembang dan membesar menyebabkan kulit biji kadang menjadi pecah.

3)      Air yang masuk akan memicu aktifnya hormon giberelin pada embrio, hormon tersebut kemudian akan memicu sel-sel di lapisan aleuron untuk memproduksi enzim amilase. 

4)      Enzim amilase yang telah dihasilkan akan bekerja di endosperma (cadangan makanan) untuk mengubah pati menjadi gula.

5)      Kemudian gula yang telah dihasilkan akan ditransfer kepada embrio sebagai bahan untuk pertumbuhan embrio.

Jadi secara ringkas proses perkecambahan adalah sebagai berikut:

Air masuk à mengaktifkan giberelin à memicu produksi amilase à

amilase memecah pati menjadi gula à gula sebagai bahan pertumbuhan embrio.

·      Tipe Perkecambahan

Berdasarkan letak kotiledon pada saat biji berkecambah, tipe perkecambahan ada dua, yaitu hypogeal dan epigeal.

1)   Perkecambahan Hypogeal

perkecambahan hypogeal merupakan perkecambahan yang ditandai dengan terbentuknya bakal batang yang muncul ke permukaan tanah, sedangkan kotiledon tetap berada di dalam tanah (hipokotil tetap berada di dalam tanah).

2)   Perkecambahan Epigeal

Perkecambahan Epigeal ditandai dengan bagian hipokotil terangkat ke atas permukaan tanah. Kotiledon sebagai cadangan energi akan melakukan proses pembelahan sangat cepat untuk membentuk daun. Contohnya pada perkecambahan kacang hijau (Phaseolus radiatus).

b.      Pertumbuhan primer

Pertumbuhan primer terjadi pada embrio, ujung akar, dan ujung batang. Zigot sebagai hasil pembuahan sel telur oleh sel kelamin jantan akan tumbuh dan berkem­bang menjadi embrio. Kumpulan sel yang membentuk embrio ini disebut jaringan embrional atau jaringan meristem.

Pertumbuhan primer merupakan pertumbuhan dasar yang dapat terjadi akibat adanya aktivitas pembelahan sel pada jaringan meristem primer. Jaringan meristem primer ini berada pada daerah titik tumbuh primer yaitu ujung akar dan ujung batang. Pada jaringan meristem terdapat titik atau bagian yang aktif membelah. Setelah proses perkecambahan, tumbuhan mengalami pertumbuhan dan perkembangan lebih lanjut. Tumbuhan akan membentuk akar, batang, dan daun. Ujung batang dan ujung akar akan tumbuh memanjang karena adanya aktivitas sel-sel meristematis. Proses ini disebut pertumbuhan primer. Sel-sel meristem dapat juga berdiferensiasi menjadi sel-sel yang memiliki struktur dan fungsi yang khusus. Tiga sistem jaringan primer yang terbentuk sebagai berikut:

·      Protoderm, yaitu lapisan terluar yang akan membentuk jaringan epidermis.

·      Meristem dasar yang akan berkembang menjadi jaringan dasar yang mengisi lapisan korteks pada akar di antara stele dan epidermis.

·      Prokambium, yaitu lapisan dalam yang akan berkembang menjadi silinder pusat, yaitu floem dan xilem.

Pada bagian-bagian akar terjadi pertumbuhan. Namun, pertambahan panjang pada masing-masing zona (gambar pertumbuhan primer pada ujung akar) berbeda. Ini menunjukkan bahwa kecepatan pertumbuhan pada berbagai bagian akar tersebut tidak merata. Bagian yang pertumbuhannya paling cepat adalah di daerah bagian belakang ujung akar. Makin jauh dari ujung pertum­buhannya semakin lambat. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa pada ujung akar tumbuhan biji terdapat tiga daerah pertumbuhan dan per­kembangan, yaitu daerah pembelahan, daerah pemanjangan, dan daerah diferensiasi.

Daerah pertumbuhan primer pada ujung akar

Daerah pertumbuhan primer pada ujung batang

Pada batang, di daerah pemanjangan, sel-selnya akan tumbuh membesar dan memanjang serta jaringan pembuluh sudah mulai tampak. Pada daerah diferensiasi akan membentuk beberapa jaringan yaitu epidermis, korteks, dan silinder pusat. Setelah pertumbuhan tanaman muda hingga mencapai tanaman dewasa, proses pertumbuhan tanaman tersebut melambat atau disebut periode perlambatan. Pada periode tersebut, sebenarnya tumbuhan itu sedang memasuki masa perkembangan menuju tanaman dewasa yang ditandai dengan tidak adanya penambahan panjang atau ukurannya, tetapi sedang berkembang menuju pada kedewasaannya.

Ciri-ciri suatu tumbuhan dikatakan sudah dewasa yaitu ditandai dengan terbentuknya bunga. Pada bunga inilah terdapat alat kelamin betina berupa putik maupun alat kelamin jantan berupa benang sari yang berfungsi sebagai alat perkembangbiakan suatu tumbuhan. Setelah terjadi persarian (penyerbukan), putik oleh benang sari akan dihasilkan buah berbiji dan biji inilah yang nantinya akan tumbuh menjadi tanaman baru.

c.       Pertumbuhan sekunder

Setelah mengalami pertumbuhan primer, selanjutnya tumbuhan mengalami pertumbuhan sekunder. Pertumbuhan sekunder akan mengakibatkan bertambah besarnya diameter batang. Umumnya hanya tumbuhan berbiji terbuka (gymnospermae) dan tumbuhan dikotil (berkeping dua). Pada monokotil tidak terjadi pertumbuhan sekunder kecuali pada keluarga palem-paleman (palmae).

Pertumbuhan sekunder dapat diamati pada setiap pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. tahap pertambahan panjang akar dan batang disebut pertumbuhan primer. Pada tahap berikutnya terlihat makin lama batang tumbuh semakin besar, inilah yang disebut pertumbuhan sekunder.

Pada pertumbuhan sekunder, yang aktif membelah adalah sel-sel meristem yang terdapat pada kambium. Kambium terletak diantara xylem dan floem. Pembelahan terjadi secara radial yaitu pembelahan sel yang terdapat di sekitar xylem mengarah ke dalam dan sel-sel yang terdapat di bagian floem mengarah ke luar. Bagian itu disebut jaringan meristem kambium. Akibat pertumbuhan tersebut akan terbentuk xylem sekunder dan floem sekunder. Pertumbuhan jaringan ini akan membentuk formasi melingkar yang disebut lingkaran tahun.

Aktivitas kambium yang membentuk xylem dan floem sekunder sering tidak seimbang dengan pertumbuhan kulit batang tumbuhan. keadaan ini menyebabkan jaringan epidermis dan korteks luar menjadi pecah-pecah dan rusak. Rusaknya jaringan ini akan membahayakan jaringan di dalamnya. tumbuhan mengatasi hal ini dengan membentuk kambium gabus (felogen), atau jaringan gabus yang membentuk felem kea rah luar dan feloderm kea rah dalam. Felem (lapisan gabus) merupakan sel-sel mati, dan feloderm (korteks sekunder) merupakan sel-sel hidup. Pada beberapa tempat di jaringan gabus terdapat celah-celah gabus yang disebut lentisel. Fungsi lentisel adalah sebagai tempat masuknya air dan udara ke dalam sel-sel tumbuhan.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan

Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua, yaitu faktor internal dan faktor eksternal.  Kedua faktor ini memiliki peran masing-masing dalam proses pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Berikut adalah uraian kedua faktor ini dalam mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.

1.    Faktor Internal

Faktor internal terdiri dari gen dan hormon. Berikut penjelasannya:

·      Gen

Gen merupakan substansi pembawa sifat yang diturunkan dari induk ke generasi selanjutnya. Gen mempengaruhi ciri dan sifat makhluk hidup dimana pada tanaman mempengaruhi bentuk tubuh, warna bunga, dan rasa buah. Gen juga menentukan kemampuan metabolisme sehingga sangat mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman tersebut. Tanaman yang memiliki gen tumbuh yang baik akan tumbuh dan berkembang cepat sesuai dengan periodenya.

Meskipun faktor dari gen sangat penting, namun faktor ini bukan satu-satunya yang menentukan pola pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Di samping itu ada faktor lingkungan yang ikut berpengaruh. Misalnya pada tanaman yang memiliki sifat unggul, hanya dapat tumbuh dengan cepat, berbuah lebat, dan rasanya manis di lahan yang subur dan kondisinya sesuai. Bila ditanam di lahan tandus dan kondisinya tidak sesuai, pertumbuhan dan perkembangan tanaman ini tidak akan optimal.

·      Hormon

Hormon merupakan zat yang berperan dalam mengendalikan berbagai fungsi di dalam tubuh. Meskipun jumlahnya sedikit, hormon memberikan pengaruh nyata dalam pengaturan berbagai proses dalam tubuh. Hormon yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada tanaman ada beragam jenisnya.

1)        Auksin, berperan untuk memacu proses pemanjangan, pembelahan, dan diferensiasi sel.

Auksin dihasilkan oleh koleoptil (titik tumbuh) pucuk tumbuhan. jika terkena cahaya matahari, auksin menjadi tidak atif. Kondisi ini mengakibatkan bagian yang terkena cahaya matahari tumbuh lembih lambat dibandingkan dengan bagian yang tidak terkena cahaya matahari. Akibatnya tumbuhan bengkok kea rah cahaya.

Auksin yang dihasilkan pada tunas apikal (ujung batang) akan menghambat pertumbuhan tunas lateral (samping) atau tunas ketiak. Bila tunas apikal batang dipotong, tunas lateral akan menumbuhkan daun-daun. Peristiwa ini disebut dominansi apikal.

2)        Giberlin bersama dengan auksin, berperan dalam perkembangan dan perkecambahan embrio, serta pembentukan biji. Dalam pembentukan biji, giberelin merangsang pembentukan serbuk sari (polen), memperbesar ukuran buah, merangsang pembentukan bunga, dan mengakhiri masa dormansi biji.

3)        Etilen, berperan untuk pematangan buah dan perontokan daun.

4)        Sitokinin, berperan untuk pembelahan sel atau sitokenesis, seperti merangsang pembentukan akar dan cabang tanaman, mengatur pertumbuhan pucuk dan daun, memperbesar daun muda, dan menghambat proses penuaan.

5)        Asam absisat, berperan untuk proses penuaan dan gugurnya daun.

6)        Kalin, berperan untuk proses organogenesis tanaman. Macam-macam kalin

-          Rizokalin, mempengaruhi pembentukan akar

-          Kaulokalin, mempengaruhi pembentukan batang

-          Filokalin, mempengaruhi pembentukan daun

-          Antokalin, mempengaruhi pembentukan bunga

7)        Asam traumalin, berperan untuk regenerasi sel apabila mengalami kerusakan jaringan.

2.    Faktor Eksternal

Faktor eksternal yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan yaitu temperatur/suhu, cahaya matahari, air, kelembaban, pH, dan nutrisi.

a.      Temperatur/suhu

Suhu memiliki pengaruh nyata terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Contohnya pada padi yang ditanam pada awal musim kemarau dimana suhu rata-rata tinggi akan lebih cepat dipanen daripada padi yang ditanam pada musim penghujan dimana suhu rata-rata lebih rendah. Hal ini disebabkan karena semua proses dalam pertumbuhan dan perkembangan seperti penyerapan air, fotosintesis, penguapan, dan pernapasan pada tanaman dipengaruhi oleh suhu.

b.      Cahaya Matahari

Cahaya berpengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan makhluk hidup. Tanaman sangat membutuhkan cahaya matahari untuk fotosintesis. Namun keberadaan cahaya ternyata dapat menghambat pertumbuhan tumbuhan karena cahaya dapat merusak hormon auksin yang terdapat pada ujung batang.

c.       Air, Kelembaban, dan pH

Air dan kelembaban merupakan faktor penting untuk pertumbuhan dan perkembangan. Air sangat dibutuhkan oleh makhluk hidup. Tanpa air, makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup. Air merupakan tempat berlangsungnya reaksi-reaksi kimia di dalam tubuh. Kelembaban mempengaruhi keberadaan air yang dapat diserap oleh tanaman mengurangi penguapan. Kondisi ini sangat mempengaruhi sekali terhadap pemanjangan sel. Kelembaban juga penting untuk mempertahankan stabilitas bentuk sel.

Faktor pH (keasaman) yang berpengaruh dalam pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan adalah pH tanah. Tingkat keasaman tanah dapat menyebabkan keracunan pada tumbuhan. Masing-masing jenis tanah memiliki tingkat keasaman yang berbeda. Jika pH tanah terlalu asam, maka harus diturunkan dengan cara pengapuran.

d.      Nutrisi

Nutrisi merupakan bahan baku dan sumber energi dalam proses metabolisme tubuh. Kualitas dan kuantitas nutrisi akan mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Tanaman membutuhkan nutrisi berupa air dan zat hara yang terlarut dalam air. Melalui proses fotosintesis, air dan karbon dioksida diubah menjadi zat makanan. Zat hara tidak berperan langsung dalam proses fotosintesis, namun sangat diperlukan agar tanaman dapat tumbuh dan berkembang dengan baik. Nutrisi tumbuhan dibedakan menjadi dua, yaitu unsur makro dan mikro. Berikut ini adalah macam-macam unsur makro dan mikro yang diperlukan tumbuhan beserta penjelasanya.

-       Unsur hara makro, yaitu unsur hara yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah besar. Unsur hara yang tergolong unsur hara makro yaitu : Nitrogen (N), Phosfor (P), Kalium (K), Sulfur/belerang  (S), Calsium (Ca), dan Magnesium (Mg)

-       Unsur hara mikro, yaitu unsur hara yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah yang tidak terlalu banyak dan bervariasi tergantung jenis tanaman. Yang tergolong unsur hara mikro antara lain Klor (Cl), Zat besi (Fe), Mangan (Mn), Tembaga (Cu), Seng (Zn), Boron (B), Molibdenum (Mo)

DAFTAR PUSTAKA

Aryulina, Diah. Dkk. 2007. Biologi SMA dan MA untuk Kelas XII. Jakarta. Esis

Astutipuji. 2018. Unsur Hara Kebutuhan Tanaman. Artikel. Dinas Pangan, Pertanian, dan Perikanan Pontianak. https://pertanian.pontianakkota.go.id/artikel/52-unsur-hara-kebutuhan-tanaman.html

Campbell, dkk. 2012. Biologi Edisi Kedelapan Jilid 2. Jakarta. Penerbit Erlangga.

Irnaningtyas. 2018. Biologi untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta. Penerbit Erlangga.