Dormansi

Dormansi

                Dormansi merupakan periode biji atau organ tumbuhan yang tak aktif (Barbour et al., 1987). Dormansi merupakan kondisi biji yang tak mengalami germinasi. Kondisi germinansi menguntungkan dalam hal temperatur, air dan oksigen (Lambers et al., 2008). Dormansi pada tumbuhan terjadi karena kerasnya seed coat¸embrio undeveloped, memerlukan faktor lingkungan tertentu, dan adanya inhibitor (Sadeghi et al., 2009). Dengan terjadinya dormansi, biji dapat tumbuh pada waktu dan tempat yang paling menguntungkan untuk tumbuh (Campbell et all. 2010). Beberapa biji memerlukan panas/asap untuk mengakhiri dormansi, sedangkan biji tumbuhan lain ada yang perlu suhu rendah atau cahaya (Campbell et all. 2010).

                Scarifiaction digunakan untuk mengatasi kerasnya biji dan temperatur rendah untuk mengatasi dormansi embrio biji (Sadeghi et al., 2009).  Dormansi biji yang memiliki seed coats keras dapat dilakukan dengan merusak secara artifikali dengan merusak biji (Rand, 2001). Perusakan biji dengan mekanik dilakukan secara menipiskan seed coats dengan parut atau pisau (Rand, 2001). Perusakan seed coats akan membua air dan oksigen dapat menetrasi embrio (Rand, 2001).

                Scarifiaction menggunakan bahan kimia akan meningkatkan perkecambahan biji (Sadeghi et al., 2009). Scarified dengan asam paling optimum pada merendaman 15, 10 dan 20 menit (Sadeghi et al., 2009). Konsentrasi asam sulfur dapat membantu air melakukan proses penetrasi jaringan biji sehingga mengubah fisiologikal dan terjadi germinasi embrio (Sadeghi et al., 2009). Proses germinasi akan menurun ketika perendaman asam lebih dari 15 menit akibat rusaknya embrio akibat kontaknya dengan asam sulfur ketika periode dilanjutkan (Sadeghi et al., 2009).

                Scarifiaction dengan cara mekanik dilakukan dengan membuat goresan dengan amplas akan meningkatkan germinasi (Sadeghi et al., 2009).

Sumber:

Barbour, M. G., J. H. Burk, & W. D. Pitts. 1987. Terrestrial plant ecology. The Benjamin/Cummings Publishing Company. California. P 352

Campbell,  N. A., J. B. Reece, L. A. Urry, M. L., Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, & R. B. Jackson. 2010. Biologi. Erlangga. Jakarta. P. 394

Lambers, H., T. L. Pons, and F. S. Chapin III. 2008. Plant physiological ecology. Springer. New York. p.375 

Rand, J. P. 2001. Plant Biology. IDG Books Worldwide. New York. P. 123.

Sadeghi, S., Z. Y. Ashrafi, M. F. Tabatabai, and H. M. Alizade. 2009. Study Methods of Dormancy Breaking and Germination of Common Madder (Rubia tinctorum L.) Seed in Laboratory Conditions. Botany Research International. 2(1):7-10.

Perkecambahan Biji

 Perkecambahan Biji

                Germinasi biji merupakan suatu mekanisme berupa perubahan morfologi dan fisiologi yang menghasilkan aktifasi embrio (Miransari and Smith, 2014). Germinasi terjadi ketika biji mengabsrobsi air yang memicu perbesaran dan elongation pada embrio biji, melunakkan seed coat juga mengaktifkan proses metabolisme (Miransari and Smith, 2014; Brooker et al., 2011; Postlethwait and Hopson,2006). Air yang masuk ke biji terjadi karena potensial air pada biji kering rendah (Campbell et all. 2010). Aktifnya metabolisme terjadi ketika enzim yang telah aktif berkat adanya air akan mengubah amilum di kotiledon atau endoseperm menjadi gula yang lebih sederhana (Postlethwait and Hopson,2006). Kemudian nutrien dari kotiledon ditransfer ke bagian embrio yang tumbuh (Campbell et all. 2010). Pengubahan gula kompleks menjadi lebih sederhana ini akan menghasilkan energi embrio untuk tumbuh (Postlethwait and Hopson,2006). Dengan demikian pelunakkan seed coat akan membuka sehingga oksigen dapat digunakan untuk respirasi embrio (Postlethwait and Hopson,2006).  Selanjutnya radikula tumbuh dari lapisan yang menutupi biji dan ujung tunas akan menembus permukaan tanah (Campbell et all. 2010). Dan terbentuk seddling (Miransari and Smith, 2014; Brooker et al., 2011). Apa bila seedling memperoleh nutrien dari lingkungan dan dapat tumbuh dewasa serta memproduksi bunga (Brooker et al., 2011).

Faktor yang menghambat perkecambahan pada biji pohon hutan tropika berupa: kandungan air sedikit saat pematangan biji, adanya lapisan keras pada biji, ukuran kecil, perkembangan embrio yang terlalu awal, dan adanya zat kimia dengan sifat inhibitor sehingga menghambat perkecambahan (Turner, 2004). Biji dengan lapisan keras membutuhkan kondisi lingkungan tertentu dan bantuan hewan untuk berkecambah (Turner, 2004).

Sumber:

Brooker, R. J., E. P. Widmaier, L. E. Graham, & P. D. Stiling. 2011. Biology. 2nd ed. McGraw-Hill. New York. P. 815

Campbell,  N. A., J. B. Reece, L. A. Urry, M. L., Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, & R. B. Jackson. 2010. Biologi. Erlangga. Jakarta. Phal. 394-395

Miransari, M. And D. L. Smith. 2014. Plant Hormones and Seed Germination. Environmental and Experimental Botany. 99 (2014): 110-121.

Postlethwait, J. H. & J. L. Hopson. 2006. Modern biology. Holt, Rinehart and Winston. New York. P.  612

 Turner, I. M. 2004. The Ecology of Trees In the Tropical Rain Forest. Cambridge.  New York. p. 188. 

Nutrien mikro

Nutrien mikron

                Mikronutrien merupakan element yang diperlukan dalam jumlah 0,1 g/kg massa kering tumbuhan (Brooker et al., 2011). Mikronutrien essensial terdiri dari:

a.       Besi

Besi dibuthkan oleh tumbuhan sebagai penyusun molekul dalam transport elektron dan kofaktor enzim (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Besi yang digunakan oleh tumbuhan dalam bentuk Fe²⁺ dan Fe³⁺ yang didapat dalam tanah (Brooker et al., 2011). Besi memiliki 0,01% dari berat kering tumbuhan (Brooker et al., 2011). 

b.      Mangan

Mangan diperlukan oleh tumbuhan untuk enzim dan kofaktor enzim (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011).  Mangan diserap dalam bentuk Mn²⁺ dan di dapat dari tanah (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Mangan menyusun 0,005 % dari berat kering tumbuhan (Brooker et al., 2011).

c.       Boron

Boron diperlukan oleh tumbuhan karena berperan dalam transport karbohidrat, kofaktor enzim dan komponen dinding sel (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Boron memiliki 0,002% dari berat kering tumbuhan dan didapat di tanah (Brooker et al., 2011). Boron diserap dalam bentuk B(OH)₃ (Brooker et al., 2011).

d.      Klor

Klor dibutuhkan untuk memecah air dalam proses fotosintesis (Postlethwait & Hopson, 2006). Klor diserap dalam bentuk Clˉ (Postlethwait & Hopson, 2006). Klor menyusun 0,01 % dari berat kering tumbuhan dan didapat dalam tanah (Brooker et al., 2011).

e.      Kopper

Kopper diserap dalam bentuk Cu²⁺ dan Cu⁺ digunakan untuk metabolisme nitrogen serta kofaktor enzim (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Kopper membentuk 0,0006 % dari berat kering tumbuhan dan di dapat di tanah (Brooker et al., 2011).

f.        Zinc

Zinc digunakan sebagai bagian essensial enzim dan enzim kofaktor (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Zinc diserap dalam bentuk Zn²⁺ dan di dapat dalam tanah (Brooker et al., 2011). Zinc membentuk 0,002 % dari berat kering tumbuhan (Brooker et al., 2011).

g.       Molybdenum

Molybdenum diserap dalam bentuk MoO₄²ˉ (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Molybdenum membentuk 0,00001% dari berat kering tumbuhan dari berat kering tumbuhan dan didapat dalam tanah. Molybdenum berperan dalam enzim kofaktor dan berperan dalam metabolisme nitrogen (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011).

h.      Nikel

Nikel diperlukan untuk enzim kofaktor (Brooker et al., 2011). Nikel membentuk 0,000005% dari berat kering tumbuhan serta di dapat dalam bentuk tanah dan diserap dalam bentuk Ni²⁺ (Brooker et al., 2011).

Mikro nutrien dapat diabsorbsi pada tumbuha dari tanah berupa besi, boron, klor, mangan, zinc, copper, molibdenum dan nikel (Rand, 2001).

Sumber:

Brooker, R. J., E. P. Widmaier, L. E. Graham, & P. D. Stiling. 2011. Biology. 2nd ed. McGraw-Hill. New York. p. 771

Postlethwait, J. H. & J. L. Hopson. 2006. Modern biology. Holt, Rinehart and Winston. New York. p. 591

Rand, J. P. 2001. Plant Biology. IDG Books Worldwide. New York. P. 107

Makronutrien

Makronutrien

                Makronutrien merupakan unsur yang dibutuhkan sel tumbuhan dengan kebutuhan lebih dari 1000mg/kg dari berat bersih (Postlethwait & Hopson, 2006). Nutrien yang dibuthkan digunakan untuk pertumbuhan (Postlethwait & Hopson, 2006). Makronutrien yang dibutuhkan berupa:

a.       Nitrogen

Nitrogen dibutuhkan untuk bagian protein, asam nuklea, klorofil, koenzim, alkaloid dan ATP (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Nitrogen yang diserap oleh tumbuhan berupa NO₃ˉ dan NH₄⁺ (Postlethwait & Hopson, 2006). Nitrogen diperoleh tumbuhan dari tanah (Brooker et al., 2011). Nitrogen dalam tumbuhan memiliki 1,5 % berat kering tumbuhan (Brooker et al., 2011).

b.       Fosfor

Fosfor dibutuhkan tumbuhan yang berguna untuk pembentuk asam nukleat, ATP, fosfolipid dan koenzim (Postlethwait & Hopson, 2006).  Fosfor yang diserap berupa H₂PO₄ˉ (Postlethwait & Hopson, 2006). Fosfor menyusun 0,2% berat kering tumbuhan dan di dapat dari tanah.

c.       Kalium

Kalium yang diserap oleh tumbuhan berupa K⁺ (Postlethwait & Hopson, 2006).  Kalium berperan dalam bukaan dan penutupan stomata,berperan dalam keseimbangan ion sel serta kofaktor enzim (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011).  Kalium membentuk 1% dari berat bersih tumbuhan dan didapat dari tanah (Brooker et al., 2011).

d.       Kalsium

Kalsium digunakan tumbuhan untuk menyusun dinding sel dan sel membran serta pembawa pesan sinyal transduction (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011).  Kalsium diserap dalam bentuk Ca²⁺(Postlethwait & Hopson, 2006). Kalsium menyusun 0,5% berat kering tumbuhan dan di dapat dari tanah (Brooker et al., 2011).

e.       Magnesium

Magnesium diserap dalam bentuk Mg²⁺ dan berguna sebagai bagian klorofil serta mengaktifkan beberapa enzim (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Magnesium menyusun 0,2% dari berat kering tumbuhan dan di dapat dari tanah.

f.        Sulfur

Sulfur digunakan oleh tumbuhan sebagai penyusun protein,beberapa koenzim serta kompenen proteksi dan diserap dalam bentuk SO₄²ˉ(Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Sulfur menyusun 0,1% dari berat kering tumbuhan dan di dapat dari tanah (Brooker et al., 2011).

g.       Karbon

Karbon dibutuhkan sebagai komponen molekul organik dalam bentuk CO₂ (Brooker et al., 2011). Karbon didapatkan di dalam udara dan memiliki 45% dari berat kering tumbuhan (Brooker et al., 2011).

h.       Oksigen

Oksigen didapatkan udara, tanah dan air (Brooker et al., 2011). Oksigen diambil oleh tumbuhan dalam bentuk CO₂, O₂ dan H₂O (Brooker et al., 2011). Oksigen digunakan tumbuhan untuk menyusun komponen molekul organik (Brooker et al., 2011).

                Makronutrien dapat berasal dari udara dan tanah. Makronutrien yang di dapat dengan mengabsorbsi dari udara adalah oksigen, karbon dan hidrogen (Rand, 2001). Makronutrien yang didapat dari tanah berupa nitrogen, kalium, magnesium, fosfor, kalsium dan sulfur (Rand, 2001).

Sumber:

Brooker, R. J., E. P. Widmaier, L. E. Graham, & P. D. Stiling. 2011. Biology. 2nd ed. McGraw-Hill. New York. p. 772

Postlethwait, J. H. & J. L. Hopson. 2006. Modern biology. Holt, Rinehart and Winston. New York. p 590, 591.

Rand, J. P. 2001. Plant Biology. IDG Books Worldwide. New York. P. 107

METALLOTHIONEIN

MAKALAH BIOKIMIA LANJUT

METALLOTHIONEIN

NAMA            : CANDRA PUSPITA R.

NIM                : 12/339127/BI/8994

LABORATORIUM BIOKIMIA

FAKULTAS BIOLOGI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

2015

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI  …………………...…………………………………………………………….2

BAB 1 PENDAHULUAN…………………………………………………………………….3

BAB 2 PEMBAHASAN…....…………………………………………………………………4

BAB 3 KESIMPULAN…………………...………………………………………………….13

BAB 1
PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Protein terdiri dari bermacam-macam asam amino. Dengan komposisi asam amino yang berbeda akan menghasilkan protein yang berbeda-beda. Salah satu contoh protein adalah metallothionein. Metallothionein merupakan salah satu protein yang tersusun dari sistein. Protein ini seperti protein pada umumnya merupakan polimer dari asam amino. Protein ini dapat kita temukan pada mamalia, cendawan dan beberapa prokarotik.

Metallothionein memiliki struktur, karakteristik dan fungsi yang berbeda dari protein lain. Struktur dan fungsi dari protein ini akan terpengaruh oleh kombinasi, jumlah dan urutan asam amino penyusunnya.

B. TUJUAN                                   

            Makalah ini bertujuan untuk mempelajari struktur, fungsi, dan sintesis metallothionein.

C. RUMUSAN MASALAH

            Logam ketika masuk  ke dalam  sel akan mengacaukan proses metabolisme.  Dan ketika metabolisme tidak berjalan dengan baik, akan terjadi kerusakan organ dan selanjutnya akan menyebabkan  kematian. Dalam mengatasi adanya logam berat, tubuh menghasilkan protein metallothionein untuk mendetoksifikasinya. Dan seperti apakah fungsi, struktur dan karakteristik serta sintesis protein ini? Dan sintesis protein ini berfungsi untuk apa?

BAB II

PEMBAHASAN

a.       Struktur dan karakteristik

Metallothionein terdapat dimana-mana dan merupakan molekuler protein. Protein metallohionein merupakan sebuah protein tjionein yang mengikat logam. Protein ini memiliki berat molekul rendah dengan berat molekul 6000-7000 dalton serta terkandung asam amino sistein 30%. Asam amino sistein dan thiol menyusun protein metallohionein dengan komposisi tinggi dan berakibat daya afinitasnya kuat pada logam. Protein ini memiliki sifat heat-stable.

Protein ini merupakan polipeptida dengan metal ekstream tinggi. Metallothionein memiliki kespesifikan terhadap logam, dan MT hanya mengikat 1 jenis logam. Contohnya terdapat MT pengikat Cd, MT pengikat Hg, MT pengikat Pb, MT pengikat Zn dan MT pengikat logam lainnya. MT dibagi menjadi 3 dalam subfamili menurut Carpene et al.,  terbagai dalam 4 subfamili, yaitu:

1.      MT-1/ MT-2

MT-1/ MT-2  merupakan isomer. Protein ini akan terlibat dalam homeostatis zinc dan proteksi melawan toksisitas logam berat dan stres oksidatif.

2.      MT-3

MT ini akan terekspresi pada neurins serta glia.

3.      MT-4

MT-4 banyak terdapat pada diferensiasi bertingkat sel squamosa epithelial.

Menurut Carpene et al.,  struktur mettalothionein berupa:

1.      Thionein

MTs mamalia terdapat informasi mekanisme yang tepat. Informasi ini berupa inisial ion metal chelation tersisa seperti hilangnya kinetik dan subsequent protein unfolding Apo-MT pada sel setimbang kuantitasnya seperti protein metalled yang mengindikasi peran potensial untuk MT pada absennya metal. Kalkulasi demetallation CdMT1a mengindikasikan protein metal bebas dengan struktur stabil.

2.      Metallation

Ketika thionein  telah disintesis di ribosom akan terjadi kejenuhan dengan perbedaan metal ion berdasarkan spesifik isoform atau jumlah berbedaan konsentrasi metal yang tersedia. MT-3 mengikat ion Zn dan Cd lebih lemah dari MT-2 tapi ikatan metalnya lebih mengekspos kapasitas dan plastisitasnya. Rendahnya afinitas ikatan logam dapat terjadi karena koneksi dengan menyelipan hexapeptide dan pada saat bersamaan dengan penyelipan acidic yang ikut serta pada adisional ikatan metal.

3.      Dimerization

Domain N-terminal bertanggung jawab pada formasi non-oxidatil jembatan metal dimmer. Sedangkan pada kondisi aerobik, spesifikasi intermolekuler disulfida dibentuk antara domain C-terminal. Kedua bentuk dimer memperlihatkan perbedaan radikal pada properti reaktif pada kluster respektif  mereka pada pengikatan ion metal. Oksidasi cysteines telah berperan pada mekanisme diasosiatif yang mengkontrol fluktuasi zinc bebas dan modulasi jalur signal seluler.

b.      Fungsi

Metallothionein terdapat di hati. Fungsi protein ini untuk mendetoksifikasi logam metal. Keberadaan metallothionein di dalam tubuh organisme juga berfungsi untuk homeostatis (keseimbangan)  metal essensial, seperti Co dan Zn. Metallothionein juga dapat berperan sebagai antioksidan. Metallothionein sebagai antioksidan dengan cara melawan reactif oxygen sp. Peran protein juga berfunsi untuk melindungi DNA, oxidative stress,survival sel, angiogenesis dan apoptosis.

MT mengatur sebuah tiga proses dasar. Proses pertama mengatur pelepasan mediator gas seperti hidroksil oksida radikal. Proses kedua merupakan proses apoptosis. Dan pada proses yang ketika merupakan proses pertukaran dan mengikat logam berat.

Adanya metallothionein dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran logam. Adanya logam  pada lingkungan akan mengakibatkan jaringan menyerap logam. Selanjutnya MT  pada jaringan organisme mengikat logam dan bersifat sensitif sebagai biomarker. Adanya MT pada individu merupakan reaksi sebelum respon terjadi pada tingkatan organisasi biologi yang lebih tinggi.

c.       Sintesis

Protein MT terekspresi akibat adanya akumulasi logam berat. Protein ini dapat terekspresi di gonad, usus dan hepar. Karena protein ini berfungsi untuk mendetoksifikasi logam berat dan scavenger  radikal bebas sehingga akan terekspresikan protein MT.  Protein metal transcription factor-1 akan terlibat dalam mekanisme yang mengkontrol sintesis protein MT. Serta akumilasi logam mengaktifikasi MTF-1 dan tejadi translokasi ke nukleus dan berikatan dengan metal response element  yang berada di promoton gen MT. Kemudian ekspresi protein tersebut terpacu.

BAB III KESIMPULAN

Metallothionein memiliki struktur Thionein, metallation dan dimerization. Protein ini memiliki berat molekul yang rendah dan terdiri dari asam amino sistein dan thiol yang tinggi. Fungsi dari metallothionein adalah untuk mendetoksifikasi logam, mengankap radikal bebas, biomarker dan menjada homeostatis logam. Sintesis protein terjadi untuk mendetoksifikasi logam berat.

DAFTAR PUSTAKA

Anwar, Y. 2008. Isolasi dan Karakterisasi Fragmen cDNA dari Gen Penyandi Metallothionein Tipe 2 dari Kedelai Kultivar Slamet. Resporitory.ipb.ac.id/handle/123456789/11613. Diakses pada 26 Febuari.

Carpene, F., G. Andreani and G. Isani. 2007. Metallothionein Functions and Struktural Characteristics. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 21:35-39.

Dewi, N. K., Purwanto, and H. R. Sunoko. 2014. Metallothionein pada Hati Ikan sebagai Biomarker Pencemaran Kadmium (Cd) di Perairan Kaligarang Semarang. J. Manusia dan Lingkungan. 21(3): 304-309.

Rumahlatu, D., A. D. Corebima, M. Amin, F. Rachman. 2012. Kadmium dan Efeknya terhadap Ekspresi Protein Metallothionein pada Deadema setosum (Echinoidea; Echinodermata). J. Penelitian dan Perikanan. 1(1): 26-35.

Thirumoorthy, N., A. S. Sunder, KT. M. Kumar, M. S. Kumar, GNK. Ganesh, and M. Chatterjee. 2011. A Review of Metallothionein Isoforms and Their Role in Pathophysiology. World Journal of Surgical Oncology. 9:54

Fotosintesis

Fotosintesis

                Fotosintesis merupakan proses pengubahan energi dari matahari menjadi energi kimia menggunakan basis rantai makanan di bumi (Levetin and McMahon, 2008). Fotosintesis dibagi menjadi 2 tahap: reaksi terang dan siklus Calvin (Postlethwait & Hopson, 2006). Fotosintesisi membutuhkan H₂O dan CO₂ sebagai substrat (Suyitno, 2003). Substrat H₂O dan CO₂  didapat dari sisa reaksi oksidasi pada jaringan fotosintetik (Suyitno, 2003). Bahan CO₂  dapat juga berasal dari difusi dari atmosfer. Air dapat juga berasal dari lingkungan dengan proses absorbsi akar (Suyitno, 2003).

Reaksi terang menggunakan energi cahaya dengan mengabsorbsi dari matahari, selanjutnya diubah menjadi energi kimia(Postlethwait & Hopson, 2006). Energi kimia yang terbentuk dari reaksi terang berupa ATP dan molekul pembawa energi berupa NADPH (Postlethwait & Hopson, 2006). Proses ini terjadi ketika air dipecah sehingga tersedia elektron dan proton dan oksigen dilepaskan. Klorofil akan menyerap cahaya dan menggerakkan transfer elektron  dan ion hidrogen yang akan diterima oleh NADP⁺. Penggunaan sinar matahari pada reaksi terang berguna untuk mereduksi NADP⁺ dan mengubahnya menjadi NADPH dengan memberikan sepasang elektron dan H⁺. Penambahan fosfat pada ADP akan membentuk ATP pada reaksi ini (Campbell et al., 2010).

Siklus Calvin membentuk komponen organik dengan karbondioksida, ATP, dan NADPH (Postlethwait & Hopson, 2006).  Siklus ini dimulai saa karbondioksida dari udara bergabung dengan molekul organik yang ada di kloroplast. Siklus Calvin akan mereduksi karbon yang telah terfiksasi membentuk karbon pada proses penambahan elektron. Reduksi karbon membutuhkan energi berupa NADPH dan ATP. Siklus ini disebut juga reaksi gelap (Campbell et al., 2010).

Faktor lingkungan akan mempengaruhi proses fotosintesis. Kondisi lingkungan akan mempengaruhi fotosintesis pada kurun waktu yang singkat hanya berlangsung hari sampai ke minggu. Pengaruh kondisi lingkungan dalam waktu singkan akan meregulasi konduksi stomata serta kapasitas fotosintetik mesofil (Pallardy, 2008). Sedangkan kondisi lingkungan dalam kurun waktu yang lama akan meregulasi perubahan area daun (Pallardy, 2008). Faktor lingkungan yang mempengaruhi fotosintesis berupa:

a.       Intensitas cahaya

Intensitas cahaya akan mempengaruhi laju fotosintesis (Pallardy, 2008). Mikroklimat berupa cahaya akan memodifikasi tebal-tipisnya stand dan persebaran cabang (Pallardy, 2008). Stomata merespon adanya cahaya langsung atau ketika proses fotosintesis berlangsung terjadi deplesei CO₂ (Pallardy, 2008).

b.      Temperatur udara

Naiknya suplai karbondioksida dan tingginya intensitas cahaya akan menaikkan produksi fotosintesis bersamaan dengan naiknya temperatur udara sampai ke atas temperatur kritis yang dimulai dari penurunan secara cepat (Pallardy, 2008). Efek temperatur udara selalu termodifikasi oleh adanya intensitas cahaya, CO₂, suhu tanah, suplai  air, dan efek prekondisi faktor lingkungan (Pallardy, 2008). Tumbuhan memerlukan waktu untuk melakukan aklimasi temperature yang berguna untuk fotosintesis. Aklimasi pada tumbuhan berfungsi untuk merespon pada perubahan suhu (Pallardy, 2008). Respon ini  bergantung pada spesies, ontogeni dan status nutrien (Pallardy, 2008).

Tumbuhan secara subsjektif dipengaruhi oleh efek temperatur tinggi atau rendah (Pallardy, 2008). Suhu tinggi atau rendah ini akan berpengaruh pada laju fotosintesis (Pallardy, 2008).

c.       Temperatur tanah

Temperatur tanah akan mempengaruhi fotosintesis (Pallardy, 2008). Pada suhu yang rendah laju pengambilan karbondioksida menurun (Pallardy, 2008). Rendahnya suhu tanah merupakan faktor pembatas dominan pada fotosintensis (Pallardy, 2008).

d.      Karbondioksida

Ketersediaan karbondioksida untuk sel fotosintetik terbatasi oleh resisntensi pada jalur  difusi  termasuk batas lapisan atau udara, sirkulasi, stomal dan ruangan udara mesofil dan resistensi difusi liquid (Pallardy, 2008). Total mesofil mengkonduksi dengan menentukan biokimia dan karakteristik difusi serta berkorelasi dengan konsentrasi enzim fotosintetik karboksilasi dan kapabilitas fotokimia pada daun (Pallardy, 2008).

SUMBER:

Campbell,  N. A., J. B. Reece, L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, & R. B. Jackson. 2010. Biologi. Erlangga. Jakarta. P.203,204

Pallardy, S. G. 2008. Physiology of Woody Plants. 3th ed. Academic Press. Amsterdam. p. 132

Postlethwait, J. H. & J. L. Hopson. 2006. Modern biology. Holt, Rinehart and Winston. New York. p.114

Suyitno. 2003. Petunjuk Praktikum Fisiologi Tumbuhan Dasar. Program Studi Biologi Jurdik Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Negeri Yogyakarta. Yogyakarta. P. 39

transport nutrien pada sel; mikrobia berdasarkan kebutuhan sumber karbon dan energi; Mekanisme masuknya nutrien ke sel

1.       Trasnport nutrien yang berkaitan dengan struktur membran sel

Mikrobia menggunakan energi untuk memasukkan ion dan senyawa metabolisme melewati membran sel melawan gradiesn konsentrasi. Transport nutrien pada bakteri membutuhkan energi dan terbagi menjadi 2.  

Pertama transport aktif yang terjadi pada bakteri gram negatif yang memiliki 2 membran. Membran ini terdiri dari sitoplasma yang mengelilingi sel dan membran luar yang membentuk dinding sel. Porins merupakan protein karier pada transmembran yang membentuk saluran  dengan membran luar. Ion dan senyawa metabolit hydrophilic kecil masuk melalui porin dengan cara facilitated diffusion. Selanjutnya akan memasuki ruangan periplasmik, dan protein periplasmik yang spesifik akan berkombinasi dengan ion atau metabolit hasil difusi. Protein periplasmik akan memfasilitasi transport substansi ke sitoplasma menggunakan protein karier spesifik di sel membran. Ketika ATP terhidrolisis, protein karier akan berubah bentuk dan metabolite akan memasuki sitoplasma.

Mekanisme kedua merupakan mekanisme yang terjadi pada seluruh bakteri. Mekanisme ini disebut sebagai phosphotransferase system (PTS).  Pada sistem ini terdiri atas kompleks enzim gula-spesifik  yang disebut sebagai  permeases yang akan membentuk transport sistem melalui membran sel. Energi yang digunakan pada PTS merupakan molekul energi tinggi fosfat phosphoenolpyruvate (PEP). Saat PEP ada di sitoplasma, tersedia energi dan group fosfat ke permease di membran. Permease akan mentrasnfer fosfat ke molekul gula dan menggerakkannya melewati membran. Gula phosphorylated tertransport ke dalam sel dan bersiap menjalani metabolisme.

2.       Pengelompokkan mikrobia berdasarkan kebutuhan sumber karbon dan energi

Organisme yang menggunakan energi dari cahaya disebut sebagai fototrof sedangkan organisme yang memperoleh energi dari zat kimia disebut kemotrof. Organisme yang menggunakan energi dari hanya senyawa anorganik sebagai sumber karbonnya disebut sebagai autotrof. Heterotrof memerlukan nutrien organik sebgai sumber energi. Perbedaannya fototrof, kemotrof, autotrof dan heterotrof terdapat pada tabel 1.

                Tabel 1. Perbedaan anatara fototrof, kemotrof, autotrof dan heterotrof.

Mode nutrisi	Sumber energi	Sumber karbon	Tipe organisme
Autotrof
Fototrof	Cahaya	Karbondioksida	Prokariota fotosintetik, tumbuhan, dan beberapa protista
Kemoautotrof	Zat anorganik	Karbondioksida	Beberapa prokariota
Heterotrof
Fotoheterotrof	Cahaya	Senyawa organik	Beberapa prokariota
Kemoheterotrof	Senyawa organik	Senyawa organik	Prokariota, protista, fungi, hewan dan beberapa tumbuhan

3.       Mekanisme masuknya nutrien ke sel

Nutrien masuk ke dalam sel dapat melalui difusi yang terfasilitasi dan reaksi translokasi group.

Difusi terfasilitasi merupakan masuknya ion dan molekul polar secara difusi dengan bantuan protein transpor yang membentang kedua sisi membran.  Beberapa protein transpor bersifat spesifik, dapat meloloskan beberapa molekul/ ion tetapi tak meloloskan molekul dan ion lainnya.  Karier berperan seperti pintu berputar yang menyediakan kemudahan jalan satu arus untuk pergerakan substansi melewati membran. Molekul karier menjadi jenuh dan molekul yang sama terkadang berkompetisi  untuk karier yang sama. Kejenuhan muncul ketika seluruh molekul karier menggerakkan difusi substansi secepatnya. Dan akibatnya kecepatan difusi mencapai maksimal dan tak dpaat dinaikkan. Ketika karier dapat mentransport lebih dari satu substansi, substansi berkompetisi untuk mendapatkan proprosi untuk konsentrasi mereka.

                Reaksi translokasi group merupakan bergeraknya substansi dari luar sel bakteri menuju dalam ketika substansi mengalami modifikasi kimia sehingga tak dapat mengalami difusi untuk keluar. Akibat termodifikasinya molekul di dalam sel berbeda dengan diluar, gradien konsentrasi tidak terjadi. Reaksi ini membutuhkan energi dari PEP.

Sumber:

Black, J. B.  2008. Microbiology: Principles and Explorations. John Wiley and Sons

Campbell,  N. A., J. B. Reece, L. A. Urry, M. L., Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, & R. B. Jackson. 2010. Biologi. Erlangga. Jakarta.

Hubungan Fisika dengan Biologi

Hubungan Fisika dengan Biologi

Fisika adalah ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan penemuan dan pemahaman mendasar hukum-hukum yang menggerakkan materi, energi, ruang dan waktu. Fisika mencakup konstituen elementer alam semesta dan interaksi-interaksi fundamental di dalamnya, sebagaimana analisa sistem-sistem yang paling dapat dimengerti dalam artian prinsip-prinsip fundamental ini. Fisika adalah studi mengenai dunia anorganik, fisik, sebagai lawan dari dunia organik seperti biologi, fisiologi dan lain-lain .(assasjoss:2012)

Walaupun fisika terbagi atas beberapa bidang, hukum fisika berlaku universal. Tinjauan suatu fenomena dari bidang fisika tertentu akan memperoleh hasil yang sama jika ditinjau dari bidang fisika lain. Selain itu konsep-konsep dasar fisika tidak saja mendukung perkembangan fisika sendiri, tetapi juga perkembangan ilmu lain dan teknologi.Ilmu fisika menunjang riset murni maupun terapan. Ahli-ahli geologi dalam risetnya menggunakan metode-metode gravimetri, akustik, listrik, dan mekanika. Peralatan modern di rumah sakit-rumah sakit menerapkan ilmu fisika. Ahli-ahli astronomi memerlukan optik spektografi dan teknik radio. Demikian juga ahli-ahli meteorologi (ilmu cuaca), oseanologi (ilmu kelautan), dan seismologi memerlukan ilmu fisika.

Ilmu fisika memiliki cabang-cabang yang berhubungan dengan ilmu lain. Kemudian fisika dan ilmu lain mengalami penggabungan untuk memahami dan mempelajari hal yang saling berhubungan dan menghasilkan ilmu baru atau mengalami spesialisasi,yaitu:

1.      Mekanika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang gerak. Mekanika klasik terbagi atas dua bagian, yaitu Kinematika dan Dinamika.

1. Kinematika membahas bagaimana suatu objek dapat bergerak tanpa menyelidiki sebab-sebab apa yang menyebabkan suatu objek dapat bergerak
2. Dinamika mempelajari bagaimana suatu objek dapat bergerak dengan menyelidiki penyebabnya.

2.     Mekanika Kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom.

3.    Mekanika Fluida adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang fluida (dapat berupa cairan dan gas)

4.     Elektronika adalah ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikel bermuatan listrik dalam satu alat seperti komputer, peralatan elektronik, semikonduktor, dan lain-lain.

5.     Teknik Elektro atau Teknik Listrik adalah salah satu bidang ilmu teknik mengenai aplikasi listrik untuk memenuhi kebutuhan masyarakat.

6.     Elektrostatis adalah ilmu yang mempelajari tentang listrik statis

7.     Elektrodinamis adalah ilmu yang mempelajari tentang listrik dinamis

8.    Bioelektromagnetik adalah disiplin ilmu yang mempelajari tentang fenomena listrik, magnetik, dan elektromagnetik yang muncul pada jaringan makhluk hidup

9.    Termodinamika adalah kajian tentang energi atau panas yang berpindah

10.  Fisika Inti adalah ilmu fisika yang mengkaji atom/bagian-bagian atom

11.  Fisika Gelombang adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang gelombang

12.  Fisika Optik (Geometri) adalah ilmu fisika yang mempelajari tentang cahaya

13.  Kosmografi/Astronomi adalah ilmu yang mempelajari tentang berbintangan dan benda-benda angkasa

14.  Fisika Kedokteran (Fisika Medis) membahas bagaimana penggunaan ilmu fisika dalam bidang kedokteran (medis), diantaranya :

1. Biomekanika meliputi gaya dan hukum fluida dalam tubuh
2. Bioakuistik (bunyi dan efeknya pada sel hidup/ manusia)
3. Biooptik (mata dan penggunaan alat optik)
4. Biolistrik (sistem listrik pada sel hidup terutama pada jantung manusia)

15.  Fisika Radiasi adalah ilmu fisika yang mempelajari setiap proses di mana energi bergerak melalui media atau melalui ruang, dan akhirnya diserap oleh benda lain.

16.  Fisika lingkungan adalah ilmu yang mempelajari kaitan fenomena fisika dengan lingkungan. beberapa di antaranya antara lain :

1. Fisika tanah dalam/Bumi
2. Fisika tanah permukaan
3. Fisika udara
4. Hidrologi
5. Fisika gempa (seismografi fisik)
6. Fisika laut (oseanografi fisik)
7. Meteorologi
8. Fisika awan
9. Fisika Atmosfer

17.   Geofisika adalah perpaduan antara ilmu fisika, geografi, kimia, dan matematika. Dari segi Fisika yang dipelajari adalah :

1. Ilmu gempa atau Seismologi yang mempelajari tentang gempa
2. Magnet bumi
3. Gravitasi termasuk pasang surut dan anomali gravitasi bumi
4. Geo-Elektro (aspek listrik bumi), dll

Selain yang diuraikan di atas, seiring perkembangan zaman, ilmu fisika telah menjadi bagian dari segi kehidupan misalnya :

1. Ekonomifisika yang merupakan aplikasi fisika dalam bidang ekonomi
2. Fisika Komputasi adalah solusi persamaan-persamaan Fisika- Matematik dengan menggunakan, dan lain-lain yang mengakibatkan Fisika itu selalu ada dalam berbagai aspek.

Dengan adanya prinsip-prinsip fisika banyak membantu menjelaskan gejala-gejala Biologi. Gejala-gejala yang bersifat fisis seperti, osmosis, difusi, adsorsi, juga dapat terjadi organisme hidup. Fisika dan biologi merupakan dua dari sekian banyak ilmu pengetahuan alam yang ada. Penyatuan dua cabang ilmu ini menghasilkan cabang ilmu biofisika,fisika medis, dan radiologi. Biofisika mempelajari tentang bagaimana mengaplikasikan hasil temuan bidang fisika terhadap dunia biologis (ilmu penyakit dan penanggulangannya). Radiologi merupakan ilmu untuk melihat bagian dalam tubuh manusia menggunakan pancaran atau radiasi gelombang, baik gelombang elektromagnetik maupun gelombang mekanik

Contoh penerapan ilmu fisika dan biologi adalah:penggunaan radiasi gamma dan emisi positron sebagai penghambat sel kanker dan pelacak bagian tubuh yang digerogoti kanker, ilmu instrumentasi digunakan bagi membentuk gambar bagian tubuh yang berpenyakit, baik secara 1-D, 2-D atau 3-D, melihat bagian dalam tubuh manusia,ekologi karena banyak memanfaatkan informasi ilmu fisika dan ilmu lain,

Gambar 1. Radiologi

Gambar 2. Osmosis

            Jadi dapat kita simpulkan fisika memiliki hubungan yang sangat erat dengan ilmu lain tak hanya biologi. Untuk menjelaskan berbagai proses dalam ilmu biologi diperlukan ilmu fisika. Bahkan untuk membuat alat-alat yang digunakan untuk penelitian biologi diterapka ilmu fisika.

Daftar Pustaka

Rizkacil.2012. Sifat Fisika, Cabang Fisika dan Hubungannya dengan Pengetahuan Lain.www.rizkacil.wordpress.com. diakses pada tanggal 22 November 12.

Assasjesss.2012. Pengertian Fisika.www.id.shvoong.com. diakses pada tanggal 15 November 2012.

Setyawan,Agung.2011. Hubungan Ilmu Fisika dengan Ilmu Pengetahuan Lain.www.fileeducation.blogspot.com. diakses pada tanggal 15 November 2012.

Hafiz,fitriyansyah al.2010. Hubungan Biologi dengan Pelajaran Lain. www.inibloghafiz.wordpress.com. Diakses  pada tanggal 22 November 2012.

Heros,Made Novi Lerianti.2012. Ilmu Biologi SMA kelas X. www.novikimitachi.blogspot.com. Diakses  pada tanggal 22 November 2012.

Lestari,Iis.2012. Cabang-cabang ilmu Biologi bag 3.www.kamusq.blogspot.com. Diakses  pada tanggal 22 November 2012.

Anonim.2010.Ekologi adalah Ilmu Pengetahuan. www.free.vlsm.org. Diakses  pada tanggal 22 November 2012.