Tanaman C3 dan C4

TANAMAN C3 DAN C4

PENDAHULUAN

       Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain. Metabolisme terdiri atas dua proses yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme adalah proses-proses penyusunan energi kimia melalui sintesis senyawa-senyawa organik. Sedangkan katabolisme adalah proses penguraian dan pembebasan energi dari senyawa-senyawa organik melalui proses respirasi. Semua reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim, baik oleh reaksi yang sederhana maupun reaksi yang rumit. Atau dengan pengertian lain, anabolisme adalah pembentukan molekulmolekul kompleks menjadi molekul-molekul sederhana, contoh respirasi.

Transpirasi, fotosintesis dan respirasi termasuk proses metabolisme tumbuhan yang umum dikenal. Transpirasi dapat diartikan sebagai proses kehilangan air dalam bentuk uap air dari jaringan tumbuhan melalui mulut daun (stomata). Transpirasi berlangsung selama tumbuhan hidup. Keuntungan yang didapat dari proses ini adalah, mempercepat laju pengangkutan unsur hara melalui pembuluh xilem akar, menjaga turgiditas sel tumbuhan agar kondisinya tetap optimal dan sebagai usaha mempertahankan stabilitas suhu daun

Fotosintesis (dari bahasa Yunani [fó to-], "cahaya," dan [sýnthesis], "menggabungkan", "penggabungan") adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan seperti karbohidrat yang dilakukan oleh tumbuhan, terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil. Selain tumbuhan berkalori tinggi, makhluk hidup non-klorofil lain yang berfotosintesis adalah alga dan beberapa jenis bakteri. Organisme ini berfotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbon dioksida, dan air serta bantuan energi cahaya matahari.

Organisme fotosintesis disebut fotoautotrof karena mereka dapat membuat makanannya sendiri. Pada tanaman, alga, dan cyanobacteria, fotosintesis dilakukan dengan memanfaatkan karbondioksida dan air serta menghasilkan produk buangan oksigen. Fotosintesis sangat penting bagi semua kehidupan aerobik di Bumi karena selain untuk menjaga tingkat normal oksigen di atmosfer, fotosintesis juga merupakan sumber energi bagi hampir semua kehidupan di Bumi, baik secara langsung (melalui produksi primer) maupun tidak langsung (sebagai sumber utama energi dalam makanan mereka), kecuali pada organisme kemoautotrof yang hidup di bebatuan atau di lubang angin hidrotermal di laut yang dalam. Tingkat penyerapan energi oleh fotosintesis sangat tinggi, yaitu sekitar 100 terawat, atau kira-kira enam kali lebih besar daripada konsumsi energi peradaban manusia. Selain energi, fotosintesis juga menjadi sumber karbon bagi 4 semua senyawa organik dalam tubuh organisme. Fotosintesis mengubah sekitar 100–115 petagram karbon menjadi biomassa setiap tahunnya.

Tanaman dibedakan berdasarkan perbedaan fiksasi karbondioksida menjadi tiga golongan tanaman, yaitu tanaman C3, C4, dan CAM (Crassulacean Acid Metabolism). Umumnya tanaman C4 dan CAM lebih adaptif di daerah panas dan kering dibandingkan dengan tanaman C3. Pada dasarnya tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO₂ atmosfer tinggi. Contoh tanaman C3 adalah, leguminosae, durian, dan aglonema. Tanaman C3 dan C4 dibedakan oleh cara mengikat CO₂ dari atmosfir dan produk awal yang dihasilkan dari proses asimilasi.

TANAMAN C3

Tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi. Sebagian besar tanaman pertanian, seperti gandum, kentang, kedelai, kacang-kacangan, dan kapas merupakan tanaman dari kelompok C3. Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal assimilasi (enzim rubisco), juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari) . Jika konsentrasi CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah besar.

Pada tanaman C3, RuBP (substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) juga dapat mengikat O₂ pada saat yang bersamaan sebagai fotorespirasi. Jika konsentrasi CO₂ di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO₂ dan O₂ akan lebih menguntungkan CO₂, sehingga fotorespirasi terhambat dan asimilasi akan bertambah besar.

Tumbuhan C3 tumbuh dengan karbon fiksasi C3 biasanya tumbuh dengan baik di area dimana intensitas sinar matahari cenderung sedang, temperature sedang, dengan konsentrasi CO₂ sekitar 200 ppm atau lebih tinggi, juga dengan air tanah yang berlimpah. Tumbuhan C3 harus berada dalam area dengan konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi sebab Rubisco sering menyertakan molekul oksigen ke dalam Rubp sebagai pengganti molekul karbondioksida. Konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi menurunkan kesempatan Rubisco untuk menyertakan molekul oksigen. Bila ada molekul oksigen maka Rubp akan terpecah menjadi molekul 3-karbon yang tinggal dalam siklus Calvin dan 2 molekul glikolat akan dioksidasi dengan adanya oksigen, menjadi karbondioksida yang akan menghabiskan energi. Pada tumbuhan C3, CO₂ hanya difiksasi RuBP oleh karboksilase RuBP. Karboksilase RuBP hanya bekerja apabila CO₂ jumlahnya berlimpah. Contoh tanaman C3 antara lain: kedelai, kacang tanah, kentang, dan lain-lain.

Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi. Reaksi gelap dimulai dengan pengikatan atau fiksasi 6 molekul CO2 ke 6 molekuk gula 5 karbon yaitu ribulosa 1,5 bifosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase/oksigenase(rubisco) yang kemudian membentuk 6 molekul gula 6 karbon. Molekul 6 karbon ini tidak stabil maka pecah menjadi 12 molekul 3 karbon yaitu 3 fosfogliserat. 3 fosfogliserat kemudian difosforilasi oleh 12 ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. 1,3 bifosfogliserat difosforilasi lagi oleh 12 NADPH membentuk 12 molekul gliseradehida 3 fosfat/PGAL. 2 PGAL digunakan untuk membentuk 1 molekul glukosa atau jenis gula lainnya, sedangkan 10 molekul lainnya difosforilasi oleh 6 ATP untuk kembali membentuk 6 molekul Ribulosa 1,5 bifosfat. Proses pengikatan CO2 ke RuBP disebut fiksasi, proses pemecahan molekul 6 karbon menjadi molekul 3 karbon disebut reduksi dan proses pembentukan kembali RuBP dari PGAL disebut regenerasi.

Fotosintesis ini disebut mekanisme C3, karena molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah molekul berkarbon 3, 3-fosfogliserat. Kebanyakan tumbuhan yang menggunakan fotosintesis C3 disebut tumbuhan C3. Padi, gandum, dan kedelai merupakan contoh-contoh tumbuhan C3 yang penting dalam pertanian.

TANAMAN C4

            Pada tanaman C4, CO₂ diikat oleh PEP (enzim pengikat CO₂ pada tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O₂ sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO₂ dan O₂. Lokasi terjadinya asosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel epidermis daun). CO₂ yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel "bundle sheath" (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentasi CO₂ pada sel-sel bundle sheath ini, maka O₂ tidak mendapat kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil, PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO₂, sehingga reaksi fotosintesis terhadap CO₂ di bawah 100 m mol m -2 s1 sangat tinggi, laju asimilasi tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnya CO₂ sehingga, dengan meningkatnya CO₂ di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO₂ yang berlebihan.

            Pada sintesis C4, enzim karboksilase PEP memfiksasi CO₂ pada aseptor karbon lain yaitu PEP. Karboksilase PEP memiliki daya ikat yang lebih tinggi terhadap CO₂ daripada karboksilase RuBP. Oleh karena itu,tingkat CO₂ menjadi sangat rendah pada tumbuhan C4, jauh lebih rendah daripada konsentrasi udara normal dan CO₂ masih dapat terfiksasi ke PEP oleh enzim karboksilase PEP. Sistem perangkap C4 bekerja pada konsentrasi CO₂ yang jauh lebih rendah. Tumbuhan C4 dinamakan demikian karena tumbuhan itu mendahului siklus Calvin yang menghasilkan asam berkarbon-4 sebagai hasil pertama fiksasi CO₂ dan yang memfiksasi CO₂ menjadi APG di sebut spesies C34, sebagian spesies C4 adalah monokotil (tebu, jagung, dll). Reaksi dimana CO₂ dikonversi menjadi asam malat atau asam aspartat adalah melalui penggabunggannya dengan fosfoeolpiruvat (PEP) untuk membentuk oksaloasetat dan Pi. Enzim PEP-karboksilase ditemukan pada setiap sel tumbuhan yang hidup dan enzim ini yang berperan dalam memacu fiksasi CO₂ pada tumbuhan C4. Enzim PEP-karboksilase terkandung dalam jumlah yang banyak pada daun, akar, buah-buah, dan sel–sel tanpa klorofil pada tumbuhan C-4 ditemukan suatu isozim dari PEP-karboksilase.

            Beberapa hal penting dalam proses pengikatan CO2 pada tumbuhan C4 dibandingkan dengan tumbuhan C3 adalah sebagai berikut:

1. Membutuhkan lebih banyak ATP,

2. Sintesis glukosa berlangsung lebih luas per satuan luas daun,

3. Berlangsung lebih efisien dalam keadaan intensitas cahaya yang tinggi,

4. Afinitas enzim fosfoenolpiruvat karboksilase yang besar terhadap CO2,

5. Proses fotosintesis dapat berlangsung dengan cukup baik pada saat konsentrasi CO2 yang sangat sedikit di udara,

6. Tidak terjadi atau sedikit sekali terjadi fotorespirasi (pernafasan dalam keadaan terang di kloroplas).

DAFTAR PUSTAKA

Ai, NS. 2012. Evolusi Fotosintesis Pada Tumbuhan. Universitas Sam Ratulangi: Manado.

Hendriyani, I.S. and N. Setiari. 2009. Kandungan klorofil dan pertumbuhan kacang panjang(Vigna sinensis) pada tingkat penyediaan air yang berbeda. J. Sains & Mat. 17 (3):145-150.

Lakitan, B. 2012. Dasar-Dasar Fisiologi Tumbuhan. Jakarta: Rajawali press.

Lestari, E. G. 2006. Hubungan  antara Stomata dengan Ketahanan Kekeringan pada Somaklon Padi Gajahmungkur, Towuti, dan IR 64. Biodiversitas 7(1): 44-48.

Muqtadir, M. 2013. Fotosintesis pada Tumbuhan C3, C4 dan CAM. Universitas Jember: Jember.

Novitasari, R. 2017. Proses Respirasi Seluler Pada Tumbuhan. Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta: Yogyakarta.

Perkasa, AY. Siswanto, T., Shintarika, F., dan Aji, TG. 2017. Studi Identifikasi Stomata Pada Kelompok Tanaman C3, C4 dan CAM. Institut Pertanian Bogor: Bogor.

Salisbury, Frank. B dan C.W. Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan. Penerbit ITB.Bandung.

Siagian, PD. 2012. Kompetisi Beberapa Jenis dan Populasi Gulma Terhadap Pertumbuhan Awal Tanaman Tebu. Universitas Lampung: Lampung.

Wiraatmaja, IW. 2017. Metabolisme Pada Tumbuhan. Universitas Udayana: Bali.