Gambar tanaman C3, C4 dan CAM

Successfully reported this slideshow.

Your SlideShare is downloading. ×

Membedakan Tanaman C3, C4 dan CAM.

More Related Content

1. 1. 1 Tabel perbedaan antara tanaman C3, C4 dan CAM Pembeda Tanaman C3 C4 CAM 1) Senyawa pertama yang dibentuk 3 Fosfogliserat (3 atom C) Asam Oksaloasetat(4 atom C) Asam Oksaloasetat(4 atom C) 2) Enzim pertama yang menangkap/mengikat CO2 dari luar/udara Rubisco atau RuBP karboksilase PEP karboksilase (Rubisco menjadi enzim kedua yang menangkap CO2 pada bagian siklus Calvin PEP karboksilase (Rubisco menjadi enzim kedua yang menangkap CO2 pada bagian siklus Calvin 3) Waktu stomata membuka Pada siang hari Pada siang hari tetapi membukanya sebentar/sedikit Pada malam hari 4) Waktu pengikatan CO2 oleh enzim pertama CO2 diikat pada siang hari CO2 diikat pada siang hari CO2 diikat pada malam hari 5) Contoh tanaman Angiospermae Tanaman monokotil: tebu, jagung dan shorgum Tanaman dikotil: Amaranthaceae Cactaceae : kaktus Agaveceae : agave Crassulaceae : lidah buaya 6) Kesempatan terjadi tidaknya fotorespirasi Dapat terjadi, bila CO2 sedikit, maka Rubisco dapat berikatan Tidak dapat terjadi, karena pada tanaman C4 PEP karboksilase Tidak dapat terjadi, karena pada tanaman CAM juga memiliki
2. 2. 2 Pembeda Tanaman C3 C4 CAM dengan O2 membentuk fotorespirasi (fotosintesis tidak dapat berjalan maksimal) memiliki afinitas CO2 tinggi, akibatnya jumlah CO2 jenuh/banyak, sehingga tidak memungkinkan Rubisco untuk berikatan dengan O2 (fotosintesis dapat berjalan maksimal) PEP karboksilase yang afinitas CO2 tinggi, akibatnya jumlah CO2 jenuh/banyak, sehingga tidak memungkinkan Rubisco untuk berikatan dengan O2 (fotosintesis dapat berjalan maksimal) Mekanisme reaksi gelap Gambar 1 Gambar 2 Gambar 3
3. 3. 3 Gambar 1: Reaksi gelap pada tanaman C3 3 molekul CO2 (1C) Fase fiksasi Rubisco 3 molekul RuBP (5C) 6 molekul 3 fosfogliserat (3C) 6 molekul 1,3 bifosfogliserat (3 C) 6 molekul Gliseraldehid 3 fosfat (G3P) (3C) 1 molekul (G3P) berpolimerisasi membentuk glukosa (2 molekul G3P= 1 molekul C6H12O6) 5 molekul Gliseraldehid 3 fosfat (G3P) (3 C) Fase regenerasi Fase reduksi NADPH NADH+ ATP ADP SIKLUS CALVIN
4. 4. 4 Gambar 2: Reaksi gelap pada tanaman C4 CO2 Fase fiksasi Rubisco RuBP (5C) 3 fosfogliserat (3C) 1,3 bifosfogliserat (3 C) Gliseraldehid 3 fosfat (G3P) Fase regenerasi Fase reduksi NADPH NADH+ ATP ADP SIKLUS CALVIN Gliseraldehid 3 fosfat (G3P) (3C) (G3P) berpolimer membentuk glukosa Di jaringan mesofil yang homogen (jar. palisade dan spons tdk dapat dibedakan Di sel seludang pembuluh yang berbentuk “kranz” Asam malat (4C) Asam oksaloasetat (4C) PEP (Phospoenol piruvat) PEP Karboksilase CO2 (dari luar Pyruvat
5. 5. 5 Gambar 3: Reaksi gelap pada tanaman CAM CO2 Fase fiksasi Rubisco RuBP (5C) 3 fosfogliserat (3C) 1,3 bifosfogliserat (3 C) Gliseraldehid 3 fosfat (G3P) Fase regenerasi Fase reduksi NADPH NADH+ ATP ADP SIKLUS CALVIN Gliseraldehid 3 fosfat (G3P) (3C) (G3P) berpolimer membentuk glukosa Stomata membuka pada malam hari untuk mengikat CO2 dari luar/udara Terjadi pada siang hari Asam malat (4C) Asam oksaloasetat (4C) PEP (Phospoenol piruvat) PEP Karboksilase CO2 (dari luar Pyruvat
6. 6. 6 (Dosen pembimbing : Dr.Sc.agr. Yuni Sri Rahayu) Oleh: Rafiatul Hasanah 09725007 Universitas Negeri Surabaya Program Pasca Sarjana Pend. Sain-Biologi 2010

1. Konsep Agroekosistem 2. Tanaman dan Faktor-Faktor Lingkungan 3. Faktor Lingkungan Abiotik (Cahaya) 4. Faktor Lingkungan Abiotik (Suhu dan Kelembapan) 5. Energi yang Berlanjut dalam Agroekosistem 6. Sumberdaya Genetik dalam Agroekosistem

C3, C4 dan CAM adalah tiga proses berbeda yang digunakan tanaman untuk mengikat karbon selama proses fotosintesis. Pengikatan karbon adalah cara tanaman mereduksi karbon dari karbon dioksida atmosfer dan mengubahnya menjadi molekul organik seperti karbohidrat.

Tanaman C3

Jalur C3 mendapatkan namanya dari molekul pertama yang diproduksi dalam siklus (molekul 3-karbon) yang disebut asam 3-fosfogliserat. Sekitar 85% tanaman di Bumi menggunakan jalur C3 untuk menfiksasi karbon melalui Siklus Calvin. enzim RuBisCO (ribulose bifosfat karboksilase/oksigenase) menyebabkan reaksi oksidasi di mana sebagian energi yang digunakan dalam fotosintesis hilang dalam proses yang dikenal sebagai fotorespirasi. Hasilnya adalah pengurangan sekitar 25% dalam jumlah karbon yang ditetapkan oleh pabrik dan dilepaskan kembali ke atmosfer sebagai karbon dioksida. Jalur fiksasi karbon yang digunakan oleh pabrik C4 dan CAM telah menambahkan langkah-langkah untuk membantu berkonsentrasi dan mengurangi kehilangan karbon selama proses. Beberapa spesies tanaman C3 yang umum adalah bayam, kacang tanah, kapas, gandum, beras, gandum, dan sebagian besar pohon dan rumput.

Gambar di atas menunjukkan jalur fiksasi karbon C3 juga dikenal sebagai Siklus Calvin, menggunakan banyak jenis tanaman.

Tanaman C4

Proses C4 juga dikenal sebagai jalur Hatch-Slack dan dinamai untuk molekul antara 4-karbon yang diproduksi, asam malat atau asam aspartat. Baru pada tahun 1960an para ilmuwan menemukan jalur C4 sambil mempelajari tebu. C4 memiliki satu langkah di jalur sebelum Siklus Calvin yang mengurangi jumlah karbon yang hilang dalam proses keseluruhan. Karbon dioksida yang diambil oleh tanaman dipindahkan untuk mengikat sel-sel selubung oleh asam malat atau molekul asam aspartat (pada titik ini molekul disebut malat dan aspartat). Kandungan oksigen di dalam sel selubung bundel sangat rendah, sehingga enzim RuBisCO cenderung mengkatalisasi reaksi oksidasi dan membuang molekul karbon. Molekul malat dan aspartat melepaskan karbon dioksida dalam kloroplas sel selubung bundel dan Siklus Calvin dimulai. Sel bundel selubung adalah bagian dari anatomi daun Kranz yang merupakan ciri khas tanaman C4. Sekitar 3% atau 7.600 spesies tanaman menggunakan jalur C4, sekitar 85% di antaranya adalah angiospermae (tanaman berbunga). Tanaman C4 termasuk jagung, tebu, millet, sorgum, nanas, aster dan kol.

Tanaman CAM

Tanaman yang menggunakan metabolisme asam crassulacean, juga dikenal sebagai tanaman CAM, adalah succulents yang efisien dalam menyimpan air karena iklim kering dan kering tempat mereka tinggal. Kata crassulacean berasal dari kata Latin crassus yang berarti “tebal.” 16.000 spesies tanaman CAM di Bumi termasuk kaktus, sedum, giok, anggrek, dan agave. Tanaman sukulen seperti kaktus memiliki daun yang tebal dan penuh kelembaban dan juga dapat memiliki lapisan lilin untuk mengurangi penguapan. Tanaman AM menjaga stoma mereka dekat pada siang hari untuk mencegah kehilangan air. Sebaliknya, stoma dibuka pada malam hari untuk mengambil karbon dioksida dari atmosfer. Karbon dioksida dikonversi menjadi molekul yang disebut malat yang disimpan sampai siang hari kembali dan fotosintesis dimulai melalui Siklus Calvin.

Gambar di atas menunjukkan jalur fiksasi karbon CAM yang digunakan oleh tanaman yang hidup di lingkungan kering dan kering.

Metabolisme asam Crassulacean, juga dikenal sebagai fotosintesis CAM, adalah jalur fiksasi karbon yang berevolusi pada beberapa tanaman sebagai adaptasi terhadap kondisi kering. Pada tanaman yang menggunakan CAM penuh, stomata dalam daun tetap tertutup pada siang hari untuk mengurangi evapotranspirasi, tetapi terbuka pada malam hari untuk mengumpulkan karbon dioksida (CO2). CO2 disimpan sebagai asam malat empat karbon dalam vakuola di malam hari, dan kemudian di siang hari, malat diangkut ke kloroplas di mana ia dikonversi kembali menjadi CO2, yang kemudian digunakan selama fotosintesis. CO2 yang dikumpulkan sebelumnya terkonsentrasi di sekitar enzim RuBisCO, meningkatkan efisiensi fotosintesis. Mekanisme ini pertama kali ditemukan pada tanaman famili Crassulaceae. CAM adalah adaptasi untuk meningkatkan efisiensi dalam penggunaan air, dan biasanya ditemukan pada tanaman yang tumbuh dalam kondisi kering.

Saat malam

Pada malam hari, sebuah pabrik yang menggunakan CAM memiliki stomata terbuka, memungkinkan CO2 untuk masuk dan diperbaiki sebagai asam organik yang disimpan dalam vakuola. Pada siang hari stomata ditutup (sehingga mencegah kehilangan air), dan karbon dilepaskan ke siklus Calvin sehingga fotosintesis dapat terjadi.

Grafik  CO2 yang diserap oleh  CAM

Karbon dioksida difiksasi dalam sitoplasma sel mesofil melalui reaksi PEP yang mirip dengan jalur C4. Tapi, tidak seperti mekanisme C4, asam organik yang dihasilkan disimpan dalam vakuola untuk digunakan nanti; yaitu, mereka tidak segera diteruskan ke siklus Calvin.  Yang terakhir tidak dapat beroperasi pada malam hari karena reaksi ringan yang memberikan ATP dan NADPH tidak dapat terjadi.

Siang hari

Pada siang hari, asam organik yang menyimpan CO2 dilepaskan dari vakuola sel mesofil dan memasuki stroma kloroplas di mana enzim melepaskan CO2, yang kemudian masuk ke dalam siklus Calvin.

Manfaat

Manfaat CAM yang paling penting bagi tanaman adalah kemampuan untuk membiarkan sebagian besar stomata daun tertutup pada siang hari. [4] Tumbuhan yang menggunakan CAM paling umum di lingkungan gersang, di mana air menjadi premium. Mampu menjaga stomata tetap tertutup selama bagian terpanas dan terkering dalam sehari mengurangi hilangnya air melalui evapotranspirasi, memungkinkan tanaman tersebut tumbuh di lingkungan yang seharusnya terlalu kering. Tumbuhan yang hanya menggunakan fiksasi karbon C3, misalnya, kehilangan 97% air yang mereka serap melalui akar menjadi transpirasi – biaya tinggi yang dihindari oleh tanaman yang bisa menggunakan CAM. [5] [Berapa persentase yang hilang pada tanaman CAM?]

Perbandingan dengan metabolisme C4

CAM dinamai setelah keluarga Crassulaceae, yang menjadi milik tanaman batu giok

Jalur C4 memiliki kemiripan dengan CAM; keduanya bertindak untuk memusatkan CO2 di sekitar RuBisCO, sehingga meningkatkan efisiensinya. CAM mengonsentrasikannya sementara, menyediakan CO2 di siang hari, dan bukan di malam hari, ketika respirasi adalah reaksi dominan. Pabrik C4, sebaliknya, mengkonsentrasikan CO2 secara spasial, dengan pusat reaksi RuBisCO dalam “bundel selubung” yang dibanjiri dengan CO2. Karena ketidakaktifan yang dibutuhkan oleh mekanisme CAM, fiksasi karbon C4 memiliki efisiensi yang lebih besar dalam hal sintesis PGA.

Biokimia CAM

Tanaman dengan CAM harus mengontrol penyimpanan CO2 dan pengurangannya menjadi karbohidrat bercabang dalam ruang dan waktu.

Pada suhu rendah (sering pada malam hari), tanaman yang menggunakan CAM membuka stomata mereka, molekul CO2 berdifusi ke dalam ruang intraseluler mesofil yang sepon lalu ke sitoplasma. Di sini, mereka dapat bertemu phosphoenolpyruvate (PEP), yang merupakan triose terfosforilasi. Selama waktu ini, tanaman mensintesis protein yang disebut PEP karboksilase kinase (PEP-C kinase), yang ekspresinya dapat dihambat oleh suhu tinggi (sering di siang hari) dan adanya malat. PEP-C kinase memfosforilasi target enzim PEP karboksilase (PEP-C). Fosforilasi secara dramatis meningkatkan kemampuan enzim untuk mengkatalisasi pembentukan oksaloasetat, yang selanjutnya dapat diubah menjadi malat oleh NAD + malat dehidrogenase. Malat kemudian diangkut melalui angkutan malat ke vakuola, di mana ia dikonversi menjadi bentuk penyimpanan asam malat. Berbeda dengan PEP-C kinase, PEP-C disintesis sepanjang waktu tetapi hampir dihambat di siang hari baik dengan defosforilasi melalui PEP-C fosfatase atau langsung dengan mengikat malat. Yang terakhir tidak dimungkinkan pada suhu rendah, karena malat secara efisien diangkut ke vakuola, sedangkan kinase PEP-C siap membalik defosforilasi.

Di siang hari, tanaman yang menggunakan CAM menutup sel pelindungnya dan melepaskan malat yang kemudian diangkut ke kloroplas. Di sana, tergantung pada spesies tanaman, itu dibelah menjadi piruvat dan CO2 baik oleh enzim malat atau oleh PEP karboksibase. CO2 kemudian dimasukkan ke dalam siklus Calvin, sistem enzim berpasangan dan pulih sendiri, yang digunakan untuk membangun karbohidrat bercabang. Piruvat hasil samping dapat didegradasi lebih lanjut dalam siklus asam sitokondria mitokondria, sehingga memberikan molekul CO2 tambahan untuk Siklus Calvin. Piruvat juga dapat digunakan untuk memulihkan PEP melalui piruvat fosfat dikinase, langkah berenergi tinggi, yang membutuhkan ATP dan fosfat tambahan. Selama malam yang dingin berikutnya, PEP akhirnya diekspor ke sitoplasma, di mana ia terlibat dalam memperbaiki karbon dioksida melalui malat.

Gunakan oleh tanaman

Penampang tanaman CAM (metabolisme asam Crassulacean), khususnya daun agave. Bundel pembuluh darah ditampilkan. Gambar berdasarkan gambar mikroskopis milik Cambridge University Plant Sciences Department.

Tumbuhan menggunakan CAM untuk derajat yang berbeda. Beberapa adalah “tanaman CAM wajib”, yaitu mereka hanya menggunakan CAM dalam fotosintesis, meskipun mereka berbeda dalam jumlah CO2 yang dapat disimpan sebagai asam organik; kadang-kadang dibagi menjadi tanaman “CAM kuat” dan “CAM lemah” atas dasar ini. Pabrik lain menunjukkan “CAM yang diinduksi”, di mana mereka dapat beralih antara menggunakan mekanisme C3 atau C4 dan CAM tergantung pada kondisi lingkungan. Kelompok tanaman lain menggunakan “CAM-cycling”, di mana stomata mereka tidak terbuka di malam hari; tanaman sebaliknya mendaur ulang CO2 yang dihasilkan oleh respirasi serta menyimpan beberapa CO2 di siang hari.

Tumbuhan yang menunjukkan CAM yang dapat diinduksi dan siklus-CAM biasanya ditemukan dalam kondisi di mana periode kekurangan air berganti dengan periode ketika air tersedia secara bebas. Kekeringan berkala – fitur daerah semi-kering – adalah salah satu penyebab kekurangan air. Tumbuhan yang tumbuh di pohon atau batu (sebagai epifit atau lithophytes) juga mengalami variasi dalam ketersediaan air. Salinitas, tingkat cahaya yang tinggi, dan ketersediaan nutrisi adalah faktor lain yang telah terbukti menginduksi CAM.

Karena CAM merupakan adaptasi terhadap kondisi gersang, tanaman yang menggunakan CAM sering menampilkan karakter xerofit lainnya, seperti tebal, daun tereduksi dengan rasio luas permukaan-ke-volume yang rendah; kutikula tebal; dan stomata tenggelam ke dalam lubang. Beberapa menumpahkan daunnya selama musim kemarau; yang lain (succulents ) menyimpan air dalam vakuola. CAM juga menyebabkan perbedaan rasa: tanaman mungkin memiliki rasa yang semakin asam di malam hari namun menjadi lebih manis di siang hari. Ini karena asam malat disimpan dalam vakuola sel tanaman pada malam hari dan kemudian digunakan pada siang hari.

CAM akuatik

Fotosintesis CAM juga ditemukan pada spesies akuatik dalam setidaknya 4 genera, termasuk: Isoetes, Crassula, Littorella, Sagittaria, dan mungkin Vallisneria,  ditemukan dalam berbagai spesies, mis. Isoetes howellii, Crassula aquatica. Tumbuhan ini mengikuti akumulasi asam nokturnal yang sama dan deasidifikasi siang hari seperti spesies CAM terestrial.  Namun, alasan CAM pada tanaman air bukan karena kurangnya air, tetapi pasokan CO2 yang terbatas. [8] CO2 terbatas karena difusi lambat dalam air, 10000x lebih lambat daripada di udara. Masalahnya terutama akut pada pH asam, di mana satu-satunya spesies karbon anorganik yang hadir adalah CO2, tanpa ketersediaan bikarbonat atau karbonat.

Tumbuhan CAM akuatik menangkap karbon pada malam hari ketika berlimpah karena kurangnya persaingan dari organisme fotosintesis lainnya. Ini juga menghasilkan fotorespirasi yang lebih rendah karena genera fotosintesis yang lebih sedikit.

Apa itu tanaman C3 dan contohnya?

Apa yang dimaksud tumbuhan C3 C4 dan cam?

Tanaman CAM apa saja?

Kenapa di sebut tanaman C4?