Materi Fisiologi Tumbuhan - Kemosintesis

Kemosintesis

            Kemosintesis merupakan contoh reaksi anabolisme selain fotosintesis. Kemosintesis adalah konversi biologis satu molekul karbon atau lebih (biasanya karbon dioksida atau metana), senyawa nitrogen dan sumber makanan menjadi senyawa organik dengan menggunakan oksidasi molekul anorganik (contohnya gas hidrogen, hidrogen sulfida) atau metana sebagai sumber energi, daripada cahaya matahari, seperti pada fotosintesis. Dalam penjelasan yang lebih sederhana, kemosintesis adalah anabolisme yang menggunakan energi kimia. Energi kimia yang digunakan pada reaksi ini adalah energi yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yaitu reaksi oksidasi.

                Kemosintesis merupakan proses pembentukan senyawa bahan organik dari zat-zat anorganik dengan menggunakan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia. Beberapa jenis organisme, misalnya bakteri tertentu yang hidup di dalam laut, bergantung pada kemosintesis untuk mensuplai energi kimia. Kesamaan antara fotosintesis dan kemosintesis adalah keduanya melakukan reaksi untuk konversi energi, memerlukan donor elektron hidrogen, sumber karbon (dalam hal ini CO₂ sebagai sumber karbon) dan memerlukan energi. Dalam fotosintesis, elektron donor dan hidrogen berasal dari fotolisis air. Namun, pada kemosintesis elektron donor berasal dari bahan anorganik sedehana, misalnya hidrogen, nitrgen, besi dan sulfur. Selama kemosintesis, elektron dilepaskan dari bahan anorganik sehingga menjadi molekul yang tereduksi. Substansi terduksi ini akan menimbulkan energi kimia, dan digunakan untuk produksi ATP serta NADPH. Selanjutnya, ATP dan NADPH menyediakan energi untuk sintesis karbohidrat.

            Organisme autotrof yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof. Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri nitrogen (Nitrosomonas dan Nitrosococcus). Banyak mikroorganisme di daerah laut dalam menggunakan kemosintesis untuk memproduksi biomassa dari satu molekul karbon. Dua kategori dapat dibedakan. Pertama, di tempat yang jarang tersedia molekul hidrogen, energi yang tersedia dari reaksi antara CO₂ dan H₂ (yang mengawali produksi metana, CH₄) dapat menjadi cukup besar untuk menjalankan produksi biomassa. Kemungkinan lain, dalam banyak lingkungan laut, energi untuk kemosintesis didapat dari reaksi antara O₂ dan substansi seperti hidrogen sulfida atau amonia. Pada kasus kedua, mikroorganisme kemosintetik bergantung pada fotosintesis yang berlangsung di tempat lain dan memproduksi O₂ yang mereka butuhkan.

            Menurut Campbell et al. (2002), prokariota paling awal adalah organisme kemoautotrof yang mendapatkan energi dari bahan kimia anorganik dan menghasilkan energinya sendiri dan bukannya menyerap ATP. Hal ini disebabkan Hidrogen sulfide (H₂S) dan senyawa besi (Fe²⁺) sangat berlimpah di bumi purbakala, dan sel-sel primitive kemungkinan mendapatkan energi dari reaksi melibatkan senyawa tersebut. Beberapa arkhaea modern saat ini dapat bertahan hidup pada sumber mata air panas yang mengandung sulfur dan melakukan reaksi kimia yang membebaskan energi.

FeS  +  H₂ S  ® FeS₂  + H₂   +  energi bebas

            Protein membrane pada prokariota awal kemungkinan menggunakan sebagian energi bebas yang dihasilkan untuk memecahkan produk H₂ menjadi proton dan electron serta menghasilkan suatu gradient proton sepanjang membrane plasmanya. Dalam bentuk primitive kemiosmosis, gradient tersebut kemungkinan dapat menyebabkan terjadinya sintesis ATP.

            Campbell et al. (2002), melaporkan percobaan yang dilakukan oleh Van Niel pada tahun 1930-an untuk mengamati proses fotosintesis pada bakteri yang membuat karbohidratnya dari CO₂ tetapi tidak melepaskan O­_2,  menyimpulkan bahwa pada bakteri tersebut CO₂ tidak terurai menjadi karbon dan oksigen. Satu kelompok bakteri menggunakan hydrogen sulfide (H₂S) dan bukannya air untuk fotosintesis, dan menghasilkan titik sulfur (belerang) warna kuning sebagai produk limbah dengan persamaan kimianya:

CO₂  +  2H₂S  ®   CH₂O  +  H₂O  +  2S

Reaksi kemosintesis pada bakteri belerang berlangsung sebagai berikut.

            Kemungkinan lain, dalam banyak lingkungan laut, energi untuk kemosintesis didapat dari reaksi antara O₂ dan substansi seperti hidrogen sulfida atau amonia. Pada kasus kedua, mikroorganisme kemosintetik bergantung pada fotosintesis yang berlangsung di tempat lain dan memproduksi O₂ yang mereka butuhkan (Isnan, 2007).

            Bakteri nitrogen, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi hasil dengan cara mengoksidasi NH₃ yang telah bereaksi dengan CO₂ dan membentuk amonium karbonat ((NH₄)₂CO₃).

Jenis bakteri lain yang mampu melaksanakan kemosintesis antara lain Nitrobacter. Bakteri ini mampu mengoksidasi senyawa nitrit dalam mediumnya. Hasilnya adalah senyawa nitrat dan membebaskan energi yang akan dipergunakan untuk menyintesis senyawa organik.

            Tidak semua tumbuhan dapat melakukan asimilasi C menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Beberapa macam bakteri yang tidak mempunyai klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dan reaksi-reaksi kimia, misalnya bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain. Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.

Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri).

Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:
Nitrosomonas
(NH4)2CO3 + 3 O2 ——————————> 2 HNO2 + CO2 + 3 H20 + Energi
Nitrosococcus

Bakteri Kemosintesis

1. Bakteri Nitrit

      Contoh bakteri nitrit adalah Nitrosomonas dan Nitrococcus, dimana bakteri ini mengoksidasi   Amoniak menjadi Nitrit. Dari oksidasi tersebut didapatkan energi yang digunakan untuk sintesis karbohidrat.

2. Bakteri Nitrat

            Contoh bakteri nitrat adalah Nitrobacter. Bakteri ini mengoksidasi Asam nitrit menjadi Nitrat, dimana nitralt yang larut dalam air akan diabsorbsi oleh tumbuhan dan diubah menjadi protein.

3. Bakteri Pengikat Nitrogen

    a. Hidup Bebas, yaitu; Azotobacter dan Clostridium

    b. Bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan ; Rhizobium