Sobat, apakah Anda tahu apa itu kemosintesis? Dalam biologi, kemosintesis adalah cara hidup beberapa organisme, tanpa harus menggunakan energi dari sinar matahari atau bergantung pada organisme lain untuk menghasilkan makanan.
Pada umumnya kemosintesis sering kita jumpai pada tumbuhan, sehingga tidak sedikit yang tidak dapat membedakannya dengan fotosintesis. Oleh karena itu, mari pahami lebih dalam tentang kemosintesis melalui artikel ini.
Apa itu kemosintesis
Kemosintesis adalah proses pembentukan zat organik dengan memanfaatkan sumber energi yang berasal dari reaksi kimia yang dilakukan oleh organisme atau bakteri yang tidak memiliki klorofil untuk menghasilkan karbohidrat, seperti glukosa.
Dalam prosesnya, kemosintesis membutuhkan energi yang diperoleh melalui konversi biologis satu atau lebih molekul karbon (karbon dioksida atau metana), senyawa nitrogen dan sumber makanan, menjadi senyawa organik dengan menggunakan oksidasi senyawa anorganik yang diserap dari lingkungan. Contohnya yaitu gas hidrogen, belerang, besi, amonia, dan nitrit hidrogen sulfida, atau metana yang merupakan sumber energi dari sinar matahari, seperti energi yang digunakan dalam fotosintesis.
Kemosintesis umumnya terjadi pada mikroorganisme dan organisme autotrof, khususnya kemo-autotrof yang mampu menghasilkan senyawa organik, yang dibutuhkan dari zat anorganik dengan bantuan energi kimia. Anda dapat menemukan kemosintesis di:
- Pembentukan sulfat oleh bakteri belerang (Thiobacillus, Bagiatoa)
- Pembentukan nitrat oleh kumpulan bakteri nitrat dan bakteri nitrit (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter).
Selanjutnya, untuk memudahkan Anda memahami kemosintesis. Inilah rumus cepat untuk kemosintesis.
Kemosintesis adalah sintesis Karbon dengan bantuan energi kimia
Formula cepat: ingat saja SKEK
- S adalah untuk Sintesis
- K adalah untuk Karbon
- E untuk Energi
- K adalah untuk Kimia
Fungsi kemosintesis
Kemosintesis memiliki fungsi yang sangat berguna bagi beberapa organisme untuk hidup, tanpa harus menggunakan energi sinar matahari, atau bergantung pada organisme lain untuk menghasilkan makanan.
Selain itu, kemosintesis juga berfungsi untuk memungkinkan suatu organisme membentuk lebih banyak sel, dengan mengubah molekul anorganik menjadi molekul organik, yang dalam prosesnya mengubah benda mati menjadi benda hidup.
Reaksi kemosintesis
Pada dasarnya reaksi kemosintesis secara umum dapat dilihat pada pola grafik berikut.
Meskipun reaksi yang terjadi saat memperoleh energi dapat bervariasi, semuanya memiliki pola yang sama. Rumus umum untuk reaksi kemosintesis adalah sebagai berikut.
Dalam kemosintesis biasanya juga menggunakan reaksi oksidasi-reduksi atau sering disingkat dengan reaksi redoks. Reaksi ini bertujuan untuk menyuplai energi yang dibutuhkan dalam proses pembuatan karbohidrat dari air dan karbondioksida. Reaksi redoks ini kemudian menyebabkan hilangnya elektron dari satu zat, karena menambahkan elektron ke zat lain.
Biasanya zat (oksigen) yang menerima elektron ini telah direduksi, sedangkan zat yang memasoknya telah teroksidasi. Pengurangan elektron seperti ini juga membutuhkan banyak energi, tetapi dengan oksidasi melepaskan komponen-komponen ini. Perlu diketahui, kedua reaksi oksidasi-reduksi ini terjadi secara bersamaan, dan digunakan dalam kemosintesis untuk melepaskan semua energi yang tersedia.
Seperti halnya fotosintesis, reaksi kemosintesis juga terjadi secara kompleks, karena melibatkan banyak tahapan. Meski begitu, bahan baku dan produk akhir yang dihasilkan justru lebih ringkas.
Dari sekian banyak reaksi kemosintesis, salah satu yang paling terkenal adalah nitrifikasi, yaitu proses pembentukan senyawa nitrat dari senyawa amonium. Nitrifikasi ini biasanya dapat terjadi di tanah, air tawar, atau air laut. Reaksi kemosintesis dalam proses nitrifikasi dijelaskan sebagai berikut.
Gambar di atas merupakan proses nitrifikasi pada tumbuhan yang tentunya terjadi di dalam tanah. Berawal dari zat organik pada pupuk kandang atau sisa tanaman, umumnya mengalami dekomposisi secara aerobik dan menghasilkan senyawa organik yang mengandung nitrogen yaitu amonium. Dengan adanya amonium yang terkandung di dalam tanah, maka akan teroksidasi menjadi senyawa nitrit oleh bakteri nitrifikasi dengan reaksi sebagai berikut:
Kemudian, bakteri belerang yang tidak berwarna pun akan memperoleh energi dari proses oksidasi senyawa H2S, dengan reaksi sebagai berikut:
Selanjutnya bakteri besi akan memperoleh energi kimia melalui oksidasi Fe++ (Ferro) menjadi Ferric. Sementara itu, bakteri nitrogen melakukan oksidasi senyawa tertentu untuk mendapatkan energi guna mensintesis zat organik yang diperlukan.
Bakteri nitrosomonas dan nitrococcus juga akan memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, atau tepatnya NH3 yang telah membentuk senyawa amonium karbonat menjadi asam nitrat, dengan reaksi sebagai berikut.
Terakhir, pada bakteri nitrogen lainnya, nitrobacter akan mengubah nitrit menjadi nitrat, dengan reaksi sebagai berikut:
Setiap molekul nitrit yang diubah menjadi senyawa nitrat dan energi, akan digunakan untuk berbagai proses yang terjadi pada tubuh tumbuhan atau organisme lain yang juga melakukan nitrifikasi. Namun senyawa nitrat yang terdapat di dalam tanah juga dapat berasal dari N di udara yang disambar oleh listrik alam yaitu petir.
Dengan tersedianya senyawa nitrat di dalam tanah sangat penting dalam produksi suatu tanaman pangan. Ini karena banyak tumbuhan mengambil nitrogen dalam bentuk nitrat, dan tumbuhan lain mengambil dalam bentuk amonium.
Peran kemosintesis dalam ekosistem
Dalam ekosistem, kemosintetik memiliki peran yang sangat penting dalam siklus biogeokimia. Misalnya, bakteri belerang mengubah belerang menjadi sulfat, yang kemudian dapat digunakan tanaman untuk mensintesis zat organik.
Karena pada dasarnya suatu ekosistem akan bergantung pada kemampuan beberapa organisme untuk mengubah senyawa anorganik menjadi makanan untuk kelangsungan hidupnya, yang kemudian juga dapat dimanfaatkan (atau dimakan oleh organisme lain). Dengan adanya kehidupan organisme kemosintetik maka keseimbangan ekosistem akan terus terjaga dengan baik.
Contoh kemosintesis
Berikut adalah beberapa contoh kemosintesis yang dilakukan oleh berbagai organisme bakteri.
Kemosintesis oleh bakteri nitrifikasi
Bakteri nitrifikasi umumnya terdiri dari Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter, dan Bactoderma. Pada nitrifikasi, bakteri Nitrosococcus dan Nitrosomonas (bakteri nitrat) akan mengoksidasi amonia menjadi nitrit. Dilanjutkan dengan bakteri Bactoderma dan Nitrobacter (bakteri nitrat) yang mengoksidasi nitrit menjadi senyawa nitrat kembali dalam keadaan aerob.
Kemosintesis oleh bakteri belerang
Umumnya kita dapat menemukan bakteri belerang Beggiatoa dan Thiospirillum yang mengoksidasi sulfida logam menjadi belerang. Ketika cadangan logam sulfida telah habis, endapan belerang yang ada kemudian akan teroksidasi menjadi sulfat.
Kemosintesis oleh bakteri besi
Bakteri besi, seperti Leptothrix, Crenothrix, Cladothrix, Galionella, Spiruphyllum, dan Ferrobacillus biasanya akan mengoksidasi ion besi menjadi ion besi dalam proses kemosintesis.
Kemosintesis oleh bakteri hidrogen
Bakteri hidrogen Bacillus panctotrophus umumnya dapat tumbuh pada media anorganik yang mengandung hidrogen, CO2 dan O2, serta mampu mengoksidasi hidrogen dengan melepaskan energi untuk melakukan proses kemosintesis.
Kemosintesis oleh bakteri metana
Pada metana, biasanya bakteri Methanonas akan mengoksidasi metana menjadi CO2. Metana dapat menyediakan karbon dan energi bagi bakteri aerob, sehingga energi yang diperoleh dalam kemosintesis dapat digunakan untuk fosforilasi dan reduksi CO2 menjadi karbohidrat.
Proses kemosintesis
Proses kemosintesis tentu saja hanya dilakukan oleh organisme bakteri yang disebut kemo-autotrof. Bakteri kemoautotrofik ini akan mengoksidasi senyawa tertentu dan menggunakan energi yang dihasilkannya untuk mengasimilasi karbon dioksida.
Beberapa bakteri kemosintetik ini juga memiliki kemampuan seperti organisme dengan klorofil, yaitu mampu membuat karbohidrat dari bahan baku anorganik. Namun, bakteri kemoautotrofik tidak menggunakan energi cahaya untuk pembuatannya, melainkan melalui energi yang dihasilkan oleh reaksi kimia dalam kemosintesis. Konversi karbon dioksida menjadi karbohidrat juga dapat terjadi pada sel hewan, serta pada sel tumbuhan
Bakteri kemosintesis akan memperoleh energi dan elektron terlebih dahulu dengan melakukan oksidasi, pada beberapa senyawa tereduksi yang ada di alam sekitarnya. Energi bebas yang tersedia dari hasil reaksi oksidasi kemudian digunakan untuk pembuatan karbohidrat.
Melalui energi yang diperoleh, kemudian digunakan untuk mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat dengan cara yang sama seperti yang dilakukan oleh bakteri belerang fotosintetik. Bakteri ini menyelesaikan oksidasi senyawa besi yang teroksidasi sebagian, dan mampu memanfaatkan energi yang dihasilkan oleh oksidasi ini untuk mensintesis karbohidrat.
Walaupun pada umumnya proses kemosintesis memiliki tahapan seperti itu. Masih ada metode berbeda yang muncul, karena pengaruh sejumlah kondisi dan bahan kimia yang tersedia di alam tempat hidup organisme kemosintetik yang berbeda.
Misalnya, ada beberapa spesies yang menggunakan proses kemosintetik berbeda, seperti lubang hidrotermal. Bakteri ventilasi akan mengoksidasi hidrogen sulfida dengan menambahkan oksigen dan karbon dioksida, yang kemudian menghasilkan belerang, gula, dan juga air. Sedangkan bakteri lain akan membuat bahan organik dengan cara mereduksi kandungan sulfida atau mengoksidasi metana.
Perbedaan antara kimosintesis dan fotosintesis
Setelah memahami urutan kemosintesis, tentunya Anda sudah dapat membedakan antara kemosintesis dan fotosintesis bukan? Fotosintesis umumnya terjadi pada tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri, untuk menghasilkan zat makanan berupa glukosa dengan bantuan sinar matahari.
Sedangkan kemosintesis biasanya terjadi pada bakteri dan organisme lain yang disebut kemoautotrof, melibatkan sejumlah energi yang dihasilkan dari reaksi kimia anorganik untuk menghasilkan karbohidrat, seperti glukosa.