Quipperian, tahukah kalian apa yang dimaksud dengan kemosintesis? Dalam ilmu biologi, kemosintesis merupakan cara hidup beberapa organisme, tanpa harus menggunakan energi sinar matahari atau mengandalkan organisme lain untuk menghasilkan makanan.
Umumnya, kita sering menemukan kemosintesis pada tumbuhan, sehingga tak sedikit pula yang tidak dapat membedakannya dengan fotosintesis. Oleh sebab itu, mari kita pahami lebih lanjut tentang kemosintesis melalui artikel ini.
Pengertian kemosintesis
Kemosintesis adalah proses pembentukan suatu zat organik dengan memanfaatkan sumber yang berasal dari energi hasil reaksi kimia, yang dilakukan oleh suatu organisme atau bakteri yang tidak berklorofil, untuk menghasilkan karbohidrat, seperti glukosa.
Dalam prosesnya, kemosintesis membutuhkan energi yang didapatkan melalui konversi biologis satu molekul karbon atau lebih (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, sulfur, besi, amonia, dan nitrit hidrogen sulfida, atau metana yang merupakan sumber energi dari cahaya matahari, seperti energi yang dipakai dalam fotosintesis.
Kemosintesis umumnya terjadi pada mikroorganisme dan organisme autotrof, tepatnya kemo-autotrof yang mampu menghasilkan senyawa organik, yang dibutuhkan dari zat-zat anorganik dengan pertolongan energi kimia. Kalian dapat menemukan kemosintesis dalam:
- Pembentukan sulfat oleh bakteri sulfur (Thiobacillus, bagiatoa)
- Pembentukan nitrat oleh kumpulan bakteri nitrat dan bakteri nitrit (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter).
Selanjutnya, untuk mempermudah kalian dalam memahami kemosintesis. Berikut rumus cepat kemosintesis.
Kemosintesis adalah sintesi Karbon dengan bantuan energi kimia
Rumus Cepat : inget aja SKEK
- S untuk Sintesis
- K untuk Karbon
- E untuk Energi
- K untuk Kimia
Fungsi kemosintesis
Baca Juga: 8 Ciri-Ciri Makhluk Hidup dan Contohnya
Kemosintesis memiliki fungsi yang sangat berguna untuk beberapa organisme dapat hidup, tanpa harus menggunakan energi sinar matahari, atau mengandalkan organisme lain untuk menghasilkan makanan.
Selain itu, kemosintesis juga berfungsi untuk memungkinkan suatu organisme membentuk lebih banyak sel, dengan cara mengubah molekul anorganik menjadi molekul organik, yang pada prosesnya mengubah benda mati menjadi benda hidup.
Reaksi kemosintesis
Pada dasarnya, reaksi kemosintesis secara umum dapat dilihat pada bagan pola berikut.
Meskipun reaksi yang terjadi saat mendapatkan energi dapat berbeda-beda, tapi semuanya memiliki kesamaan pola. Rumus reaksi kemosintesis secara umum, yaitu sebagai berikut.
Dalam kemosintesis biasanya juga menggunakan reaksi oksidasi-reduksi atau sering disingkat reaksi redoks. Reaksi ini bertujuan untuk memasok energi yang dibutuhkan dalam proses produksi karbohidrat dari air dan karbon dioksida. Reaksi redoks inilah yang kemudian membuat hilangnya elektron dari satu zat, karena menambahkan elektron ke zat lainnya.
Biasanya zat (oksigen) yang menerima elektron ini telah tereduksi, sementara yang memasoknya sudah teroksidasi. Pengurangan elektron seperti ini pun membutuhkan banyak energi, tapi dengan oksidasi justru melepaskan komponen tersebut. Perlu diketahui, kedua reaksi oksidasi-reduksi ini berlangsung secara bersamaan, dan digunakan dalam kemosintesis untuk melepaskan keseluruhan energi yang ada.
Sama halnya pada fotosintesis, reaksi kemosintesis juga terjadi secara kompleks, sebab melibatkan banyak tahapan. Meski begitu, bahan baku dan produk akhir yang dihasilkan pun sebenarnya lebih ringkas.
Dari banyaknya reaksi kemosintesis, salah satunya yang paling terkenal adalah nitrifikasi, yaitu proses pembentukan senyawa nitrat dari senyawa amonium. Nitrifikasi ini biasanya dapat terjadi di dalam tanah, air tawar, atau air laut. Adapun reaksi kemosintesis pada proses nitrifikasi digambarkan sebagai berikut.
Gambar di atas merupakan proses nitrifikasi pada tumbuhan, yang tentunya terjadi di dalam tanah. Berawal dari zat organik yang ada pada pupuk kotoran hewan atau sisa tanaman, umumnya akan mengalami pembusukan atau dekomposisi yang berlangsung secara aerob, dan menghasilkan senyawa organik yang mengandung nitrogen, yaitu amonium. Dengan adanya amonium yang terdapat dalam tanah, kemudian akan dioksidasi menjadi senyawa nitrit oleh bakteri nitritasi dengan reaksi berikut:
Kemudian, bakteri sulfur yang tidak berwarna pun akan memperoleh energi dari proses oksidasi senyawa H2S, dengan reaksi berikut:
Selanjutnya, bakteri besi akan memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe++ (Ferro) menjadi Ferri. Sementara itu, bakteri nitrogen mengadakan oksidasi senyawa tertentu guna mendapatkan energi untuk mensintesis zat organik yang diperlukan.
Bakteri nitrosomonas dan nitrococcus pun juga akan memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, atau tepatnya NH3 yang telah membentuk senyawa amonium karbonat menjadi asam nitrit, dengan reaksi sebagai berikut.
Terakhir, pada bakteri nitrogen yang lain, yaitu nitrobacter akan mengubah nitrit menjadi nitrat, dengan reaksi berikut:
Setiap molekul nitrit yang diubah menjadi senyawa nitrat dan energi, akan digunakan untuk berbagai proses yang terjadi dalam tubuh tumbuhan atau organisme lainnya yang juga melakukan nitrifikasi. Namun, senyawa nitrat yang terdapat dalam tanah bisa pula berasal dari N di udara yang terkena sambaran listrik alami, yaitu petir.
Dengan adanya ketersediaan senyawa nitrat dalam tanah merupakan hal yang sangat penting dalam produksi sebuah tanaman pangan. Sebab, banyak tumbuhan yang mengambil nitrogen dalam bentuk nitrat, dan tanaman lainnya mengambil nitrogen dalam bentuk amonium.
Peran kemosintesis dalam ekosistem
Dalam ekosistem, kemosintetik memiliki peran yang sangat penting pada daur biogeokimia. Misalnya, bakteri belerang mengubah belerang menjadi sulfat, yang kemudian dapat digunakan oleh tanaman untuk mensintesis zat organik.
Sebab, pada dasarnya di suatu ekosistem akan bergantung dengan kemampuan beberapa organisme untuk mengubah senyawa anorganik menjadi makanan untuk mereka bertahan hidup, yang kemudian juga dapat dieksploitasi (atau dimakan oleh organisme lain). Dengan hidupnya organisme kemosintetik, maka keseimbangan eksositem pun akan terus terjaga dengan baik.
Contoh kemosintesis
Berikut 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) lah yang akan mengoksidasi amonia menjadi nitrit. Dilanjutkan oleh 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 logam sulfida menjadi sulfur. Ketika cadangan logam sulfida telah habis, endapan sulfur yang ada kemudian akan dioksidasi menjadi sulfat.
Kemosintesis oleh bakteri besi
Bakteri besi, seperti Leptothrix, Crenothrix, Cladothrix, Galionella, Spiruphyllum, dan Ferrobacillus biasanya akan mengoksidasi ion ferro menjadi ion ferri dalam proses kemosintesis
Kemosintesis oleh bakteri hidrogen
Bakteri hidrogen Bacillus panctotrophus umumnya dapat tumbuh dalam medium anorganik yang mengandung hidrogen, CO2, dan O2, serta mampu mengoksidasi hidrogen dengan membebaskan energi untuk menjalankan proses kemosintesis.
Kemosintesis oleh bakteri metana
Pada metana, biasanya bakteri Methanonas yang akan mengoksidasi metana menjadi CO2. Metana dapat menyediakan karbon dan energi bagi bakteri aerob, sehingga energi yang diperoleh pada kemosintesis dapat digunakan untuk proses fosforilasi dan reduksi CO2 menjadi karbohidat.
Proses kemosintesis
Proses kemosintesis tentunya hanya dilakukan oleh organisme bakteri yang disebut kemo-autotrof. Bakteri kemoautotrof inilah yang akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan menggunakan energi yang dihasilkannya itu untuk asimilasi karbon dioksida.
Beberapa bakteri kemosintesis ini juga mempunyai kemampuan seperti organisme berklorofil, yang mampu membuat karbohidrat dari bahan mentah anorganik. Namun, bakteri kemoautotrof tidak menggunakan energi cahaya untuk pembuatannya, melainkan melalui energi hasil reaksi kimia dalam kemosintesis. Pengubahan karbon dioksida menjadi karbohidrat ini pun dapat terjadi pula dalam sel-sel hewan, seperti halnya pada sel-sel tumbuhan
Bakteri pelaku kemosintesis akan memperoleh energi dan elektron-elektron terlebih dahulu dengan melaksanakan oksidasi, pada beberapa senyawa tereduksi yang ada di alam sekitarnya. Energi bebas yang tersedia dari hasil reaksi oksidasi itu lah, yang kemudian digunakan untuk pembuatan karbohidrat.
Melalui energi yang telah didapat itu, kemudian dipakai untuk mereduksi karbon dioksida menjadi karbohidrat dengan cara yang sama, seperti yang dilakukan bakteri belerang fotosintetik. Bakteri tersebut menyelesaikan oksidasi senyawa besi yang teroksidasi sebagian, dan mampu merangkaikan energi yang dihasilkan oksidasi ini untuk mensintesis karbohidrat.
Walau secara umum proses kemosintesis memiliki tahapan-tahapan seperti tadi. Tetap ada berbagai metode berbeda yang muncul, akibat pengaruh sejumlah kondisi dan bahan kimia yang tersedia di alam tempat tinggal para organisme kemosintesis yang berbeda-beda.
Contohnya, ada beberapa spesies yang menggunakan proses kemosintesis berbeda, seperti ventilasi hidrotermal. Bakteri ventilasi akan mengoksidasi hidrogen sulfida dengan menambahkan oksigen dan karbon dioksida, yang kemudian menghasilkan sulfur, gula, dan juga air. Sementara bakteri lainnya akan membuat bahan organik dengan cara mengurangi kandungan sulfida atau mengoksidasi metana.
Perbedaan kimosintesis dan fotosintesis
Setelah memahami rangkaian kimosintesis, tentunya kalian bisa membedakan kimosintesis dan fotosintesis, bukan? Fotosintesis umumnya terjadi pada tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri, untuk memproduksi zat makanan berupa glukosa dengan bantuan cahaya sinar matahari.
Sementara kemosintesis biasanya terjadi pada bakteri dan organisme lain yang dinamakan kemoautotrof, dengan melibatkan sejumlah energi hasil reaksi kimia anorganik untuk menghasilkan karbohidrat, seperti glukosa.