DAUR CARBON - OKSIGEN

Dua hal Penting yang dipahami pada Daur ini yaitu

1. peristiwa Fotosintesis
2. peristiwa Respirasi 

Proses timbal balik fotosintesis dan respirasi seluler bertanggung jawab atas perubahan dan pergerakan utama karbon. Naik turunnya CO2 dan O2 atsmosfer secara musiman disebabkan oleh penurunan aktivitas Fotosintetik. Dalam skala global kembalinya CO2 dan O2 ke atmosfer melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya melalui fotosintesis.

Akan tetapi pembakaran kayu dan bahan bakar fosil menambahkan lebih banyak lagi CO2 ke atmosfir. Sebagai akibatnya jumlah CO2 di atmosfer meningkat. CO2 dan O2 atmosfer juga berpindah masuk ke dalam dan ke luar sistem akuatik, dimana CO2 dan O2 terlibat dalam suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan anorganik lainnya.
Yang terpenting untuk dipahami dalam siklus Biogeokimia ini ada 3 hal pokok yaitu

1. terjadi daur aliran zat kimia dari Bio ke Geo atau dari Mahkluk hidup ke Bumi ( penguraian , zat sisa ekskresi dll yang ditujukan kebumi dari mahkluk hidup
2. terjadi daur aliran zat kimia dari Geo ke Bio yang tidak lain adalah pemanfaatan zat kimia entah dalam bentuk organik maupun anorganik, biasanya oleh tumbuhan lewat akarnya
3. terjadi daur aliran zat kimia dari Geo ke Geo maksudnya senyawa kimia di udara bisa pindah ke darat misalnya lewat hujan - darat ke udara - darat ke air - air ke darat dll yang semua itu pasti untuk suatu keseimbangan . OK

untuk daur aliran zat dari Bio ke Bio tentu sudah anda bisa ketahui di Rantai makanan atau Jaring makanan.
KONKLUSI

Gambar ini akan lebih menunjukkan pemahaman siklus karbons setelah anda pahami katakanlah sebagai refleksi atau konklusi atau kesimpulannya OK

Siklus Karbon dan Oksigen

• Di atmosfer terdapat kandungan CO2 sebanyak 0.03%. Sumber-sumber CO2 di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batubara, dan asap pabrik.

• Karbon dioksida (CO2)di udara dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk ber Fotosintesis dan menghasilkan oksigen yang nantinya akan digunakan oleh manusia dan hewan untuk ber Respirasi.

• Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di dalam tanah.
• Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar C02 di udara.
• Di ekosistem air, pertukaran C02 dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung.
• Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asam karbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat.
• Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain.
• Sebaliknya, saat organisme air berespirasi, CO2 yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat.
• Jumlah bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah C02 di air.

Gbr. Siklus Karbon dan Oksigen di Lingkungan

Agar anda menjadi serius bahwa materi ini penting saya tambahkan materi ini untuk memahami siklus ini menjadi tidak setengah setengah lagi ( saya berharap tidak hanya menghafal tetapi memahami)

• Unsur kimia yang yang paling mendominasi kehidupan adalah karbon.
• Tanpa kecuali, semua molekul kimia penting kehidupan selalu mengandung unsur karbon.
• Awalnya, studi tentang molekul yang mengandung karbon ini merupakan domain dari ilmu kimia organik.
• Sesuai namanya, kimia organik bekerja pada bahan kimia yang ada pada sistem kehidupan (organic = sesuatu yang berasal dari mahluk hidup, organisme).

• Dalam perkembangannya, berbagai bahan kimia organik bisa disintesis di lab dan tidak tergantung pada mahluk hidup lagi.
• Selain itu, beragam senyawa organik baru yang tidak pernah ditemukan pada mahluk hidup berhasil disintesis.
• Sejak itu, muncul cabang ilmu baru, yaitu biological chemistry yang disingkat menjadi biokimia.
• Dalam hal ini, biokimia mempelajari beragam senyawa kimia, baik yang alami maupun yang berhasil disintesis di lab, yang bisa ditemukan pada mahluk hidup.
• Sedangkan yang tidak ditemukan dalam mahluk hidup tetap menjadi domain kimia organik.

• Unsur utama penyusun molekul biologi adalah karbon.
• Ragam dan stabilitas molekul yang mengandung unsur karbon disebabkan oleh karakteristiknya yang spesifik, terutama ketika membentuk ikatan dengan unsur-unsur lain.
• Salah satu sifat yang paling mendasar dari unsur karbon adalah pada orbital elektron terluarnya kekurangan 4 elektron dari seharusnya 8 elektron.
• Karena orbital elektron terluar merupakan pertanda stabil-tidaknya suatu unsur, maka agar stabil, karbon cenderung berasosiasi dengan 4 unsur lainnya yang juga kekurangan elektron.
• Dengan kata lain, unsur karbon mempunyai valensi 4.
• Penggunaan bersama elektron oleh dua unsur atau lebih akan membentuk ikatan yang dikenal dengan ikatan kovalen.
• Selain itu, semakin kecil BM unsur yang diikat oleh karbon maka ikatan kovalen yang terbentuk stabil.
• Dengan begitu, untuk satu unsur karbon membutuhkan empat unsur yang lain agar elektron dalam orbit terluarnya menjadi stabil.

• Pada umumnya, karbon akan membentuk ikatan kovalen dengan 1 karbon yang lain dan dengan oksigen, hidrogen, nitrogen dan sulfur.
• Metana (satu karbon berikatan dengan 4 hidrogen), etanol (CH3 – CH2OH) dan metilamina(CH3 – NH2) merupakan senyawa karbon sederhana yang mengandung ikatan tunggal.
• Selain itu, kadangkala dua atau tiga elektron digunakan bersama oleh dua unsur sehingga membentuk ikatan rangkap dua atau ikatan rangkap tiga.
• Jadi, kombinasi valensi dan BM kecil merupakan karakteristik molekul berunsur karbon menjadi sangat beragam dan stabil yang mendominasi molekul biologis.

Molekul berunsur karbon adalah molekul yang stabil

• Kestabilan molekul berunsur karbon bisa dilihat dari energi ikatan, yaitu jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutus 1 mol (sekitar 6 x 1023) ikatan.
• Seringkali, energi ikatan disalahartikan sebagai energi yang tersimpan dalam ikatan.
• Energi ikatan ini diekspresikan sebagai kalori per mol (kal/mol).
• Kalori adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air sebesar 1o C.

• Untuk memutus ikatan karbon dan karbon (C – C) dibutuhkan 83 kkal/mol,
• Energi ikatan karbon dan hidrogen (C – H) = 99 kkal/mol, karbon dan oksigen (C – O) = 84 kkal/mol dan karbon-nitrogen (C – N) = 70 kkal/mol.
• Energi yang jauh lebih besar dibutuhkan untuk memutus ikatan karbon rangkap dua (C ═ C), yaitu 146 kkal/mol dan ikatan karbon rangkap tiga (C ≡ C), yaitu 212 kkal/mol.

• Besarnya energi ikatan molekul berunsur karbon diatas bisa lebih mudah diapresiasi kalau dibandingkan dengan nilai-nilai energi yang sejenis.
• Misalnya, energi ikatan non-kovalen hanya beberapa kkal/mol, energi gelombang panas sekitar 0.6 kkal/mol, ikatan gugus fosfat dalam molekul ATP = 7.3 kkal/mol.

• Jadi bisa dipahami bahwa molekul yang paling penting bagi kehidupan di muka bumi ini adalah yang berbasis rantai karbon.
• Hal ini karena energi panjang gelombang matahari yang masuk ke permukaan bumi tidak bisa memutus ikatan C – C.
• Hubungan energi dan panjang gelombang bisa dinotasikan sebagai E = 28.600/lkkal/einstein.

• Menggunakan notasi tersebut, maka panjang gelombang cahaya matahari yang masuk ke permukaan bumi berada dalam kisaran cahaya tampak, yaitu antara 400-700 nm, mempunyai energi antara 71.5 – 40.8 kkal/einstein.
• Nilai energi matahari tersebut jauh dibawah energi ikatan C – C. Dari notasi diatas bisa dimengerti bahwa sinar ultraviolet dengan panjang gelombang <400>

• Problem: mungkinkah kalaupun ada kehidupan di luar bumi akan tersusun oleh molekul berunsur karbon?

Molekul berunsur karbon adalah molekul yang sangat beragam

• Valensi 4 dari unsur karbon memungkinkan satu karbon mengikat 4 unsur yang lain, terutama yang berBM rendah yang hanya ada beberapa saja, dan yang paling banyak ditemukan dalam mahluk hidup adalah H. O, N, S dan P.
• Hal ini menyebabkan molekul berunsur karbon menjadi sangat beragam.
• Ditambah lagi jika satu valensi karbon membentuk ikatan dengan karbon yang lain.

• Jika rantai karbon hanya berikatan dengan hidrogen maka akan membentuk hidrokarbon dengan struktur linear maupun sirkular.
• Hidrokarbon adalah molekul penting secara ekonomis sebagai bahan bakar minyak, misalnya bensin (octane, C8H18).
• Molekul ini tidak larut air sehingga di dalam sel fungsi utamanya adalah sebagai penyusun membran sel bagian dalam.

• Selain dengan hidrogen dan unsur-unsur tunggal lainnya, rantai karbon berikatan dengan beragam gugus fungsional yang kemudian sangat menentukan kelarutannya dalam air dan reaktifitasnya.
• Beberapa gugus fungsional yang biasa ditemukan dalam mahluk hidup antara lain yang bermuatan negatif (karboksil dan fosforil), bermuatan positif (amino), dan berpH netral (hidroksil, sulfhidril, karbonil, aldehida).

Molekul berunsur karbon dapat membentuk stereoisomer

• Selain kemampuannya berikatan dengan gugus fungsional, keragaman molekul berunsur karbon ditambah lagi dengan kemampuan strukturnya membentuk simetri geometris.
• Hal ini karena distribusi elektron yang digunakan bersama berada dalam konfigurasi tetrahedral.
• Jika ada dua molekul karbon dengan struktur bayangan cermin yang satu dengan yang lain maka keduanya disebut stereoisomer.
• Meskipun begitu, kedua molekul yang saling stereoisomer tidak selalu bisa ditemukan ada dalam mahluk hidup.
• Misalnya, yang bisa ditemukan ada pada mahluk hidup adalah D-glukosa, sedangkan L-alanin maupun D-alanin keduanya ditemukan sebagai penyusun protein yang ada pada mahluk hidup.

Sintesis dengan Polimerasi yang disusun unsur carbon

• Makromolekul bertanggungjawab dalam struktur dan fungsi sistem kehidupan

Ada tiga makromolekul yang menyusun sel dan semua tersusun atas Unsur Carbon

1. karbohidrat
2. protein
3. asam nukleat

Sintesis makromolekul dengan polimerasi, tahap-demi-tahap

1. Makromolekul selalu disintesis tahap demi tahap polimerasi dari molekul-molekul kecil yang disebut monomer
2. Pembentukan polimer atau penambahan unit-unit monomer ke polimer terjadi melalui reaksi kondensasi – pembentukan molekul air
3. Sebelum kondensasi terjadi, setiap monomer diaktifkan terlebih dahulu
4. Molekul yang membantu aktifasi monomer adalah ATP

Makromolekul itu adalah

1. Protein (C-H-O-N)

• Asam amino sebagai monomer protein
• Klasifikasi struktur primer, sekunder, tertier dan kuartener

2. Asam nukleat

• Jenis-jenis nukleotida
• Polimer: DNA dan RNA
• Struktur double heliks

3. Polisakarida (C - H - O)

• Jenis-jenis monosakarida
• Ikatan glikosida
• Fungsi penyimpan energi dan struktur

4. Lipid (C - H - O)

• Asam lemak sebagai penyusun lipid
• Triacilgliserol sebagai lipid penyimpan
• Fosfolipid sebagai penyusun struktur membran sel
• Glikolipid sebagai komponen-komponen khusus membran sel
• Steroid merupakan lipid dengan beragam fungsi
• Terpena dibentuk dari isoprena

Berikut saya berikan diagram siklus Nitrogen agar punya pembanding OK