Universitas Gadjah Mada FISIOLOGI POHON FOTOSINTESIS Pengertian dan Proses Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada

PENGERTIAN FOTOSINTESIS Proses yang menghasilkan gula dari dua bahan mentah sederhana yaitu karbodioksida (CO2) dan air (H2O) di dalam khlorofil (zat hijau daun pada tumbuhan) Proses fisika biokimiawi yang menghasilkan bahan organik dari bahan anorganik stabil dengan bantuan cahaya matahari Pembentukan senyawa yang mengandung C (gula= C6H12O6) dari CO2 dan H2O oleh tumbuhan hijau dengan adanya cahaya matahari dan sebagai hasil sampingnya adalah O2

Reaksi Fotosintesis 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 cahaya matahari Keterangan : Enam molekul karbondioksida bereaksi dengan enam molekul air untuk membentuk satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen cahaya matahari khlorofil

Yang terlibat dalam reaksi fotosintesis Karbondioksida (CO2) - Diserap dari atmosfer melalui mulut daun - Pada permukaan tanah kandungan karbon-dioksida lebih besar daripada di atas tajuk Air - Diperoleh dari dalam tanah 3. Glukosa - Dikenal juga sebagai dextrose (karbohidrat) disusun oleh elemen karbon, hidrogen dan oksigen

- Digunakan sebagai sumber tenaga dalam melakukan fotosintesis Oksigen - Produk fotosintesis yang dilepaskan ke udara digunakan oleh semua mahluk hidup di dunia 5. Cahaya Matahari - Digunakan sebagai sumber tenaga dalam melakukan fotosintesis - Besar kecilnya intensitas yang diterima dipengaruhi oleh morfologi daun (Fitter & hay, 1991)

- Pada tumbuhan tingkat tinggi t.d. 2 pigment: 5. Khlorofil - Zat hijau daun, berperan untuk mengkonversi energi sinar menjadi energi kimia - Jumlah dan penyebarannya bervariasi menurut spesies, lingkungan dan umur daun - Pada tumbuhan tingkat tinggi t.d. 2 pigment: blue-green chlorophyll a (C55H72O5N4Mg) yellow-green chlorophyll b (C55H70O6N4Mg) - Proporsi kedua pigmen bervariasi pada jenis tumbuhan yang berbeda. Secara umum tumbuhan berbunga memiliki perbandingan 3 : 1

Struktur Molekul Klorofil

Struktur Kloroplast Bentuk : ovoid, disk, piring Kloroplast berisi Stroma (proteinaceous matrix) - tdp enzim utk fiksasi C Grana (cylindrical bodies) - t.a. kumpulan struktur membran berbentuk disk yg disebut lamellae atau thylakoid Klorofil melekat pd lamellae Grana 1 dg lainnya dihub oleh intergrana lamellae Tdp pigmen dan enzim utk reaksi terang Bentuk : ovoid, disk, piring Diameter 5 µm; tebal 2-3 µm

(Lamellae)

Faktor-faktor Pembentukan Khlorofil 1. Faktor Internal A. Potensial genetik - Pembentukan khlorofil diatur oleh suatu gen di dalam khromosom DNA dlm inti dan kloroplast - Mutasi gen klorofil tdk terbentuk Albino B. Suply karbohidrat - Defisit karbohidrat menyebabkan tidak terbentuknya khlorofil (Kramer & Kozlowski, 1979)

2. Faktor Lingkungan B. Suhu A. Cahaya - Cahaya esensial utk pembentukan klorofil - Tanaman dlm gelap protoklorofil klorofil - Cahaya terlalu tinggi klorofil didekomposisi - Cahaya terang equilibrium sintesis dan dekom- posisi klorofil tjd pd konsentrasi yg rendah - shg daun ternaung biasanya memiliki konsentrasi khlorofil lebih besar. B. Suhu Sintesis khlorofil biasa terjadi pada range suhu yang lebar. Suhu 3-480C kondisi yang baik untuk pembentukan khlorofil Reduksi Cahaya

C. Mineral Klorosis tjd karena defisiensi unsur hara, D. Air - N (terpenting) karena merupakan penyusun klorofil - Fe (merupakan kofaktor prekursor klorofil) - Mg (merupakan penyusun klorofil) D. Air - Stress air yg moderat memperlambat pembentukan khlorofil - Stress air parah kerusakan klorofil E. Oksigen Tanpa oksigen seedling tidak akan membentuk khlorofil. Oksigen perlu untuk mensuply energi metabolik dalam pembentukan khlorofil

MEKANISME FOTOSINTESIS Urutan proses fotosintesis 1. Penangkapan cahaya matahari oleh khloroplas (zat hijau daun) 2. Pemisahan molekul air diiringi pelepasan elektron berenergi tinggi dan penghasilan O2 3. Transfer elektron yg menyebabkan pembentukan energi kimia (ATP) dan tenaga pereduksi (NADPH2) 4. Penggunaan ATP dan NADPH2 untuk fiksasi CO2 menjadi Karbohidrat kompleks spt sukrosa, pati, sellulosa, hemisellulosa Reaksi terang Reaksi gelap NADPH : Nikotinamid adenin dinukleotid fosfat, ATP : Adenosin trifosfat, energi dalam sistem biologi

Reaksi terang (Fotofosforilasi) 1. Penangkapan energi cahaya oleh khloroplas 2. Pemecahan H2O dengan hasil energi dan oksigen (O2) Fotolisis 2 H2O 4 e- + 4 H+ + O2 3. Pembentukan ATP dan reducing power (NADPH2) e- fotofosforilasi ATP + 4H+ 2NADP reduksi 2NADPH2 2H2O 2NADPH2 + O2 + ATP

Reaksi gelap (Fiksasi CO2) 1. Penggunaan ATP dan NADPH untuk fiksasi CO2 2. Reduksi CO2 menjadi KH kompleks 6CO2 + 12NADPH2 + 18 ATP C6H12O6 + 12NADP + 18ADP + 8Pi + 6H2O - Keterlibatan enzim misal: RUBP dan PEP carboxilase

ADP + Pi NADP+ (CH2O)n H2O ATP NADPH2 O2 CO2 Fiksasi CO2 ENZIM CAHAYA CAHAYA ATP NADPH2 O2 CO2 Fiksasi CO2 (Reaksi gelap) Fotofosforilasi (Reaksi terang)

Reaksi gelap (Fiksasi CO2) - Dikenal jenis tanaman berdasarkan jalur fiksasi CO2 Tanaman C3 (sebagian besar tumbuhan) Tanaman C4 (jagung, tebu) Tanaman CAM (Crassulacean Acid Metabolism) (Tumbuhan gurun: kaktus)

C3 (Siklus Calvin-Benson) 1. Senyawa pertama terbentuk adalah senyawa dg 3 atom C yaitu PGA (Phospho Glyceric Acid) 2. RuBP (Ribulose mono-P) + CO2 RuBP carboxilase 2 PGA 3. Enzim RuBP Carboxilase (RUBISCO) 4. RuBP Carboxilase dihambat secara kompetitif oleh O2, shg jika O2 meningkat fotosintesis turun 5. Titik kompensasi CO2 tinggi 6. Fotorespirasi tinggi (respirasi oleh jaringan fotosintetik; tergantung pd cahaya [light dependent]; pemecahan KH yg baru dibentuk dr proses fotosintesis) 7. Khlorofil ada di mesofil 8. Sel bundle sheath sedikit/tidak punya 9. Siklus Calvin

Siklus Calvin-Benson (Fiksasi CO2 tanaman C3)

Mekanisme fotosintesis tanaman C3

C4 (Siklus Hatch-Slack) 1. Senyawa pertama terbentuk: senyawa dg 4 atom C spt asam aspartat, malat dan oksaloasetat 2. PEP (Phosphoenol Piruvat) + CO2 PEP Carboxylase As Oksaloasetat 3. Enzim PEP Carboxylase mempunyai afinitas yang sangat besar thd CO2 shg tidk tergantung pd konsentrasi oksigen 4. Titik kompensasi CO2 rendah 5. Fiksasi CO2 awal tjd pd mesofil, lalu asam yg terbentuk ditransport ke sel bundle sheath. Di sel bundle sheath asam didekarboksilasi melepaskan CO2 yang akan masuk ke siklus Calvin peningkatan konsentrasi CO2 PEP kembali masuk siklus Hatch-Slack 6. Banyak sel bundle sheath 7. Fotorespirasi rendah CO2 hasil respirasi dimanfaatkan lagi dalam siklus Hatch- Slack dan Siklus Calvin 8. Siklus Hatch-Slack dan Siklus Calvin 9. Enzim RUBISCO dan PEP-Carboxylase

Jalur Hatch Slack (Fiksasi CO2 tanaman C4)

Mekanisme fotosintesis tanaman C4

Mekanisme fotosintesis tanaman C4

C4: Hatch-Slack pathway & Calvin cycle

Mekanisme fotosintesis tanaman C4 Next

Sel bundle sheath

Penampang melintang anatomi daun C3 (a) dan C4 (b)

Penampang melintang anatomi daun C4

CAM (Crassulacean Acid Metabolism) 1. Mekanisme fiksasi CO2 mirip C4 yaitu - tdp siklus Hatch-Slack dan Calvin - enzim PEP dan RuBPcarboxilase 2. Perbedaan tanaman C4 dan CAM C4 : tjd pada ruang yang berbeda CAM: tjd pada waktu yang berbeda 3. Pada malam hari: Stomata membuka Fiksasi CO2 membentuk asam oksaloasetat dan malat oleh enzim PEP karboksilase 4. Siang hari Stomata menutup (mengurangi transpirasi) Dekarboksilase melepaskan CO2 yg selanjutnya digunakan (masuk) pada siklus Calvin 5. Tumbuhan sukulen

CAM Stomata open

Perbedaan mekanisme fotosintesis tanaman C4 dan CAM Next

SEKIAN