FOTOSINTESIS

PENGERTIAN FOTOSINTESIS Fotosintesis merupakan proses penyusunan karbohidrat atau zat gula dengan menggunakan energi matahari Proses fotosintesis terjadi di daun, karena di daun terdapat jaringan mesofil yang mengandung kloroplas Fotosintesis membutuhkan air yang diserap oleh akar dari dalam tanah dan CO2 yang diperoleh dari udara bebas (masuk dalam daun melalui stomata) Setelah mengalami berbagai proses di dalam daun akhirnya dihasilkan karbohidrat, amilum atau zat gula lainnya serta hasil samping berupa O2 Secara umum, proses fotosintesis merupakan proses foto (reaksi terang) dan proses sintesis (siklus Calvin).

Fotosintesis = Redoks Fotosintesis merupakan proses oksidasi dan reduksi. Terjadi penguraian air, elektron ditransfer bersama dengan ion hidrogen dari air ke karbondioksida, yang pada akhirnya direduksi menjadi gula. Elektron mengalami penambahan energi potensial saat elektron ini berpindah dari air ke gula. Kebutuhan akan kenaikan energi ini disediakan oleh cahaya matahari.

Reaksi Terang dan Gelap Reaksi terang: mengubah energi matahari menjadi energi kimia yang berupa NADPH dan ATP. Reaksi Gelap: terjadi fiksasi CO2 menjadi karbohidrat melalui penambahan elektron dengan menggunakan energi dari ATP dan NADPH ATP dan NADPH dari reaksi terang selanjutnya digunakan untuk reaksi gelap. Reaksi ini meliputi siklus Calvin

Reaksi Gelap Fiksasi karbon: Siklus Calvin memasukkan setiap molekul CO2 dengan mengikatnya pada gula berkarbon 5 atau ribulosa diposfat (RuBP) dan hasil reaksinya adalah intermediet berkarbon enam yang tidak stabil sehingga segera terurai separuhnya untuk membentuk 2 molekul 3-posfogliserat. Enzim yang mengkatalisis adalah RuBP karboksilase atau rubisko yang terletak di permukaan stroma di membran tilakoid.

Reaksi Gelap Reduksi: Setiap molekul 3-posfogliserat menerima gugus posfat baru dan oleh suatu enzim ditransfer membentuk 1,3 biposfogliserat. Sepasang elektron dari NADP mereduksi 1,3 biposfogliserat menjadi G3P. Untuk setiap molekul CO2 terdapat enam molekul G3P, sehingga terdapat nilai 18 karbohidrat dalam bentuk enam molekul G3P tersebut. Satu molekul keluar siklus untuk digunakan oleh sel tumbuhan sedangkan yang lainnya harus didaur ulang untuk meregenerasi tiga molekul RuBP.

Reaksi Gelap Regenerasi akseptor CO2 (RuBP): Lima molekul G3P disusun menjadi tiga molekul RuBP yang membutuhkan 3 molekul ATP. RuBP siap untuk menerima CO2 kembali dan siklusnya berlanjut.

Struktur Kloroplas Kloroplas merupakan salah satu plastida yang mengandung klorofil. Kloroplas memiliki bentuk, ukuran, dan distribusi yang bervariasi antar sel dalam spesies yang sama. Bentuk kloroplas bermacam-macam, ada yang berbentuk cakram atau lensa (pada paku-pakuan), bintang (pada ganggang Zygonema), pita (pada ganggang Spyrogyra), jala (pada ganggang Eladophora). Pada tumbuhan dan alga, dalam satu sel terdapat 40-50 kloroplas dan 500.000 ap mm2 kloroplas pada permukaan daun. Kloroplas dapat membelah untuk meningkatkan jumlahnya dan dapat berdegenerasi untuk mengurangi jumlahnya.

Grana Di beberapa daerah, tilakoid ditumpuk seperti kartu poker yang membentuk struktur yang disebut grana (tunggal: granum). Grana berfungsi untuk melangsungkan reaksi pengikatan karbondioksida. Antara grana yang satu dengan yang lain dihubungkan oleh lamela stroma. Stroma, stroma adalah cairan yang berada di dalam kloroplas. Dalam stroma terdapat DNA, RNA, ribosom, dan enzim-enzim. Stroma merupakan tempat berlangsungnya transkripsi dan translasi.

STRUKTUR MIKROSKOPI KLOROPLAS Membran, tiap kloroplas dilindungi oleh sistem atau selaput ganda yang mengatur lalu lintas molekul yang keluar masuk kloroplas Membran dalam mengalami invaginasi dan membentuk membran tilakoid yang mengandung klorofil Pada membran tilakoid, banyak terdapat partikel persatuan luas, yang dianggap sebagai bagian dari membran yang dinamakan kuantosom (satuan morfologi untuk berlangsungnya reaksi fotosintesis yang memerlukan cahaya). Dengan adanya membran tilakoid ini, maka kloroplas memiliki tiga membran.

Struktur Tilakoid Tilakoid tersusun dari membran tilakoid, grana, dan matriks tilakoid. Membran tilakoid memisahkan ruang tilakoid dengan stroma. Dalam membran tilakoid mengandung perlengkapan untuk mengubah bentuk energi transduksi protein penuai cahaya, pusat reaksi, rantai transport elektron dan ATP sintase. Membran tilakoid bersifat impermeabel bagi sebagian besar molekul dan ion. Membran tilakoid dipenuhi oleh fotosistem I dan fotosistem II yang bekerjasama dalam reaksi terang fotosintesis.

Klorofil Klorofil pusat reaksi fotosintesis I dikenal sebagai p700 karena pigmen ini paling baik dalam menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang 700 nm. Klorofil pada pusat reaksi fotosistem II disebut p680 karena spektrum absorbansinya memiliki puncak pada 680 nm. Kedua pigmen ini sebenarnya merupakan molekul klorofil a yang identik. Akan tetapi, keterkaitannya dengan protein yang berbeda dalam membran tilakoid mempengaruhi distribusi elektron dalam molekul klorofil dan menjadi penyebab adanya sedikit perbedaan pada sifat penyerapan cahayanya.

Fotosistem Fotosistem memiliki kompleks antena pengumpul cahaya (LHC) yang tersusun dari klorofil a, klorofil b, dan karotenoid. Yang berperan dalam menangkap cahaya adalah klorofil a dan b, sedangkan karotenoid berperan menyerap dan melepaskan energi cahaya yang berlebihan yang jika tidak dilepaskan akan merusak klorofil. Klorofil a dan b mengandung cincin porfirin yang berfungsi menyerap cahaya. Perbedaannya yakni klorofil b mempunyai gugus formil di tempat metil pada salah satu cincin pirol.

Tumbuhan C3 Fiksasi karbon awalnya terjadi melalui Rubisko (enzim pada siklus Calvin yang menambahkan CO2 pada ribulosa biposfat) dan produknya adalah 3 posfogliserat yaitu senyawa berkarbon 3 sehingga disebut tumbuhan C3. Reaksi gelap fotosintesis terjadi dalam beberapa tahap: Karboksilasi atau fiksasi CO2 akan menghasilkan PGA Reduksi PGA menjadi PGAL Regenerasi, dimana 5 molekul C3 (triosa fosfat: PGAL dan DHAP) akan dikonversi menjadi 3 molekul C5 yang menggerakkan siklus. Autokatalisis, yaitu dari tiap 3 molekul CO2 akan dihasilkan satu molekul triosa fosfat (DHAP).

Tumbuhan C4 Tumbuhan ini mendahului siklus Calvin dengan fiksasi karbon cara lain yang membentuk senyawa berkarbon empat sebagai produk pertamanya, sehingga dinamakan tumbuhan C4. Siklus Calvin pada tumbuhan ini terbatas pada kloroplas seludang berkas pembuluh. Jalur C4 untuk pengangkutan CO2 dimulai di dalam sel mesofil dengan kondensasi CO2 dan posfoenol piruvat membentuk oksaloasetat dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh posfoenol piruvat karboksilase. Pada beberapa spesies, malat dehidrogenase terikat NADP+ mengubah oksaloasetat menjadi malat. Malat menuju sel bersarung dan didekarboksilasi di dalam kloroplas oleh suatu enzim malat-terikat NADP+, CO2 dibebaskan memasuki daur Calvin dengan cara biasa dan berkondensasi dengan ribulosa 1,5 bifosfat. Piruvat yang terbentuk pada reaksi dekarboksilasi ini kembali ke sel mesofil. Piruvat pidikinase mengkatalisis piruvat sehingga membentuk fosfoenol piruvat

Reaksi bersih jalur C4 adalah : CO2 (di sel mesofil) + ATP + H2O CO2 (di sel bersarung) + AMP + 2Pi + H Reaksi keseluruhannya adalah sebagai berikut : 6 CO2 + 30 ATP + 12 NADPH2 + 12 H2O C6H12O6 + 30 ADP + 30 Pi + 12 NADP+ + 18 H+

Tumbuhan CAM Pada tanaman tipe ini, untuk menghindari kehilangan air jaringan yang berlebih, maka stroma menutup pada siang hari dan membuka pada malam hari. Oleh karena itu, fotosintesis tumbuhan CAM terjadi pada dua waktu yaitu siang dan malam. Fiksasi CO2 dilakukan pada malam hari saat stroma membuka. Asam malat ditimbun di vakuola sel jaringan fotosintetik. Pada siang hari asam malat akan pecah untuk melepaskan CO2, peristiwa ini disebut dekarboksilasi. Selanjutnya CO2 tersebut digunakan untuk menyusun zat gula melalui daur Calvin.

PENAMPANG DAUN HIJAU

SKEMA FOTOSINTESIS

ABSORBANSI BERBAGAI JENIS KLOROFIL

STRUKTUR MOLEKUL KLOROFIL

SIKLUS KALVIN