Fotosintesis KI3061 Zeily Nurachman KI3061 Zeily Nurachman

Fotosintesis Proses sintesis karbohidrat dari CO2 dan H2O yang digerakkan oleh energi cahaya di koroplas Reaksi: CO2 direduksi menjadi karbon-gula dengan pereduksi H2O CO2 + H2O + cahaya → O2 + (CH2O) Percobaan CB van Niel (1941) dengan menggunakan 18O pada air dan CO2 tidak dilabel menunjukkan bahwa O2 yang dihasilkan tidak berasal dari CO2 melainkan dari air Lebih dari 4 × 1017 kJ energi tersimpan bumi per tahun, setara dengan 1010 ton karbon terasimilasi menjadi karbohidrat dan materi organik lain KI3061 Zeily Nurachman

Reaksi umum CO2 + 2 H2O → [CH2O] + H2O + O2 atau CO2 + 2 H2A → [CH2O] + H2O + 2A KI3061 Zeily Nurachman

Kloroplas Ditemukan dibawah permukaan daun (sel mesofil) Tiap sel mengandung 20 – 50 organel Mirip mitokohodria, punya DNA sendiri Dikelilingi oleh 2 membran: membran luar permeabel terhadap ion dan molekul kecil dan membran dalam dibungkus kompartemen internal Kompartemen internal: mengandung tilakoid/grana (reaksi terang) dan stroma (reaksi gelap) Kloroplas berevolusi dari unisel sianobakteri (alga biru–hijau) Prokariot yang mampu berfotosintesis (misalnya bakteri rodhopsin) tidak memiliki kloroplas tetapi punya struktur membran yang mempunyai peran mirip dengan membran kloroplas KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

Tahap reaksi fotosintesis Reaksi terang (reaksi yang digerakkan oleh foton). Energi sinar matahari digunakan untuk oksidasi fotokimia H2O menjadi O2. Elektron yang dihasilkan dipakai untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH. Fotofosforilasi untuk sintesis ATP. Reaksi gelap (reaksi asimilasi karbon). Sintesis karbohidrat dari CO2 dan H2O dengan memakai energi hasil reaksi terang (Siklus Calvin). KI3061 Zeily Nurachman

Reaksi terang KI3061 Zeily Nurachman

Energi foton Persamaan Plank: E = hn = hc/l; dimana h (tetapan Plank), 6,626 × 10-34 Js, c (kecepatan cahaya), 2,99 × 108 m/s, dan l (panjang gelombang) 1 mol foton (6,02 × 1023) = 1 einstein Untuk mensintesis 1 mol ATP perlu 30 kJ/mol Jika foton berasal dari cahaya tampak (400–700 nm), maka energi 1 mol foton berkisar antara 170–300 kJ KI3061 Zeily Nurachman

Pigmen penangkap foton KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

Absorbsi pigmen penangkap foton KI3061 Zeily Nurachman

Klorofil bertindak sebagai corong penyerap foton Eksitasi oleh cahaya mengakibatkan pemisahan muatan listrik dan menginisiasi reaksi redoks KI3061 Zeily Nurachman

Mekanisme pemanenan foton Absorbsi cahaya mengakibatkan elektron pada orbital p dalam sistem ikatan rangkap terkonjugasi akan tereksitasi dari keadaan dasar ke keadaan berenergi tinggi (tereksitasi) Sistem transfer energi: Pada saat elektron kembali ke keadan dasar, energi ditransfer ke molekul lain sehingga molekul ini tereksitasi Elektron berenergi tinggi dipakai oleh molekul lain yang kekurangan elektron KI3061 Zeily Nurachman

Aliran elektron yang digerakkan oleh foton KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

MCB 1601 KI3061 Zeily Nurachman

Reaksi pada fotosistem PSII (Fotosistem II, P680), kla = klb, untuk oksidasi air 2 H2O + 4 foton → 4 H+ + 4e- + O2 PSI (Fotosistem I, P700), kla > klb, untuk reduksi NADP+ menjadi NADPH 4e- + 4 foton + 2 H+ + 2 NADP+ → 2 NADPH Reaksi keseluruhan: 2 H2O + 2 NADP+ + 8 foton → O2 + 2 NADPH + 2 H+ KI3061 Zeily Nurachman

Aliran elektron di fotosistem II KI3061 Zeily Nurachman MCB 1601

Aliran elektron di sitokrom bf KI3061 Zeily Nurachman

Aliran elektron di fotosistem I 4 foton diserap, 4 ferredoksin direduksi, dan 2 NADPH dihasilkan KI3061 Zeily Nurachman

Perjalanan elektron dan proton di tilakoid KI3061 Zeily Nurachman

Perbedaan ATP sintase CF0 12 subunit, 1 putaran 12 H+ lewat dan 3 ATP dihasilkan 4 H+/ATP >60% urutan asam amino ATP sintase manusia identik ATP sintase kloroplas jagung, meski 1 milyar tahun berpisah dari kerajaan tanaman dan tumbuhan F0 10 subunit, 1 putaran 10 H+ lewat dan 3 ATP dihasilkan 3,3 H+/ATP KI3061 Zeily Nurachman

Gradien proton Fotosistem II Sitokrom bf 4 foton diserap menghasilkan 1 O2 dan 4 H+ dilepas ke lumen tikaloid 2 plastoquinol dioksidasi, melepas 8 H+ ke lumen tikaloid KI3061 Zeily Nurachman

Konversi energi foton ke ATP 12 H+ dikembalikan ke stroma oleh ATP sintase → 3 ATP dihasilkan 2 H2O + 8 foton + 2 NADP+ + ~3 ADP + 3 Pi → O2 + 2 NADPH + 3 ATP 8 foton = 3 ATP (2,7 foton/ATP) KI3061 Zeily Nurachman

Fotofosforilasi lingkar di PS I 4 foton diserap 8H+ dipompa, menghasilkan 2 ATP dan tidak ada NADPH KI3061 Zeily Nurachman

Inhibitor reaksi terang Herbisida: Diuron dan atrazine: terikat ke subunit D1 PSII menghambat pembentukan plastoquinol (QH2) Paraquat: menghambat PSI (menerima e- dari PSI, membuat superoksida dan hidroksi radikal yang merusak ikatan rangkap lipid membran membran) KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

Asimilasi CO2 di tanaman KI3061 Zeily Nurachman

Reaksi gelap Siklus Calvin KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

Sistem antiport Pi-triosa fosfat KI3061 Zeily Nurachman

Tahap 1: Fiksasi CO2 Karboksilasi Oksigenasi KI3061 Rubisco, ribulosa 1,5-bisfosfat karboksilase/oksigenase Zeily Nurachman

Fotorespirasi Proses konsumsi oksigen oleh tanaman selama fotosintesis, hasil dari kompetisi antara O2 dan CO2 untuk pengikatan ke rubisco O2 diserap, CO2 dilepas, tanpa ada ATP, NADPH, atau metabolit kaya energi dihasilkan KI3061 Zeily Nurachman

Tahap 2: Reduksi 3-fosfogliserat menjadi gliseraldehid-3-fosfat KI3061 Zeily Nurachman

Tahap 3: Regenerasi ribulosa 1,5-bisfosfat dari triosa fosfat Jalur pentosa (3C5 ⇌ 2C6 + C3) dan glikolisis Reaksi yang berlangsung: pemindahan gugus keton (transketolasi): ketosa (n) + aldosa (m) → aldosa (n-2) + ketosa (m+2) Kondensasi aldol (aldolasi): aldosa (n) + DHAP → keton (n+3) Isomerisasi: C5 ⇌ C5 KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

KI3061 Zeily Nurachman

Stoikhiometri asimilasi CO2 pada siklus Calvin KI3061 Zeily Nurachman

Reaksi total fotosintesis Reaksi terang 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi + 6H+ + 48 foton → 6 O2 + 12 NADPH + 18 ATP + 6 H2O Reaksi gelap 6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP + 12 H2O → C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi + 6 H+ Total 6 CO2 + 6 H2O + 48 foton → C6H12O6 + 6 O2 KI3061 Zeily Nurachman

Tanaman tropis (jalur C4) Suhu ↑, aktivitas oksigenasi > karboksilasi Harusnya fotorespirasi ↑ Bagaimana tanaman tropis seperti tebu bertahan? Solusi: jalur C4 Jalur C4 (oksaloasetat dan malat) yang membawa CO2 dari sel mesofil ke sel bundel pelepah tempat berlangsungnya fotosintesis KI3061 Zeily Nurachman

Kloroplas tanaman C4 KI3061 Zeily Nurachman

CO2 (sel mesofil) + ATP + H2O → CO2 (sel bundel pelepah) + AMP 2 Pi + H+ Reaksi gelap: 6 CO2 + 12 NADPH + 30 ATP + 12 H2O → C6H12O6 + 12 NADP+ + 30 ADP + 18 Pi + 6 H+ KI3061 Zeily Nurachman