FOTOSINTESIS (pada tanaman tingkat tinggi)

Presentasi berjudul: "FOTOSINTESIS (pada tanaman tingkat tinggi)"— Transcript presentasi:

1 FOTOSINTESIS (pada tanaman tingkat tinggi)
Definisi Beberapa konsep dalam fotosintesis Reaksi terang fotosintesis (reaksi thylakoid) Reaksi karbon fotosintesis (reaksi fiksasi karbon) 4/14/2017

2 Definisi Fotosintesis adalah sebuah proses perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP dan disimpan sebagai ikatan kimia karbohidrat Produk utama proses fotosintesis adalah sebuah polimer gula 6 karbon (biasanya dalam bentuk sukrosa atau pati) 6CO2 + 6 H O2 + C6H12O6 4/14/2017

3 nH2O + nCO2 + light (CH2O)n + nO2
4/14/2017

4 Beberapa konsep dalam fotosintesis
Cahaya memiliki sifat baik sebagai sebuah partikel maupun sebuah gelombang Gelombang dicirikan oleh panjang gelombang () dan frekuensi () 4/14/2017

5 Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi:
c =   4/14/2017

6 Sebagai sebuah partikel, cahaya disebut foton
Setiap foton mengandung sejumlah energi yang disebut quantum Besarnya energi dari sebuah foton tergantung pada frekuensinya (Hk Planck) 4/14/2017

7 dimana : h = konstanta Planck (6,626 x 10 –34 Js)
Hukum Planck:  = h   = h c/ dimana : h = konstanta Planck (6,626 x 10 –34 Js) Sehingga, energi sebuah foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya 4/14/2017

8 Ketika klorofil a (atau sembarang molekul) menyerap cahaya, energi cahaya yang diserap menaikkan e- ke tingkat energi yang lebih tinggi (excited state) Chl + h  Chl* 4/14/2017

9 Struktur Aparatus Fotosintesis
4/14/2017

10 4/14/2017

11 Kloroplas 4/14/2017

12 Merupakan tempat berlangsungnya fotosintesis
Terbungkus oleh dua lapis membran (luar dan dalam) Tersusun atas membran internal (yang disebut thylakoid) dan stroma 4/14/2017

13 Membran thylakoid terdiri dari lamela grana (bertumpuk) dan lamela stroma (tidak bertumpuk)
Klorofil terletak di membran thylakoid, sehingga reaksi terang fotosintesis berlangsung di membran thylakoid 4/14/2017

14 Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid
Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh ensim-ensim yang larut dalam air, berlangsung di stroma Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid 4/14/2017

15 Gambar Skematik Kloroplas
lumen 4/14/2017

16 Klorofil merupakan pigmen utama dalam fotosintesis, dan berperan sebagai penangkap cahaya.
Semua pigmen yang aktif dalam fotosintesis, terletak di dalam kloroplas 4/14/2017

17 Klorofil tersusun atas sebuah cincin seperti phorphyrin dengan inti Mg, dan sebuah ekor panjang yang berfungsi untuk melekatkan diri pada lingkungannya 4/14/2017

18 4/14/2017

19 Proses fotosintesis 1. Penyerapan cahaya 2H2O O2 + 4H+ +4 e-
2. Transport elektron 2H2O + 2NADP H+ + 2 NADPH + O2 cahaya 4/14/2017

20 4. Fiksasi CO2 menjadi karbohidrat
3. Pembentukan ATP H+ + ADP 3- + Pi ATP 4- + H2O 4. Fiksasi CO2 menjadi karbohidrat 4/14/2017

21 Fotosintesis terjadi dalam sebuah kompleks yang terdiri dari antena-antena penangkap cahaya dan pusat-pusat reaksi fotokimia 4/14/2017

22 Transfer elektron Transfer eksitasi Cahaya Molekul pigmen Acceptor e -
Pusat reaksi Donor e - Antena 4/14/2017

23 REAKSI TERANG FOTOSINTESIS
4/14/2017

24 Organisme yang melepaskan oksigen (melalui fotosintesis) memiliki dua fotosistem (II & I) yang bekerja secara berturutan yang dikenal sebagai skema Z (zigzag) 4/14/2017

25 Gambaran skematik Z scheme
4/14/2017

26 4/14/2017

27 4/14/2017

28 P680* merupakan oksidan biologi paling kuat yang pernah ditemukan
PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2 di lumen thylakoid; serta menghasilkan reduktan lemah P680* merupakan oksidan biologi paling kuat yang pernah ditemukan 4/14/2017

29 PSI yang menyerap cahaya merah panjang (700 nm) mengasilkan reduktan kuat, yang mampu mereduksi NADP + menjadi NADPH di membran dekat stroma; dan menghasilkan pula oksidan lemah 4/14/2017

30 Perbandingan antara PSII dan PSI secara umum adalah 1,5 : 1
ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen ke stroma Perbandingan antara PSII dan PSI secara umum adalah 1,5 : 1 4/14/2017

31 Organisasi Dalam Membran Thylakoid
Pusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron, terletak terutama di lamela grana 4/14/2017

32 Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron; dan ensim-ensim untuk sintesis ATP (coupling factor enzymes) terletak terutama di lamela stroma dan di sudut-sudut lamela grana 4/14/2017

33 Kompleks sitokrom b6f, yang menghubungkan dua sistem tersebut, tersebar merata.
4/14/2017

34 Diagram Organisasi Membran Thylakoid
4/14/2017

35 Organisasi Sistem Antena Penyerap Cahaya
Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena Ukuran antena: chl/rc di tanaman tingkat tinggi 4/14/2017

36 effisiensi transfer energi 95 - 99 %
Mekanisme transfer energi dari chl ke rc adalah transfer resonansi, dimana energi eksitasi dipindahkan oleh proses non radiasi effisiensi transfer energi % 4/14/2017

37 Mekanisme Transport Elektron Dan Proton Dalam Fotosintesis
Reaksi terang fotosinthesis tersusun atas : PSII, sitokrom b6F, PSI dan ATP synthase. 4/14/2017

38 Non-appressed thylakoids
4/14/2017

39 Inti pusat reaksi terdiri dari dua buah membran protein (D1 & D2)
STRUKTUR PSII PSII terdiri atas inti pusat reaksi (core reaction centre), antena (dengan beberapa LHC), dan pigment-pigment tambahan Inti pusat reaksi terdiri dari dua buah membran protein (D1 & D2) 4/14/2017

40 Klorofil (klorofil a) pusat reaksi PSII menyerap cahaya maksimal 680 nm (P680/Pigment 680)
4/14/2017

41 Struktur Skematik PSII
4/14/2017

42 Ketika PSII menyerap sebuah foton dengan panjang gelombang < 680 nm, akan memacu lepasnya elektron dari molekul chl a P680 dan menghasilkan P680* 4/14/2017

43 Oksigen dioksidasi di dalam PSII melalui fotolisis air
P680* merupakan oksidan biologi paling kuat, yang cukup kuat untuk mengoksidasi air Oksigen dioksidasi di dalam PSII melalui fotolisis air 2H2O O2 + 4H+ + 4 e- 4/14/2017

44 P680* kemudian akan melepaskan elektronnya, dan diterima oleh pheophytin
Pheophytin (Pheo) adalah sebuah klorofil dimana inti Mg disubstitusi dengan 2 atom H, berperan sebagai akseptor elektron awal di PSII 4/14/2017

45 (2 buah plastoquinon terletak sangat berdekatan dengan pheo)
Kemudian, elektron dipindahkan dari Pheo ke quinon pertama dan segera dipindahkan ke quinon kedua (untuk ditahan) (2 buah plastoquinon terletak sangat berdekatan dengan pheo) Pada saat yang bersamaan P680+ mendapatkan e- kembali dari hasil fotolisis air, melalui Yz 4/14/2017

46 Yz terletak pada Protein D1 dari pusat reaksi PSII
Thyrosin (Yz) berfungsi untuk menghubungkan Oxygen-evolving complex dengan P680 Yz terletak pada Protein D1 dari pusat reaksi PSII 4/14/2017

47 Sebuah elekron kedua di pindahkan dari Q1 ke Q2
Dengan mengambil 2 proton dari media, maka terbentuk hidroquinon (QH2) 4/14/2017

48 Hidroquinon (QH2) kemudian terdisosiasi dan melepaskan elektron-elektronya ke kompleks sitokrom b6f
4/14/2017

49 Mekanisme Tranfer Elektron Dan Proton Di Kompleks Sitokrom B6F
4/14/2017

50 Cyt b6f terdiri dari cyt b dan cyt c (cyt f/ Rieske Fe-S (FeSR))
QH2 dioksidasi dekat lumen, kemudian elektron dilepaskan ke FeSR dan ke cyt b, dan secara simultan melepaskan dua proton ke lumen. 4/14/2017

51 Elektron kemudian di transfer dari FeSR ke cyt f, kemudian ke plastocianin (PC) yang kemudian akan mereduksi P700+ PSI cyt b terduksi, akan mentransfer elektronnya ke cyt b lain, yang kemudian akan mereduksi quinone (Q) menjadi semiquinone 4/14/2017

52 4/14/2017

53 QH2 kedua, dioksidasi dekat lumen, kemudian ekeltron dilepaskan ke FeSR dan ke cyt b, dan secara simultan melepaskan dua proton ke lumen. Elektron kemudian di transfer dari FeSR ke cyt f, kemudian ke plastocianin (PC) yang kemudian akan mereduksi P700+ PSI 4/14/2017

54 cyt b tereduksi, akan mentransfer elektronnya ke cyt b lain, yang kemudian akan mereduksi semiquinone menjadi plastohydroquinone (QH2); pada saat yang bersamaan mengambil 2 proton dari stroma 4/14/2017

55 4 proton ditransfer melewati membran untuk setiap 2 elektron yang ditransfer ke P700
4/14/2017

56 Bersifat mobil, sehingga menghubungkan kedua buah fotosistem
Plastocianin Plastocianin adalah protein berukuran kecil (10,5 kDa), yang larut dalam air, mengandung tembaga (Cu), berfungsi untuk mentransfer elektron dari cyt b6f ke P700 Bersifat mobil, sehingga menghubungkan kedua buah fotosistem 4/14/2017

57 Terdiri atas dua buah membran protein ( psaA dan psaB )
PSI Terdiri atas dua buah membran protein ( psaA dan psaB ) RC (P700) dan sekitar 100 klorofil antena terikat pada membran protein tersebut Akseptor elektron terdiri dari 3 macam protein yang terikat membran atau feredoksin yang mengandung Fe-S; dan disebut Pusat X, A dan B 4/14/2017

58 Elektron dilepaskan oleh PC dan ditransfer melalui pusat A dan X, untuk kemudian diterima oleh feredoksin (sebuah protein kecil yang mengandung Fe-S; dan larut dalam air) Feredoksin-NADP reduktase, yang terikat membran, kemudian merduksi NADP+ menjadi NADPH 4/14/2017

59 Perpindahan elektron dari oksidasi air ke pembentukan NADPH disebut siklus elektron non-siklik
4/14/2017

60 PSI LHCI psaB psaA PC P700 A0 FX Fd 4e- NADP++ H+ NADPH ATP
Calvin cycle 4/14/2017

61 Pada kondisi tertentu, siklus elektron siklik dari PSI melalui Cyt b6f dan kembali ke P700, dapat terjadi Pada siklus siklik ini juga disertai pompa proton ke dalam lumen, sehingga dapat berfungsi untuk sintesis ATP dan reduksi NADP+ tanpa oksidasi (fotolisis) air Summary 4/14/2017

62 Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi
Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi yang diserap disimpan dalambentuk NADPH, sebagian lain dari energi photon digunakan untuk membentuk ATP Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi 4/14/2017

63 Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kimoosmotik
Mekanisme kimoosmotik (chemiosmotic mechanism) didasarkan pada prinsip: bahwa perbedaan konsentrasi ion dan potensial elektrik diantara membran, merupakan sumber energi bebas 4/14/2017

64 ATP dibentuk oleh kompleks ensim yang dikenal memiliki beberapa nama: ATP synthase, Coupling-Factor, ATPase, CFo - CF1 Ensim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan bagian yang mencuat keluar mebran disebut CF1 4/14/2017

65 CF1 merupakan bagian dari kompleks ensim yang membentuk ATP
CFo membentuk saluran menyeberangi membran, dimana proton mampu melewatinya CF1 merupakan bagian dari kompleks ensim yang membentuk ATP 4/14/2017

66 Karena perbedaan konsentrasi proton antara lumen dan stroma, maka akan timbul sebuah tenaga (proton motive force) Proton motive force akan mengakibatkan terjadinya perpindahan proton dari lumen melalui CFo dan kemudian akan dilepaskan ke stroma melalui CF1 4/14/2017

67 Sisi katalisis dari ATP synthase terletak di CF1, dimana pada saat sintesis ATP, sisi ini akan berputar. 4/14/2017

68 Gambaran skematik ATP synthase
ADP +Pi ß ATP 4/14/2017

69 Synthesis ATP 4/14/2017

70 4/14/2017