REAKSI FOTOSINTESIS
1.1 Latar Belakang
Kehidupan di
bumi ini adalah kehidupan bertenaga surya. Kloroplas tumbuhan menangkap energi
cahaya yang telah memnempuh 150 juta kilometer dari matahari dan mengubahnya
menjadi energy kimia yang disimpan dalam gula dan molekul-molekul organik lain.
Proses pengubahan ini disebut fotosintesis (Campbell dkk., 2008).
Kemampuan organisme yang luar biasa
untuk menangkap energi cahaya dan menggunakannua untuk menggerakkan sintesis
senyawa-senyawa organic berasal dari organisasi structural dalam sel.
Enzim-enzim fotosintetik dan molekul-molekul lain dikelompokkan bersama dalam
membran biologis, memungkinkan terlaksanya serangkaian reaksi kimia yang
dibutuhkan dengan efisien. Proses fotosintesis kemungkinan besar bermula dalam
sekolompok bakteri yang memiliki wilayah-wilayah membrane plasma yang melipat
ke dalam dan mengandung kumpulan molekul semacam itu. Pada bakteri fotosintetik
yang masih ada, membran fotosintetik yang melipat ke dalam berfungsi mirip
dengan mmembran internal kloroplas organel eukariotik (Campbell dkk., 2008).
Hampir semya tumbuhan merupakan
autotrof tumbuhan memerlukan nutrient hanya berupa air dan mineral dari tanah
serta karbon dioksida dari udara. Secara, spesifik tumbuhan merupakan
fotoautotrof organisme yang menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energy
untuk menyintesis zat-zat organik. Fotosintesis juga terjadi pada alga,
protista lainnya dan beberapa prokariota (Campbell dkk., 2008).
1.1 Tujuan
Tujuannya ialah :
1.
Mengetahui reaksi-reaksi yang ada di
dalam fotosintesis
2.
Mengetahui panjang gelombang yang
digunakan dalam fotosintesis
3.
Mengetahui aliran siklik dan nonsiklik
4.
Mengetahui tumbuhan C3, C4, dan CAM
1.2 Rumusan masalah
1.
Apa itu fotosintesis?
2.
Dimana terjadi fotosintesis?
3.
Bagaimana reaksi-reaksi fotosintesis?
4.
Bagaimana sifat cahaya matahari?
5.
Apa itu aliran siklik dan nonsiklik?
BAB
II
ISI
Pengertian
Fotosintesis
Fotosintesis
merupakan aktivitas kompleks, dipengaruhi oleh banyak faktor, baik faktor
internal maupun eksternal. Faktor internal menyangkut kondisi jaringan organ
fotosintetik, kandungan klorofil, umur jaringan, aktivitas fisiologi yang lain
seperti transpirasi, respirasi dan adaptasi fisiologis yang lain yang saling
kait mengkait. Faktor eksternal meliputi faktor klimatik seperti suhu,
kelembaban, kecepatan angin, hujan, dan juga faktor cahaya, konsentrasi , kompetitor, dan
organisme pathogen. Selain itu juga faktor penyebab timbulnya stress seperti
ketersediaan air, ada polutan biosida dan zat-zat beracun lain. Kondisi excess
pada berbagai factor yang dibutuhkan dari lingkungan juga berpengaruh terhadap
fotosintesis.
Seluruh
bagian hijau tumbuhan termasuk batang hijau dan buah yang belum matang,
memiliki kloroplas, namun daun merupakan tempat utama fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan. Ada setengah
juta kloroplas per millimeter persegi permukaan daun. Warna daun berasal dari
klorofil, pigmen hijau yang ada di dalam kloroplas. Kloroplas terutama
ditemukan dalam sel mesofil, jaringan interior daun dan oksigen keluar melalui
pori-pori mikrospik yang disebut stomata (Campbell dkk., 2008).
SSel mesofil biasanya memiliki
sekitar 30 sampai 40 kloroplas yang
masing-masing berukuran sekitar 2-4μm kali 4-7μm. Selaput yang terdiri dari 2
membran menyelubungi stroma, cairan kental di dalam kloroplas. Suatu sistem
yang rumit terdiri dari kantong-kantong yang saling terhubung yang disebut
tilakoid (Campbell dkk., 2008).
Glukosa
dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat
pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi
seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang
terjadi pada respirasi seluler adalah kebalikan dengan persamaan di atas. Pada
respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk
menghasilkan karbondioksida, air, dan energi kimia (Anonim, 2012).
Reaksi-
Reaksi pada proses fotosintesis
Proses
fotosintesis masih terus diselidiki karena masih ada sejumlah tahap yang belum
bisa dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak yang diketahui tentang proses
vital ini. Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang
ilmu pengetahuan alam utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri.
Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun.
Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplast berpotensi untuk
melangsungkan reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis,
tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya
dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu. Pada dasarnya, rangkaian
reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang
(karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi
memerlukan karbon dioksida) (Anonim, 2012).
Penguraian
Air
Salah
satu petunjuk pertama dari mekanisme fotosintesis berasal dari penemuan bahwa oksigen yang dilepaskan oleh tumbuhan berasal dari air bukan dari karbon dioksida . Kloroplas memcah air
menjadi hidrogen dan oksigen. Fotosintesis membalik arah aliran elektron. Air
dipecah, dan elektron ditransfer bersama-sama ion hidrogen dari air ke karbon
dioksida yang mereduksinya menjadi gula. Karena elektron mengalami peningkatan
energy potensial saat bergerak dari air ke gula, proses ini mebutuhkan energy,
atau dengan kata lain endegonik. Dorongan energy ini disediakan oleh cahaya
matahari (Campbell dkk., 2008).
Reaksi
Terang
Fotosintesis bukanlah
proses tunggal, elainkan dua proses yang terdiri dari banyak langkah. Kedua
tahap fotosintesis dikenal dengan reaksi terang (Light reaction) dan dan siklus
Calvin (Calvin cycle) (Campbell dkk., 2008).
Reaksi terang merupakan tahap-tahap yang
mengubah energy surya menjadi energykimia. Air dipecah, menyediakan sumber
elektron dan proton (ion hidrogen, H+ ) serta melepaskan O2 , sebagai produk
sampingan. Cahaya yang diserap oleh klorofil menggerakkan transfer elektron dan
ion hidrogen dari air menu penerima yang disebut NADP+ (nikotinamida adenine dinukleotida fosfat),
tempat penyimpanan partikel-partikel itu untuk sementara. Penerima elektron NADP+ adalah kerabat dekat NAD+ yang berfungsi sebagai pembawa elektron dalam
respirasi seluler, kedua molekul tersebut hanya berbeda dalam hal keberadaan
satu gugus fosfat ekstra dalam molekul NADP+ Reaksi terang menggunakan tenaga surya untuk
mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan cara menambahkan sepasang
elektron bersama-sama dengan H+. Reaksi terang juga
menghasilkan ATP, menggunakan kemiosmosis untuk memberikan tenaga bagi
penambahan gugus fosfat ke ADP, proses yang disebut fosforilasi (Campbell dkk.,
2008).
Siklus
Calvin diawali dengan penggabungan CO2 dari udara ke dalam molekul organic yang sudah
ada dalam kloroplas. Penggabungan karbon ke dalam senyawa organic pada awal
siklus ini disebut fiksasi karbon (carbon fixation). Siklus Calvin kemudian
meredukasi karbon yang terfikasi menjadi
karbohidrat melalui penambahan elektron. Tenaga pereduksi disediakan
oleh NADPH, yang menerima muatan elektronnya dala reaksi terang,. Untuk
mengubah C02, menjadi karbohidrat,
siklus Calvin-lah yang membuat gula, namun siklus tersebut kadang hanya dapat
melakukannya dengan bantuan NADPH dan AYO yang dihasilkan oleh reaksi terang. Langkah-langkah metabolik
pada siklus Calvin kadang disebut sebagai reaksi gelap.
Kloroplas
adalah pabrik kimiawi yang memperoleh tenaga dari matahari. Tilakoid dalam
kloroplas mentransformasi
energi cahaya menjadi energi kimia dalam ATP dan NADPH. Cahaya merupakan sebentuk energy
elektromagnetik disebut juga radiasi elektromagnetik. Energi elektromagnetik
merambat dalam gelombang ritmik uang analog dengan gelombang yang terbentuk jika kita menjatuhkan kerikil
ke kolam. Jarak antar gelombang elktromagnetik disebut panjang gelombang.
Panjang gelombang berkisar kurang dari satu nanometer (untuk sinar gamma)
sampai lebih dari satu kilometer (untuk gelombang radio). Segmen spectrum uang
paling penting bagi kehidupan pita sempit antara panjang gelombang sekitar 380
nm sampai 750 nm. Model cahaya sebagai
gelombang menjelaskan banyak sifat cahaya, namun dalam beberapa hal cahaya
berperilaku seolah-olah terdiri atas partikel-partikel diskret yang disebut
foton.
Pigmen-pigmen yang berbeda menyerap
panjang gelombang cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda pula, dan
panjang gelombang yang diserap pun menghilang. Jika pigmen disoroti dengan
cahaya putih, warna yang kita lihat adalah warna yang paling banyak dipantulkan
atau diteruskan oleh pigmen tersebut. Kita melihat daun yang berwarna hijau
karena klorofil menyerap chaya violet-biru dan merah sambil meneruskan dan
memantulkan cahaya hijau.
Ketika pengolongan
tipe-tipe atom atau molekul yang sedikit berbeda pada tingkat energinya, yang
substansi menyerap cahaya dengan suatu karakteristik panjang gelombang yang
berbeda. Ini biasanya ditunjukkan selama penyerapan sinar pada tiap
gelombangnya. Sebagai contoh, klorofil a sangat kuat pada panjang gelombang 660
nm pada sinar merah dan paling rendah pada panjang gelombang 430 nm pada sinar
biru. Ketika gelombang itu berpindah maka sinar yang ada di sebelah kiri adalah
sinar hijau yang bisa kita lihat (Guiltmond dan Hopkins, 1983).
Fotosistem
tersusun atas suatu kompleks protein
yang disebut kompleks pusat reaksi terdiri dari berbagai molekul pigmen yang
terikat oleh protein. Membran tilakoid ditempati oleh dua tipe fotosistem yaitu
fotosistem II (PS II) dan fotosistem I (PS I). Masing-masing fotosistem
memiliki kompleks pusat reaksi yang khas sejenis tertentu penerima elektron
primer yang bersebelahan dengan pasangan molekul klorofil a yang berasosiasi
dengan protein spesifik. Pusat reaksi klorofil a pada fotositem II dikenal
sebagai P680 karena pigmen ini paling bagus menyerap cahaya yang memiliki
panjang gelombang 680 nm. Klorofil a pada kopleks pusat reaksi fotosistem I
disebut P700 karena paling efektif menyerap cahaya yang memiliki panjang
gelombang 700 nm (Campbell dkk., 2008).
Langkah
–langkah aliran elektron linear adalah sebagai berikut (Campbell dkk., 2008):
a. Foton
cahaya menumbuk molekul pigmen dalam kompleks cahaya, mendorong satu
elektronnya ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika elektron ini jatuh kembali ke
kondisi dasarnya suatu elektron pada molekul pigmen di dekatnya secara bersmaan
terangkat ke kondisi tereksitasi. Proses ini berlanjut, dengan energy yang
direlay ke molekul-olekul pigmen lain hingga mencapai pasangan molekul klorofil
a P680 pada kompleks pusat reaksi PS II.
b. Elektron
ditransfer dari P680 yang tereksitasi ke penerima elektron primer
c. Suatu
enzim mengkatalisis pemecahan satu molekul air menjadi dua elektron, dua ion
hidrogen dan satu atom hidrogen. Elektron disuplai satu per satu ke pasangan
P680+, masing-masing
menggantikan satu elektron yang ditransfer ke peneria elektron primer.
d. Masing-masing
elektron yang terfotoeksitasi diteruskan dari penerima elektron prime di PS II
ke PS I melalui transport elektron yang komponen-komponennya mirip dengan
rantai transport elektron yang berfungsi sebagai respirasi selular.
e. Kejatuhan
eksergonik elektron-elektron ini menuju tingkat energi yang lebih rendah menyediakan energi
untuk sintesis ATP.
f. Sementara
itu energy cahaya yang ditransfer melalui pigmen-pigmen kompleks permanen
cahaya menuju kompleks pusat-pusat reaksi PS I, mengekstirasi satu elektron
pada pasangan molekul klorofil a P700 di tempat itu.
g. Elektron
yang terfotoeksitasi diteruskan dalam serangkain reaksi redoks dari penerima
elektron primer di PS I menuruni rantai transport elektron kedua elalui
feredoksin.
h. Enzim
NADP+ reduktase mengkatalisis elektron dari Fd ke NADP+
