kloroplas

“KLOROPLAS”
Oleh:
Imroatul Mufidah
121810401007
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS JEMBER
2013
KLOROPLAS
Di dalam sel terdapat berbagai organel yang berfungsi sebagai pembangkit
tenaga. Salah satu organel itu adalah kloroplas. Kloroplas merupakan tipe organel
yang hanya ditemukan pada sel tumbuhan dan tidak ditemukan pada sel hewan.
Kloroplas adalah benda terbesar dalam sitoplasma. Kloroplas merupakan plastida
berwarna hijau. Plastida ini berfungsi menghasilkan klorofil.
STRUKTUR KLOROPLAS
Memban dalam : kurang permeabel, punya banyak transporter, protein yang
disintesis dalam sitoplasma & dibutuhkan kloroplas.
Membran luar : permeabel
Stroma : cairan melingkupi tylakoid, tempat reaksi gelap, terdapat enzim - enzim
reaksi gelap (reduksi CO2 glukosa), ribosom, DNA dan RNA
Tylakoid : merupakan sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi
terang), kantong pipih, dikelilingi membrane, berlapis membentuk grana, terdapat
semua pigmen fotosintesis (klorofil+ pigmen pelengkap), enzim untuk reaksi
terang, tempat reaksi terang, terdapat 2 fotosistem, sitokrom b-f, ATP sintetase
Grana : tumpukan beberapa tilakoid yang berbentuk cakram pipih
Ruang intermembran : ruang yang membatasi antara membran luar & membran
dalam.
FUNGSI
Fungsi utama kloroplas yaitu merupakan tempat fotosintesi pada tumbuhan.
FOTOSINTESIS
Proses utama dalam fotosintesis adalah pindahnya hidrogen dari molekul
air dan
reduksi CO2 oleh atom – atom
hidrogen yang nantinya akan
menghasilkan produk organik . Reaksi fotosintesis dirangkum sebagai berikut:
6CO2 + 12H2O + energy cahaya –> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
(Utomo, 2007)
Energi dari matahari digunakan untuk memecah CO2, melepaskan O2 dan
mentransfer atom karbon ke molekul air untuk membentuk karbohidrat (CH2O).
Dari melihat reaksi di atas tampak bahwa reaksi fotosintesis merupakan kebalikan
dari reaski respirasi sel. Akan tetapi tumbuhan tidak menghasilkan makanan
dengan hanya membalik reaksi.
fotosintesis merupakan reaksi redoks yang membalik arah aliran elektron.
Air terurai dan elektron ditransfer bersama dengan ion hidrogen dari air ke
karbondioksida dan mereduksinya menjadi gula. Elektron bertambah energi
potensialnya ketika electron ini dipindahkan dari air ke gula.
Persamaan reaksi fotosintesis tampak seperti suatu reaksi yang sangat
sederhana dari suatu proses yang sangat rumit. Akan tetapi sebenarnya
fotosintesis bukanlah merupakan suatu poses tunggal. Fotosintesis terdiri dari dua
proses yang masing-masing terdiri dari banyak tahapan reaksi. Kedua tahap reaksi
tersebut terdiri dari reaksi terang (fotolisis) dan reaksi gelap (siklus Calvin).
Reaksi terang :
Reaksi terang merupakan tahap fotosintesis yang mengubah energi
matahari menjadi energi kimia. Kloroplas menyerap cahaya dan cahaya
menggerakkan transfer elektron dan hidrogen ke penerima yaitu NADP+
(nikotinamida adenine dinukleotida fosfat). Pada proses ini, air terurai. Reaksi
terang pada fotosintesis ini melepaskan CO2. Pada reaksi terang, tenaga matahari
mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan menambahkan sepasang electron
bersama dengan nukleus hidrogen. Pada reaksi terang juga terjadi fosforilasi yang
mengubah ADP menjadi ATP. Jadi energy cahaya diubah menjadi energi kimia
dengan pembentukan NADPH: sumber dari elektron berenergi, dan ATP (energy)
sel yang serba guna.
Reaksi Gelap :
Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam
fotosintesis. Reaksi ini jika di sistematikkan ada 4 tahap yaitu :
a. Fiksasi ( pengikatan ) Pengikatan CO2 oleh RuBP /RDP ( Ribulosa Bi
Phosphat ):
CO2 diikat (fikasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memili atom
C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat atom C (C-1) maka terbentuk
senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak
stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat.
b. Reduksi ( Pengurangan) Pembentukan PGA menjadi PGAL dengan
mengurangi H pada NADPH menjadi NADP dan Phosphat dari penguraian
AEP menjadi ADP:
Slnjutnya 2 senyawa
gliseraldehid 3-fosfat (G3P) beraksi dengan ATP,
membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal
dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil
akhir yaitu 6 sen7awa gliseraldehid 3-fosfat.
c. Regenerasi (pembentukan kembali) terjadi regenerasi senyawa RuBP dari
sebagian besar PGAL yang telah dibentuk dari PGA sehingga RuBP tidak
pernah habis meskipun sudah mengikat CO2 menjadi PGA
d. Sintesa ( pembentukan ) Glukosa dari PGAL, perlu diketahui satu molekul
Glukosa dibentuk dari 2 PGAL. )
FOTOSISTEM
Membran thylakoid dipenuhi 2 Fotosistem
yaitu fotosistem I dan
fotosistem II. Fotosistem I menggunakan klorofil-a dalam bentuk yang dikenal
sebagai P700, sedangkan fotosistem II menggunakan klorofil-a dalam bentuk
P680. Fungsi kedua bentuk aktif klorofil-a tersebut dalam fotosintesis disebabkan
oleh ikatannya dengan protein membran tilakoid.
Fotosintetik Siklik & Non siklik
Reaksi terang dapat dibedakan menjadi dua tahap yaitu fosforilasi siklik
dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi siklik hanya melibatkan fotosistem I.
Fosforilasi siklik dimulai ketika klorofil diaktifkan oleh foton (Pigmen ini
menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm). Bila setiap foton
diabsorbsi sebuah elektron dari klorofil a menjadi aktif sehingga dapat melompat
dari klorofil a ke sebuah molekul penerima. Dalam hal ini molekul penerima
memindahkannya pada suatu sistem transport elektron.
Bila sebuah elektron melewati sistem transport ini dari suatu molekul ke
molekul berikutnya elektro secara bertahap kehilangan energinya. Energi ini akan
digunakan untuk memompa ion hodrogen melintasi mebran masuk ke dalam
lumen mebangun suatu chemiosmotic differential (perbedaan kemiosmotik).
Energi bebas dari perbedaan ini akan digunakan untuk menambahkan fosfat
inorganic pada ADP untuk membentuk ATP. Ketika elektro tiba pada akseptor
terakhir, maka elektron akan kembalin ke molekul klorofil a. Oleh karena itu
disebut dengan fosforilasi siklik. Fosforilasi siklik itu sendiri tidak dapat
menunjukkan produksi glukosa bilatidak ada reaksi NADP+ menjadi NADPH.
Fosforilasi siklik berlangsung dengan tidak melepaskan O2. Fotosintesis siklik
terjadi apabila jumlah ATP & NADPH hasil fotosintesis non siklik hampir sama,
sedangkan siklus calvin butuh ATP >> NADPH (sel jenuh NADPH tapi kurang
ATP).
Fosforilasi nonsiklik dimulai ketika fotosistem II menyerap cahaya, suatu
elektron akan dieksitasi ke tingkat energi yang ebih tinggi dalam klorofil di pusat
reaksi (P680) dan ditangkap oleh akseptor eklektron primer. Selanjutnya suatu
enzim yang mengektrasi elektron dari air engirimnya ke p680 mengganti setiap
elektron yang keluar dari kolorofil ketika menyerap enerhi cahaya. Reaksi ini
mengurai air menjadi dua ion hidrogen dan satu oksigen yang segera bergabung
dengan ion oksigen lain membentuk O2. Setiap elektron yang terfotoeksitasi
mengalir dati akseptor elektron primer fotosistem II ke fotosistem I melalui rantai
transport elektron. Begitu elektron menuruni rantai tersebut, eksergoniknya jatuh
ke tingkat energi yang kebih rendah. Energi bebas yang ada selnajutnya oleh
membran tilaoid digunakan untuk membentuk ATP dan NADPH. Proses ini
melepaskan O2 dan H2O. Tumbuhan umumnya melakukan fosforilasi non siklik.
PRODUK FOTOSINTESIS : KARBOHIDRAT
BIOSINTESIS KARBOHIDRAT

Glukosa disintesis dari CO2 melalui siklus Calvin
•
Karbohidrat awal produk siklus Calvin : Gliseraldehid 3-P (butuh 3 kali
fiksasi CO2)
•
Tiap fiksasi CO2 dibthkan 3 ATP dan 2NADH
•
Dibutuhkan 18 ATP dan 12 NADPH (tenaga pereduksi untuk penambahan
elektron dan pembentukan gula) dengan reaksi :
6CO2 + 18 ATP + 12 H2O + 12 NADPH +12 H+  C6H12O6 + 18 Pi + 18 ADP
+ 12 NADP
•
Produk glukosa-6P prekusor sukrosa, amylum, selulosa
SIKLUS KELVIN
Fase-fase dalam siklus Calvin
•
Fiksasi carbon
Fiksasi ( pengikatan ) Pengikatan CO2 oleh RuBP /RDP ( Ribulosa Bi
Phosphat ): CO2 diikat (fikasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang
memili atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat atom C (C-1) maka
terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan
yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat
•
Reduksi
Reduksi ( Pengurangan) Pembentukan PGA menjadi PGAL dengan
mengurangi H pada NADPH menjadi NADP dan Phosphat dari penguraian
AEP menjadi ADP: Selanjutnya 2 senyawa
gliseraldehid 3-fosfat (G3P)
beraksi dengan ATP, membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih
berikatan dengan H2 berasal dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3
kali, baru terbentuk hasil akhir yaitu 6 sen7awa gliseraldehid 3-fosfat.
•
Regenerasi
Regenerasi RuBP (3) dari Gliseraldehid 3P (butuh 3 ATP): Regenerasi
(pembentukan kembali) terjadi regenerasi senyawa RuBP dari sebagian besar
PGAL yang telah dibentuk dari PGA sehingga RuBP tidak pernah habis
meskipun sudah mengikat CO2 menjadi PGA
TANAMAN C3
Tumbuhan C3 tumbuh dengan karbon fiksasi C3 biasanya tumbuh denga
baik di area dimana intensitas sinar matahari cenderung sedang, temperature
sedang dan dengan knsentrasi CO2 sekitar 200 ppm atau lebih tinggi, dan juga
dengan air tanah yang berlimpah. Tumbuhan C3 harus berada dalam area dengan
konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi sebab Rubisco sering menyertakan
molekul oksigen ke dalam Rubp sebagai pengganti molekul karbondioksida.
Konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi menurunkan kesempatan Rubisco
untuk menyertakan molekul oksigen. Karena bila ada molekul oksigen maka
Rubp akan terpecah menjadi molekul 3-karbon yang tinggal dalam siklus Calvin,
dan 2 molekul glikolat akan dioksidasi dengan adanya oksigen, menjadi
karbondioksida yang akan menghabiskan energi sel. Contoh tanaman C3 adalah
padi, gandum, dan kedelai.
TANAMAN C4 (Hatch-Slack)
Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada
tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi
antara CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil.
CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel “bundle sheath”
(sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan
dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentrasi CO2 pada sel-sel bundle
sheathini, maka O2 tidak mendapat kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP,
sehingga fotorespirasi sangat kecil and G sangat rendah. PEP mempunyai daya
ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi fotosintesis terhadap CO2 di
bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. Laju assimilasi tanaman C4 hanya
bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2 Sehingga, dengan meningkatnya
CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4 dalam hal
pemanfaatan CO2yang berlebihan. Contoh tanaman C3 antara lain: kedelai,
kacang tanah, kentang, dll. Contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum dan tebu.
TANAMAN CAM (Crassulacean Acid Metabolism)
Pada tumbuhan sekulen seperti kaktus dan nanas yang hidup di lingkungan
yang panas dan kering, melakukan fiksasi CO2 yang berbeda dengan tumbuhan
C4.. Tumbuhan ini hanya menguapkan sedikit uap air melalui stomata bersama
dengan pelepasan O2 dan pengikatan CO2. Pada malam hari ketika suhu udara
dingin dan berangin, stomata membuka untuk mengangkap CO2
,
kemudian
diubah menjadi oxaloacetate oleh PEP carboxylase. Oksaloasetat diubah menjadi
malat dan disimpan divaluola, untuk melindungi sitosol dan enzim plastid dari
pH rendah dari disosiasi asam malat. Pada asiang hari stomata menutup, untuk
mencegah penguapan yang berlebihan akibat temperature udara yang tinggi. Dan
CO2 bereaksi pada malam hari menjadi malat oleh enzim malat NADP-linked.
CO2 ini berasimilasi di siklyus calvin dengan bantuan RuBP. Karena metode
fiksasi CO2 pertama kali ditemukan pada tumbuhan familia Crassulaceae , maka
CAM adalah singkatan dari crassulacean acid metabolism.
KESIMPULAN
Dari pembahasan diatas kami dapat menyimpulkan bahwa Fotosintesis
adalah proses pembuatan energi atau zat makanan/glukosa yang berlangsung atas
peran cahaya matahari (photo = cahaya, synthesis = proses pembuatan /
pengolahan) dengan menggunakan zat hara/mineral, karbon dioksida dan air.
Fotosintesis berlangsung dalam dua tahap, yaitu reaksi terang (memerlukan
cahaya matahari) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya matahari). Pada
tahap pertama, reaksi terang atau reaksi cahaya menyerap energi cahaya dan
menggunakannya untuk menghasilkan molekul penyimpan energi ATP dan
NADPH. Pada tahap kedua, reaksi gelap menggunakan produk ini untuk
menyerap dan mengurangi karondioksida.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, N.A., J.B. Reece & L.G. Mitchell. 2008. Biologi jilid 1. Edisi 8.
Erlangga. Jakarta.
Lakitan, Benyamin. 2004. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. PT Grafindo
Persada. Jakarta.
Nio Song Ai. 2012. Evolusi Fotosintesis pada Tumbuhan. Jurnal Ilmiah Sains
Vol. 12 No. 1, April 2012. Program Studi Biologi FMIPA Universitas Sam
Ratulangi. Manado
Utomo, Budi. 2007. Karya Ilmiah Fotosintesis pada Tumbuhan. Universitas
Sumatera Utara. Medan.