Fotosintesis - WordPress.com

TUGAS MANDIRI BIOLIGI DASAR
FOTOSINTESIS
Dosen Pembimbing Sigit Sujatmika, M.Pd.
Oleh :
Gunaawan Dwi Susanto
2014016014
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN IPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SARJANAWIYATA TAMANSISWA
2014
Fotosintesis
Tumbuhan dan alga hijau
mempunyai
kemampuan
untuk
menggunakan senyawa anorganik seperti
CO2, dan H2O, serta bantuan cahaya
matahari untuk mensintesis karbohidrat.
Proses tersebut terjadi melalui peristiwa
yang disebut fotosintesis. Oleh karena
itu, organismenya bersifat fotoautotrof.
Beberapa
organisme
fotoautotrof
meliputi tumbuhan seperti lumut, pakis,
tumbuhan paku, tumbuhan berbunga,
alga hijau (rumput laut), dan Euglena.
Fotosintesis merupakan satu-satunya
penghasil makanan yang diperlukan bagi
seluruh kehidupan organisme, termasuk
manusia (heterotrof).
Pada sel tumbuhan terdapat
bagian yang berukuran kecil dan tersusun
oleh zat putih telur dengan struktur
(memipih) dan fungsi tertentu, disebut
plastida. Plastida dibedakan menjadi
plastida berpigmen dan tidak berpigmen.
Kloroplas merupakan salah satu plastida
yang berpigmen tersebut.
Bahan-bahan
yang
dapat
menyerap cahaya tampak disebut
pigmen. Warna hijau pada bagian
tumbuhan disebabkan oleh pigmen hijau
(pigmen yang memantulkan atau
meneruskan
cahaya
hijau)
yang
terkandung di dalam kloroplas, yaitu
klorofil.
Pada setiap millimeter persegi
1
permukaan daun terdapat sekitar 2 juta
kloroplas. Oleh karena itu, daun
merupakan bagian yang dominan
berwarna hijau dan merupakan tempat
utama untuk fotosintesis pada sebagian
besar tumbuhan. Selain itu, fotosintesis
juga dapat terjadi pada bagian batang
yang hijau dan buah yang belum masak.
Kloroplas terdapat pada bagian
dalam daun yang tersusun oleh sel-sel
hidup dan dapat melakukan proses-proses fisiologi, disebut mesofil. Didalam
kloroplas terdapat cairan atau fluida kental disebut stroma dan membran-membran
halus berbentuk pipih seperti koin, sebagai tempat klorofil, disebut membran
tilakoid. Di dalam membran tersebut terdapat ruangan yang disebut ruang tilakoid
(lumen). Tumpukan dari beberapa membran tilakoid membentuk struktur yang
disebut grana (tunggal = granum). Kloroplas diselubungi oleh 2 membran, yaitu
membran dalam dan membran luar. Pada fotosintesis, masuknya karbondioksida
ke daun dan keluarnya oksigen yang dihasilkan, melewati struktur yang disebut
stomata (tunggal = stoma, dalam bahasa Yunani berarti mulut).
Sebagaimana
rangkaian reaksi kimia
pada respirasi, rangkaian
reaksi
kimia
pada
fotosintesis
merupakan
reaksi penyederhanaan dari
2 tahapan reaksi dalam
fotosintesis. Kedua reaksi
tersebut adalah reaksi
terang (disebut bagian foto)
dan reaksi gelap atau siklus
Calvin (disebut bagian
sintesis).
a. Reaksi Terang
Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari ( energi cahaya) akan
diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untuk mensintesis NADPH
dan ATP) di dalam kloroplas. Reaksi terang terjadi di dalam grana. Salah satu
pigmen yang berperan secara langsung dalam reaksi terang adalah klorofil a. Di
dalam membran tilakoid, klorofil bersama-sama dengan protein dan molekul
organik berukuran kecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem.
Beberapa ratus klorofil a,klorofil b,dan karotenoid membentuk suatu kumpulan
sebagai pengumpul cahaya yang disebut kompleks antena. Sebelum sampai ke
pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari
satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan
molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi
kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesis pertama kalinya.
Di dalam membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem berdasarkan
urutan penemuannya, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Setiap fotosistem
tersebut mempunyai klorofil pusat reaksi yang berbeda, tergantung dari
kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofil pusat reaksi pada
fotosistem I disebut P700, karena mampu menyerap panjang gelombang cahaya
700 nm (spektrumnya sangat merah), sedangkan pada fotosistem II disebut P680
(spectrum merah). Di dalam fotosistem terdapat ratusan klorofil. Oleh karena itu,
aliran elektron pada reaksi terang akan mengikuti suatu rute tertentu. Proses aliran
elektron pada reaksi terang, ada 2 kemungkinan aliran elektron pada reaksi terang
sebagai berikut :
1. Aliran Elektron Non-siklis
Langkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasi dari klorofil
pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut akseptor elektron primer. Air
(H2O) diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1atom oksigen kemudian melepaskan
O2. Elektron yang berasal dari air (H2O) menggantikan elektron yang hilang pada
P680. Sebagaimana sistem transportasi elektron pada respirasi aerobik, transport
electron pada reaksi terang ini melalui rantai transport elektron menuju fotosistem
I (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yiatu: plastokuinon (Pq),
merupakan pembawa elektron; kompleks sitokrom; dan plastosianin (Pc),
merupakan protein yang mengandung tembaga. Adanya aliran elektron ini akan
menghasilkan energi- energi yang kemudian tersimpan sebagai ATP.
Pembentukan ATP yang menggunakan energi cahaya melalui aliran elektron nonsiklis pada reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non-siklis.
2. Aliran elektron siklis
Pada aliran elektron siklis ini,
elektron dari akseptor primer
fotosiste
I
dikembalikan
ke
fotosistem
I
(P700)
melalui
feredoksin,kompleks sitokrom, dan
plastosianin. Oleh karena itu, pada
aliran siklis ini menyebabkan
produksi ATP bertambah tetapi tidak
terbentuk NADPH serta tidak terjadi
pelepasan molekul O2. Proses
pembentukan ATP melalui aliran
siklis ini disebut fotofosforilasi
siklis.
b. Reaksi Gelap (Siklus Calvin)
Bahan-bahan
yang
dihasilkan
dari
reaksi
terang akan digunakan
dalam siklus Calvin. ATP
digunakan sebagai sumber
energi dan NADPH sebagai
tenaga pereduksi untuk
penambahan
elektron
berenergi tinggi. Siklus
Calvin terjadi pada bagian
kloroplas yaitu stroma.
Pada reaksi gelap ini, bahan
untuk fotosintesis (CO2)
nantinya akan dibentuk
menjadi molekul gula
setelah melalui 3 tahapan, antara lain:Fiksasi Karbon Pada tahap ini, gula
berkarbon 5 yang disebut ribulosa 1,5 bisfosfat (RuBP) mengikat CO2 membentuk
senyawa interme diate yang tidak stabil, sehingga terbentuk 3-fosfogliserat.
Pembentukan tersebut dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase atau rubisko.
Sebagian besar tumbuhan dapat melakukan fi ksasi karbon dan menghasilkan
senyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fosfogliserat. Oleh karena itu,
tumbuhan yang dapat memfi ksasi CO2 ini disebut tumbuhan C3. Contohnya
adalah tanaman padi, gandum, dan kedelai. Pada beberapa tumbuhan, fiksasi
karbon mendahului siklus Calvin dengan cara membentuk senyawa berkarbon 4
sebagai produk pertamanya. Tumbuhan seperti ini disebut tumbuhan C4.
Contohnya adalah tebu, jagung, dan anggota rumput-rumputan. Tidak seperti pada
tumbuhan C3 dan C4, tumbuhan kaktus dan nanas membuka stomatanya pada
malam hari dan menutupnya pada siang hari. Pada saat stomata terbuka,
tumbuhan mengikatkan CO2 pada berbagai asam organik. Cara fi ksasi karbon ini
pertama kali dtiemukan pada tumbuhan family Crassulaceae (tumbuhan
penyimpan air) dan disebut metabolisme asam krasulase (Crassulacean Acid
Metabolism) sehingga tumbuhannya disebut tumbuhan CAM. Asam organik
(senyawa intermediate) yang dibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel
mesofi l sampai pagi hari. Pada siang hari (stomata tertutup), reaksi terang dapat
memasok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asam organik
melepaskan CO2 dan memasuki molekul gula (RuBP) dalam kloroplas. Dengan
demikian, baik tumbuhan C3, C4, maupun CAM akan menggunakan siklus Calvin
setelah fi ksasi CO2, untuk membentuk molekul gula dari karbondioksida.
1. Reduksi
Setiap molekul 3-PGA menerima gugus fosfat dari ATP sehingga
terbentuk 1,3 bisfosfogliserat. Elektron dari NADPH mereduksi 1,3
bisfosfogliserat dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P), yang
dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan keluar sebagai
molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yang diperlukan
tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan masuk ke tahapan
regenerasi.
2. Pembentukan kembali (regenerasi) RuBP
Pada tahapan
terakhir siklus Calvin
ini, RuBP sebagai
pengikat
CO2
dibentuk kembali oleh
5 molekul G3P. RuBP
siap untuk mengikat
CO2 kembali dan
siklus Calvin dapat
berlanjut
kembali.
Dengan
demikian,
molekul gula tidak
akan terbentuk hanya
dengan reaksi terang
atau siklus Calvin
saja. Oleh karena itu,
kedua proses tersebut
merupakan gabungan
proses untuk terjadinya fotosintesis.
Pada materi sebelumnya, kalian telah mempelajari bahwa
fotosintesis menghasilkan molekul gula. Gula yang dibuat dalam kloroplas
tersebut akan digunakan untuk proses respirasi tumbuhan atau menyusun
senyawa organik lainnya dalam sel tumbuhan. Gula tersebut akan diedarkan
ke seluruh bagian tumbuhan, dalam bentuk gula sederhana seperti glukosa.
Molekul-molekul gula berlebih yang terbentuk selama fotosintesis dan tidak
diedarkan, akan menumpuk atau disimpan di dalam plastida sebagai sumber
cadangan energi dalam bentuk amilum atau pati (polisakarida).
Menurut F.F. Blackman (tahun 1905), fotosintesis dapat berlangsung jika ada
cahaya dan akan berhenti jika tidak ada cahaya. Fotosintesis terdiri dari reaksi
fotokimia dan reaksi enzimatis. Kondisi tanpa cahaya (gelap) dapat menghambat
pembentukan O2 melalui reaksi fotokimia. Selain factor lingkungan, faktor dalam
juga dapat mempengaruhi kecepatan fotosintesis, antara lain: konsentrasi enzim,
kekurangan air, dan konsentrasi klorofil.
FAKTOR - FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KECEPATAN
FOTOSINTESIS
Keberhasilan dan kecepatan tumbuhan hijau dalam melakukan fotosintesis
dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :
1. Cahaya
Komponen-komponen cahaya yang mempengaruhi kecepatan laju
fotosintesis adalah intensitas, kualitas dan lama penyinaran. Intensitas adalah
banyaknya cahaya matahari yang diterima sedangkan kualitas adalah panjang
gelombang cahaya yang efektif untuk terjadinya fotosintesis. Makin banyak
intensitas, kualitas dan lamanya sinar matahari yang diterima tumbuhan hijau
maka makin cepat tumbuhan hijau melakukan fotosintesis.
2. Konsentrasi karbondioksida
Semakin banyak karbondioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang
dapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3. Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja
pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan
meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
4. Kadar air
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup,
menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju
fotosintesis.
5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan
naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju
fotosintesis akan berkurang.
6. Tahap Pertumbuhan
Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi
pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal
ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih
banyakenergi dan makanan untuk tumbuh.
Daftar Pustaka
Rochmah.Nur.Siti., Widayati.Sri.,& Miah.Mazrikhatul.2009.Biologi untuk SMA/MA
Kelas XII.Jakarta.bse