BAHASAN ILMIAH FOTOSINTESIS DAN PEMANSAN GLOBAL Disusun untuk memenuhi tugas Biologi Umum Disusun oleh : Siti aliyah 331910117 PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PELITA BANGSA BEKASI 2020 Energi cahaya diubah menjadi A. Fotosintesis Fotosintesis adalah proses energi kimia oleh pigmen fotosintesis sintesis karbohidrat dari bahan bahan yang terdapat pada membran interna anorganik atau tilakoid. (CO2 dan H2O) pada Pigmen fotosintesis tumbuhan berpigmen, yaitu klorofil yang dengan bantuan sinar matahari. Selain karotenoid. pada tumbuhan yang berpigmen menunjukkan absorpsi yang sangat fotosintesis juga dapat terjadi pada kuat untuk panjang gelombang biru mahluk dan hidup beberapa seperti jenis alga bakteri dan dengan utama ialah klorofil Klorofil ungu, jingga (lembayung) dan a dan dan dan b merah menunjukkan menggunakan zat hara, air dan karbon absorpsi yang sangat kurang untuk dioksida serta membutuhkan bantuan panjang gelombang hijau dan kuning cahaya matahari. Berikut persamaan hijau (500-600 nm) (Sasmitamihardja reaksi kimia pada proses fotosintesis dan Siregar, 1996). yang menghasilkan glukosa. Klorofil merupakan komponen 6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 kloroplas yang utama dan kandungan (glukosa) + 6O2 klorofil Berdasarkan reaksi tersebut CO2 dan H2O merupakan substrat pada reaksi fotosintesis, cahaya dan matahari dengan dan bantuan pigmen fotointesis yaitu klorofil dan pigmen lainnya akan menghasilkan karbohidrat dan melepaskan oksigen Cahaya matahari meliputi semua warna dari spektrum tampak dari merah hingga ungu, tetapi semua panjang gelombang tidak dari spektrum tampak diserap (diabsorpsi) relatif berkorelasi positif dengan laju fotosintesis (Li et al., 2006). Klorofil disintesis di daun dan berperan untuk menangkap cahaya matahari yang jumlahnya berbeda untuk tiap spesies. Sintesis klorofil dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti cahaya, gula atau karbohidrat, air, temperatur, faktor genetik, unsurunsur hara seperti N, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, S dan O (Hendriyani dan Setiari, 2009). Karotenoid oleh pigmen fotosintesis. Atom O absorpsi pada karbohidrat gelombang biru dan ungu; mem- berasal dari CO2 kuat menunjukkan panjang dan atom H pada karbohidrat berasal antulkan dari panjang gelombang hijau, kuning, H2O (Sasmitamihardja Siregar, 1996). dan dan untuk mentransmisikan lembayung, merah (kombinasi warna- warna tersebut tampak kuning) atmosfir bumi berserta faktor-faktor (Sasmitamihardja dan Siregar, 1996). lingkungan yang menguntungkan bagi Kompleks protein-klorofil merupakan keberadaan tumbuhan dengan tipe-tipe komponen fotosintesis yang penting fotosintesis tersebut. (van der Mescht et al. 1999). Radiasi cahaya yang diterima oleh tanaman dalam fotosintesis diabsorbsi oleh klorofil dan pigmen tambahan yang merupakan kompleks protein-klorofil. Selanjutnya energi radiasi akan ditransfer ke pusat reaksi fotosistem I dan II yang merupakan tempat terjadinya perubahan energi cahaya Proses fotosintesis terdiri atas 2 fase, yaitu fase I (reaksi terang) yang berlangsung pada grana dan meghasilkan ATP dan NADPH2 dan fase II (reaksi gelap) yang berlangsung pada stroma dan menghasilkan karbohidrat. 1. Reaksi Terang (Fase I) Adalah menjadi energi kimia (Li et al., 2006). proses untuk dan NADPH2, Dua mekanisme yang terlibat dalam menghsilkan pembentukan protein- reaksi ini berlangsung pada grana klorofil adalah distribusi klorofil yang yang memerlukan energi cahaya dan baru disintesis dan redistribusi klorofil molekul air. Energi matahari di serap yang sudah ada. Klorofil b adalah oleh pigmen penyerap cahaya dan hasil biosintesis dari klorofil a dan diubah menjadi bentuk energi kimia berperan penting dalam reorganisasi yaitu ATP dan senyawa pereduksi fotosistem selama adaptasi terhadap yaitu NADPH. Atom hidrogen dari kualitas dan intensitas cahaya. Oleh molekul H2O dipakai untuk mereduksi sebab itu hilangnya klorofil a dan b NADP+ menjadi NADPH dan O2 berpengaruh negatif dilepaskan sebagai hasil sampingan kompleks terhadap efi- siensi fotosintesis (van der Mescht et reaksi al., 1999). dirangkaikan Fotosintesis mengalami ATP fotosintesis. Reaksi dengan juga reaksi adanya pembentukan ATP dari ADP dan Pi. tumbuhan C3, C4 dan CAM yang Fase ini dapat ditulis sebagai per- dapat diamati sebagai variasi dalam samaan reaksi: energi matahari H2O + fotosintesis fase II atau reaksi fiksasi NADP+ + ADP + Pi CO2. Tulisan ini akan menguraikan NADPH + ATP Pembentukan ATP penggolongan tumbuhan C3, C4 dan dari CAM, proses evolusi fotosintesis yang mekanisme berkaitan dengan perubahan kondisi matahari yang diserap dan kemudian evolusi sehingga dikenal ADP dan O2 + H+ + Pi merupakan penyimpanan energi diubah menjadi energi kimia, sehingga menghasilkan fase ini disebut fotofosforilasi. Fase I persamaan reaksi sebagai berikut : ini CO2 melibatkan 2 tipe kelompok glukosa + NADP + H+ dengan + ATP pigmen fotosintesis, yaitu : glukosa + NADP+ + ADP + Pi 1) Pigmen utama (pigmen primer, Ada 4 macam reaksi fiksasi CO2 pusat reaksi): bentuk-bentuk klorofil a, (Sasmitamihardja dan Siregar, 1996), seperti klorofil a 680 (P680) dan yaitu : klorofil a 700 (P700), a. Daur C3 (Daur Calvin) 2) Pigmen tambahan/pigmen antena Disebut daur C3 karena seyawa yang (accessory pertama pigment): berperan kali di hasilkan adalah meneruskan energi cahaya ke pigmen senyawa dengan 3 atom karbon utama, seperti klorofil a lainnya, yaitu asam fosfogliserat dari CO2; klorofil b (λ 455-640 nm), karotenoid ribulosa-1,5-bifosfat (λ430-490nm) Tumbuhan yang melaksanakan daur dan H2O. tersebut disebut tumbuhan C3. Dalam daur ini satu molekul fosfogliseraldehida (PGAL) dibentuk dari fiksasi 3 molekul CO2. Reaksi keseluruhan adalah sebagai berikut: 3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH2 → PGAL + 9 ADP + 8 iP + 6 NADP Selanjutnya 2. Reaksi Gelap (Fase II) Reaksi ini berlangsung di stroma dan dapat berlangsng tanpa adanya cahaya. Walaupun tidak harus berlangsung dalam keadaan gelap, hal ini dikarenakan enzim-enzim pada stroma kloroplas tidak membtuhkan cahaya untuk aktivasinya tetapi membtuhkan ATP dan NADPH2 pada reaksi ini dihasilkan karbohidrat. Dalam reaksi ini senyawa kimia berenergi tinggi yang dihasilkan pada reaksi terang yaitu ATP dan NADPH dipakai untuk reaksi reduksi CO2 yang PGAL akan diubah menjadi glukosa. Daur ini terjadi pada gandum, padi dan bambu. b. Daur C4 (Daur hatch and slack) c. Daur CAM (Crassulacean Acid Disebut daur C4 karena senyawa yang Metabolism) pertama adalah Daur CAM merupakan fiksasi CO2 senyawa dengan 4 atom karbon yaitu pada spesies sukulen anggota famili asam malat dan asam aspartat dan Crassulaceae (misalnya kaktus, nenas) tumbuhan yang kali dihasilkan yang amelakukan daur hidup di daerah kering, tersebut disebut tumbuhan C4. Yang mempunyai daun tebal dengan rasio termasuk adalah permukaan terhadap volume rendah, beberapa spesies Gramineae di daerah laju transpirasi rendah, sel-sel daun tropis tebu, mempunyai vakuola relatif besar dan sorghum. Anatomi daun tumbuhan C4 lapisan sitoplasma yang tipis. Fiksasi unik yang dikenal dengan anatomi yang menghasilkan asam malat terjadi Kranz, yaitu terdapat sel-sel seludang pada malam hari pada saat stomata parenkim yang mengelilingi ikatan terbuka pembuluh dan memisahkannya dengan menghasilkan glukosa terjadi pada sel-sel mesofil. Pada tumbuhan C4 siang hari pada saat stomata tertutup. terdapat pembagian kerja antara selsel Jadi fiksasi CO2 pada tumbuhan CAM mesofil dan sel-sel seludang parenkim, mirip yaitu pembentukan asam malat dan perbedaannya aspartat dari CO2 terjadi di sel-sel terjadi pemisahan tempat sedangkan mesofil, pada tumbuhan termasuk parenkim. jagung, sedangkan berlangsung di C4 daur sel-sel Calvin seludang dan daur dengan pada tumbuhan Calvin yang tumbuhan C4, tumbuhan CAM C4 terjadi pemisahan waktu. Kemampuan tumbuhan melaksanakan daur CAM ditentukan secara genetis, tetapi kemampuan ini juga dikontrol oleh lingkungan. Umumnya CAM berlangsung lebih cepat pada siang hari yang panas dengan tingkat cahaya yang tinggi dan malam hari yang dingin dan tanah yang kering seperti di gurun. Fiksasi CO2 pada beberapa tumbuhan CAM dapat beralih ke daur C3 setelah hujan atau suhu malam hari yang lebih tinggi daripada biasanya d. karena stomata terbuka lebih lama d) Satu molekul CO2 dihasilkan dan pada pagi hari (Campbell et al., 2006). satu molekul O2 diserap untuk tiap Daur dua molekul glikolat yang dioksidasi. C2 (Daur glikolat atau fotorespirasi) Oleh sebab itu daur glikolat disebut Selain bereaksi dengan CO2, enzim juga ribulosa bifosfat karboksilase yang pengambilan O2 dan pembentukan mengkatalisis CO2 pembentukan fosfo- fotorespirasi oleh karena terjadi jaringan yang gliserat dalam daur C3, juga dapat berfotosintesis pada saat ada cahaya bereaksi dengan O2, sehingga pada (Sasmitamihardja dan Siregar, 1996). kondisi demikian enzim ini disebut ribulosa bisfosfat oksigenase. Aktivitas ribulosa bifosfat oksigenase adalah mengubah satu molekul ribulosa bifosfat menjadi satu molekul asam fosfoglikolat dan satu molekul asam fosfogliserat, bukan menjadi dua molekul asam fosfogliserat jika CO2 yang difiksasi. Dengan digunakan nama (ribulosa bifosfat karboksilase untuk menyatakan oksigenase) enzim demikian rubisco keterlibatan enzim tersebut dalam fiksasi CO2 dan O2. Ada 4 hal penting yang perlu diperhatikan dalam jalur glikolat, yaitu: a) Jalur glikolat terjadi pada 3 tempat, yaitu kloroplas, peroksisom dan mitokondria. b) Reaksi oksidasi ini membentuk glikolat dan produk sampingan H2O2 dan oksidan kuat yang beracun ini diuraikan oleh katalase dalam peroksisom. c) Asam amino glisin dan serin dihasilkan. Faktor Penentu Laju Fotosintesis 1. Intensitas cahaya Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya. 2. Konsentrasi karbon dioksida Semakin banyak karbon dioksida 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 akumulasi gas-gas kimia ini di bertambah atau bahkan sampai jenuh, atmosfir adalah aktivitas manusia. laju fotosintesis akan berkurang. Temperatur global rata-rata setiap 6. Tahap pertumbuhan tahun dan lima tampak pada diagram Penelitian menunjukkan bahwa laju meningkat, fotosintesis jauh lebih tinggi pada berikut (Anonim, 2004). tumbuhan yang sedang berkecambah Penyebab Pemanasan Global ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan seperti tahunan 1. Efek Rumah Kaca lebih Contoh yang dapat mengilustrasikan banyak energi dan makanan untuk kejadian efek rumah kaca adalah, tumbuh. ketika kita berada dalam mobil dengan berkecambah memerlukan kaca tertutup yang sedang parkir di bawah terik matahari. Panas yang B. Pemanasan Global Pemanasan global atau yang masuk melalui kaca mobil, sebagian sering disebut global warming adalah dipantulkan kembali ke luar melalui suatu kaca bentuk ketidakseimbangan tetapi sebagian lainnya ekosistem dibumi yang diakibatkan terperangkap di dalam ruang mobil. meningkatnya suhu rata-rata atmosfer, Akibatnya suhu di dalam ruang lebih laut, dan daratan di bumi. Peningkatan tinggi (panas) daripada di luarnya. suhu permukaan bumi ini dihasilkan (Gealson,2007). oleh adanya radiasi sinar matahari Matahari merupakan sumber energi menuju ke atmosfer bumi, kemudian utama sebagian terbesar terbentuk sebagian sinar ini berubah menjadi dalam energi panas dalam bentuk sinar infra pendek, termasuk cahaya tampak. merah Permukaan bumi menyerap sebagian diserap oleh udara dan bentuk radiasi gelombang panas sehingga menghangatkan bumi permukaan bumi. Sebagian sinar infra merah dan sebagian dipantulkan kembali ke dipantulkan kembali ke atmosfer dan luar angkasa Menumpuknya jumlah ditangkap oleh gas-gas rumah kaca gas rumah kaca seperti uap air, karbon yang kemudian menyebabkan suhu dioksida, dan metana di atmosfer bumi meningkat. Gasgas rumah kaca mengakibatkan sebagian dari panas ini terutama berupa karbon dioksida, dalam bentuk radiasi infra merah tetap metana terperangkap dan nitrogen oksida. Kontribusi besar yang mengakibatkan di atmosfer bumi, kemudian gas-gas ini menyerap dan memantulkan 2. kembali radiasi dipantulkan kembali ke bumi oleh gelombang yang dipancarkan oleh awan, sehingga akan meningkatkan permukaan bumi. Akibatnya panas efek pemanasan. Sementara awan tersebut akan tersimpan di permukaan tersebut akan memantulkan pula sinar Bumi. berfungsi Matahari dan radiasi infra merah ke sebagaimana kaca pada atap rumah angkasa, sehingga meningkatkan efek kaca. Makin meningkat konsentrasi pendinginan. Secara detail hal ini sulit gas-gas ini di atmosfer, makin besar direpresentasikan dalam model iklim, pula efek panas yang terperangkap di antara lain karena awansangat kecil bawahnya. Efek rumah kaca ini sangat bila dibandingkan dengan jarak antara dibutuhkan oleh segala makhluk hidup batas-batas yang ada di bumi, karena tanpa efek model iklim (sekitar 125 hingga 500 rumah kaca planet bumi akan menjadi km untuk model yang digunakan sangat dingin lebih kurang -18°C, dalam Laporan Pandangan IPCC ke sehingga sekuruh permukaan bumi 4). Walaupun demikian, umpan balik akan tertutup lapiesan es. Dengan awan berada pada peringkat dua bila temperatur rata-rata sebesar 15°C, dibandingkan dengan umpan balik uap bumi sebenarnya telah lebih panas air dan dianggap positif (menambah 33°C dengan efek rumah kaca. Akan pemanasan) dalam semua model yang tetapi jika gas-gas tersebut telah digunakan dalam Laporan Pandangan berlebih di atmosfer, maka akan IPCC ke Empat (Soden and Held, terjadi sebaliknya dan mengakibatkan 2005). pemanasan global. Efek balik penting lainnya adalah Efek Balik hilangnya kemampuan memantulkan Gas-gas Peristiwa efek tersebut balik ini dapat cahaya komputasional dalam oleh es. Lapisan es yang meningkatkan kandungan air absolut berada di dekat kutub mencair dengan di udara, namun kelembaban relatif kecepatan yang terus meningkat ketika udara hampir konstan atau bahkan temperatur agak menurun karena udara menjadi Bersamaan dengan mencairnya es menghangat. Karena usia CO2 yang tersebut, daratan atau air dibawahnya panjang di atmosfer maka efek balik akan terbuka. Daratan maupun air ini secara perlahan dapat dibalikkan memiliki kemampuan memantulkan (Soden cahaya lebih sedikit bila dibandingkan and Held, 2005). Selain penguapan, awan diduga menjadi efek dengan balik. menyerap Radiasi infra merah akan es, global dan lebih meningkat. akibatnya banyak akan radiasi Matahari. Kejadian menambah ini faktor akan penyebab pemanasan dan menimbulkan lebih banyak lagi es yang mencair, sehingga menjadi suatu siklus yang Dampak Pemanasan Global 1. Mencairnya lapisan es di kutub Utara 2. Meningkatnya Variasi Matahari Pemanasan al, 2007). dan Selatan. berkelanjutan (Thomas, 2001). 3. 1950 (Hegerl, et al. 2007, Ammann, et global dapat pula intensitas fenomena cuaca yang ekstrim. diakibatkan oleh variasi matahari. 3. Punahnya berbagai jenis fauna. Suatu hipotesis 4. Habitat menyatakan bahwa hewan berubah variasi dari Matahari yang diperkuat perubahan oleh umpan balik dari awan, dapat kelembaban dan produktivitas primer memberi kontribusi dalam pemanasan sehingga sejumlah hewan melakukan saat ini (Marsh and Henrik, 2000). migrasi untuk menemukan habitat Perbedaan baru yang sesuai. antara mekanisme ini faktor-faktor akibat suhu, dengan pemanasan akibat efek rumah 5. Peningkatan muka air laut, air pasang kaca adalah meningkatnya aktivitas dan musim hujan yang tidak menentu Matahari akan memanaskan stratosfer, menyebabkan meningkatnya frekuensi sebaliknya efek rumah kaca akan dan intensitas banjir mendinginkan stratosfer. Pendinginan 6. Ketinggian gunung-gunung tinggi stratosfer bagian bawah paling tidak berkurang akibat mencairnya es pada telah diamati sejak tahun 1960, yang puncaknya aktivitas 7. Perubahan Matahari menjadi kontributor utama kecepatan pemanasan saat ini. Penipisan lapisan menyebabkan terjadinya perubahan ozon juga dapat memberikan efek arus laut. Hal ini dapat berpegaruh pendinginan tersebut tetapi penipisan pada migrasi ikan, sehingga memberi tersebut terjadi mulai akhir tahun dampak pada hasil perikanan tangkap. tidak akan terjadi bila 1970-an. Fenomena variasi Matahari dikombinasikan gunung berapi dengan mungkin aktivitas telah memberikan efek pemanasan dari masa pra-industri hingga tahun 1950, serta efek pendinginan sejak tahun tekanan dan udara, suhu, arah angin Daftar Pustaka Song, Ai Nio. "Evolusi fotosintesis pada tumbuhan." Jurnal Ilmiah Sains 12.1 (2012): 28-34. Song, A. N. (2012). Evolusi fotosintesis pada tumbuhan. Jurnal Ilmiah Sains, 12(1), 28-34. SONG, Ai Nio. Evolusi fotosintesis pada tumbuhan. Jurnal Ilmiah Sains, 2012, 12.1: 28-34. Utina, Ramli. "Pemanasan global: dampak dan upaya meminimalisasinya." Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Gorontalo (2009). Utina, R. (2009). Pemanasan global: dampak dan upaya meminimalisasinya. Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Gorontalo. UTINA, Ramli. Pemanasan global: dampak dan upaya meminimalisasinya. Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Gorontalo, 2009. 10
