FOTOSINTESIS

FISIOLOGI POHON
Pengertian dan Proses
Fakultas Kehutanan
Universitas Gadjah Mada
PENGERTIAN FOTOSINTESIS
• Proses yang menghasilkan gula dari dua bahan mentah
sederhana yaitu karbodioksida (CO2) dan air (H2O) di
dalam khlorofil (zat hijau daun pada tumbuhan)
• Proses fisika biokimiawi yang menghasilkan bahan
organik dari bahan anorganik stabil dengan bantuan
cahaya matahari
• Pembentukan senyawa yang mengandung C (gula=
C6H12O6) dari CO2 dan H2O oleh tumbuhan hijau
dengan adanya cahaya matahari dan sebagai hasil
sampingnya adalah O2
Reaksi Fotosintesis
6CO2 + 6H2O
cahaya matahari
C6H12O6 + 6O2
khlorofil
Keterangan :
- Enam molekul karbondioksida bereaksi dengan enam
molekul air untuk membentuk satu molekul glukosa dan
enam molekul oksigen
Yang terlibat dalam reaksi
fotosintesis
1. Karbondioksida (CO2)
- Diserap dari atmosfer melalui mulut daun
- Pada permukaan tanah kandungan karbondioksida lebih besar daripada di atas tajuk
2. Air
- Diperoleh dari dalam tanah
3.Glukosa
- Dikenal juga sebagai dextrose (karbohidrat)
disusun oleh elemen karbon, hidrogen dan
oksigen
4. Oksigen
- Produk fotosintesis yang dilepaskan ke
udara digunakan oleh semua mahluk hidup
di dunia
5. Cahaya Matahari
- Digunakan sebagai sumber tenaga dalam melakukan
fotosintesis
- Besar kecilnya intensitas yang diterima dipengaruhi
oleh morfologi daun (Fitter & hay, 1991)
5. Khlorofil
- Zat hijau daun, berperan untuk mengkonversi
energi sinar menjadi energi kimia
- Jumlah dan penyebarannya bervariasi
menurut spesies, lingkungan dan umur daun
- Pada tumbuhan tingkat tinggi t.d. 2 pigment:
1. blue-green chlorophyll a (C55H72O5N4Mg)
2. yellow-green chlorophyll b (C55H70O6N4Mg)
- Proporsi kedua pigmen bervariasi pada jenis
tumbuhan yang berbeda. Secara umum
tumbuhan berbunga memiliki perbandingan
3:1
Struktur Molekul Klorofil
Struktur Kloroplast
Bentuk : ovoid, disk, piring
Diameter 5 µm; tebal 2-3 µm
Kloroplast berisi
- Stroma (proteinaceous matrix)
- tdp enzim utk fiksasi C
- Grana (cylindrical bodies)
- t.a. kumpulan struktur membran
berbentuk disk yg disebut lamellae
atau thylakoid
- Klorofil melekat pd lamellae
- Grana 1 dg lainnya dihub oleh
intergrana lamellae
- Tdp pigmen dan enzim utk reaksi
terang
(Lamellae)
Faktor-faktor Pembentukan Khlorofil
1. Faktor Internal
A. Potensial genetik
- Pembentukan khlorofil diatur oleh suatu gen di
dalam khromosom
DNA dlm inti dan kloroplast
- Mutasi gen
klorofil tdk terbentuk
Albino
B. Suply karbohidrat
- Defisit karbohidrat menyebabkan tidak terbentuknya
khlorofil (Kramer & Kozlowski, 1979)
2. Faktor Lingkungan
A. Cahaya
- Cahaya esensial utk pembentukan klorofil
- Tanaman dlm gelap
protoklorofil
Reduksi
klorofil
Cahaya
- Cahaya terlalu tinggi
klorofil didekomposisi
- Cahaya terang
equilibrium sintesis dan dekomposisi klorofil tjd pd konsentrasi yg rendah
- shg daun ternaung biasanya memiliki konsentrasi
khlorofil lebih besar.
B. Suhu
– Sintesis khlorofil biasa terjadi pada range suhu yang lebar.
– Suhu 3-480C kondisi yang baik untuk pembentukan khlorofil
C. Mineral
Klorosis tjd karena defisiensi unsur hara,
- N (terpenting) karena merupakan penyusun klorofil
- Fe (merupakan kofaktor prekursor klorofil)
- Mg (merupakan penyusun klorofil)
D. Air
- Stress air yg moderat memperlambat pembentukan
khlorofil
- Stress air parah
kerusakan klorofil
E. Oksigen
Tanpa oksigen seedling tidak akan membentuk khlorofil.
Oksigen perlu untuk mensuply energi metabolik dalam
pembentukan khlorofil
MEKANISME FOTOSINTESIS
NADPH : Nikotinamid adenin dinukleotid fosfat,
ATP : Adenosin trifosfat, energi dalam sistem biologi
Reaksi
gelap
1. Penangkapan cahaya matahari oleh khloroplas (zat
hijau daun)
2. Pemisahan molekul air diiringi pelepasan elektron
berenergi tinggi dan penghasilan O2
3. Transfer elektron yg menyebabkan pembentukan
energi kimia (ATP) dan tenaga pereduksi (NADPH2)
4. Penggunaan ATP dan NADPH2 untuk fiksasi CO2
menjadi Karbohidrat kompleks spt sukrosa, pati,
sellulosa, hemisellulosa
Reaksi
terang
Urutan proses fotosintesis
• Reaksi terang (Fotofosforilasi)
1. Penangkapan energi cahaya oleh khloroplas
2. Pemecahan H2O dengan hasil energi dan
oksigen (O2)
Fotolisis 2 H2O
4 e - + 4 H+ + O 2
3. Pembentukan ATP dan reducing power (NADPH2)
e-
fotofosforilasi
ATP
+ 4H+
2NADP
2H2O
reduksi
2NADPH2
2NADPH2 + O2 + ATP
• Reaksi gelap (Fiksasi CO2)
1. Penggunaan ATP dan NADPH untuk fiksasi CO2
2. Reduksi CO2 menjadi KH kompleks
6CO2 + 12NADPH2 + 18 ATP
C6H12O6 + 12NADP +
18ADP + 8Pi + 6H2O
- Keterlibatan enzim misal: RUBP dan PEP carboxilase
ADP + Pi
NADP+
H2O
ENZIM
CAHAYA
O2
(CH2O)n
ATP
NADPH2
CO2
Fotofosforilasi
Fiksasi CO2
(Reaksi terang)
(Reaksi gelap)
• Reaksi gelap (Fiksasi CO2)
- Dikenal jenis tanaman berdasarkan jalur
fiksasi CO2
Tanaman C3 (sebagian besar tumbuhan)
Tanaman C4 (jagung, tebu)
Tanaman CAM (Crassulacean Acid
Metabolism)
(Tumbuhan gurun: kaktus)
• C3 (Siklus Calvin-Benson)
1. Senyawa pertama terbentuk adalah senyawa dg 3 atom C
yaitu PGA (Phospho Glyceric Acid)
2. RuBP (Ribulose mono-P) + CO2 RuBP carboxilase 2 PGA
3. Enzim RuBP Carboxilase (RUBISCO)
4. RuBP Carboxilase dihambat secara kompetitif oleh O2, shg
jika O2 meningkat fotosintesis turun
5. Titik kompensasi CO2 tinggi
6. Fotorespirasi tinggi (respirasi oleh jaringan fotosintetik;
tergantung pd cahaya [light dependent]; pemecahan KH
yg baru dibentuk dr proses fotosintesis)
7. Khlorofil ada di mesofil
8. Sel bundle sheath sedikit/tidak punya
9. Siklus Calvin
Siklus Calvin-Benson (Fiksasi CO2 tanaman C3)
Mekanisme fotosintesis tanaman C3
• C4 (Siklus Hatch-Slack)
1. Senyawa pertama terbentuk: senyawa dg 4 atom C
spt asam aspartat, malat dan oksaloasetat
2. PEP (Phosphoenol Piruvat) + CO2 PEP Carboxylase As Oksaloasetat
3. Enzim PEP Carboxylase mempunyai afinitas yang sangat besar thd
CO2 shg tidk tergantung pd konsentrasi oksigen
4. Titik kompensasi CO2 rendah
5. Fiksasi CO2 awal tjd pd mesofil, lalu asam yg terbentuk ditransport ke
sel bundle sheath. Di sel bundle sheath asam didekarboksilasi
melepaskan CO2 yang akan masuk ke siklus Calvin
peningkatan konsentrasi CO2
PEP kembali masuk siklus Hatch-Slack
6. Banyak sel bundle sheath
7. Fotorespirasi rendah
CO2 hasil respirasi dimanfaatkan lagi dalam siklus HatchSlack dan Siklus Calvin
8. Siklus Hatch-Slack dan Siklus Calvin
9. Enzim RUBISCO dan PEP-Carboxylase
Jalur Hatch Slack (Fiksasi CO2 tanaman C4)
Mekanisme fotosintesis tanaman C4
Mekanisme fotosintesis tanaman C4
C4: Hatch-Slack pathway & Calvin cycle
Mekanisme fotosintesis tanaman C4
Next
• Sel bundle sheath
• Penampang melintang anatomi daun C3 (a) dan C4 (b)
Penampang melintang anatomi daun C4
• CAM (Crassulacean Acid Metabolism)
1. Mekanisme fiksasi CO2 mirip C4 yaitu
- tdp siklus Hatch-Slack dan Calvin
- enzim PEP dan RuBPcarboxilase
2. Perbedaan tanaman C4 dan CAM
C4 : tjd pada ruang yang berbeda
CAM: tjd pada waktu yang berbeda
3. Pada malam hari:
Stomata membuka
Fiksasi CO2 membentuk asam oksaloasetat dan
malat oleh enzim PEP karboksilase
4. Siang hari
Stomata menutup (mengurangi transpirasi)
Dekarboksilase melepaskan CO2 yg selanjutnya
digunakan (masuk) pada siklus Calvin
5. Tumbuhan sukulen
CAM
Stomata
open
Perbedaan mekanisme
fotosintesis tanaman C4 dan CAM
Next
SEKIAN