fotosintesis

FOTOSINTESIS
Pemanfaatan cahaya untuk membuat makanan
Pengungkapan fotosintesis – perjalanan panjang para
ilmuwan:
Fisika (Belgia) : Jan Bastista van Helmont (tumbuhan air) meruntuhkan mitos bahwa makanan tumbuhan tanah
Persamaan umum Fotosintesis
Kimia (Inggris): Joseph Priestly (mint – pembersih udara)
Fisika (Belanda): Jan Ingenhousz (tumbuhan – cahaya)
1
FOTOSINTESIS
Proses fotosintesis merupakan hasil proses evolusi
panjang
• organisme purba : adaptif pada lingkungan tanpa
oksigen
• organisme fotosintetik : menggunakan CO2 sebagai
sumber karbon dan melepas gas oksigen
2
Prokariot fototrofik
Oksigenik menggunakan H2O sebagai donor
elektron
Contoh: Prochlorothrix, Prochloran, Cyanobacteria,
Prochlorococcus
Anoksigenik : tidak memproduksi oksigen
Contoh: bakteri fotosintetik ungu, hijau, Heliobacter
3
Membran berperan penting dalam proses fotosintesis
• Organisme prokariot yang berfotosintesis :
Membran sel, membran sitoplasma (internal
membran)
• Tumbuhan tinggi : membran tilakoid kloroplas
(a) tilakoid (grana) sel tanaman
0.25 μm
(b) kloroflas
Gambar 1. Tilakoid dari flattened sac. (Curtis, 1989)
1 μm
4
Gambar 2 Pembentukan membran fotosintetik pada
bakteri
5
Tahap-tahap fotosintesis
• Blackman (1905; ilmuwan Inggeris) Fotosintesis :
1. Reaksi yang membutuhkan cahaya
(Reaksi terang / reaksi menangkap energi)
Dihasilkan ATP dan NADPH
2. Reaksi gelap (reaksi pengikatan karbon)
Menggunakan ATP dan NADPH hasil reaksi I
6
Cahaya
Fotofosforilasi
Siklus Calvin
Gula
Gambar 3. Tahapan proses fotosintesis (www.Sinauer.com)
7
7 Dalam tumbuhan reaksi terang dan reaksi gelap
terjadi secara bersamaan dan simultan
7 Reaksi terang – reaksi tidak tergantung suhu
7 Reaksi gelap - tidak tergantung cahaya tapi
dipengaruhi suhu.
7 Pigmen : senyawa yang mengabsorbsi cahaya
Beberapa pigmen mengabsorbsi cahaya dengan
panjang gelombang tertentu
8
Klorofil merupakan molekul pigmen yang dimiliki
tumbuhan hijau. Menyerap cahaya terbesar pada
Spektrum absorpsi estimasi
(%)
spektrum warna biru dan merah
Gambar 4. Spektum absorbsi klorofil (Curtis, 1989).
9
Reaksi-reaksi menangkap energi cahaya:
1). Sistem Cahaya I :
Spektrum absorbsi 700 nm
Gambar 5. Proses sistem cahaya (Curtis, 1989).
2). Sistem Cahaya II : Spektrum absorbsi 680 nm
10
Pada reaksi ini akan dihasilkan :
ATP
NADPH
Energi untuk reduksi karbon
Oksigen ( hasil pemecahan air, pada sistem
cahaya II)
Aliran Elektron Siklik
Sistem cahaya I juga dapat bekerja independen
Disebut aliran elektron siklik. Pada reaksi ini tidak
dihasilkan NADPH
11
Terjadi jika :
NADP- telah direduksi semua menjadi NADPH
Sel perlu tambahan ATP lebih banyak
• Mekanisme fotosintetik primitif diduga terjadi melalui
aliran elektron siklik
e
e
e
e
matahari
Gambar 6. Aliran elektron siklik pada sistem cahaya I
(Curtis,1989).
12
Gambar 7 Perangkat fotosintesis pada bakteri
13
P
*
870
Bakteri Purple
BChl
Bph
NADH
Q
Cyt
P
*
Aliran elektron
terbalik
bcl
Cyt
870
C
2
UV
P
*
Bakteri sulfur hijau
Chla
840
FeS
Fd
NADH
Q
Cyt
P
*
bc
1
Cyt
C
840
553
UV
P
*
ChlaOH
798
Heliobakterium
FeS
Fd
NADH
Q
Cyt
P
*
bc
1
Cyt
798
C
553
UV
Gambar 8 Aliran elektron pada bakteri
14
Fosforilasi fotosintetik : terjadi melalui kemiosmosis
Gambar 9. Mekanisme kemiosmosis pada fotofosforilasi
(Curtis, 1989).
15
Reaksi Pengikatan Karbon
Energi (ATP dan NADPH) digunakan untuk mereduksi CO2.
• CO2 masuk melalui stomata ( untuk tumbuhan tinggi)
• CO2 masuk melalui CO2 terlarut dalam air ( kelompok alga)
kloroflas
bagian melintang daun
sel mesofil
daun
mesofil
Stoma
CO2
O2
KLOROFLAS
Ruang intermembran
Membran luar
Membran
dalam
Granum
Grana
stroma
Stroma
tilakoid ruang tilakoid
•Gambar 10. Daun dan stomata dengan pertukaran O2 dan CO2 (Campbell, 1997).
16
Reduksi Karbondioksida (CO2)
• Terjadi di dalam stroma , melalui siklus Calvin
CH2
O
C O
CHOH
CHOH
CH2
O
CH2
O
CHOH
C O
P
CO2
H2O
RuBP karboksilase
P
Ribulasebifosfat (RuBP)
P
OCH2
O
CHOH
C O
P
Gambar 11. Proses Calvin yang dihasilkan fotosintesis alga oleh
14CO radioaktif (Curtis, 1989)
2
17
• Senyawa pengikat CO2 : RuBP (Ribulosa bifosfat)
• Enzim penting : RubisCO (RuBP Karboksilase/
oksigenase)
• Senyawa yang pertama terbentuk : asam
fosfogliserat (PGA). Suatu senyawa berkarbon 3
(disebut siklus C3)
18
Gambar 12. Ringkasan Siklus Calvin (Curtis, 1989)
19
Lintasan C4 pada tumbuhan C4
• Tumbuhan C4 mempunyai sel-sel seludang pembuluh
Contoh : tanaman jagung, tebu, Amaranthus
• Terjadi dua lintasan : lintasan C4 dan siklus Calvin
• Reduksi karbon diawali dengan lintasan C4 (dalam
sel mesofil)
• Siklus Calvin terjadi di dalam sel seludang pembuluh
setelah melewati lintasan C4
20
Senyawa yang berikatan dengan CO2 :
fosfoenol piruvat (PEP).
Senyawa yang pertama terbentuk
asam oksaloasetat (AOA), senyawa
berkarbon 4.
Epidermis atas
Sel mesofil
Pembuluh
Seludang
pembuluh
Epidermis bawah
Gambar 13. Penampang jaringan daun tanaman
C4 (www.Sinauer.com)
21
Gambar 14. Lintasan fiksasi karbon pada tumbuhan C4 (Curtis,1989)
22