Proses Fotosintesis pada Tumbuhan - 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,
tumbuh an berbunga, alga hijau (rumput laut), dan Euglena. Bakteri
sulfur merupakan contoh organisme khemotrof (akan dibahas pada
kemosintesis). Fotosintesis merupakan satu-satunya penghasil makanan
yang diperlukan bagi seluruh kehidupan organisme, termasuk manusia
(heterotrof). Penelitian pertama tentang fotosintesis dilakukan oleh
van Helmont (1648). Dari hasil penelitiannya, dia menyatakan bahwa
bertambahnya berat tumbuhan (yang telah ditanam selama lebih dari
5 tahun) disebabkan oleh pasokan air. Selanjutnya, berdasarkan
penelitian Joseph priestly, tikus dan lilin yang menyala akan mati jika
berada pada ruangan yang tertutup. Tanaman juga akan mati jika berada
pada ruangan yang kekurangan oksigen. Sementara itu, menurut
seorang dokter dari Belanda yaitu Ingen-Housz, bila tanaman yang
berada pada ruangan tersebut disinari, maka tikus dan lilin dapat hidup
dengan menghabiskan oksigen yang dihasilkan dari tanaman.
Selanjutnya, dari hasil penelitian Senebier, diketahui bahwa pertumbuhan
tanaman ditandai dengan meningkatnya kandungan karbon. Menurutnya,
karbon dioksida akan diuraikan dan karbon tersebut akan bergabung
dengan senyawa organik pada tanamannya dengan melepaskan oksigen.
Joseph Priestly adalah seorang ahli kimia yang lahir pada tanggal 13
Maret 1733 di Fieldhead, Yorkshire, Inggris. Semasa mudanya, ia dididik
untuk menjadi pendeta. Ia belajar di Akademi Daventry dan di sana
mulai tertarik dengan ilmu alam (fisika). Setelah menjadi pendeta pada
tahun 1755, ia mengajar di Akademi Warington, Lancashire lalu menulis
buku Rudiments of English Grammar (1766). Pertemuannya dengan Benjamin
Franklin di London (tahun 1976) mendorongnya untuk melakukan
eksperimen di bidang kelistrikan, hingga akhirnya ia menulis buku
The History of Electricity. (Sumber: Microsoft Encarta Premium 2006).
Berikut ini persamaan fotosintesis yang menghasilkan produk karbohidrat
(dalam hal ini glukosa), berdasarkan penelitian-penelitian sebelumnya :
atau disederhanakan menjadi
6CO2 + 6H2O + energi cahaya → C6H12O6 + 6O2
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.
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa fotosintesis terjadi pada
tumbuhan yang berwarna hijau. 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 permukaan daun terdapat sekitar ½ 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. Di dalam 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).
 |
| Gambar 1. Kloroplas |
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).
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 (spektrum merah).
 |
| Gambar 2. Kerja fotosistem |
Kalian tentu masih ingat bahwa di dalam fotosistem terdapat ratusan
antena atau klorofil. Oleh karena itu, aliran elektron pada reaksi
terang akan mengikuti suatu rute tertentu. Selanjutnya, bagaimanakah
proses aliran elektron pada reaksi terang? Ada 2 kemungkinan aliran
elektron pada reaksi terang. Nah, untuk menjawab hal tersebut simaklah
uraian berikut.
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 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2
Elektron yang berasal dari air (H2O) menggantikan elektron yang hilang
pada P680. Sebagaimana sistem transportasi elektron pada respirasi
aerobik, transport elektron 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 mengan dung tembaga. Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan
energi- energi yang kemudian tersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang
menggunakan energi cahaya melalui aliran elektron non siklis pada
reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non siklis.
Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkap oleh akseptor primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transport elektron ke-dua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase mentransfer elektron ke NADP+ sehingga membentuk NADPH yang menyimpan elektron berenergi tinggi dan berfungsi dalam sintesis gula dalam siklus berikutnya yaitu siklus Calvin. Dengan demikian, reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH.
 |
| Gambar 3. Aliran elektron nonsiklik reaksi terang |
Pada aliran elektron siklis ini, elektron dari akseptor primer
fotosistem 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. Perhatikan Gambar 4.
 |
| Gambar 4. Aliran elektron siklik reaksi terang |
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:
1) 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-fos fo gliserat. 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 se ba gai 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 fiksasi karbon ini pertama kali dtiemukan
pada tumbuhan famili Crassulaceae (tumbuhan penyimpan air) dan disebut
metabolisme asam krasulase (Crassulacean Acid Metabolism) sehingga
tumbuh annya 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
fiksasi CO2, untuk membentuk molekul gula dari karbondioksida.
 |
| Gambar 5. Masuknya produk reaksi terang ke siklus Calvin |
2) 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.
3) 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).
 |
| Gambar 6. Tahapan siklus Calvin |
Sebagaimana telah kalian ketahui bahwa proses fotosintesis memerlukan cahaya dan CO2 Oleh karena itu, faktor lingkungan seperti cahaya dan pasokan CO2 di
dalam sel dapat memengaruhi kecepatan fotosintesis. Faktor-faktor
tersebut dapat saling berinteraksi dalam memengaruhi fotosintesis. Jika
intensitas cahaya rendah maka kecepatan fotosintesis akan rendah pula.
Pada keadaan ini, cahaya dikatakan sebagai faktor pembatas. Salah satu
cara untuk menentukan kecepatan fotosintesis adalah dengan mengamati
pembentukan oksigen. Pada saat intensitas cahaya mencapai titik tertentu
(jenuh cahaya pada kondisi percoban) maka tidak akan memengaruhi
produksi oksigen. Keadaan tersebut kemungkinan disebabkan CO2 menjadi faktor pembatas. Nah, jika konsentrasi CO2 tersebut ditingkatkan maka kecepatan fotosintesis akan meningkat dengan meningkatnya intensitas cahaya. Selain cahaya dan CO2 suhu juga dapat memengaruhi kecepat an fotosintesis jika cahaya bukan sebagai faktor pembatas.
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 faktor lingkungan, faktor dalam juga dapat
mempengaruhi kecepatan fotosintesis, antara lain: konsentrasi enzim,
kekurangan air, dan konsentrasi klorofil.
Anda sekarang sudah mengetahui Fotosintesis. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Rochmah, S. N., Sri Widayati, Mazrikhatul Miah. 2009. Biologi : SMA dan
MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta,
p. 282.
Sumber : http://perpustakaancyber.blogspot.com/2012/11/proses-fotosintesis-pada-tumbuhan-reaksi-gelap-terang.html#ixzz2cycWaYDf
Sumber : http://perpustakaancyber.blogspot.com/2012/11/proses-fotosintesis-pada-tumbuhan-reaksi-gelap-terang.html#ixzz2cyd6Ug8E
Postingan
0 komentar:
Posting Komentar