FOTOSINTESIS

Fotosintesis adalah proses pembentukan gula dan oksigen dari karbondioksida dan air yang terjadi pada organisme autrotof dengan menggunakan energi cahaya. Autotrof adalah pemberi makan sendiri yaitu produsen biosfer atau penghasil senyawa organik untuk semua organisme non-autotrofik.

·         Tanaman hijau menggunakan pigmen yang disebut klorofil untuk mengubah energi sinar matahari menjadi energi kimia.

·         Tanaman mengambil dan menggabungkan energi cahaya dengan enam molekul karbon dioksida dan enam molekul air untuk membentuk satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen.

·         Oksigen adalah produk sampingan dari fotosintesis. Tanaman juga dapat menyimpan energi untuk penggunaan masa depan. Pada dasarnya, proses ini membuat makanan dari energi.

·          Gula yang dihasilkan oleh fotosintesis digunakan secara langsung dalam respirasi. Biasanya, fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak glukosa daripada yang dibutuhkan oleh tanaman.

Perhatikan reaksi fotosintesis di bawah ini!

Pada proses fotosintesis, energi dihasilkan dari cahaya matahari yang diserap oleh klorofil. Energi tersebut digunakan untuk memecah molekul air menjadi oksigen dan hidrogen. Oksigen dikeluarkan oleh daun, meskipun sebagian digunakan untuk bernapas. Hidrogen bergabung dengan karbon dioksida membentuk glukosa.

Tempat dan Alat  Fotosintesis

Warna daun dari klorofil (pigmen hijau yg terletak di dalam kloroplas).Kloroplas merupakan tempat terjadinya fotosintesis didalamnya terdapat klorofil untuk penyerapan energi cahaya sehingga dapat menggerakkan sintesis molekul organik.Kloroplas ditemukan di sel-sel mesofil (jaringan interior daun).. Sel mesofil biasanya memiliki sekitar 30-40 kloroplas. Tilakoid : suatu system yang rumit yg terdiri dari kantong-kantong bermembran yg saling terhubung untuk  memisahkan stroma dari kompartemen lain yaitu interior tilakoid atau ruang tilakoid.Di beberapa tempat kantong2 tilakoid bertumpuk membentuk grana, Klorofil berada di dalam membrane tilakoid

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Fotosintesis

Fotosintesis di pengaruhi oleh banyak faktor, baik faktor dari dalam maupun faktor dari luar. Factor dari dalam, antara lain: Umur daun, Keadaan stomata, kandungan khlorofil dan Jenis tumbuhan.Factor dari luar,antara lain: Kadar konsentrasi CO₂,Ketersediaan air, Kelembapan dan suhu udara,serta Keadaan cahaya (intesitas,lama,dan warna cahaya).

Tahapan Fotosintesis

Pada dasarnya, fotosintesis terjadi dalam dua tahapan, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

1.      Reaksi terang

Reaksi terang merupakan langkah-langkah mengubah energy matahari menjadi energy kimia. reaksi yang menggunakan air dan cahaya matahari serta melepaskan oksigen. Reaksi terang terjadi di dalam grana, khususnya pada membran tilakoid kloroplas. Reaksi terang merupakan tahapan yang pertama dari adanya sistem fotosintesis. Reaksi terang fotosintesis ini sangat bergantung pada sinar matahari. Reaksi terang fotosintesis itu merupakan suatu penggerak untuk reaksi pengikatanzat CO2 dari udara.

Reaksi terang akan melibatkan beberapa buah kompleks protein yang berasal dari suatu membran tilakoid dan terdiri dari suatu sistem cahaya, sistem pembawa zat elektron, serta komplek protein dalam pembentuk ATP atau enzim ATP sintase. Reaksi terang akan merubah suatu energi cahaya menjadi suatu energi kimia, dan akan mendaptkan oksigen serta merubah ADP dan NADP menjadi suatu energi pembawa ATP dan NADPH.

Kesimpulan dari reaksi terang fotosintesis adalah:

•      Reaksi terang menggunakan cahaya matahari sebagai energi pengerak elektron

•      H₂O yang digunakan sebagai pendonor elektron akan dipecah dan menghasilkan oksigen.oelh karena itu  disebut juga fotolisis air.

•      Aliaran elektron non siklik menghasilkan ATP dan NADPH

•      Aliran elektron siklik menghasilkan ATP

•      ATP dan NADPH digunakan untuk menjalankan reaksi gelap fotosisntesis yang terjadi di stroma

2.     Reaksi gelap

Pada reaksi gelap terjadi pengikatan karbondioksida oleh daun. Kemudian karbon dioksida tersebut diubah menjadi glukosa. Dalam pembentukan glukosa ini diperlukan ATP yang dihasilkan melalui proses terang. Pada reaksi ini tidak dibutuhkan sinar matahari, dan terjadi pada bagian stroma pada kloroplas. Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak bergantung pada ada tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun dalam keadaan gelap (tanpa cahaya).ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam proses fotosintesis (reaksi terang) memicu berbagai proses biokimia. Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus Calvin yang mengikat karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan kemudian menjadi gula seperti glukosa). Siklus Calvin (Menggunakan ATP dan NADPH utk mengubah CO₂ mjadi gula) Tidak berhubungan langsung dg cahaya tetapi tetap tjadi pd siang hari. Fiksasi karbon berupa CO₂ Memanfaatkan ATP dan NADPH dari reaksi terang untuk mereduksi CO₂ menjadi gula

Reaksi gelap terdiri dari 3 tahap :

1.      Fiksasi karbon

Fase Fiksasi Karbon : siklus calvin menggabungkan setiap molekul CO₂ satu persatu, dgn cara melekatkannya ke gula berkarbon lima yang bernama ribulosa bisfosfat (RuBP) untuk kerja enzim Rubisko.  Hasil dari proses fase ini adalah intermediat berkarbon 6 yg sangat tidak stabil sehingga segera pecah menjadi 2 membentuk 2 molekul 3-fospogliserat (utk setiap CO₂ yg difiksasi)

2.       Reduksi

      Fase Reduksi : setiap molekul 3-fosfogliserat menerima satu gugus posfat tambahan dr ATP menjadi 1,3 bisfosfogliserat sepasang elektron yang disumbangkan dari NADPH mereduksi 1,3 bisfosfogliserat, yang juga kehilangan satu gugus posfat menjadi G3P.  Secara spesifik, elektron dari NADPH mereduksi gugus karboksil pd 1,3 bisfosfogliserat menjadi gugus aldehida G3P yg menyimpan lebih banyak energi potensial 

3.      Regenerasi penerima CO₂ (RuBP)

Fase regenerasi penerima CO₂ (RuBP) : dalam serangkaian reaksi kompleks, rangka karbon lima molekul G3P disusun ulang oleh langkah2 terakhir siklus Calvin menjadi 3 molekul RuBP. Utk ini siklus harus menggunakan 3 molekul ATP lagi, RuBP kini siap menerima CO₂ kembali siklus berulang kembali

Perbedaan reaksi terang dan reaksi gelap

Tumbuhan dibagi dalam metabolisme fotosintesisnya dan anatomi daun yaitu Tumbuhan C3,Tumbuhan C4,Tumbuhan CAM

Penjelasan secara singkat  ketiga jenis tanaman:

·         Tanaman C3 biasanya ialah tanaman yang umumnya berada di wilayah dingin, bisa berfotosintesis dengan lebih baik dari tanaman c4 di bawah suhu 25 derajat celcius. Pada tanaman C3, fiksasi CO2 akan terjadi secara langsung oleh siklus Calvin. Contohnya adalah gandum, beras.

·         Tanaman C4 hampir memiliki cara kerja yang sama dengan tanaman C3, namun tanaman C4 perlu membentuk molekul C4 terlebih dahulu sebelum bisa memfiksasi CO2. Contoh : jagung, tebu.

·         CAM (Crassulacean-Acid-Metabolism)dapat dilakukan oleh tanaman sukulen, biasanya tanaman ini hidup di tempat yang kering. Bedanya dengan tanaman C4 ialah mereka membuka stomata mereka pada malam hari. Contoh : paku-pakuan, kaktus, teratai, dsb.

           Perbedaan antar tumbuhan tersebut dapat dilihat pada table di bawah ini.

C3	C4	CAM (crassulacean acid metabolism)
lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi	adaptif di daerah panas dan kering	adaptif di daerah panas dan kering
enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi	CO2 diikat oleh PEP yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2	Pada malam hari asam malat tinggi, pada siang hari malat rendah Lintasan
karbon dioxida masuk ke siklus calvin secara langsung.	tidak mengikat karbon dioksida secara langsung	tidak mengikat karbon dioksida secara langsung
Disebut tumbuhan C3 karena senyawa awal yang terbentuk berkarbon 3 (fosfogliserat)	Sel seludang pembuluh berkembang dengan baik dan banyak mengandung kloroplas	Umumnya tumbuhan yang beradaptasi pada keadaan kering seperti kaktus, anggrek dan nenas
Sebagian besar tumbuhan tinggi masuk ke dalam kelompok tumbuhan C3	Fotosintesis terjadi di dalam sel mesofil dan sel seludang pembuluh	Reduksi karbon melalui lintasan C4 dan C3 dalam sel mesofil tetapi waktunya berbeda
Apabila stomata menutup akibat stress terjadi peningkatan fotorespirasipengikatan O2 oleh enzim Rubisco	Pengikatan CO2di udara melalui lintasan C4 di sel mesofil dan reduksi karbon melalui siklus Calvin (siklus C3) di dalam sel seludang pembuluh	Pada malam hari terjadi lintasan C4 pada siang hari terjadi suklus C3

  www.universitas-trilogi.ac.id
www.universitas-trilogi.ac.id/bioindustry