DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Diagram input dan output material 0
2
, H
2
0 dan CO
2
1
2. Ilustrasi terjadinya proses fotosintesis 3
3. Hubungan antara fotosintesis netto dengan peningkatan 4 Intensitas cahaya
4 4. Skema struktur kloroplas
6 5. Struktur
dalam kloroplas
6 6. Struktur molekul klorofil a dan klorofil b
7 7. Ilustrasi molekul-molekul pigmen sebagai penerima pertama
8 8. Diagram terjadinya proses fosforilasi
9 9. Spektrum cahaya yang diabsorpsi oleh klorofil a dan klorofil b
11 10. Spektrum
radiasi elektromagnetik
11
11. Struktur anatomis daun yang berperan dalam fotosintesis 13
12. Penampang melintang struktur anatomis daun A. saccharum yang
diambil dari a tajuk bagian atas b dan c tajuk bagian tengah c tajuk bagian bawah
14
13. Rangkaian proses metabolisme dalam sel-sel tumbuhan 15
14. Struktur anatomis daun tumbuhan C3 atas dan C4 bawah 16
15. Rangkaian proses pembentukkan pati dalam kloroplas dan pati keluar
dari kloroplas sampai menjadi bentuk sukrosa 20
iii
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
DEFINISI DAN PROSES
Defenisi
Fotosintesis adalah proses untuk memproduksi gula karbohidrat pada tumbuhan, beberapa bakteri dan organisme non-seluler seperti jamur, protozoa
dengan menggunakan energi matahari, yang melalui sel-sel yang berespirasi energi tersebut akan dikonversi ke dalam bentuk ATP sehingga dapat digunakan
seluruhnya oleh organisme tersebut. Reaksi umum dan proses fotosintesis adalah : 6 H
2
0 + 6 CO
2
C
6
H
12 6
+ 60
2
Pada Gambar 1 terlihat diagram input dan output material 0
2
, H
2
0 dan CO
2
yang digunakan dalam proses fotosintesis pada tumbuhan.
Gambar 1. Diagram input-output material O
2
, H
2
O dan CO
2
dalam proses fotosintesis pada tumbuhan Freeman Sinauer Associates, 2000.
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
Proses
Proses fotosintesis berlangsung dalam 2 proses. Proses pertama merupakan proses yang tergantung pada cahaya matahari Reaksi Terang, yaitu reaksi yang
membutuhkan energi cahaya matahari Iangsung dan molekul-molekul energi cahaya tersebut belum dapat digunakan untuk proses berikutnya. Oleh karena
itu pada reaksi terang ini, energi cahaya matahari yang belum dapat digunakan tersebut akan dikonversi menjadi molekul-molekul energi yang dapat digunakan
yaitu dalam bentuk energi kimia. Konversi energi cahaya menjadi energi kimia dilakukan oleh aktvitas pigmen daun klorofil. Dalam reaksi terang,
cahaya matahari akan membentur klorofil-a sebagai suatu cara untuk membangkitkan elektron agar menjadi suatu energi dengan tingkatan yang lebih
tinggi. Dua pusat reaksi pada pigmen tersebut yang bekerja secara
berantal PS I dan PS II mentransfer elektron. Elektron diperoleh dengan memecah air H
2
0 sehingga terjadi pelepasan 0
2
dan 0
2
tersebut yang kemudian mengkonversi energi menjadi bentuk ATP dan NADP . Reaksi
terang tersebut terjadi dalam grana. Proses kedua adalah proses yang tidak membutuhkan cahaya Reaksi
Gelap yang terjadi ketika produk dari reaksi terang digunakan untuk membentuk ikatan kovalen C-C dari karbohidrat. Pada proses ini, CO
2
atmosfer atau CO
2
dari air untuk organisme akuatikmarine ditangkap dan dimodifikasi oleh penambahan hidrogen menjadi bentuk karbohidrat.
Reaksi gelap biasanya dapat terjadi dalam gelap apabila energi carrier dari proses terang tersedia. Reaksi gelap ini berlangsung dalam stroma
kloroplas. Ilustrasi terjadinya proses fotosintesis tersebut tertera pada Gambar 2.
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
Gambar 2. Ilustrasi terjadinya proses fotosintesis Freeman Sinauer Associates, 2000
Titik Kompensasl dan Titik Saturasi
Fotosintesis adalah proses yang tergantung cahaya, berarti kecepatan fotosintetik yaitu kecepatan dalam menambat CO
2
dan energi matahari sangat tergantung pada intensitas cahaya matahari. Akan tetapi
hubungan ini bukan satu hubungan linier yang sederhana Kimmins, 1987. Dengan pertimbangan bahwa kecepatan fotosintesis netto pada tumbuhan
meningkat dengan adanya peningkatan intensitas cahaya intensitas cahaya dimulai dan titik 0, maka suatu saat dapat terjadi peningkatan fotosintesis
tidak diikuti oleh peningkatan penambatan CO
2
netto Gambar 3. Kondisi ini terjadi karena kecepatan hilangnya CO
2
dalam proses respirasi lebih besar dibandingkan dengan kecepatan penambatan CO
2
dalam proses fotosintesis. Apabila intensitas cahaya terus meningkat, maka pada suatu
saat akan dicapai keseimbangan antara hilangnya CO
2
pada respirasi dan CO
2
yang ditambat pada proses fotosintesis. Pencapaian kondisi ini terjadi pada titik kompensasi Compensation point - CP. Intensitas cahaya
yang terus meningkat akan menyebabkan penurunan kecepatan fotosintesis
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
sampai tercapai titik saturasi saturation point - SP. Berarti titik saturasi adalah titik dimana peningkatan intensitas cahaya hanya menghasilkan
sedikit atau tidak ada peningkatan CO
2
netto yang ditambat. Setiap jenis tumbuhan menunjukkan titik saturasi dan titik kompensasi yang berbeda,
tergantung pada toleransi tumbuhan tersebut terhadap variasi intensitas cahaya yang diterima jenis toleran naungan dan intoleran naungan. Pada
umumnya jenis toleran naungan mempunyai CP dan SP yang lebih rendah dibandingkan CP dan SP jenis intoleran naungan.
Gambar 3. Hubungan antara fotosintesis netto dengan peningkatan intensitas cahaya Kimmins, 1987.
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
PI GMEN FOTOSI NTETI K DAN FOTOSI STEM
Pigmen Fotosintetik
Kloroplas ditemukan dalam beberapa bentuk dan ukuran pada beberapa j enis t umbuhan Salisbury Ross, 1985 . Set iap kloroplas
diliputi oleh sistem membran ganda atau sistem amplop, sehingga dapat mengontrol lintasan molekul yang masuk dan keluar dalam kloroplas
Gambar 4. Kloroplas adalah salah satu rangkaian membran yang di dalamnya mengandung pigmen-pigmen fotosintetik. Setiap membran
internal yang mengandung pigmen fotosintetik tersebut yang permukaannya berbentuk seperti tabung atau kantung disebut sebagai
thylakoid. Thylakoid adalah unit struktural fotosintesis yang tersusun seperti
tumpukan kue, kumpulannya disebut sebagai grana dan area di antara grana disebut dengan stroma. Struktur komponen fotosintetik tersebut
terlihat pada Gambar 5. Pigmen-pigmen yang berada dalam membran thylakoid dalam jumlah yang banyak adalah 2 jenis klorofil hijau daun, yaitu
klorofil-a dan klorofil-b. Klorofil adalah pigmen yang paling efektif untuk mengabsorpsi cahaya merah dan biru, klorofil diikat dalam 3 kompleks
klorofil-protein yaitu 1 kompleks Light Harvesting Complex LHC, 2
kompleks antena fotosistem I PS I dan 3 kompleks antena fotosistem I I PS I I . Namun selain itu pula ada pigmen kuning sampai oranye yang
diklasifikasikan sebagai karotenoid. Pigmen-pigmen mengabsorbsi cahaya pada panjang gelombang 400 nm - 700 nm. Ketika cahaya matahari putih
jatuh pada lapisan klorofil, maka cahaya hijau dengan panjang gelombang antara 480 dan 550 nm tidak dlabsorpsi oleh pigmen akan tetapi akan
direfleksikan sehingga yang tampak oleh mata adalah warna hijau pada daun. Aktivitas spektrum fotosintesis adalah keefektivan relatif panjang
gelombang cahaya pada penambahan jumlah elektron. Energi akan dipancarkan segera dengan gelombang yang lebih panjang sehingga menjadi
energi yang cepat dapat bertindak untuk suatu reaksi kimia.
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
Gambar 4. Skema struktur kloroplas Heidt, 1997.
Gambar 5. Struktur dalam kloroplas Freeman Sinauer Associates, 2000.
Klorofil-a dan klorofil-b merupakan pengumpul utama cahaya matahari untuk fotosintesis. Masing-masing klorofil tersebut merupakan molekul
yang mempunyai ikatan protein yang kompleks. Dalam proses fotosintesis, klorofil hanya dapat bertindak pada reaksi kimia apabila klorofil tersebut
diikat dengan ikatan protein dalam membran seperti dalam kloroplas. Ikatan protein tersebut juga dapat menunjukkan spektrum yang dapat diabsorpsinya,
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
yang kemudian membedakannya dengan klorofil bebas lainnya. Oleh karena itu pigmen-pigmen seringkali diberi nama sesuai dengan panjang
gelombang yang maksimum dapat diabsorpsi. C o n t o h n y a c h l o r o p h y l l - a m b e r a r t i p i g m e n k l o r o f i l a m a k s i m u m mengabsorpsi panjang gelombang
700 nm. Struktur molekul klorofil-a dan klorofil-b terlihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Struktur molekul klorofil-a dan klorofil-b Freeman Sinauer Associates, 2000
Fotosistem
Fotosistem PS adalah susunan klorofil dan beberapa pigmen lainnya yang dikemas dalam thylakoid. PS I menggunakan klorofil-a dalam bentuk yang
dikenal sebagai P700, sedangkan PS II menggunakan klorofil-a dalam bentuk P680. Fungsi kedua bentuk aktif klorofil-a tersebut dalam fotosintesis
disebabkan oleh ikatannya dengan protein dalam membran thylakoid. Fotofosforilasi adalah proses terjadinya konversi energi yang
berasal dari energi yang berbentuk lompatan elektron cahaya light-excited electron ke dalam bentuk ikatan pyrophosphate ikatan molekul ADP. Hal ini
terjadi pada P680 yaitu tempat dimana terjadi lemparan elektronelektron dari molekul air oleh energi cahaya. Air dipecahkan ke dalam bentuk ion H
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
dan 0
-2
. Ion-ion 0
2
ini yang bergabung untuk membentuk 0
2
diatomic yang kemudian dilepaskan dan dibawa oleh P680. Transfer energi tersebut sama
dengan transport elektron chemiosmotic yang terjadi di mitokhondria. Energi cahaya yang menyebabkan perpindahan elektron dari P680
menjadi bagian dari PS II akan didorong untuk menjadi energi yang lebih tinggi dan diikat untuk menjadi elektron penerima pertama energi cahaya dan memulai
suatu rangkaian reaksi redoks. Gambar 7 memperlihatkan molekul pigmen sebagai elektron penerima utama energi cahaya.
Gambar 7. Ilustrasi molekul-molekul pigmen sebagai penerima urtama energi cahaya Freeman Sinauer Associates, 2000.
Lint asan elekt ron berlangsung melalui suat u seri rangkaian elektron
carrier yang pada akhirnya mengikatkan diri menjadi molekul- molekul dalam PS I . Tindakan cahaya pada molekul P700 yang t elah
berada pada PS I t ersebut adalah sebagai pendesak agar molekul tersebut tetap mempunyai potensial yang tinggi. Elektron-elektron tersebut
diikat menjadi ikatan elektron penerima pertama yang mempunyai ikatan molekul yang berbeda dengan ikatan molekul yang berada di PS I I . Pada
PS I ini elektron melintas kembali melalui suatu rangkaian reaksi redoks yang kemudian mengikat NADP
+
dan H
+
untuk membentuk NADPH dan NADPH ini merupakan energi
carrier yang dibutuhkan dalam reaksi gelap. Rangkaian kedua fotosist em t ersebut yang memungkinkan
pada PS I I terdapat suatu oksidan yang sangat kuat untuk mengoksidasi air dan pada PS I terdapat suatu reduktan yang sangat kuat untuk
mereduksi NADP. Semua rangkaian proses t ersebut dikenal sebagai
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
proses fosforilasi. Diagram proses fosforilasi tertera pada Gambar 8.
Gambar 8. Diagram terjadinya proses fosforilasi Freeman Sinauer Associates, 2000.
Budi Utomo : Fotosintesis Pada Tumbuhan, 2007 USU e-Repository © 2008
RADIASI CAHAYA MATAHARI
Ada empat manfaat utama yang diperoleh dari radiasi cahaya matatari untuk kehidupan tumbuhan Jones, 1992 yaitu :
1. Pengaruh panas Thermal effect. Radiasi cahaya matahari merupakan
