M ekanisme Fotosintesis

c. M ekanisme Fotosintesis

Pada awal abad ke-20, para ilmuwan menyadari bahwa fotosintesis dapat dibedakan menjadi dua proses reaksi yang memerlukan cahaya dan reaksi yang tidak memerlukan cahaya. Reaksi yang memerlukan cahaya disebut juga reaksi terang. Reaksi ini secara langsung berhubungan dengan pigmen dan tilakoid di kloroplas. A dapun reaksi yang tidak memerlukan

Joseph Priestley adalah orang

cahaya disebut juga reaksi gelap, terjadi di stroma dan matriks klorofil.

pertama yang melakukan percobaan fotosintesis pada tahun 1772. Salah

Cahaya

St rom a

satu hasil percobaannya adalah lilin

Tilakoid

menyala yang ditempatkan dengan sepotong tunas tumbuhan. Lilin masih dapat menyala meskipun ditutup dengan sungkup kaca. CO 2 Namun, dia belum dapat

t erseb ut . Pada tahun 1779, Jan O 2

NADPH

m enjelaskan hasil tem uannya

ATP

Ingenhousz berhasil m enjelaskan

fenomena yang terjadi pada hasil percobaan Priest ley dan

NADP +

mengatakan bahwa hanya bagian H 2 O

ADP + P

hijau tumbuhan sajalah yang memegang peranan penting dalam

C 6 H 12 O 6 proses t ersebut . Sumber:www.wikipedia.org

Reaksi bergant ung

Reaksi tidak bergantung

Gambar 2.20

pada cahaya

pada cahaya

(Reaksi t erang)

(Reaksi gelap)

Reaksi t erang dan reaksi gelap pada klorop las

Sumber:Biology: Discovering Life, 1991

Met ab olism e

1) Reaksi Terang

Kata Kunci

Proses dari reaksi t erang adalah pusat fot osint esis. Pusat reaksi

• Fit osist em

tersusun atas molekul klorofil yang dikelilingi oleh molekul lain yang

• Fot ofosforilasi •

mampu menerima elektron. Pusat reaksi terang disebut fotosistem yang

Fot olisis

• Reaksi t erang

terdiri atas kompleks protein, klorofil, dan pigmen lain yang menyerap

• Siklik

cahaya. Fotosistem ini terdapat di membran tilakoid. Pada tumbuhan dan alga terdapat dua pusat reaksi yang bekerja secara teratur. Pusat reaksi ini ditemukan karena memiliki penyerapan panj ang gel ombang cahaya yang berbeda. Fot osi st em I memil iki penyerapan cahaya maksimum 700 nm, karena pada fotosistem I terdapat pigmen yang dapat menyerap panjang gelombang maksimum 700 nm (p700). Fotosistem II memiliki penyerapan cahaya maksimum 680 nm

Sekilas dengan pigmen yang dapat menyerap panjang gelombang maksimum 680

Biologi

nm (p680). M eskipun fotosistem I ditemukan lebih dahulu, reaksi transfer elektron berawal dari fotosistem II. Elektron bergerak dari fotosistem II

Robert M ayer (1814–1878)

ke fotosistem I.

Ket ika cahaya mat ahari ( fot on) mengenai fososist em I I , akan menyebabkan el ekt ronnya t ereksi t asi ( kel uar) . El ekt ron i ni akan digant ikan oleh elekt ron hasil hidrolisis dari molekul air. Perist iwa pemecahan molekul air pada fotosintesis ini disebut fotolisis.

Dapat A nda lihat bahwa fotolisis menyediakan elektron (e – ). Selain

Robert Mayer m erupakan

itu juga, proses ini menghasilkan oksigen (O 2 ) dan pasangan proton bebas

seorang ahli fisika Jerman. Ia adalah

(H orang pertama yang dapat + ) di dalam t ilakoid. Pada reaksi inilah sumber oksigen di bumi

m enjelaskan gam baran seluruh

dihasilkan.

proses fotosintesis. Tahap yang

Bagai manakah proses fot osi nt esi s sel anj ut nya? El ekt ron yang

penting dalam fotosintesis adalah absorpsi energi dalam bentuk

dihasilkan akan memasuki sist em t ransfer elekt ron. Reaksi t ransfer

cahaya, kemudian berubah menjadi

elektron ini dapat dibedakan menjadi reaksi nonsiklik dan reaksi siklik.

energi kimia, yang selanjutnya disimpan dalam bentuk senyawa-

a) Reaksi nonsiklik

senyawa yang dibuat oleh t um buhan.

Elektron yang tereksitasi dari fotosistem II bergerak melalui rangkaian

Sumber:www.dbhs.wvusd.k12.ca

akseptor elektron, seperti plastoquinon, sitokrom f, dan plastosianin. Pada proses tersebut dilepaskan energi yang ditangkap oleh A DP menjadi ATP. Selanjutnya elektron mencapai fotosistem I.

Seperti fotosistem II, fotosistem I merupakan molekul kompleks yang dapat melepaskan elektron yang dipicu oleh cahaya matahari. Elektron yang t erlepas dari fot osist em I segera digant ikan oleh elekt ron dari fotosistem II.

Elektron berenergi tinggi yang dilepaskan fotosistem I akan bergerak melalui rangkaian aksept or elekt ron baru. Pada akhirnya, elekt ron t ersebut digunakan unt uk mereduksi N A D P ( N icotinamide A denine

D inucleotide Phosphate ) menjadi NA DPH .

40 Mudah dan Akt if Belajar Biologi unt uk Kelas XII

ADP + P

Aksep t or

Aksep t or

Fd

NADP + +H + M at ah ari

Pq

ATP

NADP 2 fot on

Kom p leks

2e sit okrom

Fot osist em II

Fot osist em I

H 2 O O + 2H + 2 Sumber: Botany, 1995

Pada reaksi ini, elektron yang dilepas fotosistem I tidak kembali lagi Gambar 2.21

ke fotosistem I. Pembentukan ATP dari reaksi nonsiklik ini disebut juga Reaksi nonsiklik yang t erjadi pada m em b ran t ilakoid fotofosforilasi nonsiklik.

b) Reaksi siklik Pada beberapa kasus, terjadi pola pergerakan elektron yang berbeda. Pola ini disebut reaksi siklik, karena elektron yang dilepaskan fotosistem

I selalu kembali pada fot osist em I. Ket ika elekt ron melalui beberapa akseptor elektron, energi yang dilepaskan digunakan untuk membentuk

A DP menjadi ATP.

Logika Biologi

Secara umum, fotosintesis terjadi pada siang hari ketika ada cahaya

Aksep t or matahari. Kalau begitu, kapankah respirasi sel tum buhan terjadi?

Kom p leks

sit okrom Pusat

2 fot on

reaksi

Pc Energi unt uk

sint esis

Sumber: Botany, 1995

Reaksi siklik

Met ab olism e

Sekilas

Pembentukan ATP melalui reaksi siklik disebut juga fotofosforilasi

Biologi

siklik. Reaksi ini dilakukan jika AT P yang dibuat kurang dan banyak terjadi pada bakteri fotoautototrof.

Melvin Calvin (1911–1997)

2) Reaksi Gelap

Reaksi gelap merupakan langkah selanjutnya setelah reaksi terang. Reaksi ini terjadi di stroma kloroplas. Reaksi terang telah menyediakan energi kimia pada stroma kloroplas dalam bentuk A T P dan N A DPH . Energi ini akan digunakan untuk menghasilkan glukosa, yaitu hasil akhir reaksi fotosintesis.

Reaksi gelap memerlukan ATP, NA DPH, CO 2 , rangkaian enzim, serta kofakt or yang dapat dit emukan pada st roma kl oropl as. Reaksi ini dijelaskan pertama kali oleh Melvin Calvin dan A ndrew Benson. Oleh karena itu, reaksi ini disebut juga siklus Calvin-Benson. Perhatikan gambar berikut .

Inp ut

3 Tahap I: Fiksasi CO 2

Melvin Calvin adalah seorang

CO 2

ahli kimia asal Amerika. Bersama Andrew Benson dan James Bassham, ia menemukan siklus reduksi karbon pada proses fotosintesis tumbuhan

Rub isko

yang disebut siklus Calvin-Benson.

(a)

Untuk itu, ia menerima hadiah nobel

p dibidang kimia pada tahun 1961.

Sumber:www.wikipedia.org 6 ATP

ADP

6ADP p

6 NADPH 6 NADP

Tahap II: Reduksi

Glukosa dan

Output senyaw a organik

Ou t p u t 1 p

lainnya Siklus Calvin-Benson

Gambar 2.23

Tahap III: Regenerasi

3-fosfogliserald ehid a

Sumber: Biology Concepts & Connections, 2006

a) Fase fiksasi

Berdasarkan gambar tersebut, langkah pertama siklus Calvin-Benson

Kata Kunci

adalah fiksasi CO 2 dari udara oleh ribulosa bifosfat (RuBP) dengan

• Calvin-Benson

bantuan enzim rubisko. Fiksasi ini membentuk senyawa beratom C6. H asil

• Fiksasi

yang tidak stabil tersebut dipecah menjadi 2 senyawa C3 (3-fosfogliserat).

• Reaksi gelap •

Oleh karena itu, setiap 3 molekul CO 2 yang masuk akan menghasilkan

Reduksi

• Reg enerasi

enam molekul 3-fosfogliserat.

• Pelep asan

b) Fase reduksi

Pada fase reduksi, N A D PH mereduksi 3-fosfogliserat menjadi 3-fosfogliseraldehid (G3P) dengan bantuan ATP. Untuk membuat 1 molekul G3P, siklus tersebut memerlukan atom karbon dari tiga molekul CO 2 .

42 Mudah dan Akt if Belajar Biologi unt uk Kelas XII

Sebenarnya siklus ini mengambil satu karbon setiap satu siklusnya. Namun

pada awal reaksi, digunakan 3 molekul CO 2 sehingga satu siklus reaksi

ini menghasilkan 1 molekul G3P utuh.

c) Pelepasan satu molekul G3P Lima molekul G3P dari langkah kedua tetap berada dalam siklus. Satu molekul G3P yang dilepaskan dari siklus merupakan hasil bersih fot osint esis. Sel t umbuhan menggunakan dua molekul G3P unt uk membentuk satu molekul glukosa.

d) Fase regenerasi RuBP Rangkaian reaksi kimia menggunakan energi ATP untuk menyusun kembali atom pada lima molekul G3P (total 15 atom C). H al tersebut unt uk membent uk t iga molekul RuBP yang akan digunakan kembali

dalam siklus Calvin-Benson. Berapa banyak molekul CO 2 yang harus

digunakan untuk membentuk satu molekul glukosa dalam siklus Calvin- Benson?

Aktivitas Biologi 2.2

Fotosintesis

Tujuan 1 Menunjukkan zat yang dihasilkan dari fotosintesis 2

A lat dan Bahan 1. 5 buah gelas piala

5. tumbuhan air (

H ydrilla )

2. 5 buah tabung reaksi 3. 5 buah corong plastik

4. kertas selofan berwarna merah, hijau, dan biru Langkah Kerja

1. Siapkan 5 buah gelas piala, 5 buah tabung reaksi, 5 buah corong plastik, dan kertas selofan berwarna merah, hijau, dan biru. 2. Siapkan juga ganggang Spirogyra atau tumbuhan air, seperti

H ydrilla .

3. Rangkailah alat-alat seperti pada gambar. Berhat i-hat ilah ket ika memasukkan t abung reaksi, jangan sampai ada gelombang udara yang terperangkap. 4. Gelas piala 1 simpan di tempat teduh, sedangkan gelas piala 2, 3, 4, dan gelas 5 disimpan di tempat terang.

5. Gelas 3 ditutup kertas selofan merah, gelas 4 ditutup kertas selofan hijau, dan gelas 5 ditutup kertas selofan biru.

6. A mati gelembung udara yang muncul setelah beberapa waktu. Data yang diperoleh disusun dalam bentuk tabel.

Pertanyaan 1. Gas apakah yang terdapat pada gelembung udara tersebut? Buktikan. 2. A pakah maksud penutupan tabung piala dengan kertas selofan yang berwarna? 3. Faktor-faktor apakah yang memengaruhi fotosintesis yang diatur dalam percobaan ini? Jelaskan.