M ekanisme Fotosintesis Fotosintesis
Mudah dan Akt if Belajar Biologi unt uk Kelas XII
40
1 Reaksi Terang Proses dari reaksi t erang adalah pusat fot osint esis. Pusat reaksi
tersusun atas molekul klorofil yang dikelilingi oleh molekul lain yang mampu menerima elektron. Pusat reaksi terang disebut
fotosistem yang terdiri atas kompleks protein, klorofil, dan pigmen lain yang menyerap
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 dengan pigmen yang dapat menyerap panjang gelombang maksimum 680
nm p680. M eskipun fotosistem I ditemukan lebih dahulu, reaksi transfer elektron berawal dari fotosistem II. Elektron bergerak dari fotosistem II
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. H
2
O 2H
+
+ O
2
+ 2e
–
2H
2
O 4H
+
+ O
2
+ 4e
–
Dapat A nda lihat bahwa fotolisis menyediakan elektron e
–
. Selain itu juga, proses ini menghasilkan oksigen O
2
dan pasangan proton bebas H
+
di dalam t ilakoid. Pada reaksi inilah sumber oksigen di bumi dihasilkan.
Bagai manakah proses fot osi nt esi s sel anj ut nya? El ekt ron yang dihasilkan akan memasuki sist em t ransfer elekt ron. Reaksi t ransfer
elektron ini dapat dibedakan menjadi reaksi nonsiklik dan reaksi siklik.
a Reaksi nonsiklik
Elektron yang tereksitasi dari fotosistem II bergerak melalui rangkaian 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 .
Sekilas Biologi
Robert M ayer 1814–1878
Robert Mayer m erupakan seorang ahli fisika Jerman. Ia adalah
orang pertama yang dapat m enjelaskan gam baran seluruh
proses fotosintesis. Tahap yang penting dalam fotosintesis adalah
absorpsi energi dalam bentuk cahaya, kemudian berubah menjadi
energi kimia, yang selanjutnya disimpan dalam bentuk senyawa-
senyawa yang dibuat oleh t um buhan.
Sumber:www.dbhs.wvusd.k12.ca
Kata Kunci
• Fit osist em
• Fot ofosforilasi
• Fot olisis
• Reaksi t erang
• Siklik
Met ab olism e
41
Aksep t or
2 fot on 2e
–
P680
2e
–
H
2
O O
2
+ 2H
+
Fot osist em II Pq
ADP
+
P ATP
Kom p leks sit okrom
Pc 2 fot on
Aksep t or Fd
NADP
+
red ukt ase NADPH
NADP
+
+ H
+
P700
Fot osist em I M at ah ari
Pada reaksi ini, elektron yang dilepas fotosistem I tidak kembali lagi ke fotosistem I. Pembentukan ATP dari reaksi nonsiklik ini disebut juga
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.
Gambar 2.21
Reaksi nonsiklik yang t erjadi pada m em b ran t ilakoid
Sumber: Botany, 1995
Gambar 2.22
Reaksi siklik
Sumber: Botany, 1995
M at ah ari Aksep t or
Fd Pq
Kom p leks sit okrom
Pusat reaksi
2 fot on 2e
_
P = 700 ATP
Energi unt uk sint esis
Pc Secara umum, fotosintesis terjadi
pada siang hari ketika ada cahaya matahari. Kalau begitu, kapankah
respirasi sel tum buhan terjadi?
Logika Biologi
Mudah dan Akt if Belajar Biologi unt uk Kelas XII
42
Pembentukan ATP melalui reaksi siklik disebut juga fotofosforilasi
siklik. Reaksi ini dilakukan jika AT P yang dibuat kurang dan banyak terjadi pada bakteri fotoautototrof.
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 .
Sumber: Biology Concepts Connections, 2006
Output 3
CO
2
Inp ut
Tahap I: Fiksasi CO
2
p RuBP
3p
3 ATP ADP
p 5
Tahap III: Regenerasi
G3P G3P
6 P
NADPH NADP
6ADP ATP
6p p
3-PGA Rub isko
3-fosfogliserald ehid a Glukosa dan
senyaw a organik lainnya
p 1
Ou t p u t 6
p 6
6
Tahap II: Reduksi
Gambar 2.23
Siklus Calvin-Benson
a Fase fiksasi
Berdasarkan gambar tersebut, langkah pertama siklus Calvin-Benson adalah fiksasi CO
2
dari udara oleh ribulosa bifosfat RuBP dengan bantuan enzim rubisko. Fiksasi ini membentuk senyawa beratom C6. H asil
yang tidak stabil tersebut dipecah menjadi 2 senyawa C3 3-fosfogliserat. Oleh karena itu, setiap 3 molekul CO
2
yang masuk akan menghasilkan enam molekul 3-fosfogliserat.
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
.
Kata Kunci
• Calvin-Benson
• Fiksasi
• Reaksi gelap
• Reduksi
• Reg enerasi
• Pelep asan
Sekilas Biologi
Melvin Calvin 1911–1997
Melvin Calvin adalah seorang ahli kimia asal Amerika. Bersama
Andrew Benson dan James Bassham, ia menemukan siklus reduksi karbon
pada proses fotosintesis tumbuhan yang disebut siklus Calvin-Benson.
Untuk itu, ia menerima hadiah nobel dibidang kimia pada tahun 1961.
Sumber:www.wikipedia.org
b d
a
c
Met ab olism e
43
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?
Fotosintesis Tujuan
Menunjukkan zat yang dihasilkan dari fotosintesis 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.
Aktivitas Biologi 2.2
1 2
3 4
5