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

d. Faktor-Faktor yang M emengaruhi Fotosintesis

Terdapat beberapa fakt or yang memengaruhi fot osint esis pada tumbuhan. Faktor tersebut dapat dikelompokkan menjadi faktor genetis dan faktor lingkungan. Mudah dan Akt if Belajar Biologi unt uk Kelas XII 44 Faktor genetis menentukan sifat dasar fotosintesis suatu tumbuhan. Faktor genetis mengatur lebar daun, jumlah daun, serta konsentrasi klorofil suatu tumbuhan. Fakt or l i ngkungan memengaruhi fot osi nt esi s suat u t umbuhan sehingga daun t umbuhan dari spesies yang sama dapat memiliki laju fot osi nt esi s yang berbeda. Fakt or l i ngkungan dapat memengaruhi fotosintesis tumbuhan, di antaranya sebagai berikut. 1 Faktor cahaya, sangat mempengarui fotosintesis. Jika tidak terdapat cahaya, fotosintesis tidak terjadi. Ketika cahaya mulai tampak dan intensitasnya semakin naik, fotosintesis pun mulai terjadi dan lajunya naik seiring intensitas cahaya. Laju intensitas maksimum umumnya t erjadi mendekat i t engah hari. Ket ika cahaya mat ahari bersinar sangat terang. 2 Faktor suhu, memengaruhi fotosintesis dengan adanya rentang suhu opt imal bagi fot osint esis. Suhu opt imal t ersebut berkisar ant ara 28–30°C. Fotosintesis umumnya tidak dapat berlangsung pada suhu di bawah 5°C dan di atas 50°C. M engapa? 3 Konsentrasi CO 2 , pada tingkat di bawah 0,15 dapat meningkatkan laju fotosintesis. A kan tetapi, jika konsentrasi CO 2 0,15 atau lebih, st omat a akan menut up dan fot osint esis t erhent i. Bahkan pada beberapa tumbuhan, konsentrasi CO 2 di atas normal 0,04 tidak lagi meningkatkan laju fotosintesis. 4 Ket ersediaan air berperan dalam fot osint esis. Fot osint esis dapat terhenti jika tidak tersedia air yang menyebabkan stomata menutup dan menghentikan laju fotosintesis. 5 Ketersediaan nutrisi, berhubungan dengan pembentukan klorofil serta kofaktor enzim-enzim fotosintesis. Jika nutrisi tersebut tidak tersedia dapat menghambat fotosintesis.

2. Kemosintesis

Kemosintesis merupakan salah satu proses pembentukan anabolisme unt uk menghasil kan mol ekul organik berenergi. Beberapa bakt eri diketahui memiliki kemampuan ini. Berbeda dengan fotosintesis yang menggunakan energi matahari untuk menghasilkan ATP dan NA DPH , bakteri kemoautotrof menggunakan reaksi kimia anorganik sebagai sumber energi. M ereka dapat mengoksidasi molekul anorganik untuk menghasilkan A T P dan N A DPH, kemudian menggunakannya unt uk mereduksi CO 2 menjadi molekul organik. Bakteri belerang dari genus T hiobacillus , dapat menggunakan sulfur belerang untuk menghasilkan molekul organik. Ia mengoksidasi H 2 S sulfur menjadi Ssulfat. Berikut reaksinya. Kapankah fotosintesis terjadi? Jika Anda akan menyiram tanaman, kapankah waktu yang baik untuk menyiram tanaman? Faktor apa yang berpengaruh t erhadap w akt u penyiram an t ersebut . Logika Biologi 6CO 2 + 12H 2 S C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 12S Bak t eri hi drogen, H ydr ogenomonas , dapat mengok si dasi H 2 hidrogen menjadi H 2 O. A dapun bakt eri besi, Ferrobacillus , mampu mengoksidasi ferro Fe 2+ menjadi ferri Fe 3+ unt uk menghasilkan Kata Kunci • Ai r • Cahaya • Karbon dioksida • Kem oaut ot rof • Kem osint esis • Nut risi • Suhu