fisiologi tanaman yang dunie dan
MAKALAH
“FOTOSINTESIS TENTANG KONVERSI ENERGI CAHAYA”
Disusun oleh :
Yuni Nisawati
(135040200111035)
Marina S.
( 135040200111053)
Puji Nur Rahayu
(135040200111055)
M. Arief Biamrillah
( 135040200111058)
Alyanesia F.B.
( 135040200111074)
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MALANG
2014
1. Rantai Transport Elektron
Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob.
Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi
terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam
mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan
FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus
Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim
Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.
Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron
berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi
yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar
untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q
dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan
2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan
dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi
untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c
mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom
a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang
paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron.
Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan
ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air
(H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar
untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara
keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.
Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan
FADH2 sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul
NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.
Reaksi
Oksidasi
yang
Terjadi
Pada
Transpor
Elektron
Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk
setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP.
Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi
respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi,
karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari
setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.
2. Transfer Elektron dan Sintesis NADH
2.1 Transfer Elektron
Transport elektron disebut sebagai reaksi pemanenan energi kimia. Hal tersebut disebabkan
karena transport elektron menghasilkan molekul ATP sebanyak 30 molekul dari elektron yang
dibawa oleh NADH dan FADH2. Reaksi transport elektron terjadi pada membran dalam
mitokondria.
Transport elektron merupakan reaksi yang membutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron
terakhir. Reaksi penangkapan elektron oleh oksigen akan menyebabkan terbentuknya molekul
air (H2O).
Kompleks transport elektron tersusun atas lima kompleks protein, yang masing-masing
memiliki fungsi spesifik.
1. Kompleks I
Kompleks I dinamakan NADH reduktase. Fungsi dari kompleks I adalah memecah NADH
menjadi NAD+ dan H+. Pemecahan tersebut akan menyebabkan elektron dibebaskan dari
NADH. Setiap elektron yang dibebaskan akan bergerak melintasi kompleks I, yang
mengakibatkan ion H+ bergerak dari matriks menuju ruang intermembran. Elektron yang
melintasi kompleks I selanjutnya akan ditangkap oleh ubiquinon da dibawa menuju kompleks
III.
2. Kompleks II
Kompleks II dinamakan suksinat dehidrogenase. Fungsi dari kompleks II adalah
membebaskan elektron yang ada pada FADH2, diikuti dengan reaksi perubahan suksinat
menjadi fumarat. Elektron yang melintasi kompleks II tidak menyebabkan pergerakan ion
hidrogen menuju ruang intermembran. Elektron juga akan ditangkap oleh ubiquinon, yang
akan dibawa menuju kompleks III.
3. Kompleks III
Kompleks III dinamakan dengan sitokrom reduktase. Elektron dari ubiquinon akan dilalukan
melalui kompleks ini. Pergerakan elektron melintasi kompleks ini menyebabkan ion hidrogen
bergerak dari matriks menuju ruang intermembran. Elektron selanjutnya akan dibawa oleh
sitokrom C menuju kompleks IV.
4. Kompleks IV
Pergerakan ion pada kompleks IV menyebabkan aliran ion hidrogen dari matriks menuju
ruang intermembran. Selain itu, elektron akan dikembalikan ke matriks. Proses ini
membutuhkan oksigen. Oksigen berperan sebagai penangkap elektron terakhir. Reaksi
penangkapan tersebut menyebabkan terbentuknya molekul air (H2O).
5. Kompleks V
Kompleks V merupakan enzim ATP sintase. Enzim tersebut berfungsi untuk membentuk
molekul berenergi, ATP, dari ADP dan Pi.
Ion hidrogen yang dibergerak menuju ruang intermembran menimbulkan gradien
elektrokimia dari ruang intermembran dengan matriks mitokondria. Matriks kehilangan ion
hidrogen karena bergerak ke ruang intermembran menyebabkan konsentrasi ion H+ yang
lebih rendah. Akibatnya, ion hidrogen akan bergerak menuju kembali ke matriks untuk
menyeimbangkan konsentrasi. Akan tetapi, membran dalam mitokondria impermeabel (tidak
bisa dilalui) terhadap ion H+. Satu-satunya lintasan yang ada adalah kompleks V.
Pergerakan ion H+ melintasi kompleks V digunakan untuk membentuk ATP. Setiap ion
hidrogen masuk, maka akan dibentuk ATP. Jadi, ada kaitannya antara proses lewatnya
elektron dalam kompleks-kompleks sebelumnya dengan pembentukan ATP. Aliran elektron
menyebabkan ion H+ bergerak ke ruang intermembran, akibatnya konsentrasi berbeda dan
ion hidrogen yang kembali ke matriks melalui Kompleks V digunakan untuk membentuk
ATP.
2.2 Sintesis NADH
Nikotinamida adenina dinukleotida, disingkat NAD+, adalah koenzim yang ditemukan di
semua sel hidup. Senyawa ini berupa dinukleotida, yakni mengandung dua nukleotida yang
dihubungkan melalui gugus fosfat, dengan satu nukleotida mengandung basa adenina dan
yang lainnya mengandung nikotinamida.
Fungsi :
Nikotinamida adenina dinukleotida memiliki beberapa peranan esensial dalam metabolisme.
Ia berperan sebagai koenzim pada reaksi redoks, sebagai donor gugus ADP-ribosa pada
reaksi ADP-ribosilasi, sebagai prekursor molekul penghantara kedua ADP-ribosa siklik, dan
juga sebagai substrat bagi enzim DNA ligase bakteri dan enzim sirtuin yang menggunakan
NAD+ untuk melepaskan gugus asetil dari protein.
Biosintesis :
NAD+ disintesis melalui dua lintasan metabolisme. Ia diproduksi baik melalui lintasan de
novo yang menggunakan asam amino maupun melalui lintasan daur ulang dengan mendaur
ulang komponen-komponen prekursor seperti nikotinamida menjadi NAD+, lintasan yang lain
disebut lintasan kinurenina yang dilalui oleh TRP.[19] Lintasan kinurenina terbagi dua, yang
pertama adalah lintasan asam kinurenat, yang kedua adalah lintasan asam kuinolinat dan
hidroksikynurenina-3. Ketiga senyawa organik tersebut merupakan prekursor dari NAD+.
Dalam metabolisme, senyawa ini menerima ataupun mendonorkan elektronnya dalam reaksi
redoks. Reaksi ini (diringkaskan oleh persamaan di bawah) melibatkan pelepasan dua atom
hidrogen dari reaktan (R), dalam bentuk ion hidrida (H−) dan proton (H+). Proton dilepaskan
ke dalam larutan, manakala reduktan RH2 dioksidasi dan NAD+ direduksi menjadi NADH
melalui transfer hidrida menuju cincin nikotinamida.
RH2 + NAD+ → NADH + H+ + R
Dari pasangan elektron hidrida, satu elektron ditransfer ke nitrogen cincin nikotinamida yang
bermuatan positif, dan atom hidrogen kedua di transfer ke atom karbn C4 yang berseberangan
dengan nitrogen ini. Potensial titik tengah pasangan redoks NAD+/NADH adalah −0,32 volt,
membuat NADH sebagai reduktor kuat. Reaksi ini sangat mudah berbalik arah, ketika NADH
direduksi menjadi molekul lain dan dioksidasi kembali menjadi NAD +. Hal ini berarti
koenzim ini dapat secara terus menerus berada dalam siklus NAD + dan NADH tanpa
sendirinya dikonsumsi.
Secara fisik, koenzim ini berbentuk bubuk amorf yang higroskopik dan sangat larut dalam air.
Padatan ini stabil jika disimpan dalam keadaan gelap dan kering. Larutan NAD + tidak
berwarna dan stabil selama satu pada temperatur 4 °C dan pH netral. Ia akan terurai dengan
cepat apabila terkena asam ataupun basa. Seketika terurai, produk dekomposisi ini
merupakan inhibitor enzim.
Absorpsi spektrum UV NAD+ dan NADH.
Baik NAD+ dan NADH menyerap ultraviolet dengan sangat kuat oleh karena keberadaan
basa adeninanya. Sebagai contoh, puncak absorpsi NAD+ berada pada panjang gelombang
259 nanometer (nm), dengan koefisien pemunahan 16.900 M−1cm−1. NADH juga menyerap
panjanga gelombang yang lebih tinggi, dengan puncak kedua dalam absorpsi UV-nya adalah
339 nm dengan koefisien pemunahan 6.220 M−1cm−1. Perbedaan spektrum absorpsi
ultraviolet antara bentuk koenzim yang teroksidasi dengan yang tereduksi ini membuat zat ini
sangat mudah diukur pada asai enzim.
NAD+ dan NADH juga memiliki spektrum fluoresens yang berbeda. NADH dalam larutan
memiliki puncak emisi pada 460 nm dan paruh waktu fluoresens sepanjang 0,4 nanosekon,
manakala pada koenzim yang teroksidasi tidak memiliki emisi fluoresens. Ciri-ciri sinyal
fluoresens berubah ketika NADH mengikat kepada protein, sehingga perubahan ini dapat
digunakan untuk mengukur tetapan disosiasi, yang sangat berguna dalam kajian kinetika
enzim. Perubahan dalam sinyal fluoresens ini juga digunakan untuk mengukur perubahan
dalam keadaan redoks sel hidup, melalui mikroskopi fluoresens.
3. Hidrolisis Air
Pencampuran larutan asam dengan larutan basa akan menghasilkan garam dan air.
Namun demikian, garam dapat bersifat asam, basa maupun netral. Sifat garam bergantung
pada jenis komponen asam dan basanya. Garam dapat terbentuk dari asam kuat dengan basa
kuat, asam lemah dengan basa kuat, asam kuat dengan basa lemah, atau asam lemah dengan
basa lemah. Jadi, sifat asam basa suatu garam dapat ditentukan dari kekuatan asam dan basa
penyusunnya. Sifat keasaman atau kebasaan garam ini disebabkan oleh sebagian garam yang
larut bereaksi dengan air. Proses larutnya sebagian garam bereaksi dengan air ini disebut
hidrolisis (hidro yang berarti air dan lisis yang berarti peruraian).
Hidrolisis adalah reaksi kimia yang memecah molekul air (H2O) menjadi kation hidrogen
(H+) dan anion hidroksida (OH−) melalui suatu proses kimia. Proses ini biasanya digunakan
untuk memecah polimer tertentu, terutama yang dibuat melalui polimerisasi tumbuh bertahap
(step-growth polimerization).
Hidrolosis berbeda dengan hidrasi. Pada hidrasi, molekul tidak terpecah menjadi dua
senyawa baru.
Hidrolisis merupakan reaksi penguraian garam oleh air atau reaksi ion-ion garam dengan
air. Pada penguraian garam ini, dapat terjadi beberapa kemungkinan, yaitu :
Ion garam bereaksi dengan air menghasilkan ion H
Ion garam bereaksi dengan air menghasilkan ion H+, sehingga menyebabkan [H+]
dalaMm air bertambah dan akibatnya [H+] > [OH-], maka larutan bersifat asam.
Ion garam tersebut tidak bereaksi dengan air, sehingga [H+] dalam air akan tetap
sama dengan [OH-], maka air akan tetap netral (pH = 7).
Ion garam dianggap bereaksi dengan air, bila ion tersebut dalam reaksinya menghasilkan
asam lemah atau basa lemah, sebab bila menghasilkan asam atau basa kuat maka hasil
reaksinya akan segera terionisasi sempurna dan kembali menjadi ion-ionnya. Jika ditinjau
dari asam dan basa pembentuknya ada empat jenis garam yang dikenal, yaitu ;
1. Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa kuat
2. Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa lemah
3. Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa lemah
4. Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa kuat
1. Garam dari Asam Kuat dengan Basa Kuat
Asam kuat dan basa kuat bereaksi membentuk garam dan air. Kation dan anion garam berasal
dari elektrolit kuat yang tidak terhidrolisis, sehingga larutan ini bersifat netral, pH larutan ini
sama dengan 7.
Contoh
Larutan KCl berasal dari basa kuat KOH terionisasi sempurna membentuk kation dan
anionnya. KOH terionisasi menjadi H + dan Cl - . Masing-masing ion tidak bereaksi dengan
air, reaksinya dapat ditulis sebagai berikut.
KCl (aq) → K + (aq) + Cl - (aq)
K + (aq) + H 2 O (l) →
Cl - (aq) + H 2 O (l) →
2. Garam dari Asam Kuat dengan Basa Lemah
Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa lemah mengalami hidrolisis sebagian
(parsial) dalam air. Garam ini mengandung kation asam yang mengalami hidrolisis. Larutan
garam ini bersifat asam, pH 7). Secara umum reaksinya ditulis:
A - + H 2 O → HA + OH 4. Garam dari Asam Lemah dengan Basa Lemah
Asam lemah dengan basa lemah dapat membentuk garam yang terhidrolisis total (sempurna)
dalam air. Baik kation maupun anion dapat terhidrolisis dalam air. Larutan garam ini dapat
bersifat asam, basa, maupun netral. Hal ini bergantung dari perbandingan kekuatan kation
terhadap anion dalam reaksi dengan air.
Contoh
Suatu asam lemah HCN dicampur dengan basa lemah, NH 3 akan terbentuk garam NH 4 CN.
HCN terionisasi sebagian dalam air membentuk H
+
dan CN - sedangkan NH
3
dalam air
terionisasi sebagian membentuk NH4+ dan OH-. Anion basa CN - dan kation asam NH 4
+
dapat terhidrolisis di dalam air.
NH 4 CN (aq) → NH 4 + (aq) + CN - (aq)
NH 4 + (aq) + H 2 O → NH 3(aq) + H 3 O (aq) +
CN - (aq) + H 2 O (e) → HCN (aq) + OH - (aq)
Sifat larutan bergantung pada kekuatan relatif asam dan basa penyusunnya (Ka dan Kb)
Jika Ka < Kb (asam lebih lemah dari pada basa) maka anion akan terhidrolisis lebih
banyak dan larutan bersifat basa.
jika Ka > Kb (asam lebih kuat dari pada basa) maka kation akan terhidrolisis lebih banyak
dalam larutan bersifat asam.
Jika Ka = Kb (asam sama lemahnya dengan basa) maka larutan bersifat netral.
Tetapan kesetimbangan dari reaksi hidrolisis disebut tetapan hidrolisis dan dilambangkan
dengan K h.
Kh =
Kw
Ka atau Kb
4. Transfer Proton dan Pigmen
Molekul pigmen yang diatur dalam fotosistem menangkap sinar matahari dalam
kloroplas. Fotosistem adalah kelompok pigmen menyerap cahaya dengan beberapa terkait
molekul-proton (ion hidrogen) memompa, enzim, koenzim, dan sitokrom. Setiap fotosistem
mengandung sekitar 200 molekul pigmen hijau yang disebut klorofil dan sekitar 50 molekul
keluarga lain pigmen yang disebut karotenoid. Di tengah reaksi dari fotosistem, energi sinar
matahari diubah menjadi energi kimia. Pusat ini kadang-kadang disebut antena pemanen
cahaya.
Ada dua fotosistem dalam membran tilakoid, yang ditunjuk fotosistem I dan
fotosistem II. Pusat-pusat reaksi fotosistem ini P700 dan P680 masing-masing. Energi yang
ditangkap dalam pusat-pusat reaksi mendorong kemiosmosis, dan energi kemiosmosis
merangsang produksi ATP dalam kloroplas.
Molekul pigmen yang diatur dalam fotosistem menangkap sinar matahari dalam
kloroplas. Fotosistem adalah kelompok pigmen menyerap cahaya dengan beberapa terkait
molekul-proton (ion hidrogen) memompa, enzim, koenzim, dan sitokrom. Setiap fotosistem
mengandung sekitar 200 molekul pigmen hijau yang disebut klorofil dan sekitar 50 molekul
keluarga lain pigmen yang disebut karotenoid. Di tengah reaksi dari fotosistem, energi sinar
matahari diubah menjadi energi kimia. Pusat ini kadang-kadang disebut antena pemanen
cahaya.
Ada dua fotosistem dalam membran tilakoid, yang ditunjuk fotosistem I dan
fotosistem II. Pusat-pusat reaksi fotosistem ini P700 dan P680 masing-masing. Energi yang
ditangkap dalam pusat-pusat reaksi mendorong kemiosmosis, dan energi kemiosmosis
merangsang produksi ATP dalam kloroplas.
Pada inti dari fotosistem terletak pusat reaksi, yang merupakan enzim yang
menggunakan cahaya untuk mengurangi molekul. Dalam fotosistem, ini pusat reaksi
dikelilingi oleh kompleks pemanen cahaya yang meningkatkan penyerapan cahaya dan
mentransfer energi ke pusat reaksi. Pemanen cahaya dan pusat reaksi kompleks adalah
kompleks protein membran yang terbuat dari beberapa protein subunit dan mengandung
banyak kofaktor. Dalam membran fotosintesis, pusat-pusat reaksi memberikan kekuatan
pendorong untuk elektron bioenergi dan rantai transfer proton. Ketika cahaya diserap oleh
pusat reaksi (baik secara langsung maupun lewat pigmen antena berdekatan), serangkaian
reaksi oksidasi-reduksi dimulai, yang mengarah ke pengurangan akseptor terminal. Dua
keluarga dari pusat-pusat reaksi di fotosistem ada: tipe I pusat reaksi (seperti fotosistem I
(P700) dalam kloroplas dan bakteri hijau sulfur) dan jenis pusat-pusat reaksi II (seperti
fotosistem II (P680) dalam kloroplas dan non-sulfur bakteri ungu). Setiap fotosistem dapat
diidentifikasi dengan panjang gelombang cahaya untuk yang paling reaktif (700 dan 680
nanometer, masing-masing untuk PSI dan PSII dalam kloroplas), jumlah dan jenis-panen
kompleks cahaya hadir dan jenis terminal akseptor elektron digunakan. Tipe I fotosistem
menggunakan seperti ferredoxin protein klaster besi-sulfur sebagai terminal akseptor
elektron, sedangkan tipe II fotosistem pada akhirnya antar jemput elektron ke terminal
akseptor elektron kuinon. Kita harus mencatat bahwa kedua jenis pusat reaksi yang hadir
dalam kloroplas dan cyanobacteria, bekerja sama untuk membentuk rantai fotosintesis yang
unik mampu mengekstrak elektron dari air, menciptakan oksigen sebagai produk sampingan.
Pigmen atau zat warna adalah zat yang mengubah warnacahaya tampak sebagai
akibat proses absorpsi selektif terhadap panjang gelombang pada kisaran tertentu. Pigmen
tidak menghasilkan warna tertentu sehingga berbeda dari zat-zat pendar (luminescence).
Molekul pigmen menyerap energi pada panjang gelombang tertentu sehingga memantulkan
pajang gelombang tampak lainnya, sedangkan zat pendar memancarkan cahaya karena reaksi
kimia tertentu.
Di dalam dunia percetakan, pigmen dibagi dalam tiga pigmen dasar yang mampu meniru
pigmen-pigmen lain jika dicampurkan dengan proporsi tepat, yaitu pigmen cyan, magenta,
dan kuning. Sebagai tambahan, untuk mendapatkan kedalaman warna ditambahkan pigmen
hitam. Misalnya untuk mendapatkan sensasi warna merah, dicampurkan pigmen magenta dan
kuning dengan proporsi tertentu.
Pigmen alami banyak yang dihasilkan oleh organisme, dan banyak yang bernilai ekonomi.
Pigmen yang dihasilkan oleh organisme dikelompokkan sebagai pigmen hayati.
DAFTAR PUSTAKA
http://sukabio.wordpress.com/2009/07/30/transpor-elektron/
http://rahmadsyafii.blogspot.com/2010/12/respirasi-seluler-glikolisis-siklus.html
Abdurahman, D. 2006. Biologi Kelompok Pertanian dan Kesehatan. Banudung : Grafindo
Media Pratama.
Ai, N.S. 2012. Evolusi Fotosintesis pada Tumbuhan. Ilmiah Sains, 12 ( 1): 28-34.
Drajdat S, siregar A H.1990.Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Bandung: Institut Teknologi
Bandung
Fitter A.H. dan Hay R.K.M. 1991. Fisiologi Lingkungan Tanaman. Yogyakarta: Gadjah Mada
University Press
Jumin, H.B. 2008. Dasar-Dasar Agronomi. Jakarta: PT Rajagrafindo Persada.
Rasyid, A. 2009. Distribusi Klorofil-a pada Musim Peralihan Barat-Timur di Perairan
;;;;;;;;;;Spermonde Propinsi Sulawesi Selatan. Sains & Teknologi, 9 (2) : 125 – 132.
Salisbury and Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid II. ITB. Bandung
Salisbury F B, Ross W R, F.1992. Fisiologi Tumbuhan Jilid 1. Bandung: ITB Bandung
“FOTOSINTESIS TENTANG KONVERSI ENERGI CAHAYA”
Disusun oleh :
Yuni Nisawati
(135040200111035)
Marina S.
( 135040200111053)
Puji Nur Rahayu
(135040200111055)
M. Arief Biamrillah
( 135040200111058)
Alyanesia F.B.
( 135040200111074)
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MALANG
2014
1. Rantai Transport Elektron
Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob.
Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi
terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam
mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan
FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus
Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim
Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.
Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron
berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi
yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar
untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q
dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan
2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan
dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi
untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c
mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom
a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang
paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron.
Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan
ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air
(H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar
untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara
keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.
Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan
FADH2 sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul
NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.
Reaksi
Oksidasi
yang
Terjadi
Pada
Transpor
Elektron
Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk
setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP.
Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi
respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi,
karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari
setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.
2. Transfer Elektron dan Sintesis NADH
2.1 Transfer Elektron
Transport elektron disebut sebagai reaksi pemanenan energi kimia. Hal tersebut disebabkan
karena transport elektron menghasilkan molekul ATP sebanyak 30 molekul dari elektron yang
dibawa oleh NADH dan FADH2. Reaksi transport elektron terjadi pada membran dalam
mitokondria.
Transport elektron merupakan reaksi yang membutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron
terakhir. Reaksi penangkapan elektron oleh oksigen akan menyebabkan terbentuknya molekul
air (H2O).
Kompleks transport elektron tersusun atas lima kompleks protein, yang masing-masing
memiliki fungsi spesifik.
1. Kompleks I
Kompleks I dinamakan NADH reduktase. Fungsi dari kompleks I adalah memecah NADH
menjadi NAD+ dan H+. Pemecahan tersebut akan menyebabkan elektron dibebaskan dari
NADH. Setiap elektron yang dibebaskan akan bergerak melintasi kompleks I, yang
mengakibatkan ion H+ bergerak dari matriks menuju ruang intermembran. Elektron yang
melintasi kompleks I selanjutnya akan ditangkap oleh ubiquinon da dibawa menuju kompleks
III.
2. Kompleks II
Kompleks II dinamakan suksinat dehidrogenase. Fungsi dari kompleks II adalah
membebaskan elektron yang ada pada FADH2, diikuti dengan reaksi perubahan suksinat
menjadi fumarat. Elektron yang melintasi kompleks II tidak menyebabkan pergerakan ion
hidrogen menuju ruang intermembran. Elektron juga akan ditangkap oleh ubiquinon, yang
akan dibawa menuju kompleks III.
3. Kompleks III
Kompleks III dinamakan dengan sitokrom reduktase. Elektron dari ubiquinon akan dilalukan
melalui kompleks ini. Pergerakan elektron melintasi kompleks ini menyebabkan ion hidrogen
bergerak dari matriks menuju ruang intermembran. Elektron selanjutnya akan dibawa oleh
sitokrom C menuju kompleks IV.
4. Kompleks IV
Pergerakan ion pada kompleks IV menyebabkan aliran ion hidrogen dari matriks menuju
ruang intermembran. Selain itu, elektron akan dikembalikan ke matriks. Proses ini
membutuhkan oksigen. Oksigen berperan sebagai penangkap elektron terakhir. Reaksi
penangkapan tersebut menyebabkan terbentuknya molekul air (H2O).
5. Kompleks V
Kompleks V merupakan enzim ATP sintase. Enzim tersebut berfungsi untuk membentuk
molekul berenergi, ATP, dari ADP dan Pi.
Ion hidrogen yang dibergerak menuju ruang intermembran menimbulkan gradien
elektrokimia dari ruang intermembran dengan matriks mitokondria. Matriks kehilangan ion
hidrogen karena bergerak ke ruang intermembran menyebabkan konsentrasi ion H+ yang
lebih rendah. Akibatnya, ion hidrogen akan bergerak menuju kembali ke matriks untuk
menyeimbangkan konsentrasi. Akan tetapi, membran dalam mitokondria impermeabel (tidak
bisa dilalui) terhadap ion H+. Satu-satunya lintasan yang ada adalah kompleks V.
Pergerakan ion H+ melintasi kompleks V digunakan untuk membentuk ATP. Setiap ion
hidrogen masuk, maka akan dibentuk ATP. Jadi, ada kaitannya antara proses lewatnya
elektron dalam kompleks-kompleks sebelumnya dengan pembentukan ATP. Aliran elektron
menyebabkan ion H+ bergerak ke ruang intermembran, akibatnya konsentrasi berbeda dan
ion hidrogen yang kembali ke matriks melalui Kompleks V digunakan untuk membentuk
ATP.
2.2 Sintesis NADH
Nikotinamida adenina dinukleotida, disingkat NAD+, adalah koenzim yang ditemukan di
semua sel hidup. Senyawa ini berupa dinukleotida, yakni mengandung dua nukleotida yang
dihubungkan melalui gugus fosfat, dengan satu nukleotida mengandung basa adenina dan
yang lainnya mengandung nikotinamida.
Fungsi :
Nikotinamida adenina dinukleotida memiliki beberapa peranan esensial dalam metabolisme.
Ia berperan sebagai koenzim pada reaksi redoks, sebagai donor gugus ADP-ribosa pada
reaksi ADP-ribosilasi, sebagai prekursor molekul penghantara kedua ADP-ribosa siklik, dan
juga sebagai substrat bagi enzim DNA ligase bakteri dan enzim sirtuin yang menggunakan
NAD+ untuk melepaskan gugus asetil dari protein.
Biosintesis :
NAD+ disintesis melalui dua lintasan metabolisme. Ia diproduksi baik melalui lintasan de
novo yang menggunakan asam amino maupun melalui lintasan daur ulang dengan mendaur
ulang komponen-komponen prekursor seperti nikotinamida menjadi NAD+, lintasan yang lain
disebut lintasan kinurenina yang dilalui oleh TRP.[19] Lintasan kinurenina terbagi dua, yang
pertama adalah lintasan asam kinurenat, yang kedua adalah lintasan asam kuinolinat dan
hidroksikynurenina-3. Ketiga senyawa organik tersebut merupakan prekursor dari NAD+.
Dalam metabolisme, senyawa ini menerima ataupun mendonorkan elektronnya dalam reaksi
redoks. Reaksi ini (diringkaskan oleh persamaan di bawah) melibatkan pelepasan dua atom
hidrogen dari reaktan (R), dalam bentuk ion hidrida (H−) dan proton (H+). Proton dilepaskan
ke dalam larutan, manakala reduktan RH2 dioksidasi dan NAD+ direduksi menjadi NADH
melalui transfer hidrida menuju cincin nikotinamida.
RH2 + NAD+ → NADH + H+ + R
Dari pasangan elektron hidrida, satu elektron ditransfer ke nitrogen cincin nikotinamida yang
bermuatan positif, dan atom hidrogen kedua di transfer ke atom karbn C4 yang berseberangan
dengan nitrogen ini. Potensial titik tengah pasangan redoks NAD+/NADH adalah −0,32 volt,
membuat NADH sebagai reduktor kuat. Reaksi ini sangat mudah berbalik arah, ketika NADH
direduksi menjadi molekul lain dan dioksidasi kembali menjadi NAD +. Hal ini berarti
koenzim ini dapat secara terus menerus berada dalam siklus NAD + dan NADH tanpa
sendirinya dikonsumsi.
Secara fisik, koenzim ini berbentuk bubuk amorf yang higroskopik dan sangat larut dalam air.
Padatan ini stabil jika disimpan dalam keadaan gelap dan kering. Larutan NAD + tidak
berwarna dan stabil selama satu pada temperatur 4 °C dan pH netral. Ia akan terurai dengan
cepat apabila terkena asam ataupun basa. Seketika terurai, produk dekomposisi ini
merupakan inhibitor enzim.
Absorpsi spektrum UV NAD+ dan NADH.
Baik NAD+ dan NADH menyerap ultraviolet dengan sangat kuat oleh karena keberadaan
basa adeninanya. Sebagai contoh, puncak absorpsi NAD+ berada pada panjang gelombang
259 nanometer (nm), dengan koefisien pemunahan 16.900 M−1cm−1. NADH juga menyerap
panjanga gelombang yang lebih tinggi, dengan puncak kedua dalam absorpsi UV-nya adalah
339 nm dengan koefisien pemunahan 6.220 M−1cm−1. Perbedaan spektrum absorpsi
ultraviolet antara bentuk koenzim yang teroksidasi dengan yang tereduksi ini membuat zat ini
sangat mudah diukur pada asai enzim.
NAD+ dan NADH juga memiliki spektrum fluoresens yang berbeda. NADH dalam larutan
memiliki puncak emisi pada 460 nm dan paruh waktu fluoresens sepanjang 0,4 nanosekon,
manakala pada koenzim yang teroksidasi tidak memiliki emisi fluoresens. Ciri-ciri sinyal
fluoresens berubah ketika NADH mengikat kepada protein, sehingga perubahan ini dapat
digunakan untuk mengukur tetapan disosiasi, yang sangat berguna dalam kajian kinetika
enzim. Perubahan dalam sinyal fluoresens ini juga digunakan untuk mengukur perubahan
dalam keadaan redoks sel hidup, melalui mikroskopi fluoresens.
3. Hidrolisis Air
Pencampuran larutan asam dengan larutan basa akan menghasilkan garam dan air.
Namun demikian, garam dapat bersifat asam, basa maupun netral. Sifat garam bergantung
pada jenis komponen asam dan basanya. Garam dapat terbentuk dari asam kuat dengan basa
kuat, asam lemah dengan basa kuat, asam kuat dengan basa lemah, atau asam lemah dengan
basa lemah. Jadi, sifat asam basa suatu garam dapat ditentukan dari kekuatan asam dan basa
penyusunnya. Sifat keasaman atau kebasaan garam ini disebabkan oleh sebagian garam yang
larut bereaksi dengan air. Proses larutnya sebagian garam bereaksi dengan air ini disebut
hidrolisis (hidro yang berarti air dan lisis yang berarti peruraian).
Hidrolisis adalah reaksi kimia yang memecah molekul air (H2O) menjadi kation hidrogen
(H+) dan anion hidroksida (OH−) melalui suatu proses kimia. Proses ini biasanya digunakan
untuk memecah polimer tertentu, terutama yang dibuat melalui polimerisasi tumbuh bertahap
(step-growth polimerization).
Hidrolosis berbeda dengan hidrasi. Pada hidrasi, molekul tidak terpecah menjadi dua
senyawa baru.
Hidrolisis merupakan reaksi penguraian garam oleh air atau reaksi ion-ion garam dengan
air. Pada penguraian garam ini, dapat terjadi beberapa kemungkinan, yaitu :
Ion garam bereaksi dengan air menghasilkan ion H
Ion garam bereaksi dengan air menghasilkan ion H+, sehingga menyebabkan [H+]
dalaMm air bertambah dan akibatnya [H+] > [OH-], maka larutan bersifat asam.
Ion garam tersebut tidak bereaksi dengan air, sehingga [H+] dalam air akan tetap
sama dengan [OH-], maka air akan tetap netral (pH = 7).
Ion garam dianggap bereaksi dengan air, bila ion tersebut dalam reaksinya menghasilkan
asam lemah atau basa lemah, sebab bila menghasilkan asam atau basa kuat maka hasil
reaksinya akan segera terionisasi sempurna dan kembali menjadi ion-ionnya. Jika ditinjau
dari asam dan basa pembentuknya ada empat jenis garam yang dikenal, yaitu ;
1. Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa kuat
2. Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa lemah
3. Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa lemah
4. Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa kuat
1. Garam dari Asam Kuat dengan Basa Kuat
Asam kuat dan basa kuat bereaksi membentuk garam dan air. Kation dan anion garam berasal
dari elektrolit kuat yang tidak terhidrolisis, sehingga larutan ini bersifat netral, pH larutan ini
sama dengan 7.
Contoh
Larutan KCl berasal dari basa kuat KOH terionisasi sempurna membentuk kation dan
anionnya. KOH terionisasi menjadi H + dan Cl - . Masing-masing ion tidak bereaksi dengan
air, reaksinya dapat ditulis sebagai berikut.
KCl (aq) → K + (aq) + Cl - (aq)
K + (aq) + H 2 O (l) →
Cl - (aq) + H 2 O (l) →
2. Garam dari Asam Kuat dengan Basa Lemah
Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa lemah mengalami hidrolisis sebagian
(parsial) dalam air. Garam ini mengandung kation asam yang mengalami hidrolisis. Larutan
garam ini bersifat asam, pH 7). Secara umum reaksinya ditulis:
A - + H 2 O → HA + OH 4. Garam dari Asam Lemah dengan Basa Lemah
Asam lemah dengan basa lemah dapat membentuk garam yang terhidrolisis total (sempurna)
dalam air. Baik kation maupun anion dapat terhidrolisis dalam air. Larutan garam ini dapat
bersifat asam, basa, maupun netral. Hal ini bergantung dari perbandingan kekuatan kation
terhadap anion dalam reaksi dengan air.
Contoh
Suatu asam lemah HCN dicampur dengan basa lemah, NH 3 akan terbentuk garam NH 4 CN.
HCN terionisasi sebagian dalam air membentuk H
+
dan CN - sedangkan NH
3
dalam air
terionisasi sebagian membentuk NH4+ dan OH-. Anion basa CN - dan kation asam NH 4
+
dapat terhidrolisis di dalam air.
NH 4 CN (aq) → NH 4 + (aq) + CN - (aq)
NH 4 + (aq) + H 2 O → NH 3(aq) + H 3 O (aq) +
CN - (aq) + H 2 O (e) → HCN (aq) + OH - (aq)
Sifat larutan bergantung pada kekuatan relatif asam dan basa penyusunnya (Ka dan Kb)
Jika Ka < Kb (asam lebih lemah dari pada basa) maka anion akan terhidrolisis lebih
banyak dan larutan bersifat basa.
jika Ka > Kb (asam lebih kuat dari pada basa) maka kation akan terhidrolisis lebih banyak
dalam larutan bersifat asam.
Jika Ka = Kb (asam sama lemahnya dengan basa) maka larutan bersifat netral.
Tetapan kesetimbangan dari reaksi hidrolisis disebut tetapan hidrolisis dan dilambangkan
dengan K h.
Kh =
Kw
Ka atau Kb
4. Transfer Proton dan Pigmen
Molekul pigmen yang diatur dalam fotosistem menangkap sinar matahari dalam
kloroplas. Fotosistem adalah kelompok pigmen menyerap cahaya dengan beberapa terkait
molekul-proton (ion hidrogen) memompa, enzim, koenzim, dan sitokrom. Setiap fotosistem
mengandung sekitar 200 molekul pigmen hijau yang disebut klorofil dan sekitar 50 molekul
keluarga lain pigmen yang disebut karotenoid. Di tengah reaksi dari fotosistem, energi sinar
matahari diubah menjadi energi kimia. Pusat ini kadang-kadang disebut antena pemanen
cahaya.
Ada dua fotosistem dalam membran tilakoid, yang ditunjuk fotosistem I dan
fotosistem II. Pusat-pusat reaksi fotosistem ini P700 dan P680 masing-masing. Energi yang
ditangkap dalam pusat-pusat reaksi mendorong kemiosmosis, dan energi kemiosmosis
merangsang produksi ATP dalam kloroplas.
Molekul pigmen yang diatur dalam fotosistem menangkap sinar matahari dalam
kloroplas. Fotosistem adalah kelompok pigmen menyerap cahaya dengan beberapa terkait
molekul-proton (ion hidrogen) memompa, enzim, koenzim, dan sitokrom. Setiap fotosistem
mengandung sekitar 200 molekul pigmen hijau yang disebut klorofil dan sekitar 50 molekul
keluarga lain pigmen yang disebut karotenoid. Di tengah reaksi dari fotosistem, energi sinar
matahari diubah menjadi energi kimia. Pusat ini kadang-kadang disebut antena pemanen
cahaya.
Ada dua fotosistem dalam membran tilakoid, yang ditunjuk fotosistem I dan
fotosistem II. Pusat-pusat reaksi fotosistem ini P700 dan P680 masing-masing. Energi yang
ditangkap dalam pusat-pusat reaksi mendorong kemiosmosis, dan energi kemiosmosis
merangsang produksi ATP dalam kloroplas.
Pada inti dari fotosistem terletak pusat reaksi, yang merupakan enzim yang
menggunakan cahaya untuk mengurangi molekul. Dalam fotosistem, ini pusat reaksi
dikelilingi oleh kompleks pemanen cahaya yang meningkatkan penyerapan cahaya dan
mentransfer energi ke pusat reaksi. Pemanen cahaya dan pusat reaksi kompleks adalah
kompleks protein membran yang terbuat dari beberapa protein subunit dan mengandung
banyak kofaktor. Dalam membran fotosintesis, pusat-pusat reaksi memberikan kekuatan
pendorong untuk elektron bioenergi dan rantai transfer proton. Ketika cahaya diserap oleh
pusat reaksi (baik secara langsung maupun lewat pigmen antena berdekatan), serangkaian
reaksi oksidasi-reduksi dimulai, yang mengarah ke pengurangan akseptor terminal. Dua
keluarga dari pusat-pusat reaksi di fotosistem ada: tipe I pusat reaksi (seperti fotosistem I
(P700) dalam kloroplas dan bakteri hijau sulfur) dan jenis pusat-pusat reaksi II (seperti
fotosistem II (P680) dalam kloroplas dan non-sulfur bakteri ungu). Setiap fotosistem dapat
diidentifikasi dengan panjang gelombang cahaya untuk yang paling reaktif (700 dan 680
nanometer, masing-masing untuk PSI dan PSII dalam kloroplas), jumlah dan jenis-panen
kompleks cahaya hadir dan jenis terminal akseptor elektron digunakan. Tipe I fotosistem
menggunakan seperti ferredoxin protein klaster besi-sulfur sebagai terminal akseptor
elektron, sedangkan tipe II fotosistem pada akhirnya antar jemput elektron ke terminal
akseptor elektron kuinon. Kita harus mencatat bahwa kedua jenis pusat reaksi yang hadir
dalam kloroplas dan cyanobacteria, bekerja sama untuk membentuk rantai fotosintesis yang
unik mampu mengekstrak elektron dari air, menciptakan oksigen sebagai produk sampingan.
Pigmen atau zat warna adalah zat yang mengubah warnacahaya tampak sebagai
akibat proses absorpsi selektif terhadap panjang gelombang pada kisaran tertentu. Pigmen
tidak menghasilkan warna tertentu sehingga berbeda dari zat-zat pendar (luminescence).
Molekul pigmen menyerap energi pada panjang gelombang tertentu sehingga memantulkan
pajang gelombang tampak lainnya, sedangkan zat pendar memancarkan cahaya karena reaksi
kimia tertentu.
Di dalam dunia percetakan, pigmen dibagi dalam tiga pigmen dasar yang mampu meniru
pigmen-pigmen lain jika dicampurkan dengan proporsi tepat, yaitu pigmen cyan, magenta,
dan kuning. Sebagai tambahan, untuk mendapatkan kedalaman warna ditambahkan pigmen
hitam. Misalnya untuk mendapatkan sensasi warna merah, dicampurkan pigmen magenta dan
kuning dengan proporsi tertentu.
Pigmen alami banyak yang dihasilkan oleh organisme, dan banyak yang bernilai ekonomi.
Pigmen yang dihasilkan oleh organisme dikelompokkan sebagai pigmen hayati.
DAFTAR PUSTAKA
http://sukabio.wordpress.com/2009/07/30/transpor-elektron/
http://rahmadsyafii.blogspot.com/2010/12/respirasi-seluler-glikolisis-siklus.html
Abdurahman, D. 2006. Biologi Kelompok Pertanian dan Kesehatan. Banudung : Grafindo
Media Pratama.
Ai, N.S. 2012. Evolusi Fotosintesis pada Tumbuhan. Ilmiah Sains, 12 ( 1): 28-34.
Drajdat S, siregar A H.1990.Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Bandung: Institut Teknologi
Bandung
Fitter A.H. dan Hay R.K.M. 1991. Fisiologi Lingkungan Tanaman. Yogyakarta: Gadjah Mada
University Press
Jumin, H.B. 2008. Dasar-Dasar Agronomi. Jakarta: PT Rajagrafindo Persada.
Rasyid, A. 2009. Distribusi Klorofil-a pada Musim Peralihan Barat-Timur di Perairan
;;;;;;;;;;Spermonde Propinsi Sulawesi Selatan. Sains & Teknologi, 9 (2) : 125 – 132.
Salisbury and Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid II. ITB. Bandung
Salisbury F B, Ross W R, F.1992. Fisiologi Tumbuhan Jilid 1. Bandung: ITB Bandung