Kuliah 4 Fotosintesis (non)
Fotosintesis
FOTOSINTESIS
1
CAKUPAN MATERI
•
Peran Fotosi ntesi s
•
Sej arah Fotosi ntesi s
•
Tempat terj adi nya Fotosi ntesi s
•
Reaksi -reksi Fotosi ntesi s
•
Reaksi Terang
•
Reaksi Gel ap
•
Tumbuhan C3, C4 dan CAM
•
Fotosi ntesi s dan Pemanasan Gl obal
Fotosintesis
26
Matahari
Pemanenan
enargi surya
Oksigen
Energi Kimia
Bahan organik
Obat
Makanan
Pakaian
Kosmetik
Perumahan
dll.
Bahan bakar
Fotosintesis
3
Fotosintesis
Sejarah Fotosintesis
2
Percobaan aw al Fotosintesis:
Priestley ( 1770-an)
I ngenhousz ( 1780-an)
Priestly: Batang dan daun
mint dapat membersihkan
udara yang telah dikotori
oleh nyala lilin
I ngenhousz: Fotosintesis
memerlukan cahaya
Fotosintesis
Fotosintesis melibatkan
tumbuh-tumbuhan yang
ada di darat, perairan air
tawar maupun lautan
Pada tumbuhan tinggi Fotosintesis
terjadi di dalam kloroplas
Stroma
Tilakoid
Granum
Ruang antar
membran
Membran
dalam
Membran
luar
Potongan melintang
daun jagung
Model struktur kloroplas
Fotosintesis
6
Fotosintesis: proses oksidasi reduksi
Cahaya
Matahari
6CO2 + 6H 2 O
C6 H 12 O6 + 6O2
Reduksi
Oksidasi
Fotosintesis
7
Fotosintesis menghasilkan gas
oksigen dari pemecahan air
6CO2 * + 12H 2 O
C6 H 12 O6 + 6H 2 O + 6O2
6CO2 + 12H 2 O*
C6 H 12 O6 + 6H 2 O + 6O2 *
6CO2
6H 2 O*
Penggunaan oksigen
berlabel Æ O2 berasal
dari H2O
C6 H 12 O6
6H 2 O
6O2 *
Cahaya
Reaksi terang
H2O
Re a k si t e ra ng
(Da la m Gra na )
O2
Fotosintesis
ATP
NADP
H
ADP+Pi
NADP+
CO2
Reaksi gelap
Re a k si Ge la p
(dalam stroma)
Gula
Reaksi terang
Prosesnya digerakkan oleh cahaya
ATP
Cahaya
matahari
Klorofil
dan
NADPH
Energi CAHAYA
Energi KI MI A
Reaksi terjadi di dalam grana khususnya pada
membran tilakoid kloroplas
Fotosintesis
11
Cahaya matahari: gelombang elektromagnetik
sinar
Gamma
infra merah
UV
sinar X
Gelombang
mikro
Gelombang
radio
Cahaya Tampak
Peningkatan λ
380
450
500
550
600
650
700
750 nm
Peningkatan Energi
Fotosintesis
10
Spektrum cahaya merah dan biru adalah yang
efektif diserap oleh pigmen tumbuhan dalam
proses fotosintesis, cahaya hijau sebagian
besar dipantulkan ÆÆ daun berw arna hijau
Laju Fotosintesis
Panjang gelombang
efektif untuk fotosintesis
Absorbsi cahaya
oleh klorofil a
400
500
600
Panjang Gelombang (nm)
700
Konsep dasar reaksi terang
Bagian dalam tilakoid
H+
NADP reduktase
Kompleks
sitokrom
Sistem cahaya I I
( PSI I )
+
H+ H H+
ATP
+
sintase
H+ H
H+
H+
Sistem cahaya I
( PSI )
NADPH
H+
H+
ATP
Tahap-tahap reaksi terang Æ Teori kemiosmosis
¾ Air dipecah sebagai sumber elektron di sistem cahaya I I
¾ Elektron yang tereksitasi mentransfer energinya ke
rangkaian pembawa elektron dengan tingkat energi
yang lebih rendah untuk memompa proton (H+ ) dari
stroma ke ruang dalam tilakoid (matriks)
¾ Terjadi perbedaan konsentrasi ion H+ antar dua
permukaan membran (matriks dan stroma)
¾ Beda potensial ini digunakan ion H+ kembali ke stroma
melewati enzim ATP sintase untuk membentuk ATP
dari ADP
¾ Elektron akhirnya diterima oleh penerima elektron
terakhir yaitu NADP+ sehingga berubah menjadi NADPH
Teori Zigzag
Sistem cahaya II (PSII)
Rantai Reaksi redoks
Sistem cahaya I (PSI)
e-
Chl*
e-
Chl*
I
PQ
Fd
Cyt
e-
e-
PC
H2O
ADP + Pi
O2
ATP
+
H+
NADPH
e-
Chl
H+
Foton
NADP+
+ H+
Chl
Foton
Reaksi gelap
¾ Tidak berhubungan langsung dengan cahaya
¾ memanfaatkan ATP dan NADPH dari reaksi
terang untuk mereduksi CO2 menjadi gula
Gula
CO2 + H 2 O
NADP+
Siklus
Calvin
NADPH
ATP
ADP
¾ Tetap terjadi pada saat ada cahaya/ siang hari
¾ Jadi input reaksi gelap: ATP, NADPH, CO2
Ribulosa-1,5bisfosfat
CO2 + H2O
Enzim Rubisco
ADP
Karboksilasi
Regenerasi
SI KLUS
CALVI N
3-Fosfogliserat
ATP
ATP
+
Gliseraldehid3-fosfat
Setiap 12 G3P:
10 Æ regenerasi
2 Æ gula
Sucrose, Starch
Sukrosa,
pati
Reduksi
NADPH
ADP + Pi
NADP+
Tumbuhan C3, C4 dan CAM
Berdasarkan metabolisme fotosintesis
dan anatomi daunnya tumbuhan
dikelompokkan ke dalam 3 grup:
Tumbuhan C3
Tumbuhan C4
Tumbuhan CAM
Fotosintesis
18
Tumbuhan C3
CO2
•
Reduksi karbon terjadi melalui
siklus Calvin ( siklus C3)
•
Disebut tumbuhan C3 karena
senyaw a aw al yang terbentuk
berkarbon 3 ( fosfogliserat)
•
Sebagian besar tumbuhan
tinggi masuk ke dalam
kelompok tumbuhan C3
•
Apabila stomata menutup
akibat stress terjadi
peningkatan fotorespirasiÆ
pengikatan O2 oleh enzim
Rubisco
Siklus
Calvin
Gula
Fotosintesis
20
Tumbuhan C4
Epidermis atas
•
Sel seludang pembuluh
berkembang dengan
baik dan banyak
mengandung kloroplas
•
Fotosintesis terjadi di
dalam sel mesofil dan
sel seludang pembuluh
Sel mesofil
Pembuluh daun
Sel seludang
Pembuluh
Epidermis bawah
Stomata
•
Pengikatan CO2 di udara melalui lintasan C4 di sel
mesofil dan reduksi karbon melalui siklus Calvin
( siklus C3) di dalam sel seludang pembuluh
•
Fototrespirasi tidak terjadi/ rendah sekali
Fotosintesis
21
Tumbuhan C4
CO2
•
Pengikatan CO2 di udara
terjadi di dalam sel
mesofil melalui lintasan
C4 dan reduksi karbon
terjadi di dalam sel
seludang pembuluh
melalui siklus Calvin
(siklus C3)
•
Beberapa tumbuhan
tropis termasuk dalam C4
seperti jagung, tebu dan
bayam ( Amaranthus sp.)
Lintasan
C4
Malat
Piruvat
Malat
CO2
Siklus
Calvin
Gula
Piruvat
Fotosintesis
22
Malam hari
Tumbuhan CAM
CO2
Lintasan
C4
malat
Siang hari
CO2
Siklus
Calvin
Gula
¾ Umumnya tumbuhan yang
beradaptasi pada keadaan
kering seperti kaktus, anggrek
dan nenas
¾ Reduksi karbon melalui lintasan
C4 dan C3 dalam sel mesofil
tetapi waktunya berbeda
¾ Pada malam hari terjadi lintasan
C4 pada siang hari terjadi suklus
C3
¾ Pada malam hari asam malat
tinggi, pada siang hari malat
rendah
Fotosintesis
23
Karakteristik reduksi
karbon pada tumbuhan
Sel mesofil
CO2
Lintasan
C4
Malat
Piruvat
Malat
Siklus
Calvin
CO2
Siklus
Calvin
Gula
Gula
Fotosintesis
CO2
Lintasan
C4
malat
CO2
Piruvat
Siang hari
CO2
CAM
Sel mesofil
C4
Malam hari
C3
Siklus
Calvin
Gula
19
Pemanasan global akibat efek rumah kaca
dari CO2 di atmosfir
Radiasi cahaya yang
terperangkap oleh CO2
Fotosintesis merupakan
penampungan ( sink) bagi CO2
global
KETERANGAN GAMBAR
Kelompok Alga:
•Dinoflagellate, Peridinium sp.
Paku-pakuan
•Equisetum
•Sticheris owhyhensis, Diploterygium
pinnatum
Pakis dari Hawai: Cycas revoluta
Pohon raksasa di Amerika
•Sequoia sempervirens
Fotosintesis
26
Lestari kan tumbuhan
Karena di a adal ah pl asenta duni a:
sumber karbon dan oksi gen ki ta
Fotosintesis
26
Fotosintesis
SEKIAN
26
FOTOSINTESIS
1
CAKUPAN MATERI
•
Peran Fotosi ntesi s
•
Sej arah Fotosi ntesi s
•
Tempat terj adi nya Fotosi ntesi s
•
Reaksi -reksi Fotosi ntesi s
•
Reaksi Terang
•
Reaksi Gel ap
•
Tumbuhan C3, C4 dan CAM
•
Fotosi ntesi s dan Pemanasan Gl obal
Fotosintesis
26
Matahari
Pemanenan
enargi surya
Oksigen
Energi Kimia
Bahan organik
Obat
Makanan
Pakaian
Kosmetik
Perumahan
dll.
Bahan bakar
Fotosintesis
3
Fotosintesis
Sejarah Fotosintesis
2
Percobaan aw al Fotosintesis:
Priestley ( 1770-an)
I ngenhousz ( 1780-an)
Priestly: Batang dan daun
mint dapat membersihkan
udara yang telah dikotori
oleh nyala lilin
I ngenhousz: Fotosintesis
memerlukan cahaya
Fotosintesis
Fotosintesis melibatkan
tumbuh-tumbuhan yang
ada di darat, perairan air
tawar maupun lautan
Pada tumbuhan tinggi Fotosintesis
terjadi di dalam kloroplas
Stroma
Tilakoid
Granum
Ruang antar
membran
Membran
dalam
Membran
luar
Potongan melintang
daun jagung
Model struktur kloroplas
Fotosintesis
6
Fotosintesis: proses oksidasi reduksi
Cahaya
Matahari
6CO2 + 6H 2 O
C6 H 12 O6 + 6O2
Reduksi
Oksidasi
Fotosintesis
7
Fotosintesis menghasilkan gas
oksigen dari pemecahan air
6CO2 * + 12H 2 O
C6 H 12 O6 + 6H 2 O + 6O2
6CO2 + 12H 2 O*
C6 H 12 O6 + 6H 2 O + 6O2 *
6CO2
6H 2 O*
Penggunaan oksigen
berlabel Æ O2 berasal
dari H2O
C6 H 12 O6
6H 2 O
6O2 *
Cahaya
Reaksi terang
H2O
Re a k si t e ra ng
(Da la m Gra na )
O2
Fotosintesis
ATP
NADP
H
ADP+Pi
NADP+
CO2
Reaksi gelap
Re a k si Ge la p
(dalam stroma)
Gula
Reaksi terang
Prosesnya digerakkan oleh cahaya
ATP
Cahaya
matahari
Klorofil
dan
NADPH
Energi CAHAYA
Energi KI MI A
Reaksi terjadi di dalam grana khususnya pada
membran tilakoid kloroplas
Fotosintesis
11
Cahaya matahari: gelombang elektromagnetik
sinar
Gamma
infra merah
UV
sinar X
Gelombang
mikro
Gelombang
radio
Cahaya Tampak
Peningkatan λ
380
450
500
550
600
650
700
750 nm
Peningkatan Energi
Fotosintesis
10
Spektrum cahaya merah dan biru adalah yang
efektif diserap oleh pigmen tumbuhan dalam
proses fotosintesis, cahaya hijau sebagian
besar dipantulkan ÆÆ daun berw arna hijau
Laju Fotosintesis
Panjang gelombang
efektif untuk fotosintesis
Absorbsi cahaya
oleh klorofil a
400
500
600
Panjang Gelombang (nm)
700
Konsep dasar reaksi terang
Bagian dalam tilakoid
H+
NADP reduktase
Kompleks
sitokrom
Sistem cahaya I I
( PSI I )
+
H+ H H+
ATP
+
sintase
H+ H
H+
H+
Sistem cahaya I
( PSI )
NADPH
H+
H+
ATP
Tahap-tahap reaksi terang Æ Teori kemiosmosis
¾ Air dipecah sebagai sumber elektron di sistem cahaya I I
¾ Elektron yang tereksitasi mentransfer energinya ke
rangkaian pembawa elektron dengan tingkat energi
yang lebih rendah untuk memompa proton (H+ ) dari
stroma ke ruang dalam tilakoid (matriks)
¾ Terjadi perbedaan konsentrasi ion H+ antar dua
permukaan membran (matriks dan stroma)
¾ Beda potensial ini digunakan ion H+ kembali ke stroma
melewati enzim ATP sintase untuk membentuk ATP
dari ADP
¾ Elektron akhirnya diterima oleh penerima elektron
terakhir yaitu NADP+ sehingga berubah menjadi NADPH
Teori Zigzag
Sistem cahaya II (PSII)
Rantai Reaksi redoks
Sistem cahaya I (PSI)
e-
Chl*
e-
Chl*
I
PQ
Fd
Cyt
e-
e-
PC
H2O
ADP + Pi
O2
ATP
+
H+
NADPH
e-
Chl
H+
Foton
NADP+
+ H+
Chl
Foton
Reaksi gelap
¾ Tidak berhubungan langsung dengan cahaya
¾ memanfaatkan ATP dan NADPH dari reaksi
terang untuk mereduksi CO2 menjadi gula
Gula
CO2 + H 2 O
NADP+
Siklus
Calvin
NADPH
ATP
ADP
¾ Tetap terjadi pada saat ada cahaya/ siang hari
¾ Jadi input reaksi gelap: ATP, NADPH, CO2
Ribulosa-1,5bisfosfat
CO2 + H2O
Enzim Rubisco
ADP
Karboksilasi
Regenerasi
SI KLUS
CALVI N
3-Fosfogliserat
ATP
ATP
+
Gliseraldehid3-fosfat
Setiap 12 G3P:
10 Æ regenerasi
2 Æ gula
Sucrose, Starch
Sukrosa,
pati
Reduksi
NADPH
ADP + Pi
NADP+
Tumbuhan C3, C4 dan CAM
Berdasarkan metabolisme fotosintesis
dan anatomi daunnya tumbuhan
dikelompokkan ke dalam 3 grup:
Tumbuhan C3
Tumbuhan C4
Tumbuhan CAM
Fotosintesis
18
Tumbuhan C3
CO2
•
Reduksi karbon terjadi melalui
siklus Calvin ( siklus C3)
•
Disebut tumbuhan C3 karena
senyaw a aw al yang terbentuk
berkarbon 3 ( fosfogliserat)
•
Sebagian besar tumbuhan
tinggi masuk ke dalam
kelompok tumbuhan C3
•
Apabila stomata menutup
akibat stress terjadi
peningkatan fotorespirasiÆ
pengikatan O2 oleh enzim
Rubisco
Siklus
Calvin
Gula
Fotosintesis
20
Tumbuhan C4
Epidermis atas
•
Sel seludang pembuluh
berkembang dengan
baik dan banyak
mengandung kloroplas
•
Fotosintesis terjadi di
dalam sel mesofil dan
sel seludang pembuluh
Sel mesofil
Pembuluh daun
Sel seludang
Pembuluh
Epidermis bawah
Stomata
•
Pengikatan CO2 di udara melalui lintasan C4 di sel
mesofil dan reduksi karbon melalui siklus Calvin
( siklus C3) di dalam sel seludang pembuluh
•
Fototrespirasi tidak terjadi/ rendah sekali
Fotosintesis
21
Tumbuhan C4
CO2
•
Pengikatan CO2 di udara
terjadi di dalam sel
mesofil melalui lintasan
C4 dan reduksi karbon
terjadi di dalam sel
seludang pembuluh
melalui siklus Calvin
(siklus C3)
•
Beberapa tumbuhan
tropis termasuk dalam C4
seperti jagung, tebu dan
bayam ( Amaranthus sp.)
Lintasan
C4
Malat
Piruvat
Malat
CO2
Siklus
Calvin
Gula
Piruvat
Fotosintesis
22
Malam hari
Tumbuhan CAM
CO2
Lintasan
C4
malat
Siang hari
CO2
Siklus
Calvin
Gula
¾ Umumnya tumbuhan yang
beradaptasi pada keadaan
kering seperti kaktus, anggrek
dan nenas
¾ Reduksi karbon melalui lintasan
C4 dan C3 dalam sel mesofil
tetapi waktunya berbeda
¾ Pada malam hari terjadi lintasan
C4 pada siang hari terjadi suklus
C3
¾ Pada malam hari asam malat
tinggi, pada siang hari malat
rendah
Fotosintesis
23
Karakteristik reduksi
karbon pada tumbuhan
Sel mesofil
CO2
Lintasan
C4
Malat
Piruvat
Malat
Siklus
Calvin
CO2
Siklus
Calvin
Gula
Gula
Fotosintesis
CO2
Lintasan
C4
malat
CO2
Piruvat
Siang hari
CO2
CAM
Sel mesofil
C4
Malam hari
C3
Siklus
Calvin
Gula
19
Pemanasan global akibat efek rumah kaca
dari CO2 di atmosfir
Radiasi cahaya yang
terperangkap oleh CO2
Fotosintesis merupakan
penampungan ( sink) bagi CO2
global
KETERANGAN GAMBAR
Kelompok Alga:
•Dinoflagellate, Peridinium sp.
Paku-pakuan
•Equisetum
•Sticheris owhyhensis, Diploterygium
pinnatum
Pakis dari Hawai: Cycas revoluta
Pohon raksasa di Amerika
•Sequoia sempervirens
Fotosintesis
26
Lestari kan tumbuhan
Karena di a adal ah pl asenta duni a:
sumber karbon dan oksi gen ki ta
Fotosintesis
26
Fotosintesis
SEKIAN
26