FOTOSINTESIS

FOTOSINTESIS : Mekanisme molekuler dimana energi matahari (solar) dalam satuan foton (=hv), ditangkap atau diserap dan diubah menjadi energi kimia oleh sel-sel fotosintetik.

FOTOFOSFORILASI :Terdiri dari pembentukan gluside dari fiksasi CO2 dan H2O, dengan bantuan energi sinar yang diserap oleh klorofil dan pigmen lain

FORMULASI KLASIK :

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6H2O

Kenyataan :

Yang pertama terbentuk bukan heksose tetapi aldehide fospogliserat

3CO2 + 3H2O C3H6O3 + 3H2O

hv

klorofil

hv

klorofil

KONDISI FOTOSINTESISHasil fotosintesis : O2 dan gluside

O2 mudah terdiffusi

Tidak mengganggu reaksi

Gluside bila tidak termetabolisme dengan cepat, maka akan menghasilkan hambatan, sehingga akan menurunkan (mengurangi) proses fotosintesis

Seperti halnya fenomena metabolik, intensitas fotosintesis tergantung pada kondisi-kondisi luar, terutama temperatur

Berlangsung di dalam jasad berfotosintesis : Jasad tumbuhan tinggi Jasad tumbuhan palus Jasad lumut Jasad ganggang (hijau, biru, merah &

coklat) Jasad renik (protozoa, bakteri)

PROSES FOTOSINTESIS

ENERGI SOLAREnergi matahari yang dipantulkan oleh proses fotosintesis sangat kecil dibanding dengan yang dipakai oleh manusia (>90%) untuk pemanasan, cahaya, dan tenaga

E.SOLAR (hv)

Ditangkap oleh klorofil yang terdapat dalam tumbuhan hijau daun dan beberapa jasad

Dipantulkan kembali secara langsung ke ruang angkasa

Diserap oleh atmosfer dan diubah menjadi panas

Diserap oleh bumi dan atmosfer, dipakai untuk penguapan, pengendapan, angin dan sebagainya. Energi disimpan dalam bentuk air dan es.

BUMIATMOSFE

R

30 %

46 %

23 %

< 1%

Over all6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6H2O

Dalam bakteri, H2O diganti dengan zat pereduksi yang lebih kuat seperti : H2, H2S, dan H2R. (R = gugus organik)2CO2 + 2H2R 2CH2O + O2 + 2R

KH

hv

klorofil

PROSES FOTOSINTESIS – TUMBUHAN TINGGI

1. TAHAP I (REAKSI TERANG CAHAYA)Atom hidrogen (H2O) mereduksi NADP+

NADPH

H2O + NADP+ + ADP + Pi ½ O2 + H+ + NADPH + ATP

Energi matahari Energi Kimia

Fosforilasi (Fotofosforilasi) 2. TAHAP II (REAKSI GELAP CAHAYA)NADPH, ATP (senyawa kimia berenergi tinggi)

digunakan untuk mereduksi CO2 glukosa

CO2 + NADPH + H+ + ATP Glukosa + NADP+ + ADP + Pi

hv

PIGMEN FOTOSINTESIS

Sel fotosintesis mengandung :Satu atau lebih pigmen klorofil : Klorofil a

Klorofil bBakterioklorofil a

Untuk ganggang dan bakteri mengandung pigmen pelengkap di samping klorofil seperti : Karotenoid (merah atau ungu)Fikobilin (biru atau merah)

TRANSFER ELEKTRON

Fotosistem I Fotosistem II menyerap energi matahari

pada λ = 700 nm, tidak melibatkan proses pelepasan O2

Satu partikel yang tersusun dari

200 molekul klorofil a. 183 50 molekul klorofil b sangat sedikit 50-200 pigmen karotenoid Satu molekul penerima

energi matahari P.700 (klo.a.700)

menyerap energi matahari pada λ = 680 nm, melibatkan proses pelepasan O2 dan H2O

Satu partikel yang tersusun

dari :klorofil a 672

klorofil b xantofil/plastokuinon Satu molekul penerima

energi matahari P.680

* Dalam Reaksi Terang Cahaya proses transfer elektron

(akibat penyerapan E. solar ) O2

FS I dan FS II Terdapat dalam membran

kantong tilakoid secara terpisah

Komponen penyalur energi dalam rantai pengangkutan elektron fotosintesis, dari molekul air (donor elektron) ke NADP+ (akseptor elektron)

TRANSFER ELEKTRON PADA FOTOSINTESIS DAN REAKSI PERNAPASAN

1. FOTOSINTESIS

NADP+ FP Fd FRS P430 P700 PC Cytf PQ Cytb3 C550 P680

Elektron mengalir dari molekul H2O NADP+

Terdapat 2 sistem pigmen (FS I dan FS II) sebagai pendorong aliran elektron dengan bantuan energi matahari

Menghasilkan O2

O2

H2

O

FS IFS II

hv

hv

ATP

TRANSFER ELEKTRON PADA FOTOSINTESIS DAN REAKSI PERNAPASAN

2. RANTAI PERNAPASAN

NAD+ FeS FP FeS Q Cyt.b Cyt.c1 Cyt.c Cyt.a Cyt.a3

Elektron mengalir dari molekul NAD+ O2 Tidak terdapat sistem pigmenMenggunakan O2

Kedua rantai pengangkutan elektron ini :

Menghasilkan ATP (Energi kimia) Melibatkan sederetan molekul pembawa elektron

O2

H2

O

ATP

ATP

ATP

TRANSFER ELEKTRON FOTOSINTESIS

+1,0

+0,8

+0,6

+0,4

+0,2

0,0

- 0,2

- 0,4

- 0,6

Eo.V

P.700

FS I

h v

e-

FRS Fα

FP NADP+

Cyt.b6 (564) Cyt.b

3

PC

Cyt.f

PQ

C550

e-

FS II

h v

P.680

?

?H2

O

O2

ATP

ADP+Pi

1. Transfer tak mendaur (non cyclic electron flow)

H2O + NADP+ + Pi + ADP ½ O2 + NADPH + H+ + ATP

FS II sebagai pendukung FS I untuk memenuhi kekurangan elektron yang tereksitasi akibat penyerapan energi solar sedang kekurangan elektron pada FS II dipenuhi oleh oksidasi molekul H2O O2

2. Transfer mendaur (cyclic electron flow)Dalam keadaan ttt, elektron dari FS I tidak dialirkan ke NADP+, tetapi kembali ke P.700 melalui molekul penerima elektron.

h v FS IFS II

Dalam reaksi gelap cahaya fiksasi CO2 glukosa (ATP dan NADPH dari T.cahaya digunakan)

SIKLUS CALVIN

6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H+ + 12 H2O

GLUKOSA + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+

SIKLUS CALVIN

- Proses fiksasi CO2

- Sintesa glukosa

- Melibatkan 12 enzim:

7 enzim yang berasal dari proses glikolisis 3 enzim yang berasal dari proses jalur

metabolisme fosfoglukoronat 1 enzim ribulose difosfatkarboksilase (E1)

1 enzim fosforibulosekinase (E12)

6 Ribulosa-1,5 diP

6CO2

E1 (RIDPK)

12 (3-P-Gliserat)12 ATP

12 ADP(PGK) E2

12 (1,3 di P-Gliserat)

12 NADP+

12 NADPH(GAP-DH) E3

12 (Gliseraldehid-3P)

6 ADP

6 ATP

6 Ribulosa-5P + Glukosa-6P

E12 (PRK)

8 ENZIM PADA REAKSI

ANTARA INI

E2 = fosfogliseratkinaseE3 = gliseraldehide pospatdehidrogenase

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6H2Ohv

klorofil

12 (3P-Gliserat) 12 (Gliseraldehide-3P)

(PGK) E2

(GAP-DH) E3

12 ATP 12 ADP 12 NADPH 12 NADP+

FS I + FS I I

6 ADP 6 ATP

6 (Ribulose-1,5 DI P) 6 (Ribulosa-5 P)E12

(PRK)

Glukosa

6 CO2

hv

E1 (RDIPK)

SIKLUS CALVIN

Energi matahari yang ditangkap oleh FS I dan FS II diubah menjadi energi kimia (NADPH atau ATP), digunakan untuk fiksasi CO2 dalam proses pembentukan glukosa sebagai hasil fotosintesi dalam

PROSES FOTOSINTESIS

FASE TERANG CAHAYA (TAHAP I)

H2O + NADP+ + ADP + Pi ½ O2 + H+ + NADPH + ATP

Hidrogen (H2O) mereduksi NADP+ NADPH

FASE GELAP CAHAYA (TAHAP II)CO2 + NADPH + H+ + ATP Glukosa + NADP+ + ADP + Pi

NADPH, ATP (senyawa kimia berenergi tinggi) digunakan untuk mereduksi CO2 Glukosa

hv

Over all6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6H2O

Dalam bakteri, H2O diganti dengan zat pereduksi yang lebih kuat seperti : H2, H2S, dan H2R.(R = gugus organik)

2CO2 + 2H2R 2CH2O + O2 + 2R KH

hv

klorofil

Over all fotosintesis pada kloroplast

H2O

hv

TrioseTriose

ADPADP

NADP+NADP+

NADPH, H+NADPH, H+ATPATP

APGAPGRU 1,5 diPRU 1,5 diP

E1

RUGPRUGP

ATPATP

ADPADPPRKPRK

NADP+NADP+

ADPADP

HeksoseHeksose

CO2

F.TERANGF.TERANG

GranumLamel

F.GELAPF.GELAP

StromaStroma

6 5

1 4

2 3

7

8

C H 31 8

9

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

1 5 '

1 4 '

1 3 ' C H 32 0 '

1 2 '

1 1 '

1 0 '

9 ' C H 31 9 '

8 '

7 '

CH 31 7

CH 31 6

CH 31 9

CH 32 0

1 '

6 '

2 '3 '

5 '

4 '

CH 31 8 '

C H 31 6 '

C H 31 7 '

- c a r o t e n e

1

6

23

5

4

CH 3

C H 3

C H 3

- k a r o t e n

1

C H 26

23

5

4

CH 3

C H 3

C H 3

- k a r o t e n

X

I

II

III

IV

Fikobilin pada ganggang biru fikosianin

X = CH3CH2-

FIKOERIOTROBILIN (MERAH)

X = CH2=CH-

FIKOSIANOBILIN (BIRU)

Xantofil

OH

OH

CH3

CH3

(CH2 CH C CH2)9 H

CH3

O

O

CH3

CH3

(CH2 CH C CH2)9 H

CH3

PLASTOKUINON A

PLASTOKUINOL A (bentuk reduksi)

fesporfirin

WarnaKemampuan menyerap sinarTransport elektron (eksitasi)

Y = -CH3 klorofil a

Y = -CHO klorofil b

Bila X = -CO-CH3 bakterio klorofil a

Y = CH3

HC

C

C

H2C

O

O-P

H OH

H OH

C

CH2

O

OH

H2C O-P

+

DHAP

Eritron-4P

HC

C

C

H2C

OH

O-P

H OH

H OH

C

CH

O

OH

H2C O-PAldolase

Sedu heptulase 1,7 diP

C

C

C

H2C OP

OH H

H OH

H OH

C O

H2C OH

+C

C

H2C OP

H

O

H OH

C

C

C

H2C OP

O

H

H OH

H OH+ C

C

H2C OP

H OH

H OH

C O

H2C OH

Fruktose-5P

Gliseraldehid-3PE4 P X5P

(Siculose 5P)