PHOTOSYNTHPHOTOSYNTHESISESIS

By :1. Erna Setyana (4401414075)2. Ratih Kurniyanti

Pendidikan Biologi 2014Rombel 1

Universitas Negeri Semarang

Pengert

ianFotosintesis (photo = cahaya, synthesis = proses pembuatan/pengolahan) yaitu proses pembuatan energi atau zat makanan/glukosa yang berlangsung atas peran cahaya matahari.

Proses Fotosintesis     

Tumbuhan bersifat Autotrof, artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Autotrof mampu membuat molekul organik mereka dari bahan baku anorganik yang diperoleh dari lingkungannya, oleh karena itu organisme autotrof disebut pula sebagai produsen biosfer.

Secara khusus, tumbuhan disebut fotoautotrof, yaitu organisme yang menggunakan cahaya sebagai sumber energi untuk mensintesis karbohidrat, lipid, protein, dan bahan organik lainnya.

Tempat TerjadiDi kloroplas.Daun merupakan tempat utama terjadinya fotosintesis, karena daun merupakan tempat paling banyak terdapat kloroplas, khususnya pada jaringan parenkim.

• Kloroplas terdiri dua lapis membran : membran luar dan membran dalam.

• Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas. Membran tilakoid adalah tempat terjadinya reaksi terang.

• Grana: kumpulan tilakoid dalam kloroplas.

• Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat terjadi siklus Calvin.

Struktur Kloroplas

Chloroplast

Mesophyll

5 µm

Outermembrane

Intermembranespace

Innermembrane

Thylakoidspace

Thylakoid

GranumStroma

1 µm

Persamaan Kimia Fotosintesis

6CO2 +6H20 + Energi cahaya C6H1206 + 6O2

Reaksi Fotosintesis

Dibedakan menjadi dua tahap :

Cahaya• Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk

gelombang• Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang

gelombang dengan jumlah energi• Panjang gelombang pendek maka energi tinggi

Spektrum Tampak

Bagian spektrum yang paling efektif menggerakkan fotosintesis pada reaksi terang yang diabsorbsi klorofil adalah spektrum biru dan merah.

PigmenMerupakan substansi yang menyerap cahaya tampak

Pigmen :Klorofil aKlorofil bKarotenoid

Pigmen Fotosintetik

Pigmen fotosintetik disebut pula reseptor cahaya dalam proses fotosintesis.Pigmen fotosintetik mampu mengabsorpsi cahaya tampak.Klorofil a (hijau-biru) adalah pigmen yang berperan langsung dalam mengubah energi cahaya menjadi energi kimia.Pigmen b (kuning-hijau) dan karetenoid dalam membran tilakoid dapat mengabsorbsi cahaya dan dapat mentransfer energi ke klorofil a.

Fotoeksitasi Klorofil• Ketika klorofil dan pigmen lainnya mengabsorbsi

foton, warna yang bersesuaian dengan panjang gelombang yang diabsorbsi akan hilang dari spektrum cahaya tetapi energinya tidak hilang.

• Ketika molekul mengabsorbsi suatu foton, salah satu elektronnya dinaikkan ke suatu orbital dimana elektron tersebut memiliki energi potensial yang lebih tinggi. Molekul pigmen ini dikatakan dalam keadaan tereksitasi.

• Ketika elektron berada pada orbital normalnya, molekul pigmen dikatakan dalam keadaan dasar.

Excitedstate

Ener

gy o

f ele

ction Heat

Photon(fluorescence)

Chlorophyllmolecule

GroundstatePhoton

e–

Fotosistem

• Kumpulan pigmen dan protein yang berasosiasi dengan membran tilakoid yang memanen energi dari elektron yang tereksitasi

• Energi yang ditangkap akan ditransfer antara molekul fotosistem sampai mencapai molekul klorofil pada pusat reaksi

• Pada pusat reaksi terdapat 2 molekul– Klorofil a– Akseptor elektron primer

• Dalam reaksi redoks, molekul klorofil a kehilangan salah satu elektron yang berpindah ke akseptor alektron primer.

• Reaksi redoks terjadi apabila cahaya mengeksitasi elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi dalam klorofil dan akseptor elektron menangkap elektron tersebut sebelum elektron itu dapat kembali ke keadaan dasar.

Membran tilakoid dipenuhi oleh dua jenis fotosistem yang bekerja sama dalam reaksi terang, yaitu:a.Fotosistem I: dikenal dengan P700 karena pigmen ini paling baik dalam menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm (far-red).b.Fotosistem II: dikenal dengan P680 karena spektrum absorbsinya memiliki puncak pada 680 nm (red).

Aliran elektron

• Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada akseptor elektron primer

• Aliran elektron nonsiklik– Menggunakan fotosistem II dan I– Menghasilkan ATP , NADPH dan Oksigen

• Aliran elektron siklik– Hanya menggunakan fotosistem I– Menghasilkan ATP

Menghasilkan NADPH, ATP dan oksigen

Aliran Nonsiklik

– Hanya fotosistem I (P700) yang digunakan

– Hanya ATP yang dihasilkan

– tidak menghasilkan Oksigen dan NADPH

Aliran Siklik

Siklus Calvin – Terjadi di stroma– Tidak membutuhkan energi cahaya matahari– Membentuk gula dari bahan dasar CO2 yang

diperoleh dari udara dan energi yang diperoleh dari reaksi terang.

• Dimulai dari CO2 dan menghasilkan Glyceraldehyde 3-phosphate

• Tiga bagian siklus Calvin menghasilkan 1 produk molekul

• Tiga tahap– Fiksasi karbon– Reduksi CO2– Regenerasi RuBP

Siklus Calvin

1 Sebuah molekul CO2 dikonversi dari bentuk inorganiknya menjadi molekul organik (fixation) melalui pengikatan ke gula 5C (ribulose bisphosphate atau RuBP). – Dikatalisasi oleh enzim

RuBP carboxylase (Rubisco).

• Bentuk gula 6C pecah menjadi 3-phosphoglycerate

2 Tiap molekul 3-phosphoglycerate menerima tambahan grup fosfat membentuk 1,3-Bisphosphoglycerate (fosforilasi ATP)

• NADPH dioksidasi dan elektron yang ditransfer ke 1,3-Bisphosphoglycerate memecah molekul dengan tereduksi menjadi Glyceraldehyde 3-phosphate

3 Tahap terakhir dari siklus ini adalah regenerasi RuBP

• Glyceraldehyde 3-phosphate dikonversi menjadi RuBP melalui sebuah seri reaksi yang melibatkan fosforilasi molekul oleh ATP

• Tanaman C4 meminimalkan keperluan fotorespirasi

– dengan cara menggabungkan CO2 ke dalam senyawa empat karbon di sel mesofil

• Senyawa empat karbon tersebut

– Dieksport ke sel berkas pembuluh, dimana CO2 dilepaskan yang digunakan dalam siklus Calvin

Tanaman

C4

• Anatomi daun C4 dan jalur C4

CO2

Mesophyll cell

Bundle-sheathcell

Vein(vascular tissue)

Photosyntheticcells of C4 plantleaf

Stoma

Mesophyllcell

C4 leaf anatomy

PEP carboxylase

Oxaloacetate (4 C) PEP (3 C)

Malate (4 C)

ADP

ATP

Bundle-Sheathcell CO2

Pyruate (3 C)

CALVINCYCLE

Sugar

Vasculartissue

CO2

– Membuka stomatanya pada malam hari, menggabungkan CO2 ke dalam asam organik

• Selama siang hari, stomata tertutup

– CO2 dilepaskan dari asam organik untuk digunakan dalam siklus Calvin

Tanaman CAM

• Jalur CAM mirip dengan jalur C4

Spatial separation of steps. In C4 plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in differenttypes of cells.

(a) Temporal separation of steps. In CAM plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in the same cellsat different times.

(b)

PineappleSugarcane

Bundle-sheath cell

Mesophyll Cell

Organic acid

CALVINCYCLE

Sugar

CO2 CO2

Organic acid

CALVINCYCLE

Sugar

C4 CAM

CO2 incorporatedinto four-carbonorganic acids(carbon fixation)

Night

Day

1

2 Organic acidsrelease CO2 toCalvin cycle