FOTOSINTESIS (2)

17
BIOKIMIA II FOTOSINTESIS Oleh: NURIL KHOIRIYAH 12030234022 KB 12 FENTY WIANA PUSPITA 12030234207 KA 12 RUWANTI DEWI C. 12030234216 KB 12 UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

description

tugas biokimia

Transcript of FOTOSINTESIS (2)

BIOKIMIA II

BIOKIMIA II2015

BIOKIMIA IIFOTOSINTESIS

Oleh:NURIL KHOIRIYAH12030234022KB 12FENTY WIANA PUSPITA12030234207 KA 12RUWANTI DEWI C.12030234216KB 12

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMJURUSAN KIMIA2015

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL 1DAFTAR ISI 21. Pendahuluan 32. Proses Fotosintesis 32.1 Energi Cahaya dan Sistem Hidup 32.2 Kloroplas 53. Fiksasi Karbon: Reaksi Gelap 64. Reaksi Terang 84.1 Fosforilasi Siklik atau Fotosistem 1 94.2 Fosforilasi Non Siklik atau Fotosistem 2 105. Tumbuhan C4 10DAFTAR PUSTAKA 12

FOTOSINTESIS1. PENDAHULUAN

hvProses fotosintesis yang terjadi pada tumbuhan hijau memanfaatkan energi cahaya untuk mengubah H2O dan CO2 menjadi O2 dan karbohidrat. Percobaan terdahulu yang mengawali percobaan fotosintesis dilakukan oleh van Holment pada tahun 1648, yang mana menyimpulkan bahwa pertumbuhan tanaman tidak melibatkan gas-gas di udara. Bukti pertama bahwa gas-gas turut serta dalam fotosintesis dikemukakan oleh Joseph Priestley pada tahun 1977. Reaksi umum fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut:CO2 + H2O [CH2O] + O2

hvO2 yang dihasilkan pada fotosintesis berasal dari H2O di mana pada tumbuhan, alga dan sianobakteri, H2O berperan sebagai agen pereduksi. Namun pada kebanyakan bakteri menggunakan agen pereduksi lainnya seperti H2S pada bakteri sulfur hijau, [HSO3-] pada bakteri ungu. Berikut reaksinya secara umum:CO2 + 2H2A [CH2O] + H2O + 2AH2A sebagai agen pereduksi dan A sebagai hasil oksidasi.Dengan menggunakan glukosa sebagai produk karbohidrat, dapat dituliskan reaksi fotosintesis sederhana sebagai berikut:6CO2 + H2O C6H12O6 + 6O22. PROSES FOTOSINTESIS2.1 Energi Cahaya dan Sistem HidupRadiasi cahaya yaitu foton atau kuantum cahaya merupakan paket gelombang radiasi elektromagnetik. Foton adalah suatu berkas cahaya molekul yang merupakan sejumlah contoh zat kimia. Adanya absorpsi cahaya oleh suatu zat kimia tersangkut suatu proses yang disebut penggalakan atau eksitasi elektronik. Sehingga panjang gelombang cahaya yang diserap oleh zat tergantung pada setruktur elektronik molekul. Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk gelombang. Enrgi elektromagnetik terdapat hubungan yang berbalik antara panjang gelombang dengan energi. Panjang yang memiliki gelombang tinggi maka energi yang didapat rendah.

Gambar 1. Kandungan energi berbagai panjang gelombang dari cahaya tampakGambar tersebut merupakan spectrum tampak yang termasuk warna-warna cahaya panjang gelombang yang menjalankan fotosintesis. Zat yang berwarna kuning akan menyerap cahaya yang berwarna ungu dan memantulkan komponen-komponen panjang gelombang yang tersisa dari cahaya yang tampak, sehingga tampak berwarna kuning.Dalam hal ini diketahui bahwa proses fotosintesis hanya dapat berlangsung jika ada pigmen berwarna hijau yaitu klorofil. Struktur klorofil terdiri dari porifin yang sama strukturnya dengan porifin heme pada hemoglobin. Perbedaan utama antara klorofil dan heme adalah adanya (1) atom magnesium (sebagai pengganti besi) di tengah-tengah cincin porifin dan (2) rantai samping hidrokarbon yang panjang, yaitu fitol.Terdapat dua macam klorofil pada tumbuhan, yaitu klorofil a dan klorofil b. Ketika cahaya putih menyinari struktur-struktur yang mengandung klorofil, misalnya daun, sinar merah dan biru yang paling banyak diserap oleh klorofil sehingga warna yang tampak oleh mata adalah warna hijau.Klorofil a ditemukan pada semua organisme penghasil oksigen terutama tumbuhan hijau; klorofil b juga ditemukan pada tumbuhan hijau dan alga. Dalam suatu sel, selain pigmen hijau klorofil juga ditemukan karotenoid yang mempunyai warna berkisar antara merah dan kuning. Warna merah pada buah tomat dan warna jingga wortel dihasilkan oleh karotenoid. Pada daun, adanya karotenoid tertutupi oleh klorofil yang jumlahnya lebih banyak tetapi pada musim gugur, jumlah klorofil pada daun berkurang sehingga karotenoid mulai nampak dan menghasilkan warna merah dan kuning pada daun.

Gambar 2. Struktur klorofil a dan klorofil bSumber: http://nurul.kimia.upi.edu/arsipkuliah/web2013/1106598/penelitian.html2.2 Kloroplas Proses fotosintesis pada tumbuhan dan alga terjadi di kloroplas. Pada tumbuhan, kloroplas terdapat pada sel-sel mesofil dimana pada tiap sel terdapat 20 hingga 50 kloroplas. Pada alga eukariotik hanya memiliki satu kloroplas tiap sel. Kloroplas merupakan struktur subseluler dengan panjang sekitar 7 m dan lebar 3-4 m dan mirip dengan mitokondria secara morfologi. Seperti halnya mitokondria, kloroplas memiliki membran luar dan membran dalam. Membran luar bersifat sangat permeabel yang mengatur keluar masuknya zat, membran dalam bersifat selektif permeabel. Membran dalam menutupi daerah yang berisi cairan yang disebut stroma. Stroma merupakan tempat terjadinya reaksi gelap (SiklusCalvin). Di dalam kloroplas terdapat tilakoid yang terdiri dari kantongkantong bermembran yang saling terhubung. Tilakoid yang bertumpuk-tumpuk akan membentuk grana. Klorofil terdapat di dalam membran tilakoid. Reaksi terang dari fotosintesis terjadi di tilakoid. Stroma pada kloroplas banyak mengandung enzim. Selain itu terdapat DNA dan ribosom yang sangat banyak. Ribososm ini lebih kecil daripada yang terdapat dalam sitoplasma sel tumbuhan. Adanya DNA membantu menerangkan autonomi aneh kloroplas yang muncul karena pembelahan satu kloroplas menjadi dua atau karena perkembanagn struktur-struktur sangat kecil juga tak berwarna yang disebut proplastid. Untuk perkembangan proplastid dibutuhkan cahaya, oleh karena itu dapat dijelaskan bibit tanaman yang tumbuh dalam gelap berwarna pucat.Pada dasarnya proses fotokimia utama dalam fotosintesis dapat dibedakan menajdi reaksi terang, yang memproduksi energi, dan reaksi gelap, yaitu fiksasi CO2, yang membutuhkan energi.

Gambar 3.. Proses organisme yang memiliki kloroplas mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia3. FIKSASI KARBON: REAKSI GELAPReaksi gelap adalah reaksi pembentukan gula dari CO2 yang terjadi di stroma. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma. Percobaan Calvin pada sistem fotosintesis alga ditambahkan 14CO2 sehingga jalur fiksasi karbon dapat ditelusuri.Reaksi gelap, yang selanjutnya disebut siklus Calvin, menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi CO2 menjadi gula. Total ATP yang digunakan pada siklus ini adalah 9 ATP. Siklus Calvin memiliki 3 tahap: Fiksasi karbon Reduksi Regenerasi akseptor CO2

Gambar 4. Siklus CalvinPada gambar siklus Calvin tersebut adalah:a. Sebuah molekul CO2 dikonversi dari bentuk inorganiknya menjadi molekul organik (fixation) melalui pengikatan ke gula 5C (ribulose biphosphate atau RuBP) Dikatalisasi oleh enzim RuBP carboxylase (Rubisco) Bentuk gula 6C pecah menjadi 3-phosphoglycerateb. Tiap molekul 3-phosphoglycerate menrima tambahan grup fosfat membentuk 1,3-Bisphosphoglycerate (fosforilasi ATP) NADPH dioksidasi dan elektron yang ditransfer ke 1,3-Bisphospho-glycerate memecah molekul dengan tereduksi menjadi Glyceraldehyde 3-phosphatec. Tahap terakhir dari siklus calvin tersebut adalah regenerasi RuBP Glyceraldehyde 3-phosphate dikonversi menjadi RuBP melalui sebuah seri reaksi yang melibatkan fosforilasi molekul oleh ATP.4. REAKSI TERANGReaksi terang terjadi di tilakoid. Pada reaksi terang, energi matahari diubah menjadi energi kimiawi. Penguraian H2O NADP+ direduksi menjadi NADPH dan O2 dilepaskan. Fotofosforilasi ADP untuk menghasilkan ATPDi dalam membran tilakoid,klorofil bersama-sama dengan protein dan molekul organik berukurankecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem. Beberaparatus klorofil a, klorofil b, dan karotenoid membentuk kompleks antena. Sebelumsampai ke pusat reaksi, energi dari fotonakan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yanglain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem yangberfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesispertama kalinya.

Gambar 5. Tahapan fotosistemDi dalam membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem berdasar-kanurutan penemuannya, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Setiapfotosistem tersebut mempunyai klorofil pusat reaksi yang berbeda, tergantungdari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofilpusat reaksi pada fotosistem I disebut P700, karena mampumenyerap panjang gelombang cahaya 700 nm sedangkan pada fotosistem II disebutP680.4.1 Fosforilasi Siklik atau Fotosistem 1Pada aliran elektron siklis ini, elektron dari akseptor primer fotosistemI dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui feredoksin,kompleks sitokrom, dan plastosianin. Oleh karena itu, pada aliran siklis ini menyebabkan produksi ATP bertambah tetapi tidak terbentukNADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2. Proses pembentukanATP melalui aliran siklis ini disebut fotofosforilasi siklis.

Gambar 6. Skema Fotosistem I4.2 Fosforilasi Non Siklik atau Fotosistem 2Langkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasidari klorofil pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut akseptorelektron primer. H2O diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1atom oksigen kemudian melepaskanO2. Elektron yang berasal dari H2O menggantikan elektron yang hilang pada P680. Transport elektronpada reaksi terang ini melalui rantai transport elektron menuju fotosistemI (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yiatu:plastokuinon (Pq), merupakan pembawa elektron; kompleks sitokrom;dan plastosianin (Pc), merupakan protein yang mengandung tembaga.Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energi- energi yang kemudiantersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang menggunakanenergi cahaya melalui aliran elektron non siklis pada reaksi terangini disebut fotofosforilasi non siklis.

Gambar 7. Skema Fotosistem IISetelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkapoleh akseptor primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transportelektron kedua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase mentransferelektron ke NADP+ sehingga membentuk NADPH yang menyimpanelektron berenergi tinggi dan berfungsi dalam sintesis gula dalam siklusberikutnya yaitu siklus Calvin. Dengan demikian, reaksi terang menghasilkanATP dan NADPH.5. TUMBUHAN C4Berdasarkan cara memproduksi glukosa, tumbuhan dapat dibedakan menjadi tumbuhan C3 dan C4. Tumbuhan C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari daerah subtropis. Tumbuhan ini menghasilkan glukosa dengan pengolahan CO2 melalui siklus Calvin, yang melibatkan enzim Rubisco sebagai penambat CO2. Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk menghasilkan molekul glukosa. ATP ini dapat terpakai sia-sia tanpa dihasilkannya glukosa. Hal ini dapat terjadi jika ada fotorespirasi, di mana enzim Rubisco tidak menambat CO2, tetapi menambat O2. Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang umumnya ditemukan di daerah tropis. Tumbuhan ini melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO2 menjadi glukosa. Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim yang akan mengikat CO2 dari udara dan kemudian akan menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat akan diubah menjadi malat. Malat akan terkarboksilasi menjadi piruvat dan CO2. Piruvat akan kembali menjadi PEPco, sedangkan CO2 akan masuk ke dalam siklus Calvin yang berlangsung di sel bundle sheath dan melibatkan enzim RuBP. Proses ini dinamakan siklus Hatch Slack, yang terjadi di sel mesofil. Dalam keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2011. FOTOSINTESIS. http://www.slideshare.net/joungenjoungHalgen/materi-biokimia-fotosintesis. Diakses pada tanggal 12 Februari 2015 pukul 15:20 WIB.Kimball, John W. 1983. Biologi Jilid 1 Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.Mathews, Holde V., Appling, Cahill A. 2013. Biochemistry Fourth Edition. Kanada: Pearson.Nurul. 2013. Hemin dan Hubungan Antara Hemin dan Klorofil. http://nurul.kimia.upi.edu/ arsipkuliah/web2013/1106598/penelitian.html. Diakses tanggal 12 Februari 2015 pukul 19:02 WIB. Page, David S. 1987. Prinsip Prinsip Biokimia. Jakarta: Erlangga.Suttie, John W. 1982. Introduction to Biochemistry Second Edition. Tokyo: Holt-Saunders

Page 2 | 12