Nama: Ayu Christien RahawemanNRP: C351140181Tugas: Bioteknologi Hasil Perairan

MEKANISME FOTOSINTESIS

Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti cahaya dan sintesis yang artinya menyusun, sehingga fotosintesis dapat diartikan sebagai proses penyusunan pada bagian tumbuhan yang mengandung klorofil atau zat hijau daun, dan lainnya yaitu klorofil a, klorofil b, karatenoid (karoten dan xantofil), dan akseptor electron yang tergabung dalam suatu fotosintesis. Proses fotosintesis akan menghasilkan gula (glukosa) dari bahan baku karbon anorganik (CO2) dan H2O dengan bantuan sinar matahari. Reaksi kimia fotosintesis berlangsung sebagai berikut:

6CO2 + 12H2O + energi cahaya C6H12O6 + 6O2 + 6H2Oatau disederhanakan menjadi6CO2 + 6H2O + energi cahaya C6H12O6 + 6O2

Tumbuhan dan alga hijau mempunyai kemampuan untuk menggunakansenyawa anorganik sepertiCO2danH2O serta bantuan cahayamatahari untuk mensintesis karbohidrat sehingga dapat digolongkan sebagai organisme yang bersifatfotoautotrof. Fotosintesis merupakansatu-satunya penghasil makanan yang diperlukan bagi seluruhkehidupan organisme, termasuk manusia (heterotrof).Kemampuan untuk melakukan fotosintesis pada tumbuhan karena adanya klorofil yang terdapat dalam organel sel yakni kloroplas. Kloroplas banyak terdapat di daun yakni hampir juta per satuan persegi daun sehingga daun merupakan tempat utama untuk berlangsungnya proses fotosintesis. Kloroplas terdapat pada bagian dalam daun yang tersusun oleh sel-selhidup dan dapat melakukan proses-proses fisiologi, disebut mesofil. Didalam kloroplas terdapat cairan atau fluida kental disebut stroma danmembran-membran halus berbentuk pipih seperti koin, sebagai tempatklorofil, disebut membran tilakoid. Di dalam membran tersebut terdapatruangan yang disebut ruang tilakoid (lumen). Tumpukan dari beberapamembran tilakoid membentuk struktur yang disebut grana (tunggal =granum). Kloroplas diselubungi oleh 2 membran, yaitu membran dalamdan membran luar. Karbon dioksida dan oksigen keluar-masuk melewati struktur yang disebutstomata (tunggal = stoma, dalam bahasa Yunani berarti mulut).Sebagaimana rangkaian reaksi kimia pada respirasi, rangkaianreaksi kimia pada fotosintesis merupakan reaksi penyederhanaan dari 2tahapan reaksi dalam fotosintesis. Kedua reaksi tersebut adalah reaksiterang (disebut bagian foto) dan reaksi gelap atau siklus Calvin (disebutbagian sintesis).

Rangkaian reaksi kimia pada fotosintesis merupakan reaksi penyederhanaan dari 2tahapan reaksi dalam fotosintesis. Kedua reaksi tersebut adalah reaksiterang (disebut bagian foto) dan reaksi gelap atau siklus Calvin (disebutbagian sintesis).

a. Reaksi TerangEnergi pada reaksi terang yang berasal dari matahari (energi cahaya)akan diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untukmensintesis NADPH dan ATP) di dalam kloroplas. Reaksi terang terjadidi dalam grana. Salah satu pigmen yang berperan secara langsungdalam reaksi terang adalah klorofil a. Di 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 suatu kumpulansebagai pengumpul cahaya yang disebut kompleks antena. Sebelumsampai ke pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton)akan 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. Membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem berdasarkanurutan 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 (spektrumnyasangat merah), sedangkan pada fotosistem II disebutP680 (spektrum merah).

Gambar Kerja fotosistem

Pada fotosistem terdapatratusan antena atau klorofil sehingga aliran elektronpada reaksi terang akan mengikuti suatu rute tertentu.Selanjutnya proses aliran elektron pada reaksiterang berlanjut pada aliran electron non-siklik dan siklik.1. Aliran Elektron Non-siklikLangkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasidari klorofil pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut akseptorelektron primer. Air (H2O) diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1atom oksigen kemudian melepaskanO2 Elektron yang berasal dari air(H2O) menggantikan elektron yang hilang pada P680. Transport elektronpada reaksi terang 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 mengan dung 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.Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkapoleh akseptor primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transportelektron ke-dua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atauferedoksin (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.

Gambar Aliran elektron nonsiklik reaksi terang

2. Aliran elektron siklikPada 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 siklik.

Gambar Aliran elektron siklik reaksi terang

b. Reaksi Gelap (Siklus Calvin)Komponen yang dihasilkan dari reaksi terang akan digunakandalam siklus Calvin. ATP digunakan sebagai sumber energidan NADPH sebagai tenaga pereduksi untuk penambahanelektron berenergi tinggi. Siklus Calvin terjadi pada bagiankloroplas yaitu stroma. Pada reaksi gelap ini, bahan untukfotosintesis (CO2) akan dibentuk menjadi molekulgula setelah melalui 3 tahapan, antara lain:1. Fiksasi KarbonTahap fiksasi karbon, gula berkarbon 5 yang disebut ribulosa 1,5 bisfosfat(RuBP) mengikatCO2membentuk senyawa interme diate yangtidak stabil, sehingga terbentuk 3-fosfogliserat. Pembentukan tersebutdikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase atau rubisko.Sebagian besar tumbuhan dapat melakukan fiksasi karbon dan menghasilkansenyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fosfogliserat.Oleh karena itu, tumbuhan yang dapat memfiksasiCO2inidisebut tumbuhan C3. Contohnya adalah tanamanpadi, gandum, dan kedelai. Asam organik (senyawa intermediate) yangdibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel mesofi l sampaipagi hari. Siang hari (stomata tertutup), reaksi terang dapat memasokATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asamorganik melepaskanCO2dan memasuki molekul gula (RuBP) dalamkloroplas. Dengan demikian, baik tumbuhan C3, C4, maupun CAMakan menggunakan siklus Calvin setelah fiksasiCO2, untuk membentukmolekul gula dari karbondioksida.

GambarMasuknya produk reaksi terang ke siklus Calvin

2. ReduksiSetiap molekul 3-PGA menerima gugus fosfat dari ATP sehinggaterbentuk 1,3 bisfosfogliserat. Elektron dari NADPH mereduksi 1,3bisfosfogliserat dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P),yang dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan keluarsebagai molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yangdiperlukan tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan masukke tahapan regenerasi.

3. Pembentukan kembali (regenerasi) RuBPTahapan terakhir siklus Calvin ini terjadi proses dimana RuBP sebagai pengikatCO2dibentuk kembali oleh 5 molekul G3P. RuBP siap untuk mengikatCO2kembali dan siklus Calvin dapat berlanjut kembali.Dengan demikian, molekul gula tidakakan terbentuk hanya dengan reaksi terangatau siklus Calvin saja. Oleh karena itu, kedua proses tersebut merupakan gabungan prosesuntuk terjadinya fotosintesis. Gula yang yang dihasilkan selama proses sebelumnya dalam kloroplas akan digunakan untuk prosesrespirasi tumbuhan atau menyusun senyawaorganik lainnya dalam sel tumbuhan. Gulatersebut akan diedarkan ke seluruh bagiantumbuhan, dalam bentuk gula sederhana sepertiglukosa. Molekul-molekul gula berlebihyang terbentuk selama fotosintesis dan tidakdiedarkan, akan menumpuk atau disimpan didalam plastida sebagai sumber cadangan energidalam bentuk amilum atau pati (polisakarida).

GambarTahapan siklusCalvin

Referensi :Campbell NA, Reece JB, Mitchell LG. 2002. Biologi Edisi kelima-Jilid 1. Jakarta: Erlangga