FOTOSINTESISProses yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia

Fotosintesis terjadi di kloroplas Daun pada tanaman merupakan tempat utama terjadinya fotosintesisLeaf cross section Vein

Mesophyll

Stomata

CO2

O2

Light energy

ECOSYSTEM

Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem sebagai cahaya matahari dan meninggalkannya dalam bentuk panas

Photosynthesis in chloroplasts Organic CO2 + H2O + O2 Cellular molecules respiration in mitochondria

ATPpowers most cellular work

Heat ener gy

Fotosintesis Proses dimana organisme yang memiliki kloroplas mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia Melibatkan 2 lintasan metabolik Reaksi terang: mengubah energi matahari menjadi energi seluler Siklus Calvin: reduksi CO2 menjadi CH2O

Light ChloroplastNADP+ ADP +P RuBP 3-PGA

Light reactionst ec El n ro s

Calvin cycle

G3P

Cellular respiration Cellulosse Starch Other organic compounds

Persamaan Fotosintesis Fotosintesis6CO2 +6H20 + light C6H1206 + 6O2

Pada fotosintesisReduksi CO2 menjadi karbohidrat melalui oksidasi carrier energi (ATP, NADPH) Reaksi terang memberi energi pada carrier Reaksi gelap (siklus Calvin) menghasilkan PGAL (phosphoglyceraldehyde) Fotosintesis terdiri dari dua proses yaitu -Reaksi terang -Siklus Calvin

Struktur kloroplasMesophyll

Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang). Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat terjadi siklus Calvin

Chloroplast

5 m

Outer membrane Thylakoid Thylakoid space Intermembrane space Inner membrane

Stroma Granum

1 m

cahay a

Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk gelombang Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang gelombang dengan energi Panjang gelombang tinggi maka energi rendah

Spektrum tampak

-termasuk warna-warna cahaya yang dapat kita lihat -termasuk panjang gelombang yang menjalankan fotosintesis

Pigmen -Substansi yang menyerap cahaya tampak -Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi paling sedikit menyerap panjang gelombang hijau Pigmen Klorofil a Klorofil b Karotenoid Karotene Xantofil

Spektrum aksi pigmen Efektivitas relatif panjang gelombang yang berbeda dalam menjalankan fotosintesisRate of photosynthesis (measured by O2 release) Action spectrum. Plot antara kecepatan fotosintesis vs panjang gelombang. Sepktrum aksi mewakili spektrum absorpsi klorofil a tetapi tidak benarbenar tepat. Hal ini karena penyerapan cahaya oleh pigmen aksesoris seperti klorofil b dan karotenoid.

Spektrum aksi fotosintesis Ditunjukkan oleh Theodor W. EngelmannAerobic bacteriaFilament of alga

400

500

600

700

Engelmanns experiment. Tahun 1883, Theodor W. Engelmann menyinari alga filamen dengan cahaya yang telah dilewatkan ke prisma, sehingga segmen yang berbeda dari alga mendapat panjang gelombang yang berbeda. Digunakan bakteri aerob yang terkonsentrasi dekan sumber oksigen untuk menentukan segmen alga yang paling banyak mengeluarkan O2. Bakteri berkumpul dalam jumlah besar disekitar alga yang mendapat cahaya biru-violet dan merah.

cahaya biru-violet dan merah paling efektif dalam fotosintesis

Klorofil a

Klorofil a adalah pigmen yang secara langsung berpartisipasi dalam reaksi terang Pigmen lain menambahkan energi ke klorofil a Penyerapan cahaya meningkatkan elektron ke orbital energi yang lebih

Klorofil tereksitasi oleh cahaya Saat pigmen menyerap cahaya Klorofil tereksitasi dan menjadi tidak stabileEnergy of election

Excited state

Heat

Photon (fluorescence) Photon Chlorophyll molecule Ground state

Fotosistem Kumpulan pigmen dan protein yang berasosiasi dengan membran tilakoid yang memanen energi dari elektron yang tereksitasi Energi yang ditangkap ditransfer antara molekul fotosistem sampai mencapai molekul klorofil pada pusat reaksi

Pada pusat reaksi terdapat 2 molekul Klorofil a Akseptor elektron primer Pusat reaksi klorofil dioksidasi dengan hilangnya elektron melalui reduksi akseptor elektron primer Terdapat fotosistem I dan II

Membran tilakoid Terdapat 2 tipe fotosistem yaitu fotosistem I dan II

Aliran elektron Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada akseptor elektron primer Kedua jalur Dimulai dengan penangkapan energi foton Menggunakan rantai transport elektron dengan sitokrom untuk kemiosmosis Aliran elektron nonsiklik Menggunakan fotosistem II dan I Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh elektron yang didonasikan oleh air Mensintesis ATP dan NADPH Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+ Aliran elektron siklik Hanya menggunakan fotosistem I Elektron dari fotosistem I di-recycle Mensintesis ATP

NonsiklikMenghasilkan NADPH, ATP, dan oksigen

Aliran siklik Hanya fotosistem I yang digunakan Hanya ATP yang dihasilkan

Reaksi terang dan kemiosmosis: Organisasi membran tilakoidH2O CO2

LIGHTNADP+ ADP

LIGHT REACTOR

CALVIN CYCLE

ATP

NADPH

STROMA (Low H+ concentration)

O2

Cytochrome Photosystem II complex2 H+

[CH2O] (sugar)

Photosystem I

Light Fd

NADP+ reductase

3

NADP+ + 2H+

NADPH + H+ Pq H2 O 21

Pc

THYLAKOID SPACE 1 (High H+ concentration)

2 O2 +2 H+ 2 H+

To Calvin cycle ATP synthaseADP P ATP H+

STROMA (Low H+ concentration)

Thylakoid membrane

Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi CO2 menjadi gula Siklus calvin Siklus Calvin memiliki 3 tahap Fiksasi karbon Reduksi Regenerasi akseptor CO2 Terjadi di stroma

Siklus CalvinLightH2ONADP+ ADP CO2

LIGHT REACTION

CALVIN CYCLE

Input 3 (Entering one CO2 at a time)Phase 1: Carbon fixation

ATP

NADPH

O2

[CH2O] (sugar)

Rubisco3 P P

Ribulose bisphosphate (RuBP)

3 P

P

Short-lived intermediate 6

P

3-Phosphoglycerate

6 6 ADP

ATP

3 ADP 3 ATPPhase 3: Regeneration of the CO2 acceptor (RuBP)

CALVIN CYCLE

6 P

P

1,3-Bisphoglycerate6 NADPH6 NADPH+ 6 P 5 P

(G3P)

6

P

Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P)

Phase 2: Reduction

1

G3P (a sugar) Output

P

Glucose and other organic compounds

Siklus Calvin Dimulai dari CO2 dan menghasilkan Glyceraldehyde 3phosphate Tiga bagian siklus Calvin menghasilkan 1 produk molekul Tiga tahap Fiksasi karbon Reduksi CO2 Regenerasi RuBP

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 3phosphoglycerate

2 Tiap molekul 3phosphoglycerate menerima tambahan grup fosfat membentuk 1,3Bisphosphoglycerate (fosforilasi ATP) NADPH dioksidasi dan elektron yang ditransfer ke 1,3Bisphosphoglycerate memecah molekul dengan tereduksi menjadi Glyceraldehyde 3phosphate

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 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

Anatomi daun C4 dan jalur C4Photosynthetic cells of C4 plant leaf Mesophyll cell Bundlesheath cell Mesophyll cell PEP carboxylase CO CO2 2

Oxaloacetate (4 C) Vein (vascular tissue) Malate (4 C) C4 leaf anatomy BundleSheath cell Stoma

PEP (3 C) ADP ATP

Pyruate (3 C) CO2

CALVIN CYCLE

Sugar

Vascular tissue

Tanaman CAM 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

Jalur CAM mirip dengan jalur C4

SugarcaneC4

PineappleCAM

Mesophyll Cell Bundlesheath cell Spatial (a) separation of steps. In C4 plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in different types of cells.

CO2

CO2 Night

Organic acid

1 CO2 incorporated Organic acid into four-carbon organic acids (carbon fixation) 2 Organic acids release CO2 to Calvin cycleCALVIN CYCLE

Day

CALVIN CYCLE

Sugar

Sugar

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