BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Fotosintesis sudah akrab kita dengar. Pada dasarnya, fotosintesis merupakan

proses penyusunan karbohidrat atau zat gula dengan menggunakan energi

matahari. Matahari sebagai sumber energi utama bagi kehidupan di Bumi. Namun

tidak semua organisma mampu secara langsung menggunakannya. Hanya

golongan tumbuhan dan beberapa jenis bakteri saja yang mampu menyerap energi

matahari dan memanfaatkannya untuk fotosinrtesis. Melalui fotosintesis,

tumbuhan menyusun zat makanan yaitu karbohidrat (pati/gula). Karena

kemampuan menyusun makanannya sendiri inilah, tumbuhan disebut organisma

ototrof. Bagaimana fotosintesis itu dipahami oleh para ahli biologi? Untuk itu,

perlu kita ikuti percobaan – percobaan pada periode awal penemuannya.

Sekarang kita sampai pada sumber pokok dari semua hampir energy

biologic, yaitu pengambilan energy surya oleh organisme fotosintesis dan

pengubahannya menjadi energy biomassa. Organisme fotosintetik dan heterotrofik

hidup didalam keadaan seimbang pada bioser kita. Tanaman fotosintetik

menangkap energy dalam bentuk ATP dan NADPH yang dipergunakan sebagai

sumber energy untuk membuat karbohidrat dan komponen sel organik lainnya

dari karbon dioksida dan air. Bersamaan dengan itu, organisme tersebut

membebaskan oksigen kedalam atmosfer.

Sebaliknya heterotrof aerobik, mempergunakan oksigen yang dibentuk

untuk menguraikan produk organic berenergi tinggi dari fotosintesis menjadi CO2

dan H2O untuk membentuk kembali ATP guna keperluan aktivitas sel itu sendiri.

Karbon dioksida yang dibentuk oleh respirasi pada heterotrof kembali ke

atmosfer, untuk dipergunakan kembali oleh organism fotosintetik. Oleh karena

itu, energy surya memberikan tenaga pendorong dari daur karbon dioksida dan

oksigen atmosfer secara berkesinambungan melalui biosfer kita. Untuk itu,

penting memahami proses alam yang telah dikembangkan oleh tanaman juga akan

memungkinan kita untuk menggunakan kimia dasar dan fisika dari fotosintesis

Fotosintesis| 1

untuk keperluan lain, seperti konversi energy surya dan pengembangan obat-

obatan (Devens, 2006).

1.2 Rumusan Masalah

Penulisan makalah ini dibatasi dengan rumusan masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana sejarah perkembangan dan pengertian fotosintesis?

2. Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis?

3. Dimana terjadinya fotosintesis?

4. Bagaimana proses terjadinya fotosintesis?

5. Apa saja tipe-tipe fotosintesis?

6. Apa saja manfaat fotosintesis baik bagi kehidupan maupun bagi tumbuhan

itu sendiri?

1.3 Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah diatas, diharapkan pembaca dapat:

1. Mengetahui sejarah perkembangan fotosintesis dan pengertiannya

2. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis

3. Mengetahui tempat terjadinya fotosintesis

4. Mengetahui proses terjadinya fotosintesis

5. Menyebutkan tipe-tipe fotosintesis

6. Menyebutkan manfaat fotosintesis baik bagi kehidupan manusia maupun

bagi tumbuhan itu sendiri.

Fotosintesis| 2

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian dan Sejarah Fotosintesis

Fenomena fotosintesis telah digali sejak lama oleh para ilmuwan,

khususnya bidang fisiologi tumbuhan. Joseph Priestley (1972), seorang ahli

kimia Inggris menemukan bahwa tumbuhan mengeluarkan suatu gas yang

membuat api lilin dapat menyala walaupun dalam tabung gelas yang tertutup.

Dalam sungkup tabung gelas tanpa tanaman, api lilin yang dinyalakan cepat

padam. Namun setelah ke dalamnya disusupkan tanaman, pada beberapa hari

kemudian ternyata lilin dapat dinyalakan lagi. Lilin tetap menyala selama “gas”

dari tanaman itu masih ada. Pada waktu itu, Dia belum tahu bahwa gas itu adalah

oksigen.

Dua ratus tahun kemudian, banyak peneliti tertarik untuk ikut menggali

lebih lanjut dari temuan Priestley tersebut. Jan Ingenhousz (1779), ahli fisiologi

dari German melakukan eksperimen dengan menggunakan tumbuhan air (Hydrila

verticilata). Dari percobaannya ditunjukkan tiga hal penting, meliputi :

Gambar 1. Percobaan Ingenhousz

(1) Gas yang dikeluarkan oleh tumbuhan itu ternyata adalah O2,

(2) Cahaya matahari dibutuhkan untuk proses tersebut,

(3) Bagian yang berhijau daun saja yang mengeluarkan O2.

Fotosintesis| 3

Seorang ahli botani dari Swiss, Jean Senebier menemukan bahwa CO2 juga

dibutuhkan untuk fotosintesis. Peneliti lain, ahli kimia dan ahli fisiologi Swiss

yaitu Nicholas de Saussure (1804) menunjukkan bahwa tanaman tumbuh dari air

dan CO2 yang diserapnya. Sachs (1860) menunjukkan bahwa fotosintesis

menghasilkan zat gula atau karbohidrat yang disebut amilum. Berdasar temuan-

temuan itu maka pemahaman tentang fotosintesis menjadi semakin lengkap.

Fotosintesis kemudian dirumuskan dalam persamaan reaksi kimia sbb :

n CO2 + n H2O + Energi Matahari [CH2O]n + nO2

klorofil zat gula

Semula orang mengira bahwa O2 yang dikeluarkan adalah berasal dari

pemecahan gas CO2. Van Niel adalah orang pertama yang menyatakan bahwa O2

itu berasal dari pemecahan air. Hal itu didasarkan dari hasil temuannya tentang

fotosintesis bakteri Sulfur.

Gambar 2. Bakteri Sulfur

Dengan energi matahari, bakteri Sulfur ternyata juga mampu menyusun zat

gula dari CO2 dan gas belerang (H2S), bukan dengan air (H2O) seperti pada

tumbuhan. Bakteri ini melepaskan S, yang tentu berasal dari pemecahan H2S.

Persamaan reaksinya dinyatakan sbb :

Energi matahari

CO2 + H2S [ CH2O ] + 2S + H2O

(zat gula)

Senada dengan hal itu, maka Van Niel menduga bahwa O2 yang dilepaskan

pada fotosintesis tumbuhan adalah berasal dari pemecahan air (H2O). Tahun 1941,

Ruben dan Kamen melakukan percobaan fotosintesis dengan menggunakan air

bertanda. Pada air tersebut, komponen O-nya diberi tanda yang mudah dikenali

Fotosintesis| 4

dengan alat tertentu. Dengan cara ini, Dia berhasil membuktikan bahwa “gas”

yang dilepaskan itu adalah O2 yang bertanda. Oksigen itu tentu berasal dari

pemecahan air bertanda. Pemecahan air dengan energi cahaya yang diserap oleh

sel-sel daun yang berfotosintesis ini disebut fotolisis. Dengan demikian,

persamaan fotosintesis yang lengkap adalah sbb :

n CO2 + 2n H2O + Energi Matahari [ CH2O ]n + n O2 + n H2O

klorofil ( zat gula )

Jadi, berdasarkan uraian di atas dapat kita tarik beberapa pengertian:

(1) Fotosintesis menggunakan energi matahari untuk menyusun zat gula

sederhana.

(2) Zat gula disusun dari bahan dasar yaitu berupa H2O dan CO2.

(3) Fotosintesis menghasilkan bahan sisa berupa O2 dan H2O.

(4) Fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh tumbuhan dan beberapa jenis

bakteri. Fotosintesis menyusun zat gula dari air dan karbon dioksida (CO2),

sehingga sering disebut pula asimilasi karbon.

2.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Fotosintesis merupakan aktivitas kompleks, dipengaruhi oleh banyak faktor,

baik faktor internal maupun eksternal. Faktor internal menyangkut kondisi

jaringan/organ fotosintetik, kandungan klorofil, umur jaringan, aktivitas fisiologi

yang lain seperti transpirasi, respirasi dan adaptasi fisiologis yang lain yang saling

kait-mengkait. Faktor eksternal meliputi faktor klimatik seperti suhu, kelembaban,

kecepatan angin, hujan, dan juga faktor cahaya, konsentrasi CO2, O2, kompetitor,

dan organisme pathogen.

Selain itu, ada juga factor yang berpengaruh pada fotosintesis yaitu

penyebab timbulnya stress seperti ketersediaan air, ada polutan biosida dan zat-zat

beracun lain, serta kondisi excess pada berbagai faktor yang dibutuhkan dari

lingkungan misalnya logam-logam berat beracun, biosida, SO2 dan juga O2.

Fotosintesis| 5

Berikut faktor-faktor yang sangat berpengaruh terhadap fotosintesis, yaitu:

1. Respon fotosintesis terhadap intensitas cahaya

Cahaya mutlak dibutuhkan sebagai energi penggerak fotosintesis,

namun demikian tingkat kebutuhan antar kelompok tumbuhan akan berbeda.

Tidak pada setiap kondisi meningkatnya intensitas akan diikuti atau

menyebabkan meningkatnya laju fotosintesis.

Cahaya matahari merupakan sumber energi utama fotosintesis. Albert

Einstein menyebut energi matahari sebagai foton (kuantum). Cahaya

mempengaruhi fotosintesis dalam tiga hal, yaitu intensitas cahaya, lama

pencahayaan dan warna cahayanya.

Pada intensitas cahaya yang kurang, fotosintesisnya akan lambat.

Sebaliknya, pada intensitas yang lebih tinggi, fotosintesis akan lebih cepat.

Hal itu terjadi terutama pada tumbuh tumbuhan rumput, seperti jagung, tebu

dan golongan rumput yang lain.

Tidak semua warna sinar dapat dimanfaatkan atau diserap secara

optimal oleh tumbuhan. Klorofil menyerap semua warna sinar, kecuali sinar

hijau. Sinar yang paling banyak diserap untuk fotosintesis adalah sinar

merah (± 700 nm) dan biru (± 450nm). Jenis sinar yang lain juga diserap

energinya walaupun dalam tingkat yang lebih rendah. Sinar hijau justru

dipantulkan oleh klorofil, sehingga daun tampak berwarna hijau.

2. Umur jaringan daun

Selain faktor intensitas cahaya, umur daun juga sangat menentukan

produktivitas daun dalam aktivitas fotosintesisnya. Kapasistas kemampuan

daun melakukan fortosintesis berkembang seiring dengan perkembangan

kedewasaan daun mencapai perkembangan dan pertumbuhan optimalnya.

Pada fase awal pertumbuhannya, daun muda masih menggantungkan

asimilat dari daun dewasa lainnya (mengimport). Pada saat daun mencapai

laju pertumbuhan optimum, produktivitasnya telah jauh meningkat, dan

sebagian fotosintatnya telah mulai diekspor ke jaringan lain yang

membutuhkan. Kapasitas fotosintesis ini terus meningkat bersamaan dengan

pencapaian kedewasaan organ daun. Terdapat hubungan interaktif antara

Fotosintesis| 6

perkembangan struktural daun (anatomi-morfologi) dan intensitas cahaya

dengan perkembangan kapasitas fotosintetiknya. Tumbuhan yang tumbuh

pada tempat dengan intensitas cahaya tinggi, daun berkembang dengan

memadahi, sehingga kapasitas fotosintetiknya juga lebih besar.

3. Kadar CO2 dan O2

Konsentrasi CO2 sebagai salah satu prekursor atau bahan dasar

asimilasi karbon tentu akan sangat berpengaruh pada produktivitas

fotosintesisnya. Fotosintesis cenderung meningkat bila kadar CO2-nya lebih

tinggi. Sebaliknya, keberadaan O2 justru akan menghambat fotosintesis.

Tumbuhan menunjukkan kemampuannya dalam memfiksasi CO2 yang

berbeda-beda. Ada yang cepat dan ada juga yang lambat sesuai dengan tife

tanaman tersebut. Oksigen merupakan salah satu produk samping dari

fotosintesis. Namun demikian, kadar oksigen yang tinggi pada jaringan

fotosintetik akan menghambat laju fotosintesis. Pada kondisi kadar oksigen

yang semakin tinggi, laju fotosintesisnya secara signifikan menjadi semakin

rendah.

2.3 Tempat Terjadinya Fotosintesis

Kloroplas merupakan alat atau organela sel yang khas pada sel-sel daging

daun.

Gambar 3. Daun, Susunan Anatomi dan Kloroplas

Bentuk kloroplas bermacam-macam, tergantuing jenis tumbuhannya.

Selain bulat atau lonjong, ada juga yang berbentuk pita. Sel sebagian besar

Fotosintesis| 7

tumbuhan tinggi umumnya mengandung antara 50 – 200 kloroplas. Kalau dilihat

dari samping bentuknya seperti lensa dengan satu sisi/permukaan cembung dan

permukaan lain cekung, datar atau cembung. Sumbu panjang kloroplas itu sering

berukuran 5–10 μm. Dilihat dari atas kloroplas nampak sebagai elifotosistem.

Gambar 4. Kloroplas dan Bagian-Bagiannya: Grana dan Stroma

Pada tumbuhan rendah dan terutama pada beberapa mikroorganisme,

bentuknya sangat berbeda dari yang terlihat pada tumbuhan tinggi dan sering

jumlahnya sedikit.

Sebagai contoh:

Euglena gracilis : kurang lebih 10 kloroplas/sel

Chlamydomonas : satu kloroplas/sel, berbentuk mangkuk

Spirogyra : satu kloroplas/sel, berbentuk pita yang memanjang di

seluruh sel

Pada dasarnya, kloroplas dibatasi oleh dua sistem membran yaitu membran

luar dan membran dalam, yang dipisahkan oleh ruang antar membran.

- Membran dalam

Membran dalam dihubungkan dengan suatu kompleks membran yaitu

membran bagian dalam yang melintasi bagian dalam kloroplas. Dengan

demikian, organel itu adalah suatu sistem tiga membran.

Bentuk membran bagian dalam yang paling umum adalah satu kantung

yang dipipihkan yang disebut tilakoid. Tilakoid itu terdapat dalam stroma.

Fotosintesis| 8

Tumpukkan beberapa tilakoid disebut grana, sehingga masing-masing

tilakoidnya disebut tilakoid grana. Tilakoid yang memanjang ke stroma disebut

tilakoid stroma. Bagian dalam tilakoid disebut lokulus. Membran-membran

pada kloroplas membatasi tiga kompartemen yang terpisah yaitu ruang antar

membran, stroma dan lokulus. Reaksi-reaksi fotosintesis bergantung cahaya

berlangsung dalam tilakoid sedang reaksi asimilasi (fiksasi) CO2 terjadi dalam

stroma.

Membran dalam bekerja sebagai pembatas fungsional antara sitosol dan

stroma. Membran dalam tidak permeabel bagi sukrosa dan berbagai anion,

misal di- dan trikarboksilat, fosfat dan senyawa-senyawa seperti nukleotida dan

gula fosfat.

Membran dalam permeabel bagi CO2 dan asam-asam monokarboksilat

tertentu, misal asam asetat, asam gliserat dan asam glikolat. Membran dalam

kurang permeabel bagi asam amino. Membran dalam mengandung protein

pembawa tertentu untuk mengangkut fosfat, fosfogliserat, dihidroksiaseton

fosfat, dikarboksilat dan ATP.

Sistem membran bagian dalam yang terdapat dalam stroma membentuk

suatu jalinan yang sangat kompleks. Membran tilakoid mengandung enzim

lengkap untuk melaksanakan reaksi-reaksi fotosintesis yang bergantung

cahaya. Membran tilakoid merupakan tempat klorofil, pembawa-pembawa

elektron dan faktor-faktor yang menggabungkan transpor elektron dengan

fosforilasi.

Stroma mengandung enzim-enzim yang penting untuk melaksanakan

asimilasi CO2 dan mengubahnya menjadi karbohidrat. Beberapa macam

partikel juga terdapat seperti butir pati, plastoglobulin yaitu tempat penyimpan

lipida, plastokinon dan tokoforilkinon. Stroma juga mengandung ribosom dan

DNA.

Membran tilakoid kira-kira 50% terdiri atas lipida, kurang lebih 10% dari

padanya adalah fosfolipida. Lipida yang khas bagi klorofil adalah galaktolipida

dan sulfolipida, yang masing-masing 45% dan 4% dari total lipida. Selain itu

Fotosintesis| 9

terdapat molekul-molekul lipida seperti klorofil, karotenoid dan plastokinon.

Jumlah klorofil kira-kira 20% dari lipida total membran tilakoid.

- Membran luar

Membran luar kloroplas tumbuhan tinggi dipisahkan dari membran dalam

oleh ruang kira-kira 10 nm. Membran tersebut permeabel bagi bermacam-

macam senyawa dengan berat molekul rendah seperti nukleotida, fosfat

organik, derivat-derivat fosfat, asam karboksilat dan sukrosa. Dengan demikian

ruang antar membran mengandung molekul-molekul nutrien sitosol.

2.4 Proses Fotosintesis

Pada dasarnya, fotosintesis terjadi dalam dua tahapan. Kedua tahap itu

berlangsung dalam kloroplas, namun pada dua bagian yang berbeda. Tahap I

adalah proses penangkapan energi surya atau proses-proses yang bergantung

langsung pada keberadaan cahaya. Seluruh proses pada tahap ini disebut reaksi

terang. Tahap II adalah proses-proses yang tidak bergantung langsung pada

keberadaan cahaya. Proses-proses atau reaksi-reaksi pada tahap ini disebut reaksi

gelap.

Gambar 5. Penangkapan energi surya (foton) dan aliran elektron dalam membran tilakoid grana (reaksi cahaya / Reaksi terang)

Fotosintesis| 10

1. Reaksi Terang

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi

NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Proses

diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena. Foton yang

dimaksud adalah segmen spektrum yang paling penting bagi kehidupan yaitu pita

sempit antara panjang gelombang sekitar 380 nm sampai 750 nm. Radiasi ini

dikenal sebagai cahaya tampak, karena dapat dideteksi sebagai beraneka ragam

warna oleh mata manusia. Fotosistem adalah suatu unit yang mampu menangkap

energi cahaya Matahari yang terdiri dari klorofil a, kompleks antena, dan akseptor

elektron. Di dalam kloroplas terdapat beberapa macam klorofil dan pigmen lain,

seperti klorofil a yang berwarna hijau muda, klorofil b berwarna hijau tua, dan

karoten yang berwarna kuning sampai jingga. Pigmen-pigmen tersebut

mengelompok dalam membran tilakoid dan membentuk perangkat pigmen yang

berperan penting dalam fotosintesis. Klorofil a berada dalam bagian pusat reaksi.

Klorofil ini berperan dalam menyalurkan elektron yang berenergi tinggi ke

akseptor utama elektron. Elektronini selanjutnya masuk ke sistemsiklus elektron.

Elektron yang dilepaskan klorofil a mempunyai energi tinggi sebab memperoleh

energi dari cahaya yang berasal dari molekul perangkat pigmen yang dikenal

dengan kompleks antena.

Fotosistem sendiri dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan

fotosistem II.

- Fotosistem I

Pada fotosistem I ini penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a

yang sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm sehingga

klorofil a disebut juga P700. Energi yang diperoleh P700 ditransfer dari kompleks

antena.

- Fotosistem II

Pada fotosistem II penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang

sensitif terhadap panjang gelombang 680 nm sehingga disebut P680. P680 yang

teroksidasi merupakan agen pengoksidasi yang lebih kuat daripada P700. Dengan

Fotosintesis| 11

potensial redoks yang lebih besar, akan cukup elektron negatif untuk memperoleh

elektron dari molekul-molekul air.

Gambar 6. Proses Fotosistem 1 dan 2

Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II

menyerap cahaya Matahari sehingga elektron klorofil pada fotosistem II

tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan

kembali, fotosistem II akan mengambil elektron dari molekul H2O yang ada

disekitarnya. Molekul air akan dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak

sebagai enzim. Hal ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid.

Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya fotosistem II akan

mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan

molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon

ini akan mengirimkan elektron dari fotosistem II ke suatu pompa H+ yang disebut

sitokrom b6-f kompleks.

Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari fotosistem

II ke fotosistem I dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang

sangat mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin

(PC). Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke

membran tilakoid.

Fotosintesis| 12

Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I.

Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari fotosistem II, tapi

mengandung kompleks inti terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari

H2O melalui kompleks inti Fotosistem II lebih dahulu. Sebagai sistem yang

bergantung pada cahaya, Fotosistem I berfungsi mengoksidasi plastosianin

tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S larut yang disebut

feredoksin.

Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir

pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP dan membentuk NADPH. Reaksi

ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase.

Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke

dalam ATP sintase. ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP

dengan pengangkutan elektron dan H+ melintasi membran tilakoid. Masuknya H+

pada ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat

anorganik (Pi) menjadi ATP.

Reaksi Siklik dan NonSiklik

Reaksi terang memiliki dua bentuk: siklus dan nonsiklus. Pada reaksi

nonsiklus, foton diserap pada kompleks antena fotosistem II penyerap cahaya oleh

klorofil dan pigmen aksesoris lainnya. Ketika molekul klorofil pada inti pusat

reaksi fotosistem II memperoleh energi eksitasi yang cukup dari pigmen antena

yang berdekatan dengannya, satu elektron akan dipindahkan ke molekul penerima

elektron, yaitu feopftin, melalui sebuah proses yang disebut pemisahan

tenagaterfotoinduksi. Elektron ini dipindahkan melalui rangkaian transport

elektron, yang disebut skema Z, yang pada awalnya berfungsi untuk

menghasilkan potensi kemiosmosis di sepanjang membran.

Satu enzim sintase ATP menggunakan potensi kemisomosis untuk

menghasilkan ATP selama fotofosforilasi, sedangkanNADPH adalah produk dari

reaksi redoksterminal pada skema Z. Elektron masuk ke molekul klorofil pada

fofosistem II. Elektron ini tereksitasi karena cahaya yang diserap oleh fotosistem.

Pembawa elektron kedua menerima elektron, yang lagi-lagi dilewatkan untuk

Fotosintesis| 13

menurunkan energi penerim elektron. Energi yang dihasilkan oleh penerima

elektron digunakan untuk menggerakan ion hidrogen di sepanjang membran

tilakoid sampai ke dalam lumen. Elektron digunakan untuk mereduksi koenzim

NADP, yang memiliki fungsi pada reaksi terang.

Reaksi siklus mirip dengan nonsiklus, namun berbeda pada bentuknya

karena hanya menghasilkan ATP, dan tidak ada NADP (NADPH) tereduksi yang

dihasilkan. Reaksi siklus hanya berlangsung pada fotosistem I. Setelah elektron

dipindahkan dari fotosistem, elektron digerakkan melewati molekul penerima

elektron dan dikembalikan ke fotosistem I, yang dari sanalah awalnya elektron

dikeluarkan, sehingga reaksi ini diberi nama reaksi siklus.

Gambar 7. Reaksi Non Siklik

Fotosintesis| 14

Gambar 8. Reaksi Siklik

2. Reaksi Gelap (Siklus Calvin)

Gambar 9. Siklus Calvin

Fotosintesis| 15

Pada proses ini terjadi pengikatan karbondioksida di dalam daun. Siklus ini

menggunakan ATP dan NADPH sebagai sumber energi dan NADPH sebagai

tenaga pereduksi pembuatan gula. Karbohidrat yang dihasilkan langsung dari

siklus Calvin sebenarnya bukan glukosa melainkan gula berkarbon tiga yang

disebut gliseraldehida 3 fosfat (G3P). Berdasarkan Campbell (2002) daur Calvin

dapat dibagi ke dalam 3 fase sebagai berikut:

a. Pengikatan (fiksasi) CO2

CO2 diikat oleh senyawa ribulosa bifosfat (RuBP) untuk membentuk

senyawa C-6 yang akan terurai menjadi dua molekul 1,3 bifosfogliserat. Enzim

yang berperan dalam fiksasi CO2 adalah RuBP karboksilase atau rubisko.

b. Reduksi

Molekul 1,3 bifosfogliserat akan diubah menjadi G3P dengan

menambahkan 2 elektron dari 2 NADPH. Siklus ini harus berjalan 3 kali sehingga

terbentuk 6 molekul G3P.

c. Pembentukan RuBP (Ribolusa Bifosfat)

Pada tahap ini pembentukan RuBP dari 5 molekul G3P yang membutuhkan

3 ATP. Jadi untuk membuat 1 G3P dibutuhkan 9 ATP dan 6 NADPH. G3P dapat

diubah menjadi dihidroksiaseton fosfat. Untuk membentuk 1 molekul glukosa

dibutuhkan siklus Calvin yang berdaur ulang selama 6 kali, dan ditangkap 6

molekul.

2.5 Tife-Tife Fotosintesis

Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok

besar, yaitu C3, C4, dan CAM (crassulacean acid metabolism). Tumbuhan C4 dan

CAM lebih adaptif di daerah panas dan kering dibandingkan dengan tumbuhan

C3. Namun tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer

tinggi. Sebagian besar tanaman pertanian, seperti gandum, kentang, kedelai,

kacang-kacangan, dan kapas merupakan tanaman dari kelompok C3. Tanaman C3

dan C4 dibedakan oleh cara mereka mengikat CO2 dari atmosfir dan produk awal

yang dihasilkan dari proses assimilasi.

Fotosintesis| 16

1. Tipe tanaman C3

Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP

merupakan substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis)

dalam proses awal assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan

untuk proses fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran

karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang

hari) . Jika konsentrasi CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara

CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan

assimilasi akan bertambah besar.

2. Tipe tanaman C4

Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada

tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara

CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil

(sekelompok sel-sel yang mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel

epidermis daun). CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel

"bundle sheath" (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana

kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentasi CO2

pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat kesempatan untuk

bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil and G sangat rendah,

PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi fotosintesis

terhadap CO2 di bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. Laju assimilasi tanaman

C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2. Sehingga, dengan

meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4

dalam hal pemanfaatan CO2 yang berlebihan. Contoh tanaman C3 antara lain :

kedele, kacang tanah, kentang, sedangkan contoh tanaman C4 adalah : jagung,

sorgum dan tebu.

Fotosintesis| 17

Sintesis Tipe Tanaman C3, C4, dan CAM, yaitu:

a. Sintesis C3

Sintesis C3 diawali dengan fiksasi CO2, yaitu menggabungkan CO2

dengan sebuah molekul akseptor karbon. Akan tetapi didalam sintesis C3, CO2

difiksasi ke gula berkarbon 5, yaitu ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim

karboksilase RuBP (rubisko). Molekul berkarbon 6 yang berbentuk tidak stabil

dan segera terpisah menjadi 2 molekul fosfogliserat (PGA). Molekul PGA

merupakan karbohidrat stabil berkarbon 3 yang pertama kali terbentuk sehingga

cara tersebut dinamakan sintesis C3.

Molekul PGA bukan molekul berenergi tinggi. Dua molekul PGA

mengandung energy yang lebih kecil dibandingkan dengan satu molekul RuBP.

Hal tersebut menjelaskan alasan fiksasi CO2 berlangsung secara spontan dan tidak

memerlukan energy dari reaksi cahaya. Untuk mensintesis molekul berenergi

tinggi, energy dan electron dari ATP maupun NADPH hasil reaksi terang

digunakan untuk mereduksi tiap PGA menjadi fosfogliseraldehida (PGAL). Dua

molekul PGAL dapat membentuk satu glukosa. Siklus Calvin telah lengkap bila

pembentukan glukosa disertai dengan generasi RuBP. Satu molekul CO2 yang

tercampur menjadi enam molekul CO2. Ketika enam molekul CO2 bergabung

dengan enam molekul RuBP dihasilkan satu glukosa dan enam RuBP sehingga

siklus dapat dimulai lagi. Contoh tanaman: legum (polong-polongan), gandum,

padi.

b. Sintesis C4

Pada jenis tumbuhan yang hidup di daerah panas seperti jagung, tebu,

rumput-rumputan, memiliki kebiasaan saat siang hari mereka tidak membuka

stomatanya secara penuh untuk mengurangi kehilangan air melalui

evaporasi/transpirasi. Ini berakibat terjadinya penurunan jumlah CO2 yang masuk

ke stomata. Logikanya hal ini menghambat laju fotosintesis. Ternyata para

tumbuhan ini telah mengembangkan cara yang cerdas untuk menjaga agar laju

fotosintesis tetap normal meskipun stomata tidak membuka penuh.

Perbedaan tanaman C3 dan C4 adalah ada pada mekanisme fiksasi CO2.

Pada tumbuhan C-4 karbondioksida pertamakali akan diikat oleh senyawa yang

Fotosintesis| 18

disebut PEP (phosphoenolphyruvate / fosfoenolpiruvat) dengan bantuan enzim

PEP karboksilase dan membentuk oksaloasetat, suatu senyawa 4-C. Itu sebabnya

kelompok tumbuhan ini disebut tumbuhan C-4 atau C-4 pathway. PEP dibentuk

dari piruvat dengan bantuan enzim piruvat fosfat dikinase. Berbeda dengan

rubisco, PEP sangat lemah berikatan dengan O2. Ini berarti bisa menekan

terjadinya fotorespirasi sekaligus mampu menangkap lebih banyak CO2 sehingga

bisa meningkatkan laju produksi glukosa. Pengikatan CO2 oleh PEP tersebut

berlangsung di sel-sel mesofil (daging daun). Oksaloasetat yang terbentuk

kemudian akan direduksi karena menerima H+ dari NADH dan berubah menjadi

malat, kemudian ditransfer menuju ke sel seludang pembuluh (bundle sheath

cells) melalui plasmodesmata. Sel-sel seludang pembuluh adalah kelompok sel

yang mengelilingi jaringan pengangkut xilem dan floem.

Di dalam sel-sel seludang pembuluh malat akan dipecah kembali menjadi

CO2 yang langsung memasuki siklus Calvin-Benson, dan piruvat dikembalikan

lagi ke sel-sel mesofil. Hasil dari siklus Calvin-Benson adalah molekul glukosa

yang kemudian ditranspor melalui pembuluh floem.

Dari uraian di atas kita tahu bahwa fiksasi CO2 pada tumbuhan C-4

berlangsung dalam dua langkah.

1. CO2 diikat oleh PEP menjadi oksaloasetat dan berlangsung di sel-sel

mesofil.

2. CO2 diikat oleh rubisco menjadi APG di sel seludang pembuluh.

Ini menyebabkan energi yang digunakan untuk fiksasi CO2 lebih besar,

memerlukan 30 molekul ATP untuk pembentukan satu molekul glukosa.

Sedangkan pada tumbuhan C-3 hanya memerlukan 18 molekul ATP. Namun

demikian besarnya kebutuhan ATP untuk fiksasi CO2 pada tumbuhan C-4

sebanding dengan besarnya hasil produksi glukosa karena dengan cara tersebut

mampu menekan terjadinya fotorespirasi yang menyebabkan pengurangan

pembentukan glukosa. Itu sebabnya kelompok tumbuhan C-4 dikenal efektif

dalam fotosintesis.

Fotosintesis| 19

c. Sintesis CAM

Tumbuhan lain yang tergolong sukulen (penyimpan air) misalnya kaktus

dan nanas memiliki adaptasi fotosintesis yang berbeda lagi. Tidak seperti

tumbuhan umumnya, kelompok tumbuhan ini membuka stomata pada malam hari

dan menutup pada siang hari. Stomata yang menutup pada siang hari membuat

tumbuhan mampu menekan penguapan sehingga menghemat air, tetapi mencegah

masuknya CO2.

Saat stomata terbuka pada malam hari, CO2 di sitoplasma sel-sel mesofil

akan diikat oleh PEP dengan bantuan enzim PEP karboksilase sehingga terbentuk

oksaloasetat kemudian diubah menjadi malat (persis seperti tumbuhan C-4).

Selanjutnya malat yang terbentuk disimpan dalam vakuola sel mesofil hingga pagi

hari. Pada siang hari saat reaksi terang menyediakan ATP dan NADPH untuk

siklus Calvin-Benson, malat dipecah lagi menjadi CO2 dan piruvat. CO2 masuk ke

siklus Calvin-Benson di stroma kloroplas, sedangkan piruvat akan digunakan

untuk membentuk kembali PEP.

2.6 Manfaat Fotosintesis Bagi Tumbuhan dan Kehidupan

a. Bagi Tumbuhan

Zat gula hasil fotosintesis akan digunakan untuk berbagai kepentingan tubuh

tumbuhan. Sebagian zat gula akan dirombak untuk menghasilkan energi. Energi

sangat dibutuhkan untuk berbagai aktivitas tubuh. Sebagian akan digunakan untuk

membangun atau membentuk tubuh tumbuhan. Tumbuhan butuh tumbuh,

berkembang, membentuk anakan atau bertunas, membentuk bunga, buah, biji,

dsb. Sebagian akan dijadikan bahan baku untuk menyusun zat-zat penting lain

yang dibutuhkan. Misalnya, protein, lemak dan vitamin. Sebagian yang lain akan

ditimbun dalam jaringan penimbunan, misalnya dalam bentuk ubi, umbi, buah dan

biji.

b. Bagi kehidupan

Salah satu manfaat fotosintesis selain untuk tumbuhan melakukan

metabolisme adalah yaitu fotosintesis mengilhami para peneliti untuk membuat

sel surya yang menghadapi sistem fotosintesis tersebut.

Fotosintesis| 20

Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu

mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut

sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya

matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan

listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui

sistem solar thermal.

Cara Kerja Sel Surya

Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu

junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari

ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.

Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)  sedangkan

semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur

atomnya.  Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan

mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan

material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk

mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi

dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.

Gambar 10. Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n

(kelebihan elektron).

Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga

elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik.

Fotosintesis| 21

Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan

bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif

pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada  semikonduktor

tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang

mana  ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan

mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang

selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju

kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar

dibawah.

Gambar 11. Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction.

Fotosintesis| 22

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari makalah ini, dapat disimpulkan beberapa hal :

1. Fotosintesis menggunakan energi matahari untuk menyusun zat gula

sederhana. Zat gula disusun dari bahan dasar yaitu berupa H2O dan CO2.

Fotosintesis menghasilkan bahan sisa berupa O2 dan H2O.

2. Fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh tumbuhan dan beberapa jenis

bakteri. Fotosintesis menyusun zat gula dari air dan karbon dioksida (CO2),

sehingga sering disebut pula asimilasi karbon.

3. Fotosintesis merupakan aktivitas kompleks, dipengaruhi oleh banyak

faktor, baik faktor internal maupun eksternal.

Faktor internal menyangkut kondisi jaringan/organ fotosintetik, kandungan

klorofil, umur jaringan, aktivitas fisiologi yang lain seperti transpirasi,

respirasi dan adaptasi fisiologis.

Faktor eksternal meliputi faktor klimatik seperti suhu, kelembaban,

kecepatan angin, hujan, dan juga faktor cahaya, konsentrasi CO2, O2,

kompetitor, dan organisme pathogen.

4. Fotosintesis terjadi didaun pada organel kloroplas yaitu dibagian tilakoid

dengan bantuan klorofil.

5. Proses fotosintesis dibagi menjadi dua bagian, yaitu :

Reaksi terang adalah reaksi yang terjadi dengan proses penangkapan

energi surya atau proses-proses yang bergantung langsung pada

keberadaan cahaya.

Reaksi gelap adalah proses-proses yang tidak bergantung langsung pada

keberadaan cahaya.

6. Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok

besar, yaitu C3, C4, dan CAM (crassulacean acid metabolism). Tumbuhan

C4 dan CAM lebih adaptif di daerah panas dan kering dibandingkan

Fotosintesis| 23

dengan tumbuhan C3. Namun tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi

kandungan CO2 atmosfer tinggi.

7. Manfaat fotosintesis bagi tumbuhan dan kehidupan:

Bagi Tumbuhan, Sebagian zat gula akan dirombak untuk menghasilkan

energi. Energi sangat dibutuhkan untuk berbagai aktivitas tubuh

Bagi kehidupan, Salah satu manfaat fotosintesis selain untuk tumbuhan

melakukan metabolisme adalah yaitu membuat sel surya yang menghadapi

sistem fotosintesis.

3.2 Saran

Saran yang dapat disampaikan:

1. Dengan memahami pelajaran ini, kita dapat menghindari dampak buruk

terhadap proses pengendapan bencana lingkungan atau ekologi.

2. Dapat belajar untuk mengendalikan fotosintesis, dan dengan demikian

meningkatkan produksi pangan, serat, dan energi.

3. Memahami proses alam, yang telah dikembangkan oleh tanaman juga akan

memungkinkan kita untuk mengunakan kimia dasar dan fisika dari

fotosintesis untuk keperluan lain seperti konversi energi surya dan

pengembangan obat-obatan.

Fotosintesis| 24

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. ______. Last Mitokondria. (PdF)

Septina, welman. 2013. Sel Surya, Struktur dan Cara Kerja.

http://teknologisurya.wordpress.com/dasar-teknologi-sel-surya/prinsi

p-kerja-sel-surya/ (Online). Diakses tanggal 23 Februari 2013.

Suyitno. _______. Pengayaan Materi Fotosintesis Bagi Siswa SMA.(Pdf).

Suyitno. _______. Faktor-Faktor Fotosintesis. (Pdf)

Fotosintesis| 25