04/21/23 1
• Definisi
• Beberapa konsep dalam fotosintesis
• Reaksi terang fotosintesis (reaksi thylakoid)
• Reaksi karbon fotosintesis (reaksi fiksasi karbon)
FOTOSINTESIS(pada tanaman tingkat tinggi)
04/21/23 2
Definisi
• Fotosintesis adalah sebuah proses perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dalam
bentuk ATP dan disimpan sebagai ikatan kimia karbohidrat
• Produk utama proses fotosintesis adalah sebuah polimer gula 6 karbon (biasanya dalam
bentuk sukrosa atau pati)
• 6CO2 + 6 H20 6O2 + C6H12O6
04/21/23 4
• Cahaya memiliki sifat baik sebagai sebuah partikel maupun sebuah gelombang
• Gelombang dicirikan oleh panjang gelombang () dan frekuensi ()
Beberapa konsep dalam fotosintesis
04/21/23 6
• Sebagai sebuah partikel, cahaya disebut foton
• Setiap foton mengandung sejumlah energi yang disebut quantum
• Besarnya energi dari sebuah foton tergantung pada frekuensinya (Hk Planck)
04/21/23 7
Hukum Planck:
• = h
• = h c/
• dimana : h = konstanta Planck (6,626 x 10 –34 Js)
• Sehingga, energi sebuah foton berbanding terbalik dengan panjang
gelombangnya
04/21/23 8
• Ketika klorofil a (atau sembarang molekul) menyerap cahaya, energi cahaya
yang diserap menaikkan e- ke tingkat energi yang lebih tinggi (excited state)
• Chl + h Chl*
04/21/23 12
• Merupakan tempat berlangsungnya fotosintesis
• Terbungkus oleh dua lapis membran (luar dan dalam)
• Tersusun atas membran internal (yang disebut thylakoid) dan stroma
04/21/23 13
• Membran thylakoid terdiri dari lamela grana (bertumpuk) dan lamela stroma (tidak bertumpuk)
• Klorofil terletak di membran thylakoid, sehingga reaksi terang fotosintesis berlangsung di membran thylakoid
04/21/23 14
• Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh ensim-ensim yang larut dalam air,
berlangsung di stroma
• Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid
04/21/23 16
• Klorofil merupakan pigmen utama dalam fotosintesis, dan berperan sebagai
penangkap cahaya.
• Semua pigmen yang aktif dalam fotosintesis, terletak di dalam kloroplas
04/21/23 17
• Klorofil tersusun atas sebuah cincin seperti phorphyrin dengan inti Mg, dan
sebuah ekor panjang yang berfungsi untuk melekatkan diri pada
lingkungannya
04/21/23 19
1. Penyerapan cahaya
2H2O O2 + 4H+ +4 e-
2. Transport elektron
2H2O + 2NADP+ 2H+ + 2 NADPH + O2
cahaya
cahaya
Proses fotosintesis
04/21/23 21
• Fotosintesis terjadi dalam sebuah kompleks yang terdiri dari antena-antena penangkap cahaya dan pusat-pusat reaksi
fotokimia
04/21/23 22Antena
Pusat reaksi
Cahaya
Transfer eksitasi
Transfer elektron
Molekul pigmen Acceptor e -
Donor e -
04/21/23 24
Organisme yang melepaskan oksigen (melalui fotosintesis) memiliki dua
fotosistem (II & I) yang bekerja secara berturutan yang dikenal sebagai skema Z
(zigzag)
04/21/23 28
• PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2 di lumen thylakoid; serta
menghasilkan reduktan lemah
• P680* merupakan oksidan biologi paling kuat yang pernah ditemukan
04/21/23 29
• PSI yang menyerap cahaya merah panjang (700 nm) mengasilkan reduktan
kuat, yang mampu mereduksi NADP + menjadi NADPH di membran dekat
stroma; dan menghasilkan pula oksidan lemah
04/21/23 30
• ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen ke
stroma
• Perbandingan antara PSII dan PSI secara umum adalah 1,5 : 1
04/21/23 31
Organisasi Dalam Membran Thylakoid
• Pusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan antena klorofil dan
protein-protein yang berperan dalam transport elektron, terletak terutama di
lamela grana
04/21/23 32
• Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan antena klorofil dan
protein-protein yang berperan dalam transport elektron; dan ensim-ensim untuk sintesis ATP (coupling factor
enzymes) terletak terutama di lamela stroma dan di sudut-sudut lamela grana
04/21/23 35
Organisasi Sistem Antena Penyerap Cahaya
• Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena
• Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena
• Ukuran antena: 200-300 chl/rc di tanaman tingkat tinggi
04/21/23 36
• Mekanisme transfer energi dari chl ke rc adalah transfer resonansi, dimana
energi eksitasi dipindahkan oleh proses non radiasi
• effisiensi transfer energi 95 - 99 %
04/21/23 37
Mekanisme Transport Elektron Dan Proton Dalam Fotosintesis
• Reaksi terang fotosinthesis tersusun atas : PSII, sitokrom b6F, PSI dan ATP
synthase.
04/21/23 39
STRUKTUR PSII
• PSII terdiri atas inti pusat reaksi (core reaction centre), antena (dengan beberapa LHC), dan pigment-pigment
tambahan
• Inti pusat reaksi terdiri dari dua buah membran protein (D1 & D2)
04/21/23 40
• Klorofil (klorofil a) pusat reaksi PSII menyerap cahaya maksimal 680 nm
(P680/Pigment 680)
04/21/23 42
• Ketika PSII menyerap sebuah foton dengan panjang gelombang < 680 nm, akan memacu lepasnya elektron dari molekul chl a P680 dan menghasilkan
P680*
04/21/23 43
• P680* merupakan oksidan biologi paling kuat, yang cukup kuat untuk
mengoksidasi air
• Oksigen dioksidasi di dalam PSII melalui fotolisis air
• 2H2O O2 + 4H+ + 4 e-
04/21/23 44
• P680* kemudian akan melepaskan elektronnya, dan diterima oleh
pheophytin
• Pheophytin (Pheo) adalah sebuah klorofil dimana inti Mg disubstitusi dengan 2 atom H, berperan sebagai
akseptor elektron awal di PSII
04/21/23 45
• Kemudian, elektron dipindahkan dari Pheo ke quinon pertama dan segera
dipindahkan ke quinon kedua (untuk ditahan)
• (2 buah plastoquinon terletak sangat berdekatan dengan pheo)
• Pada saat yang bersamaan P680+ mendapatkan e- kembali dari hasil fotolisis
air, melalui Yz
04/21/23 46
• Thyrosin (Yz) berfungsi untuk menghubungkan Oxygen-evolving complex
dengan P680
• Yz terletak pada Protein D1 dari pusat reaksi PSII
04/21/23 47
• Sebuah elekron kedua di pindahkan dari Q1 ke Q2
• Dengan mengambil 2 proton dari media, maka terbentuk hidroquinon (QH2)
04/21/23 48
• Hidroquinon (QH2) kemudian terdisosiasi dan melepaskan elektron-elektronya ke kompleks sitokrom b6f
04/21/23 50
• Cyt b6f terdiri dari cyt b dan cyt c (cyt f/ Rieske Fe-S (FeSR))
• QH2 dioksidasi dekat lumen, kemudian elektron dilepaskan ke FeSR dan ke cyt b,
dan secara simultan melepaskan dua proton ke lumen.
04/21/23 51
• Elektron kemudian di transfer dari FeSR ke cyt f, kemudian ke plastocianin (PC) yang kemudian akan mereduksi
P700+ PSI
• cyt b terduksi, akan mentransfer elektronnya ke cyt b lain, yang kemudian
akan mereduksi quinone (Q) menjadi semiquinone
04/21/23 53
• QH2 kedua, dioksidasi dekat lumen, kemudian ekeltron dilepaskan ke FeSR
dan ke cyt b, dan secara simultan melepaskan dua proton ke lumen.
• Elektron kemudian di transfer dari FeSR ke cyt f, kemudian ke plastocianin (PC) yang kemudian akan mereduksi
P700+ PSI
04/21/23 54
• cyt b tereduksi, akan mentransfer elektronnya ke cyt b lain, yang kemudian
akan mereduksi semiquinone menjadi plastohydroquinone (QH2); pada saat
yang bersamaan mengambil 2 proton dari stroma
04/21/23 56
• Plastocianin adalah protein berukuran kecil (10,5 kDa), yang larut dalam air, mengandung tembaga (Cu), berfungsi
untuk mentransfer elektron dari cyt b6f ke P700
• Bersifat mobil, sehingga menghubungkan kedua buah fotosistem
Plastocianin
04/21/23 57
• Terdiri atas dua buah membran protein ( psaA dan psaB )
• RC (P700) dan sekitar 100 klorofil antena terikat pada membran protein tersebut
• Akseptor elektron terdiri dari 3 macam protein yang terikat membran atau
feredoksin yang mengandung Fe-S; dan disebut Pusat X, A dan B
PSI
04/21/23 58
• Elektron dilepaskan oleh PC dan ditransfer melalui pusat A dan X, untuk kemudian diterima oleh feredoksin (sebuah protein kecil yang mengandung Fe-S; dan larut dalam air)
• Feredoksin-NADP reduktase, yang terikat membran, kemudian merduksi NADP+ menjadi NADPH
04/21/23 59
• Perpindahan elektron dari oksidasi air ke pembentukan NADPH disebut
siklus elektron non-siklik
04/21/23 61
• Pada kondisi tertentu, siklus elektron siklik dari PSI melalui Cyt b6f dan kembali ke P700,
dapat terjadi
• Pada siklus siklik ini juga disertai pompa proton ke dalam lumen, sehingga dapat
berfungsi untuk sintesis ATP dan reduksi NADP+ tanpa oksidasi (fotolisis) air
• Summary
04/21/23 62
Pembentukan ATP
• Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi yang diserap disimpan
dalambentuk NADPH, sebagian lain dari energi photon digunakan untuk
membentuk ATP
• Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi
04/21/23 63
• Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kimoosmotik
• Mekanisme kimoosmotik (chemiosmotic mechanism) didasarkan
pada prinsip: bahwa perbedaan konsentrasi ion dan
potensial elektrik diantara membran, merupakan sumber energi bebas
04/21/23 64
• ATP dibentuk oleh kompleks ensim yang dikenal memiliki beberapa nama: ATP synthase, Coupling-Factor, ATPase,
CFo - CF1
• Ensim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan bagian yang mencuat keluar mebran disebut CF1
04/21/23 65
• CFo membentuk saluran menyeberangi membran, dimana proton mampu
melewatinya
• CF1 merupakan bagian dari kompleks ensim yang membentuk ATP
04/21/23 66
• Karena perbedaan konsentrasi proton antara lumen dan stroma, maka akan timbul sebuah tenaga (proton motive
force)
• Proton motive force akan mengakibatkan terjadinya perpindahan
proton dari lumen melalui CFo dan kemudian akan dilepaskan ke stroma
melalui CF1
04/21/23 67
• Sisi katalisis dari ATP synthase terletak di CF1, dimana pada saat sintesis ATP, sisi
ini akan berputar.
Top Related