Fotosintesis ( Ringkasan materi )

      

1)   Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses penyusunan atau pembentukan  senyawa kompleks dengan menggunakan energi cahaya atau foton.

Proses fotosintesis menggunakan spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, inframerah dan ultraungu tidak di gunakan dalam fotosintesis.

Fotosintesis  menghasilkan karbohidrat dan oksigen.

Untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengukur volume oksigen yang di keluarkan dari  tumbuhan.

a.    Pigmen fotosintesis.

Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik.

Kloroplas terdiri atas membran ganda yang melingkupi ruang yang berisi cairan yang di sebut stroma. Sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang di sebut kantung tilakoid. Kantung-kantung tilakoid tersebut dapat berlapis-lapis dan membentuk grana.

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pembentukan klorofil antara lain:

1.   Gen : bila gen untuk klorofil tidak ada maka tanaman tidak akan memiliki klorofil.

2. Cahaya : beberapa tanaman dalam pembentukan klorofil memerlukan cahaya, maka tanaman lain tidak memerlukan cahaya.

3.  Unsur N, Mg, Fe : merupakan unsur-unsur  pembentuk dan  katalis dalam sintesis klorofil.

4.    Air : bila kekurangan air  akan terjadi desintegrasi  klorofil.

b.    Proses Fotosintesis

Proses fotosintesis terjadi di dalam kloroplas dengan dua tahap reaksi,yaitu:

1.  Reaksi terang.

Reaksi terang ini bergantung kepada cahaya, berlangsung pada  membrane Tilakoid

Tahapan-tahapan reaksi terang adalah sebagai berikut:

a.    Pigmen fotosintesis menyerap energi cahaya dan melepaskan elektron yang       akan masuk ke sistem transpor elektron.

b.    Molekul air pecah. ATP dan NADPH terbentuk. Oksigen dilepaskan.

c. Pigmen fotosintesis yang melepaskan elektron menerima kembali elektron pengganti.

FOTOSISTEM ( PHOTOSYSTEM)

 •Ada dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi
•Pusat reaksi yang sekaligus sebagai akseptor foton itu disebut fotosistem 
•Fotosistem yang ada kemudian dikenal dengan fotosistem II dan fotosistem I.
•Fotosistem I dan II ini mempunyai karakter  bisa sebagai sistem pembawa elektron terdapat perangkat komplek protein pembentuk ATP berupa enzim ATP sintase.dan sistem reseptor cahaya (antena) penangkap cahaya / foton 
•Fotosistem I antenanya mampu menangkap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm   dan PSII antenanya mampu menangkap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm

FOTOSISTEM I
•Fotosistem  I mampu menangkap dengan baik foton dengan panjang gelombang 700 nanometer yang kemudian disebut P = 700 ( P= Photosistem), tidak terlibat pada proses pelepasan O2.
•Fotosistem-I merupakan suatu partikel yang disusun sekitar 200 molekul Klorofil-a, 50 molekul Klorofil-b, 50-200 karotenoid, dan 1 molekul penerima energi matahari yang disebut dengan P700.
•Energi matahari (foton) yang ditangkap oleh pigmen, dipindahkan melalui beberapa molekul pigmen, yang akhirnya diterima oleh P700
•Fotosistem I ini menghasilkan ATP saja

FOTOSISTEM II
•Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, yang kemudian dikenal dengan P 680

•Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II(P.680)
•Fotosistem II melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron.
•Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi  yang menghasilkan ATP , satuan pertukaran energi dalam sel.

•Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti.
•Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil.
•Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen.
•Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari fotolisis air, bukan dari karbon dioksida
•Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH

Jadi Kesimpulan yang didapat dari data 
1.Photosistem I (P 700) menhasilkan ATP , Photosistem 1 ini bersifat siklik
2.Phoyosistem II (P 680) menghasilkan Oksigen dan NADPH2 , non sikllik
  

2.  Reaksi gelap.
a.  Reaksi gelap terjadi pada stroma kloroplas.
b.  Reaksi yang bisa berlangsung dalam keadaan gelap, karena enzim-enzim untuk fiksasi CO₂ pada stroma kloroplas tidak memerlukan cahaya tetapi membutuhkan ATP dan NADPH yang dihasilkan dari reaksi terang.
c.  Menggunakan daur Calvin (daur reduksi karbon, daur C-3) yang terdiri atas tiga fase utama, yaitu: 
1·Fase fiksasi atau karboksilasi, yaitu penambahan CO₂ ke RibuloseBiphosphat (RuBP) membentuk dua molekul asam Phospho Gliserat (APG), dengan bantuan enzim karboksilase
  setiap  1 molekul CO₂  fiksasi Ribulose Biphosphat (RuBP) menghasilkan
   2 molekul PGAL
2.Fase reduksi, adalah perubahan gugus karboksil dalam PGA menjadi gugus aldehid dalam PGAL (Phospho Gliserat Aldehid).  
3. Fase regenerasi adalah pembentukan kembali RuBP yang di perlukan untuk bereaksi denagn CO₂ kembali, yang berdifusi ke dalam daun melalui membran.
untuk membentuk 1 molekul glukosa dibutuhkan 2 molekul PGAL

gambar Siklus Calvin

   

                           

Ringkasan: Reaksi terang: 2 H2O→  2 NADPH2 + O2 Reaksi gelap : CO2 + 2 NADPH2 + O2 →  NADP+H2+CO+O+H2+O2 Atau 2 H2O + CO2 → C H2O + O2 Atau       12  H2O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6 O2

Reaksi gelap pada Tumbuhan C4

Tumbuhan C4 memfiksasi karbon dengan membentuk senyawa berkarbon empat sebagai produknya.  Tergolong tumbuhan C4 yang penting dalam pertanian adalah tebu, jagung, dan famili rumput.  Dalam tumbuhan C4 terdapat dua jenis sel fotosintetik : sel seludang-berkas pembuluh dan sel mesofil.

Sel seludang berkas pembuluh tersusun menjadi kemasan yang padat di sekitar berkas pembuluh. Di antara seludang-berkas pembuluh dan epidermis daun terdapat sel mesofil.  Siklus Calvin terbatas pada kloroplas seludang-berkas pembuluh.  Siklus ini didahului oleh masuknya CO₂ ke dalam senyawa organik dalam mesofil.

     Tahap pertama adalah penambahan CO₂ pada fosfoenolpiruvat (PEP) untuk membentuk oksaloasetat (memiliki empat karbon).  Enzim PEP karboksilase menambahkan CO₂ pada PEP.   Setelah memfiksasi CO₂, sel mesofil mengirim keluar produk berkarbon empat ke sel seludang-berkas pembuluh melalui plasmodesmata.  Dalam seludang-berkas pembuluh, senyawa berkarbon empat melepaskan CO₂ yang diasimilasi ulang ke dalam materi organik oleh rubisko dan siklus Calvin.

 Tumbuhan CAM

   (Crassulation Acid Metabolism Plants)
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)      Kemosintesis

Bakteri yang tidak memiliki klorofil dapat mengadakan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia, misalnya: bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri besi dan lain-lain.

Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu.

·      Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe²⁺ (ferro) menjadi Fe³⁺ (ferri).

·      Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara  mengoksidasi NH₃, tepatnya Amonium Karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi:

Nitrosomonas (NH4)2CO3 + 3 O2  ─>  2 HNO2 + CO2          Nitrosococcus + 3H2O + Energi