Fotosintesis?

1.      Syarat terjadinya Fotosintesis

Jawab :

1.      Adanya CO2 dan H2O. CO2 diambil dari udara, sedangkan H2O diambil dari dalam tanah. CO2 masuk ke dalam daun melalui stomata (mulut daun) sedangkan H2O sampai di daun melalui proses pengangkutan

2.     Peristiwa fotosintesis berlangsung pada bagian tubuh tumbuhan yang mengandung klorofil (zat hijau daun), umumnya terjadi pada bagian daun, namun memungkinkan pada bagian yang lain seperti pada batang (terjadi pada tanaman kaktus, daunnya berbentuk seperti jarum sedangkan batangnya banyak mengandung klorofil, sehingga batang berperan dalam peristiwa fotosintesis)

3.     Adanya sumber energi, yaitu energi cahaya matahari, manfaatnya adalah untuk membentuk molekul kompleks (amilum) dari molekul sederhana (CO2 dan H2O).

Atau dengan singkatnya :

Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis:

Ø  Faktor Dalam

o   Klorofil

o   Protoplasma

o   Resistensi/hambatan daun (kutikula)

o   Aktivitas enzim fotosintesis

o   Struktur daun (luas daun)

o   Kedudukan daun (kapasitas sinar yang diserap)

o   Umur daun (jumlah klorofil berbeda)

Ø  Faktor Luar

o   Ketersediaan CO₂

o   Cahaya matahari/sinar (intensitas, gelombang, warna)

o   Temperatur

o   Air (turgiditas sel)

o   Oksigen (O₂ menghambat asimilasi CO₂)

2.     Jelaskan proses yang terjadi, zat yang dihasilkan, dan tempat terjadinya :

a.     Fotosintesis fase terang

b.     Fotosintesis fase gelap

Jawab :

Reaksi	Tempat	Melibatkan	Proses	Hasil
Terang	Grana	Cahaya Klorofil ADP H2O NADP	- Fotolisis - Fotokimia - Transfer e- (reaksi Hill) *Siklik : ATP *Non Siklik : ATP, NADP.H2, O2	ATP NADP.H2 O2
Gelap	Stroma	CO2 RuBP/RDP NADP.H2 ATP	- Fiksasi - Siklus Calvin	C6H12O6

a.    Reaksi Terang (Light-Dependent Reaction)

Reaksi terang terjadi dalam membran tilakoid yang di dalamnya terdapat pigmen klorofil a, klorofil b, dan pigmen tambahan yaitu karoten. Pigmen-pigmen ini menyerap cahaya ungu, biru, dan merah lebih baik daripada warna cahaya lain.

Reaksi terang merupakan reaksi penangkapan energi cahaya. Energi cahaya yang diserap oleh membran tilakoid akan menaikkan elektron berenergi rendah yang berasal dari H2O. Elektron-elektron bergerak dari klorofil a menuju sistem transpor elektron yang menghasilkan ATP (dari ADP + P).

Elektron-elektron berenergi ini juga ditangkap oleh NADP+. Setelah menerima elektron, NADP+ segera berubah menjadi NADPH. Molekul-molekul ini (ATP dan NADPH) menyimpan energi untuk sementara waktu dalam bentuk elektron berenergi yang akan digunakan untuk mereduksi CO2. Reaksi terang melibatkan dua jenis fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Apakah sebenarnya fotosistem itu?

Telah dijelaskan bahwa dalam tilakoid terdapat beberapa pigmen yang berfungsi menyerap energi cahaya. Pigmen-pigmen itu antara lain klorofil a, klorofil b, dan pigmen tambahan karotenoid. Setiap jenis pigmen menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu.

Molekul klorofil dan pigmen asesori (tambahan) membentuk satu kesatuan unit sistem yang  dinamakan fotosistem. Setiap fotosistem menangkap cahaya dan memindahkan energi yang dihasilkan ke pusat reaksi, yaitu suatu kompleks klorofil dan protein-protein yang berperan langsung dalam fotosintesis.

Fotosistem I terdiri atas klorofil a dan pigmen tambahan yang menyerap kuat energi cahaya dengan panjang gelombang 700 nm sehingga sering disebut P700. Sementara itu, fotosistem II tersusun atas klorofil a yang menyerap kuat energi cahaya dengan panjang gelombang 680 nm sehingga sering disebut P680.

Ketika suatu molekul pigmen menyerap energi cahaya, energi itu dilewatkan dari suatu molekul pigmen ke molekul pigmen lainnya hingga mencapai pusat reaksi. Setelah energi sampai di P700 atau di P680 pada pusat reaksi, sebuah elektron kemudian dilepaskan menuju tingkat energi lebih tinggi.

Elektron berenergi ini akan disumbangkan ke akseptor elektron. Dalam reaksi terang, terdapat 2 jalur perjalanan elektron, yaitu jalur elektron siklik dan jalur elektron nonsiklik.

1) Jalur elektron siklik
Jalur elektron siklik dimulai setelah kompleks pigmen fotosistem I menyerap energi matahari. Pada jalur ini, elektron berenergi tinggi (e-) meninggalkan pusat reaksi fotosistem I, tetapi akhirnya elektron itu kembali lagi.

Elektron berenergi (e-) meninggalkan fotosistem I (pusat reaksi klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron kemudian melewatkannya dalam sistem transpor elektron sebelum kembali ke fotosistem I. Jalur elektron siklik hanya menghasilkan ATP.

Namun, sebelum kembali ke fotosistem I, elektron-elektron itu memasuki sistem transpor elektron, yaitu suatu rangkaian protein pembawa yang mengalirkan elektron dari satu protein pembawa ke protein pembawa berikutnya. Ketika elektron melalui protein pembawa ke protein pembawa berikutnya, energi yang akan digunakan untuk membentuk ATP dilepaskan dan disimpan dalam bentuk gradien hidrogen (H+). Saat ion hidrogen ini melalui gradien elektrokimia melalui kompleks ATPsintase, terjadilah pembentukan ATP.

ATP terbentuk karena adanya penambahan gugus fosfat pada senyawa ADP yang diatur oleh energi cahaya sehingga prosesnya disebut fotofosforilasi.

Pembentukan ATP terjadi melalui rute transpor elektron siklis maka disebut juga fotofosforilasi siklis.

2) Jalur elektron nonsiklik

Reaksi ini dimulai ketika kompleks pigmen fotosistem II (P 680) menyerap energi cahaya dan elektron berenergi tinggi meninggalkan molekul pusat reaksi (klorofil a). Fotosistem II mengambil elektron dari hasil penguraian air (fotolisis) dan menghasilkan oksigen melalui reaksi berikut.

Oksigen dilepaskan oleh kloroplas sebagai gas oksigen. Sementara itu, ion hidrogen (H+) untuk sementara waktu tinggal di ruang tilakoid.

Elektron-elektron berenergi tinggi yang meninggalkan fotosistem II ditangkap oleh akseptor elektron dan mengirimnya ke sistem transpor elektron. Elektron-elektron ini melewati satu pembawa ke pembawa lainnya dan energi untuk pembentukan ATP dikeluarkan dan disimpan dalam bentuk gradien hidrogen (H+). Ketika ion-ion hidrogen melewati gradien elektrokimia serta kompleks sintase ATP, terbentuklah ATP secara kemiosmosis.

Sementara itu, elektron-elektron berenergi rendah meninggalkan sistem transpor elektron menuju fotosistem I. Ketika fotosistem I menyerap energi cahaya, elektron-elektron berenergi tinggi meninggalkan pusat reaksi (klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron. Selanjutnya, sistem transpor elektron membawa elektron-elektron ini ke NADP+. Setelah itu, NADP+ mengikat ion H+ terjadilah NADPH2, seperti reaksi berikut.

Dengan demikian jalur elektron nonsiklis menghasilkan ATP dan NADPH2. NADPH2 dan ATP yang dihasilkan dalam elektron nonsiklik akan digunakan dalam reaksi tahap kedua (reaksi gelap) sintesis karbohidrat.

b. Reaksi Gelap (Light-Independent Reaction)

Reaksi gelap merupakan reaksi tahap kedua dari fotosintesis. Disebut reaksi gelap karena reaksi ini tidak memerlukan cahaya. Reaksi gelap terjadi di dalam stroma kloroplas.
Reaksi gelap pertama kali ditemukan oleh Malvin Calvin dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi gelap fotosintesis sering disebut siklus Calvin-Benson atau siklus Calvin. Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap, yaitu fase fiksasi, fase reduksi, dan fase regenerasi.

Pada fase fiksasi terjadi penambatan CO2 oleh ribulose bifosfat (Ribulose biphosphat = RuBP) menjadi 3-fosfogliserat (3- phosphoglycerate = PGA). Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ribulose bifosfat karboksilase (Rubisco).

Pada fase reduksi diperlukan ATP dan ion H+ dari NADPH2 untuk mereduksi 3-fosfogliserat (PGA) menjadi 1,3-bifosfogliserat (PGAP) kemudian membentuk fosfogliseraldehid (glyceraldehyde-3-phosphat = PGAL atau G3P = glukosa 3-fosfat).

Pada fase regenerasi, terjadi pembentukan kembali RuBP dari PGAL atau G3P. Dengan terbentuknya RuBP, penambatan CO2 kembali berlangsung.

Secara ringkas reaksi gelap atau siklus Calvin dijelaskan dalam skema berikut.

Kapan glukosa terbentuk? Setiap 6 atom karbon yang memasuki siklus Calvin sebagai CO2, 6 atom karbon meninggalkan siklus sebagai 2 molekul PGAL atau G3P, kemudian digunakan dalam sintesis glukosa atau karbohidrat lain (perhatikan kembali siklus Calvin di atas).

Reaksi endergonik antara 2 molekul G3P atau PGAL menghasilkan glukosa atau fruktosa. Pada beberapa tumbuhan, glukosa dan fruktosa bergabung membentuk sukrosa atau gula. Pada umumnya, Sukrosa dapat dipanen dari tanaman tebu atau bit. Selain itu, sel tumbuhan juga menggunakan glukosa untuk membentuk amilum atau selulosa.

Berdasarkan tipe pengikatan terhadap CO2 selama proses fotosintesis terdapat tiga jenis tumbuhan, yaitu tanaman C3, tanaman C4, dan tanaman CAM.

3.   Sebutkan tokoh (3) yang menyelidiki tentang proses fotosintesis + hasil + proses + alat.

Jawab :

Ø  Ingenhouze  (menggunakan Hydrilla) = membuktikan fotosintesis  mengeluarkan O₂.

Pada tahun 1779, seorang dokter berkebangsaan Inggris bernama Jan Ingenhousz berhasil membuktikan bahwa proses fotosintesis menghasilkan oksigen (O2). la melakukan percobaan dengan tumbuhan air Hydrilla verticillata di bawah corong kaca bening terbalik yang dimasukkan ke dalam gelas kimia berisi air. Jika Hydrilla verticillata terkena cahaya matahari, maka akan timbul gelembung-gelembung gas yang akhirnya mengumpul di dasar tabung reaksi. Ternyata gas tersebut adalah oksigen. Beliau juga membuktikan bahwa cahaya berperan penting dalam proses fotosintesis dan hanya tumbuhan hijau yang dapat melepaskan oksigen.

Ø  Engelmann (menggunakan Spirogyra dan bakter) = membuktikan fotosintesis membutuhkan cahaya, klorofil, dan menghasilkan O₂.

Pada tahun 1822 Engelmann berhasil membuktikan bahwa klorofil merupakan faktor yang harus ada dalam proses fotosintesis. la melakukan percobaan dengan ganggang hijau Spirogyra yang kloroplasnya berbentuk pita melingkar seperti spiral. Dalam percobaan tersebut ia mengamati bahwa hanya kloroplas yang terkena cahaya mataharilah yang mengeluarkan oksigen. Hal itu terbukti dari banyaknya bakteri aerob yang bergerombol di sekitar kloroplas yang terkena cahaya matahari.

Ø  Sachs  (Uji Yodium) = Membuktikan fotosintesis menghasilkan amilum.

Pada tahun 1860, Sachs membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan amilum. Dalam percobaannya tersebut ia menggunakan daun  segar  yang sebagian dibungkus dengan kertas timah. Kemudian, daun tersebut direbus, dimasukkan ke dalam alkohol dan ditetesi dengan iodium.Ia menyimpulkan bahwa warna biru kehitaman pada daun yang tidak ditutupi kertas timah menandakan adanya amilum. Pada uji Sachs ini bertujuan melakukan uji apakah tanpa cahaya daun tidak berfotosintesis. Percobaan ini berdasar pada ciri hidup yang hanya dimiliki oleh tumbuhan hijau yaitu kemampuan dalam menggunakan karbondioksida dari udara untuk diubah menjadi bahan organik serta direspirasikan /dessimilasi.

Bahan organik dalam tubuhnya sehingga zat organik itu bisa digunakan untuk aktivitas makhluk hidup.Berdasarkan percobaan yang dihasilkan diperoleh bahwa bagian daun yang di tutupi oleh kertas amilum tidak berubah warna ( hijau pucat) setelah ditetesi oleh lugol. Sedangkan daun yang tidak ditutupi mengalami perubahan warna menjadi hitam, hal tersebut terjadi karena pada daun yang ditutupi kertas alumunium, mengalamai pembelokan cahaya,sehingga fotosintetis tidak dapat berlangsung, akibat dari tidak tersedianya bahan bakar untuk melakukan fotosintetis. Beda halnya dengan bagian daun yang tidak ditutupi kertas alumunium, pada bagian tersebut tetap berlangsung proses fotosintetis, sehingga saat ditetesi lugol daun tersebut bereaksi dan mengalami perubahan warna, yang membuktikan bahwa adanya kandungan amilum, pada saat peroses fotosintesis berlangsung.