Belajar Ilmu Pengetahuan Alam

Uraian Proses Fotosintesis pada Tumbuhan Hijau


Uraian Proses Fotosintesis pada Tumbuhan Hijau - Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Mahakuasa yang telah menciptakan beragam makhluk yang sangat mengesankan, salah satunya ialah tumbuhan. Ya benar, tumbuhan mungkin memang terlihat begitu pasif, namun keberadaan tumbuhan ini menjadi kunci kesuksesan kelangsungan hidup organisme lain, tentunya salah satunya kita, manusia. Tumbuhan menghasilkan buangan yang amat begitu berarti bagi kehidupan organisme aerob, oksigen, suatu zat yang amat penting bagi pembentukkan energi. Selain itu, tumbuhan termasuk organisme yang mampu mengubah senyawa anorganik menjadi senyawa organik untuk memenuhi kebutuhan pangannya. Oleh karena itu tumbuhan dijuluki sebagai organisme autotrof (auto, sendiri; trofik, makanan), yaitu organisme yang mampu membuat makanannya sendiri. Hal-hal tersebut diatas diperoleh tumbuhan dengan melakukan fotosintesis (foto, cahaya; sintesis, membuat), suatu reaksi kimia pembentukan makanan yang dibantu oleh energi cahaya. Bagaimana proses fotosintesis yang amat penting bagi tumbuhan dan juga organisme lainnya, akan dibahas setajam silet dalam artikel ini.

PENGERTIAN FOTOSINTESIS

Istilah fotosintesis berasal dari bahasa yunani, foto yang berarti cahaya, sedangkan sintesis yang berarti penggabungan, pembuatan. Fotosintesis merupakan suatu reaksi metabolisme anabolisme (pembentukan), yaitu penyusunan senyawa kompleks dari senyawa-senyawa yang lebih sederhana. Fotosintesis disebut juga proses asimilasi karbon yaitu pembentukkan senyawa karbon organik kompleks (glukosa) dari senyawa-senyawa karbon anorganik (karbondioksida) yang lebih sederhana.
Glukosa merupakan sumber energi utama bagi makhluk hidup. Organisme lain yang tidak mampu berfotosintesis mengadalkan tumbuhan untuk menyiapkan glukosa dalam rantai makanan. Proses fotosintesis pada tumbuhan hijau menghasilkan glukosa dari reaksi senyawa-senyawa anorganik di dalam tubuh tumbuhan yang terjadi di organ daun. Karbondioksida dan air merupakan senyawa yang sangat dibutuhkan dalam reaksi ini dalam pembentukkan glukosa. Energi cahaya dibutuhkan untuk memulai reaksi dari fotosintesis yang akan dialirkan melalui klorofil. Pada reaksi fotosintesis akan dihasilkan produk samping berupa oksigen yang sebagian besar akan dibuang ke lingkungan. Oksigen dibutuhkan oleh organisme aerob untuk reaksi pembentukkan energi melalui perombakan glukosa di dalam tubuh melalui pernapasan.Maka secara umum reaksi fotosintesis dapat dirumuskan sebagai berikut.




KLOROPLAS

Proses fotosintesis pada tumbuhan berlangsung di daun tepatnya di jaringan parenkin palisade (jaringan tiang). Pada jaringan ini mengandung banyak organel kloroplas, yaitu organel yang menyimpan pigmen berwarna hijau atau klorofil, suatu senyawa kimia yang akan menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia melalui aliran energi yang amat kompleks. Keberadaan klorofil inilah yang mempengaruhi kemampuan suatu organisme untuk melakukan fotosintesis. Pada tumbuhan, klorofil tersimpan dalam kloroplas, yang juga menjadi tempat berlangsungnya proses fotsintesis.

Kloroplas merupakan organel bermembran ganda (membran luar dan membran dalam) dengan sistem endomembran yang tersusun atas membran tilakoid yang memiliki struktur bertumpuk membentuk grana, antar grana dihubungkan oleh lamella, sedangkan cairan kloroplas disebut dengan stroma. Membran tilakoid atau grana dan stroma menjadi tempat fotosintesis di dalam kloroplas.

REAKSI FOTOSINTESIS

Seperti sebelumnya telah dijelaskan diawal, reaksi fotosintesis merupakan reaksi pembentukan glukosa dari bahan-bahan senyawa anorganik sederhana, karbondioksida dan air. Sebenarnya, reaksi fotosintesis yang terjadi di dalam daun (lebih tepatnya di dalam kloroplas) jauh lebih rumit dibanding sebuah persamaan reaksi yang telah dituliskan. Reaksi fotosintesis dibedakan menjadi dua, reaksi terang dan reaksi gelap.

a.                  Reaksi terang (Reaksi Hills)

Reaksi terang atau disebut juga Light Dependent reactions merupakan reaksi yang melibatkan cahaya. Energi cahaya (sebagian besar diperoleh dari matahari) dibutuhkan untuk memulai reaksi ini. Pecutan dari energi cahaya yang akan ditangkap oleh klorofil akan membangkitkan energi pada kompleks antena  (penerima energi) pada bagian membran tilakoid yang merupakan tempat berlangsungnya reaksi ini. Dalam reaksi terang dibutuhkan perangkat penangkap energi cahaya (fotosistem) yang terdiri dari pigmen sebagai pusat penerima energi, akseptor elektron, dan akseptor energi. Pigmen atau zat warna pada daun terdiri atas klorofil a, klorofil b, dan karotenoid (pigmen asesoris). Fotosistem yang tersusun atas klorofil a disebut fotosistem I yang mampu menyerap energi cahaya dengan panjang gelombang 700nm. Sedangkan fotosistem yang klorofil b sebagai pusatnya mampu menyerap energi cahaya dengan panjang gelombang 680nm yang selanjutnya disebut denga fotosistem II.

Pada reaksi terang ini akan dihasilkan sejumlah energi dalam bentuk ATP dan NADPH2 yang akan digunakan dalam reaksi selanjutnya, reaksi gelap. Reaksi pembentukan energi ATP dengan bantuan cahaya ini disebut juga dengan istilah fotofosforilasi yang dibedaka menjadi dua:

1)                  Fotofosforilasi nonsiklik

Pada jalur ini, terjadi aliran elektron pada sistem fotosistem yang terjadi secara linear (tidak balik = non sikik). Air (H2O) yang merupakan bahan pembentuk glukosa, akan digunakan terlebih dahulu pada reaksi ini. Energi cahaya yang dilontarkan oleh sumber cahaya (matahari) akan ditangkap oleh sistem penangkap cahaya (fotosistem) yang akan menimbulkan aliran elektron. Energi cahaya yang dihempaskan oleh sumber cahaya akan diserap oleh fotosistem II, hal tersebut akan membuat elektron pada pusat reaksi fotosistem II menjadi tereksitasi (loncat pada energi yang lebih tinggi dan akan ditangkap oleh akseptor elektron fotosistem II, plastoquinon dan sitokrom. Dengan demikian, akan terjadi kekosongan elektron di pusat reaksi fotosistem II. Kekosongan ini akan diisi dengan elektron hasil pemecahan air (fotolisis air) yang juga akan membebaskan senyawa oksigen ke lingkungan. 

Begitu juga pada Fotosistem I yang mengalami kekosongan elektron akibat kehilangan elektron setelah menyerap energi cahaya. Kekosongan elektron pada fotosistem I akan diisi oleh elektron yang berasal dari fotosistem II. Akseptor elektron akan mengalirkan elektron ke fotosistem I, dan pada saat ini juga akan terbentuk energi dalam bentuk ATP.

Elektron yang berasal dari fotosistem I akan ditangkap oleh akseptor elektron fotosistem I, plastocianin, yang juga akan mengalirkan elektron. Endingnya, elektron ini akan ditangkap oleh akseptor elektron terakhir, NADP+, dan akan membentuk NADPH2, yang merupakan energi non-ATP. Selanjutnya ATP dan NADPH2 ini yang akan ditransfer ke stroma (cairan kloroplas) untuk reaksi gelap sedangkan oksigen akan dibebaskan ke udara.

Secara umum, ringkasan yang terjadi pada fotofosforilasi non siklik ini ialah:

Fotolisis air Fotosistem II(680nm) → ATP → Fotosistem I (700nm) → NADPH2

Hasil samping berupa oksigen
Advertisement

2)                  Fotofosforilasi siklik

Pada reaksi ini hanya melibatkan Fotosistem I saja yang mampu menyerap energi dengan panjang gelombang 700nm. Reaksi ini hanya akan menghasilkan ATP saja, dengan jalan reaksi balik (siklik). Penggunaan ATP pada reaksi gelap jauh lebih banyak dibanding NADPH2, fotofosforilasi non-siklik menghasilkan keduanya dalam jumlah yang sama. Sehingga untuk mencukupi kebutuhan ATP maka akan dilangsungkan jalur ini. Aliran elektron dari fotosistem I akan dibalikkan dengan mengalirkannya ke akseptor elektron Fotosistem II, sitokrom, yang mana, elektron itu akan dibalikkan lagi ke fotosistem I untuk menutupi kekosongan elektron. Ketika aliran elektron balik ke pusat reaksi fotosistem I inilah akan dibentuk ATP pada sistem sitokrom membran. Sehingga ringkasnya, pada jalur ini tidak terjadi pemecahan air, maka dari itu kebutuhan elektron akibat penyerapan energi cahaya akan ditutup dengan elektron yang sama yang akan dialirkan dengan siklus balik. Oleh karena tidak terjadi pemecahan air, maka dalam jalur ini tidak dibebaskan oksigen dan juga NADPH2.

Secara ringkas aliran elektron pada jalur ini ialah:

Fotosistem I → Sitokrom → ATP → Fotosistem I

b.                  Reaksi gelap (siklus Calvin)

Disebut reaksi gelap karena berlangsung tanpa bantuan cahaya (light independent reaction) yang telah diteliti oleh Calvin. Reaksi gelap berlangsung di stroma (cairan kloroplas) merupakan reaksi berputar (siklus). Pada reaksi ini dibutuhkan karbondioksida sebagai bahan untuk pengolahannya. 

Tahapan pada siklus Calvin ada tiga:

1)                  Fiksasi karbon

Pada tahap ini 6 mol karbondioksida (senyawa berkarbon satu ) akan diikat (fiksasi) oleh 6 mol Ribulosa bifosfat (RuBP), merupakan senyawa kimia berkarbon lima yang ada di stroma,  yang akan dibantu enzim Rubisco. Hasil pengikatan ini akan terbentuk 6 mol senyawa berkarbon enam yang labil dan akan langsung membentuk senyawa berkarbon tiga yang lebih stabil, Phospogliserat (PGA) sebanyak 12 mol.

2)                  Reduksi

Selanjutnya 12 mol PGA akan direduksi membentuk senyawa 12 mol DPGA (difosfogliserat) dengan menyerap 12 mol ATP. 12 mol DPGA akan direduksi lagi membentuk 12 mol PGAL (fosfogliseraldehid) dengan menggunakan elektron dari 12 mol NADPH2. PGAL inilah yang akan digunakan pada tahap sintesis glukosa.

3)                  Regenerasi

Dari 12 senyawa PGAL, 10 diantaranya akan digunakan untuk regenerasi (pembentukan kembali) senyawa RuBP. Dari 10 senyawa PGAL tersebut akan membentuk 6 senyawa RuBP (PGAL senyawa berkarbon tiga, RuBp senyawa berkarbon lima). Sebanyak enam molekul ATP dibutuhkan dalam reaksi ini untuk menyempurnakan pembentukan RuBP (ATP akan dipecah menjadi ADP + P, Phospat yang dibebaskan akan digunakan untuk struktur dari RuBP).
  
4)                  Sintesis

Reaksi ini adalah reaksi ini dari sekelumit perjalanan elektron. Dua molekul PGAL akan digunakan untuk pembentukan (sintesis) 1 molekul glukosa (glukosa senyawa berkarbon enam, PGAL berkarbon tiga). Glukosa inilah yang akan digunakan sebagai sumber energi bagi tumbuhan dan organisme lainnya. Glukosa yang terbentuk akan diedarkan ke seluruh jaringan tumbuhan melalui jaringan floem.

KERAGAMAN TUMBUHAN

Pada tumbuhan ditemukan beberapa variasi pada tahap fiksasi karbon. Berdasarkan senyawa yang pertama kali terbentuk pada fiksasi karbon, maka tumbuhan dibedakan menjadi tiga,

a.                  Tumbuhan C3

Pada kelompok tumbuhan ini menghasilkan senyawa berkarbon tiga yaitu PGA. Sebagian besar tumbuhan merupakan kelompok jenis ini. Reaksi pengikatan karbon berlangsung di stroma sel-sel mesofil daun (jaringan palisade).

b.                  Tumbuhan C4

Contoh tumbuhan ini ialah tebu, gandum, dan tumbuhan yang memiliki anatomi kranz. Pada kelompok tumbuhan ini, fiksasi karbon dan siklus calvin berlangsung pada sel yang berbeda. Tumbuhan C4 memiliki dua kelompok sel fotosintesis, sel-sel mesofil dan juga sel-sel berkas pengangkut. Pengikatan karbon berlangsung di dalam sel-sel mesofil membentuk senyawa berkarbon empat (C4), malat. Karbondioksida diikat oleh senyawa phospoenolpiruvat (PEP). Selanjutnya malat akan didistribusikan ke sel-sel berkas pengangkut,yang selanjutnya akan dirombak kembali menjadi karbondioksida dan PEP. Karbondioksida akan digunakan untuk melngsungkan siklus Calvin di dalam sel-sel berkas pengangkut sedang PEP akan dikembalikan ke sel-sel mesofil untuk mengikat kembali karbondioksida.

c.                   Tumbuhan CAM (Crassulacean Acid Metabolism)

Merupakan kelompok tumbuhan dalam suku krasulan atau sukulenta yang kebanyakan hidup di tempat-temapt kering, contohnya kaktus. Suatu adaptasi terhadap habitat yang miskin air, tumbuhan jenis ini memiliki ciri tidak memiliki daun atau daun berupa duri. Pembukaan stomat disiang hari sangat beresiko bagi tumbuhan ini karena akan meningkatkan penguapan (kehilangan air). Oleh karena itu, kelompok tumbuhan ini melakukan adaptasi dengan pengaturan pembukaan stomata di malam hari yang suhu saat itu rendah. Sehingga, pada saat malam hari digunakan untuk mengikat kabondioksida sebanyak-banyaknya guna melangsungkan proses fotosintesis di malam hari. Pada malam hari, karbon dioksida akan diikat oleh senyawa PEP membentuk malat, merupakan cadangan karbondioksida siang harinya, malat akan dirombak kembali menjadi karbondioksida dan PEP, karbondioksida akan digunakan untuk siklus Calvin yang menghasilkan PGA, sedang PEP akan digunakan kembali untuk mengikat karbondioksida.

Jika kita amati, tumbuhan C4 dan CAM melakukan fiksasi karbon dengan senyawa PEP. Keuntungannya adalah dengan PEP maka akan mencegah fotorespirasi. PEP memiliki afinitas (daya ikat) yang kuat terhadap CO2 dibanding RuBP. Ketika kadar oksigen tinggi maka akan menghalangi pengikatan karbon dengan RuBP (RuBP memiliki afinitas yang tinggi terhadap oksigen dibanding karbondioksida) dengan demikian dapat mengganggu proses fotosintesis. Namun pengikatan dengan PEP menjaga konsentrasi CO2 stabil bahkan lebih banyak sehingga reaksi fotosisntesis tidak terganggu.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI FOTOSINTESIS

1.                  Cahaya, untuk memulai reaksi terang
2.                  Pigmen klorofil, untuk menangkap energi cahaya
3.                  Suhu, mempengaruhi kerja enzim-enzim fotosintesis. Optimum pada suhu sekitar 30-40 derajat celcius.
4.                  Karbondioksida, untuk siklus calvin
5.                  Air, untuk aliran non-siklik
6.                  Oksigen, kadar yang tinggi akan menghalangi fiksasi karbon.

Share :

Facebook Twitter Google+
Back To Top