FOTOSINTESIS. Pemanfaatan cahaya untuk membuat makanan. Pengungkapan fotosintesis perjalanan panjang para ilmuwan:

Transkripsi

1 FOTOSINTESIS Pemanfaatan cahaya untuk membuat makanan Pengungkapan fotosintesis perjalanan panjang para ilmuwan: Fisika (Belgia) : Jan Bastista van Helmont (tumbuhan - air) meruntuhkan mitos bahwa makanan tumbuhan - tanah Persamaan umum Fotosintesis Kimia (Inggris): Joseph Priestly (mint pembersih udara) Fisika (Belanda): Jan Ingenhousz (tumbuhan cahaya) 1

2 FOTOSINTESIS Proses fotosintesis merupakan hasil proses evolusi panjang organisme purba : adaptif pada lingkungan tanpa oksigen organisme fotosintetik : menggunakan CO 2 sebagai sumber karbon dan melepas gas oksigen 2

3 Prokariot fototrofik Oksigenik menggunakan H 2 O sebagai donor elektron Contoh: Prochlorothrix, Prochloran, Cyanobacteria, Prochlorococcus Anoksigenik : tidak memproduksi oksigen Contoh: bakteri fotosintetik ungu, hijau, Heliobacter 3

4 Membran berperan penting dalam proses fotosintesis Organisme prokariot yang berfotosintesis : Membran sel, membran sitoplasma (internal membran) Tumbuhan tinggi : membran tilakoid kloroplas (a) tilakoid (grana) sel tanaman 0.25 μm (b) kloroflas Gambar 1. Tilakoid dari flattened sac. (Curtis, 1989) 4 1 μm

5 Gambar 2 Pembentukan membran fotosintetik pada bakteri 5

6 Tahap-tahap fotosintesis Blackman (1905; ilmuwan Inggeris) Fotosintesis : 1. Reaksi yang membutuhkan cahaya (Reaksi terang / reaksi menangkap energi) Dihasilkan ATP dan NADPH 2. Reaksi gelap (reaksi pengikatan karbon) Menggunakan ATP dan NADPH hasil reaksi I 6

7 Cahaya Fotofosforilasi Siklus Calvin Gula Gambar 3. Tahapan proses fotosintesis ( 7

8 Dalam tumbuhan reaksi terang dan reaksi gelap terjadi secara bersamaan dan simultan Reaksi terang reaksi tidak tergantung suhu Reaksi gelap - tidak tergantung cahaya tapi dipengaruhi suhu. Pigmen : senyawa yang mengabsorbsi cahaya Beberapa pigmen mengabsorbsi cahaya dengan panjang gelombang tertentu 8

9 Klorofil merupakan molekul pigmen yang dimiliki tumbuhan hijau. Menyerap cahaya terbesar pada spektrum warna biru dan merah Spektrum absorpsi estimasi (%) Gambar 4. Spektum absorbsi klorofil (Curtis, 1989). 9

10 Reaksi-reaksi menangkap energi cahaya: 1). Sistem Cahaya I : Spektrum absorbsi 700 nm Gambar 5. Proses sistem cahaya (Curtis, 1989). 2). Sistem Cahaya II : Spektrum absorbsi 680 nm 10

11 Pada reaksi ini akan dihasilkan : ATP NADPH Energi untuk reduksi karbon Oksigen ( hasil pemecahan air, pada sistem cahaya II) Aliran Elektron Siklik Sistem cahaya I juga dapat bekerja independen Disebut aliran elektron siklik. Pada reaksi ini tidak dihasilkan NADPH 11

12 Terjadi jika : NADP - telah direduksi semua menjadi NADPH Sel perlu tambahan ATP lebih banyak Mekanisme fotosintetik primitif diduga terjadi melalui aliran elektron siklik e e e e matahari Gambar 6. Aliran elektron siklik pada sistem cahaya I (Curtis,1989). 12

13 Gambar 7 Perangkat fotosintesis pada bakteri 13

14 P * 870 BChl Bakteri Purple Bph Q Cyt bcl NADH Aliran elektron terbalik P * 870 UV Cyt C 2 P * 840 Chla FeS Q Bakteri sulfur hijau Fd NADH P * 840 Cyt C 553 Cyt bc 1 UV P * 798 Chla- OH FeS Q Heliobakterium Fd NADH Cyt bc 1 P * 798 UV Cyt C 553 Gambar 8 Aliran elektron pada bakteri 14

15 Fosforilasi fotosintetik : terjadi melalui kemiosmosis Gambar 9. Mekanisme kemiosmosis pada fotofosforilasi (Curtis, 1989). 15

16 Reaksi Pengikatan Karbon Energi (ATP dan NADPH) digunakan untuk mereduksi CO 2. CO 2 masuk melalui stomata ( untuk tumbuhan tinggi) CO 2 masuk melalui CO 2 terlarut dalam air ( kelompok alga) daun bagian melintang daun kloroflas sel mesofil mesofil CO 2 O 2 Stoma KLOROFLAS Ruang intermembran Membran luar Grana stroma Granum Stroma tilakoid ruang tilakoid Membran dalam Gambar 10. Daun dan stomata dengan pertukaran O 2 dan CO 2 (Campbell, 1997). 16

17 Reduksi Karbondioksida (CO 2 ) Terjadi di dalam stroma, melalui siklus Calvin CH 2 O P C O CO 2 H 2 O CHOH RuBP karboksilase CHOH CH 2 O P Ribulasebifosfat (RuBP) CH 2 CHOH C O O - CH 2 CHOH C O O P O P Gambar 11. Proses Calvin yang dihasilkan fotosintesis alga oleh 14 CO 2 radioaktif (Curtis, 1989) 17

18 Senyawa pengikat CO2 : RuBP (Ribulosa bifosfat) Enzim penting : RubisCO (RuBP Karboksilase/ oksigenase) Senyawa yang pertama terbentuk : asam fosfogliserat (PGA). Suatu senyawa berkarbon 3 (disebut siklus C3) 18

19 Gambar 12. Ringkasan Siklus Calvin (Curtis, 1989) 19

20 Lintasan C 4 pada tumbuhan C 4 Tumbuhan C 4 mempunyai sel-sel seludang pembuluh Contoh : tanaman jagung, tebu, Amaranthus Terjadi dua lintasan : lintasan C 4 dan siklus Calvin Reduksi karbon diawali dengan lintasan C 4 (dalam sel mesofil) Siklus Calvin terjadi di dalam sel seludang pembuluh setelah melewati lintasan C 4 20

21 Senyawa yang berikatan dengan CO2 : fosfoenol piruvat (PEP). Senyawa yang pertama terbentuk asam oksaloasetat (AOA), senyawa berkarbon 4. Epidermis atas Sel mesofil Pembuluh Seludang pembuluh Epidermis bawah Gambar 13. Penampang jaringan daun tanaman C4 ( 21

22 Gambar 14. Lintasan fiksasi karbon pada tumbuhan C4 (Curtis,1989) 22