PERTEMUAN IV: FOTOSINTESIS. Program Tingkat Persiapan Bersama IPB 2011

Transkripsi

1 PERTEMUAN IV: FOTOSINTESIS Program Tingkat Persiapan Bersama IPB 2011

2 FOTOSINTESIS Pokok Bahasan: Peran Tumbuhan dan Fotosintesis Tumbuhan sebagai produser Tempat terjadinya Fotosintesis Pemecahan air dan produksi oksigen Overview: reaksi-reksi fotosintesis Reaksi Terang Reaksi Gelap Tumbuhan C3, C4 dan CAM Fotosintesis dan Pemanasan Global

3 Peranan Tumbuhan Matahari Pemanenan enargi surya energi Kimia oksigen makanan kosmetik bahan organik pakaian perumahan bahan bakar obat dll.

4 Organisme Autotrop - Produsen Fotosintesis melibatkan tumbuhan di darat (hutan, padi-palawija, sayur-buah), perairan air tawar, dan laut (alga dan sianobakter)

5 Tumbuhan Tinggi: Fotosintesis Terjadi di Dalam Kloroplas daun Potongan melintang daun

6 Kloroplas: Organel Tempat Berlangsungnya Fotosistesis Stroma Tilakoid Granum Ruang antar membran Kloroplas Membran dalam Membran luar Model struktur kloroplas

7 Fotosintesis: Proses Oksidasi-Reduksi Cahaya Matahari 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Reduksi Oksidasi

8 Fotosintesis Menghasilkan Gas Oksigen dari Pemecahan Air 6CO 2* + 12H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 6O 2 6CO H 2 O * C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O +6O 2 * Penggunaan oksigen berlabel ( 18 O) 6CO 2 6H 2 O * O 2 berasal dari H 2 O C 6 H 12 O 6 6H 2 O 6O 2 *

9 Cahaya Matahari: Gelombang Elektromagnetik sinar Gamma sinar X UV infra merah Gelombang mikro Gelombang radio Cahaya Tampak nm Peningkatan λ Peningkatan energi

10 Cahaya Reaksi terang H 2 O O 2 Reaksi terang (Dalam Grana) Fotosintesis ATP NADPH ADP+Pi NADP + CO 2 Reaksi gelap SIKLUS CALVIN (dalam stroma) Gula

11 Reaksi Terang Prosesnya digerakkan oleh cahaya Cahaya matahari Klorofil ATP dan NADPH Energi CAHAYA Energi KIMIA Reaksi terjadi di dalam grana, khususnya pada membran tilakoid kloroplas

12 Fotosistem: Penangkap Energi Matahari Dalam membran tilakoid, sistem cahaya (fotosistem) menangkap energi surya

13 Konsep Dasar Reaksi Terang Ada dua sistem cahaya pada reaksi terang digunakan untuk mengasilkan ATP dan NADPH

14 Analogi Pembentukan ATP dan NADPH

15 Pembentukan ATP melalui Kemiosmosis Bagian dalam tilakoid H + H + H + H + NADP reduktase H + H+ ATP sintase Kompleks sitokrom Sistem cahaya II (PSII) Sistem cahaya I (PSI) H + H + NADPH H + H + ATP

16 Tahap-Tahap Reaksi Terang: Teori Kemiosmosis Air dipecah sebagai sumber elektron di sistem cahaya II Elektron yang tereksitasi mentransfer energinya ke rangkaian pembawa elektron dengan tingkat energi yang lebih rendah untuk memompa proton (H + ) dari stroma ke ruang dalam tilakoid (matriks) Terjadi perbedaan konsentrasi ion H + antar dua permukaan membran (matriks dan stroma) Beda potensial ini digunakan ion H + kembali ke stroma melewati enzim ATP sintase untuk membentuk ATP dari ADP Elektron akhirnya diterima oleh penerima elektron terakhir yaitu NADP + sehingga berubah menjadi NADPH

17 Reaksi Gelap Tidak berhubungan langsung dengan cahaya Memanfaatkan ATP dan NADPH dari reaksi terang untuk mereduksi CO 2 menjadi gula Tetap terjadi pada saat ada cahaya/siang hari Jadi input reaksi gelap: ATP, NADPH, CO 2 Gula CO 2 + H 2 O NADP + NADPH Siklus Calvin ATP ADP

18 ADP 6 Ribulosa-1,5- bisfosfat (5C) Fiksasi karbon 6 CO 2 + H 2 O Enzim Rubisco Regenerasi SIKLUS CALVIN 12 Fosfogliserat (3C) ATP Setiap 12 G3P: 10 regenerasi 2 gula 12 Gliseraldehid-3- fosfat (3C) Sukrosa, Sucrose, Starch pati Reduksi ATP + NADPH ADP + Pi NADP +

19 Tumbuhan C3, C4 dan CAM Berdasarkan metabolisme fotosintesis dan anatomi daunnya, tumbuhan dikelompokkan ke dalam 3 grup: Tumbuhan C3 Tumbuhan C4 Tumbuhan CAM

20 Tumbuhan C3 CO2 2 Siklus Calvin gula Gula Reduksi karbon terjadi melalui siklus Calvin (siklus C3) Disebut tumbuhan C3 karena senyawa awal yang terbentuk berkarbon 3 (fosfogliserat) Sebagian besar tumbuhan tinggi masuk ke dalam kelompok tumbuhan C3 Apabila stomata menutup akibat stress, akan terjadi peningkatan fotorespirasi pengikatan O 2 oleh enzim Rubisco

21 Tumbuhan C4 Epidermis atas Sel mesofil Pembuluh daun Sel seludang Pembuluh Epidermis bawah Sel seludang pembuluh berkembang dengan baik dan banyak mengandung kloroplas Fotosintesis terjadi di dalam sel mesofil dan sel seludang pembuluh Stomata Pengikatan CO 2 di udara melalui lintasan C4 di sel mesofil dan reduksi karbon melalui siklus Calvin (siklus C3) di dalam sel seludang pembuluh Fotorespirasi tidak terjadi/rendah sekali

22 Tumbuhan C4 Sel Mesofil sel mesofil Malat (4C) SIKLUS CALVIN Tanaman tebu sel Seludang Pembuluh GULA Tanaman C4

23 Tumbuhan C4 Gula CO 2 Lintasan C4 Malat Malat CO 2 Siklus Calvin Piruvat Piruvat Pengikatan CO 2 di udara terjadi di dalam sel mesofil melalui lintasan C4 dan reduksi karbon terjadi di dalam sel seludang pembuluh melalui siklus Calvin (siklus C3) Beberapa tumbuhan tropis termasuk dalam C4 seperti jagung, tebu dan bayam (Amaranthus sp.)

24 Tumbuhan CAM Siang hari Malam hari Siang hari Malam hari CO 2 Lintasan C4 malat CO 2 Siklus Calvin Gula Umumnya pada tumbuhan yang beradaptasi pada keadaan kering seperti kaktus, anggrek dan nenas Reduksi karbon melalui lintasan C4 dan C3 dalam sel mesofil tetapi waktunya berbeda Pada malam hari terjadi lintasan C4, pada siang hari terjadi siklus C3 Pada malam hari asam malat tinggi, pada siang hari malat rendah

25 Tumbuhan CAM malam Malat (4C) SUKLUS CALVIN Gula siang Tumbuhan CAM Contoh: Tanaman Nenas, nenas Kaktus, anggrek

26 Karakteristik Reduksi Karbon pada Tumbuhan C3 C4 CAM Sel mesofil CO 2 CO 2 CO 2 Siklus Calvin Gula Gula Lintasan C4 Malat Malat CO 2 Siklus Calvin Piruvat Piruvat Siang hari Malam hari Lintasan C4 malat CO 2 Siklus Calvin Gula

27 Pemanasan Global Akibat Efek Rumah Kaca di Atmosfir Beberapa energi diradiasikan kembali ke engkasa oleh bumi dalam bentuk gelombang inframerah Beberapa radiasi inframerah terperangkap oleh atmosfir bumi sehingga menjadi lebih panas Sebagian besar energi akan diserap bumi dan memanaskannya

28 Fotosintesis Merupakan Penampungan (Sink) CO 2 Global Lestarikan tumbuhan, karena dia adalah plasenta dunia; sumber karbon dan oksigen kita terima kasih