ANABOLISME KARBOHIDRAT (FOTOSINTESIS)

Transkripsi

1

2 ANABOLISME KARBOHIDRAT (FOTOSINTESIS) Fotosintesis adalah proses sintesis / penyusunan/ pembentukan senyawa organik karbohidrat dari zat anorganik CO 2 dan H 2 O yang terjadi pada tumbuhan yang berklorofil dengan bantuan energi cahaya matahari.

3 Fotosintesis terjadi di dalam organel kloroplas pada bagian membran dalam atau tilakoid, baik tilakoid antar grana diantara tumpukan grana atau tilakoid intergrana yang merupakan perluasan tilakoid yang membentuk lamela antara tumpukan grana yang satu dengan yang lain. Proses fotosintesis dapat berlangsung apabila memenuhi syarat, yaitu harus ada : 1. Bahan baku CO 2 2. Bahan baku H 2 O 3. Klorofil 4. Cahaya matahari

4

5

6

7

8

9

10

11

12 Tujuan tumbuhan melakukan fotosintesis adalah untuk merubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia ATP atau NADPH 2 yang digunakan untuk memfiksasi CO 2 guna pembentukan senyawa cadangan makanan atau cadangan energi karbohidrat/amilum/pati/tepung. Bagaimana mekanisme proses fotosintesis berlangsung? Secara umum reaksi fotosintesis digambarkan sebagai berikut : 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2

13 Untuk memudahkan gambaran proses terjadinya fotosintesis dapat ditulis sebagai berikut : 6CO 2 + 6H 2 O (CH 2 O)n + 6O 2 Ingenhousz (1799) membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan O 2, hal tersebut dibuktikan dengan menggunakan corong gelas terbalik yang di bawahnya diberi tanaman akuatik Hydrilla verticillata, B. Jika tanaman tersebut diberi sinar matahari maka bagian ujung corong akan mengeluarkan gelembung-gelembung O 2.

14

15

16

17 Engelmann (1822) membuktikan bahwa fotosintesis dapat berlangsung dan menghasilkan O 2 apabila tumbuhan tersebut mempunyai klorofil dan dikenai cahaya, hal tersebut dibuktikan dengan menggunakan tumbuhan ganggang hijau Spirogyra sp yang mempunyai klorofil kemudian diberi cahaya maka pada bagian tersebut tampak terlihat banyak bakteri aerob yang menggerombol, hal ini membuktikan bahwa proses fotosintesis menghasilkan oksigen karena adanya klorofil yang diberi cahaya.

18

19 Sachs (1860) membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan karbohidrat/amilum/pati/tepung, dibuktikan dengan menggunakan kertas perak untuk menutup sebagian daun pada sore hari kemudian sore hari keesokan harinya daun tersebut diambil dan direbus di dalam alkohol 70% kemudian ditetesi dengan larutan jodium, ternyata bagian yang tidak ditutupi kertas perak akan berubah warna menjadi kebiru-biruan, hal ini menunjukkan adanya amilum hasil proses fotosintesis, karena cahaya matahari tidak ada yang menghalangi atau tidak dihalangi kertas perak. Sebaliknya bagian yang ditutupi kertas perak akan berwarna kecoklatan seperti warna jodium karena tidak terbentuk amilum.

20 Blackman (1905) membuktikan bahwa fiksasi atau reduksi CO 2 menjadi (CH 2 O)n dapat berlangsung tanpa cahaya. Van Niel (1931) menganalogkan proses fotosintesis yang dilakukan tumbuhan secara umum dengan proses fotosintesis yang dilakukan oleh bakteri belerang (sulfur) yang reaksinya sebagai berikut : CO 2 + 2H 2 S (CH 2 O) + H 2 O + 2S

21 Ruben & Kamen (1941) membuktikan bahwa O 2 yang dilepas dari proses fotosintesis berasal dari H 2 O dengan menggunakan radioaktif isotop O 18 untuk menandai oksigen pada H 2 O untuk melihat penguraian H 2 O menjadi hidrogen dan oksigen akan kemana arahnya : CO 2 + 2H 2 O * (CH 2 O) + H 2 O + O 2 *

22

23

24

25

26

27 Dengan menggunakan radioaktif isotop tersebut dapat dibuktikan bahwa H 2 O yang terurai menjadi hidrogen akan membentuk senyawa karbohidrat (CH 2 O) dan oksigen dari H 2 O akan menjadi O 2. Jadi selama masih tersedia elektron tanpa CO 2 tumbuhan tetap menghasilkan O 2 karena O 2 berasal dari penguraian H 2 O. Hill (1937) membuktikan bahwa dalam proses fotosintesis terjadi penguraian H 2 O menjadi hidrogen dan oksigen, hal ini juga dibuktikan oleh ilmuwan lainnya Ruben & Kamen. Reaksi penguraian H 2 O : 2 H 2 O 2H 2 + O 2

28 Dalam reaksi penguraian H 2 O, hidrogen hasil penguraian kemudian ditangkap aseptor A yang kini sudah diketahui yaitu NADP (Nikotiamida Adenin Dinukleotida Pospat), AH NADPH 2 yang nantinya digunakan untuk menfiksasi CO 2. Pada dasarnya dalam proses fotosintesis ada 2 (dua) fase : 1.Fase penguraian H 2 O 2.Fase fiksasi CO 2

29 Reaksi penguraian H 2 O disebut juga Reaksi Hill (ilmuwan yang menemukan reaksi tersebut), Reaksi Fotolisis (reaksi penguraian atau katalisis dengan bantuan energi cahaya/foto), Reaksi Fotofosforilasi (reaksi penambahan fosfor dengan bantuan cahaya), Reaksi Fotokimia (reaksi kimia dengan bantuan cahya), Reaksi Cahaya (karena membutuhkan cahaya), Reaksi Terang (karena memerlukan terangnya cahaya).

30 Fase I : 1.Disebut Reaksi penguraian H 2 O, Reaksi Hill, Reaksi Fotolisis, Reaksi Fotofosforilasi, Reaksi Fotokimia, Reaksi Cahaya, Reaksi Terang 2.Terjadinya : siang hari 3.Menggunakan : energi cahaya matahari 4.Menghasilkan : ATP dan NADPH 2

31 Fase II : 1.Disebut Reaksi Termokimia, Reaksi Fiksasi CO 2, Reaksi Gelap 2. Terjadinya : malam ataupun siang hari 3.Menggunakan : energi ATP dan NADPH 2 dari hasil Fase I digunakan untuk fiksasi CO 2 4.Menghasilkan : Karbohidrat, H 2 O dan O 2

32

33

34

35 Dalam fotosintesis ada 2 (dua) kelompok pigmen yang bekerjasama : 1. Fotosistem I (FS I) mengabsorpsi sinar dengan panjang gelombang maksimal 700 nm. Terdiri dari karotenoid dengan panjang gelombang nm, klorofil a panjang gelombang 683 nm mempunyai absorpsi panjang gelombang maksimal 683 nm dan P700 mempunyai absorpsi panjang gelombang 700 nm 2. Fotosistem II (FS II) mengabsorpsi sinar panjang gelombang lebih pendek dari 680 nm. Terdiri dari klorofil a panjang gelombang 673 nm mempunyai absorpsi maksimal pada panjang gelombang 673 nm dan klorofil b panjang gelombang nm.

36 Gambar : Skema transport elektron yang diinduksi cahaya dalam proses fotosintesis Q=Aksptor?, B=Akseptor?, PQ=Plasto Quinon, FeS=Ferrum Sulfur, Cyt=Cytochrome, PS=Plasto Sianin, Fr=Feredoksin, P=Phytochrome / Pigmen (Modifikasi Devlin, Hal. 267)

37

38

39 Keterangan : Electron (e - ) yang dilepas P680 selalu akan diganti e - dari hasil Fotolisis H 2 O. Ion 2H + akan ditangkap aseptor NADP. Fotofosforilasi Non Siklik terjadi apabila e - dari H 2 O di transpor satu arah melalui akseptor-akseptor sampai ke Feredoksin kemudian digunakan untuk mereduksi NADP, sedangkan Fotofosforilasi Siklik terjadi apabila aktivasi FS I oleh cahaya panjang gelombang lebih dari 680 nm sehingga menyebabkan aliran e - dari P700 ke Feredoksin tidak mampu meneruskan ke NADP dan selanjutnya diteruskan ke Cyt b6, PQ kemudian ke Cyt f, PS sehingga terjadi aliran siklik e -.

40 Hasil reaksi Fotofosforilasi (ATP dan NADPH 2 ) digunakan untuk fiksasi atau mereduksi CO 2, berdasarkan jumlah rantai hidrokarbon senyawa antara hasil fiksasi CO 2 dalam proses fotosintesis ada 3 (tiga) kelompok tumbuhan yang menghasilkan senyawa antara yang berbeda yaitu : 1. Tumbuhan C3 (Gymnospermae, Pterydophyta, Bryophyta, Algae/Ganggang) Daur C3 / Daur Calvin- Benson 2. Tumbuhan C4 (Tebu, Jagung, Padi, Gandum, Sorgum, Angiospermae sebanyak 19 familia/suku ada ± 500 spesies) Daur C4 / Daur Hatch-Slack 3. Tumbuhan CAM / Crassulacean Acid Metabolism (spesies sukulen dari familia Crassulaceae, Cactaceae, Orchidaceae, Bromeliaceae, Liliaceae, Euphorbiaceae) Daur CAM / Daur Glioksilat

41 Calvin dan Benson (1950) berhasil merunut urut-urutan senyawa antara yang dihasilkan dalam proses fotosintesis dengan menggunakan zat radioaktif isotop C* 12 pada tumbuhan Gymnospermae, Pterydophyta, Bryophyta, Algae/Ganggang. Tumbuhan yang melakukan reaksi tersebut disebut Tumbuhan C3 karena hasil pertama senyawa antara dari fiksasi CO 2 adalah senyawa 3C : Asam Phospho Gliserat (APG). Reaksi fiksasi CO 2 pada tumbuhan C3 disebut Daur C3 atau Daur Calvin-Benson. Fiksasi CO 2 tumbuhan C3 terjadi dibagian mesofil pada jaringan palisade ataupun di jaringan bunga karang atau jaringan spons.

42 Skema Daur C3 atau Daur Calvin-Benson (Bidwel, 1979)

43 RuBP=Ribulosa Bi Phosphat, APG=Asam Phospho Gliserat, PGAL=Phospho Gliseraldehida, DHAP=Di Hidroksi Aseton Phosphat

44 Hatch dan Slack (1965) merunut urut-urutan senyawa antara yang dihasilkan dalam proses fotosintesis dengan menggunakan zat radioaktif isotop C* 12 pada tumbuhan Gramineae atau Poaceae : Tebu, Jagung, Padi, Gandum, Sorgum dan Angiospermae sebanyak 19 familia/suku ± 500 spesies. Tumbuhan yang melakukan reaksi tersebut disebut Tumbuhan C4 karena hasil pertama senyawa antara dari fiksasi CO 2 adalah senyawa 4C : Asam Malat atau Asam Aspartat atau Asam Malat dan Asam Aspartat. Reaksi fiksasi CO 2 pada tumbuhan C4 disebut Daur C4 atau Daur Hatch-Slack. Fiksasi CO 2 tumbuhan C4 terjadi dibagian mesofil pada jaringan palisade ataupun di jaringan bunga karang atau jaringan spons kemudian dipindahkan ke sel seludang parenkim (sel-sel parenkim yang mengelilingi pembuluh angkut pada urat daun).

45 Skema Daur C 4 atau Hatch-Slack (Bidwel, 1979)

46

47

48

49

50

51 Pembentukan Asam Oksalo Asetat, Alanin di Sel Seludang Parenkim

52 Pembentukan Asam Malat, Asam Piruvat di Sel Seludang Parenkim

53 Pembentukan PEP, Asam Piruvat di Sel Seludang Parenkim

54 Gibson (1982 dalam Salisbury & Ross, 1992) menjelaskan mekanisme terjadinya fiksasi CO 2 pada tumbuhan CAM..

55 Daur CAM (Crassulacean Acid Metabolism) pada spesies sukulen (Salisbury & Ross, 1985 hal. 208)

56