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
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
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
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
Gambar 2 Pembentukan membran fotosintetik pada bakteri 5
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
Cahaya Fotofosforilasi Siklus Calvin Gula Gambar 3. Tahapan proses fotosintesis (www.sinauer.com) 7
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
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
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
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
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
Gambar 7 Perangkat fotosintesis pada bakteri 13
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
Fosforilasi fotosintetik : terjadi melalui kemiosmosis Gambar 9. Mekanisme kemiosmosis pada fotofosforilasi (Curtis, 1989). 15
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
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
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
Gambar 12. Ringkasan Siklus Calvin (Curtis, 1989) 19
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
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 (www.sinauer.com) 21
Gambar 14. Lintasan fiksasi karbon pada tumbuhan C4 (Curtis,1989) 22