KLOROPLAS Oleh: Imroatul Mufidah 121810401007 JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2013
KLOROPLAS Di dalam sel terdapat berbagai organel yang berfungsi sebagai pembangkit tenaga. Salah satu organel itu adalah kloroplas. Kloroplas merupakan tipe organel yang hanya ditemukan pada sel tumbuhan dan tidak ditemukan pada sel hewan. Kloroplas adalah benda terbesar dalam sitoplasma. Kloroplas merupakan plastida berwarna hijau. Plastida ini berfungsi menghasilkan klorofil. STRUKTUR KLOROPLAS Memban dalam : kurang permeabel, punya banyak transporter, protein yang disintesis dalam sitoplasma & dibutuhkan kloroplas. Membran luar : permeabel Stroma : cairan melingkupi tylakoid, tempat reaksi gelap, terdapat enzim - enzim reaksi gelap (reduksi CO2 glukosa), ribosom, DNA dan RNA Tylakoid : merupakan sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang), kantong pipih, dikelilingi membrane, berlapis membentuk grana, terdapat semua pigmen fotosintesis (klorofil+ pigmen pelengkap), enzim untuk reaksi terang, tempat reaksi terang, terdapat 2 fotosistem, sitokrom b-f, ATP sintetase Grana : tumpukan beberapa tilakoid yang berbentuk cakram pipih Ruang intermembran : ruang yang membatasi antara membran luar & membran dalam.
FUNGSI Fungsi utama kloroplas yaitu merupakan tempat fotosintesi pada tumbuhan. FOTOSINTESIS Proses utama dalam fotosintesis adalah pindahnya hidrogen dari molekul air dan reduksi CO2 oleh atom atom hidrogen yang nantinya akan menghasilkan produk organik. Reaksi fotosintesis dirangkum sebagai berikut: 6CO2 + 12H2O + energy cahaya > C6H12O6 + 6O2 + 6H2O (Utomo, 2007) Energi dari matahari digunakan untuk memecah CO2, melepaskan O2 dan mentransfer atom karbon ke molekul air untuk membentuk karbohidrat (CH2O). Dari melihat reaksi di atas tampak bahwa reaksi fotosintesis merupakan kebalikan dari reaski respirasi sel. Akan tetapi tumbuhan tidak menghasilkan makanan dengan hanya membalik reaksi. fotosintesis merupakan reaksi redoks yang membalik arah aliran elektron. Air terurai dan elektron ditransfer bersama dengan ion hidrogen dari air ke karbondioksida dan mereduksinya menjadi gula. Elektron bertambah energi potensialnya ketika electron ini dipindahkan dari air ke gula. Persamaan reaksi fotosintesis tampak seperti suatu reaksi yang sangat sederhana dari suatu proses yang sangat rumit. Akan tetapi sebenarnya fotosintesis bukanlah merupakan suatu poses tunggal. Fotosintesis terdiri dari dua proses yang masing-masing terdiri dari banyak tahapan reaksi. Kedua tahap reaksi tersebut terdiri dari reaksi terang (fotolisis) dan reaksi gelap (siklus Calvin). Reaksi terang : Reaksi terang merupakan tahap fotosintesis yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Kloroplas menyerap cahaya dan cahaya menggerakkan transfer elektron dan hidrogen ke penerima yaitu NADP + (nikotinamida adenine dinukleotida fosfat). Pada proses ini, air terurai. Reaksi terang pada fotosintesis ini melepaskan CO2. Pada reaksi terang, tenaga matahari mereduksi NADP + menjadi NADPH dengan menambahkan sepasang electron bersama dengan nukleus hidrogen. Pada reaksi terang juga terjadi fosforilasi yang
mengubah ADP menjadi ATP. Jadi energy cahaya diubah menjadi energi kimia dengan pembentukan NADPH: sumber dari elektron berenergi, dan ATP (energy) sel yang serba guna. Reaksi Gelap : Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini jika di sistematikkan ada 4 tahap yaitu : a. Fiksasi ( pengikatan ) Pengikatan CO2 oleh RuBP /RDP ( Ribulosa Bi Phosphat ): CO2 diikat (fikasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memili atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat atom C (C-1) maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat. b. Reduksi ( Pengurangan) Pembentukan PGA menjadi PGAL dengan mengurangi H pada NADPH menjadi NADP dan Phosphat dari penguraian AEP menjadi ADP: Slnjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) beraksi dengan ATP, membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil akhir yaitu 6 sen7awa gliseraldehid 3-fosfat. c. Regenerasi (pembentukan kembali) terjadi regenerasi senyawa RuBP dari sebagian besar PGAL yang telah dibentuk dari PGA sehingga RuBP tidak pernah habis meskipun sudah mengikat CO2 menjadi PGA d. Sintesa ( pembentukan ) Glukosa dari PGAL, perlu diketahui satu molekul Glukosa dibentuk dari 2 PGAL. ) FOTOSISTEM Membran thylakoid dipenuhi 2 Fotosistem yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I menggunakan klorofil-a dalam bentuk yang dikenal sebagai P700, sedangkan fotosistem II menggunakan klorofil-a dalam bentuk P680. Fungsi kedua bentuk aktif klorofil-a tersebut dalam fotosintesis disebabkan oleh ikatannya dengan protein membran tilakoid.
Fotosintetik Siklik & Non siklik Reaksi terang dapat dibedakan menjadi dua tahap yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi siklik hanya melibatkan fotosistem I. Fosforilasi siklik dimulai ketika klorofil diaktifkan oleh foton (Pigmen ini menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm). Bila setiap foton diabsorbsi sebuah elektron dari klorofil a menjadi aktif sehingga dapat melompat dari klorofil a ke sebuah molekul penerima. Dalam hal ini molekul penerima memindahkannya pada suatu sistem transport elektron. Bila sebuah elektron melewati sistem transport ini dari suatu molekul ke molekul berikutnya elektro secara bertahap kehilangan energinya. Energi ini akan digunakan untuk memompa ion hodrogen melintasi mebran masuk ke dalam lumen mebangun suatu chemiosmotic differential (perbedaan kemiosmotik). Energi bebas dari perbedaan ini akan digunakan untuk menambahkan fosfat inorganic pada ADP untuk membentuk ATP. Ketika elektro tiba pada akseptor terakhir, maka elektron akan kembalin ke molekul klorofil a. Oleh karena itu disebut dengan fosforilasi siklik. Fosforilasi siklik itu sendiri tidak dapat menunjukkan produksi glukosa bilatidak ada reaksi NADP + menjadi NADPH. Fosforilasi siklik berlangsung dengan tidak melepaskan O2. Fotosintesis siklik terjadi apabila jumlah ATP & NADPH hasil fotosintesis non siklik hampir sama, sedangkan siklus calvin butuh ATP >> NADPH (sel jenuh NADPH tapi kurang ATP). Fosforilasi nonsiklik dimulai ketika fotosistem II menyerap cahaya, suatu elektron akan dieksitasi ke tingkat energi yang ebih tinggi dalam klorofil di pusat reaksi (P680) dan ditangkap oleh akseptor eklektron primer. Selanjutnya suatu enzim yang mengektrasi elektron dari air engirimnya ke p680 mengganti setiap elektron yang keluar dari kolorofil ketika menyerap enerhi cahaya. Reaksi ini mengurai air menjadi dua ion hidrogen dan satu oksigen yang segera bergabung dengan ion oksigen lain membentuk O2. Setiap elektron yang terfotoeksitasi mengalir dati akseptor elektron primer fotosistem II ke fotosistem I melalui rantai transport elektron. Begitu elektron menuruni rantai tersebut, eksergoniknya jatuh ke tingkat energi yang kebih rendah. Energi bebas yang ada selnajutnya oleh
membran tilaoid digunakan untuk membentuk ATP dan NADPH. Proses ini melepaskan O2 dan H2O. Tumbuhan umumnya melakukan fosforilasi non siklik. PRODUK FOTOSINTESIS : KARBOHIDRAT BIOSINTESIS KARBOHIDRAT Glukosa disintesis dari CO2 melalui siklus Calvin Karbohidrat awal produk siklus Calvin : Gliseraldehid 3-P (butuh 3 kali fiksasi CO2) Tiap fiksasi CO2 dibthkan 3 ATP dan 2NADH Dibutuhkan 18 ATP dan 12 NADPH (tenaga pereduksi untuk penambahan elektron dan pembentukan gula) dengan reaksi : 6CO2 + 18 ATP + 12 H2O + 12 NADPH +12 H + C6H12O6 + 18 Pi + 18 ADP + 12 NADP Produk glukosa-6p prekusor sukrosa, amylum, selulosa SIKLUS KELVIN Fase-fase dalam siklus Calvin Fiksasi carbon Fiksasi ( pengikatan ) Pengikatan CO2 oleh RuBP /RDP ( Ribulosa Bi Phosphat ): CO2 diikat (fikasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memili atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat atom C (C-1) maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat Reduksi Reduksi ( Pengurangan) Pembentukan PGA menjadi PGAL dengan mengurangi H pada NADPH menjadi NADP dan Phosphat dari penguraian AEP menjadi ADP: Selanjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) beraksi dengan ATP, membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil akhir yaitu 6 sen7awa gliseraldehid 3-fosfat.
Regenerasi Regenerasi RuBP (3) dari Gliseraldehid 3P (butuh 3 ATP): Regenerasi (pembentukan kembali) terjadi regenerasi senyawa RuBP dari sebagian besar PGAL yang telah dibentuk dari PGA sehingga RuBP tidak pernah habis meskipun sudah mengikat CO2 menjadi PGA TANAMAN C3 Tumbuhan C3 tumbuh dengan karbon fiksasi C3 biasanya tumbuh denga baik di area dimana intensitas sinar matahari cenderung sedang, temperature sedang dan dengan knsentrasi CO2 sekitar 200 ppm atau lebih tinggi, dan juga dengan air tanah yang berlimpah. Tumbuhan C3 harus berada dalam area dengan konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi sebab Rubisco sering menyertakan molekul oksigen ke dalam Rubp sebagai pengganti molekul karbondioksida. Konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi menurunkan kesempatan Rubisco untuk menyertakan molekul oksigen. Karena bila ada molekul oksigen maka Rubp akan terpecah menjadi molekul 3-karbon yang tinggal dalam siklus Calvin, dan 2 molekul glikolat akan dioksidasi dengan adanya oksigen, menjadi karbondioksida yang akan menghabiskan energi sel. Contoh tanaman C3 adalah padi, gandum, dan kedelai. TANAMAN C4 (Hatch-Slack) Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil. CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel bundle sheath (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentrasi CO2 pada sel-sel bundle sheathini, maka O2 tidak mendapat kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil and G sangat rendah. PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. Laju assimilasi tanaman C4 hanya
bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2 Sehingga, dengan meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2yang berlebihan. Contoh tanaman C3 antara lain: kedelai, kacang tanah, kentang, dll. Contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum dan tebu. TANAMAN CAM (Crassulacean Acid Metabolism) Pada tumbuhan sekulen seperti kaktus dan nanas yang hidup di lingkungan yang panas dan kering, melakukan fiksasi CO2 yang berbeda dengan tumbuhan C4.. Tumbuhan ini hanya menguapkan sedikit uap air melalui stomata bersama dengan pelepasan O2 dan pengikatan CO2. Pada malam hari ketika suhu udara dingin dan berangin, stomata membuka untuk mengangkap CO2, kemudian diubah menjadi oxaloacetate oleh PEP carboxylase. Oksaloasetat diubah menjadi malat dan disimpan divaluola, untuk melindungi sitosol dan enzim plastid dari ph rendah dari disosiasi asam malat. Pada asiang hari stomata menutup, untuk mencegah penguapan yang berlebihan akibat temperature udara yang tinggi. Dan CO2 bereaksi pada malam hari menjadi malat oleh enzim malat NADP-linked. CO2 ini berasimilasi di siklyus calvin dengan bantuan RuBP. Karena metode fiksasi CO2 pertama kali ditemukan pada tumbuhan familia Crassulaceae, maka CAM adalah singkatan dari crassulacean acid metabolism.
KESIMPULAN Dari pembahasan diatas kami dapat menyimpulkan bahwa Fotosintesis adalah proses pembuatan energi atau zat makanan/glukosa yang berlangsung atas peran cahaya matahari (photo = cahaya, synthesis = proses pembuatan / pengolahan) dengan menggunakan zat hara/mineral, karbon dioksida dan air. Fotosintesis berlangsung dalam dua tahap, yaitu reaksi terang (memerlukan cahaya matahari) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya matahari). Pada tahap pertama, reaksi terang atau reaksi cahaya menyerap energi cahaya dan menggunakannya untuk menghasilkan molekul penyimpan energi ATP dan NADPH. Pada tahap kedua, reaksi gelap menggunakan produk ini untuk menyerap dan mengurangi karondioksida.
DAFTAR PUSTAKA Campbell, N.A., J.B. Reece & L.G. Mitchell. 2008. Biologi jilid 1. Edisi 8. Erlangga. Jakarta. Lakitan, Benyamin. 2004. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. PT Grafindo Persada. Jakarta. Nio Song Ai. 2012. Evolusi Fotosintesis pada Tumbuhan. Jurnal Ilmiah Sains Vol. 12 No. 1, April 2012. Program Studi Biologi FMIPA Universitas Sam Ratulangi. Manado Utomo, Budi. 2007. Karya Ilmiah Fotosintesis pada Tumbuhan. Universitas Sumatera Utara. Medan.