Click here to load reader

Evolusi Fotosintesis Pada Tumbuhan

  • View
    248

  • Download
    12

Embed Size (px)

DESCRIPTION

czzv

Text of Evolusi Fotosintesis Pada Tumbuhan

EVOLUSI FOTOSINTESIS PADA TUMBUHANNio Song Ai1)1)Program Studi Biologi FMIPA, Universitas Sam RatulangiJl. Kampus Unsrat Manado, 95115e-mail: [email protected] adalah proses sintesis karbohidrat dari bahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O) padatumbuhan berpigmen dengan bantuan energi cahaya matahari. Fotosintesis terdiri atas 2 fase,yaitu fase I yang berlangsung pada grana dan menghasilkan ATP dan NADPH2 serta fase II yangberlangsung pada stroma dan menghasilkan karbohidrat. Molekul air tidak dipecah dalamfotosintesis primitif dan setelah evolusi molekul air dipecahkan melalui 2 fotosistem sehingga O2dilepaskan ke atmosfir. Fotosintesis berkembang menjadi lebih kompleks secara biokimia sampaiterjadinya pemisahan antara respirasi dan fotosintesis beserta regulasinya. Evolusi tipe-tipefotosintesis seperti C4 dan CAM merupakan akibat menurunnya rasio CO2/O2 dan radiasi yangintensif pada atmosfir.Kata kunci: C3, C4, CAMTHE EVOLUTION OF PHOTOSYNTHESIS IN PLANTABSTRACTPhotosynthesis is the synthesis process of carbohydrate from inorganic materials (CO2 dan H2O)in plants with pigments using light energy. There are 2 phases of photosynthesis, i.e. phase I thatoccurs in grana and results in ATP dan NADPH2 and phase II that occurs in stroma and results incarbohydrate. The water molecule was not split apart in the primitive photosynthesis and afterevolution the water molecule was oxidized via 2 photosystems, so that O2 was released to theatmosphere. Photosynthesis developed biochemically to be more complex until photosynthesisand its regulation was separated from respiration. The evolution of photosynthesis types, such asC4 and CAM, was resulted from the decrease of ratio CO2/O2 and the intensive radiation in theatmosphere.Keywords: C3, C4, CAMPENDAHULUANMasa depan manusia sedikit banyakditentukan oleh produksi bahan makanan,bahan bakar dan serat melalui prosesfotosintesis. Proses sintesis karbohidrat daribahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O) padatumbuhan berpigmen dengan bantuan energicahaya matahari disebut fotosintesis denganpersamaan reaksi kimia berikut ini.cahaya matahari6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2pigmen fotosintesisBerdasarkan reaksi fotosintesis di atas, CO2dan H2O merupakan substrat dalam reaksifotosintesis dan dengan bantuan cahayamatahari dan pigmen fotosintesis (berupaklorofil dan pigemen-pigmen lainnya) akanmenghasilkan karbohidrat dan melepaskanoksigen. Cahaya matahari meliputi semuawarna dari spektrum tampak dari merahhingga ungu, tetapi tidak semua panjanggelombang dari spektrum tampak diserap(diabsorpsi) oleh pigmen fotosintesis. AtomO pada karbohidrat berasal dari CO2 danatom H pada karbohidrat berasal dari H2O(Sasmitamihardja dan Siregar, 1996).Energi cahaya diubah menjadi energikimia oleh pigmen fotosintesis yang terdapatpada membran interna atau tilakoid. Pigmenfotosintesis yang utama ialah klorofil dankarotenoid. Klorofil a dan b menunjukkanabsorpsi yang sangat kuat untuk panjanggelombang biru dan ungu, jingga dan merah(lembayung) dan menunjukkan absorpsi yangsangat kurang untuk panjang gelombang Nio Song: Evolusi Fotosintesis pada Tumuhan 29hijau dan kuning hijau (500-600 nm)(Sasmitamihardja dan Siregar, 1996).Klorofil merupakan komponen kloroplasyang utama dan kandungan klorofil relatifberkorelasi positif dengan laju fotosintesis (Liet al., 2006). Klorofil disintesis di daun danberperan untuk menangkap cahaya matahariyang jumlahnya berbeda untuk tiap spesies.Sintesis klorofil dipengaruhi oleh berbagaifaktor seperti cahaya, gula atau karbohidrat,air, temperatur, faktor genetik, unsur-unsurhara seperti N, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, S dan O(Hendriyani dan Setiari, 2009). Karotenoidmenunjukkan absorpsi kuat untuk panjanggelombang biru dan ungu; memantulkan danmentransmisikan panjang gelombang hijau,kuning, lembayung, merah (kombinasiwarna-warna tersebut tampak kuning)(Sasmitamihardja dan Siregar, 1996).Kompleks protein-klorofilmerupakan komponen fotosintesis yangpenting (van der Mescht et al. 1999). Radiasicahaya yang diterima oleh tanaman dalamfotosintesis diabsorbsi oleh klorofil danpigmen tambahan yang merupakan kompleksprotein-klorofil. Selanjutnya energi radiasiakan ditransfer ke pusat reaksi fotosistem Idan II yang merupakan tempat terjadinyaperubahan energi cahaya menjadi energikimia (Li et al., 2006). Dua mekanisme yangterlibat dalam pembentukan kompleksprotein-klorofil adalah distribusi klorofilyang baru disintesis dan redistribusi klorofilyang sudah ada. Klorofil b adalah hasilbiosintesis dari klorofil a dan berperanpenting dalam reorganisasi fotosistem selamaadaptasi terhadap kualitas dan intensitascahaya. Oleh sebab itu hilangnya klorofil adan b berpengaruh negatif terhadap efisiensifotosintesis (van der Mescht et al., 1999).Fotosintesis mengalami evolusisehingga dikenal adanya tumbuhan C3, C4dan CAM yang dapat diamati sebagai variasidalam fotosintesis fase II atau reaksi fiksasiCO2. Tulisan ini akan menguraikanpenggolongan tumbuhan C3, C4 dan CAM,proses evolusi fotosintesis yang berkaitandengan perubahan kondisi atmosfir bumiberserta faktor-faktor lingkungan yangmenguntungkan bagi keberadaan tumbuhandengan tipe-tipe fotosintesis tersebut.TUMBUHAN C3, C4 DAN CAMFotosintesis pada tumbuhan tingkattinggi terdiri atas 2 fase (Sasmitamihardjadan Siregar, 1996; Wirahadikusumah, 1985),yaitu:a. Fase I: reaksi fotokimia, reaksi fotolisis,reaksi Hill, reaksi fotofosforilasi, reaksiterangReaksi ini berlangsung di grana danmembutuhkan cahaya. Energi matahariditangkap oleh pigmen penyerap cahayadan diubah menjadi bentuk energi kimia,yaitu ATP dan senyawa pereduksi, yaituNADPH. Atom hidrogen dari molekulH2O dipakai untuk mereduksi NADP+menjadi NADPH dan O2 dilepaskansebagai hasil sampingan reaksifotosintesis. Reaksi juga dirangkaikandengan reaksi pembentukan ATP dariADP dan Pi. Fase ini dapat ditulissebagai persamaan reaksi: energi matahariH2O + NADP++ ADP + Pi O2 + H++ NADPH + ATPPembentukan ATP dari ADP dan Pimerupakan mekanisme penyimpananenergi matahari yang diserap dankemudian diubah menjadi energi kimia,sehingga fase ini disebut fotofosforilasi.Fase I ini melibatkan 2 tipe kelompokpigmen fotosintesis, yaitu1) Pigmen utama (pigmen primer, pusatreaksi): bentuk-bentuk klorofil a, sepertiklorofil a 680 (P680) dan klorofil a 700(P700),2) Pigmen tambahan/pigmen antena(accessory pigment): berperanmeneruskan energi cahaya ke pigmenutama, seperti klorofil a lainnya, klorofilb ( 455-640 nm), karotenoid ( 430-490nm)b. Fase II: reaksi termokimia, reaksifiksasi/reduksi CO2, reaksi gelapReaksi ini berlangsung di stroma dansering kali disebut reaksi gelap, karenareaksi ini dapat berlangsung tanpaadanya cahaya, walaupun tidak harusberlangsung dalam keadaan gelap. Halini disebabkan karena enzim-enzimstroma kloroplas tidak membutuhkancahaya untuk aktivitasnya, tetapimembutuhkan ATP dan NADPH2. FaseII fotosintesis ini berlangsung padastroma dan menghasilkan karbohidrat.Dalam reaksi ini senyawa kimia 30 Jurnal Ilmiah Sains Vol. 12 No. 1, April 2012berenergi tinggi yang dihasilkan padafase I, yaitu NADPH dan ATP dipakaiuntuk reaksi reduksi CO2 yangmenghasilkan glukosa denganpersamaan reaksi:CO2 + NADP + H+ + ATP glukosa + NADP+ + ADP + PiAda 4 macam reaksi fiksasi CO2(Sasmitamihardja dan Siregar, 1996),yaitu:1) Daur C3 (daur Calvin)Daur reaksi ini disebut daur C3 karenasenyawa yang pertama kali dihasilkanadalah senyawa dengan 3 atom karbonyaitu asam fosfogliserat dari CO2;ribulosa-1,5-bifosfat dan H2O.Tumbuhan yang melaksanakan daurtersebut disebut tumbuhan C3. Dalamdaur ini satu molekul fosfogliseraldehida(PGAL) dibentuk dari fiksasi 3 molekulCO2. Reaksi keseluruhan adalah sebagaiberikut:3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH2 PGAL + 9 ADP + 8 iP + 6 NADPSelanjutnya PGAL akan diubah menjadiglukosa. Daur ini terjadi pada gandum,padi dan bambu.2) Daur C4 (daur Hatch dan Slack)Daur reaksi ini disebut daur C4 karenasebagian besar senyawa yang pertamakali dihasilkan adalah senyawa dengan 4atom karbon yaitu asam malat dan asamaspartat dan tumbuhan yangmelaksanakan daur tersebut disebuttumbuhan C4. Yang termasuk tumbuhanC4 adalah beberapa spesies Gramineae didaerah tropis termasuk jagung, tebu,sorghum. Anatomi daun tumbuhan C4unik yang dikenal dengan anatomiKranz, yaitu terdapat sel-selseludang parenkim yang mengelilingiikatan pembuluh dan memisahkannyadengan sel-sel mesofil. Pada tumbuhanC4 terdapat pembagian kerja antara selselmesofil dan sel-sel seludangparenkim, yaitu pembentukan asammalat dan aspartat dari CO2 terjadi disel-sel mesofil, sedangkan daur Calvinberlangsung di sel-sel seludangparenkim.3) Daur CAM (Crassulacean AcidMetabolism)Daur CAM merupakan fiksasi CO2 padaspesies sukulen anggota familiCrassulaceae (misalnya kaktus, nenas)yang hidup di daerah kering, mempunyaidaun tebal dengan rasio permukaanterhadap volume rendah, laju transpirasirendah, sel-sel daun mempunyai vakuolarelatif besar dan lapisan sitoplasma yangtipis. Fiksasi yang menghasilkan asammalat terjadi pada malam hari pada saatstomata terbuka dan daur Calvin yangmenghasilkan glukosa terjadi pada sianghari pada saat stomata tertutup. Jadifiksasi CO2 pada tumbuhan CAM miripdengan tumbuhan C4, perbedaannyapada tumbuhan C4 terjadi pemisahantempat sedangkan pada tumbuhan CAMterjadi pemisahan waktu.Kemampuan tumbuhan melaksanakandaur CAM ditentukan secara genetis,tetapi kemampuan ini juga dikontrol olehlingkungan. Umumnya CAM berlangsunglebih cepat pada siang hari yang panasdengan tingkat cahaya yang tinggi dan malamhari yang dingin dan tanah yang keringseperti di gurun. Fiksasi CO2 pada beberapatumbuhan CAM dapat beralih ke daur C3setelah hujan atau suhu malam hari yanglebih tinggi daripada biasanya karena stomataterbuka lebih lama pada pagi hari (Campbellet al., 2006).Penggolongan tumbuhan menjaditumbuhan C3 dan C4 adalah didasarkan padasenyawa yang diubah dari CO2 pada fase IIdari fotosintesis (reaksi fiksasi atau reduksiCO2). Pada tumbuhan C3, CO2 diubahmenjadi senyawa C3 yaitu asam 3-fosfogliserat yang selanjutnya akan diubahmenjadi glukosa. CO2 + H2ORi

Search related