BAB I

PENDAHULUAN

I. LATAR BELAKANG

Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti cahaya, dan sintesis yang berarti

menyusun.Jadi fotosintesis dapat diartikan sebagai suatu penyusunan senyawa kimia

kompleks yang memerlukan energi cahaya, cahaya alami itu ialah matahari.

        Fotosintesis merupakan suatu proses biologi yang kompleks, proses ini

menggunakan energi dan cahaya matahari yang dapat dimanfaatkan oleh klorofil yang

terdapat dalam kloroplas, (Teori Engelman . Seperti halnya mitokondria, kloroplas

mempunyai membran luar dan membran dalam. Membran dalam mengelilingi suatu

stroma yang mengandung enzim-enzim tang larut dalam struktur membran yang

disebut tilakoid. Proses fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain air

(H2O), konsentrasi CO2, suhu, umur daun, translokasi karbohidrat, dan cahaya. Tetapi

yang menjadi faktor utama fotosintesis agar dapat berlangsung adalah cahaya, air, dan

karbondioksida.

        Berbeda dengan organisme heterotrof, organisme autotrof menggunakan energi

yang berasal dari oksidasi dan zat-zat organik tertentu. Organisme yang demikian

disebut kemoautotrof, karena menggunakan zat – zat kimiawi dalam memproduksi

senyawa organik dari senyawa non-organik. Sedangkan peristiwa fotosintesis sendiri

dilakukan oleh organisme autotrof yang seringkali disebut dengan organisme

fotoautotrof, karena dalam proses pembentukan senyawa organiknya menggunakan

energi yang berasal dari cahaya matahari. Dalam fotosintesis, dihasilkan glukosa

(karbohidrat) dan oksigen. Hampir semua makhluk hidup bergantung pada hasil

fotosintesis. Sehingga fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi.

Organisme yang mampu menyusun senyawa organik dari senyawa anorganik 

dinamakan organisme autrotof. Fotosintesis sebenarnya merupakan salah satu cara

asimilasi karbon sebab pada proses fotosintesis, karbon bebas kemudian diikat sehingga

menjadi gula.

Untuk mengetahui ada atau tidaknya amilum yang terdapat dalam proses

fotosintesis dapat dilakukan dengan berbagai percobaan, diantaranya dengan memberi

perlakuan variasi cahaya matahari yang berbeda pada daun tumbuhan dan mengujinya

di laboratorium untuk memperoleh hasil dan data yang bervariasi antara daun tumbuhan

sampel.

        Pada tahun 1778, Jan Ingenhousz, dokter kerajaan Austria, mengulangi

eksperimen Priestley. Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada

tumbuhan sehingga dapat "memulihkan" udara yang "rusak". Ia juga menemukan

bahwa tumbuhan juga 'mengotori udara' pada keadaan gelap sehingga ia lalu

menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah

kemungkinan meracuni penghuninya.

II. RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana proses terjadinya fotosintesis?

2. Bagaimana pengaruh cahaya tampak pada proses fotosintesis?

3. Bagaimana Fotosintesis mengubah energy cahaya menjadi energy kimia?

4. Bagaimana proses fotosintesis reaksi terang mengubah energy surya menjadi

energy kimia dalam ATP dan NADPH?

5. Bagaimana proses siklus Calvin mengubah ATP dan NADPH untuk mengubah

CO2 menjadi gula?

6. Bagaimana mekanisme untuk fiksasi karbon yang telah berevolusi didaerah

beriklim panas dan kering?

III. TUJUAN

1. Untuk mengetahui bagaimana proses terjadinya fotosintesis?

2. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh cahaya tampak pada proses fotosintesis?

3. Untuk mengetahui bagaimana Fotosintesis mengubah energy cahaya menjadi

energy kimia?

4. Untuk mengetahui bagaimana proses fotosintesis reaksi terang mengubah energy

surya menjadi energy kimia dalam ATP dan NADPH?

5. Untuk mengetahui bagaimana proses siklus Calvin mengubah ATP dan NADPH

untuk mengubah CO2 menjadi gula?

6. Untuk mengetahui bagaimana mekanisme untuk fiksasi karbon yang telah

berevolusi didaerah beriklim panas dan kering?

BAB II

PEMBAHASAN

1. PENGERTIAN FOTOSINTESIS

A. Pengertian Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan dibumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat diatmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photosberarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

Meskipun masih ada langkah-langkah dalam fotosintesis yang belum dipahami, persamaan umum fotosintesis telah diketahui sejak tahun 1800-an. Pada awal tahun 1600-an, seorang dokter dan ahli kimia, Jan van Helmont, seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia), melakukan percobaan untuk mengetahui faktor apa yang menyebabkan massa tumbuhan bertambah dari waktu ke waktu. Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa massa tumbuhan bertambah hanya karena pemberian air. Namun, pada tahun 1727, ahli botani Inggris, Stephen Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain selain air yang berperan. Ia mengemukakan bahwa sebagian makanan tumbuhan berasal dari atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam proses tertentu. Pada saat itu belum diketahui bahwa udara mengandung unsur gas yang berlainan.

Pada tahun 1771, Joseph Priestley, seorang ahli kimia dan pendeta berkebangsaan Inggris, menemukan bahwa ketika ia menutup sebuah lilin menyala dengan sebuah toples terbalik, nyalanya akan mati sebelum lilinnya habis terbakar. Ia kemudian menemukan bila ia meletakkan tikus dalam toples terbalik bersama lilin, tikus itu akan mati lemas. Dari kedua percobaan itu, Priestley menyimpulkan bahwa nyala lilin telah "merusak" udara dalam toples itu dan menyebabkan matinya tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yang telah “dirusak” oleh lilin tersebut dapat “dipulihkan” oleh tumbuhan. Ia juga menunjukkan bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples tertutup asalkan di dalamnya juga terdapat tumbuhan.

Pada tahun 1778, Jan Ingenhousz, dokter kerajaan Austria, mengulangi eksperimen Priestley. Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat "memulihkan" udara yang "rusak". Ia juga menemukan bahwa tumbuhan juga 'mengotori udara' pada keadaan gelap sehingga ia lalu menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah kemungkinan meracuni penghuninya. Akhirnya di tahun 1782, Jean Senebier, seorangpastor Perancis, menunjukkan bahwa udara yang “dipulihkan” dan “merusak” itu adalah karbon dioksida yang diserap oleh

tumbuhan dalam fotosintesis. Tidak lama kemudian, Theodore de Saussure berhasil menunjukkan hubungan antara hipotesisStephen Hale dengan percobaan-percobaan "pemulihan" udara. Ia menemukan bahwa peningkatan massa tumbuhan bukan hanya karena penyerapan karbon dioksida, tetapi juga oleh pemberian air. Melalui serangkaian eksperimen inilah akhirnya para ahli berhasil menggambarkan persamaan umum dari fotosintesis yang menghasilkan makanan (seperti glukosa).

B. Pigmen Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel, tetapi hanya pada sel

yang mengandung pigmen fotosintetik. Sel yang tidak mempunyai pigmen fotosintetik ini tidak mampu melakukan proses fotosintesis. Pada percobaan Jan Ingenhousz, dapat diketahui bahwa intensitas cahaya mempengaruhi laju fotosintesis padatumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena perbedaan energi yang dihasilkan oleh setiapspektrum cahaya. Di samping adanya perbedaan energi tersebut, faktor lain yang menjadi pembeda adalah kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya yang berbeda tersebut. Perbedaan kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya tersebut disebabkan adanya perbedaan jenis pigmen yang terkandung pada jaringan daun.

Di dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan jaringan pagar. Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung pigmen hijau klorofil. Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan penting dalam menyerap energi matahari.

C. Kloroplas    Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau,

termasukbatang dan buah yang belum matang. Di dalam kloroplas terdapat pigmen klorofilyang berperan dalam proses fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Membran stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli.

Di dalam stroma juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentukgrana (kumpulan granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid. Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapakomponen seperti protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid.Secara keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun perak (Cu). Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid. Sedangkan, pengubahan energicahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir berupaglukosa yang dibentuk di dalam stroma. Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.

D. Fotosintesis pada Alga dan Bakteri Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang hingga alga mikroskopik yang hanya

terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat,

fotosintesis pada keduanya terjadi dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi. Semua alga menghasilkanoksigen dan kebanyakan bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil saja yang bersifatheterotrof yang berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain.

E. Cahaya tampakCahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat

didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak bervariasi, bergantung pada warnanya. Meskipun spektrum optik tidak ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya, berikut perkiraan batas warna-warna spektrum :

Ungu: 380–450 nm, Biru: 450–500 nm, Hijau: 500–550 nm, Kuning: 550–600 nm, Jingga: 600–650 nm, Merah: 650–750 nm

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia penting dimana tanaman, ganggang dan beberapa bakteri memanfaatkan cahaya matahari untuk menghasilkan makanan.

Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama:reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida)

Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi

gelap terjadi di dalam stroma.

REAKSI PROSES KOMPONEN PRODUK

Reaksi terang

Energi tinggi digunakan untuk memecah air, reduksi NADP dan sintesis ATP

Cahaya dengan panjang gelombang tertentu dan klorofil p700 dan P680

Reaksi energi cahaya

Elektron dari molekul akseptor pada klorofil dikeluarkan dan diterima oleh aseptor elektron.

Protein, klorofil dan cahaya

Elektron

Transfer Elektron

Setiap elektron diangkut melalui rantai panjang oleh molekul akseptor\ elektron didalam membran tilakoid, reduksi NADP+ , pemecahan air. Beberapa

Elektorn, H2O dan NADP+

NADPH+O2+H++e-

H+diakumulasikan dalam kompartemen tilakoid.

Setiap H+ dipompa menyebrangi membran tilakoid, sementara itu proton tilakoid diangkut melawan gradien konsentrasi ke dalam tilakoid. Energi yang dilepaskan digunakan untuk sintesis ATP

Membran H+gradien ADP dan P

ATP

Reaksi gelap berenergi

CO2 direduksi emnjadi senyawa karbon kompleks berebergi lebih tinggi

RUBP, CO2, ATP, NADPH

Senyum karbon bernenergi tinggi ADP+

a. Reaksi terang Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna biru (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600 nanometer). Cahaya hijau ini akan dipantulkan dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa daun berwarna hijau. Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak energi. Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi. Tumbuhan memiliki dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, sedangkan fotosistem I 700 nanometer. Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat.

Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II, membuatnya melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP, satuan pertukaran energi dalam sel. Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti. Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen.

Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida. Pendapat ini pertama kali diungkapkan oleh C.B. van Neil yang mempelajari bakteri fotosintetik pada

tahun 1930-an. Bakteri fotosintetik, selain sianobakteri, menggunakan tidak menghasilkan oksigen karena menggunakan ionisasi sulfida atau hidrogen. Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH.

b. Reaksi gelap ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu berbagai proses biokimia. Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus Calvin yang mengikat karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan kemudian menjadi gula seperti glukosa). Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak bergantung pada ada tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun dalam keadaan gelap (tanpa cahaya). (Hardianto, 30: 2004).

Faktor pembatas tersebut dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimummeskipun kondisi lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya faktor-faktor pembatas tersebut sangat mempengaruhi laju fotosintesis yaitu dengan mengendalikan laju optimum fotosintesis. Selain itu, faktor-faktor seperti translokasi karbohidrat, umur daun, serta ketersediaan nutrisi mempengaruhi fungsi organ yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut mempengaruhi laju fotosintesis

Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis :1. Intensitascahaya

Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.2. Konsentrasikarbondioksida

Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.

3. SuhuEnzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.

4. KadarairKekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.

5. Kadarfotosintat(hasilfotosintesis)Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.

6. TahappertumbuhanPenelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi danmakanan untuk tumbuh.

2.1.1 FOTOSINTESIS MENGUBAH ENERGI CAHAYA MENJADI ENERGI KIMIA.

Kemampuan organism yang luar biasa untuk menangkap energy cahaya dan

menggunakannya untuk mengerakkan sintesis senyawa-senyawa organic berasal dari

organisasi struktual dalam sel : enzim-enzim footosintetik dan molekul-molekul lain

dikelompokkan bersama dalam membrane biologis memungkinkan terlaksananya

serangkaian reaksi kimia yang dibutuhkan dgan efisien. Proses fotosintesis kemungkinan

besar bermula dalam sekelompok bakteri yang memiliki wilayah-wilayah membrane plasma

yang melipat kedalam dan mengandung kumpulan molekul semacam itu. Pada bakteri

fotosintetik yang masih ada, membrane fotosintetik yang melipat kedalam yang berfungsi

mirip dengan membrane internal kloroplas.

Kloroplas (tempat fotosintesis pada tumbuhan), seluruh bagian hijau pada tumbuhan

termasuk batang hijau dan buah yang belum matang meiliki klorplas namun daun merupakan

tempat utama proses fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan.

Jika ada  cahaya bagian-bagian hijau pada tumbuhan akan mengahasilkan senyawa-

senyawa organic dan oksigen dari karbon dioksisda dan air. Dengan menggunakan rumus-

rumus molekul, kita dapat merangkum serangkaian reaksi kimia yang kompleks dalam

fotosintesis dengan persamaan kimia ini :

6 CO2 + 12 H2O + Energi Cahaya              C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2o

Disini kita menggunakan glukosa (C6H12O6) untuk menyederhanankan hubungan

antara fotosintesis dan respirasi, namun produk langsung fotosintesis sebenarnya berupa gula

berkarbon tiga yang dapat digunakan untuk membuat glukosa. Air muncul dikedua sisi

persmaan karena 12 molekul air dikonsumsi, sedngkan 6 molekul baru terbentuk pada saat

fotosintesis. Kita dapat menyederhanakan persamaan tersebut dengan mengindikasikan hanya

konsumsi netto air:

   6 CO2 + 12 H2O + Energi Cahaya              C6H12O6 + 6 O2

Dengan menulis persamaan seperti ini kita dapat melihat bahwa perubahan kimia

secara keseluruhan selama fotosintesis merupakan kebalikan dari perubahan kimia

keseluruhan yang terjadi dalam respirasi seluler.

Penguraian air

Salah satu petunjuk utama dari mekanisme fotosintesis berasal dari penemuan bahwa

O2 yang dilepaskan oleh tumbuhan berasal dari H2O, bukan dari CO2. Kloroplas memecah air

menjadi hidroen dan oksigen. Sebelumya hipotesis yang mendominasi adalah bahwa

fotosintesi yang memecah karbon dioksida (CO2             C + O2 ) dan kemudian

menambahkan air ke karbon (C + H2O              [CH2O]). Hipotewsis ini memprediksi bahwa

O2 yang dilepaskan selama fotosintesis berasal dari CO2.

Van Niel menyelidiki fotosintesis pada bakteri yang membuat karbohidartnya dari

CO2 namaun tidak melepaskan O2. Dia menyimpullkan bahwa setidaknya pada bakteri ini

CO2 tidak dipecah menjadi karbon dan oksigen. Salah asatu kelompok bakteri menggunakan

hydrogen sulfide (H2S), bukan air untuk fotosintesis. Persamaan kimia untuk fotosintesis

pada bakteri sulfur tersebut adalah :

CO2 + H2S                    [CH2O] + H2O + 2 S

Ia berpendapat bahwa bakteri tersebut memecah H2S dan mengguanakan atom

hydrogen unuk membuat gula. Dengan demikian van Niel menghipotesiskan bahwa

tumbuhan memecah H2O sebagai sumber elektron dari atom-atom hydrogen dan melepaskan

O2 sebagai produk sampingan.

Fotosisntesis Sebagai Proses Redoks

 Selama respirasi seluler energy yang dilepaskan dari gula ketika elektron yang

beasosiasi dengan hydrogen ditransfor oleh molekul pembawa ke oksigen, membentuk air

sebagai produk sampingan. Elektron kehilangan energy potensial saat ‘jatuh’ menuruni rantai

transport elektron menuju oksigen yang elektronegatif dan mitokondria memanfaatkan

energy tersebut untuk menyintesis ATP. Fotosintesis membalik arah aliran elektron. Air

dipecah dan elektron ditransfer bersama-sama ion hidogen dari air ke karbon dioksida yang

mereduksinya menjadi gula. Karena elektron mengalami peningkatan energy potensial saat

bergerak dari air ke gula,proses ini membutuhkan energy atau dengan kata lain bersifat

endergonik. Dorongan energy ini disediakan oleh cahaya matahari.

2.1.2 REAKSI TERANG MENGUBAH ENERGI SURYA MENJADI ENERGI KIMIA

DALAM ATP DAN NADPH

Ketika cahaya bertemu materi, cahaya mungkin dipantulkan, diteruskan atau diserap.

Zat yang menyerap cahaya tampak dikenal sebagai pigmen.

Reaksi terang berlangsung di dalam membran tilakoid di grana. Grana adalah struktur

bentukan membran tilakoid yang terbentuk dalam stroma, yaitu salah satu ruangan dalam

kloroplas. Di dalam grana terdapat klorofil, yaitu pigmen yang berperan dalam fotosintesis.

Reaksi terang di sebut juga fotolisis karena proses penyerapan energi cahaya dan penguraian

molekul air menjadi oksigen dan hidrogen.

Reaksi terang fotosintesis pada membran tilakoid

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi

ini memerlukan molekul air dan cahaya Matahari. Proses diawali dengan

penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.

Fotosistem tersusun atas suatu kompleks proein yang disebut kompleks pusat reaksi

yang dikelilingi oleh beberapa kompleks permanen cahaya. Kompleks pusat reaski

mengandung suatu molekul yang mampu menerima elektron dan menjadi tereduksi; molekul

ini disebut penerima elktron primer.

Reaksi terang melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I

dan II. Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini optimal

menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm, sedangkan fotosistem II (PS II) berisi

pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 nm.

Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap cahaya

Matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi

tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil elektron dari molekul H2O

yang ada disekitarnya. Molekul air akan dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak

sebagai enzim. Hal ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid.

Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi

plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang

terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron

dari PS II ke suatu pompa H+ yang disebut sitokrom b6-f kompleks. Reaksi keseluruhan yang

terjadi di PS II adalah:

2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 + 2PQH2

Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I dengan

mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah bergerak dan

mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Kejadian ini juga menyebabkan

terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-

f kompleks adalah:

2PQH2 + 4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H+ (lumen)

Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I. Fotosistem ini

menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tapi mengandung kompleks inti terpisahkan,

yang menerima elektron yang berasal dari H2O melalui kompleks inti PS II lebih dahulu.

Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I berfungsi mengoksidasi plastosianin

tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin. Reaksi

keseluruhan pada PS I adalah:

Cahaya + 4PC(Cu+) + 4Fd(Fe3+) → 4PC(Cu2+) + 4Fd(Fe2+)

Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir pengangkutan

elektron untuk mereduksi NADP+ dan membentuk NADPH. Reaksi ini dikatalisis dalam

stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase. Reaksinya adalah

4Fd (Fe2+) + 2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+) + 2NADPH

Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam ATP

sintase. ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan pengangkutan

elektron dan H+ melintasi membran tilakoid. Masuknya H+ pada ATP sintase akan membuat

ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi) menjadi ATP. Reaksi

keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang adalah sebagai berikut:

Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O → ATP + NADPH + 3H+ + O2

Aliran Elektron Linear

Cahaya menggerakkan sintesis ATP dan NADPH dengan cara memberi energy pada

kedua fotosistem yang tertanam dalam membrane tilakoid kloroplas. Kunci transformasi

aliran energy ini adalah aliran elektron melalui fotosistem dan komponen-kmponen molecular

lain yang tertanam dalam membrane tilakoid. Ini disebut aliran elektron linear yang terjadi

selama reaksi terang fotosintesis.

   Aliran Elektron Siklik

Aliran yang terfotoeksiasi dapat mengambil jalur alternative yang disebut aliran

elektron siklik yang menggunakan fotosistem I namun tidak menggunakan fotosistem II.

2.1.3 SIKLUS CALVIN MENGGUNAKAN ATP DAN NADPH UNTUK MENGUBAH CO2

MENJADI GULA

Siklus Calvin mirip dengan siklus asam sitrat karena materi awal dihasilkan kembali

setelah ada molekul yang memasuki dan meninggalkan siklus. Akan tetapi, sementara siklus

asama sitrat bersifat katabolik, mengoksidasi glukosa dan menggunakan energy untuk

menyintesis ATP, siklus Calvin bersifat anabolic, membangun karbohidrat dari molekul-

molekul yang lebih kecil dan mengonsumsi energy. Karbon memasuki siklus calvin dalam

bentuk CO2 dan meninggalkan siklus dalam bentuk gula. Siklus menggunakan ATP sebagai

sumber energy dan mengonsumsi NADPH sebagai tenaga pereduksi bagi penambahan

elektron berenergi tinggi untuk membuat gula.

Karbohidrat yang dihasilkan langsung dari siklus calvin sebenarnya bukanlah glukosa

melainkan gula karbon tiga; nama gula ini adalah gliseralhida-3-fosfat (G3P). Untuk sintesis

netto satu molekul G3P siklus calvin harus berlangsung tiga kali, memfiksasi tiga molekul

CO2.  

Mekanisme siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi CO2 oleh ribulosa difosfat

karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat. RuBP merupakan enzim alosetrik yang

distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari pencahayaan kloroplas. Pertama,

reaksi dari enzim ini distimulasi oleh peningkatan pH. Jika kloroplas diberi cahaya, ion

H+ ditranspor dari stroma ke dalam tilakoid menghasilkan peningkatan pH stroma yang

menstimulasi enzim karboksilase, terletak di permukaan luar membran tilakoid. Kedua,

reaksi ini distimulasi oleh Mg2+, yang memasuki stroma daun sebagai ion H+, jika kloroplas

diberi cahaya. Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh NADPH, yang dihasilkan oleh fotosistem I

selama pemberian cahaya.

Fiksasi CO2 ini merupakan reaksi gelap yang distimulasi oleh pencahayaan kloroplas.

Fikasasi CO2 melewati proses karboksilasi, reduksi, dan regenerasi. Karboksilasi melibatkan

penambahan CO2 dan H2O ke RuBP membentuk dua molekul 3-fosfogliserat(3-PGA).

Kemudian pada fase reduksi, gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi menjadi 1 gugus

aldehida dalam 3-fosforgliseradehida (3-Pgaldehida).

Reduksi ini tidak terjadi secara langsung, tapi guguskarboksil dari 3-PGA pertama-

tama diubah menjadi ester jenis anhidrida asam pada asam 1,3-bifosfogliserat (1,3-bisPGA)

dengan penambahan gugus fosfat terakhir dari ATP. ATP ini timbul dari fotofosforilasi dan

ADP yang dilepas ketika 1,3-bisPGA terbentuk, yang diubah kembali dengan cepat menjadi

ATP oleh reaksi fotofosforilasi tambahan. Bahan pereduksi yang sebenarnya adalah NADPH,

yang menyumbang 2 elektron. Secara bersamaan, Pi dilepas dan digunakan kembali untuk

mengubah ADP menjadi ATP.

Pada fase regenerasi, yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk bereaksi

dengan CO2 tambahan yang berdifusi secarakonstan ke dalam dan melalui stomata. Pada

akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi tiap molekul CO2 yang ditambat,

digunakan untuk mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP, kemudian daur dimulai lagi.

Tiga putaran daur akan menambatkan 3 molekul CO2 dan produk akhirnya adalah

1,3-Pgaldehida. Sebagian digunakan kloroplas untuk membentuk pati, sebagian lainnya

dibawa keluar. Sistem ini membuat jumlah total fosfat menjadi konstan di kloroplas, tetapi

menyebabkan munculnya triosafosfat di sitosol. Triosa fosfat digunakan sitosol untuk

membentuk sukrosa.

2.1.4 MEKANISME ALTERNATIF UNTUK FIKSASI KARBON TELAH BEREVOLUSI DI

DAERAH BERIKLIM PANAS DAN KERING

Sejak pertama kali tumbuhan berpindah kedaratan sekitar 475 juta tahun silam

tumbuhan telah beradaptasi terhadap masalah-masalah kehidupan darat, terutama maslah

dehidrasi. Pemecahan masalah tersebut sering kali melibatkan barter. Salah satu contoh yang

penting adalah kompromi antara fotosintesis dan pencegahan kehilangan air secara berlebihan

pada tumbuhan. CO2 yang dibutuhkan untuk fotosintesis memasuki daun melalui stomata,

pori-pori pada permukaan lain. Akan tetapi, stomata juga merupakan jalan utama transpirasi,

yaitu kehilangan air melalui penguapan dari daun. Pada hari yang panas dan kering, sebagian

besar tumbuhan menutup stomatanya, sebagai respons utnuk mempertahankan air. Reasons

ini juga menurunkan hasil proses fotosintesis karena membatasi akses ke CO2. Bahkan

dengan stomata yang tertutup sebagian, konsentrasi CO2 mulai menurun di rongga-rongga

udara dalam daun dan konsentrasi O2 yang dilepaskan dari reaksi terang mulai meningkat.

Kondisi-kondisi dalam daun ini mengarah pada proses yang tampaknya sia-sia, yang disebut

fotorespirasi.  

Fotorespirasi merupakan proses yang terjadi saat ada cahaya (foto) danb

mengonsumsi O2 sambil menghasilkan CO2 (respirasi). Akan tetapi, tidak seperti respirasi

seluler normal, fotorespirasi tidak menghasilkan ATP; faktanya fotorespirasi justru

mengonsumsi ATP. Tidak seperti fotosintesis, fotorespirasi tidak menghasilkan gula.

Fotorespirasi bahkan menurunkan keluaran fotosintesis karena mengambil materi organic

dari siklus Calvin dan melepaskan CO2 yang seharusnya difiksasi. 

Berdasarkan cara memproduksi glukosa, tumbuhan dapat dibedakan menjadi

tumbuhan C3 dan C4. Tumbuhan C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari

daerah subtropis. Tumbuhan ini menghasilkan glukosa dengan pengolahan CO2 melalui

siklus Calvin, yang melibatkan enzim Rubisco sebagai penambat CO2.

Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk menghasilkan molekul glukosa. Namun,

ATP ini dapat terpakai sia-sia tanpa dihasilkannya glukosa. Hal ini dapat terjadi jika

ada fotorespirasi, di mana enzim Rubisco tidak menambat CO2 tetapi menambat O2.

Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang umumnya ditemukan di daerahtropis. Tumbuhan ini

melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO2 menjadi glukosa.

Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim yang akan mengikat

CO2 dari udara dan kemudian akan menjadioksaloasetat. Oksaloasetat akan diubah menjadi

malat. Malat akan terkarboksilasi menjadi piruvat dan CO2. Piruvat akan kembali menjadi

PEPco, sedangkan CO2 akan masuk ke dalam siklus Calvin yang berlangsung di sel bundle

sheath dan melibatkan enzim RuBP. Proses ini dinamakan siklus Hatch Slack, yang terjadi di

sel mesofil. Dalam keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.

Tumbuhan CAM (Crassulacean Acid Metabolism/ Metabilsme Asam Krasulasea)

membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari, berlawanan dengan

tumbuhan lain. Stomata yang tertutup pada siang hari membantu tumbuhan gurun

mempertahankan air namun juga mencegah CO2 memasuki daun. Pada malam hari ketika

stomatanya terbuka, tumbuhan ini mengambil CO2 dan mengubahnya kedalam berbagai asam

organic. Sel mesofil tumbuhan CAM menyimpan asam organic yang dibuatnya pada malam

hari dalam vakuolanya sampai pagi hari, kerika stomata tertutup. Pada siang hari, ketika

reaksi terang dapat menyuplai ATP dan NADPH untuk siklus Calvin, CO2 dilepaskan dai

asam organic yang dibuat pada malam sebelumnya untuk digabungkan kedalam gula di

kloroplas.

BAB III

PENUTUP

1.1  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. Factor yang mempengaruhi fotosintesis adalah intensitas cahaya, konsentrasi

karbon dioksida, suhu, kadar air, kadar fotosintat dan tahap pertumbuhan.

DAFTAR PUSTAKA

  Campbell dan Reece. 2002 Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta : Erlangga.         Darmawan dan Baharsjah. 1983. Pengantar Fisiologi Tumbuhan . Jakarta : PT Gramedia.         Devlin, Robert M. 1975. Plant Physiology Third Edition. New York : D. Van Nostrand.         Dwijoseputro, D. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 2. Jakarta : Gramedia.         Dwijoseputro. 1994. Pengantar Fisiologi Tanaman. Jakarta : Gramedia.         Guttman, Burton S. Dan and John, W. Hopkins. 1983. Understanding Biology. New York :

Harcourt Brace Jovanovich, Inc.

-. -. Fotosintesis. (id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis)

-. 2012. Pengertian, Fungsi dan Proses Fotosintesis. (http://blog.codingwear.com/bacaan-70-

Pengertian,-Fungsi-dan-Proses-Fotosintesis.html, diakses pada tanggal 14 Maret 2012).

-. 2011. Proses Fotosintesis. (http://id.shvoong.com/exact-sciences/biology/2117549-proses-

fotosintesis/, diakses pada