fotosintesis

Fotosintesis

Cahaya berpengaruh terhadap pertumbuhan ukuran tumbuhan daun dan batang. Hal ini disebabkan daun berusaha mendapatkan lebih banyak cahaya untuk proses fotosintesis. Dalam proses fotosintesis selain cahaya juga sangat diperlukan adanya klorofil(zat hijau daun). Tanpa adanya klorofil dan cahaya tumbuhan tidak akan dapat melakukan fotosintesis. Oleh karena itu cahaya dan klorofil merupakan salah satu faktor  terpenting dalam pertumbuhan.

Kemiosmosis

Energi yang dilepaskan oleh perpindahan elektron melalui rantai transpor elektron ini digunakan untuk mentranspor proton melewati membran dalam mitokondria. Proses ini disebut kemiosmosis.

Kloroplas Mitokondria
ü  Dikendalikan oleh membran tilakoid

ü  Mentransformasi energi cahaya menjadi energi kimia

ü  Dinamakan fotofosforilasi

ü  Dikendalikan oleh membran mitokondria dengan memompa proton dari matrik mitokondria keliar ke ruang inter membran

ü  Mentransfer energi kimia dari molekul makanan menjadi ATP

ü  Dinamakan fosforilasi oksidatif

 

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. Reaksi terang merupakan penggerak bagi reaksi pengikatan CO2 dari udara. Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid yang terdiri dari sistem cahaya (fotosistem I dan II), sistem pembawa elektron, dan komplek protein pembentuk ATP (enzim ATP sintase). Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP+ menjadi energi pembawa ATP dan NADPH.

Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.

Secara ringkas, reaksi terang pada fotosintesis ini terbagi menjadi dua, yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi adalah reaksi penambahan gugus fosfat kepada senyawa organik untuk membentuk senyawa fosfat organik. Pada reaksi terang, karena dibantu oleh cahaya, fosforilasi ini disebut juga fotofosforilasi.

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).

Perbedaan antara reaksi terang dan reaksi gelap

Reaksi Terang

Reaksi Gelap

  • Berlangsung di Grana
  • Mengkonversi energi cahaya menjadi energi kimia ( ATP dan NADPH )
  • Mengubah ADP menjadi ATP Dikendalikan oleh Cahaya
  • Mengendalikan transfer elektron dan hidrogen dari air ke NADP+
  • Menghasilkan O2,memfotolisis H2O
  • Berlangsung di dalam Stroma
  • Memfiksasi CO2 dan mereduksi karbon yang terfiksasi menjadi karbohodrat
  • Menggunakan ATP sebagai sumber energi
  • Menggunakan NADPH sebagai tenaga pereduksi
  • Terdiri dari tiga tahapan : Fiksasi karbon, Reduksi dan Regenerasi RuBP

 

 

 

Berdasarkan metabolisme fotosintesis dan anatomi daunnya tumbuhan dikelompokkan ke dalam 3 grup:

  • Tumbuhan C3
  • Tumbuhan C4
  • Tumbuhan CAM

 

 

 

 

 

  1. Tumbuhan C3

Adalah tumbuhan yang didapati mempunyai sebatian 3-karbon yang stabil hasil daripada fotosintesis. Pada tumbuhan C3, molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah molekul berkarbon 3, 3-fosfogliserat.

Kebanyakan tumbuhan yang menggunakan fotosintesis C3 disebut tumbuhan C3. tumbuhan yang didapati Padi, gandum, dan kedelai merupakan contoh-contoh tumbuhan C3 yang penting dalam pertanian.

Kondisi lingkungan yang mendorong fotorespirasi ialah hari yang panas, kering, dan terik-kondisi yang menyebabkan stomata tertutup. Kondisi ini menyebabkan CO2 tidak bisa masuk dan O2 tidak bisa keluar sehingga terjadi fotorespirasi.Dalam spesies tumbuhan tertentu, ada cara lain fiksasi karbon yang meminimumkan fotorespirasi. Dua adaptasi fotosintetik yang paling penting ini ialah fotosintesis C4 dan CAM

Anatomi tumbuhan C3 :

  • Tidak mempunyai kloroplas dalam sel-sel berkas upih (vascular sheath cells)
  • Kloroplasnya sama dengan kloroplas dalam sel-sel mesofil.
  • Mekanisme pengikatan CO2 nya ,,,
  • Beradaptasi terhadap kawasan sejuk, lembab ke panas, dan keadaan lembab.
  • Respirasi terjadi pada waktu siang.

 

  1. Tumbuhan C4

Tumbuhan C4 dinamakan demikian karena tumbuhan itu mendahului siklus Calvin yang menghasilkan asam berkarbon -4 seperti oxalacetate, malate, dan aspartate sebagai hasil pertama fiksasi CO2 dan yang memfiksasi CO2 menjadi APG di sebut spesies C3, sebagian spesies C4 adalah monokotil (tebu, jagung, dll)

Pada tumbuihan C-4 terdapat pembagian tugas antara 2 jenis sel fotosintetik, yakni :

  1. sel mesofil
  2. sel-sel bundle sheath/ sel seludang-berkas pembuluh.

Sel seludang berkas pembuluh disusun menjadi kemasan yang sangat padat disekitar berkas pembuluh. Diantara seludang-berkas pembuluh dan permukaan daun terdapat sel mesofil yang tersusun agak longgar. Siklus calvin didahului oleh masuknya CO2 ke dalam senyawa organic dalam mesofil.

Langkah pertama ialah penambahan CO2 pada fosfoenolpirufat (PEP) untuk membentuk produk berkarbon empat yaitu oksaloasetat, Enzim PEP karboksilase menambahkan CO2 pada PEP. Karbondioksida difiksasi dalam sel mesofil oleh enzim PEP karboksilase. Senyawa berkarbon-empat-malat, dalam hal ini menyalurkan atom CO2 kedalam sel seludang-berkas pembuluh, melalui plasmodesmata. Dalam sel seludang –berkas pembuluh, senyawa berkarbon empat melepaskan CO2 yang diasimilasi ulang kedalam materi organic oleh robisco dan siklus Calvin.

Dengan cara ini, fotosintesis C4 meminimumkan fotorespirasi dan meningkatkan produksi gula. Adaptasi ini sangat bermanfaat dalam daerah panas dengan cahaya matahari yang banyak, dan dilingkungan seperti inilah tumbuhan C4 sering muncul dan tumbuh subur.

Tabel 1. Perbedaan antara tanaman C3 dan C4

No

Sifat-sifat

C3

C4

1 Jalur utama fiksasi CO2 C3 C3 + C4
2 Hasil pertama fiksasi CO2 PGA Oksaloasetat
3 Molekul penerima CO2 RuBP PEP
4 Enzim pada fiksasi CO2 RuBP karboksilase PEP karboksilase
5 O2 sebagai penghambat fotosintesis ya tidak
6 fotorespirasi tinggi rendah
7 Fotosintesis maksimum 10 – 40 ppm 30 – 90 ppm
8 Suhu opt. Fotosintesa 15 – 30 oC 30 – 45 oC
9 Kebutuhan cahaya untuk fotosintesis 10 –40 % chy. Mthr. Pnh Cahaya matahari penuh
10 Reaksi stomata thd CO2 Kurang peka Lebih peka

 

 

  1. Tumbuhan CAM (Crassulacean Acid Metabolism)

Beberapa spesies tumbuhan mempunyai sifat yang berbeda dengan kebanyakan tumbuhan lainnya, yakni Tumbuhan ini membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Kelompok tumbuhan ini umumnya adalah tumbuhan jenis sukulen yang tumbuh ada di  daerah kering. Dengan menutup stomata pada siang hari membantu tumbuhan ini menghemat air, dapat mengurangi laju transpirasinya, sehingga lebih mampu beradaptasi pada daerah kering tersebut. Selama malam hari, ketika stomata tumbuhan itu terbuka, tumbuhan ini mengambil CO2 dan memasukkannya kedalam berbagai asam organic. Cara fiksasi karbon ini disebut metabolisme asam krasulase, atau crassulacean acid metabolism (CAM). Dinamakan demikian karena metabolisme ini pertama kali diteliti pada tumbuhan dari famili crassulaceae.

Jalur CAM serupa dengan jalur C4 dalam hal karbon dioksida terlebih dahulu dimasukkan kedalam senyawa organic intermediet sebelum karbon dioksida ini memasuki siklus Calvin. Perbedaannya ialah bahwa pada tumbuhan C4, kedua langkah ini terjadi pada ruang yang terpisah. Langkah ini terpisahkan pada dua jenis sel. Pada tumbuhan CAM, kedua langkah dipisahkan untuk sementara. Fiksasi karbon terjadi pada malam hari, dan siklus calvin berlangsung selama siang hari. Yang Termasuk golongan CAM adalah Crassulaceae, Cactaceae, Bromeliaceae, Liliaceae, Agaveceae, Ananas comosus, dan Oncidium lanceanum.

 

Faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis :

  1. faktor genetik

Perbedaan antara spesies, yaitu perbedaan antara spesies C3, C4, dan CAM.

Pengaruh umur daun, kemampuan daun untuk berfotosintesis meningkat pada awal perkembangan daun, tetapi kemudian mulai turun, kadang sebelum daun tersebut berkembang penuh.

Pengaruh laju translokasi fotosintat, laju translokasi fotosintat berlangsung dari daun ke organ-organ penampung yang berfungsi sebagai limbung (sink). Perlakuan pemotongan organ seperti umbi, biji, atau buah yang sedang membesar dapat menghambat laju fotosintesis untuk beberapa hari, terutama untuk daun yang berdekatan dengan organ yang dibuang tersebut

B. faktor lingkungan

Ketersediaan air

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

Ketersediaan CO2

CO2 merupakan bahan baku sintesis karbohidrat. Karena itu, jika keurangan CO2 akan menyebabkan penurunan laju fotosintesis. Sedangkan peningkatan konsentrasi CO2 akan secara konsisten memacu laju fotosintesis.

Pengaruh cahaya.

Laju fotosintesis akan meningkat pada intensitas cahaya meningkat hanya apabila diimbangi kenaikan kadar CO2, yaitu sekitar tengah hari, yakni pada saat intensitas cahaya mencapai puncaknya. Demikian sebaliknya. Penutupan cahaya matahari oleh awan juga akan mengurangi laju fotosintesis.

Pengaruh suhu

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PERTANYAAN-PERTANYAAN

 

  1. jelaskan peran cahaya dan kloroplas dalam fotosintesis
  2. apa yang dimaksud kemiosmosis
  3. jelaskan perbedaan kemiosmosis antara di dalam kloroplas dan di dalam mitokondria
  4. a. apa yang dimaksud dengan reaksi terang

b. jelaskan apa yang terjadi pada reaksi terang

5.  a. apa yang dimaksud reaksi gelap (siklus calvin) ?

b. jelaskan apa yang terjadi pada reaksi gelap (siklus calvin) ?

c. jelaskan perbedaan antara reaksi terang dan reaksi gelap (siklus calvin)!

6. a. jelaskan mengenai lintasan C3,C4, dan CAM

b.jelaskan perbedaan antara tanaman C3,C4 dan CAM

c.sebutkan contoh tanaman yang termasuk lintasan C3,C4, dan CAM

7. jelaskan factor (dalam dan luar) yang mempengaruhi kecepatan fotosintesis

8.apa yang dimaksud hasil bersih fotosintesis

 

 

JAWABAN :

 

  1. Cahaya berpengaruh terhadap pertumbuhan ukuran tumbuhan daun dan batang. Hal ini disebabkan daun berusaha mendapatkan lebih banyak cahaya untuk proses fotosintesis. Dalam proses fotosintesis selain cahaya juga sangat diperlukan adanya klorofil(zat hijau daun). Tanpa adanya klorofil dan cahaya tumbuhan tidak akan dapat melakukan fotosintesis. Oleh karena itu cahaya dan klorofil merupakan salah satu faktor  terpenting dalam pertumbuhan.
    1. Kemiosmosis adalah Energi yang dilepaskan oleh perpindahan elektron melalui rantai transpor elektron ini digunakan untuk mentranspor proton melewati membran dalam mitokondria

 

  1. Energi yang dilepaskan oleh perpindahan elektron melalui rantai transpor elektron ini digunakan untuk mentranspor proton melewati membran dalam mitokondria. Proses ini disebut kemiosmosis.

 

 

Kloroplas Mitokondria
ü  Dikendalikan oleh membran tilakoid

ü  Mentransformasi energi cahaya menjadi energi kimia

ü  Dinamakan fotofosforilasi

ü  Dikendalikan oleh membran mitokondria dengan memompa proton dari matrik mitokondria keliar ke ruang inter membran

ü  Mentransfer energi kimia dari molekul makanan menjadi ATP

ü  Dinamakan fosforilasi oksidatif

 

 

  1. Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena. Reaksi terang merupakan penggerak bagi reaksi pengikatan CO2 dari udara. Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid yang terdiri dari sistem cahaya (fotosistem I dan II), sistem pembawa elektron, dan komplek protein pembentuk ATP (enzim ATP sintase). Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP+ menjadi energi pembawa ATP dan NADPH.
    Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.
    Secara ringkas, reaksi terang pada fotosintesis ini terbagi menjadi dua, yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi adalah reaksi penambahan gugus fosfat kepada senyawa organik untuk membentuk senyawa fosfat organik. Pada reaksi terang, karena dibantu oleh cahaya, fosforilasi ini disebut juga fotofosforilasi.

 

  1. 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).
    Perbedaan antara reaksi terang dan reaksi gelap
    Reaksi Terang Reaksi Gelap
    • Berlangsung di Grana
    • Mengkonversi energi cahaya menjadi energi kimia ( ATP dan NADPH )
    • Mengubah ADP menjadi ATP Dikendalikan oleh Cahaya
    • Mengendalikan transfer elektron dan hidrogen dari air ke NADP+
    • Menghasilkan O2,memfotolisis H2O • Berlangsung di dalam Stroma
    • Memfiksasi CO2 dan mereduksi karbon yang terfiksasi menjadi karbohodrat
    • Menggunakan ATP sebagai sumber energi
    • Menggunakan NADPH sebagai tenaga pereduksi
    • Terdiri dari tiga tahapan : Fiksasi karbon, Reduksi dan Regenerasi RuBP

 

  1.  a.
  • lintasan C3 :

 

  • lintasan C4 :

 

Siklus calvin didahului oleh masuknya CO2 ke dalam senyawa organic dalam mesofil. Langkah pertama ialah penambahan CO2 pada fosfoenolpirufat (PEP) untuk membentuk produk berkarbon empat yaitu oksaloasetat, Enzim PEP karboksilase menambahkan CO2 pada PEP. Karbondioksida difiksasi dalam sel mesofil oleh enzim PEP karboksilase. Senyawa berkarbon-empat-malat, dalam hal ini menyalurkan atom CO2 kedalam sel seludang-berkas pembuluh, melalui plasmodesmata. Dalam sel seludang –berkas pembuluh, senyawa berkarbon empat melepaskan CO2 yang diasimilasi ulang kedalam materi organic oleh robisco dan siklus Calvin

 

  • lintasan CAM :

 

Jalur CAM serupa dengan jalur C4 dalam hal karbon dioksida terlebih dahulu dimasukkan kedalam senyawa organic intermediet sebelum karbon dioksida ini memasuki siklus Calvin. Perbedaannya ialah bahwa pada tumbuhan C4, kedua langkah ini terjadi pada ruang yang terpisah. Langkah ini terpisahkan pada dua jenis sel. Pada tumbuhan CAM, kedua langkah dipisahkan untuk sementara. Fiksasi karbon terjadi pada malam hari, dan siklus calvin berlangsung selama siang hari.

 

b. perbedaan antara tanaman C3,C4 dan CAM

 

Tabel 1. Perbedaan antara tanaman C3 dan C4

No

Sifat-sifat

C3

C4

1 Jalur utama fiksasi CO2 C3 C3 + C4
2 Hasil pertama fiksasi CO2 PGA Oksaloasetat
3 Molekul penerima CO2 RuBP PEP
4 Enzim pada fiksasi CO2 RuBP karboksilase PEP karboksilase
5 O2 sebagai penghambat fotosintesis ya tidak
6 fotorespirasi tinggi rendah
7 Fotosintesis maksimum 10 – 40 ppm 30 – 90 ppm
8 Suhu opt. Fotosintesa 15 – 30 oC 30 – 45 oC
9 Kebutuhan cahaya untuk fotosintesis 10 –40 % chy. Mthr. Pnh Cahaya matahari penuh
10 Reaksi stomata thd CO2 Kurang peka Lebih peka

 

 

c. contoh tanaman :

  • C3 : padi, gandum, kedelai, kacang tanah, kentang, dll.
  • C4 : tebu, jagung, sorgum.
  • CAM : nanas, kaktus, dan bunga lili.
    .

 

7.  factor yang mempengaruhi kecepatan fotosintesis yaitu :

 

• Intensitas cahaya
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
• Konsentrasi karbon dioksida
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
• Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
• Kadar air
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
• Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.

 

8. hasil bersih fotosintesis yaitu hasil akhir yang didapat pada proses fotosintesis.

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s