FOTOSINTESIS

Pada kesempatan ini saya akan mereview materi “Fotosintesis”, yang sebenarnya merupakan tugas mata kuliah Elektrofisiologi dan Bioenergetika  FI4252. Semoga bermanfaat🙂 I  LOVE  SAINS

 

Dulu kita mendengar bahwa fotosintesis adalah suatu proses yang dilakukan oleh tumbuhan berklorofil untuk mengubah cahaya matahari menjadi glukosa sebagai bahan bakar peghasil energi. Tumbuhan yang memiliki klorofil ini biasa disebut organism autotrof, karena dapat menghasilkan makanannya sendiri. Dalam proses fotosintesis ini tumbuhan dapat mengubah bahan anorganik (cahaya, air, CO2) menjadi bahan anorganik (glukosa) beserta O2 yang bermanfaat untuk proses respirasi makhluk biologis lain. Dari hal ini dapat kita lihat bahwa Tuhan menciptakan seluruh isi alam dunia ini beserta keseimbangan dan sebuah sistem kompleks yang saling ketergantungan satu sama lain.

Di pertengahan abad 19, perumusan empiric untuk sistem penghasil glukosa dan oksigen ini diketahui dan kemudian dikenal dengan istilah fotosintesis

Picture1

dari perumusan empiris diatas diketahui bahwa dari yang berada bebas di udara ditambah dengan air dengan bantuan energi dari cahaya dapat menghasilkan karbohidrat dan oksigen. Karbohidrat ini digunakan sebagai sumber energy dalam melakukan proses biologis lain.

Proses respirasi terjadi dengan bantuan energy cahaya. Seperti telah diketahui sebelumnya bahwa cahaya memiliki sifat sebagai gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik pada cahaya ini biasa disebut sebagai foton. Energy yang terkandung di dalam foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Semakin besar panjang gelombang maka energy yang dimiliki foton akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya. Cahaya matahari yang kita rasakan selama ini ternyata merupakan gabungan dari berbagai gelombang yang memiliki bermacam – macam panjang gelombang. Maka dari itu cahaya yang kita lihat berwarna putih sehingga sering disebut cahaya tampak.

Foton dapat dikatakan merupakan paket energy yang bergerak sangat cepat. Ketika gelombang tersebu menumbuk suatu bahan, maka sebagian energy foton akan diserap dan ada juga yang dipantulkan sebagai panas. Semakin banyak paket energy yang dimiliki foton maka akan semakin banyak pula energy yang diserap molekul tersebut. Sehingga setiap molekul memiliki karakteristik spectrum penyerapan tersendiri.

Foton berenergi digunakan untuk mengubah memecah molekul air dan mengambil atom hidrogen sehingga dapat bergabung dengan atom karbon dari molekul karbon dioksida membentuk molekul organik dan menghasilkan gas oksigen.  Reaksi ini diamati oleh seorang ilmuwan bernama van Niel dan dikenal dengan istilah fiksasi karbon (carbon fixation). Penemuan ini dibenarkan oleh Robin Hill pada tahun 1950.

Picture2

Pada tanaman hijau fotosintesis terjadi pada bagian daun, karena pada bagian ini banyak mengandung pigmen. Pigmen adalah molekul yang memiliki sifat penyerapan cahaya yang sanagt abik. Pigmen yang terdapat pada tumbuhan yaitu klorofil a, klorofil b, karotin, dan xantopil. Setiap pigmen ini dapat menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang berkisar 500 – 600 nanometer dan gelombang dengan panjang gelombang selain tersebut akan dipantulkan. Pada panjang gelombang tersebut, maka mata kita akan melihat bahwa warna permukaan daun berwarna hijau, seperti dapat terlihat pada gambar (2) yang merupakan grafik penyerapan panjang gelombang cahaya pada pigmen daun.

Picture3.emf

Seluruh tumbuhan, alga dan cyanobacteria menggunakan klororil a sebagai pigmen utama. Klorofil memiliki rentang  absorpsi panjang gelombang yang pendek, namun walau pendek, hal ini dapat meningkatkan efisiensi energy pada proses respirasi tumbuhan. Molekul klorofil terdiri dari porphyrin di bagian kepala dan ekor rantai hidrokarbon. Yang membedakan klorofil a dan klorofil b adalah pada klorofil b terdapat gugs aldehid –CHO sedangkan pada klorofil a gugus tersebut digantikan oleh gugus metal –CH3.

Fotosintesis terjadi dalam dua tahapan. Kedua tahapan ini terjadi di dalam kloroplas. Tahapan tersebut memiliki karakteristik masing masing, penjelasan setiap tahap tersebut yaitu:

Tahap I

Pada tahap ini terjadi proses penangkapan energy matahari sehingga membutuhkan cahaya matahari, reaksi pada tahapan ini biasa disebut reaksi terang. Pada reaksi terang energy cahaya diserap oleh kolorofil untuk mensintesis NADPH dan ATP. Reaksi terang terjadi pada daerah grana. Klorofil, protein dan molekul organic berkumpul membentuk susunan yang disebut fotosistem. Di dalam membrane tilakoid terdapat dua macam fotosistem, setiap fotosistem memiliki klorofil pusat reaksi yang berbeda bergantung kemampuan menyerap panjang gelombang. Klorofil pusat reaksi pada fotosistem I disebut P700 karena mampu menyerap panjang gelombang cahaya 700 nm, sedangkan pada fotosistem II disebut P680.

Kerja-fotosistem

1. Aliran Elektron Non-Siklik

Aliran-non-siklis-reaksi-terang

Langkah awal reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasi dari klorofil pusat reaksi menuju aseptor. Air diuraikan menjadi 2 ion Hidrogen dan 1 atom Oksigen kemudian melepaskan O2. Elektron yang berasal dari atom hydrogen menggantikan elektron yang hilang pada P680. Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energy energy yang kemudian tersimpan sebagai ATP. Proses pembentukan ATP ini disebut fotofosforilasi non siklis.

Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700) elektron ditangkap oleh aseptor primer. Elektron melalui rantai transport elektron kedua, yaitu melalui protein yang mengandung feredoksin (Fd). Enzim NADP+ reduktase mentransfer elektron ke NADP+ sehingga membentuk NADPH yang menyimpang elektron berenergi tinggi dan akan digunakan dalam proses selanjutnya. Sehingga pada reaksi terang akan menghasilkan ATP dan NADPH.

2. Aliran Elektron Siklik

Aliran-siklis-reaksi-terang

Elektron dari aseptor primer fotosistem I dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui Fd, kompleks sitokrom, dan plastosianin. Pada aliran ini terjadi produksi ATP namun tidak membentuk NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2.

Tahap II

Pada tahap ini tidak menggunakan energy cahaya sehingga  disebut reaksi gelap. Pada tahap ini bahan bahan yang dihasilkan pada reaksi terang akan digunakan dalam sebuah siklus bernama siklus Calvin. ATP digunakan sebagai sumber energy dan NADPH sebagai tenaga untuk pereduksi untuk penambahan elektron berenergi tinggi. Pada tahap ini pula disintesis molekul gula dengan melalui tiga tahapan, diantaranya adalah:

a. Fiksasi karbon

Gula berkarbon lima, Ribulosa biposfat (RuBP) mengikat CO2 membentuk senyawa CO2 membentuk senyawa intermediet yang kurang stabil sehingga terbentuk 3-fosfogliserat. Pembentukan tersebut dikatalis ileh enzim RuBP karboksilase.

b. Reduksi

Setiap melekul 3-PGA menerima gugus fosfat dari ATP sehingga terbentuk 1,3 bifosfogliserat. Elektron dari NADPH mereduksi molekul tersebut dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-posfat (G3P). Satu molekul G3P akan keluar sebagai molekul gula atau glukosa dan senyawa organic lain yang diperlukan tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan masuk tahap regenerasi.

c. Regenerasi RuBP

RuBP sebagai pengikat CO2 dibentuk kembali oleh molekul G3P. RuBP dapat mengikat CO2 lagi dan siklus Calvin dapat berlanjut. Molekul gula tidak hanya terbentuk dari reaksi terang atau Calvin saja, gabungan dari proses tesebut yang dapat menghasilkan proses fotosintesis.

Tahapan-siklus-Calvin

Referensi

Rochmah, S. N., Sri Widayati, Mazrikhatul Miah. 2009. Biologi : SMA dan MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 282.

Robertson, B. 2006. How does the human body turn food into useful energy? Science and Children 43(6): 60-61.

Suyitno Al. Fotosintesis. 2005. Pendalaman materi Biologi Guru Guru IPA SD. FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta.

Whiting, David. 2011. Plant  Physiology: Photosynthesis, Respiration, and Transpiration. Colorado State University.

www.biocourse.com

 

Jika melihat proses diatas, kemudian terlintas sebuah pikiran, sebegitu komplekskah alam ini? bahkan didalam selembar daun saja bisa terjadi suatu proses kimia dan fisika yang bisa dikatakan tidak sederhana. Sungguh Allah menciptakan setiap detail alam semesta ini dengan perhitungan yang sempurna. Begitu aneh bila ada orang orang yang mengatakan bahwa alam semesta tercipta karena suatu probabilitas semata. Seharusnya dengan mempelajari sains, mengajarkan kita untuk lebih mengenal Sang Pencipta dari berbagai fenomena ciptaan-Nya. Seharusnya mempelajari sains juga dapat menjadi sarana bagi kita untuk berpikir dan merenung dan menjadi sarana manusia untuk lebih dekat dengan Allah SWT. Wallahualam

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