FOTOSINTESIS Fotosintesis
1
CAKUPAN MATERI • Peran Fotosintesis • Sejarah Fotosintesis • Tempat terjadinya Fotosintesis • Reaksi-reksi Fotosintesis • Reaksi Terang • Reaksi Gelap • Tumbuhan C3, C4 dan CAM • Fotosintesis dan Pemanasan Global Fotosintesis
26
Matahari
Pemanenan enargi surya Oksigen
Energi Kimia
Bahan organik Obat Makanan Pakaian Kosmetik
Perumahan
dll.
Bahan bakar Fotosintesis
3
Sejarah Fotosintesis
Fotosintesis
2
Percobaan awal Fotosintesis: Priestley (1770-an) Ingenhousz (1780-an) Priestly: Batang dan daun mint dapat membersihkan udara yang telah dikotori oleh nyala lilin
Ingenhousz: Fotosintesis memerlukan cahaya
Fotosintesis Fotosintesis melibatkan tumbuh-tumbuhan yang ada di darat, perairan air tawar maupun lautan
Pada tumbuhan tinggi Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas
Stroma Tilakoid Granum Ruang antar membran Membran dalam Membran luar
Potongan melintang daun jagung
Model struktur kloroplas Fotosintesis
6
Fotosintesis: proses oksidasi reduksi
Cahaya Matahari
6CO2 + 6H2O
C6H12O6 + 6O2 Reduksi Oksidasi Fotosintesis
7
Fotosintesis menghasilkan gas oksigen dari pemecahan air
6CO2* + 12H2O
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
6CO2 + 12H2O*
C6H12O6 + 6H2O +6O2* 6CO2
6H2O*
Penggunaan oksigen berlabel Æ O2 berasal dari H2O
C6H12O6
6H2O
6O2*
Cahaya
Reaksi terang Reaksi terang (Dalam Grana)
H2O O2
Fotosintesis
ATP
NADP H
ADP+Pi
NADP+
CO2
Reaksi gelap Reaksi Gelap (dalam stroma)
Gula
Reaksi terang Prosesnya digerakkan oleh cahaya ATP Cahaya matahari
Klorofil
dan NADPH
Energi CAHAYA
Energi KIMIA
Reaksi terjadi di dalam grana khususnya pada membran tilakoid kloroplas Fotosintesis
11
Cahaya matahari: gelombang elektromagnetik
sinar Gamma
infra merah
UV
sinar X
Gelombang mikro
Gelombang radio
Cahaya Tampak 380
450
500
550
600
650
700
750 nm
Peningkatan λ Peningkatan Energi
Fotosintesis
10
Spektrum cahaya merah dan biru adalah yang efektif diserap oleh pigmen tumbuhan dalam proses fotosintesis, cahaya hijau sebagian besar dipantulkan ÆÆ daun berwarna hijau Laju Fotosintesis
Panjang gelombang efektif untuk fotosintesis
Absorbsi cahaya oleh klorofil a
400
500
600
Panjang Gelombang (nm)
700
Konsep dasar reaksi terang
Bagian dalam tilakoid
H+ NADP reduktase
Kompleks sitokrom Sistem cahaya II (PSII)
+ H+ H H+ ATP + sintase H+ H
H+ H+ Sistem cahaya I (PSI)
NADPH
H+
H+
ATP
Tahap-tahap reaksi terang Æ Teori kemiosmosis ¾ Air dipecah sebagai sumber elektron di sistem cahaya II ¾ Elektron yang tereksitasi mentransfer energinya ke rangkaian pembawa elektron dengan tingkat energi yang lebih rendah untuk memompa proton (H+) dari stroma ke ruang dalam tilakoid (matriks) ¾ Terjadi perbedaan konsentrasi ion H+ antar dua permukaan membran (matriks dan stroma) ¾ Beda potensial ini digunakan ion H+ kembali ke stroma melewati enzim ATP sintase untuk membentuk ATP dari ADP ¾ Elektron akhirnya diterima oleh penerima elektron terakhir yaitu NADP+ sehingga berubah menjadi NADPH
Teori Zigzag Sistem cahaya II (PSII)
Rantai Reaksi redoks
Sistem cahaya I (PSI)
e-
Chl*
e-
Chl*
I PQ
Fd
Cyt
e-
e-
PC
H2O
Chl O2
+ H+
H+
Foton
NADPH e-
ADP + Pi
ATP
NADP+ + H+
Chl
Foton
Reaksi gelap ¾ Tidak berhubungan langsung dengan cahaya ¾ memanfaatkan ATP dan NADPH dari reaksi terang untuk mereduksi CO2 menjadi gula Gula NADP+
NADPH
CO2 + H2O
Siklus Calvin
ATP ADP
¾ Tetap terjadi pada saat ada cahaya/siang hari ¾ Jadi input reaksi gelap: ATP, NADPH, CO2
Ribulosa-1,5bisfosfat
CO2 + H2O
Enzim Rubisco ADP
Karboksilasi
Regenerasi
SIKLUS CALVIN
3-Fosfogliserat
ATP
ATP +
Gliseraldehid3-fosfat
Setiap 12 G3P: 10 Æ regenerasi 2 Æ gula Sucrose, Starch Sukrosa, pati
Reduksi
NADPH
ADP + Pi NADP+
Tumbuhan C3, C4 dan CAM Berdasarkan metabolisme fotosintesis dan anatomi daunnya tumbuhan dikelompokkan ke dalam 3 grup: Tumbuhan C3 Tumbuhan C4 Tumbuhan CAM
Fotosintesis
18
Tumbuhan C3
CO2
•
Reduksi karbon terjadi melalui siklus Calvin (siklus C3)
•
Disebut tumbuhan C3 karena senyawa awal yang terbentuk berkarbon 3 (fosfogliserat)
•
Sebagian besar tumbuhan tinggi masuk ke dalam kelompok tumbuhan C3
•
Apabila stomata menutup akibat stress terjadi peningkatan fotorespirasiÆ pengikatan O2 oleh enzim Rubisco
Siklus Calvin
Gula
Fotosintesis
20
Tumbuhan C4 Epidermis atas
•
Sel seludang pembuluh berkembang dengan baik dan banyak mengandung kloroplas
•
Fotosintesis terjadi di dalam sel mesofil dan sel seludang pembuluh
Sel mesofil Pembuluh daun Sel seludang Pembuluh
Epidermis bawah Stomata
•
Pengikatan CO2 di udara melalui lintasan C4 di sel mesofil dan reduksi karbon melalui siklus Calvin (siklus C3) di dalam sel seludang pembuluh
•
Fototrespirasi tidak terjadi/rendah sekali Fotosintesis
21
Tumbuhan C4 CO2
Lintasan C4 Malat
Piruvat
Malat
CO2
Siklus Calvin Gula
Piruvat
• Pengikatan CO2 di udara terjadi di dalam sel mesofil melalui lintasan C4 dan reduksi karbon terjadi di dalam sel seludang pembuluh melalui siklus Calvin (siklus C3) • Beberapa tumbuhan tropis termasuk dalam C4 seperti jagung, tebu dan bayam (Amaranthus sp.) Fotosintesis
22
Malam hari
Tumbuhan CAM CO2
Lintasan C4 malat
Siang hari
CO2
Siklus Calvin
Gula
¾ Umumnya tumbuhan yang beradaptasi pada keadaan kering seperti kaktus, anggrek dan nenas ¾ Reduksi karbon melalui lintasan C4 dan C3 dalam sel mesofil tetapi waktunya berbeda ¾ Pada malam hari terjadi lintasan C4 pada siang hari terjadi suklus C3 ¾ Pada malam hari asam malat tinggi, pada siang hari malat rendah Fotosintesis
23
Karakteristik reduksi karbon pada tumbuhan
Sel mesofil
CO2
Lintasan C4 Malat
Piruvat
Malat
Siklus Calvin
CO2
Siklus Calvin
Gula Gula
Fotosintesis
CO2
Lintasan C4 malat CO2
Piruvat
Siang hari
CO2
CAM
Sel mesofil
C4 Malam hari
C3
Siklus Calvin
Gula
19
Pemanasan global akibat efek rumah kaca dari CO2 di atmosfir
Radiasi cahaya yang terperangkap oleh CO2
Fotosintesis merupakan penampungan (sink) bagi CO2 global
KETERANGAN GAMBAR Kelompok Alga: •Dinoflagellate, Peridinium sp. Paku-pakuan •Equisetum •Sticheris owhyhensis, Diploterygium pinnatum Pakis dari Hawai: Cycas revoluta Pohon raksasa di Amerika •Sequoia sempervirens Fotosintesis
26
Lestarikan tumbuhan Karena dia adalah plasenta dunia: sumber karbon dan oksigen kita
Fotosintesis
26
SEKIAN
Fotosintesis
26
