FOTOSINTESIS Pemanfaatan cahaya untuk membuat makanan Pengungkapan fotosintesis – perjalanan panjang para ilmuwan: Fisika (Belgia) : Jan Bastista van Helmont (tumbuhan air) meruntuhkan mitos bahwa makanan tumbuhan tanah Persamaan umum Fotosintesis
Kimia (Inggris): Joseph Priestly (mint – pembersih udara) Fisika (Belanda): Jan Ingenhousz (tumbuhan – cahaya) 1
FOTOSINTESIS
Proses fotosintesis merupakan hasil proses evolusi panjang • organisme purba : adaptif pada lingkungan tanpa oksigen • organisme fotosintetik : menggunakan CO2 sebagai sumber karbon dan melepas gas oksigen
2
Prokariot fototrofik Oksigenik menggunakan H2O sebagai donor elektron Contoh: Prochlorothrix, Prochloran, Cyanobacteria, Prochlorococcus Anoksigenik : tidak memproduksi oksigen Contoh: bakteri fotosintetik ungu, hijau, Heliobacter
3
Membran berperan penting dalam proses fotosintesis • Organisme prokariot yang berfotosintesis : Membran sel, membran sitoplasma (internal membran) • Tumbuhan tinggi : membran tilakoid kloroplas
(a) tilakoid (grana) sel tanaman
0.25 μm
(b) kloroflas
Gambar 1. Tilakoid dari flattened sac. (Curtis, 1989)
1 μm
4
Gambar 2 Pembentukan membran fotosintetik pada bakteri 5
Tahap-tahap fotosintesis • Blackman (1905; ilmuwan Inggeris) Fotosintesis : 1. Reaksi yang membutuhkan cahaya (Reaksi terang / reaksi menangkap energi) Dihasilkan ATP dan NADPH 2. Reaksi gelap (reaksi pengikatan karbon) Menggunakan ATP dan NADPH hasil reaksi I
6
Cahaya
Fotofosforilasi
Siklus Calvin
Gula
Gambar 3. Tahapan proses fotosintesis (www.Sinauer.com)
7
7 Dalam tumbuhan reaksi terang dan reaksi gelap terjadi secara bersamaan dan simultan 7 Reaksi terang – reaksi tidak tergantung suhu 7 Reaksi gelap - tidak tergantung cahaya tapi dipengaruhi suhu. 7 Pigmen : senyawa yang mengabsorbsi cahaya Beberapa pigmen mengabsorbsi cahaya dengan panjang gelombang tertentu
8
Klorofil merupakan molekul pigmen yang dimiliki tumbuhan hijau. Menyerap cahaya terbesar pada
Spektrum absorpsi estimasi (%)
spektrum warna biru dan merah
Gambar 4. Spektum absorbsi klorofil (Curtis, 1989). 9
Reaksi-reaksi menangkap energi cahaya: 1). Sistem Cahaya I :
Spektrum absorbsi 700 nm
Gambar 5. Proses sistem cahaya (Curtis, 1989).
2). Sistem Cahaya II : Spektrum absorbsi 680 nm
10
Pada reaksi ini akan dihasilkan : ATP NADPH
Energi untuk reduksi karbon
Oksigen ( hasil pemecahan air, pada sistem cahaya II)
Aliran Elektron Siklik Sistem cahaya I juga dapat bekerja independen Disebut aliran elektron siklik. Pada reaksi ini tidak dihasilkan NADPH 11
Terjadi jika : NADP- telah direduksi semua menjadi NADPH Sel perlu tambahan ATP lebih banyak • Mekanisme fotosintetik primitif diduga terjadi melalui aliran elektron siklik
e e
e
e
matahari
Gambar 6. Aliran elektron siklik pada sistem cahaya I (Curtis,1989).
12
Gambar 7 Perangkat fotosintesis pada bakteri 13
P
*
870
Bakteri Purple
BChl Bph
NADH Q Cyt
P
*
Aliran elektron terbalik
bcl
Cyt 870
C
2
UV P
*
Bakteri sulfur hijau
Chla
840
FeS
Fd
NADH
Q Cyt P
*
bc
1
Cyt C
840
553
UV
P
*
ChlaOH
798
Heliobakterium FeS
Fd
NADH
Q Cyt P
*
bc
1
Cyt
798
C
553
UV
Gambar 8 Aliran elektron pada bakteri
14
Fosforilasi fotosintetik : terjadi melalui kemiosmosis
Gambar 9. Mekanisme kemiosmosis pada fotofosforilasi (Curtis, 1989).
15
Reaksi Pengikatan Karbon Energi (ATP dan NADPH) digunakan untuk mereduksi CO2. • CO2 masuk melalui stomata ( untuk tumbuhan tinggi) • CO2 masuk melalui CO2 terlarut dalam air ( kelompok alga) kloroflas
bagian melintang daun
sel mesofil
daun mesofil
Stoma CO2
O2
KLOROFLAS
Ruang intermembran Membran luar
Membran dalam
Granum
Grana
stroma
Stroma
tilakoid ruang tilakoid
•Gambar 10. Daun dan stomata dengan pertukaran O2 dan CO2 (Campbell, 1997).
16
Reduksi Karbondioksida (CO2) • Terjadi di dalam stroma , melalui siklus Calvin
CH2 O C O CHOH CHOH CH2 O
CH2 O CHOH C O
P
CO2
H2O
RuBP karboksilase
P
Ribulasebifosfat (RuBP)
P
OCH2 O CHOH C O
P
Gambar 11. Proses Calvin yang dihasilkan fotosintesis alga oleh 14CO radioaktif (Curtis, 1989) 2 17
• Senyawa pengikat CO2 : RuBP (Ribulosa bifosfat) • Enzim penting : RubisCO (RuBP Karboksilase/ oksigenase) • Senyawa yang pertama terbentuk : asam fosfogliserat (PGA). Suatu senyawa berkarbon 3 (disebut siklus C3)
18
Gambar 12. Ringkasan Siklus Calvin (Curtis, 1989)
19
Lintasan C4 pada tumbuhan C4 • Tumbuhan C4 mempunyai sel-sel seludang pembuluh Contoh : tanaman jagung, tebu, Amaranthus • Terjadi dua lintasan : lintasan C4 dan siklus Calvin • Reduksi karbon diawali dengan lintasan C4 (dalam sel mesofil) • Siklus Calvin terjadi di dalam sel seludang pembuluh setelah melewati lintasan C4
20
Senyawa yang berikatan dengan CO2 : fosfoenol piruvat (PEP). Senyawa yang pertama terbentuk asam oksaloasetat (AOA), senyawa berkarbon 4. Epidermis atas Sel mesofil Pembuluh Seludang pembuluh
Epidermis bawah
Gambar 13. Penampang jaringan daun tanaman C4 (www.Sinauer.com)
21
Gambar 14. Lintasan fiksasi karbon pada tumbuhan C4 (Curtis,1989) 22
