Fotosintesis

Fotosintesis


Fotosintesis (foto = cahaya; sintesis= menyusun) pada tumbuhan terutama tejadi di daun. Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan fotosintesis, karena fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil) yang berperan untuk menangkap cahaya serta memberi warna hijau pada daun. Oleh sebab itu fotosintesis dapat juga diartikan sebagai proses pembentukan bahan organic (C6H12O6) dari bahan anorganik (H2O +dan CO2 ) dengan bantuan cahaya dan kloroplas.Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.
Secara umum :
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Proses fotosintesis terbagi menjadi dua tahap reaksi yaitu : reaksi terang dan reksi gelap (siklus Kelvin).

A. Reaksi Terang, yang membutuhkan cahaya

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.
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. Fotofosforilasi Siklik

Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I.
















Pertama, energi cahaya yang ditangkap, membuat elektron-elektron di P700 tereksitasi (menjadi aktif karena rangsangan dari luar), dan keluar menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron. Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya. Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron. Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H+ melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP. Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya. Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.

2. Fotofosforilasi Nonsiklik

Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. Dalam fotofosforilasi nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.












Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e- melalui peristiwa yang disebut dengan fotolisis. Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II, sementara ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas. Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer. Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi. Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700. Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.
Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari. Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP+ dan H+, yang berasal dari penguraian air. Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP+, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:
>> NADP+ + H+ + 2e- —> NADPH
NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap.
Secara ringkas reaksi terang:

18ADP + 18Pi + 12NADP + 12 H2O → 18ATP + 12NADPH + 6O2 +6 H2O

B. Reaksi Gelap

Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma. Bahan reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO2, yang berasal dari udara bebas. Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.
Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu karboksilasi, reduksi, dan regenerasi.
Karboksilasi / fiksasi, pada fase ini ada penmabahan CO2 dan H2O kedalam RuBP untuk membentuk 2 molekul 3-PGA.
Reduksi, pada fase ini 3-PGA dreduksi oleh NADPH menjadi 3-PGald. Sebenarnya reduksi tidak terjadi secar langsung, pertama 3-PGA di ubah dulu menjadi asam 1,3 bifosfogliserat,dimana digunakan sejumlah ATP sehingga berubah menjadi ADP. Kemudian 1,3 bifosfogliserat direduksi menjadi 3-PGald.
Untuk setiap CO2 yang ditambat diperlukan 2 ATP dan 2 NADPH, sedangkan ATP yang ke-3 digunakan pada saat regenerasi sehingga untuk semuanya diperlukan 3 ATP dan 2 NADPH.
Regenerasi, merupakan fase terbentuknya RuBP dari konversi pada ribulosa-5- fospat yang merupakan zat antara dalam siklus ini dengan digunakan ATP yag ke-3.
Tiga putaran siklus Kelvin akan memfiksasi 3CO2 menghasilkan 6 molekul 3-PGald yang akan digunakan untuk mensintesis pati, sukrosa, polysakarida untuk dinding sel, dll.

Sehingga secara umum reaksi gelap :
18ATP + 12NADPH + 6CO2 +6 akseptor → C6H12O6 + 18ADP + 18Pi + 12NADP + 6 akseptor
Hasil penelitian dari Kortschak,dkk (1965) serta dari Fats dan Slack bahwa reaksi karboksilasi utama dari beberapa spesies berbeda – beda .
Spesies C3, mula –mula menambat CO2 menjadi 3-PGA (punya 3 atom c). Contoh Gimnospermae, Pteridophyta, Briophyta
Spesies C4, menghasilkan asam malat ( 4 atom C) sebagai produk awal.Contoh tebu, jagung,dll.
Spesies CAM, hampir sama dengan tumbuhan C4 hanya saja asam malat dibentuk siang hari sedangkan penguraiannya malam hari. Hal ini di karenakan stomata pada tumbuhan ini hanya terbuka pada saat malam hari. Contoh family crassulaceae

Adapun faktor yang memengaruhi fotosintesis terbagi menjadi dua faktor antara lain:
Faktor internal
Kandungan klorofil
Morfologi dan anatomi daun
Enzim fotosintesis
Pengendalian genetic
Umur daun
Kebutuhan fotosintat
Factor eksternalnya
CO2 dilingkungan
Cahaya
Suhu
Air
O2
nutrisi