Masiiih ingaad
Fotosintesiiis ???
Masiiih Lahhh ,,,
tapii gag se-detail duLuu ..
*Nah Lhoo ??...
Niiiee adaa Ulasaannya ..
Fotosintesis (dari bahasa Yunani φώτο- [fó̱to-], "cahaya,"
dan σύνθεσις [sýnthesis],
"menggabungkan", "penggabungan") adalah suatu proses biokimiapembentukan
zat makanan karbohidrat yang dilakukan oleh tumbuhan,
terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil.
Selain tumbuhan berklorofil, makhluk hidup non-klorofil lain yang
berfotosintesis adalah alga dan beberapa jenis bakteri.
Organisme ini berfotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbon dioksida, dan air serta bantuan energi cahaya matahari.
Organisme fotosintesis
disebut fotoautotrof karena mereka dapat membuat makanannya sendiri. Pada tanaman, alga, dan cyanobacteria,
fotosintesis dilakukan dengan memanfaatkan karbondioksida dan air serta menghasilkan produk buangan oksigen.
Fotosintesis sangat penting bagi semuakehidupan aerobik
di Bumi karena selain untuk
menjaga tingkat normal oksigen di atmosfer,
fotosintesis juga merupakan sumber energi bagi hampir semua kehidupan di Bumi,
baik secara langsung (melalui produksi primer)
maupun tidak langsung (sebagai sumber utama energi dalam makanan mereka), kecuali pada organisme kemoautotrof yang hidup di bebatuan atau di lubang angin
hidrotermal di laut yang dalam.
Tingkat penyerapan energi oleh fotosintesis sangat tinggi, yaitu sekitar
100 terawatt, atau kira-kira enam kali lebih besar daripada konsumsi energi
peradaban manusia. Selain energi, fotosintesis juga menjadi sumber
karbon bagi semua senyawa organik dalam tubuh organisme. Fotosintesis mengubah sekitar 100–115petagram karbon menjadi biomassa setiap tahunnya.
Meskipun fotosintesis
dapat berlangsung dalam berbagai cara pada berbagai spesies, beberapa cirinya
selalu sama. Misalnya, prosesnya selalu dimulai dengan energi cahaya diserap
oleh protein berklorofil yang disebut pusat reaksi fotosintesis.
Pada tumbuhan, protein ini tersimpan di dalam organel yang disebut kloroplas,
sedangkan pada bakteri, protein ini tersimpan pada membran plasma. Sebagian dari energi cahaya yang
dikumpulkan oleh klorofil disimpan dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP). Sisa energinya digunakan untuk memisahkanelektron dari zat seperti air. Elektron ini digunakan dalam reaksi yang mengubah
karbondioksia menjadi senyawa organik. Pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria,
ini dilakukan dalam suatu rangkaian reaksi yang disebut siklus Calvin, namun
rangkaian reaksi yang berbeda ditemukan pada beberapa bakteri, misalnya siklus Krebs terbalik pada Chlorobium. Banyak organisme
fotosintesis memiliki adaptasi yang mengonsentrasikan atau menyimpan karbondioksida. Ini membantu
mengurangi proses boros yang disebut fotorespirasi yang dapat menghabiskan sebagian dari gula yang dihasilkan selama
fotosintesis.
Organisme fotosintesis
pertama kemungkinan berevolusi sekitar 3.500 juta tahun silam, pada masa awal sejarah evolusi
kehidupan ketika semua bentuk
kehidupan di Bumi merupakan mikroorganismedan
atmosfer memiliki sejumlah besar karbondioksida. Makhluk hidup ketika itu
sangat mungkin memanfaatkan hidrogen atau hidrogen sulfida--bukan
air--sebagai sumber elektron. Cyanobacteria muncul
kemudian, sekitar 3.000 juta tahun silam, dan secara drastis
mengubah Bumi ketika mereka mulai mengoksigenkan atmosfer pada sekitar 2.400 juta tahun silam. Atmosfer baru ini
memungkinkan evolusi kehidupan kompleks seperi protista.
Pada akhirnya, tidak kurang dari satu miliar tahun silam, salah satu protista
membentuk hubungan
simbiosis dengan satu
cyanobacteria dan menghasilkan nenek moyang dari seluruh tumbuhan dan alga.
Kloroplas pada Tumbuhan modern merupakan keturunan dari cyanobacteria yang
bersimbiosis ini.
Perangkat fotosintesis
PIGMEN
Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel,
tetapi hanya pada sel yang mengandung pigmen fotosintetik. Sel yang tidak mempunyai
pigmen fotosintetik ini tidak mampu melakukan proses fotosintesis. Pada percobaan Jan Ingenhousz,
dapat diketahui bahwaintensitas cahaya memengaruhi laju fotosintesis pada tumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena perbedaan energi yang dihasilkan oleh setiapspektrum cahaya. Di samping adanya perbedaan energi tersebut, faktor lain yang menjadi
pembeda adalah kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya yang berbeda tersebut. Perbedaan kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya tersebut
disebabkan adanya perbedaan jenis pigmen yang terkandung pada jaringan daun.
Di dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan jaringan pagar. Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung pigmen hijau klorofil. Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan
penting dalam menyerap energimatahari.
Dari semua radiasi Matahari yang dipancarkan, hanya panjang gelombang tertentu yang
dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitupanjang gelombang yang berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi atas cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600
nm), biru (410 - 500 nm), dan violet (< 400 nm). Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis. Hal
ini terkait pada sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada membran grana menyerap cahaya yang memiliki
panjang gelombang tertentu. Pigmen yang berbeda
menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Kloroplas mengandung beberapa pigmen. Sebagai contoh, klorofil a terutama menyerap
cahaya biru-violet dan merah, sementara klorofil b menyerap cahaya biru dan
oranye dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a berperan langsung dalam
reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan dalam reaksi
terang. Proses absorpsi energi
cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi tinggi dari klorofil a yang
selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron.Proses ini
merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi fotosintesis.
Kloroplas
Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk batang dan buah yang belum matang. Di
dalam kloroplas terdapatpigmen klorofil yang berperan dalam proses fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti
cakram dengan ruang yang disebut stroma. Stroma
ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Membran
stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya
terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli. Di dalam stroma juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk
membentuk grana (kumpulan granum). Granum
sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat terjadinya reaksi
terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid. Bila sebuah granum disayat maka akan
dijumpai beberapa komponen seperti protein, klorofil a,
klorofil b, karetonoid, dan lipid. Secara keseluruhan, stroma berisi
protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun tembaga (Cu). Pigmen fotosintetik terdapat padamembran tilakoid. Sedangkan,
pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid
dengan produk akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma. Klorofil sendiri sebenarnya hanya
merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.
Fotosistem
Fotosistem adalah suatu unit yang mampu menangkap energi cahaya Matahari yang terdiri dari
klorofil a, kompleks antena, dan akseptor elektron. Di dalam kloroplas
terdapat beberapa macam klorofil dan pigmen lain, seperti klorofil a yang
berwarna hijau muda, klorofil b berwarna hijau tua, dan karoten yang berwarna kuning sampai
jingga. Pigmen-pigmen tersebut mengelompok dalam membran tilakoid dan membentuk
perangkat pigmen yang berperan penting dalam fotosintesis.
Klorofil a berada dalam bagian pusat reaksi. Klorofil
ini berperan dalam menyalurkan elektron yang berenergi tinggi ke
akseptor utama elektron. Elektron ini selanjutnya masuk ke sistem sikluselektron. Elektron
yang dilepaskan klorofil a mempunyai energi tinggi sebab memperoleh energi dari
cahaya yang berasal dari molekul perangkat
pigmen yang dikenal dengan kompleks antena.
Fotosistem sendiri dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan
fotosistem II. Pada fotosistem I ini penyerapan energi cahaya dilakukan
oleh klorofil a yang sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm
sehingga klorofil a disebut juga P700. Energi yang diperoleh P700
ditransfer dari kompleks antena. Pada fotosistem II penyerapan energi
cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap panjang gelombang 680 nm sehingga
disebut P680. P680 yang teroksidasi merupakan agen pengoksidasi yang lebih
kuat daripada P700. Dengan potensialredoks yang lebih besar, akan cukup elektron negatif
untuk memperoleh elektron dari molekul-molekul air.
Membran dan organel fotosintesis
Protein yang
mengumpulkan cahaya untuk fotosintesis dilengkapi dengan membran sel.
Cara yang paling sederhana terdapat pada bakteri, yang mana protein-protein ini
tersimpan di dalam mebran plasma. Akan tetapi, membran ini dapat terlipat
dengan rapat menjadi lembaran silinder yang disebut tilakoid, atau terkumpul
menjadi vesikel yang disebut membran intrakitoplasma. Struktur ini dapat mengisi sebagian besar bagian dalam sel, menjadikan
membran itu memiliki area permukaan yang luas dan dengan demikian meningkatkan
jumlah cahaya yang dapat diserap oleh bakteri.
Pada Tumbuhan dan alga,
fotosintesis terjadi di organel yang disebut kloroplas.
Satu sel tumbuhan biasanya memiliki sekitar 10 sampai 100 kloroplas. Kloroplas ditutupi oleh
suatu membran. Membran ini tersusun oleh membran dalam fosfolipid, membran luar
fosfolipid, dan membran antara kedua membran itu. Di dalam membran terdapat
cairan yang disebut stroma. Stroma mengandung tumpukan (grana) tilakoid, yang
merupakan tempat berlangsungnya fotosintesis. Tilakoid berbentuk cakram datar,
dilapisi oleh membran dengan lumen atau ruang tilakoid di dalamnya. Tempat
terjadinya fotosintesis adalah membran tilakoid, yang mengandung kompleks
membran integral dan kompleks membran
periferal, termasuk membran yang menyerap energi cahaya, yang
membentuk fotosistem.
Tumbuhan menyerap cahaya
menggunakan pigmen klorofil,
yang merupakan alasan kenapa sebagian besar tumbuhan memiliki warna hijau.
Selain klorofil, tumbuhan juga menggunakan pigmen seperikaroten dan xantofil. Alga juga menggunakan klorofil, namun memiliki beragam pigmen lainnya,
misalnya fikosianin, karoten,
dan xantofil pada alga hijau, fikoeritrin pada alga merah (rhodophyta) dan fukoksantin pada alga cokelat dan diatom yang menghasilkan warna yang beragam pula.
Pigmen-pigmen ini
terdapat pada tumbuhan dan alga pada protein antena khusus. Pada protein
tersebut semua pigmen bekerja bersama-sama secara teratur. Protein semacam itu
disebut kompleks panen cahaya.
Walaupun semua sel pada
bagian hijau pada tumbuhan memiliki kloroplas, sebagian besar energinya diserap
di dalam daun. Sel pada jaringan
dalam daun, disebut mesofil,
dapat mengandung antara 450.000 sampai 800.000 kloroplas pada setiap milimeter
persegi pada daun. Permukaan daun secara sergam tertutupi oleh kutikula lilin yang tahan air yang melindungi daun dari penguapan yang berlebihan dan mengurangi penyerapan sinar biru atau ultraviolet untuk mengurangi pemanasan. Lapisan epidermis yang tembus pandang memungkinkan cahaya untuk masuk melalui sel mesofilpalisade tempat sebagian besar fotosintesis berlangsung.
Fotosintesis pada tumbuhan
Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan
langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk
menghasilkan gula danoksigen yang
diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari
fotosintesis. Berikut ini adalah persamaan reaksi fotosintesis yang
menghasilkan glukosa:
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa)
+ 6O2
Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti
selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini
berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara
umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan
di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan
oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.
Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen
inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel
yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam
fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau
mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di
dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah
juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan
epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya
sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh
kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan
sinar Matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.
Fotosintesis pada alga dan bakteri
Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang
hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri
dari satu sel.
Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis
pada keduanya terjadi dengan cara yang sama. Hanya saja karena
alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya,
maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun
lebih bervariasi. Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan
bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil
saja yang bersifat heterotrof yang berarti
bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain.
Proses
Hingga sekarang fotosintesis masih terus dipelajari karena masih ada
sejumlah tahap yang belum bisa dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak yang
diketahui tentang proses vital ini. Proses fotosintesis sangat kompleks
karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan
alam utama, seperti fisika,kimia, maupun biologi sendiri.
Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun.
Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk
melangsungkan reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya
fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil
fotosintesis (disebutfotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan
terdekat terlebih dahulu.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua
bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi
gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida). Reaksi
terang terjadi pada grana (tunggal:
granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di dalamstroma. Dalam
reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan
menghasilkan oksigen (O2). Sedangkan
dalam reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan
dasar CO2 dan energi (ATP dan NADPH). Energi
yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang. Pada
proses reaksi gelap tidak dibutuhkan cahaya Matahari. Reaksi gelap bertujuan
untuk mengubah senyawa yang mengandung atom karbon menjadi molekul gula.
Organisme fotosintesis itu autotrof, yang berarti bahwa mereka
menyimpan energi, mereka dapat menyintesis makanan langsung ari
karbondioksida, air, dan menggunakan energi dari cahaya. Mereka menumbuhkannya
sebagai bagian dari energi potensial mereka.
Akan tetapi, tidak semua organisme menggunakan cahaya sebagai sumber energi
untuk melaksanakan fotosintesis, karena fotoheterotrof menggunakan senyawa organik, dan bukan
karbondioksida, sebagai sumber energi. Pada tumbuhan, alga, dan
cyanobacteria, fotosintesis menghasilkan oksigen. Ini disebut fotosintesis
oksigen. Walaupun ada beberapa perbedaan antara fotosintesis oksigen pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria, secara umum prosesnya cukup
mirip pada organisme-organisme tersebut. Akan tetapi, ada beberapa jenis
bakteri yang melakukan fotosintesis anoksigen, yang menyerap
karbondioksida namun tidak menghasilkan oksigen.
Karbondioksida diubah menjadi gula dalam suatu proses yang disebut fiksasi karbon. Fiksasi karbon adalah reaksi redoks, jadi fotosintesis memerlukan sumber
energi untuk melakukan proses ini, dan elektron yang diperlukan untuk mengubah
karbondioksida menjadi karbohidrat, yang
merupaan reaksi reduksi. Secara umum, fotosintesis adalah kebalikan
dari respirasi sel,
yang mana glukosa dan senyawa lainnya teroksidasi untuk menghasilkan
karbondioksia, air, dan menghasilkan energi kimia. Namun, dua proses itu
berlangsung melalui rangkaian reaksi kimia yang berbeda dan pada kompartemen
sel yang berbeda.
Persamaan umum
untuk fotosintesis adalah sebagai berikut:
Karbondioksida + donor elektron + energi cahaya → karbohidrat + donor elektron teroksidasi
Pada fotosintesis okesigen air adalah donor elektron dan,
karena merupakan hidrolisis melepaskan
oksigen, persamaan untuk proses ini adalah:
karbondioksida + air + energi cahaya → karbohidrat + oksigen +
air
Seringkali 2n molekul air dibatalkan pada kedua pihak, sehingga
menghasilkan:
karbondioksida + air + energi cahaya → karbohidrat + oksigen
Proses lainnya menggantikan senyawa lainnya (Seperti arsenit)
dengan air pada peran suplai-elektron; mikroba menggunakan cahaya matahari
untuk mengoksidasi arsenit menjadi arsenat:Persamaan
untuk reaksinya adalah sebagai berikut:
karbondioksida + arsenit + energi cahaya → arsenat +
karbonmonoksida (digunakan untuk membuat senyawa lainnya dalam reaksi berikutnya)
Fotosintesis terjadi dalam dua tahap. Pada tahap pertama, reaksi
terang atau reaksi cahaya menyerap energi cahaya dan
menggunakannya untuk menghasilkan molekul penyimpan energi ATP danNADPH.
Pada tahap kedua, reaksi gelap menggunakan produk ini untuk
menyerap dan mengurangi karondioksida.
Sebagian besar organisme yang melakukan fotosintesis untuk menghasilkan
oksigen menggunakan cahaya nampak untuk melakukannya, meskipun setidaknya
tiga menggunakan radiasi inframerah.
Reaksi terang
Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2.
Reaksi ini memerlukan molekul airdan cahaya Matahari.
Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.
Reaksi terang melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu
fotosistem I dan II. Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti
bahwa fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm,
sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap
cahaya pada panjang gelombang 680 nm.
Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap
cahaya Matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan
menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II
akan mengambil elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya.
Molekul air akan dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim. Hal
ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid.
Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi
plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul
kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan
mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H+ yang disebut
sitokrom b6-f kompleks. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II
adalah:
2H2O + 4
foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 +
2PQH2
Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah:
2PQH2 +
4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+)
+ 4 H+ (lumen)
Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I. Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tapi mengandung kompleks inti terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari H2O melalui kompleks inti PS II lebih dahulu. Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I berfungsi mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin.[38] Reaksi keseluruhan pada PS I adalah:
Cahaya + 4PC(Cu+)
+ 4Fd(Fe3+) → 4PC(Cu2+) +
4Fd(Fe2+)
Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP+ dan membentuk NADPH. Reaksi ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase. Reaksinya adalah:
4Fd (Fe2+) +
2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+) +
2NADPH
Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam ATP sintase. ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan pengangkutan elektron dan H+ melintasi membran tilakoid. Masuknya H+ pada ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi) menjadi ATP. Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang adalah sebagai berikut:
Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O → ATP + NADPH + 3H+ + O2
Skema Z
Pada tanaman, reaksi terang terjadi pada membran tilakoid di kloroplas dan menggunakan energi cahaya untuk
menyintesis ATP dan NADPH. Reaksi terang memiliki dua bentuk: siklus dan
nonsiklus. Pada reaksi nonsiklus, foton diserap
pada kompleks antena fotosistem II penyerap cahaya oleh klorofil dan pigmen aksesoris lainnya. Ketika molekul klorofil pada
inti pusat reaksi fotosistem II memperoleh energi eksitasi yang cukup dari
pigmen antena yang berdekatan dengannya, satu elektron akan dipindahkan ke
molekul penerima elektron, yaitu feopftin, melalui sebuah proses yang disebut pemisahan tenaga terfotoinduksi.
Elektron ini dipindahkan melalui rangkaian transport elektron, yang disebut skema Z, yang pada
awalnya berfungsi untuk menghasilkan potensi kemiosmosisdi sepanjang membran.
Satu enzim sintase ATP menggunakan potensi kemisomosis untuk
menghasilkan ATP selama fotofosforilasi, sedangkan NADPH adalah
produk dari reaksi redoks terminal
pada skema Z. Elektron
masuk ke molekul klorofil pada fofosistem II. Elektron ini tereksitasi
karena cahaya yang diserap oleh fotosistem. Pembawa elektron kedua
menerima elektron, yang lagi-lagi dilewatkan untuk menurunkan energi penerim elektron. Energi yang dihasilkan
oleh penerima elektron digunakan untuk menggerakan ion hidrogen di sepanjang
membran tilakoid sampai ke dalam lumen. Elektron digunakan untuk mereduksi
koenzim NADP, yang memiliki fungsi pada reaksi terang. Reaksi siklus mirip
dengan nonsiklus, namun berbeda pada bentuknya karena hanya menghasilkan ATP,
dan tidak ada NADP (NADPH) tereduksi yang dihasilkan. Reaksi siklus hanya
berlangsung pada fotosistem I. Setelah elektron dipindahkan dari fotosistem,
elektron digerakkan melewati molekul penerima elektron dan dikembalikan ke
fotosistem I, yang dari sanalah awalnya elektron dikeluarkan, sehingga reaksi
ini diberi nama reaksi siklus.
Fotolisis
Air
NADPH
adalah agen pereduksi utama dalam
kloroplas, menyediakan sumber elektron enerjik kepada reaksi lainnya.
Produksinya meninggalkan klorofil dengan defisit elektron (teroksidasi), yang
harus diperoleh dari beberapa agen pereduksi lainnya. Elektron yang hilang dari
klorofil pada fotosistem I ini digantikan dari
rangkaian transport elektron oleh plastosianin. Akan tetapi,
karena fotosistem IImeliputi tahap
pertama dari skema Z, sumber elektron
eksternal siperlukan untuk mereduksi molekuk klorofil a-nya yang telah teroksidasi. Sumber elektron pada
tanaman hijau dan fotosintesis cyanobacteria adalah air. Dua molekul air
teroksidasi oleh oleh empat reaksi pemisahan-tenaga berturut-turut oleh
fotosistem II untuk menghasilkan satu molekul oksigen diatom dan empat ionhidrogen; elektron yang
dihasilkan pada tiap tahap dipindahkan ke residu tirosin redoks-aktif yang
kemudian mereduksi spesies klorofil a yang berpasangan yang telah
terfotooksidasi yang disebut P680 yang berguna sebagai donor elektron primer
(digerakkan oleh cahaya) pada pusat reaksi fotosistem II. Oksidasi air terkatalisasi pada fotosistem oleh
fotosistem II oleh suatu struktur redoks-aktif yang mengandung empat ion mangan dan
satu ion kalsium; kompleks evolusi oksigen ini mengikat dua
molekul air dan menyimpan empat padanannya yang telah teroksidasi yang
diperlukan untuk melakukan reaksi oksidasi air. Fotosistem II adalah
satu-satunya enzim biologi yang
diketahui melaksanakan oksidasi air ini. Ion hidrogen berkontribusi terhadap
potensi kemiosmosis transmembran yang berujung pada sintesis ATP. Oksigen
adalah produk ampas dari reaksi cahaya, namun sebagian besar organisme di Bumi
menggunakan oksigen untuk respirasi sel, termasuk
organisme fotosintesis.
Reaksi gelap
Reaksi gelap
pada tumbuhan dapat
terjadi melalui dua jalur, yaitu siklus Calvin-Benson dan siklus
Hatch-Slack. Pada siklus Calvin-Benson tumbuhan mengubah senyawa ribulosa
1,5 bisfosfat menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu senyawa
3-phosphogliserat. Oleh karena
itulah tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini dinamakan
tumbuhan C-3. Penambatan CO2 sebagai
sumber karbon pada tumbuhan ini dibantu oleh enzim rubisco. Tumbuhan
yang reaksi gelapnya mengikuti jalur Hatch-Slack disebut tumbuhan C-4 karena
senyawa yang terbentuk setelah penambatan CO2 adalah oksaloasetat yang memiliki empat atom karbon. Enzim yang
berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxilase.
Siklus Calvin-Benson
Mekanisme siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi CO2 oleh ribulosa difosfat karboksilase
(RuBP) membentuk 3-fosfogliserat. RuBP
merupakan enzim alosetrik yang distimulasi oleh tiga jenis
perubahan yang dihasilkan dari pencahayaan kloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini
distimulasi oleh peningkatan pH. Jika
kloroplas diberi cahaya, ion H+ ditranspor dari stroma ke
dalam tilakoid menghasilkan
peningkatan pH stroma yang menstimulasi enzim karboksilase, terletak
di permukaan luar membran tilakoid. Kedua, reaksi ini distimulasi oleh Mg2+,
yang memasuki stroma daun sebagai ion H+, jika kloroplas diberi
cahaya. Ketiga, reaksi ini
distimulasi oleh NADPH, yang dihasilkan oleh fotosistem I selama pemberian cahaya.
Fiksasi CO2 ini merupakan reaksi gelap yang
distimulasi oleh pencahayaan kloroplas. Fikasasi CO2 melewati
proseskarboksilasi, reduksi, dan regenerasi. Karboksilasi melibatkan penambahan CO2 dan H2O ke RuBP membentuk
duamolekul 3-fosfogliserat(3-PGA). Kemudian pada fase reduksi, gugus
karboksil dalam 3-PGA direduksi menjadi 1 gugus aldehida dalam
3-fosforgliseradehida (3-Pgaldehida).
Reduksi ini tidak terjadi secara langsung, tapi gugus karboksil
dari 3-PGA pertama-tama diubah menjadi ester jenis anhidridaasam pada
asam 1,3-bifosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terakhir
dari ATP. ATP ini timbul darifotofosforilasi dan ADP yang dilepas ketika 1,3-bisPGA
terbentuk, yang diubah kembali dengan cepat menjadi ATP oleh reaksi
fotofosforilasi tambahan. Bahan
pereduksi yang sebenarnya adalah NADPH, yang menyumbang 2 elektron. Secara bersamaan, Pi dilepas dan
digunakan kembali untuk mengubah ADP menjadi ATP.
Pada fase regenerasi,
yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk bereaksi dengan CO2 tambahan yang berdifusisecara konstan ke
dalam dan melalui stomata. Pada
akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi tiap molekul CO2yang
ditambat, digunakan untuk mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP, kemudian daur dimulai
lagi.
Tiga putaran daur akan menambatkan 3 molekul CO2 dan produk akhirnya
adalah 1,3-Pgaldehida. Sebagian
digunakan kloroplas untuk membentuk pati, sebagian lainnya dibawa keluar. Sistem ini membuat jumlah total fosfat
menjadi konstan di kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat di sitosol. Triosa
fosfat digunakan sitosol untuk membentuk sukrosa.
Siklus Hatch-Slack
Berdasarkan cara memproduksi glukosa, tumbuhan dapat
dibedakan menjadi tumbuhan C3 dan C4. Tumbuhan
C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari daerah subtropis. Tumbuhan ini menghasilkan glukosa dengan
pengolahan CO2 melalui
siklus Calvin, yang melibatkan enzim Rubisco
sebagai penambat CO2.
Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk menghasilkan molekul glukosa. Namun, ATP ini dapat terpakai sia-sia
tanpa dihasilkannya glukosa. Hal
ini dapat terjadi jika ada fotorespirasi, di mana
enzim Rubisco tidak menambat CO2 tetapi
menambat O2. Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang umumnya ditemukan di
daerah tropis. Tumbuhan ini melibatkan dua enzim
di dalam pengolahan CO2 menjadi
glukosa.
Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim yang akan
mengikat CO2 dari
udara dan kemudian akan menjadioksaloasetat. Oksaloasetat akan diubah menjadi malat. Malat akan terkarboksilasi menjadi
piruvat dan CO2. Piruvat
akan kembali menjadi PEPco, sedangkan CO2 akan masuk ke dalam siklus Calvin yang
berlangsung di sel bundle
sheath dan melibatkan enzim
RuBP. Proses ini dinamakan siklus
Hatch Slack, yang terjadi di sel mesofil. Dalam
keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.
Sumber : Wikipedia.