BAB IPENDAHULUAN
Fotosintesis adalah suatu proses yang hanya terjadi pada
tumbuhan yang berklorofil dan bakteri fotosintetik, dimana energi
matahari (dalam bentuk foton) ditangkap dan diubah menjadi energi
kimia (ATP dan NADPH). Energi kimia ini akan digunakan untuk
fotosintesa karbohidrat dari air dan karbon dioksida. Jadi, seluruh
molekul organik lainnya dari tanaman disintesa dari energi dan
adanya organisme hidup lainnya tergantung pada kemampuan tumbuhan
atau bakteri fotosintetik untuk berfotosintesis. (Devlin,
1975).
Energi cahaya diubah menjadi energi kimia oleh pigmen
fotosintesis yang terdapat pada membran interna atau tilakoid.
Pigmen fotosintesis yang utama ialah klorofil dan karotenoid.
Klorofil a dan b menunjukkan absorpsi yang sangat kuat untuk
panjang gelombang biru dan ungu, jingga dan merah (lembayung) dan
menunjukkan absorpsi yang sangat kurang untuk panjang gelombang
hijau dan kuning hijau (500-600 nm) (Sasmitamihardja dan Siregar,
1996 dalam Song, 2012).
Klorofil merupakan komponen kloroplas yang utama dan kandungan
klorofil relatif berkorelasi positif dengan laju fotosintesis (Li
et al., 2006). Klorofil disintesis di daun dan berperan untuk
menangkap cahaya matahari yang jumlahnya berbeda untuk tiap
spesies. Sintesis klorofil dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti
cahaya, gula atau karbohidrat, air, temperatur, faktor genetik,
unsur-unsur hara seperti N, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, S dan O (Hendriyani
dan Setiari, 2009).Sekarang ini, klorofil dapat dibedakan dalam 9
tipe : klorofil a, b, c, d, dan e. Bakteri klorofil a dan b,
klorofil chlorobium 650 dan 660. klorofil a biasanya untuk sinar
hijau biru. Sementara klorofil b untuk sinar kuning dan hijau.
Klorofil lain (c, d, e) ditemukan hanya pada alga dan
dikombinasikan dengan klorofil a. bakteri klorofil a dan b dan
klorofil chlorobium ditemukan pada bakteri fotosintesin. (Devlin,
1975).
Klorofil pada tumbuhan ada dua macam, yaitu klorofil a dan
klorofil b. perbedaan kecil antara struktur kedua klorofil pada sel
keduanya terikat pada protein. Sedangkan perbedaan utama antar
klorofil dan heme ialah karena adanya atom magnesium (sebagai
pengganti besi) di tengah cincin profirin, serta samping
hidrokarbon yang panjang, yaitu rantai fitol. (Santoso, 2004).
Struktur klorofil berbeda-beda dari struktur karotenoid,
masing-masing terdapat penataan selang-seling ikatan kovalen
tunggal dan ganda. Pada klorofil, sistem ikatan yang berseling
mengitari cincin porfirin, sedangkan pada karotoid terdapat
sepasang rantai hidrokarbon yang menghubungkan struktur cincin
terminal. Sifat inilah yang memungkinkan molekul-molekul menyerap
cahaya tampak demikian kuatnya, yakni bertindak sebagai pigmen.
Sifat ini pulalah yang memungkinkan molekul-molekul menyerap energi
cahaya yang dapat digunakan untuk melakukan fotosintesis. (Santoso,
2004).
BAB IIISI
1. Fotosintesis
Fotosintesisadalah proses pembentukan zat makanan (glukosa) pada
tumbuhan yang menggunakan zat hara, air dan karbondioksida dengan
bantuan sinar matahari.Fotosintesis merupakan suatu proses biologi
yang kompleks, proses ini menggunakan energi dan cahaya matahari
yang dapat dimanfaatkan oleh klorofil yang terdapat dalam
kloroplas. Seperti halnya mitokondria, kloroplas mempunyai membran
luar dan membran dalam. Membran dalam mengelilingi suatu stroma
yang mengandung enzim-enzim tang larut dalam struktur membran yang
disebut tilakoid. Proses fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa
faktor antara lain air (H2O), konsentrasi CO2, suhu, umur daun,
translokasi karbohidrat, dan cahaya. Tetapi yang menjadi faktor
utama fotosintesis agar dapat berlangsung adalah cahaya, air, dan
karbondioksida (Salisbury, 1992).Fotosintesis berasal dari kata
foton yang berarti cahaya, dan sintesis yang berarti menyusun.Jadi
fotosintesis dapat diartikan sebagai suatu penyusunan senyawa kimia
kompleks yang memerlukan energi cahaya. Sumber energi cahaya alami
adalah matahari. Proses ini dapat berlangsung karena adanya suatu
pigmen tertentu dengan bahan CO2 dan H2O. Cahaya matahari terdiri
atas beberapa spektrum, masing-masing spektrum mempunyai panjang
gelombang berbeda, sehingga pengaruhnya terhadap proses
fotosintesis juga berbeda. (Lakitan, 2007).Reaksi dari fotosintesis
dapat dituliskan pada persamaan sebagai berikut (Heddy, 1990):6CO2
+ 12H2O + energy cahaya klorofil C6H12O6 + 6O2 + 6H2OPersamaan ini
dihasilkan bahan organic yang mengandung energy kimia potensial dan
oksigen. Oleh karena itu dalam fotosintesis, energy radiasi cahaya
diubah menjadi energy kimia dalam senyawa organik yang stabil
(semacam karbohidrat). Proses fotosintesis merupakan bagian penting
bagi kehidupan, karena (Guritno, 1995) : a. Sebagai sumber energi
bagi semua mahluk hidup. b. Pertumbuhan dan hasil tumbuh
dipengaruhi oleh kecepatan fotosintesis. c. Diperlukan untuk
sintesis berbagai senyawa organic yang diperlukan. d. Menyediakan
oksigen bagi kehidupan.2. Perangkat fotosintesisa. Pigmen Pada
tumbuhan didapatkan bermacam-macam pigmen yang berperan menyerap
energi cahaya. Pigmen fotosintetis terdapat dalam kloroplas yang
terdiri dari klorofil a, b, santofil, karotenoid, bakterioklorofil
pada bakteri. Pigmen ini menyerap warna atau gelombang cahaya yang
berbeda-beda.Masing-masing menyerap maksimum pada gelombang cahaya
tertentu. Pigmen umumnya mempunyai penyerapan maksimum pada
gelombang cahaya pendek dan juga panjang. Untuk memaksimalkan
penyerapan energi cahaya, maka pada kloroplas terdapat kelompok
pemanen cahaya yang disebut dengan antena yang terdiri dari
bermacam-macam pigmen, pigmen yang paling banyak pada kloroplas
adalah klorofil. Klorofil merupakan pigmen yang berwarna hijau yang
terdapat pada kloroplast. Pigmen ini berguna untuk melangsungkan
fotosintesis pada tumbuhan . Aneka bentuk dan ukuran kloroplast
ditemukan pada berbagai tumbuhan (Salisbury, 1992).Fotosintesis
terjadi pada semua bagian berwarna hijau pada tumbuhan karena
mamiliki kloroplas, tetapi tempat utama berlangsungnya fotosintesis
adalah daun. Pigmen warna hijau yang terdapat pada kloroplas
disebut dengan klorofil dan dari zat inilah warna daun berasal.
Klorofil menyerap energy cahaya yang menggerakkan sintesis molekul
makanan dalam kloroplas untuk menghasilkan energi (Campbell,
2002).Di dalam daun terdapatmesofilyang terdiri atasjaringanbunga
karang dan jaringan pagar.Pada kedua jaringan ini,
terdapatkloroplas yang mengandung pigmen hijauklorofil.Pigmen ini
merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan penting
dalam menyerap energimatahari.b. KloroplasKloroplas adalah salah
satu pigmen fotosintetik yang berperan penting dalam proses
fotosintesis dengan menyerap energi matahari.Kloroplasadalah zat
hijau daun yang terdapat pada semua tumbuhan yang berwarna hijau.
Di dalam kloroplas terdapat klorofil.Dartius (1991) menyatakan
bahwa kloroplas berasal dari proplastid kecil (plastid yang belum
dewasa, kecil dan hampir tak berwarna, dengan sedikit atau tanpa
membran dalam). Pada umumnya proplastid berasal hanya dari sel
telur yang tak terbuahi, sperma tak berperan disini. Proplastid
membelah pada saat embrio berkembang, dan berkembang menjadi
kloroplas ketika daun dan batang terbentuk. Kloroplas muda juga
aktif membelah, khususnya bila organ mengandung kloroplas terpajan
pada cahaya. Jadi, tiap sel daun dewasa sering mengandung beberapa
ratus kloroplas.Kloroplas terdiri atas dua bagian besar, yaitu
bagian amplop dan bagian dalam.Bagian amplop kloroplas terdiri dari
membran luar yang bersifat sangat permeabel, membran dalam yang
bersifat permeabel serta merupakan tempat protein transpor melekat,
dan ruang antarmembran yang terletak di antara membran luar
danmembran dalam. Bagian dalam kloroplas mengandung DNA, RNAs,
ribosom, stroma (tempat terjadinya reaksi gelap), dan granum.
Granum terdiri atas membran tilakoid (tempat terjadinya reaksi
terang) dan ruang tilakoid (ruang di antara membran tilakoid)
(Abererombie,dkk, 1993).
Gambar 1. Struktur
kloroplashttp://tentang-senja.blogspot.com/2013/10/kloroplas-tempat-ber-fotosintesis.html3.
Tahapan fotosintesisSecara garis besar proses fotosintesis dibagai
menjadi 2 tahap, yaitu raksi terang dan reaksi gelap.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. 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. Namun pada
kesempatan kali ini saya akan memaparkan secara khusus mengenai
reaksi terang.
a. Reaksi terangDisebut reaksi terang sebab dalam tahapan proses
fotosintesis ini multak membutuhkan cahaya. Dalam reaksi ini cahaya
dibutuhkan untuk proses Fotolisis (pemecahan air) dan reaksi kimia
lainya seperti pembentukan ATP dan pembebasan oksigen ke udara.
Semua proses reaksi terang terjadi di dalam kloroplas tepatnya di
bagian yang disebut Tilakoid Reaksi terang adalah proses untuk
menghasilkanATPdanreduksiNADPH2. Reaksi ini memerlukan
molekulairdan cahaya Matahari. Proses diawali dengan
penangkapanfotonolehpigmensebagai 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
700nm, sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan
optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680nm.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 PQH2dan 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.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++ O2ATP dan
NADPH2 inilah yang nanti akan digunakan sebagai energi dalam reaksi
gelap.Gambar 2. Reaksi Terang
Fotosintesishttp://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis Reaksi terang
di bagi lagi menjadi dua yaitu reaksi Fotofosforilasi Siklik dan
Fotofosforilasi nonsiklikFotofosforilasi SiklikReaksi
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.
Gambar 3. Fotofosforilasi
siklikhttp://biologigonz.blogspot.com/2010/02/fotofosforilasi-siklik-dan-non-siklik.html
Pertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari, membuat
elektron-elektron di P700 menjadi aktif karena rangsangan dari luar
elektron yang terbentuk itu kemudian 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 pada fotosistem
P 700 itu 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 lagi Fotofosforilasi siklik terjadi pada
beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme
fotoautotrof.
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.
Gambar 4. Fotofosforilasi
nonsiklikhttp://biologigonz.blogspot.com/2010/02/fotofosforilasi-siklik-dan-non-siklik.html
Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e-. Dua
elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II, Sedang 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, yang membawa mereka melewati pheophytin,
plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya
sampai di fotosistem I, tepatnya di P700. Perjalanan elektron
diatas disebut juga dengan "skema Z". 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.Fotofosforilasi
siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang
mendasar, yaitu sebagai berikutFotofosforilasi
SiklikFotofosforilasi Nonsiklik
Hanya melibatkan fotosistem IMelibatkan fotosistem I dan II
Menghasilkan ATPMenghasilkan ATP dan NADPH
Tidak terjadi fotolisis airTerjadi fotolisis air untuk menutupi
kekurangan elektron pada fotosistem II
4. Hal hal yang mempengaruhi fotosintesis1.Intensitas cahaya,
laju fotosintesis maksimal jika banyak cahaya.2.Suhu, enzim yang
bekerja pada proses ini maksimal pada suhu yang
diinginkannya.3.Banyaknya karbondioksida, semakin banyak semakin
maksimalproses fotosintesis.4.Banyaknya air, semakin maksimal jika
jumlah air banyak.5.Tahapan pertumbuhan, tumbuhan yang masih
berkecambah menunjukan laju fotosintesis yang maksimal dari pada
tumbuhan yang dewasa.
BAB IIIKESIMPULAN1. Fotosintesis adalah suatu proses pembentukan
karbohidrat (glukosa) menggunakan zat hara, air dan karbondioksida
dengan bantuan sinar matahari. Fotosintesis hanya dapat dilakukan
oleh mahkluk hidup yang memiliki klorofil. Fotosintesis sangat
penting untuk kelangsungan hidup, karena dengan fotosintesis
mahkluk hidup mendapatkan oksigen dan fotosintesis merupakan sumber
energi utama bagi mahkluk hidup.2. Komponen yang berperan penting
dalam proses fotosintesis adalah kloroplas. Didalamnya mengandung
klorofil sebagai pigmen utama untuk fotosintesis. Terdapat struktur
grana dan stroma tempat terjadinya reaksi terang dan reaksi gelap
fotosintesis.3. Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi
kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP+ menjadi
energi pembawa ATP dan NADPH. Hasil dari reaksi terang akan
digunakan untuk proses reaksi gelap.4. Reaksi terang secara garis
besar dibagi menjadi dua bagian, yaitu fotofosforilasi siklik dan
fotofosforilasi nonsiklik.
DAFTAR PUSTAKAAbererombie, M.dkk. 1993.Kamus Lengkap Biologi
Edisi 8.Jakarta: Erlangga.Alfan, K.R. 2012. Fotosintesis. Surabaya
: Fakultas Pertanian Universitas BrawijayaCampbell,and Reece.
2002.Biologi. Jakarta: Erlangga.Dartius. 1991.Dasar-dasar Fisiologi
Tumbuhan. USU-Press.
Medan.Devlin,RobertM.1975.PlantPhysiologyThirdEdition.NewYork:D.
VanNostrand.Guritno, B. dan Sitompul, S. M. 1995.Analisis
Pertumbuhan Tanaman.UGM Press. Yogyakarta.Heddy, S. 1990.Biologi
Pertanian. Rajawali Press. Jakarta.Hendriyani, I.S. and N. Setiari.
2009. Kandungan klorofil dan pertumbuhan kacang panjang (Vigna
sinensis) pada tingkat penyediaan air yang berbeda. J. Sains &
Mat. 17 (3):145-150.Lakitan, Benyamin. 2007.Dasar-dasar Fisiologi
Tumbuhan. Jakarta : PT. Grafindo Persada.Li, R., P. Guo, M. Baum,
S. Grando and S. Ceccarelli. 2006. Evaluation of chlorophyll
content and fluorescence parameters as indicators of drought
tolerance in barley. Agric. Sci. in China 5 (10):751-757.Salisbury,
J.W. dan Ross. 1992.Fisiologi Tumbuhan Jilid II. Bandung: Institut
Teknologi Bandung.Sasmitamiharjdo, D. Siregar. 1990. Dasar- dasar
Fisiologi Tumbuhan. ITB. BandungSantoso. 2004.Fisiologi
Tumbuhan.Bengkulu: Universitas Muham-madiyahBengkulu.