METABOLISME 2 Respirasi Sel Fotosintesis
METABOLISME 2
Respirasi SelFotosintesis
Jalur Respirasi Aerobik dan Anaerobik
Rantai respirasi
Fotosintesis
• Fotosintesis merupakan proses sintesis molekul organik dengan menggunakan bantuan energi cahaya matahari
• Persamaan Umum Fotosintesis :6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2
• Fotosintesis pada tumbuhan dapat berlangsung apabila tersedia air, CO2, chlorofil dan cahaya
Air
donor hidrogen dan elektron diserap oleh akar dari
dalam tanah sinar matahari digunakan
untuk memisahkan air menjadi 2H+, 2e-, dan oksigen melalui proses fotolisis
Karbondioksida
• sumber carbon untuk pembentukan karbohidrat
• masuk ke dalam tumbuhan melalui stomata
Kloroplas
tempat berlangsungnya proses fotosintesis
memiliki membran ganda tersusun atas thylakoids dan
grana Ruangan dalam thylakoids
sumber hidrogen (H+) untuk produksi ATP
Memiliki sistem genetik sendiri
Gelombang Cahaya
Cahaya dan pigmen penyerap cahaya : penting untuk fotosintesis
Cahaya menyediakan energi untuk :
– Memindahkan elektron dari air ke NADP+
(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) membentuk NADPH;
– Menghasilkan ATP
ATP dan NADPH menyediakan energi dan elektron untuk mereduksi karbon dioksida (CO2) menjadi molekul organik
Pigmen penyerap cahaya fotosintesis
Pigmen : senyawa yang menyerap sinar
Pigmen fotosintetik utama :
a. Klorofil menyerap sinar violet, biru dan
merah, memantulkan cahaya hijau Pada tumbuhan ditemukan dua
bentuk klorofil (a, yang merupakan kelompok methyl, dan b, yang merupakan kelompok aldehid)
b. KarotenoidPigmen yang terlihat berwarna merah,kuning atau jinggamis. betacarotene yang merupakansumber utama vitamin A
c. Fikobilin Pigmen yang ditemukan pada cyanobacteria dan beberapa alga merah
Cahaya yang digunakan untuk proses fotosintesis
berada dalam spektrum radiasi elektromagnetik
dengan panjang gelombang 400 nm - 700 nm
Manfaat Fotosintesis
menghasilkan :
1. Glukosa
menyediakan bahan makanan (polimer α glukosa) dan materistruktural (polimer β glukosa)
2. Oksigen
a. Fotosintesis menghasilkan 21% oksigen di atmosphere
b. Sebagian oksigen bereaksi dengan cahaya matahari menghasilkan ozon (O3), yang melindungi kita dari radiasi sinar matahari yang membahayakan
Fotosintesis berlangsung dalam dua tahap
a. Reaksi transduksi energi b. Reaksi fiksasi Karbon
Reaksi transduksi energi Energi matahari ditangkap oleh
molekul pembawa energi
Proses ini berlangsung dalam keadaan terang dinamakan reaksi terang (tergantung cahaya)
i. Energi matahari digunakan untuk memisahkan molekul air
ii. Energi dari aliran ini digunakan untuk mengubah ADP menjadi ATP dan membentuk molekul pembawa elektron tambahan, yaitu NADPH
Proses fotolisis : sinar matahari digunakan untuk memisahkan air menjadi 2H+, 2e-, dan oksigen
Pada fotosintesis
• energi dari cahaya diubah melalui rantai transport elektron via ATP dan NADPH kembali ke energi dalam bentuk karbohidrat
• Jalur transport elektron merupakan bagian integral dari reaksi cahaya
• Cahaya diserap oleh pigmen,
– klorofil menyerap cahaya merah dan biru (penampakan klorofil – hijau) dan
– karotenoid menyerap sinar biru (penampakan karotenoid – kuning)
• Pada saat klorofil menyerap cahaya, elektron dipindahkan ke tingkat energi yang lebih tinggi dan energiditangkap dalam bentuk ikatan kimia
Pigmen terdapat pada grana (tumpukan membran tilakoid di dalam kloroplas), tempat semua reaksi fotosintesis berlangsung
250 - 400 molekul pigmen terorganisir ke dalam fotosistem
Fotosistem memiliki dua komponen :
1. Kompleks Antena molekul pigmen yang menyatukan energi matahari danmembawanya ke pusat reaksi
2. Pusat reaksi Kompleks molekul protein dan pigmen yang mampu mengubah energi cahaya menjadi energi kimiawi
Ketika P ditambahkan ke ADP (terbentuk ATP) menggunakan cahaya matahari fotofosforilasi
Energi yang ditangkap dalam ATP dan NADPH akan digunakanuntuk menjalankan tahap fotosintesis yang kedua, yaitu fiksasicarbon
b. Reaksi fiksasi Karbon
• Selama reaksi fiksasi karbon untuk membuat senyawa organik, terutama glukosa, akan digunakan ATP dan NADPH siklus Calvin
• Pada siklus Calvin, produk awal adalah senyawa 3-C jalur C3
• Fiksasi karbon berlangsung pada kloroplas di bagian stroma
• Senyawa awal yang terbentuk pada siklus Calvin adalah gula 5-C dengan 2 fosfat, yang dinamakan RuBP (Ribulose 1,5 bisphosphate)
Proses Fiksasi Carbon
1. CO2 akan masuk ke daun melalui stomata, enzim kemudian akan mengikatkan karbon pada RuBP membentuk senyawa 6-C
2. Senyawa 6-C akan segera dihidrolisa menjadi dua senyawa 3-C, yaitu PGA (asam fosfogliserat) fotosintesis C3
3. PGA kemudian direduksi menjadi PGAL (fosfogliseraldehid)
4. PGAL kemudian akan membentuk RuBP atau membentuk senyawa organik
Walaupun glukosa seringkali ditunjukkan sebagai hasil fotosintesis, umumnya hanya sedikit glukosa yang dihasilkan
Sebagian besar karbon yang difiksasi akan diubah baik menjadi sukrosa (disakarida), yang merupakan gula transport utama pada tumbuhan, atau pati, yang merupakan karbohidrat utama yang disimpan pada tumbuhan
Tumbuhan yang hanya menggunakan siklus Calvin dinamakantumbuhan C3 dan proses berlangsung di dalam mesofil daun.
Pada saat kondisi lingkungan panas/kering, tumbuhan harus menutup stomata suplai CO2 berkurang
Enzim RUBP carboksilase/oksigenase bekerja secara berbeda tergantung pada konsentrasi relatif CO2 dan O2
Pada kadar CO2 tinggi enzim ini akan membantu memfiksasi CO2 (carboxylse)
Pada kadar CO2 rendah, enzim berfungsi sebagai oxygenase, yang akan mengkonsumsi oxygen dan membebaskan carbon dioxide (fotorespiration)
Kecepatan fotosintesis
Fotorespirasi merupakan fenomena yang umum pada tumbuhan C3
Sebanyak 50% Karbon yang difiksasi mungkin akan dioksidasi kembali menjadi CO2 sehingga menyebabkan fotosintesis C3 tidak efisien
RUBISCO and carboxylation is inherently inefficient
C3 photosynthesis Photorespiration
2C 3C
VARIASI DALAM FOTOSINTESIS
I. Fotosintesis C4
Pada beberapa tumbuhan, CO2difiksasi menjadi senyawa 4-C, yaitu oksaloasetat tumbuhan C4
malat atau aspartat dipindahkan ke sel-sel seludang pembuluh
dekarboksilasi malat/aspartat karbon dioksida siklus Calvin (C3)
• Tumbuhan C4 teradaptasi dengan baik pada intensitas cahaya dan temperatur yang tinggi, dan pada kondisi kering tidak ada fotorespirasi
• Hal ini disebabkan enzim PEP carboxylase mengambil alih peran RUBP carboxylase/oxygenase (seperti yang ditemukan pada tumbuhan C3)
• Laju fotosintesis rumput-rumputan C4 2-3 lebih tinggi dibandingkan tumbuhan C3
• Contoh tumbuhan C4 adalah jagung dan tebu
II. Fotosintesis CAM (Crassulacean Acid Metabolism)
• Banyak tumbuhan sukulen,memiliki sistem yang miripdengan tumbuhan C4
mis. kaktus, Ananas comosus
• CAM (crassulacean acidmetabolism)
– ditemukan pertama kalipada anggota sukuCrassulaceae
– di siang hari, untukmencegah penguapan,stomata menutup
– Di malam hari akumulasikarbon dalam bentuk malatseperti pada tumbuhan C4.
Malat diubah menjadi asammalat dan disimpan untukdigunakan pada keesokan harinya
Perbandingan fiksasi CO2 pada tumbuhan C4 dan CAM