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.