FOTOSINTESIS Komposisi bahan kering total tanamansebagian besar terdiri atas bahanCarbon

Karbohidrat bahan penyusun strukturtubuh tanaman dan sebagai sumberenergi proses metabolisme

Hill (seorang ahli biokimia) isotopoksigen (18O) membuktikan bahwa O2yang dibebaskan pada prosesfotosintesis itu berasal dari AIR

Laju Fotosintesis untuk setiap dauntidak sama, tergantung pada: Fase perkembangan daun (muda/tua) Kedudukan daun

KRT-2008 1

Komposisi bahan kering total tanamansebagian besar terdiri atas bahanCarbon

Karbohidrat bahan penyusun strukturtubuh tanaman dan sebagai sumberenergi proses metabolisme

Hill (seorang ahli biokimia) isotopoksigen (18O) membuktikan bahwa O2yang dibebaskan pada prosesfotosintesis itu berasal dari AIR

Laju Fotosintesis untuk setiap dauntidak sama, tergantung pada: Fase perkembangan daun (muda/tua) Kedudukan daun

PROSES FOTOSINTESISFOTOSINTESIS: Peristiwa penangkapan

energi yang berasal dari cahaya mataharioleh hijau daun untuk pembentukanbahan organik. Pada proses biologi initerjadi pengubahan energi cahayamatahari menjadi energi kimia

PROSES FOTOSINTESIS:1. Reaksi Terang / Reaksi Cahaya / Reaksi

Fotokimia / Reaksi Hill: pembentukanATP dan NADPH berlangsung dalamGrana

2. Reaksi Gelap berlangsung dalamStroma

KRT-2008 2

FOTOSINTESIS: Peristiwa penangkapanenergi yang berasal dari cahaya mataharioleh hijau daun untuk pembentukanbahan organik. Pada proses biologi initerjadi pengubahan energi cahayamatahari menjadi energi kimia

PROSES FOTOSINTESIS:1. Reaksi Terang / Reaksi Cahaya / Reaksi

Fotokimia / Reaksi Hill: pembentukanATP dan NADPH berlangsung dalamGrana

2. Reaksi Gelap berlangsung dalamStroma

CHLOROPLASTProses fotosintesis berlangsung dalam chloroplastChloroplast berdiameter 1-10µm, yang terbagi

dalam 3 bagian:1. Membran luar dan dalam yang membungkus

isi kloroplas dan ruang antar membran yangmemisahkan kedua membran

2. Stroma: Bagian encer dari klorolas yangmerupakan gel protein dan tempat enzim yangmereduksi CO2 Enzim RUBISCO (Ribulose BiphosphateCarboxylase – Oxygenase)

3. Thylakoid: Yang terdiri atas thylakoidmembran dan thylakoid lumen. Thylakoiddapat berada dalam keadaan menumpuk danterikat satu sama lain disebut GranaThylakoid membran adalah tempat sstempigmen yang berfungsi mengkonversi energicahaya matahari menjadi energi kimia.

KRT-2008 3

Proses fotosintesis berlangsung dalam chloroplastChloroplast berdiameter 1-10µm, yang terbagi

dalam 3 bagian:1. Membran luar dan dalam yang membungkus

isi kloroplas dan ruang antar membran yangmemisahkan kedua membran

2. Stroma: Bagian encer dari klorolas yangmerupakan gel protein dan tempat enzim yangmereduksi CO2 Enzim RUBISCO (Ribulose BiphosphateCarboxylase – Oxygenase)

3. Thylakoid: Yang terdiri atas thylakoidmembran dan thylakoid lumen. Thylakoiddapat berada dalam keadaan menumpuk danterikat satu sama lain disebut GranaThylakoid membran adalah tempat sstempigmen yang berfungsi mengkonversi energicahaya matahari menjadi energi kimia.

KRT-2008 4

CHLOROPHYLL & PIGMENPigmen merupakan substansi yang dapat

mengabsorsi cahaya.Warna pigmen berasal dari panjang gelombang

cahaya yang dipantulkan.Bila pigmen mengabsorbsi energi, maka ada 3

kemungkinan: Energi dihilangkan/dihamburkan sebagai

panas Energi segera dipancarkan sesuai dengan

Fenomena Fluorescence Energi dapat memacu reaksi kimia seperti

pada proses fotosintesisChlorophyll memacu reaksi kimia ketika berkaitan

dengan protein yang melekat dalammembran (seperti dalam Chloroplast)

Chlorophyll, pigmen hijau yang ada pada semuasel fotosintetik, mengabsorbsi semuapanjang gelombang dari visible light, kecualihijau yang dipantulkan dan terdeteksi olehmata kita.

KRT-2008 5

Pigmen merupakan substansi yang dapatmengabsorsi cahaya.

Warna pigmen berasal dari panjang gelombangcahaya yang dipantulkan.

Bila pigmen mengabsorbsi energi, maka ada 3kemungkinan:

Energi dihilangkan/dihamburkan sebagaipanas

Energi segera dipancarkan sesuai denganFenomena Fluorescence

Energi dapat memacu reaksi kimia sepertipada proses fotosintesis

Chlorophyll memacu reaksi kimia ketika berkaitandengan protein yang melekat dalammembran (seperti dalam Chloroplast)

Chlorophyll, pigmen hijau yang ada pada semuasel fotosintetik, mengabsorbsi semuapanjang gelombang dari visible light, kecualihijau yang dipantulkan dan terdeteksi olehmata kita.

CHLOROPHYLL & PIGMENChlorophyll merupakan molekul kompleks yang

modifikasinya dapat terjadi di antaratanaman dan organisme fotosintetik.

Semua organisme fotosintetik mempunyaiChorophyll a

Pigmen lain yang dapat mengabsorbsi energiyang tidak dapat diabsorbsi oleh Chlorophylla, yaitu:

Chlorophyll b Xanthophyll Carotenoids (Beta-Carotene)Pigmen dapat berperan sebagai: Pigmen receptor Penerima cahaya Pigmen redoksi Transfer elektron Senyawa yang terlibat dalam reduksi CO2

menjadi karbohidrat (baik sebagai enzim)atau zat pengikat

Aktivitasnya saling berhubungan

KRT-2008 6

Chlorophyll merupakan molekul kompleks yangmodifikasinya dapat terjadi di antaratanaman dan organisme fotosintetik.

Semua organisme fotosintetik mempunyaiChorophyll a

Pigmen lain yang dapat mengabsorbsi energiyang tidak dapat diabsorbsi oleh Chlorophylla, yaitu:

Chlorophyll b Xanthophyll Carotenoids (Beta-Carotene)Pigmen dapat berperan sebagai: Pigmen receptor Penerima cahaya Pigmen redoksi Transfer elektron Senyawa yang terlibat dalam reduksi CO2

menjadi karbohidrat (baik sebagai enzim)atau zat pengikat

Aktivitasnya saling berhubungan

Struktur Molekul Pigmen

KRT-2008 7

KRT-2008 8

Cahaya merah dan biru adalah cahaya yang pentingbagi proses fotosintesis

KRT-2008 9

PHOTOSYNTHESISPHOTOSYNTHESISHH22OO COCO22

Light is AdsorbedLight is AdsorbedByBy

ChlorophyllChlorophyll

Which splitsWhich splitswaterwater

ATP andATP andNADPHNADPH22

Calvin CycleCalvin Cycle

EnergyEnergyThe image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, andthen open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again.

++

KRT-2008 10

OO22 CC66HH1212OO66

Light ReactionLight Reaction Dark ReactionDark Reaction

Light is AdsorbedLight is AdsorbedByBy

ChlorophyllChlorophyll

ChloroplastChloroplast

ADPADPNADPNADP

Calvin CycleCalvin Cycle

Used Energy and isUsed Energy and isrecycled.recycled.

++

KRT-2008 11

KRT-2008 12

Reaksi Terang / Reaksi Hill

KRT-2008 13

REAKSI TERANG / REAKSI FOTOKIMIA Transfer elektron dan proton dalam membran thylakoid melibatkan

4 sistem pigmen, yaitu: Photosystem II, Plastoquinone, Cytochromeb/f, dan Photosystem I

Plastocyanin: “Blue Copper” Protein, memediasi transfer elektronantara Cytochrome f dan Photosystem I

PHOTOLYSIS (REAKSI HILL): 2 molekul air dipecah menjadi ionHidrogen dan Oksigen. Ion Hidrogen akan melekat pada molekulNADP (Nicotinamide Adenin Dinucleotide Phosphate),menghasilkan NADPH2. Oksigen akan keluar sebagai gas O2

Pelepasan proton dan Oksidasi air yang menghasilkan O2berlangsung dalam lumen oleh Photosystem II

Photosystem I mereduksi NADP+ menjadi NADPH pada sisimembran thylakoid yang menghadap stroma

Proton juga ditranspor ke dalam lumen oleh Cytochrome b/fcomplex dan menunjang terjadinya “electrochemical gradientproton”

Proton ini kemudian berdifusi ke enzym ATP Synthase, dandifusinya menyebabkan terbentuknya ATP

ATP dibebaskan ke stroma melalui pergerakan H+ dari lumen kestroma

KRT-2008 14

Transfer elektron dan proton dalam membran thylakoid melibatkan4 sistem pigmen, yaitu: Photosystem II, Plastoquinone, Cytochromeb/f, dan Photosystem I

Plastocyanin: “Blue Copper” Protein, memediasi transfer elektronantara Cytochrome f dan Photosystem I

PHOTOLYSIS (REAKSI HILL): 2 molekul air dipecah menjadi ionHidrogen dan Oksigen. Ion Hidrogen akan melekat pada molekulNADP (Nicotinamide Adenin Dinucleotide Phosphate),menghasilkan NADPH2. Oksigen akan keluar sebagai gas O2

Pelepasan proton dan Oksidasi air yang menghasilkan O2berlangsung dalam lumen oleh Photosystem II

Photosystem I mereduksi NADP+ menjadi NADPH pada sisimembran thylakoid yang menghadap stroma

Proton juga ditranspor ke dalam lumen oleh Cytochrome b/fcomplex dan menunjang terjadinya “electrochemical gradientproton”

Proton ini kemudian berdifusi ke enzym ATP Synthase, dandifusinya menyebabkan terbentuknya ATP

ATP dibebaskan ke stroma melalui pergerakan H+ dari lumen kestroma

KRT-2008 15

REAKSI TERANG / REAKSI FOTOKIMIA

KRT-2008 16

REAKSI TERANG /REAKSI FOTOKIMIA

KRT-2008 17

ELECTRON TRANSFER Ketika cahaya

meyambar /mengenai atom Mgyang ada dalammolekul Chlorophyll,maka akan terjadiloncatan elektron danmeninggalkan orbitdari atom Mg.

Elektron dapatberubah menjadienergi kimia yangbermanfaat

KRT-2008 18

Ketika cahayameyambar /mengenai atom Mgyang ada dalammolekul Chlorophyll,maka akan terjadiloncatan elektron danmeninggalkan orbitdari atom Mg.

Elektron dapatberubah menjadienergi kimia yangbermanfaat

PHOTOPHOSPHORYLATION Loncatan elektron

(dengan energi cahayatambahan) akhirnyamelengkapi energidengan menambahphosphate pada senyawaAdenosine Diphoshate(ADP), menghasilkanAdenosine Triphosphate(ATP)

ATP merupakan molekulenergi yang penting

ATP dan NADPH2merupakan sumberenergi yang dapatdiperbarui / di-recycle

KRT-2008 19

Loncatan elektron(dengan energi cahayatambahan) akhirnyamelengkapi energidengan menambahphosphate pada senyawaAdenosine Diphoshate(ADP), menghasilkanAdenosine Triphosphate(ATP)

ATP merupakan molekulenergi yang penting

ATP dan NADPH2merupakan sumberenergi yang dapatdiperbarui / di-recycle

CALVIN CYCLE / CARBON REACTION PATHWAY

KRT-2008 20

KRT-2008 21

KRT-2008 22

REAKSI GELAP Reaksi Gelap berlangsung

pada saat yang samadengan Reaksi Terang

Reaksi Gelap akan segeraberhenti bila energi cahayatidak tersedia untukmembuat produk reaksicahaya (Kecuali padatanaman Xerophytes

Reaksi Gelap terjadi dalambagian Stroma dariChloroplast

Ada 2 tahap utama yaitu:1. Fiksasi Carbon dioxide2. Pembentukan Gula (Sugar

Formation)

KRT-2008 23

Reaksi Gelap berlangsungpada saat yang samadengan Reaksi Terang

Reaksi Gelap akan segeraberhenti bila energi cahayatidak tersedia untukmembuat produk reaksicahaya (Kecuali padatanaman Xerophytes

Reaksi Gelap terjadi dalambagian Stroma dariChloroplast

Ada 2 tahap utama yaitu:1. Fiksasi Carbon dioxide2. Pembentukan Gula (Sugar

Formation)

1. FIKSASI CARBON DIOXIDE

Fiksasi CarbonDioxide juga disebut:Carbon DioxideAssimilation

CO2 digabungkankedalam rantai carbon3-atom C (tanamanC3) atau 4-atom C(tanaman C4)

KRT-2008 24

Fiksasi CarbonDioxide juga disebut:Carbon DioxideAssimilation

CO2 digabungkankedalam rantai carbon3-atom C (tanamanC3) atau 4-atom C(tanaman C4)

FIKSASI CARBON DIOXIDEPADA TANAMAN C3 Umumnya tanaman memerlukan

Enzim RuBP Carboxylase /RuBisCO (merupakan protein alamiyang membantu mengkatalisa /menyelesaikan reaksi) untukmelakukan fiksasi CO2

Fiksasi CO2 terjadi dalam selMesophyll (Palisade atau Spongy)

Membentuk Produk 3-atom C yangsiap untuk pembentukan gula

Disebut tanaman C3 karena produkpertama yang terbentuk dari fiksasiCO2 mempunyai 3-atom C

Tanaman C3: Wheat, Kedelai,Kapas, Tembakau, Kacang-kacangan, Tomat, Kentang, Cabai,Cucurbit

KRT-2008 25

Umumnya tanaman memerlukanEnzim RuBP Carboxylase /RuBisCO (merupakan protein alamiyang membantu mengkatalisa /menyelesaikan reaksi) untukmelakukan fiksasi CO2

Fiksasi CO2 terjadi dalam selMesophyll (Palisade atau Spongy)

Membentuk Produk 3-atom C yangsiap untuk pembentukan gula

Disebut tanaman C3 karena produkpertama yang terbentuk dari fiksasiCO2 mempunyai 3-atom C

Tanaman C3: Wheat, Kedelai,Kapas, Tembakau, Kacang-kacangan, Tomat, Kentang, Cabai,Cucurbit

FIKSASI CARBON DIOXIDEPADA TANAMAN C4 “Hatch-Slack Pathway” merupakan proses fiksasi

CO2 pada tanaman di daerah Kering atau Tropis Tanaman memerlukan enzim PEP Carboxylase

dalam sel Mesophyll untuk Fiksasi CO2 danmembentuk produk 4-atom C

Produk 4-atom C ini kemudian ditransporkedalam Bundle Sheath Cell tempat CO2dilepaskan dan kemudian segera difiksasi olehRuBisCO seperti pada C3 Cycle.

Proses fiksasi dengan RubisCO sama sepertipada tanaman C3, tetapi terjadi dalam BundleSheath Cell, bukan pada sel Mesophyll

PEP Carboxylase mempunyai afinitas/dayagabung CO2 yang lebih tinggi daripada RuBisCO

Pada tekanan CO2 rendah, RuBisCO tidakmampu membedakan dengan baik antara O2 danCO2 maka biasanya stomata terbuka lebar agarterjadi fotosintesis

KRT-2008 26

“Hatch-Slack Pathway” merupakan proses fiksasiCO2 pada tanaman di daerah Kering atau Tropis

Tanaman memerlukan enzim PEP Carboxylasedalam sel Mesophyll untuk Fiksasi CO2 danmembentuk produk 4-atom C

Produk 4-atom C ini kemudian ditransporkedalam Bundle Sheath Cell tempat CO2dilepaskan dan kemudian segera difiksasi olehRuBisCO seperti pada C3 Cycle.

Proses fiksasi dengan RubisCO sama sepertipada tanaman C3, tetapi terjadi dalam BundleSheath Cell, bukan pada sel Mesophyll

PEP Carboxylase mempunyai afinitas/dayagabung CO2 yang lebih tinggi daripada RuBisCO

Pada tekanan CO2 rendah, RuBisCO tidakmampu membedakan dengan baik antara O2 danCO2 maka biasanya stomata terbuka lebar agarterjadi fotosintesis

C4-pathway

KRT-2008 27

PEP Carboxylase vs. RuBisCO PEP Carboxylase bekerja dengan baik

pada suhu panas tetapi tidak bekerjaoptimal pada suhu dingin

Ini alasannya mengapa C4 Grassesdisebut Rumput2an musim panas, danmengapa tanaman tersebut tidak dapatbersaing secara baik dengan C3Grasses pada suhu yang lebih dingin

C4 Grasses dapat menjaga stomatatetap daun tetap tertutup selamaTengah-hari dan dapat mengekstraksetiap / semua molekul CO2 dalam daun

Sebaliknya, C3 Grasses menjagastomata tetap tertutup di daerah keringuntuk mengatasi respirasi yang tinggi

KRT-2008 28

PEP Carboxylase bekerja dengan baikpada suhu panas tetapi tidak bekerjaoptimal pada suhu dingin

Ini alasannya mengapa C4 Grassesdisebut Rumput2an musim panas, danmengapa tanaman tersebut tidak dapatbersaing secara baik dengan C3Grasses pada suhu yang lebih dingin

C4 Grasses dapat menjaga stomatatetap daun tetap tertutup selamaTengah-hari dan dapat mengekstraksetiap / semua molekul CO2 dalam daun

Sebaliknya, C3 Grasses menjagastomata tetap tertutup di daerah keringuntuk mengatasi respirasi yang tinggi

Tanaman C4 dan CAM

KRT-2008 29

CAM Photosynthesis Crassulacean Acid Metabolism merupakan tipe

fotosintesis yang hanya dilaksanakan oleh tanamanXerophytes

Pada malam hari: Stomata terbuka Tanaman memfiksasi CO2 menjadi produk 4-atom C Produk 4-atom C sepanjang malam disimpan dalam

vacuola Selama siang hari:

Stomata tertutup CO2 dilepaskan dari produk 4-atom C Reaksi Terang dan Reaksi Gelap berjalan normal tanpa

membuka stomata Tanaman dapat menjaga air tetap ada selama siang hari

Bila air cukup, tanaman ini biasanya melaksanakanfotosintesis seperti pada tanaman C3

Tanaman CAM: Cactus, Succulent Nanas, Agave, Tequila

KRT-2008 30

Crassulacean Acid Metabolism merupakan tipefotosintesis yang hanya dilaksanakan oleh tanamanXerophytes

Pada malam hari: Stomata terbuka Tanaman memfiksasi CO2 menjadi produk 4-atom C Produk 4-atom C sepanjang malam disimpan dalam

vacuola Selama siang hari:

Stomata tertutup CO2 dilepaskan dari produk 4-atom C Reaksi Terang dan Reaksi Gelap berjalan normal tanpa

membuka stomata Tanaman dapat menjaga air tetap ada selama siang hari

Bila air cukup, tanaman ini biasanya melaksanakanfotosintesis seperti pada tanaman C3

Tanaman CAM: Cactus, Succulent Nanas, Agave, Tequila

2. SUGAR FORMATIONRantai Carbon yang terbentuk dalam tahap pertama diubah

menadi Glucose (C6H12O6)

KRT-2008 31