1

FOTOSINTESIS

Pemanfaatan cahaya untuk membuat makanan

Pengungkapan fotosintesis – perjalanan panjang para ilmuwan:

Fisika (Belgia) : Jan Bastista van Helmont (tumbuhan -air) meruntuhkan mitos bahwa makanan tumbuhan -tanah

Kimia (Inggris): Joseph Priestly (mint – pembersih udara)

Fisika (Belanda): Jan Ingenhousz (tumbuhan – cahaya)

Persamaan umum Fotosintesis

2

FOTOSINTESIS

Proses fotosintesis merupakan hasil proses evolusi panjang• organisme purba : adaptif pada lingkungan tanpa

oksigen

• organisme fotosintetik : menggunakan CO2 sebagai

sumber karbon dan melepas gas oksigen

3

Prokariot fototrofik

Oksigenik menggunakan H2O sebagai donor

elektron

Contoh: Prochlorothrix, Prochloran, Cyanobacteria,

Prochlorococcus

Anoksigenik : tidak memproduksi oksigen

Contoh: bakteri fotosintetik ungu, hijau, Heliobacter

4

Membran berperan penting dalam proses fotosintesis

• Organisme prokariot yang berfotosintesis :

Membran sel, membran sitoplasma (internal

membran)

• Tumbuhan tinggi : membran tilakoid kloroplas

Gambar 1. Tilakoid dari flattened sac. (Curtis, 1989)

(a) tilakoid (grana) sel tanaman (b) kloroflas0.25 μm1 μm

5

Gambar 2 Pembentukan membran fotosintetik pada bakteri

6

Tahap-tahap fotosintesis

• Blackman (1905; ilmuwan Inggeris) Fotosintesis :

1. Reaksi yang membutuhkan cahaya

(Reaksi terang / reaksi menangkap energi)

Dihasilkan ATP dan NADPH

2. Reaksi gelap (reaksi pengikatan karbon)

Menggunakan ATP dan NADPH hasil reaksi I

7

Siklus Calvin

Fotofosforilasi

Cahaya

Gula

Gambar 3. Tahapan proses fotosintesis (www.Sinauer.com)

8

Dalam tumbuhan reaksi terang dan reaksi gelap

terjadi secara bersamaan dan simultan

Reaksi terang – reaksi tidak tergantung suhu

Reaksi gelap - tidak tergantung cahaya tapi

dipengaruhi suhu.

Pigmen : senyawa yang mengabsorbsi cahaya

Beberapa pigmen mengabsorbsi cahaya dengan

panjang gelombang tertentu

9

Gambar 4. Spektum absorbsi klorofil (Curtis, 1989).

Spek

trum

abs

orps

i est

imas

i (%

)

Klorofil merupakan molekul pigmen yang dimiliki

tumbuhan hijau. Menyerap cahaya terbesar pada

spektrum warna biru dan merah

10

Reaksi-reaksi menangkap energi cahaya:

1). Sistem Cahaya I : Spektrum absorbsi 700 nm

Gambar 5. Proses sistem cahaya (Curtis, 1989).

2). Sistem Cahaya II : Spektrum absorbsi 680 nm

11

Pada reaksi ini akan dihasilkan :

ATP NADPH Energi untuk reduksi karbon

Oksigen ( hasil pemecahan air, pada sistemcahaya II)

Aliran Elektron Siklik

Sistem cahaya I juga dapat bekerja independen

Disebut aliran elektron siklik. Pada reaksi ini tidak

dihasilkan NADPH

12

Terjadi jika :

NADP- telah direduksi semua menjadi NADPH

Sel perlu tambahan ATP lebih banyak

• Mekanisme fotosintetik primitif diduga terjadi melalui aliran elektron siklik

Gambar 6. Aliran elektron siklik pada sistem cahaya I (Curtis,1989).

matahari

e

ee

e

13Gambar 7 Perangkat fotosintesis pada bakteri

14

P *870

P *870

CytC 2

QCyt bcl

BChlBph

NADH

Aliran elektronterbalik

UV

Bakteri Purple

P *840

P *840

Fd

Cyt bc 1

FeSChla

UV

NADHQ

CytC 553

Bakteri sulfur hijau

P *798

P *798

Fd

Cyt bc 1

FeS

Chla-OH

UV

NADHQ

CytC 553

Heliobakterium

Gambar 8 Aliran elektron pada bakteri

15

Fosforilasi fotosintetik : terjadi melalui kemiosmosis

Gambar 9. Mekanisme kemiosmosis pada fotofosforilasi (Curtis, 1989).

16

Reaksi Pengikatan Karbon

Energi (ATP dan NADPH) digunakan untuk mereduksi CO2.

• CO2 masuk melalui stomata ( untuk tumbuhan tinggi)

• CO2 masuk melalui CO2 terlarut dalam air ( kelompok alga)

•Gambar 10. Daun dan stomata dengan pertukaran O2 dan CO2 (Campbell, 1997).

daunbagian melintang daun sel mesofilkloroflas

mesofil

Ruang intermembran

Grana stroma Stroma tilakoid ruang tilakoid

Granum Membran dalam

Membran luar

KLOROFLAS

CO2 O2

Stoma

17

Reduksi Karbondioksida (CO2)

• Terjadi di dalam stroma , melalui siklus Calvin

Gambar 11. Proses Calvin yang dihasilkan fotosintesis alga oleh 14CO2 radioaktif (Curtis, 1989)

RuBP karboksilase

Ribulasebifosfat (RuBP)

CO2 H2O

CHOH

CHOHCH2

C O

O-

O P

O PCH2

C O

O P

O PCH2

CHOHCHOHCH2

C O

18

• Senyawa pengikat CO2 : RuBP (Ribulosa bifosfat)

• Enzim penting : RubisCO (RuBP Karboksilase/

oksigenase)

• Senyawa yang pertama terbentuk : asam

fosfogliserat (PGA). Suatu senyawa berkarbon 3

(disebut siklus C3)

19Gambar 12. Ringkasan Siklus Calvin (Curtis, 1989)

20

Lintasan C4 pada tumbuhan C4

• Tumbuhan C4 mempunyai sel-sel seludang pembuluh

Contoh : tanaman jagung, tebu, Amaranthus

• Terjadi dua lintasan : lintasan C4 dan siklus Calvin

• Reduksi karbon diawali dengan lintasan C4 (dalam

sel mesofil)

• Siklus Calvin terjadi di dalam sel seludang pembuluh

setelah melewati lintasan C4

21

Epidermis atas

Sel mesofil

Pembuluh

Seludang pembuluh

Epidermis bawah

Senyawa yang berikatan dengan CO2 : fosfoenol piruvat (PEP).

Senyawa yang pertama terbentuk asam oksaloasetat (AOA), senyawaberkarbon 4.

Gambar 13. Penampang jaringan daun tanaman C4 (www.Sinauer.com)

22

Gambar 14. Lintasan fiksasi karbon pada tumbuhan C4 (Curtis,1989)