2014
KLOROPLAST DAN FOTOSINTESIS
Fotosintesis menyediakan makanan hampir bagi semua kehidupan di dunia baik langsung maupun tidak langsung.
Pada tumbuhan dan algae, fotosintesis terjadi pada organel intraseluler yang disebut kloroplast.
Kloroplast merupakan salah satu plastida pada tumbuhan, mengandung pigmen klorofil yang berfungsi menyerap energi cahaya matahari pada proses fotosintesis
Pendahuluan
Struktur ultra kloroplast
Membran thylakoid terdiri dari lamela grana (bertumpuk) dan lamela stroma (tidak bertumpuk)
Klorofil terletak di membran thylakoid, sehingga reaksi terang fotosintesis berlangsung di membran thylakoid
Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh enzim-enzim yang larut dalam air, berlangsung di stroma
Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid
Kloroplast menggunakan mekanisme kimia osmotik untuk melakukan konversi energi spt mitokondria
Membran dalam membungkus stroma, analog dgn matrik mitokondria
Stroma, seperti matriks mitokondria, berisi enzim, ribosom, RNA dan DNA
Membran dalam kloroplast tidak berlipat dan tidak berisi rantai transport elektron, sebab rantai trasnport elektron terdapat pada membran tilakoid
ATP sintetase pd kloroplast menonjol ke stroma dr membran tilakoid, sedangkan pada mitokondria menonjol kedalam matrik dr membran dalam mitokondria
Beberapa persamaan dan perbedaan kloroplast dgn mitokondria
Dua katagori proses fotosintesis
1. Reaksi transfer elektron fotosintesis (reaksi terang). Klorofil memperoleh elektron dr air (H20) menghasilkan O2. Selama proses transport elektron ion H dipompa melewati membran tilakoid dan menghasilkan gradien proton elektrokimia yg memicu sintesis ATP pd stroma. Tahap akhir reaksi ini adalah elektron berenergi tinggi di berikan ke NADP dan merubahnya menjadi NADPH
2. Reaksi fiksasi karbon (reaksi gelap). ATP dan NADPH yg dihasilkan oleh reaksi transfer elektron fotosintesis digunakan sebagai sumber energi untuk merubah CO2 menjadi karbohidrat. Reaksi fiksasi karbon ini yg dimulai di stroma dan dilanjutkan di sitosol, menghasilkan sukrosa dan banyak molekul organik lain di daun.
6
Organisasi dalam membran thylakoidPusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron, terletak terutama di lamela grana
Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron; dan enzim-ezsim untuk sintesis ATP (coupling factor enzymes) terletak terutama di lamela stroma
Kompleks sitokrom b6f, yang menghubungkan dua sistem tersebut, tersebar merata.
Konsep-konsep dasar
• Ketika klorofil a (atau sembarang molekul) menyerap cahaya tampak, energi cahaya yang diserap menaikkan e- chl a ke tingkat energi yang lebih tinggi (excited state)
Konsep dasar transfer energi selama fotosintesis
Antena
Pusat reaksi
Molekul pigmen
Acceptor e -
Donor e -
Cahaya
Transfer eksitasi
Transfer elektron
Organisasi sistem antena penyerap cahaya
• Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena
• Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena
• Ukuran antena: 200-300 chl/rc di tanaman tingkat tinggi
Organisasi sistem antena penyerap cahaya
• Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena
• Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena
• Ukuran antena: 200-300 chl/rc di tanaman tingkat tinggi
Mekanisme transport elektron dan proton dalam fotosintesis
• Reaksi terang fotosintesis tersusun atas : PSII, sitokrom b6F, PSI dan ATP synthase.
• Organisasi kedua fotosistem dikenal dengan skema Z (Z scheme)
Gambaran skematik Z scheme
Transport elektron pada membran tilakoid
• PSI yang menyerap cahaya merah panjang (700 nm) menghasilkan reduktan kuat, yang mampu mereduksi NADP + menjadi NADPH di membran dekat stroma; dan menghasilkan pula oksidan lemah
• PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2
di lumen thylakoid; serta menghasilkan reduktan lemah
• ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen ke stroma
17
• P680+ merupakan oksidan biologi paling kuat, yang cukup kuat untuk mengoksidasi air
• Oksigen dioksidasi di dalam PSII (fotolisis air)
• 2H2O O2 + 4H+ + 4 e-
• Proton yang terbentuk dari oksidasi air dilepaskan ke lumen thylakoid dan tidak secara langsung ke stroma
• Pada akhirnya proton akan dilepaskan dari lumen ke stroma melalui sintesis ATP
18
Pembentukan ATP
• Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi yang diserap disimpan dalam bentuk NADPH, sebagian lain dari energi photon digunakan untuk membentuk ATP
• Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi
• Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kemi- osmotik
• Mekanisme kemi-osmotik (chemiosmotic mechanism) didasarkan pada prinsip: bahwa perbedaan konsentrasi ion dan potensial elektrik diantara membran, merupakan sumber energi bebas
19
• ATP dibentuk oleh kompleks enzim yang dikenal memiliki beberapa nama: ATP synthase
• Enzim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan bagian yang mencuat keluar membran disebut CF1
• CFo membentuk saluran menyeberangi membran, dimana proton mampu melewatinya
• CF1 merupakan bagian dari kompleks enzim yang membentuk ATP
Fiksasi karbon pada tanaman C3 dan C4
1. Tanaman C3 Reaksi pertama antara CO2 dengan RuBP
akan menghasilkan 2 PGA. Selanjutnya sebagian PGA diubah menjadi karbohidrat. Pada saat yang sama mungkin RuBP tidak bereaksi dg CO2, tetapi dengan O2 karena berlangsung bersama dg fotosintesis (proses fotorespirasi).
2. Tanaman C4 Pada beberapa jenis tumb.diketahui
senyawa pertama yg dihasilkan bukan PGA, tetapi asam dikarboksilat dg rantai C4. CO2 diikat oleh PEP oksaloasetat
Tumb.yg melakukan karboksilasi jalur C4 memp.struktur anatomi daun khususyg disebut tipe Kranz
Reaksi karboksilasi berlangsung di 2 bagian, yi kloroplas mesofil dan kloroplas selubung berkas pengangkut
Selamat Belajar