1. Fotosintesis
Ingatlah kembali fotosintesis! Persamaan reaksi fotosintesis dapat ditulis-kan kembali sebagai berikut:
Sinar matahari
6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Klorofil
Reaksi fotosintesis akan menghasilkan karbohidrat dan oksigen. Untuk mengetahui bahwa proses fotosintesis menghasilkan karbohidrat, lakukan Kegiatan Kelompok 2 berikut!
Tujuan : Mengetahui proses fotosintesis menghasilkan karbohidrat.
Alat dan Bahan :
1. Daun tumbuhan hijau 6. Alkohol 94 %
2. Kertas aluminium foil 7. Yodium
3. Gunting 8. Air
4. Gelas 9. Panci
5. Lem 10. Kompor/pemanas air
Cara Kerja :
1. Potonglah kertas ukuran panjangnya kira-kira bisa untuk membungkus daun tumbuhan yang dijadikan percobaan dan lebar 2 cm, kemudian lubangilah bagian tengahnya dengan diameter 0,5 cm.
2. Bungkuslah sebagian daun tumbuhan yang terkena sinar matahari langsung dengan kertas timah (dilakukan pada pagi hari). 3. Pada sore hari, petiklah daun itu.
4. Rebuslah air kemudian masukkan daun ke dalam air mendidih selama 2 manit dan angkatlah
5. Selanjutnya bukalah bungkus aluminium foil, kemudian masuk-kan daun itu ke dalam alkhohol selama 5 menit kemudian angkat dan tiriskan.
6. Tetesilah permukaan daun dengan yodium sampai merata. 7. Amatilah perubahan warnanya, jika daun berwarna pucat berarti
tidak terjadi proses fotosintesis sedangkan jika daun berwarna biru kehitaman berarti terjadi proses fotosintesis.
8. Buatlah kesimpulan dari kegiatan ini!
9. Diskusikan dengan kelompok Anda kemudian presentasikan di depan kelas!
Dari Kegiatan Kelompok 2 ini terlihat, bahwa proses fotosintesis yang
terjadi di dalam daun dapat menghasilkan senyawa karbohidrat (amilum)
dengan bantuan energi cahaya (foton). Sumber energi cahaya (foton) adalah
matahari.
Tahukah Anda bahwa proses fotosintesis terjadi di dalam kloroplas?
Kloroplas terdapat di dalam daging daun (mesofil) dan juga dapat ditemukan
pada bagian-bagian lain seperti batang dan ranting yang berwarna hijau.
Di dalam kloroplas terdapat pigmen berwarna hijau yang disebut klorofil.
Pigmen inilah yang dapat menyerap energi spektrum cahaya matahari. Susunan kloroplas terdiri atas membran ganda yang menyelubungi
ruangan berisi cairan (stroma). Membran tersebut membentuk suatu sistem
disebut membram tilakoid dan bentuknya seperti suatu bangunan kantung
disebut kantung tilakoid. Kantung-kantung telakoid itu dapat berbentuk
berlapis-lapis disebut grana.
Karena letak klorofil berada pada membran tilakoid, maka proses pengu-bahan energi cahaya (foton) menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedangkan proses fotosintesis dengan produk akhir glukosa dan senyawa lain berlangsung di dalam stroma.
Tahap apa saja yang ada dalam proses fotosintesis? Tahapan dalam proses fotosintesis merupakan rangkaian dari suatu proses penangkapan energi cahaya (fotosistem), aliran elektron dan penggunaannya. Klorofil
hanyalah sebagian dari perangkat fotosistem untuk menangkap energi cahaya
dalam proses fotosintesis.
a. Fotosistem
Fotosistem merupakan suatu unit yang terdiri atas klorofil a, kompleks antene dan akseptor elektron yang mampu menangkap energi cahaya (foton) matahari. Jika klorofil hanya menyerap cahaya merah, ungu, dan biru kemu-dian dipantulkan kembali maka terlihat warna hijau. Warna klorofil dapat berbeda-beda tergantung dari jenis klorofil dan cahaya yang terserap kemu-dian dipantulkan.
Ada dua macam klorofil, yaitu sebagai berikut.
1) Klorofil a, yaitu klorofil yang memiliki pigmen warna hijau, pigmen me-rupakan senyawa kimia yang dapat menyerap cahaya tampak.
2) Klorofil b, klorofil yang memiliki pigmen warna kuning sampai jingga
Klorofil a dan pigmen-pigmen lain mengelompok di dalam tilakoid membentuk bangunan unit pigmen, klorofil a terletak di tengah bangunan
yang disebut sebagai pusat reaksi. Klorofil a memperoleh energi cahaya dari
akseptor elektron berasal dari sekelompok molekul pada perangkat pigmen
yang dapat menangkap elektron cahaya berenergi tinggi disebut antene.
Cahaya yang terserap klorofil a merupakan cahaya yang berenergi tinggi, sehingga dapat menyebabkan terlemparnya elektron yang ada pada pigmen. Elektron yang terlempar keluar orbit berada dalam keadaan tidak stabil yang
menyimpan energi tinggi disebut tereksitasi. Dalam keadaan demikian,
klorofil berusaha mensuplai elektron dari molekul lain dan dalam waktu
bersamaan H2O terpecah menjadi 2H+, OH- dan elektron (fotolisis), elektron
dari air ini diambil untuk menstabilkan keadaan klorofil kembali.
Pada klorofil a terdapat dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I atau disebut P700 karena sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 700 nm dan fotosistem II atau disebut P680 yang sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 680 nm.
Proses penyerapan energi cahaya dapat mengakibatkan terlepasnya elektron berenergi tinggi dari klorofil a, selanjutnya disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron, maka proses tersebut merupakan awal dari proses terjadinya proses fotosintesis. Proses berikutnya elektron masuk dalam aliran elektron, jika elektronnya berasal dari fotosistem I bersifat nonsiklus dan apabila elektronnya berasal dari fotosistem II bersifat siklus. Di mana letak perbedaan aliran elektron antara fotosistem I dengan fotosistem II?
b. Aliran Elektron
Perjalanan yang ditempuh oleh elektron ada dua yaitu sebagai berikut.
1) Aliran Elektron Fotosistem I Bersifat Siklus
Cahaya berenergi ting-gi yang terserap klorofil a dapat menyebabkan
elek-tron (e-) berasal dari
foto-sistem I atau P700 terlempar keluar orbitnya. Pada saat
perjalanan elektron (e-)
berasal dari P700 yang terlempar keluar orbit ter-sebut lalu ditangkap oleh akseptor penerima elektron seperti plastokuinon atau sitokrom. Kemudian
elek-tron itu pindah ke akseptor Gambar 2.10 Pembentukan ATP melalui fotofosforilasi siklik
Sumber: Ilustrasi Haryana
e—
e—
lain, lalu pindah kembali ke klorofil P700 semula. Selama proses perpindahan dari akseptor satu ke akseptor lain terdapat energi yang terlepas dari elektron, energi tersebut digunakan dalam fotofosforilasi siklik dengan produk akhir
berupa ATP, dan tidak dihasilkan NADPH serta O2.
ATP digunakan sebagai energi yang dapat dimanfaatkan dalam proses biologis sel-sel organisme, seperti yang telah kita pelajari sebelumnya. Dalam hal ini ATP berguna dalam pembentukan karbohidrat. Perlu Anda ketahui
sintesis ATP dalam kloroplas disebut sebagai fotofosforilasi .
Apa yang dimaksud fotofosforilasi? Fotofosforilasi adalah peristiwa bereaksinya senyawa ADP dan asam fosfat menjadi ATP, seperti berikut.
ADP + Pi ---> ATP
2) Aliran Elektron Fotosistem II Bersifat Nonsiklus
Perjalanan aliran elektron fotosistem II, elektronnya (e-) juga berasal dari
P700. Elektron (e-) yang terlempar keluar orbit dan ditangkap oleh akseptor
elektron yaitu NADPH2 kemudian elektron (e-) bersamaan dengan 2H- berasal
dari pecahan H2O mengikuti jalannya elektron siklik pindah ke akseptor lain
seperti plastosianin atau feredoksin.
Selanjutnya elektron itu pindah dan tidak kembali ke klorofil P700, tetapi mengalir melalui membran tilakoid. Dengan pelepasan elektron tersebut, maka P700 menjadi molekul yang teroksidasi sehingga menyedot elektron dari P680 berenergi tinggi yang berasal dari energi cahaya (foton) matahari.
Molekul NADPH2 dan ATP yang berenergi tinggi digunakan untuk
mengubah CO2 dan H2O menjadi produk gula (seperti glukosa, maltosa,
fruktosa dan amilum) dan O2. Proses pembentukan gula (karbohidrat) dapat
Anda lihat pada siklus Calvin.
c. Siklus Calvin
Siklus Calvin terdiri atas dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang akan menghasilkan produk akhir berupa
ATP dan NADPH2 dan reaksi gelap
akan menghasilkan gula (karbohi-drat), kedua reaksi tersebut terjadi dalam kloroplas yang terdapat di dalam daging daun (mesofil). Tahapan reaksi siklus Calvin adalah karboksilasi, reduksi dan regenerasi
sebagai berikut. Sumber: Ilustrasi Haryana
Gambar 2.11 Siklus Calvin
1) Karboksilasi (Fiksasi) CO2
CO2 diikat (fiksasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memiliki
atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat satu atom C (C-1) maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).
2) Reduksi
Selanjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) bereaksi dengan ATP,
membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal
dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil
akhir yaitu 6 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).
3) Regenerasi
Regenerasi atau pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP)
digunakan untuk mengikat CO2. Pembentukan kembali senyawa rebulosa
bifosfat (RuBP) dan pecah menjadi 2 senyawa (G3P) bereaksi dengan ATP
membentuk asam fosfogliseraldehid dan NADPH2. Siklus reaksinya berjalan
3 kali, dan kembali regenerasi lagi. Jadi untuk membentuk 1 molekul glukosa
maka dibutuhkan sebanyak 6 kali siklus (siklus Calvin) dengan menangkap
sebanyak 6 molekul 6CO2, reaksinya sebagai berikut.
6CO2 + 6H2O ---> C6H12O6 + 6O2
2. Kemosintesis
Sebagaimana telah Anda ketahui, bahwa sumber energi pada proses
reaksi penyusunan (sintesis) molekul gula (karbohidrat) dari molekul CO2
dan H2O yang berlangsung di dalam sel makhluk hidup, adalah cahaya (foton)
matahari, tetapi tidak semua makhluk hidup menggunakan cahaya sebagai sumber energinya. Contohnya pada beberapa mikroorganisme seperti bakteri belerang, bakteri nitrit, bakteri nitrat, dan bakteri besi memperoleh energi dengan cara mengoksidasi senyawa kimia. Jadi, jika pada proses penyusunan bahan organik yang menggunakan sumber energi dengan cara pengoksidasian
(pemecahan) senyawa kimia disebut kemosintesis. Berikut pengoksidasian
beberapa bakteri untuk memperoleh energi kimia.
a. Bakteri belerang, misalnya bakteri sulfur tak berwarna (Thiobacillus)
memperoleh energi dengan cara mengoksidasi H2S, reaksinya:
Cahaya
2H2S + O2
