Bahan-bahan yang dihasilkan dari reaksi terang akan digu- nakan dalam siklus Calvin. ATP digunakan sebagai sumber ener- gi dan NADPH sebagai tenaga pereduksi untuk penambahan elektron berenergi tinggi. Siklus Calvin terjadi pada bagian kloroplas yaitu stroma. Pada reaksi gelap ini, bahan untuk fotosintesis (CO2) nantinya akan dibentuk menjadi molekul gula setelah melalui 3 tahapan, antara lain:
1) Fiksasi Karbon
Pada tahap ini, gula berkarbon 5 yang disebut ribulosa1,5 bis- fosfat (RuBP) mengikat CO2 membentuk senyawa interme diate yang
tidak stabil, sehingga terbentuk 3-fosfogliserat. Pembentukan tersebut dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase atau rubisko.
Sebagian besar tumbuhan dapat melakukan fi ksasi karbon dan meng- hasilkan senyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fos fo gliserat. Oleh karena itu, tumbuhan yang dapat memfi ksasi CO2 ini
disebut tumbuhan C3. Contohnya adalah tanaman
padi, gandum, dan kedelai. Pada beberapa tumbuhan, fi ksasi karbon mendahului siklus Calvin dengan cara membentuk senyawa berkarbon 4 se ba gai produk pertamanya. Tumbuhan seperti ini disebut tumbuh- an C4. Contohnya adalah tebu, jagung, dan anggota
rumput-rumputan.
Tidak seperti pada tumbuhan C3 dan C4, tum- buhan kaktus dan nanas membuka stomatanya pada
malam hari dan menutupnya pada siang hari. Pada saat stomata terbuka, tumbuhan mengikatkan CO2 pada berbagai asam or-
ganik. Cara fi ksasi karbon ini pertama kali dtiemukan pada tumbuhan famili Crassulaceae (tumbuhan penyimpan air) dan disebut metabolisme asam krasulase (Crassulacean Acid Metabolism) sehingga tumbuh annya disebut tumbuhan CAM. Asam organik (senyawa intermediate) yang
dibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel mesofi l sampai pagi hari. Pada siang hari (stomata tertutup), reaksi terang dapat me- masok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asam organik melepaskan CO2 dan memasuki molekul gula (RuBP) dalam
kloroplas. Dengan demikian, baik tumbuhan C3, C4, maupun CAM
akan menggunakan siklus Calvin setelah fi ksasi CO2, untuk memben-
tuk molekul gula dari karbondioksida. 2) Reduksi
Setiap molekul 3-PGA menerima gugus fosfat dari ATP sehingga terbentuk 1,3 bisfosfogliserat. Elektron dari NADPH mereduksi 1,3
Gambar 2.29 Aliran siklis reaksi terang Akseptor primer 2e- Kompleks sitokrom Pc Fotosistem I ATP Fd
Energi untuk sintesis ATP kemiosmotik
Gambar 2.30 Masuknya produk reaksi terang ke siklus Calvin
NADPH Reaksi terang Cahaya H2O O2 Siklus Calvin CO2 CH2O (gula) NADP+ ATP ADP
bisfosfogliserat dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P), yang dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan ke- luar sebagai molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yang diperlukan tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan ma- suk ke tahapan regenerasi.
3) Pembentukan kembali (regenerasi) RuBP
Pada tahapan terakhir siklus Calvin ini, RuBP sebagai pengikat CO2 dibentuk kembali oleh 5 molekul G3P. RuBP siap untuk mengi-
kat CO2 kembali dan siklus Calvin dapat berlanjut kembali.
Dengan demikian, molekul gula tidak akan terbentuk hanya dengan reaksi terang atau siklus Calvin saja. Oleh karena itu, kedua proses tersebut merupakan gabungan proses untuk terjadinya fotosintesis.
Pada materi sebelumnya, kalian telah mempelajari bahwa fotosintesis menghasilkan molekul gula. Gula yang dibuat dalam klo- roplas tersebut akan digunakan untuk proses respirasi tumbuhan atau menyusun senyawa organik lainnya dalam sel tumbuhan. Gula tersebut akan diedarkan ke seluruh bagian tumbuhan, dalam bentuk gula sederhana se- perti glukosa. Molekul-molekul gula berlebih yang terbentuk selama fotosintesis dan tidak diedarkan, akan menumpuk atau disimpan di dalam plastida sebagai sumber cadangan ener- gi dalam bentuk amilum atau pati (polisakarida).
Lalu, bagaimanakah kita dapat membuktikan adanya fotosintesis dan respirasi pada tumbuhan? Agar dapat menjawabnya, lakukanlah rubrik Percobaan berikut.
Gambar 2.31 Tahapan siklus Calvin Masukan CO2 ATP ATP 3 Ribulosa bisfosfat (RuBP) 1,3-Bisfosfogliserat Gliseraldehida 3-fosfat (G3P) G3P Senyawa intermediate 3-Fosfogliserat Rubisko Glukosa dan senyawa organik lain
P e r c o b a a n
Mengetahui Adanya Fotosintesis dan Respirasi pada Tumbuhan A. Dasar Teori
Fotosintesis dan respirasi merupakan dua reaksi penghasil energi pada tumbuhan. Fotosintesis berlangsung selama siang hari, sedangkan respirasi terjadi pada siang dan malam hari. Untuk melakukan fotosintesis, tumbuhan memerlukan CO2, H2O (air), dan cahaya sehingga dihasilkan karbohidrat (senyawa gula). Sementara itu pada respirasi tumbuhan, gula dirombak menjadi CO2 dan H2O dengan bantuan oksigen.
B. Tujuan
Membuktikan fotosintesis dan respirasi pada tumbuhan.
C. Alat dan Bahan
1. Tiga stoples dengan tutupnya 3. Pensil
Sebagaimana telah kalian ketahui bahwa proses fotosintesis me- merlukan cahaya dan CO2. Oleh karena itu, faktor lingkungan seperti
cahaya dan pasokan CO2 di dalam sel dapat memengaruhi kecepatan fotosintesis. Faktor-faktor tersebut dapat saling berinteraksi dalam me- mengaruhi fotosintesis. Jika intensitas cahaya rendah maka kecepatan fotosintesis akan rendah pula. Pada keadaan ini, cahaya dikatakan seb- agai faktor pembatas. Salah satu cara untuk menentukan kecepatan fo-
tosintesis adalah dengan mengamati pembentukan oksigen. Pada saat intensitas cahaya mencapai titik tertentu (jenuh cahaya pada kondisi percoban) maka tidak akan memengaruhi produksi oksigen. Keadaan tersebut kemungkinan disebabkan CO2 menjadifaktor pembatas. Nah,
jika konsentrasi CO2 tersebut ditingkatkan maka kecepatan fotosin-
tesis akan meningkat dengan meningkatnya intensitas cahaya. Selain cahaya dan CO2, suhu juga dapat memengaruhi kecepat an fotosintesis jika cahaya bukan sebagai faktor pembatas.
Menurut F.F. Blackman (tahun 1905), fotosintesis dapat ber-
langsung jika ada cahaya dan akan berhenti jika tidak ada cahaya. Fo- tosintesis terdiri dari reaksi fotokimia dan reaksi enzimatis. Kondisi
5. Indikator brom timol biru 7. Lampu duduk
6. Kertas aluminium berukuran 30 x 30 cm
D. Cara Kerja
1. Bilaslah stoples menggunakan air suling.
2. Nomorilah stoples 1, 2, dan 3 menggunakan pensil agar tulisan tidak mudah luntur terkena air.
3. Masukkan tanaman dan air dalam stoples 1 dan 2. Stoples 1 digunakan sebagai kontrol sehingga tana- man tidak dimasukkan ke dalamnya.
4. Isilah ketiga stoples dengan indikator brom timol biru.
5. Tutuplah setiap stoples, kecuali stoples 1 ditutup menggunakan aluminium foil agar cahaya tidak masuk dalam stoples.
6. Letakkan ketiga stoples kira-kira 20 cm di depan lampu duduk (lihat Gambar 2.32).
7. Periksalah warna larutan dalam stoples, setiap 1 jam selama 8 jam. Usahakan segera menu- tup kembali stoples 1 menggunakan aluminium foil.
8. Catatlah hasil pengamatan kalian.
Catatan: Indikator brom timol biru bisa digunakan untuk menguji adanya CO2. Adanya CO2
menyebabkan warna biru pada larutan cepat berubah menjadi hijau atau kuning, tergantung banyak sedikitnya CO2.
E. Pembahasan
1. Bagaimanakah perubahan warna larutan dalam stoples 1, 2, dan 3? Jelaskan mengapa
demikian.
2. Kapankah fotosintesis berlangsung? Di dalam stoples berapakah terjadinya? 3. Kapankah respirasi berlangsung? Di dalam stoples berapakah terjadinya? 4. Manakah stoples yang mengandung CO2 paling banyak? Jelaskan.
Gambar 2.32 Ketiga stoples diletakkan + 20 cm di depan lampu duduk.
2 3 1 pembungkus dari kertas alumunium tanaman air kontrol
P e r c o b a a n
Mengetahui Pengaruh Cahaya terhadap Fotosintesis A. Dasar Teori
Fotosintesis dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan faktor dalam. Faktor lingkungan meli- puti CO2, suhu, dan intensitas cahaya. Sementara itu, faktor dalam meliputi konsentrasi enzim,
kekurangan air, dan konsentrasi klorofil. Fotosintesis dapat berlangsung jika ada cahaya dan akan berhenti jika tidak ada cahaya (gelap). Keadaan tanpa cahaya (gelap) dapat mengham- bat pembentukan O2 melalui reaksi fotokimia.
B. Tujuan
Mengamati dan mengetahui pengaruh suhu terhadap fotosintesis den- gan mengukur banyaknya oksigen (O2) yang dihasilkan.
C. Alat dan Bahan
1. Tanaman air Hydrilla sp. 2. Air jernih
3. Larutan NaHCO3 (Na-bikarbonat)
4. Gelas becker atau bejana gelas
5. Corong kaca
6. Tabung reaksi
7. Hand counter (alat penghitung) 8. Timer (pencatat waktu)
D. Cara Kerja
1. Siapkan air jernih dalam 2 gelas becker dan tambahkan bebera- pa tetes ½ % NaHCO3.
2. Potonglah batang tanaman Hydrilla sp. kira-kira 10 cm.
3. Masukkan tanaman tersebut secara terbalik (dengan bagian pangkal menghadap ke pipa corong). Pipa corong menghadap ke atas dan diatasnya ditutup tabung reaksi yang telah diisi air.
4. Simpanlah tanaman dalam gelas becker pada 3 tempat yang
berbeda, yaitu (a) di dalam ruangan (almari), (b) di bawah po- hon yang rindang, dan (c) di lapangan terbuka dengan intensitas cahaya matahari cukup tinggi.
5. Amatilah oksigen (O2) yang terbentuk melalui gelembung-gelembung gas yang dihasilkan.
Hitung dan catatlah banyaknya gelembung yang dihasilkan pada masing-masing tana- man dengan hand counter selama 5 menit.
6. Buatlah grafik yang menunjukkan hubungan antara cahaya dan laju fotosintesis.
E. Pembahasan
1. Pada perlakuan manakah tidak dihasilkan gelembung, paling sedikit gelembungnya, atau paling banyak gelembungnya?
2. Bagaimanakah kesimpulan dari grafik yang kalian peroleh? 3. Apakah manfaat cahaya bagi tanaman Hydrilla sp. tersebut?
Gambar 2.33 Percobaan fotosintesis Hydrilla sp.
tanpa cahaya (gelap) dapat menghambat pembentukan O2 melalui reaksi fotokimia. Selain faktor
lingkungan, faktor dalam juga dapat mempengaruhi kecepatan fotosintesis, antara lain: konsentrasi enzim, kekurangan air, dan konsentrasi klorofi l.
Untuk mengetahui pengaruh faktor luar terhadap fotositesis, lakukanlah tugas di rubrik Perco- baan berikut ini.
Gambar 2.34 Hubungan cahaya Vs laju fotosintesis
jumlah gelembung
2. Kemosintesis
Tumbuhan hijau menggunakan energi cahaya untuk membentuk bahan makanan berupa karbohidrat atau glukosa. Hal ini tidak terjadi pada beberapa bakteri, seperti bakteri sulfur dan bakteri besi.
Bakteri sufur menggunakan energi dari senyawa kimia yaitu hidro- gen sulfi da (H2S) dan juga CO2 untuk membentuk karbohidrat. Proses pembentukan bahan makanan dengan menggunakan energi dari bahan- bahan kimia disebut kemosintesis. Bakteri tersebut menguraikan H2S
menjadi atom hidrogen dan sulfur. Kemudian pada reaksi gelap, atom- atom hidrogen digunakan untuk mereduksi CO2 dalam membentuk gula atau karbohidrat. Proses tersebut tidak melepaskan oksigen, tetapi menghasilkan sulfur. Persamaan reaksinya sebagai berikut:
CO2 + 2H2S (CH2O) + H2O + 2S
Nah, agar kalian dapat memahami tentang anabolisme dengan baik, lakukanlah rubrik Telisik dan Uji Kompetensi berikut ini.
Merancang Kegiatan Fermentasi Tape Ketan
Lakukanlah kegiatan ini di rumah kalian masing-masing, agar kalian dapat mempraktekkan proses fer- mentasi sederhana. Langkah-langkahnya sebagai berikut:
1. Tanaklah beras ketan, kemudian dinginkanlah.
2. Setelah dingin, taburkan ragi tape secara merata pada beras ketan.
3. Bungkuslah ketan tersebut dengan daun atau plastik kemudian simpanlah di tempat tertutup selama 48 jam pada suhu kamar.
4. Setelah 48 jam, tentukan rasa dan baunya.
5. Organisme apa yang berperan pada fermentasi tersebut?
6. Ceritakan keseluruhan kegiatan fermentasi kalian dari tahap awal sampai keterangan hasil yang kalian peroleh, di depan kelas.
T e l i s i k
Kerjakanlah soal-soal berikut ini.
1. Apa yang dimaksud fotosintesis? Tuliskan
persamaan reaksi fotosintesis dalam meng- hasilkan karbohidrat.
2. Di manakah tempat terjadinya reaksi terang
dan reaksi gelap?
3. Sebutkan 2 kemungkinan tahapan aliran
elektron pada reaksi terang dan 3 tahapan pada reaksi gelap.
4. Apa sajakah hasil (produk) dari reaksi terang dan reaksi gelap?
5. Sebutkan faktor lingkungan dan faktor dalam yang mempengaruhi fotosintesis.
6. Berikan contoh bakteri yang melakukan ke-
mosintesis? Apa sajakah hasil yang diperoleh.
Uji Kompetensi
I k h t i s a r
1. Metabolisme merupakan suatu rangkaian atau proses yang terarah dan teratur di dalam sel tubuh melalui reaksi-reaksi kimiawi, sehingga diperlukan atau dihasilkan bahan-bahan tertentu seperti unsur, molekul, senyawa, atau energi.
2. Metabolisme dibedakan menjadi katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah proses
perombakan senyawa-senyawa yang kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana melalui
reaksi-reaksi kimiawi, sehingga dihasilkan energi. Anabolisme adalah proses pembentukan
senyawa-senyawa kompleks dari senyawa-senyawa yang lebih sederhana melalui reaksi-reaksi kimiawi, sehingga diperlukan adanya energi.
3. Sebagian besar enzim tersusun oleh 2 bagian, yaitu bagian yang berupa protein, disebut apoenzim dan bagian non protein yang disebut kofaktor (dapat berupa koenzim atau gugus prostetik). 4. Terdapat 2 teori tentang kerja enzim, yaitu model gembok – kunci (lock and key) dan teori ketepatan
induksi (induced fit theory).
5. Beberapa sifat enzim, antara lain: enzim sebagai biokatalisator suatu reaksi, bekerja secara khusus, dapat bekerja secara bolak balik (reversibel), berwujud sebagai koloid, rusak jika kena panas (termolabil), dan dapat diekstraksi dari sel tanpa kehilangan aktivitas katalitiknya.
6. Faktor yang menghambat kerja enzim, antara lain: inhibitor (reversibel dan irreversibel), zat-zat pengaktif (aktivator), suhu, pH, hasil akhir, konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, dan air.
8. Enzim digolongkan berdasarkan apa yang terjadi di dalam reaksi. Enzim digolongkan menjadi oksidoreduktase (dehidrogenase, oksidase, dan hidroksilase), transferase, hidrolase (peptidase, esterase, glikosidase, dan fosfatase), liase, ligase, dan isomerase.
9. Respirasi merupakan reaksi kimia sel untuk merombak senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dengan menghasilkan energi. Respirasi dibedakan menjadi dua macam, yaitu respirasi aerobik dan respirasi anaerobik.
10. Secara umum, reaksi respirasi aerobik dibedakan menjadi 3 tahapan, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif dan daur Krebs, serta rantai transportasi elektron respirasi.
11. Glikolisis adalah rangkaian reaksi kimia penguraian glukosa (yang memiliki 6 atom C) menjadi asam piruvat (senyawa yang memiliki 3 atom C), NADH, dan ATP. Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di sitoplasma (sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan, yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan energi dan 5 tahapan pelepasan energi. Hasil akhir glikolisis adalah 2ATP + 2NADH.
12. Pembentukan ATP dapat terjadi dengan cara fosforilasi tingkat substrat dan fosforilasi oksidatif. Respirasi aerobik menghasilkan sebanyak 38 total ATP.
13. Hasil akhir glikolisis (1 molekul glukosa) adalah 2 piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP. Hasil akhir siklus Krebs adalah 6 NADH, 2 FADH, dan 2 ATP.
14. Elektron- elektron yang dibawa oleh NADH dan FADH2 hasil glikolisis dan siklus Krebs akan masuk ke
dalam sistem transportasi elektron pada membran dalam mitokondria untuk membentuk ATP. 15. Fermentasi dibedakan berdasarkan produknya, misalnya fermentasi alkohol (produknya alkohol)
dan fermentasi asam laktat (produknya asam laktat). Beberapa organisme bersel satu yang berperan dalam fermentasi alkohol adalah ragi (khamir) dan bakteri. Saccharomyces cereviceae merupakan khamir yang berperan dalam pembuatan tape.
16. Organisme dibedakan menjadi beberapa kelompok berdasarkan sumber karbon (autotrof dan heterotrof), sumber donor elektron (organotrof dan litotrof), dan sumber energinya (fototrof dan kemotrof).
17. Tumbuhan dan alga hijau dapat melakukan fotosintesis, yaitu menggunakan senyawa anorganik seperti CO2 dan H2O, serta bantuan cahaya matahari untuk mensintesis karbohidrat.
18. Proses pembentukan bahan makanan dengan menggunakan energi dari bahan-bahan kimia