MAKALAH
“FOTOSINTESIS TENTANG KONVERSI ENERGI CAHAYA”
Disusun oleh :
Yuni Nisawati (135040200111035)
Marina S. ( 135040200111053)
Puji Nur Rahayu (135040200111055) M. Arief Biamrillah ( 135040200111058) Alyanesia F.B. ( 135040200111074)
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
1. Rantai Transport Elektron
Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.
Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.
karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.
2. Transfer Elektron dan Sintesis NADH 2.1 Transfer Elektron
Transport elektron merupakan reaksi yang membutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir. Reaksi penangkapan elektron oleh oksigen akan menyebabkan terbentuknya molekul air (H2O).
Kompleks transport elektron tersusun atas lima kompleks protein, yang masing-masing memiliki fungsi spesifik.
1. Kompleks I
Kompleks I dinamakan NADH reduktase. Fungsi dari kompleks I adalah memecah NADH menjadi NAD+ dan H+. Pemecahan tersebut akan menyebabkan elektron dibebaskan dari NADH. Setiap elektron yang dibebaskan akan bergerak melintasi kompleks I, yang mengakibatkan ion H+ bergerak dari matriks menuju ruang intermembran. Elektron yang melintasi kompleks I selanjutnya akan ditangkap oleh ubiquinon da dibawa menuju kompleks III.
2. Kompleks II
Kompleks II dinamakan suksinat dehidrogenase. Fungsi dari kompleks II adalah membebaskan elektron yang ada pada FADH2, diikuti dengan reaksi perubahan suksinat menjadi fumarat. Elektron yang melintasi kompleks II tidak menyebabkan pergerakan ion hidrogen menuju ruang intermembran. Elektron juga akan ditangkap oleh ubiquinon, yang akan dibawa menuju kompleks III.
3. Kompleks III
Kompleks III dinamakan dengan sitokrom reduktase. Elektron dari ubiquinon akan dilalukan melalui kompleks ini. Pergerakan elektron melintasi kompleks ini menyebabkan ion hidrogen bergerak dari matriks menuju ruang intermembran. Elektron selanjutnya akan dibawa oleh sitokrom C menuju kompleks IV.
4. Kompleks IV
5. Kompleks V
Kompleks V merupakan enzim ATP sintase. Enzim tersebut berfungsi untuk membentuk molekul berenergi, ATP, dari ADP dan Pi.
Ion hidrogen yang dibergerak menuju ruang intermembran menimbulkan gradien elektrokimia dari ruang intermembran dengan matriks mitokondria. Matriks kehilangan ion hidrogen karena bergerak ke ruang intermembran menyebabkan konsentrasi ion H+ yang lebih rendah. Akibatnya, ion hidrogen akan bergerak menuju kembali ke matriks untuk menyeimbangkan konsentrasi. Akan tetapi, membran dalam mitokondria impermeabel (tidak bisa dilalui) terhadap ion H+. Satu-satunya lintasan yang ada adalah kompleks V.
Pergerakan ion H+ melintasi kompleks V digunakan untuk membentuk ATP. Setiap ion hidrogen masuk, maka akan dibentuk ATP. Jadi, ada kaitannya antara proses lewatnya elektron dalam kompleks-kompleks sebelumnya dengan pembentukan ATP. Aliran elektron menyebabkan ion H+ bergerak ke ruang intermembran, akibatnya konsentrasi berbeda dan ion hidrogen yang kembali ke matriks melalui Kompleks V digunakan untuk membentuk ATP.
2.2 Sintesis NADH
Nikotinamida adenina dinukleotida, disingkat NAD+, adalah koenzim yang ditemukan di
semua sel hidup. Senyawa ini berupa dinukleotida, yakni mengandung dua nukleotida yang dihubungkan melalui gugus fosfat, dengan satu nukleotida mengandung basa adenina dan yang lainnya mengandung nikotinamida.
Nikotinamida adenina dinukleotida memiliki beberapa peranan esensial dalam metabolisme. Ia berperan sebagai koenzim pada reaksi redoks, sebagai donor gugus ADP-ribosa pada reaksi ADP-ribosilasi, sebagai prekursor molekul penghantara kedua ADP-ribosa siklik, dan juga sebagai substrat bagi enzim DNA ligase bakteri dan enzim sirtuin yang menggunakan NAD+ untuk melepaskan gugus asetil dari protein.
Biosintesis :
NAD+ disintesis melalui dua lintasan metabolisme. Ia diproduksi baik melalui lintasan de
novo yang menggunakan asam amino maupun melalui lintasan daur ulang dengan mendaur ulang komponen-komponen prekursor seperti nikotinamida menjadi NAD+, lintasan yang lain
disebut lintasan kinurenina yang dilalui oleh TRP.[19] Lintasan kinurenina terbagi dua, yang pertama adalah lintasan asam kinurenat, yang kedua adalah lintasan asam kuinolinat dan hidroksikynurenina-3. Ketiga senyawa organik tersebut merupakan prekursor dari NAD+.
Dalam metabolisme, senyawa ini menerima ataupun mendonorkan elektronnya dalam reaksi redoks. Reaksi ini (diringkaskan oleh persamaan di bawah) melibatkan pelepasan dua atom hidrogen dari reaktan (R), dalam bentuk ion hidrida (H−) dan proton (H+). Proton dilepaskan
ke dalam larutan, manakala reduktan RH2 dioksidasi dan NAD+ direduksi menjadi NADH
melalui transfer hidrida menuju cincin nikotinamida. RH2 + NAD+ → NADH + H+ + R
Dari pasangan elektron hidrida, satu elektron ditransfer ke nitrogen cincin nikotinamida yang bermuatan positif, dan atom hidrogen kedua di transfer ke atom karbn C4 yang berseberangan dengan nitrogen ini. Potensial titik tengah pasangan redoks NAD+/NADH adalah −0,32 volt,
membuat NADH sebagai reduktor kuat. Reaksi ini sangat mudah berbalik arah, ketika NADH direduksi menjadi molekul lain dan dioksidasi kembali menjadi NAD+. Hal ini berarti
koenzim ini dapat secara terus menerus berada dalam siklus NAD+ dan NADH tanpa
sendirinya dikonsumsi.
Secara fisik, koenzim ini berbentuk bubuk amorf yang higroskopik dan sangat larut dalam air. Padatan ini stabil jika disimpan dalam keadaan gelap dan kering. Larutan NAD+ tidak
Absorpsi spektrum UV NAD+ dan NADH.
Baik NAD+ dan NADH menyerap ultraviolet dengan sangat kuat oleh karena keberadaan
basa adeninanya. Sebagai contoh, puncak absorpsi NAD+ berada pada panjang gelombang
259 nanometer (nm), dengan koefisien pemunahan 16.900 M−1cm−1. NADH juga menyerap
panjanga gelombang yang lebih tinggi, dengan puncak kedua dalam absorpsi UV-nya adalah 339 nm dengan koefisien pemunahan 6.220 M−1cm−1. Perbedaan spektrum absorpsi
ultraviolet antara bentuk koenzim yang teroksidasi dengan yang tereduksi ini membuat zat ini sangat mudah diukur pada asai enzim.
NAD+ dan NADH juga memiliki spektrum fluoresens yang berbeda. NADH dalam larutan
memiliki puncak emisi pada 460 nm dan paruh waktu fluoresens sepanjang 0,4 nanosekon, manakala pada koenzim yang teroksidasi tidak memiliki emisi fluoresens. Ciri-ciri sinyal fluoresens berubah ketika NADH mengikat kepada protein, sehingga perubahan ini dapat digunakan untuk mengukur tetapan disosiasi, yang sangat berguna dalam kajian kinetika enzim. Perubahan dalam sinyal fluoresens ini juga digunakan untuk mengukur perubahan dalam keadaan redoks sel hidup, melalui mikroskopi fluoresens.
3. Hidrolisis Air
larut bereaksi dengan air. Proses larutnya sebagian garam bereaksi dengan air ini disebut hidrolisis (hidro yang berarti air dan lisis yang berarti peruraian).
Hidrolisis adalah reaksi kimia yang memecah molekul air (H2O) menjadi kation hidrogen
(H+) dan anion hidroksida (OH−) melalui suatu proses kimia. Proses ini biasanya digunakan
untuk memecah polimer tertentu, terutama yang dibuat melalui polimerisasi tumbuh bertahap (step-growth polimerization).
Hidrolosis berbeda dengan hidrasi. Pada hidrasi, molekul tidak terpecah menjadi dua senyawa baru.
Hidrolisis merupakan reaksi penguraian garam oleh air atau reaksi ion-ion garam dengan air. Pada penguraian garam ini, dapat terjadi beberapa kemungkinan, yaitu :
Ion garam bereaksi dengan air menghasilkan ion H
Ion garam bereaksi dengan air menghasilkan ion H+, sehingga menyebabkan [H+] dalaMm air bertambah dan akibatnya [H+] > [OH-], maka larutan bersifat asam.
Ion garam tersebut tidak bereaksi dengan air, sehingga [H+] dalam air akan tetap sama dengan [OH-], maka air akan tetap netral (pH = 7).
Ion garam dianggap bereaksi dengan air, bila ion tersebut dalam reaksinya menghasilkan asam lemah atau basa lemah, sebab bila menghasilkan asam atau basa kuat maka hasil reaksinya akan segera terionisasi sempurna dan kembali menjadi ion-ionnya. Jika ditinjau dari asam dan basa pembentuknya ada empat jenis garam yang dikenal, yaitu ;
1. Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa kuat 2. Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa lemah 3. Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa lemah 4. Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa kuat
1. Garam dari Asam Kuat dengan Basa Kuat
Asam kuat dan basa kuat bereaksi membentuk garam dan air. Kation dan anion garam berasal dari elektrolit kuat yang tidak terhidrolisis, sehingga larutan ini bersifat netral, pH larutan ini sama dengan 7.
Larutan KCl berasal dari basa kuat KOH terionisasi sempurna membentuk kation dan anionnya. KOH terionisasi menjadi H + dan Cl - . Masing-masing ion tidak bereaksi dengan
air, reaksinya dapat ditulis sebagai berikut.
2. Garam dari Asam Kuat dengan Basa Lemah
Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa lemah mengalami hidrolisis sebagian (parsial) dalam air. Garam ini mengandung kation asam yang mengalami hidrolisis. Larutan garam ini bersifat asam, pH <7.
Contoh
Amonium klorida (NH 4 Cl) merupakan garam yang terbentuk dari asam kuat, HCl dalam
basa lemah NH 3 . HCl akan terionisasi sempurna menjadi H + dan Cl - sedangkan NH 3 dalam
larutannya akan terionisasi sebagian membentuk NH 4 + dan OH - . Anion Cl - berasal dari
asam kuat tidak dapat terhidrolisis, sedangkan kation NH 4 + berasal dari basa lemah dapat
terhidrolisis.
3. Garam dari Asam Lemah dengan Basa Kuat
Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa kuat mengalami hidrolisis parsial dalam air. Garam ini mengandung anion basa yang mengalami hidrolisis. Larutan garam ini bersifat basa (pH > 7).
Contoh
Natrium asetat (CH 3 COONa) terbentuk dari asam lemah CH 3 COOH dan basa kuat NaOH.
CH 3 COOH akan terionisasi sebagian membentuk CH 3 COO - dan Na + . Anion CH 3 COO
-berasal dari asam lemah yang dapat terhidrolisis, sedangkan kation Na + berasal dari basa kuat
CH 3 COONa (aq) → CH 3 COO -(aq) + Na +(aq)
Na +
(aq) + H 2 O (l) →
CH 3 COO -(aq) + H 2 O (l) → CH 3 COOH (aq) + OH -(aq)
Reaksi hidrolisis asetat (CH 3 COO - ) merupakan reaksi kesetimbangannya. Reaksi ini
menghasilkan ion OH - yang bersifat basa (pH > 7). Secara umum reaksinya ditulis:
A - + H
2 O → HA + OH
-4. Garam dari Asam Lemah dengan Basa Lemah
Asam lemah dengan basa lemah dapat membentuk garam yang terhidrolisis total (sempurna) dalam air. Baik kation maupun anion dapat terhidrolisis dalam air. Larutan garam ini dapat bersifat asam, basa, maupun netral. Hal ini bergantung dari perbandingan kekuatan kation terhadap anion dalam reaksi dengan air.
Contoh
Suatu asam lemah HCN dicampur dengan basa lemah, NH 3 akan terbentuk garam NH 4 CN.
HCN terionisasi sebagian dalam air membentuk H + dan CN - sedangkan NH
3 dalam air
terionisasi sebagian membentuk NH4+ dan OH-. Anion basa CN - dan kation asam NH 4 +
Sifat larutan bergantung pada kekuatan relatif asam dan basa penyusunnya (Ka dan Kb) Jika Ka < Kb (asam lebih lemah dari pada basa) maka anion akan terhidrolisis lebih
banyak dan larutan bersifat basa.
jika Ka > Kb (asam lebih kuat dari pada basa) maka kation akan terhidrolisis lebih banyak dalam larutan bersifat asam.
Jika Ka = Kb (asam sama lemahnya dengan basa) maka larutan bersifat netral.
Tetapan kesetimbangan dari reaksi hidrolisis disebut tetapan hidrolisis dan dilambangkan dengan K h.
Kh = Kw Ka atau Kb
4. Transfer Proton dan Pigmen
keluarga lain pigmen yang disebut karotenoid. Di tengah reaksi dari fotosistem, energi sinar matahari diubah menjadi energi kimia. Pusat ini kadang-kadang disebut antena pemanen cahaya.
Ada dua fotosistem dalam membran tilakoid, yang ditunjuk fotosistem I dan fotosistem II. Pusat-pusat reaksi fotosistem ini P700 dan P680 masing-masing. Energi yang ditangkap dalam pusat-pusat reaksi mendorong kemiosmosis, dan energi kemiosmosis merangsang produksi ATP dalam kloroplas.
Molekul pigmen yang diatur dalam fotosistem menangkap sinar matahari dalam kloroplas. Fotosistem adalah kelompok pigmen menyerap cahaya dengan beberapa terkait molekul-proton (ion hidrogen) memompa, enzim, koenzim, dan sitokrom. Setiap fotosistem mengandung sekitar 200 molekul pigmen hijau yang disebut klorofil dan sekitar 50 molekul keluarga lain pigmen yang disebut karotenoid. Di tengah reaksi dari fotosistem, energi sinar matahari diubah menjadi energi kimia. Pusat ini kadang-kadang disebut antena pemanen cahaya.
Ada dua fotosistem dalam membran tilakoid, yang ditunjuk fotosistem I dan fotosistem II. Pusat-pusat reaksi fotosistem ini P700 dan P680 masing-masing. Energi yang ditangkap dalam pusat-pusat reaksi mendorong kemiosmosis, dan energi kemiosmosis merangsang produksi ATP dalam kloroplas.
(P700) dalam kloroplas dan bakteri hijau sulfur) dan jenis pusat-pusat reaksi II (seperti fotosistem II (P680) dalam kloroplas dan non-sulfur bakteri ungu). Setiap fotosistem dapat diidentifikasi dengan panjang gelombang cahaya untuk yang paling reaktif (700 dan 680 nanometer, masing-masing untuk PSI dan PSII dalam kloroplas), jumlah dan jenis-panen kompleks cahaya hadir dan jenis terminal akseptor elektron digunakan. Tipe I fotosistem menggunakan seperti ferredoxin protein klaster besi-sulfur sebagai terminal akseptor elektron, sedangkan tipe II fotosistem pada akhirnya antar jemput elektron ke terminal akseptor elektron kuinon. Kita harus mencatat bahwa kedua jenis pusat reaksi yang hadir dalam kloroplas dan cyanobacteria, bekerja sama untuk membentuk rantai fotosintesis yang unik mampu mengekstrak elektron dari air, menciptakan oksigen sebagai produk sampingan.
Pigmen atau zat warna adalah zat yang mengubah warnacahaya tampak sebagai akibat proses absorpsi selektif terhadap panjang gelombang pada kisaran tertentu. Pigmen tidak menghasilkan warna tertentu sehingga berbeda dari zat-zat pendar (luminescence). Molekul pigmen menyerap energi pada panjang gelombang tertentu sehingga memantulkan pajang gelombang tampak lainnya, sedangkan zat pendar memancarkan cahaya karena reaksi kimia tertentu.
Di dalam dunia percetakan, pigmen dibagi dalam tiga pigmen dasar yang mampu meniru pigmen-pigmen lain jika dicampurkan dengan proporsi tepat, yaitu pigmen cyan, magenta, dan kuning. Sebagai tambahan, untuk mendapatkan kedalaman warna ditambahkan pigmen hitam. Misalnya untuk mendapatkan sensasi warna merah, dicampurkan pigmen magenta dan kuning dengan proporsi tertentu.
DAFTAR PUSTAKA http://sukabio.wordpress.com/2009/07/30/transpor-elektron/
http://rahmadsyafii.blogspot.com/2010/12/respirasi-seluler-glikolisis-siklus.html
Abdurahman, D. 2006. Biologi Kelompok Pertanian dan Kesehatan. Banudung : Grafindo Media Pratama.
Ai, N.S. 2012. Evolusi Fotosintesis pada Tumbuhan. Ilmiah Sains, 12 ( 1): 28-34.
Drajdat S, siregar A H.1990.Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Bandung: Institut Teknologi Bandung
Fitter A.H. dan Hay R.K.M. 1991. Fisiologi Lingkungan Tanaman. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press
Jumin, H.B. 2008. Dasar-Dasar Agronomi. Jakarta: PT Rajagrafindo Persada.
Rasyid, A. 2009. Distribusi Klorofil-a pada Musim Peralihan Barat-Timur di Perairan ;;;;;;;;;;Spermonde Propinsi Sulawesi Selatan. Sains & Teknologi, 9 (2) : 125 – 132.
Salisbury and Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid II. ITB. Bandung
