KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah Swt atas rahmat dan hidayat-Nya, tim penulis dapat menyelesaikan makalah Biologi Sel dengan judul “Kloroplas” tepat pada waktunya. Makalah ini ditulis dengan tujuan agar mahasiswa dapat memahami pengertian kloroplas, struktur dari kloropalas, komponen penyusun kloroplas serta fungsi kloroplas bagi tanaman itu sendiri. Tim penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu tim penulis dalam menyusun makalah Biologi Sel ini khususnya kepada Ibu Umi Lestari selaku dosen pembimbing mata kuliah Biologi Sel di Universitas Negeri Malang.
Tim penulis menyadari bahwa dalam penulisan makalah ini jauh dari kesempurnaan. Untuk itu tim penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun, untuk kesempurnaan makalah ini. Tim penulis juga berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Malang, Maret 2014 Penulis
KLOROPLAS MAKALAH
Untuk memenuhi tugas matakuliah Biologi Sel
Dibimbing oleh Bu Umie Lestari
Disusun oleh:
Kelompok 11 : S1 Biologi / Offering G
Nafisatuzzamrudah (1303___________ ) Riski Amalia N. K ( 13034__________) Siti Fatkatin ( 130342603486 )
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Malang
2014
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penemuan susunan sel dalam organisme adalah bersamaan dengan permulaan pemakaian Mikroskop. Dari hasil penelitian beberapa para ahli dihasilkan beberapa teori sel diantaranya, sel berasal dari sel dan berkembang biak dengan cara membelah diri, sel adalah suatu unit struktural dan fungsional terkecil pada makhluk hidup, sel adalah suatu unit aktifitas Biologi yang dibatasi oleh membran semipermiabel dan dapat melakukan reproduksi sendiri pada medium di luar makhluk hidup.
Di dalam sel terdapat beberapa bagian diantaranya kloroplas. Foto kloroplast pertama kali diisolasi dari mikroskop electron pada tahun 1947 oleh S.Granick dan K. Porter. Foto tersebut menunjukan bahwa grana tampak seperti tumpukan piring. Pada tahun 1953, J.Finean membuat sayatan tipis kloroplast dan mendapati secara ultrastruktural tampak 3 kompartemen yaitu pembungkus luar, sistem membrane lamella internal dan stroma. Bentuk grana yang bertumpuk-tumpuk tesebut bertujuan untuk memperluas permukaannya. Kloroplas merupakan organel yang mengandung klorofil, untuk digunakan pada saat fotosintesis. Kloroplas dapat memperbanyak dengan membelah diri (replikasi).
Kloroplas atau Chloroplast adalah plastid yang mengandung klorofil. Di dalam kloroplas berlangsung fase terang dan fase gelap dari fotosintesis tumbuhan. Kloroplas terdapat pada hampir seluruh tumbuhan, tetapi tidak umum dalam semua sel. Bila ada, maka tiap sel dapat memiliki satu sampai banyak plastida. Pada tumbuhan tingkat tinggi umumnya berbentuk cakram (kira-kira 2 x 5 mm, kadang-kadang lebih besar), tersusun dalam lapisan tunggal dalam sitoplasma tetapi bentuk dan posisinya berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya. Pada ganggang, bentuknya dapat seperti mangkuk, spiral, bintang menyerupai jaring, seringkali disertai pirenoid.
Berdasarkan uraian latar belakang tersebut, maka dipandang perlu untuk menyusun sebuah makalah tentang kloroplas guna menambah wawasan pemahaman kita tentang kloroplas yaitu sejarah kloroplas, struktur kloroplas, peran kloroplas dalam fotosintetis, komposisi kimianya, peranan kloroplas, serta replikasi dan diferensiasi DNA pada kloroplas.
1.2 Rumusan Masalah
Bagaimana defenisi dan struktur dari kloroplas? Bagaimana komposisi dari kloroplas?
Bagaimana peran kloroplas dalam fotosintetis? 1.3 Tujuan
Mengetahui definisi dan struktur kloroplas Mengetahui peran kloroplas dalam fotosintesis Mengetahui komposisi dari kloroplas
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Definisi dan Struktur Kloroplas
Kloroplas merupakan organel sel bermembran yang hanya ditemukan pada sel tumbuhan. Organel ini mengandung pigmen fotosintesis yang mampu melangsungkan proses fotosintesis, sehingga tumbuhan digolongkan sebagai produsen karena kemampuannya menghasilkan makanan sendiri. Kloroplas merupakan plastida yang mengandung klorofil. Pada sel tumbuhan, kloroplas biasanya dijumpai dengan bentuk cakram dengan diameter 2-4µm dan panjangnya 5-10 µm dan umumnya 20-40 per sel.
Seperti halnya mitokondria, kloroplas dikelilingi oleh membran luar dan membran dalam. Membran dalam menutupi daerah yang berisi cairan yang disebut stroma yang mengandung enzim untuk reaksi terang pada proses fotosintesis. Stroma juga mengandung DNA dan ribosom. Pelipatan membran dalam membentuk struktur seperti tumpukan piringan yang saling berhubungan yang disebut tilakoid yang tersusun membentuk grana. Membran tilakoid yang mengelilingi ruang interior tilakoid yang berisi cairan mengandung klorofil dan pigmen fotosintesis lain serta rantai transport elektron. Reaksi terang dari fotosintesis terjadi di tilakoid.
.
Gambar 2.1 . Kloroplas
Membran dalam kloroplas merupakan barier/ penghalang antara sitosol danstroma kloroplas. Membran dalam permeabel terhadap sukrosa, sorbitol, dan macam-macam anion.
Meskipun membran dalam impermeabel terhadap sejumlah persenyawaan, namun membran dalam permeabel terhadap karbon dioksida dan asam monokarboksilat tertentu sepertiasam asetat,asam gliserat, dan asam glikolat, serta kurang permeabel terhadap asam amino.
Kloroplas terdiri atas dua bagian besar, yaitu bagian amplop dan bagian dalam. Bagian amplop kloroplas terdiri dari membran luar yang bersifat sangat permeabel, membran dalam yang bersifat permeabel serta merupakan tempat protein transpor melekat, dan ruang antarmembran yang terletak di antara membran luar dan membran dalam. Bagian dalam kloroplas mengandung DNA, RNAs, ribosom, stroma (tempat terjadinya reaksi gelap), dan granum.
Tilakoid kecil berbentuk seperti cakram atau mata uang logam yang bertumpuk-tumpik membentuk struktur granum ( jamak grana ). Tilakoid besar membentuk saluran – saluran yang saling menjalin membentuk anyaman di dalam stroma. Tilakoid besar juga menghubungkan antara granum yang satu dengan granum yang lainnya.
Granum terdiri atas membran tilakoid (tempat terjadinya reaksi terang) dan ruang tilakoid (ruang di antara membran tilakoid). Pada tanaman C3, kloroplas terletak pada sel mesofil. Contoh tanaman C3 adalah padi (Oryza sativa), gandum (Triticum aestivum), kacang kedelai (Gllycine max), dan kentang (Solanum tuberosum). Pada tanaman C4 kloroplas terletak pada sel mesofil danbundle sheath cell. Contoh tanaman C4 adalah jagung (Zea mays) dan tebu (Saccharum officinarum).
Membran luar kloroplas menutupi ruang intermembran antara membran dalam dan membran luar klooplas. Walaupun kloroplas memiliki DNA, sebagian besar protein dalam kloroplas dikode oleh gen nuklear, dihasilkan di sitoplasma dan selanjutnya dikirim ke kloroplas. Membran luar permukaannya rata dan berfungsi mengatur keluar masuknya zat. Antara membran luar dan membran dalam dipisahkan oleh ruang antar membran yang tebalnya 10 nm. Membran ini permeabel terhadap senyawa-senyawa dengan berat molekul rendah seperti : nukleotida, fosfat inorganik, derivat yang mengandung fosfat, asam karboksilat,dan sukrosa. Jadi ruang antar membran dapat dengan bebas menggunakan segala macam molekul nutrien dari sitosol. Ruang antar membran, adalah ruangan yang memisahkan antara membran luar dengan membran dalam, tebalnya kira-kira 10 nm.
Kloroplas berasal dari proplastid kecil (plastid yang belum dewasa, kecil dan hampir tak berwarna, dengan sedikit atau tanpa membran dalam). Pada umumnya -proplastid berasal hanya dari sel telur yang tak terbuahi, sperma tak berperan
disini. Proplastid membelah pada saat embrio berkembang, dan berkembang menjadi kloroplas ketika daun dan batang terbentuk. Kloroplas muda juga aktif membelah, khususnya bila organ mengandung kloroplas terpajan pada cahaya. Jadi, tiap sel daun dewasa sering mengandung beberapa ratus kloroplas. Sebagian besar kloroplas mudah d ilihat dengan mikroskop cahaya, tapi struktur rincinya hanya bisa dilihat dengan mikroskop electron.
Kloroplas adalah plastida yang berwarna hijau, umumnya berbentuk lensa, terdapat dalam sel tumbuhan lumut (Bryophyta), paku-pakuan (Pterydophyta) dan tumbuhan berbiji (Spermatophyta). Garis tengah lensa tersebut 2-6 milimikron, sedangkan tebalnya 0,5-1,0 milimikron. Kloroplas terdapat pada hampir seluruh tumbuhan, tetapi tidak umum dalam semua sel. Bila ada, maka tiap sel dapat memiliki satu sampai banyak plastida . Plastida adalah organel bermembran rangkap yang bentuk dan fungsinya bermacam-macam. Proplastida merupakan prekursor berbagai macam plastida dalam jaringan tanaman, tergantung pada macam jaringan dan macam lingkungan yang berpengaruh, proplastida berdiferensiasi menjadi plastida yang berbeda.
Pengamatan dengan mikroskop cahaya, dengan pembesaran yang paling kuat, kloroplas terlihat berbentuk butir. Pada tumbuhan tingkat tinggi umumnya plastida berbentuk cakram (kira-kira 2 x 5 mm, kadang-kadang lebih besar), tersusun dalam lapisan tunggal dalam sitoplasma tetapi bentuk dan posisinya berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya. Pada ganggang, bentuknya dapat seperti mangkuk, spiral, bintang menyerupai jaring, seringkali disertaipirenoid. Kloroplas matang pada beberapa ganggang , Bryophyta dan Lycopodium dapat memperbanyak diri dengan pembelahan. Kesinambungan kloroplas terjadi melalui pertumbuhan dan pembelahan proplastid di daerah meristem. Bentuk kloroplas yang beraneka ragam ditemukan pada alga. Kloroplas bernbentuk pita spiral ditemukan pada Spirogyra, sedangkan yang berbentuk jala ditemukan pada Cladophora, sedangkan kloroplas berbentuk pita ditemukan pada Zygnema.
Kloroplas dijumpai terutama pada bagian daun yang disebut mesofil, yang sering disebut pula daging daun. Kloroplas juga dijumpai di bagian-bagian lain, bahkan juga pada batang dan ranting yang berwarna hijau. Hal ini disebabkan karena dalam kloroplas terdapat pigmen yang berwarna hijau disebut klorofil. Pigmen ini dapat menyerap energi cahaya. Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan perubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedangkan pembentukan glukosa sebagai produk akhir
fotosintesis berlangsung di stroma. Disamping klorofil a ( pigmen berwarna hijau ) dikenal pula klorofil b yang mempunyai struktur mirip klorofil a, yaitu pigmen yang berwarna kuning sampai jingga yang disebut karoten.
2.2 Peran Kloroplas dalam Fotosintesis
Klorofil pada tanaman pembuluh dan briophyta terdapat di dalam kloroplas, yaitu di dalam membran tilakoid. Klorofil tidak efektif mengabsorbsi cahaya hijau sehingga lebih banyak direfleksikan (dipantulkan) dan ditransmisikan (diteruskan). Hal inilah yang menyebabkan mengapa klorofil tampak berwarna hijau. Bagian dari spectrum cahaya yangdiserap oleh klorofil selama proses fotosintesa dapat ditentukandengan menempatkan suatu larutan klorofil di dalam alkoholdiantara suatu sumber cahaya dan suatu prisma kaca. Spektrum yang terbentuk berbeda dengan spektrum cahaya putih yang tidak melewati klorofil.
Spektrum cahaya yang melewati larutan klorofil, panjang gelombang yang diserap terlihat sebagai pita-pita gelap dan dinamakan pita-pita serapan.Posisi pita-pita gelap dalam spektrum klorofil menunjukkan panjang gelombng mana yang diserap. Terlihat bahwa banyak dari cahaya merah, bitu dan violet yang diserap yang merupakan panjang gelombang yang banyak digunakan dalamfotosintesis. Sebagian merah dan sebagian besar kuning, jingga dan hijau tidak diserap sama sekali.
kloroplas dapat dipandang sebagai pabrik tenaga menggunakan sinar matahari. Kloroplas menyerap energi sinar dan menggunakannya unntuk mereduksi karbondioksida membentuk karbohidrat seperti pada pati yang membebaskan molekul oksigen (O2). Sel tumbuhan fotosintetik mengandung kloroplas dan mitokondria, kloroplas berfungsi sebagai pabrik tenaga pada keadaan terang dan mitokondria dalam keadaan gelap, pada saat orrganel ini mengoksidasi karbohidrat yang dihasilkan oleh pada fotosintesa pada siang hari.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida). Bagian dalam kloroplas mengandung DNA , RNAs, ribosom, stroma (tempat terjadinya reaksi gelap), dan granum. Granum terdiri atas membran tilakoid (tempat terjadinya reaksi terang) dan ruang tilakoid (ruang di antara membran tilakoid).
1. Reaksi Terang
Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air. Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna biru (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600 nanometer). Cahaya hijau ini akan dipantulkan dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa daun berwarna hijau. Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak energi.
Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid berupa pigmen yang terdiri dari sistem cahaya yang disebut fotosistem
FOTOSISTEM ( PHOTOSYSTEM)
Ada dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi
Pusat reaksi yang sekaligus sebagai akseptor foton itu disebut fotosistem
Fotosistem yang ada kemudian dikenal dengan fotosistem II dan fotosistem I.
Fotosistem I dan II ini mempunyai katakter bisa sebagai sistem pembawa elektron terdapat perangkat komplek protein pembentuk ATP berupa enzim ATP sintase.dan sistem reseptor cahaya (antena) penangkap cahaya / foton
Fotosistem I antenanya mampu menangkap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm dan PSII antenanya mampu menangkap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm.
FOTOSISTEM I
Fotosistem I mampu menangkap dengan baik foton dengan panjang gelombang 700 nanometer yang kemudian disebut P = 700 ( P= Photosistem), tidak terlibat pada proses pelepasan O2.
Fotosistem-I merupakan suatu partikel yang disusun sekitar 200 molekul Klorofil-a, 50 molekul Klorofil-b, 50-200 karotenoid, dan 1 molekul penerima energi matahari yang disebut dengan P700.
Energi matahari (foton) yang ditangkap oleh pigmen, dipindahkan melalui beberapa molekul pigmen, yang akhirnya diterima oleh P700
Fotosistem I ini hanya menghasilkan ATP
FOTOSISTEM II
Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, yang kemudian dikenal dengan P 680
Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat pencahayaan
Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II(P.680)
Fotosistem II melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron.
Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP , satuan pertukaran energi dalam sel.
Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti.
Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil.
Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen.
Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH
Fotofosforilasi Siklik
Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. yang bisa menangkap foton 700 nm (P 700)
Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I , namun ada elektron yang terlontar mendukung Potosistem 2
Fotofosforilasi siklik ini menghasilkan ATP
Pertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari, membuat elektron-elektron di P700 menjadi aktif karena rangsangan dari luar
elektron yang terbentuk itu kemudian keluar menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron.
Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya.
Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron pada fotosistem P 700 itu
Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H+
melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP.
Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya lagi
Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.
Fotofosforilasi Nonsiklik
Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II.
Dalam fotofosforilasi nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.
Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O
2 + 2e-.
Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II,
Sedang ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain
dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas.
Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer.
Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi.
Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700.
Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan "skema Z".
Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.
Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari.
Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP+ dan
H+, yang berasal dari penguraian air.
Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP+, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:
NADP+ + H+ + 2e- —> NADPH
NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap.
Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi. Tumbuhan memiliki dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, sedangkan fotosistem I 700 nanometer. Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat.
Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II, membuatnya melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP, satuan pertukaran energi dalam sel. Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti. Pada tumbuhan dan alga, kekurangan
elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen.Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida. Pendapat ini pertama kali diungkapkan oleh C.B. van Neil yang mempelajari bakteri fotosintetik pada tahun 1930-an. Bakteri fotosintetik, selain sianobakteri, menggunakan tidak menghasilkan oksigen karena menggunakan ionisasi sulfida atau hidrogen. Saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH.
Klorofil dan pigmen menyerap energi matahari yang kemudian diubah menjadi bentuk energi kimia yaitu ATP dan senyawa pereduksi NADPH. Reaksi terang dalam proses fotosintesis menggunakan dua fotosistem sebagai akseptor proton, yaitu Fotosistem I dan Fotosistem II.Absorpsi cahaya matahari akan mengeksitasi elektron. Sinar cahaya matahari yang nampak adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 400-700 nm. Cahaya matahari ditimbulkan oleh fusi inti atom hidrogen membentuk atom helium dan elektron. Kemampuan suatu senyawa kimia untuk menyerap cahaya bergantung pada susunan elektron yang ada di sekeliling inti atom pada struktur senyawa tersebut. Bilamana foton diserap oleh suatu molekul, elektron dinaikkan ke tingkat energi yang lebih tinggi, melompat menuju molekul pembawa elektron yang pertama.
Jika molekul klorofil pada membran tilakoid dieksitasi oleh cahaya, tingkat energi elektron di dalam strukturnya ditingkatkan oleh sejumlah ekuivalen energi cahaya yang diserap dan klorofilpun tereksitasi. Energi eksitasi ini akan berpindah dengan cepat melalui kelompok molekul pigmen penangkap cahaya ke pusat reaksi fotosistem. Di sini elektron memperoleh energi dalam jumlah besar. Elektron yang panas ini akan dikeluarkan dari pusat reaksi dan diterima oleh molekul pembawa elektron yang pertama. Akibatnya molekul pembawa elektron yang pertama ini akan menjadi tereduksi atau dengan kata lain menerima elektron. Sedangkan pusat reaksinya kehilangan elektron sehingga meninggalkan lubang elektron. Elektron yang kaya energi akan terus dibawa oleh molekul pembawa elektron menuju NADP+ yang direduksi menjadi NADPH. Sementara itu, lubang elektron yang terbentuk karena eksitasi elektron akan diisi kembali oleh elektron yang berasal dari fotosistem II. Dalam hal ini, pada fotosistem II juga akan meninggalkan lubang elektron sehingga kekosongan tempat ini akan diisi oleh elektron yang berasal dari fotolisis air.
Fotosistem I merupakan satu partikel yang disusun oleh sekitar 200 molekul klorofil-a, 50 klorofil-b, 50 sampai 200 pigmen karoteroid, dan satu molekul penerima cahaya matahari yang disebut P700. Pada fotosistem I terjadi penyerapan energi matahari pada panjang gelombang sekitar 700 nm. Bagian kedua yang menyangkut penyerapan energi matahari pada panjang gelombang di sekitar 680 nm, disebut fotosistem II, melibatkan proses pembentukan O2 dan H2O. Fotosistem II banyak menggunakan klorofil-b. Fotsistem I dan II merupakan komponen penyalur energi dalam rantai pengangkutan elektron fotoseintesis secara berlanjut dari molekul air sebagai donor elektron ke NADP+ sebagai akseptor elektron. Lepasnya satu
elektron dari P700 mengakibatkan berubahnya molekul menjadi bentuk teroksidasinya P700+ yang kekurangan satu elektron. Untuk mengisi kekurangan itu satu elektron dialiri melalui sederetan molekul pembawa elektron dari molekul pembawa elektron, dari molekul P680 dalam fotosistem II, pengaliran elektron hanya terjadi setelah terjadinya penyinaran terhadap fotosistem II yaitu tereksistasinya P680 yang segera melepaskan elektron ke molekul penerima elektron pertama. Ini mengakibatakan teroksidasinya bentuk P680 menjadi menjadi P680+. Kekurangan elektron pada P680+ dipenuhi dari reaksi oksidasi molekul H2O menjadi O2.
Energi yang diperoleh dari transpor elektron fotosintetik dari H2O ke NADP+ akan menghasilkan energi dalam bentuk NADPH. Aliran elektron yang terjadi disebut aliran nonsiklik yang melibatkan fotosistem I dan fotosistem II. Bentuk energi lain yaitu yang berupa ATP dihasilkan dari aliran elektron siklik dimana elektron ditingkatkan ke penerima
elektron pertama menuju lubang elektron fotosistem I melalui jalan pintas. Dalam hal ini, elektron berdaur terus menerus dalam keluar pusat reaksi fotosistem I dan masuk kembali ke dalamnya. Sehingga, dalam proses ini tidak ada pembentukan NADPH maupun pembebasan oksigen melainkan akan menghasilkan ATP. Aliran siklik terjadi apabila tanaman khususnya lebih banyak memerlukan ATP daripada NADPH.
2. Reaksi Gelap
Reaksi gelap berlangsung di dalam stroma. Reaksi yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 yang diperoleh dari udara dan energi yang diperoleh dari reaksi terang. Tidak membutuhkan cahaya matahari, tetapi tidak dapat berlangsung jika belum terjadi siklus terang karena energi yang dipakai berasal dari reaksi terang. Ada dua macam siklus, yaitu siklus Calin-Benson dan siklus hatch-Slack. Pada siklus Calin-Benson, tumbuhan menghasilkan senyawa dengan jumlah atom karbon tiga, yaitu senyawa 3-fosfogliserat. Siklus ini dibantu oleh enzim rubisco. Pada siklus hatch-Slack, tumbuhan menghasilkan senyawa dengan jumlah atom karbon empat. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxylase. Produk akhir siklus gelap diperoleh glukosa yang dipakai tumbuhan untuk aktivitasnya atau disimpan sebagai cadangan energi. Reaksi gelap disebut juga siklus Calvin.
Gambar 3. Reaksi Gelap
Reaksi perubahan CO2 (sebenarnya HCO3- ) menjadi asam malat dan asam aspartat
4-carbon terjadi mula-mula melalui penggabungan awal dengan pospoenolpiruvat (PEP) untuk membentuk oksaloasetat dan Pi, reaksi ini terjadi di mesofil daun dan sikatalisis oleh pospoenolpiruvat karboksilase. Oksaloasetat dibentuk pada sel mesofil yang kemudian direduksi menjadi malat dengan pemanfaatan NADPH. Malat kemudian ditransfer dalam sel pengangkut lalu didekaobosilasi menghasilkan piruvat dan CO2 . Piruvat yang ditransfer ke
sel mesofil dan dikonversi menjadi fosfoenolpiruvat dikataklisis oleh enzim piruvat-fosfat kinase. CO2 yang terbentuk diikat oleh ribosadifosfat klarboksilaase melaui jalur calvin di
kolroplas seludang berkas. Setelah dekarbosilasi asam C4, molekul piruivat dan alanin diangkut balik ke sel mesofil, tempat dimana diubah menjajdi PEP sehingga penambatan CO2 dapat berlangsung terus.
Pada tumbuhan sekulen seperti kaktus dan nanas yang hidup di lingkungan yang panas dan kering, melakukan fiksasi CO2 yang berbeda dengan tumbuhan C4, tumbuhan ini
hanya menguapkan sedikit uap air melalui stomata bersama dengan pelepasan O2 dan
untuk mengangkap CO2, kemudian diubah menjadi oxaloacetate oleh
PEP carboxylase.Oksaloasetat diubah menjadi malat dan disimpan dio valuola, untuk melindungi sitosol dan enzim plastid dari pH rendah dari disosiasi asam malat. Pada asiang hari stomata menutup, untuk mencegah penguapan yang berlebihan akibat temperature udara yang tinggi, dan CO2 bereaksi pada malam hari menjadi malat oleh enzim malat
NADP-linked. CO2 ini berasimilasi di siklus calvin dengan bantuan RuBP.Karena metode fiksasi CO2 pertama kali ditemukan pada tumbuhan familia Crassulaceae, makaCAMadalah singkatan dari crassulacean acid metabolism.
Siklus Calvin – Benson Fase I - Fiksasi Karbon (CO2)
1. Ribulosa difosfat karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat
RuBP : enzim alosetrik yang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari pencahayaan kloroplas.
2. Fiksasi CO2 melewati proses karboksilasi, reduksi, dan regenerasi.
Karboksilasi : penambahan CO2 dan H2O ke RuBP dua molekul 3-fosfogliserat
(3- PGA). Fase II – Reduksi
1. Gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi 1 gugus aldehida dalam 3-
fosforgliseradehida (3-Pgaldehida).
2. Reduksi tidak terjadi secara langsung, gugus karboksil dari 3-PGA pertama-tama diubah menjadi ester jenis anhidrida asam pada asam 1,3-bifosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terakhir dari ATP.
3. ATP timbul dari fotofosforilasi dan ADP yang dilepas ketika 1,3-bisPGA terbentuk, yang diubah kembali dengan cepat menjadi ATP oleh reaksi fotofosforilasi tambahan. Fase III – Regenerasi
1. yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk bereaksi dengan CO2 tambahan
yang berdifusi secara konstan ke dalam dan melalui stomata.
2. Pada akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi tiap molekul CO2 yang
ditambat, digunakan untuk mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP, kemudian daur dimulai lagi.
3. Tiga putaran daur akan menambatkan 3 molekul CO2 dan produk akhirnya adalah
1,3-Pgaldehida.Sebagian digunakan kloroplas untuk membentuk pati, sebagian lainnya dibawa keluar.Sistem ini membuat jumlah total fosfat menjadi konstan di kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat di sitosol. Triosa fosfat digunakan sitosol untuk membentuk sukrosa.
4. Bahan pereduksi yang sebenarnya adalah NADPH, yang menyumbang 2 elektron.Secara bersamaan, Pi dilepas dan digunakan kembali untuk mengubah ADP menjadi ATP.
Siklus Hatch – Slack
Berdasarkan cara memproduksi glukosa, dapat dibedakan menjadi tumb. C3 dan C4
Tumb. C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari daerah subtropis.Tumb. ini menghasilkan glukosa dengan pengolahan CO2 melalui siklus Calvin, yang melibatkan
enzim Rubisco sebagai penambat CO2
Tumb. C3 memerlukan 3 ATP untuk menghasilkan molekul glukosa. Namun, ATP ini dapat terpakai sia-sia tanpa dihasilkannya glukosa. Hal ini dapat terjadi jika ada fotorespirasi, di mana enzim Rubisco tidak menambat CO2 tetapi menambat O2
Tumb. C4 adalah tumb. yg umumnya ditemukan di daerah tropis. Tumb. ini melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO2 menjadi glukosa.
Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) : enzim yang akan mengikat CO2dari
udara dan kemudian akan menjadi oksaloasetat.
Oksaloasetat diubah menjadi malat terkarboksilasi menjadi piruvat dan CO2.
Piruvat akan kembali menjadi PEPco, sedangkan CO2 akan masuk ke dalam siklus Calvin
yang berlangsung di sel bundle sheath dan melibatkan enzim RuBP.
Proses ini dinamakan siklus Hatch Slack, yang terjadi di sel mesofil.Dalam keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.
Tabel perbedaan antara reaksi terang dan gelap
NO DILIHAT DARI
2. Sumber energi
3. Proses yang terjadi
4. Hasilnya
Fiksasi Karbondioksida pada Tanaman C3,C4 dan CAM
1. Tumbuhan C3
C3 produk awal reduksi CO2 (fiksasi CO2) adalah asam 3-fosfogliserat atau PGA.
Terdiri atas sekumpulan reaksi kimia yang berlangsung di dalam stroma kloroplas yang tidak membutuhkan energi dari cahaya mataharai secara langsung.
2. Tumbuhan C4
CO2 diikat oleh PEP yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2
Tidak mengikat karbon dioksida secara langsung
Sel seludang pembuluh berkembang dengan baik dan banyak mengandung kloroplas
Fotosintesis terjadi di dalam sel mesofil dan sel seludang pembuluh
Pengikatan CO2di udara melalui lintasan C4 di sel mesofil dan reduksi karbon melalui siklus Calvin (siklus C3) di dalam sel seludang pembuluh
3. Tumbuhan CAM ( Crassulacean Acid metabolism ) Adaptif di daerah panas dan kering
Pada malam hari asam malat tinggi, pada siang hari malat rendah Lintasan Tidak mengikat karbon dioksida secara langsung
Reduksi karbon melalui lintasan C4 dan C3 dalam sel mesofil tetapi waktunya berbeda
Pada malam hari terjadi lintasan C4 pada siang hari terjadi siklus C3
lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi
enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi
karbon dioxida masuk ke siklus calvin secara langsung.
Disebut tumbuhan C3 karena senyawa awal yang terbentuk berkarbon 3 (fosfogliserat)
Apabila stomata menutup akibat stress terjadi peningkatan fotorespirasipengikatan O2
2.3 Komposisi Penyusun Kloroplas
Sebagian besar aktivitas kimia khloroplas terjadi pada system membrane internal, maka penelitian-penelitian juga diarahkan pada system membrane internal ini. Seluruh berat membrane tilakoid 50% nya berupa lemak, dan dari jumlah itu 10% nya berupa fospolipid. Lipid yang khas pada membrane tilakoid adalah galaktolipid dan sulfolipid, masing-masing jumlahnya 40% dan 4% dari total lemak yang ada. Perbedaan khusus yang ada dari molekul lemak adalah adanya khlorofil, karotenoid dan plastoquinon. Khlorofil adalah komponen utama lemak terdiri atas 20% dari total lemak membrane tilakoid. Selain itu juga terdapat protein yang kebanyakan berupa enzim-enzim untuk reaksi cahaya, dan juga karier protein.
Stroma klorofil dapat dianalogikan dengan matrik mitokondria. Komponen utama stroma adalah air sebagai medium reaksi kimia. Selain itu terdapat protein yang kebanyakan berupa enzim-enzim untuk reaksi gelap, butir-butir amilum, partikel plastoglobulin (tempat penyimpan lemak ), ribosom, dan DNA ( disebut DNA kloroplas atau otDNA ).
2.4 Fungsi Kloroplas
Fungsi utama kloroplas yaitu merupakan tempat fotosintesis pada tumbuhan. Semua bagian yang berwarna hijau pada tumbuhan, termasuk batang hijau dan buah yang belum matang, memiliki kloroplas, tetapi daun merupakan tempat utama berlangsung nya fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan. Terdapat kira-kira setengah juta kloroplas tiap mili meter persegi permukaan daun. Warna daun berasal dari klorofil, pigmen warna hijau yang terdapat didalam kloroplas. Energy cahaya yang diserap klorofil ini lah yang menggerakkan sintesis molekul makanan dalam kloroplas. Kloroplas ditemukan terutama dalam sel mesofil, yaitu jaringan yang terdapat didalam bagian dalam daun. Karbondioksida masuk ke daun, dan oksigen keluar, melalui pori mikroskopik yang disebut stomata (tunggal, stoma;bahasa yunani, berarti mulut). Air yang diserap oleh akar dialirkan ke daun melalui
berkas pembuluh. Daun juga menggunakan berkas pembuluh untuk mengirimkan gula ke akar dan bagian-bagian dari tumbuhan yang tidak berfotosintesis.
BAB III PENUTUP Kesimpulan
1. .Kloroplas merupakan plastida yang mengandung klorofil. Pada sel tumbuhan, kloroplas biasanya dijumpai dengan bentuk cakram dengan diameter 5µm dan tebal 2-4 µm.
2. Kloroplas dapat dipandang sebagai pabrik tenaga menggunakan sinar matahari. Dimana pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida)
3. Membran tilakoid terdiri atas lipida kurang lebih 50%. Kurang lebih 10% lipida terdiri atas fosfolipida. Lipida yang khas bagi klorofil yaitu galaktolipida dan sulfolipida yang terdiri adas masing-masing 45 % dan 4% dari total lipida. Selain itu juga terdapat molekul-molekul lipida seperti klorofil kira-kira 20% dari total membran tilakoid, karotenoid, dan plastokuinon.
4. Fungsi utama kloroplas yaitu merupakan tempat fotosintesis pada tumbuhan. kloroplas juga berfungsi sebagai pabrik tenaga pada keadaan terang dan mitokondria dalam keadaan gelap, pada saat orrganel ini mengoksidasi karbohidrat yang dihasilkan oleh pada fotosintesa pada siang hari.
Daftar Pustaka
Abererombie, M. dkk. 1993. Kamus Lengkap Biologi Edisi 8. Jakarta: Erlangga. Campbell, and Reece. 2002. Biologi. Jakarta: Erlangga.
Kimball, John. W. 2000. Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Lakitan, Benyamin. 2004. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Jakarta: PT. Raja Grafindo Persada.
Salisbury, J.W. dan Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 2. Bandung: Institut Teknologi Bandung.
