Metabolisme dan Fotosintesis docx 1

Metabolisme dan Fotosintesis

Metabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat

awal dan diakhiri dengan produk akhir. Metabolisme terjadi pada setiap

makhluk hidup tak terkecuali pada tumbuhan. Metabolisme pada

tumbuhan lebih kita kenal sebagai fotosintesis. Untuk melakukan

metabolisme dengan lebih cepat, makhluk hidup memerlukan suatu

protein yang disebut enzim. Oleh sebab itu, alangkah baiknya jika kita

membahas sedikit mengenai enzim terlebih dahulu sebelum memasuki

materi metabolisme.

Enzim

Enzim merupakan suatu protein yang bertindak sebagai katalis dalam makhluk hidup, oleh

karena itu enzim disebut juga sebagai biokatalisator. Molekul awal (substrat) yang bereaksi

dalam suatu reaksi nantinya akan dikatalis oleh enzim dan menghasilkan molekul baru

(produk).

Enzim Berdasarkan Lokasi Bekerjanya

Berdasarkan lokasi bekerjanya, enzim dibagi menjadi dua yaitu enzim intra

seluler dan

enzim ekstraseluler. Enzim intraseluler merupakan enzim yang bekerja

di dalam sel, seperti enzim katalase yang memecah senyawa

berbahaya H2

O

2

(hidrogen peroksida) di dalam hati. Enzim ekstraseluler merupakan

enzim yang dbiuat di dalam sel lalu dikeluarkan untuk melakukan fungsinya seperti

enzim-enzim pencernaan (amilase, lipase, dll.).

Komponen Enzim

Enzim tersusun dari komponen protein yang disebut apoenzim. Beberapa enzim juga

memiliki komponen non-protein berupa zat organik yang disebut kofaktor untuk melakukan

fungsinya. Enzim yang terikat dengan kofaktor disebut dengan holoenzim. Berikut adalah

beberapa jenis kofaktor.



Ion organik terikat dengan suatu enzim atau substrat kompleks sehingga mampu

membuat fungsi enzim menjadi lebih efektif. Contohnya saja ion klorida dan kalsium

pada enzim amilase.



Gugus prostetik terdiri dari molekul-molekul organik yang terikat rapat dengan

enzim. Contohnya adalah heme, yaitu molekul berbentuk cincin pipih yang

mengandung besi. Heme adalah gugus prostetik pada beberapa enzim seperti katalase,

peroksidase, dan sitokrom oksidase (dalam respirasi seluler).



Koenzim adalah kofaktor yang terdiri dari molekul organik non-protein kompleks

yang terikat renggang dengan enzim. Koenzim berperan untuk memindahkan gugus

kimia, atom, atau elektron dari satu enzim ke enzim lain. Contohnya adalah vitamin

dan turunan vitamin seperti NAD

+

₍

_{nicotinamide Adenine Dinukleotide}

_{) yang}

Cara Kerja Enzim

Enzim bekerja sebagai katalis di dalam tubuh kita. Enzim mempercepat reaksi dengan cara

menurunkan energi aktivasi. Energi aktivasi adalah energi yang dibutuhkan untuk

melakukan suatu reaksi. Kerja enzim bisa dijelaskan melalui dua teori yaitu lock and key

theory

dan induced fit theory.



Lock and key theory

menjelaskan bahwa enzim dan substrat bergabung menjadi

kompleks seperti kunci yang masuk ke dalam gembok. Hanya molekul tertentu saja

yang bisa menjadi substrat bagi enzim. Di sini enzim digambarkan sebagai gembok

dan substrat sebagai kuncinya.



Induced fit theory

menjelaskan bahwa sisi aktif enzim merupakan bentuk yang

fleksibel sehingga ia mampu menyesuaikan bentuk dengan berbagai substrat dan

membentuk kompleks.

Berikut ini adalah beberapa sifat dari enzim sebagai biokatalisator.



Enzim memiliki sifat protein karena pada dasarnya enzim addalah protein. Enzim

memerlukan kondisi lingkungan yang mendukung untuk bekerja (pH, temperatur,

konsentrasi ion, dsb.).



Enzim bekerja sebagai katalis yaitu mengubah kecepatan reaksi tanpa mengubah

hasil produk.



Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit karena sedikit enzim mampu

meningkatkan kecepatan reaksi menjadi cukup tinggi.



Enzim dapat bekerja bolak-balik sehingga ia dapat membentuk dan mengurai

senyawa.



Enzim dipengaruhi faktor lingkungan seperti suhu, pH, aktivator, inhibitor, dan

konsentrasi substrat.

Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim

Berikut adalah beberapa faktor yang mempengaruhi kerja enzim.



Suhu yang tinggi mempermudah substrat terikat dengan enzim. Walau begitu, enzim

memiliki temperatur optimum untuk dapat bekerja yaitu 40

o

_{C. Di atas suhu tersebut}

enzim akan mengalami denaturasi yaitu hilangnya kemampuan enzim untuk

mengikat substrat.



pH optimum yang dimiliki tiap enzim berbeda-beda bergantung fungsi dan lokasinya.

Contohnya enzim pepsin dalam lambung bekerja optimum pada pH 2 (sangat asam)

sedangkan enzim amilase dalam mulut pada pH 7,5 (sedikit basa) bekerja optimum.



Aktivator dan Inhibitor bekerja berlawanan. Aktivator berfungsi mempermudah

ikatan enzim dengan substrat, sebaliknya dengan inhibitor.



Konsentrasi tinggi pada enzim akan mempercepat reaksi, sehingga bisa disimpulkan

bahwa konsentrasi enzim berbanding lurus dengan kecepatan reaksi.

Metabolisme

Seperti yang sudah dijelaskan di awal tadi, metabolisme adalah rangkaian reaksi kimia dalam

tubuh kita. Reaksi ini tidak bersifat bolak-balik, melainkan satu arah dan akan menyebabkan

reaksi berantai.

Tujuan Metabolisme



Katabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah molekul

besar lalu produk akhirnya adalah molekul kecil.



Anabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya molekul kecil lalu

produk akhirnya adalah molekul besar.

Baik katabolisme dan metabolisme tersebut pun masing-masing memiliki banyak contoh.

Beberapa proses katabolisme dan metabolisme yang akan dibahas di sini antara lain adalah

metabolisme karbohidrat, lemak, dan juga protein. Namun, kita akan lebih memfokuskan

kepada yang paling penting yaitu metabolisme karbohidrat.

Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme karbohidrat meliputi proses pemecahan polisakarida menjadi monosakarida dan

pemakaian glukosa (monosakarida) dalam proses respirasi untuk menghasilkan energi dalam

bentuk ATP.

Pemecahan polisakarida menjadi disakarida seperti glukosa, galaktosa, dan fruktosa

terjadi di sepanjang saluran pencernaan dengan melibatkan berbagai enzim pencernaan. Di

dalam mulut, enzim ptialin yang terdapat dalam air ludah akan menghidrolisis pati menjadi

maltosa yang merupakan disakarida glukosa. Di dalam usus dua belas jari, getah pankreas

yang mengandung enzim amilase juga akan menghidrolisis pati seperti enzim ptialin.

Kemudian, disakarida (laktosa, sukrosa, dan maltosa) dan polimer glukosa akan dipecah

menjadi monosakarida oleh empat enzim yaitu laktase, sukrase, maltase, dan destrinase.

Laktosa dipecah menjadi molekul glukosa dan galaktosa. Sukrosa dipecah menjadi molekul

glukosa dan fruktosa. Maltosa akan dipecah menjadi molekul-molekul glukosa.

Pemakaiana glukosa (monosakarida) dalam respirasi merupakan cara sel untuk

memperoleh energi dalam bentuk ATP. Respirasi dibagi menjadi dua yaitu respirasi aerob dan

respirasi anaerob.

Respirasi Aerob

Respirasi aerob merupakan peristiwa pembakaran zat yang melibatkan oksigen dari

pernapasan. Oksigen akan digunakan sebagai penerima elektron terakhir dalam pembentukan

ATP. Respirasi pada tingkat organisme berupa pertukaran oksigen dengan karbon dioksida di

dalam alveolus paru-paru. Sedangkan resprasi pada tingkat sel terjadi di dalam mitokondria.

Berikut ini adalah reaksi singkat yang terjadi selama respirasi aerob.

675 kalori = 36 ATP

Respirasi aerob terbagi menjadi tiga tahap yaitu glikolisis, siklus krebs, dan sistem transpor

elektron.

memecah 1 molekul glukosa atau monosakarida yang llain menjadi 2 molekul asam piruvat, 2

NADH, dan 2 ATP.

Siklus krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob. Tahapnya adalah 2 molekul asam

piruvat yang dibentuk pada glikolisis meninggalkan sitoplasma dan memasuki mitokondria.

Siklus ini terjadi di dalam mitokondria. Reaksi ini akan melepaskan 2 molekul karbon

dioksida, 3 NADH, 1 FADH

2

, dan1 ATP.

Reaksi ini terjadi dua kali karena pada glikolisis, glukosa dipecah menjadi 2 asam piruvat.

Jadi, reaksi siklus krebs pada tahap kedua akan menghasilkan 6 NADH, 2 FADH

2

, dan 2 ATP.

Sistem transpor elektron terjadi di bagian membran dalam mitokondria. NADH

dan FADH

2

yang dihasilkan dari siklus krebs dan glikolisis memberikan elektron H

+

ke sistem

transpor elektron. H

+

_{akan dipompa ke luar dari membran dalam mitokondria.}

Konsentrasi H

+

_{di luar membran dalam mitokondria menimbulkan gradien elektron antara}

bagian luar dan bagian dalam membran dalam mitokondria. Akibatnya, ion H

+

_kembali

menuju bagian dalam membran dalam mitokondria melalui ATP sintase. ATP sintase

merupakan protein yang menempel di membran dalam mitokondria. Aliran H

+

_melaluui

protein transpor ini memacu pembentukan ATP dari ADP dan fosfat. Oksigen bebas menjaga

pembentukan ATP terus berjalan, yaitu dengan menerima elektron yang dilepaskan pada akhir

sistem transpor elektron. Oksigen akan bergabung dengan H

+

_{menjadi H}

2

O. ATP yang

dihasilkan sebanyak 32 ATP.

Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob merpakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima

elektron akhir pada saat pembentukan ATP. Substrat yang digunakan di sini adalah glukosa.

Respirasi aerob siebut juga dengan reaksi fermentasi.

Fermentasi merupakan suatu reaksi yang menghasilkan 2 ATP, 2 NADH, dan 2 molekul

asam piruvat dari pemecahan glukosa. Pada reaksi fermentasi, pemecahan glukosa menjadi

karbon dioksida dan air tidak terjadi sempurna sehingga ATP yang dihasilkan lebih sedikit

dibanding ATP hasil dari glikolisis. Pada umumnya fermentasi disebabkan oleh berbagai

macam mikroorganisme atau bisa juga terjadi secara alami seperti yang terjadi pada otot

manusia.

Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme karbohidrat meliputi proses pembentukan glukosa dan glikogen dari

fosfogliseraldehid (PGAL) yang dihasilkan pada tahapan glikolisis respirasi aerob. Glukosa

kemudian akan diedarkan ke dalam aliran darah dan glikogen disimpan di dalam hati.

Hubungan Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein

Dibandingkan protein dan karbohidrat, mengkonsumsi makanan yang mengandung lemak

lebih memberikan rasa kenyang. Hal ini disebabkan oleh kemampuan metabolisme lemak

untuk menghasilkan energi lebih besar. Lemak adalah senyawa karbon yang paling tereduksi,

sedangkan karbohdrat dan protein lebih teroksidasi. Senyawa karbon yang tereduksi lebih

banyak menyimpan energi dan jika dibakar sempurna akan membebaskan energi lebih

banyak. Hal ini berhubungan dengan pembebasan elektron yang lebih banyak. Berdasrkan

perhitungan, ATP yang dihasilkan lemak akan berjumlah 44, lebih banyak 8 ATP dibanding

yang dihasilkan melalui metabolisme protein dan karbohidrat.

Teknologi Pengolahan Makanan

Makanan merupakan sumber energi dan materi yang dibutuhkan dalam melakukan

metabolisme tubuh. Perkembangan teknologi juga telah mempengaruhi proses pengolahan

makanan.

Berikut ini adalah beberapa penggunaannya.



Teknologi makanan berkadar gula rendah - Untuk mencegah obesitas



Teknologi pengawetan makanan berkualitas tinggi - Untuk mencegah pembusukkan

Yang harus diperhatikan di dalam pengawetan makanan adalah jenis bahan makanan yang

diawetkan, keadaan bahan makanan, cara pengawetan, dan daya tarik produk pengawetan

makanan (citra, rasa, warna, dan bau).

Keadaan bahan makanan mempengaruhi cara pengawetan juga. Pengawetan bahan cari

akan lebih sulit dibandingkan bahan padat misalnya seperti sirup yang harus dilakukan

pengentalan.

Bahan pengawet dan pewarna pada umumnya banyak yang memiliki sifat racun bahkan

karsinogenik. Untuk bahan pengawet yang alami seperti garam dan sirup, sifat-sifat racun

tidak ditemukan.

Daya tarik produk memiliki tujuan agar setelah diawetkan pun, makanan akan tetap terlihat

menarik dan tentu saja mudah dikonsumsi.

Teknologi Substitusi Energi dari Produk Pengolahan Makanan

Terkadang makanan yang kita konsumsi tidak mampu memenuhi kebutuhan gizi di dalam

tubuh kita. Oleh karena itu, kita perlu mengkombinasikan berbagai makanan sehingga dapat

memperoleh semua zat gizi yang dibutuhkan. Melalui makanan tambahan, kita bisa

memenuhi kebutuhan gizi. Beberapa makanan tambahan tersebut antara lain sebagai berikut.



Garam beryodium untuk melengkapi unsur mineral mikro.



Minyak ikan untuk melengkapi kebutuhan vitamin A dan D.



Infus, yaitu makanan yang diberikan khusus melalui pembuluh vena yang berisi

karbohidrat.

Fotosintesis

Selain manusia dan hewan, tumbuhan juga melakukan suatu proses metabolisme yang kita

kenal dengan fotosintesis. Fotosintesis merupakan salah satu contoh dari katabolisme

karbohidrat yaitu mengubah H

2

O dan CO

2

menjadi karbohidrat. Fotosintesis merupakan

peristiwa penggunaan energi cahaya untuk membentuk senyawa dasar

karbohidrat dari karbon dioksida dan air.

Reaksi Fotosintesis

Di dalam fotosintesis, terdapat beberapa reaksi yang terjadi. Berikut ini

adalah reaksi-reaksinya.



Reaksi terang adalah reaksi yang terjadi pada bagian grana (kumpulan tilakoid)

tumbuhan dan sering disebut juga sebagai reaksi Hill.



Reaksi gelap adalah reaksi yang terjadi pada bagian stroma tumbuhan dan seing

disebut juga sebagai reaksi Calvin-benson.

Reaksi Terang

1. Pigmen fotosintesis menyerap energi cahaya dan melepaskan elektron yang akan

masuk ke sistem transpor elektron.

2. Molekul air pecah, ATP dan NADPH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide phospate

H) terbentuk, dan oksigen dilepaskan.

3. Pigmen fotosintesis yang melepaskan elektron menerima kembali elektron sebagai

gantinya.

Reaksi teranng terjadi pada dua jenis fotosistem. Fotosistem

adalah unit/kompleks

pengumpul cahaya dari membran tilakoid. Unit tersebut merupakan

klorofil yang tersusun bersama protein dan molekul organik yang lebih

kecil lainnya. Fotosistem tersebut terbagi menjadi dua jenis yaitu

fotosistem I (P700 nm) dan fotosistem II (P680 nm) bergantung pada

panjang gelombang cahaya yang mampu diserap. Terdapat dua proses

aliran elektron pada reaksi terang baik yang terjadi pada fotosistem I

maupun II.



Aliran elektron siklik merupakan proses perpindahan elektron yang terjadi pada

fotosistem I dan menghasilkan ATP. Pada proses ini energi cahaya matahari (

photon

)

akan menyebabkan elektron berpindah dari klorofil yang satu ke yang lain. Klorofil

yang terdapat pada fotosistem ini adalah klorofil a. Elektron lalu akan berpindah

menuju akseptor elektron dan berpindah kembali ke dalam fotosistem sehingga

fotosistem tidak kehilangan elektron. Elektron yang terus menerus kembali inilah

yang menyebabkan aliran elektron ini disebut aliran elektron siklik.



Fotosistem II menyerap cahaya, Elektron dalam pusat reaksi (P680)

tereksitasi, “lubang” elektron yang ditinggalkan perlu diisi.



Suatu enzim mengekstraksi elektron dari air untuk mengisi “lubang”

yang ditinggalkan. Reaksi ini disebut fotolisis air.



Setiap elektron mengalir dari fotosistem II ke fotosistem I melalui

rantai transpor elektron Plastokinon (Pq), kompleks sitokrom

dan Plastosianin (Pc)



Elektron menuruni rantai dengan menghasilkan ATP. Sintesis ATP ini

disebut fotofosforilasi karena sintesis ini digerakkan oleh energi

cahaya.



Energi cahaya menggerakkan elektron dari P700 ke akseptor elektro

n primer fotosistem I sehingga menimbulkan “lubang”

yang diisi elektron dari fotosistem I.



Akseptor elektron primer fotosistem I melewatkan elektron

terfotoeksitasi ke rantai transpor elektron kedua, yang

menyalurkannya ke feredoksin (Fd), kemudian menyalurkan elektron

ke NADP

+

_{reduktase sehingga terbentuk NADPH. Oksigen dilepaskan}

ke udara.

Reaksi Gelap

Reaksi gelap tidak membutuhkan bantuan cahaya seperti pada reaksi terang. Reaksi gelap

bergantung pada ATP dan NADPH yang dihasilkan pada reaksi terang. Jadi, reaksi terang dan

gelap merupakan suatu proses yang saling terkait, di mana tanpa reaksi terang, reaksi gelap

tidak bisa berlangsung, sehingga tidak terjadi fotosintesis.

Pada dasarnya, reaksi gelap memerlukan beberapa zat tertentu untuk melakukan kerjanya.



ATP



Hidrogen dari NADPH



Elektron dari NADPH



Karbon dan oksigen dari karbon dioksida



Enzim



RuBP (

Ribulosa Bifosfat)

/ senyawa dengan 5 atom C

Berikut ini adalah proses yang terjadi selama reaksi gelap berlangsung.

1.

RuBP mengikat C dari CO2 menjadi suatu senyawa yang terdiri dari

6 C labil. Senyawa ini memecah menjadi 12 PGA (Fosfogliserat).

2. PGA lalu akan berikatan dengan fosfat, hidrogen, serta elektron

membentuk 12 PGAL (Fosfogliseraldehida).

Glukosa 6 Fosfat merupakan bahan baku untuk membentuk sukrosa dan tepung pati.

Sukrosa merupakan karbohidrat yang berfungsi untuk pengangkutan menuju tempat

penimbunan. Tepung pati merupakan karbohidrat yang berfungsu sebagai cadangan makanan.

Jadi secara garis besar, inilah yang terjadi di dalam fotosintesis.

Ini adalah perbedaan antara reaksi terang dan reaksi gelap

Rabu, 27 November 2013

Proses Fotosintesis

Makalah Biokimia

Oleh :

Muslimatin

121810401035

Jurusan Biologi

Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam

Universitas Jember

Tahun 2013

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Berbicara makhluk hidup, maka kita tidak terlepas dari yang namanya proses metabolisme. Metabolisme terjadi pada semua makhluk hidup.Dalam proses metabolisme terjadi berbagai reaksi kimia baik untuk menyusun maupun menguraikan senyawa tertentu. Proses penyusunan tersebut disebut anabolisme, sedang proses penguraiannya disebut katabolisme.

Salah satu contoh proses metabolisme (anabolisme) adalah fotosintesis. Fotosintesis merupakan suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya. Fotosintesis juga dapat di artikan proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalammakalah ini adalah :

1. Apa itu fotosintesis?

2. Bagaimana proses terjadinya fotosintesis?

3. Reaksi apa saja yang terjadi dalamproses fotosintesis?

4. Apa perbedaan reaksi fotosintesis pada tanaman C3,C4 dan CAM?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari makalah ini adalah :

 Mengetahui pengertian fotosintesis

 Mengetahui proses terjadinya fotosintesis

 Mengetahui reaksi – reaksi yang terlibat dalam proses fotosintesis

 Membedakan proses fotosintesis yang terjadi pada tanaman C3, C4,dan CAM

1.4 Manfaat

Adapun manfaat dari makalah ini adalah :

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya. Fotosintesis juga dapat di artikan proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu.

Hasil dari Fotosintesis adalah glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis

bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari

CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

Proses fotosintesis berlangsung dengan adanya spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.Fotosintesis menghasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.

1. Fotosintesis pada tumbuhan

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan

oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Reaksi penghasil glukosa :

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.

Klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.

2. Proses fotosintesis

Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan fotosintesis. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis disebut fotosintat, biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.

Gambar1.Pusat LokasiFotosintesispadaTumbuhan.

Sumber:Campbelldan Reece,2002 :178

Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di dalam

stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan

oksigen (O2). Sedangkan dalam reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi ATP dan NADPH. Energi yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang. Pada proses reaksi gelap tidak dibutuhkan cahaya matahari. Reaksi gelap bertujuan untuk mengubah senyawa yang mengandung atom karbon menjadi molekul gula.

Dari semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang gelombang tertentu yang dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitu panjang gelombang yang berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi atas cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500 nm) dan violet (< 400 nm). Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis. Hal ini terkait pada sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Kloroplas mengandung beberapa pigmen.

3. Reaksi terang

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh

pigmen sebagai antena.

Gambar2. Bagaimana suatu FotosistemMenangkap Cahaya

Sumber:Campbelldan Reece,2002 :185

Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Molekul air akan dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim. Hal ini akan mengakibatkan pelepasan H+ _{di lumen tilakoid. Dengan menggunakan elektron dari air,} selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H+ _{yang disebut sitokrom b6-f kompleks. Reaksi} keseluruhan yang terjadi di PS II adalah

2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- _{→ 4H}+ _{+ O2 + 2PQH2}

Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ _dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah

Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I. Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, yang menerima elektron yang berasal dari H2O melalui kompleks inti PS II lebih dahulu. Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I berfungsi mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin. Reaksi keseluruhan pada PS I adalah

Cahaya + 4PC(Cu+_{) + 4Fd(Fe}3+_{) → 4PC(Cu}2+_{) + 4Fd(Fe}2+₎

Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP+ _{dan membentuk NADPH. Reaksi ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim} feredoksin-NADP+ _{reduktase. Sehingga reaksinya adalah:}

4Fd (Fe2+_{) + 2NADP}+ _{+ 2H}+ _{→ 4Fd (Fe}3+_{) + 2NADPH}

Ion H+ _{yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam ATP sintase. ATP} sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan pengangkutan elektron dan H+ _melintasi membran tilakoid. Masuknya H+ _{pada ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP} dan fosfat anorganik (Pi) menjadi ATP. Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang adalah sebagai berikut

Sinar + ADP + Pi + NADP+ _{+ 2H2O → ATP + NADPH + 3H}+ _{+ O2}

4. Reaksi gelap

Reaksi gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur, yaitu siklus Calvin-Benson dan siklus Hatch-Slack. Pada siklus Calvin-Benson tumbuhan mengubah senyawa ribulosa 1,5 bisfosfat menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu senyawa 3-phosphogliserat. Oleh karena itulah tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini dinamakan tumbuhan C-3. Penambatan CO2 sebagai sumber karbon pada tumbuhan ini dibantu oleh enzim rubisco. Tumbuhan yang reaksi gelapnya mengikuti jalur Hatch-Slack disebut tumbuhan C-4 karena senyawa yang terbentuk setelah penambatan CO2 adalah oksaloasetat yang memiliki empat atom karbon. Enzim

Gambar3. DiagramSiklusCalvin

Sumber :Campbell danReece,2002:190

Diagraminimenelusuriatomkarbon(bolaabu-abu)yangmengikutisiklus Calvin.Ketigafasedari

siklusCalvinmenjelaskan fase-fase yang

didiskusikandidalammodulini.UntuksetiaptigamolekulCO2yang memasuki siklus Calvin; hasil bersihnya adalah satu molekul gliseraldehid-3-fosfat(G3P),yaitusuatugula berkarbon-3.Untuksetiap G3Pyangdisintesis,siklusCalvinmenghabiskansembilanmolekulATP danenam molekul NADPH. Reaksi terangmelanjutkan siklus Calvin denganmenghasilkankembaliATP danNADPH.

Gambar4.Diagram Alur IkhtisarFotosintesis:Kerjasama antara Reaksi Terang dengan SiklusCalvin.

Sumber :CampbelldanReece,2002 :180

KeteranganGambar: Didalamkloroplas, membrantilakoidadalah tempat berlangsungnyareaksi terang; sedangkan siklus Calvin berlangsung di dalam stroma. Reaksi terang menggunakan eneergi matahari untuk membentuk ATP daan NADPH, yang masing-masing berfungsi sebagai energi kimia dan tenaga peereduksi di dalam siklus Calvin. SiklusCalvin menggabungkan CO2menjadi molekulorganik, yang dikonversikanmenjadigula.

Fotosintesis yang terjadi pada tanaman C3, C4 dan CAM berbeda prosesnya, sepertiberikut :

A. Tumbuhan C3

Tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi. Sebagian besar tanaman pertanian, seperti gandum, kentang, kedelai, kacang-kacangan, dan kapas merupakan tanaman dari kelompok C3.

Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari) . Jika konsentrasi CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah besar.

Tumbuhan C3 tumbuh dengan karbon fiksasi C3 biasanya tumbuh dengan baik di area dimana intensitas sinar matahari cenderung sedang, temperature sedang dan dengan konsentrasi CO2 sekitar 200 ppm atau lebih tinggi, dan juga dengan air tanah yang berlimpah. Tumbuhan C3 harus berada dalam area dengan konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi sebab Rubisco sering menyertakan molekul oksigen ke dalam Rubp sebagai pengganti molekul karbondioksida. Konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi menurunkan kesempatan Rubisco untuk menyertakan molekul oksigen. Karena bila ada molekul oksigen maka Rubp akan terpecah menjadi molekul 3-karbon yang tinggal dalam siklus Calvin, dan 2 molekul glikolat akan dioksidasi dengan adanya oksigen, menjadi karbondioksida yang akan menghabiskan energi.

Pada tumbuhan C3,CO2 hanya difiksasi RuBP oleh karboksilase RuBP. Karboksilase RuBP hanya bekerja apabila CO2 jumlahnya berlimpah

Fiksasi Karbondioksida

Melvin Calvin bersama beberapa peneliti pada universitas calivornia berhasil mengidentivikasi produk awal dari fiksasi CO2. Produk awal tersebut adalah asam 3-fosfogliserat atau sering disebut PGA, karena PGA tersusun dari 3 atom karbon.

Hasil penelitian itu menunjukkan bahwa tidak ada senyawa dengan 2 atom C yang terakumulasi. Senyawa yang terakumulasi adalah senyawa dengan 5 atom C yakni Ribulosa – 1.5 – bisfosfat (RUBP). Reaksi antara CO2 dengan RUBP dipacu oleh enzim ribulosa bisfosfat karboklsilase (RUBISCO).

Rubisco adalah enzim raksasa yang berperan sangat penting dalam reaksi gelap fotosintesis

tumbuhan. Enzim inilah yang menggabungkan molekul ribulosa-1,5-bisfosfat (RuBP, kadang-kadang disebut RuDP) yang memiliki tiga atom C dengan karbondioksida menjadi atom dengan enam C, untuk kemudian diproses lebih lanjut menjadi glukosa, molekul penyimpan energi aktif utama pada

tumbuhan.

Siklus Calvin

Siklus Calvin disebut juga Reaksi gelap yang merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang

dalam fotosintesis. Reaksi gelap adalah reaksi pembentukan gula dari CO2 yang terjadi di stroma. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma.

Tempat terjadinya Reaksi gelap

Bahan reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO2, yang berasal dari udara bebas. Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.

kemudian difosforilasi oleh 12 ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. 1,3 bifosfogliserat difosforilasi lagi oleh 12 NADPH membentuk 12 molekul gliseradehida 3 fosfat/PGAL. 2 PGAL digunakan untuk membentuk 1 molekul glukosa atau jenis gula lainnya, sedangkan 10 molekul lainnya difosforilasi oleh 6 ATP untuk kembali membentuk 6 molekul Ribulosa 1,5 bifosfat. Proses pengikatan CO2 ke RuBP disebut fiksasi, proses pemecahan molekul 6 karbon menjadi molekul 3 karbon disebut reduksi

dan proses pembentukan kembali RuBP dari PGAL disebut regenerasi.

Fotosintesis ini disebut mekanisme C3, karena molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah molekul berkarbon 3, 3-fosfogliserat. Kebanyakan tumbuhan yang menggunakan fotosintesis C3 disebut tumbuhan C3.

Padi, gandum, dan kedelai merupakan contoh-contoh tumbuhan C3 yang penting dalam pertanian.

Kondisi lingkungan yang mendorong fotorespirasi ialah hari yang panas, kering, dan terik-kondisi yang menyebabkan stomata tertutup. Kondisi ini menyebabkan CO2 tidak bisa masuk dan O2 tidak bisa keluar sehingga terjadi fotorespirasi.

B. Tumbuhan C4

Tumbuhan C4 dan CAM lebih adaptif di daerah panas dan kering. Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel epidermis daun). CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel “bundle sheath” (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentasi CO2 pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil and G sangat rendah, PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. , laju assimilasi tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnyaCO2. Sehingga, dengan meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2 yang berlebihan. Contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum dan tebu

Tumbuhan C4 dinamakan demikian karena tumbuhan itu mendahului siklus Calvin yang menghasilkan asam berkarbon -4 sebagai hasil pertama fiksasi CO2 dan yang memfiksasi CO2 menjadi APG di sebut spesies C3, sebagian spesies C4 adalah monokotil (tebu, jagung, dll)

Reaksi dimana CO2 dikonfersi menjadi asam malat atau asam aspartat adalah melalui penggabugannya dengan fosfoeolpiruvat (PEP) untuk membentuk oksaloasetat dan Pi.Enzim PEP-karboksilase ditemukan pada setiap sel tumbuhan yang hidup dan enzim ini yang berperan dalam memacu fiksasi CO2 pada tumbuhan C4. enzim PEP-karboksilase terkandung dalam jumlah yang banyak pada daun tumbuhan C4, pada daun tumbuhan C-3 dan pada akar, buah-buah dan sel – sel tanpa klorofil lainnya ditemukan suqatu isozim dari PEP-karboksilase.

Reaksi untuk mengkonversi oksaloasetat menjadi malat dirangsang oleh enzim malat dehidrogenase dengan kebutuhan elektronnya disediakan oleh NHDPH. Oksaleasetat harus masuk kedalam kloroplas untuk direduksi menjadi malat.

Pembentukkan aspartat dari malat terjadi didalam sitosol dan membutuhkan asam amino lain sebagai sumber gugus aminonya. Proses ini disebut transaminasi.

Pada tumbuhan C-4 terdapat pembagian tugas antara 2 jenis sel fotosintetik, yakni :

1. sel mesofil

2. sel-sel bundle sheath/ sel seludang-berkas pembuluh.

Sel seludang berkas pembuluh disusun menjadi kemasan yang sangat padat disekitar berkas pembuluh. Diantara seludang-berkas pembuluh dan permukaan daun terdapat sel mesofil yang tersusun agak longgar. Siklus calvin didahului oleh masuknya CO2 ke dalam senyawa organic dalam mesofil.

Langkah pertama ialah penambahan CO2 pada fosfoenolpirufat (PEP) untuk membentuk produk berkarbon empat yaitu oksaloasetat, Enzim PEP karboksilase menambahkan CO2 pada PEP. Karbondioksida difiksasi dalam sel mesofil oleh enzim PEP karboksilase. Senyawa berkarbon-empat-malat, dalam hal ini menyalurkan atom CO2 kedalam sel seludang-berkas pembuluh, melalui plasmodesmata. Dalam sel seludang –berkas pembuluh, senyawa berkarbon empat melepaskan CO2 yang diasimilasi ulang kedalam materi organic oleh robisco dan siklus Calvin.

C. Tumbuhan CAM

Tumbuhan C4 dan CAMlebih adaptif di daerah panas dan kering. Crassulacean acid metabolism ( CAM), tanaman ini mengambil CO2 pada malam hari, dan mengunakannya untuk fotosistensis pada siang harinya. Meski tidak menguarkan oksigen dimalam hari, namun dengan memakan CO2 yang beredar, tanaman ini sudah membantu kita semua menghirup udara bersih, lebih sehat, menyejukkan dan menyegarkan bumi, tempat tinggal dan ruangan. Jadi, cocok buat taruh di ruang tidur misalnya. Sayang, hanya sekitar 5% tanaman jenis ini. Tumbuhan CAM yang dapat mudah ditemukan adalah nanas, kaktus, dan bunga lili.

Tanaman CAM , pada kelompok ini penambatan CO2 seperti pada tanaman C4, tetapi dilakukan pada malam hari dan dibentuk senyawa dengan gugus 4-C. Pada hari berikutnya ( siang hari ) pada saat stomata dalam keadaan tertutup terjadi dekarboksilase senyawa C4 tersebut dan penambatan kembali CO2 melalui kegiatan Rudp karboksilase. Jadi tanamanCAMmempunyai beberapa persamaan dengan kelompok C4 yaitu dengan adanya dua tingkat sistem penambatan CO2.

Pada C4 terdapat pemisahan ruang sedangkan pada CAM pemisahannya bersifat sementara. Termasuk golongan CAM adalah Crassulaceae, Cactaceae, Bromeliaceae, Liliaceae, Agaveceae, Ananas comosus, dan Oncidium lanceanum.

Beberapa tanaman CAM dapat beralih ke jalur C3 bila keadaan lingkungan lebih baik.

Beberapa spesies tumbuhan mempunyai sifat yang berbeda dengan kebanyakan tumbuhan lainnya, yakni Tumbuhan ini membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Kelompok tumbuhan ini umumnya adalah tumbuhan jenis sukulen yang tumbuh da daerah kering. Dengan menutup stomata pada siang hari membantu tumbuhan ini menghemat air, dapat mengurangi laju transpirasinya, sehingga lebih mampu beradaptasi pada daerah kering tersebut.

Selama malam hari, ketika stomata tumbuhan itu terbuka, tumbuhan ii mengambil CO2 dan memasukkannya kedalam berbagai asam organic. Cara fiksasi karbon ini disebut metabolisme asam krasulase, atau crassulacean acid metabolism (CAM).

Jalur CAM serupa dengan jalur C4 dalam hal karbon dioksida terlebih dahulu dimasukkan kedalam senyawa organic intermediet sebelum karbon dioksida ini memasuki siklus Calvin. Perbedaannya ialah bahwa pada tumbuhan C4, kedua langkah ini terjadi pada ruang yang terpisah. Langkah ini terpisahkan pada dua jenis sel. Pada tumbuhan CAM, kedua langkah dipisahkan untuk sementara. Fiksasi karbon terjadi pada malam hari, dan siklus calvin berlangsung selama siang hari.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya. Hasil dari Fotosintesis adalah glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara,

karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi.

3.2 Saran

Sebaiknya dalam membuat makalah selanjutnya, lebih ditekankan lagi padasumber dari buku-buku yang akurat.

DAFTAR PUSTAKA

Darmawan dan Baharsjah. 1983. Pengantar Fisiologi Tumbuhan . Jakarta : PT Gramedia.

Kimbal,John W.1994. Biologi.Jillid 1, 2, dan3. Edisi kelima . Jakarta: Erlanga

Lakitan, Benyamin. 2007. Dasar-Dasar Fisiologi Tumbuhan. PT.Raja Grafindo Persada. Jakarta

Lehninger, Albert . L. 1982. Dasar-Dasar Biokimia. Penerbit Erlangga

Salisbury, Frank. B dan C.W. Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan. Penerbit ITB.Bandung