Light energy
ECOSYSTEM
CO2 + H2O
Photosynthesis in chloroplasts Cellular respiration
in mitochondria
Organic molecules + O2
ATP
powers most cellular work
Heat energy
Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem
sebagai cahaya matahari dan
meninggalkanny
a dalam bentuk
panas
Proses transformasi energi dari cahaya
matahari menjadi
energi kimia
Fotosintesis
6CO
2+6H
20 + light C
6H
120
6+ 6O
2• Fotosintesis terjadi di kloroplas
• Daun pada tanaman merupakan tempat utama terjadinya
fotosintesis
Vein Leaf cross section
Mesophyll
CO2 O2 Stomata
Apakah fotosintesis hanya terjadi pada
daun tanaman ?
https://www.youtube.com/watch?v=eOPEn2qYf f4&t=13s Chloroplasts – Structure
https://www.youtube.com/watch?v=1Dn_zdAZ
N0I Photosynthesis Visualization
• Tilakoid adalah sistem membran dalam
kloroplas (tempat
terjadinya reaksi terang).
Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma
• Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas
• Stroma: daerah cair antara tilakoid dan
membran dalam tempat terjadi siklus Calvin
kloroplas
Chloroplast
Mesophyll
5 µm
Outer membrane
Intermembrane space
Inner membrane Thylakoid
space Thylakoid
Granum Stroma
1 µm
•
Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk gelombang
•
Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang gelombang dengan energi
•
Panjang gelombang tinggi maka energi
rendah
Spektrum tampak
- termasuk warna-warna cahaya yang dapat kita lihat
- termasuk panjang gelombang
yang menjalankan fotosintesis
Pigmen
- Substansi yang menyerap cahaya tampak - Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi paling sedikit menyerap panjang gelombang hijau
Pigmen
Klorofil a Klorofil b Karotenoid
Karotene Xantofil
Spektrum aksi pigmen
◦ Efektivitas relatif panjang gelombang yang berbeda dalam menjalankan fotosintesis
Rate of photosynthesis (measured by O 2 release)
Action spectrum. Plot antara kecepatan fotosintesis vs panjang gelombang.
Sepktrum aksi mewakili spektrum absorpsi klorofil a tetapi tidak benar-benar tepat.
Hal ini karena penyerapan cahaya oleh pigmen aksesoris seperti klorofil b dan karotenoid.
Spektrum aksi fotosintesis
◦ Ditunjukkan oleh Theodor W. Engelmann
400 500 600 700
Aerobic bacteria
Filament of alga
Engelmann‘s experiment. Tahun 1883, Theodor W. Engelmann menyinari alga filamen dengan cahaya yang telah dilewatkan ke prisma, sehingga segmen yang berbeda dari alga mendapat panjang gelombang yang berbeda. Digunakan bakteri aerob yang terkonsentrasi dekan sumber oksigen untuk menentukan segmen alga yang paling banyak mengeluarkan O2.
Bakteri berkumpul dalam jumlah besar disekitar alga yang mendapat cahaya biru-violet dan merah.
cahaya biru-violet dan merah paling efektif dalam fotosintesis
A. REAKSI TERANG
(mengubah energi matahari menjadi energi seluler)
B. REAKSI GELAP (Siklus Calvin):
reduksi CO
2menjadi CH
2O
Tahap pertama : Energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya dan diubah menjadi bentuk energi kimia, ATP dan
senyawa reduksi NADPH reaksi TERANG
Persamaan :
H2O + NADP+ + ADP + Pi –foton-> O2 + H+
+ NADPH + ATP
Klorofil tereksitasi oleh cahaya
Saat pigmen menyerap cahaya
◦ Klorofil tereksitasi dan menjadi tidak stabil
Excited state
Heat
Photon
(fluorescence)
Chlorophyll molecule
Ground state Photon
e–
•
Kumpulan pigmen dan protein yang
berasosiasi dengan membran tilakoid
yang memanen energi dari elektron yang
tereksitasi
•
Energi yang ditangkap ditransfer antara
molekul fotosistem sampai mencapai
molekul klorofil pada
pusat reaksi
Pada pusat reaksi terdapat 2 molekul
◦ Klorofil a
◦ Akseptor elektron primer
Pusat reaksi klorofil dioksidasi dengan
hilangnya elektron melalui reduksi akseptor elektron primer
Terdapat fotosistem I & II
• Membran tilakoid – Terdapat 2 tipe
fotosistem yaitu fotosistem I & II
Dalam hal ini pembentukan ATP dari ADP dan Pi mrp suatu mekanisme penyimpanan energi matahari yang diserap kemudian diubah
menjadi energi kimia
Proses ini disebut fotofosforilasi
Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada akseptor elektron primer
Kedua jalur
◦ Dimulai dengan penangkapan energi foton
◦ Menggunakan rantai transport elektron dengan sitokrom untuk kemiosmosis
Aliran elektron nonsiklik
◦ Menggunakan fotosistem II dan I
◦ Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh elektron yang didonasikan oleh air
◦ Mensintesis ATP dan NADPH
◦ Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+
Aliran elektron siklik
◦ Hanya menggunakan fotosistem I
◦ Elektron dari fotosistem I di-recycle
◦ Mensintesis ATP
Menghasilkan NADPH, ATP, dan oksigen
Nonsiklik
Aliran siklik
◦ Hanya fotosistem I yang digunakan
◦ Hanya ATP yang dihasilkan
Tahap kedua REAKSI GELAP : NADPH dan ATP yang dihasilkan dalam tahap pertama dipakai untuk proses reaksi reduksi CO2 menjadi
glukosa dengan persamaan,
CO2 + NADPH + H+ + ATP glukosa +
NADP+ + ADP + Pi
Chloroplast
NADP ADP + P
RuBP
3-PGA
Light reactions
Calvin cycle
G3P Light
Cellular respiration Cellulosse
Starch
Other organic compounds
Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi CO
2menjadi gula
• Siklus calvin
– Terjadi di stroma
• Siklus Calvin memiliki 3 tahap
– Fiksasi karbon – Reduksi
– Regenerasi akseptor CO
2(G3P)
Input
(Entering one at a time)
CO2 3
Rubisco
Short-lived intermediate
3 P P
3 P P
Ribulose bisphosphate (RuBP)
P
3-Phosphoglycerate
P 6 P
6
1,3-Bisphoglycerate
6 NADPH
6 NADPH+ 6 P
6 P
Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P)
6 ATP
3 ATP
3 ADP CALVIN
CYCLE
5 P
1 P
G3P (a sugar)
Output
Light
H2O CO2
LIGHT REACTION
ATP NADPH NADP+
ADP
[CH2O] (sugar) CALVIN
CYCLE
O2
6 ADP
Glucose and other organic
compounds
Phase 1: Carbon fixation
Phase 2:
Reduction Phase 3:
Regeneration of the CO2 acceptor (RuBP)
Siklus Calvin
Dimulai dari CO2 dan menghasilkan
Glyceraldehyde 3- phosphate
Tiga bagian siklus Calvin menghasilkan 1 produk molekul
Tiga tahap
◦ Fiksasi karbon
◦ Reduksi CO2
◦ Regenerasi RuBP
1 Sebuah molekul CO2 dikonversi dari bentuk inorganiknya menjadi molekul organik
(fixation) melalui
pengikatan ke gula 5C (ribulose bisphosphate atau RuBP).
◦ Dikatalisasi oleh enzim RuBP carboxylase
(Rubisco).
Bentuk gula 6C pecah menjadi 3-
phosphoglycerate
2 Tiap molekul 3- phosphoglycerate menerima tambahan grup fosfat
membentuk 1,3-
Bisphosphoglycerate (fosforilasi ATP)
NADPH dioksidasi dan elektron yang ditransfer ke 1,3- Bisphosphoglycerate memecah molekul dengan tereduksi menjadi
Glyceraldehyde 3- phosphate
3 Tahap terakhir dari siklus ini adalah regenerasi RuBP
Glyceraldehyde 3- phosphate
dikonversi menjadi RuBP melalui
sebuah seri reaksi yang melibatkan fosforilasi molekul oleh ATP
• Tanaman C4 meminimalkan keperluan fotorespirasi
– dengan cara menggabungkan CO
2ke dalam senyawa empat karbon di sel mesofil
• Senyawa empat karbon tersebut
– Dieksport ke sel berkas pembuluh, dimana CO2 dilepaskan yang
digunakan dalam siklus Calvin
Tanaman C4
Anatomi daun C 4 dan jalur C 4
CO2 Mesophyll cell
Bundle- sheath cell
Vein
(vascular tissue) Photosynthetic
cells of C4 plant leaf
Stoma
Mesophyll cell
C4 leaf anatomy
PEP carboxylase
Oxaloacetate (4 C) PEP (3 C)
Malate (4 C)
ADP ATP
Bundle- Sheath
cell CO2
Pyruate (3 C)
CALVIN CYCLE
Sugar
Vascular tissue
CO2
• Tanaman CAM
– Membuka stomatanya pada malam hari, menggabungkan CO
2ke
dalam asam organik
• Selama siang hari, stomata tertutup – CO
2dilepaskan dari asam organik
untuk digunakan dalam siklus
Calvin
Jalur CAM mirip dengan jalur C 4
Spatial separation of steps. In C4 plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in different types of cells.
(a) Temporal separation of
steps. In CAM plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in the same cells
at different times.
(b)
Pineapple Sugarcane
Bundle- sheath cell Mesophyll Cell
Organic acid
CALVIN CYCLE
Sugar
CO2 CO2
Organic acid
CALVIN CYCLE
Sugar
C4 CAM
CO2 incorporated into four-carbon organic acids (carbon fixation)
Night
Day 1
2 Organic acids release CO2 to Calvin cycle
