Kuliah 6 fotosintesis 1 hand

FISIOLOGI POHON

Fakultas Kehutanan

Pengertian dan Proses

PENGERTIAN FOTOSINTESIS

• Proses yang menghasilkan gula dari dua bahan mentah sederhana yaitu karbodioksida (CO2) dan air (H2O) di dalam khlorofil (zat hijau daun pada tumbuhan)

• Proses fisika biokimiawi yang menghasilkan bahan organik dari bahan anorganik stabil dengan bantuan cahaya matahari

• Pembentukan senyawa yang mengandung C (gula=

C₆H₁₂O₆) dari CO₂ dan H₂O oleh tumbuhan hijau dengan adanya cahaya matahari dan sebagai hasil sampingnya adalah O₂

Reaksi Fotosintesis

6CO₂ + 6H₂O C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Keterangan :

- Enam molekul karbondioksida bereaksi dengan enam molekul air untuk membentuk satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen

cahaya matahari khlorofil

1. Karbondioksida (CO

₂

)

- Diserap dari atmosfer melalui mulut daun - Pada permukaan tanah kandungan karbon- dioksida lebih besar daripada di atas tajuk

2. Air

- Diperoleh dari dalam tanah

3. Glukosa

- Dikenal juga sebagai dextrose (karbohidrat) disusun oleh elemen karbon, hidrogen dan oksigen

Yang terlibat dalam reaksi

fotosintesis

4. Oksigen

- Produk fotosintesis yang dilepaskan ke

udara digunakan oleh semua mahluk hidup di dunia

5 . Cahaya Matahari

- Digunakan sebagai sumber tenaga dalam melakukan fotosintesis

- Besar kecilnya intensitas yang diterima dipengaruhi oleh morfologi daun (Fitter & hay, 1991)

- Pada tumbuhan tingkat tinggi t.d. 2 pigment:

1. blue-green chlorophyll a (C55H72O5N4Mg) 2. yellow-green chlorophyll b (C55H70O6N4Mg)

- Proporsi kedua pigmen bervariasi pada jenis

tumbuhan yang berbeda. Secara umum tumbuhan berbunga memiliki perbandingan 3 : 1

5. Khlorofil

- Zat hijau daun, berperan untuk mengkonversi energi sinar menjadi energi kimia

- Jumlah dan penyebarannya bervariasi

menurut spesies, lingkungan dan umur daun

Struktur Molekul Klorofil

Struktur Kloroplast

Kloroplast berisi

- Stroma (proteinaceous matrix) - tdp enzim utk fiksasi C

- Grana (cylindrical bodies)

- t.a. kumpulan struktur membran berbentuk disk yg disebut lamellae atau thylakoid

- Klorofil melekat pd lamellae - Grana 1 dg lainnya dihub oleh

intergrana lamellae

- Tdp pigmen dan enzim utk reaksi terang

Bentuk : ovoid, disk, piring Diameter 5 µm; tebal 2-3 µm

(Lamellae)

Faktor-faktor Pembentukan Khlorofil

1. Faktor Internal

A. Potensial genetik

- Pembentukan khlorofil diatur oleh suatu gen di

dalam khromosom DNA dlm inti dan kloroplast - Mutasi gen klorofil tdk terbentuk Albino

B. Suply karbohidrat

- Defisit karbohidrat menyebabkan tidak terbentuknya khlorofil (Kramer & Kozlowski, 1979)

2. Faktor Lingkungan A. Cahaya

- Cahaya esensial utk pembentukan klorofil

- Tanaman dlm gelap protoklorofil klorofil - Cahaya terlalu tinggi klorofil didekomposisi

- Cahaya terang equilibrium sintesis dan dekom- posisi klorofil tjd pd konsentrasi yg rendah

- shg daun ternaung biasanya memiliki konsentrasi khlorofil lebih besar.

B. Suhu

– Sintesis khlorofil biasa terjadi pada range suhu yang lebar.

– Suhu 3-48⁰C kondisi yang baik untuk pembentukan khlorofil

Reduksi Cahaya

C. Mineral

Klorosis tjd karena defisiensi unsur hara,

- N (terpenting) karena merupakan penyusun klorofil - Fe (merupakan kofaktor prekursor klorofil)

- Mg (merupakan penyusun klorofil)

D. Air

- Stress air yg moderat memperlambat pembentukan khlorofil

- Stress air parah kerusakan klorofil

E. Oksigen

Tanpa oksigen seedling tidak akan membentuk khlorofil.

Oksigen perlu untuk mensuply energi metabolik dalam pembentukan khlorofil

MEKANISME FOTOSINTESIS

Urutan proses fotosintesis

1. Penangkapan cahaya matahari oleh khloroplas (zat hijau daun)

2. Pemisahan molekul air diiringi pelepasan elektron berenergi tinggi dan penghasilan O₂

3. Transfer elektron yg menyebabkan pembentukan energi kimia (ATP) dan tenaga pereduksi (NADPH₂) 4. Penggunaan ATP dan NADPH₂ untuk fiksasi CO₂

menjadi Karbohidrat kompleks spt sukrosa, pati, sellulosa, hemisellulosa

NADPH : Nikotinamid adenin dinukleotid fosfat,

ATP : Adenosin trifosfat, energi dalam sistem biologi

Reaksi terangReaksi gelap

• Reaksi terang (Fotofosforilasi)

1. Penangkapan energi cahaya oleh khloroplas 2. Pemecahan H

₂

O dengan hasil energi dan oksigen (O

₂

)

Fotolisis

^{2 H2}O 4 e^- + 4 H⁺ + O₂

e^- fotofosforilasi ATP + 4H⁺

2NADP ^reduksi 2NADPH₂

3. Pembentukan ATP dan reducing power (NADPH

₂

)

2H

₂

O 2NADPH

₂

+ O

₂

+ ATP

• Reaksi gelap (Fiksasi CO

₂

)

1. Penggunaan ATP dan NADPH untuk fiksasi CO

2

2. Reduksi CO

2

menjadi KH kompleks

6CO

2

+ 12NADPH

2 +

18 ATP

C

6

H

12

O

6

+ 12NADP + 18ADP + 8Pi + 6H

2

O

- Keterlibatan enzim misal: RUBP dan PEP carboxilase

CAHAYA

H₂O

O₂

ADP + Pi NADP⁺

ATP NADPH₂

(CH₂O)_n

CO₂

CAHAYA ENZIM

Fotofosforilasi (Reaksi terang)

Fiksasi CO₂ (Reaksi gelap)

• Reaksi gelap (Fiksasi CO

₂

)

- Dikenal jenis tanaman berdasarkan jalur fiksasi CO

₂

Tanaman C3 (sebagian besar tumbuhan)

Tanaman C4 (jagung, tebu)

Tanaman CAM (Crassulacean Acid Metabolism)

(Tumbuhan gurun: kaktus )

• C

₃

(Siklus Calvin-Benson)

1. Senyawa pertama terbentuk adalah senyawa dg 3 atom C yaitu PGA (Phospho Glyceric Acid)

2. RuBP (Ribulose mono-P) + CO₂ RuBP carboxilase 2 PGA

3. Enzim RuBP Carboxilase (RUBISCO)

4. RuBP Carboxilase dihambat secara kompetitif oleh O₂, shg jika O₂ meningkat fotosintesis turun

5. Titik kompensasi CO₂ tinggi

6. Fotorespirasi tinggi (respirasi oleh jaringan fotosintetik;

tergantung pd cahaya [light dependent]; pemecahan KH yg baru dibentuk dr proses fotosintesis)

7. Khlorofil ada di mesofil

8. Sel bundle sheath sedikit/tidak punya 9. Siklus Calvin

Siklus Calvin-Benson (Fiksasi CO

₂

tanaman C

₃

)

Mekanisme fotosintesis tanaman C

₃

• C

₄

(Siklus Hatch-Slack)

1. Senyawa pertama terbentuk: senyawa dg 4 atom C spt asam aspartat, malat dan oksaloasetat

2. PEP (Phosphoenol Piruvat) + CO₂ PEP Carboxylase As Oksaloasetat

3. Enzim PEP Carboxylase mempunyai afinitas yang sangat besar thd CO₂ shg tidk tergantung pd konsentrasi oksigen

4. Titik kompensasi CO₂ rendah

5. Fiksasi CO₂ awal tjd pd mesofil, lalu asam yg terbentuk ditransport ke sel bundle sheath. Di sel bundle sheath asam didekarboksilasi

melepaskan CO₂ yang akan masuk ke siklus Calvin peningkatan konsentrasi CO₂

PEP kembali masuk siklus Hatch-Slack 6. Banyak sel bundle sheath

7. Fotorespirasi rendah

CO₂ hasil respirasi dimanfaatkan lagi dalam siklus Hatch- Slack dan Siklus Calvin

8. Siklus Hatch-Slack dan Siklus Calvin 9. Enzim RUBISCO dan PEP-Carboxylase

Jalur Hatch Slack (Fiksasi CO

₂

tanaman C

₄

)

Mekanisme fotosintesis tanaman C

₄

Mekanisme fotosintesis tanaman C

₄

C

₄

: Hatch-Slack pathway & Calvin cycle

Mekanisme fotosintesis tanaman C

₄

Next

• Sel bundle sheath

• Penampang melintang anatomi daun C₃ (a) dan C₄ (b)

Penampang melintang anatomi daun C4

• CAM

(Crassulacean Acid Metabolism) 1. Mekanisme fiksasi CO₂ mirip C₄ yaitu - tdp siklus Hatch-Slack dan Calvin

- enzim PEP dan RuBPcarboxilase 2. Perbedaan tanaman C4 dan CAM C4 : tjd pada ruang yang berbeda CAM: tjd pada waktu yang berbeda 3. Pada malam hari:

Stomata membuka

Fiksasi CO₂ membentuk asam oksaloasetat dan malat oleh enzim PEP karboksilase

4. Siang hari

Stomata menutup (mengurangi transpirasi)

Dekarboksilase melepaskan CO₂ yg selanjutnya digunakan (masuk) pada siklus Calvin

5. Tumbuhan sukulen

Stomata open

CAM

Perbedaan mekanisme

fotosintesis tanaman C

₄

dan CAM

Next

SEKIAN