KLOROPLAS

BAB XKLOROPLAS

DeskripsiDi dalam sel terdapat berbagai organel yang berfungsi sebagai pembangkit tenaga. Salah satu organel

itu adalah kloroplas. Pada bab ini akan dipelajari tentang strutur dan fungsi klororoplas dan peranannya dalam fotosintesis.

Kompetensi DasarMendeskripsikan struktur kloroplas dan peranannya dalam proses fotosintesis

PENDAHULUANFotosintesis berperan menyediakan makanan bagi hampir seluruh kehidupan baik secara langsung

maupun tak langsung. Fotosintesis berlangsung pada semua bagian daun yang berwarna hijau termasuk batang dan buah yang masih muda dan berwarna hijau. Bagian daun yang berwarna hijau tersebut memiliki kloroplas yang menjadi tempat berlangsungnya fotosintesis. Terdapat kurang lebih setengah juta kloroplas pada setiap 1 mm2 permukaan daun. Warna hijau pada daun disebabkan oleh klorofil yang terdapat di dalam kloroplas. Pigmen ini mampu mengubah energi cahaya dari sinar matahari menjadi energi kimia.

Fotosintesis pada sel eukariot berlangsung di dalam kloroplas, yang utamanya terdapat pada jaringan mesofil daun. Kloroplas umumnya tersusun dekat vakuola sentral dengan lebar 2-4 µm dan panjang 5-10 µm. Jumlah berkisar 20-40 buah per sel. Kloroplas pertama kali diidentifikasi tahun 1881 oleh ahli biologi Jerman bernama Engelmann. Engelmann memperlihatkan bahwa ketika sel alga hijau, spirogyra diiliminasi maka akan tampak banyak bakteri berkumpul dengan sel. Bakteri ini menggunakan sejumlah besar oksigen yang dilepaskan oleh kloroplas melalui proses fotosintesis.

Gambar 9.1 Struktur kloroplas

Bagian luar kloroplas ditutup oleh selaput yang disusun oleh dua membran yang terpisah. Seperti membran luar pada mitokondria, membran luar kloroplas juga mengandung porin yang menyebabkan membran ini permeable terhadap molekul dengan ukuran 10.000 dalton. Sebaliknya membran dalam relatif lebih impermeabel. Banyak mesin fotosintesis terdapat pada membran dalam termasuk pigmen penyerap cahaya, kompleks rantai elektron dan apparatus pensintesis ATP. Membran bagian dalam kloroplas mengandung mesin transduksi energi yang tersusun dalam suatu kantong pipih yang disebut dengan membran tilakoid. Tilakoid disusun oleh grana. Ruang sebelah dalam tilakoid disebut dengan lumen sedangkan ruang sebelah luar dari tilakoid pada bagian sebelah dalam membran luar disebut dengan stroma. Seperti pada matriks mitokondria, stroma kloroplas mengandung molekul DNA sirkuler dan ribosom. Diperkirakan pula terdapat sekitar 60 macam polipeptida pada membran tilakoid. Setengah diantaranya dikode oleh DNA kloroplas.

Bahan Ajar Biologi Sel

108

outermostmembranelayers (two)

part ofthe inner membranesystem(thylakoidmembrane)

granum

stroma

0.5 µm

KLOROPLAS

Kloroplas dan fotosintesisPemahaman pertama menyangkut fotosintesis ditunjukkan oleh C.B. van Niel pada tahun 1930 dengan

memberikan reaksi fotosintesis sebagai berikut:CO2 + H2O (CH2O) + O2.

Energi dari matahari digunakan untuk memecah CO2, melepaskan O2 dan mentransfer atom karbon ke molekul air untuk membentuk karbohidrat (CH2O). Dari melihat reaksi di atas tampak bahwa reaksi fotosintesis merupakan kebalikan dari reaski respirasi sel. Akan tetapi tumbuhan tidak menghasilkan makanan dengan hanya membalik reaksi.

Pada respirasi reaksinya merupakan reaksi redoks. Energi dilepas dari gula pada saat elektron yang berikatan dengan hidrogen diangkut ke oksigen yang membentuk air sebagai hasil samping. Elektron akan kehilangan energi potensialnya karena oksigen elektronegatif yang akan menarik elektron melalui rantai transport elektron. Mitokondria menggunakan energi ini untuk menghasilkan ATP. Seperti respirasi sel, fotosintesis juga merupakan reaksi redoks yang membalik arah aliran elektron. Air terurai dan elektron ditransfer bersama dengan ion hidrogen dari air ke karbondioksida dan mereduksinya menjadi gula. Elektron bertambah energi potensialnya ketika electron ini dipindahkan dari air ke gula.

Persamaan reaksi fotosintesis tampak seperti suatu reaksi yang sangat sederhana dari suatu proses yang sangat rumit. Akan tetapi sebenarnya fotosintesis bukanlah merupakan suatu poses tunggal. Fotosintesis terdiri dari dua proses yang masing-masing terdiri dari banyak tahapan reaksi. Kedua tahap reaksi tersebut terdiri dari reaksi terang (fotolisis) dan reaksi gelap (siklus Calvin).

REAKSI TERANGReaksi terang merupakan tahapan fotosintesis dimana energi matahari diubah menjadi energi kimia.

Cahaya yang diserap oleh klorofil menggerakkan transfer elektron dan hidrogen dari air ke akseptor elektron yang disebut dengan NADP+ (nikotiamin adenine dinukleotida fosfoat) yang menyimpan elektron berenergi tinggi ini untuk sementara. Dalam proses ini air terurai dan melepaskan O2.

Klorofil merupakan pigmen adalah merupakan suatu molekul yang mengandung kromofor yang merupakan suatu kelompok senyawa kimia yang mampu menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Daun tumbuhan berwarna hijau karena mengandung sejumlah besar pigmen klorofil. Pigmen ini menyerap cahaya warna merah dan biru. Molekul klorofil terdiri dari dua bagian utama yaitu cincin porfirin yang berperan dalam penyerapan cahaya dan rantai fitol yang menjaga agar klorofil tetap tetrbenam dalam membran fotosintesis. Porfirin tidak sama dengan pigmen merah, heme yang merupakan penyusun hemoglobin, porfirin mengandung atom magnesium.

Klorofil tersusun bersama protein dan molekul organik yang lebih kecil membentuk fotosistem. Fotosistem memiliki “kompleks antena” pengumpul cahaya yang tersusun atas klorofil a dan b serta karotenoid. Hla yang khusus pada klorofil a adalah kedudukannya sebagai pusat reaksi di mana terjadi reaksi kimiawi pertama fotosintesis yang digerakkan oleh cahaya. Molekul yang secara bersama-sama menggunakan pusat reaksi dengan klorofil a adalah molekul khusus yang sisebut dengan ekseptor elektron primer.

Membran tilakoid dipenuhi oleh dua jenis fotositem yang secara bersama-sama bekerja dalam reaksi terang. Kedua fotosistem itu adalah fotosistem I dan II. Klorofil pada pusat reaksi fotosistem I dikenal P700 karena pigmen ini paling baik menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm (bagian spectrum yang sangat merah). Klorofil pada pusat reaksi fotosistem II dikenal P680 karena spectrum penyerapannya memiliki puncak pada panjang cahaya 680nm (spetrum merah).

Reaksi terang dapat dibedakan menjadi dua tahap yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi siklik hanya melibatkan fotosistem I. Fosforilasi siklik dimulai ketika klorofil diaktifkan oleh foton (Pigmen ini menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm). Bila setiap foton diabsorbsi sebuah elektron dari klorofil a menjadi aktif sehingga dapat melompat dari klorofil a ke sebuah molekul penerima. Dalam hal ini molekul penerima memindahkannya pada suatu sistem transport elektron.

Bila sebuah elektron melewati sistem transport ini dari suatu molekul ke molekul berikutnya elektro secara bertahap kehilangan energinya. Energi ini akan digunakan untuk memompa ion hodrogen melintasi mebran masuk ke dalam lumen mebangun suatu chemiosmotic differential (perbedaan kemiosmotik). Energi bebas dari perbedaan ini akan digunakan untuk menambahkan fosfat inorganic pada ADP untuk membentuk ATP. Ketika elektro tiba pada akseptor terakhir, maka elektron akan kembalin ke molekul klorofil a. Oleh karena

Bahan Ajar Biologi Sel

109

KLOROPLAS

itu disebut dengan fosforilasi siklik. Fosforilasi siklik itu sendiri tidak dapat menunjukkan produksi glukosa bilatidak ada reaksi NADP+ menjadi NADPH.

Fosforilasi nonsiklik dimulai ketika fotosistem II kenyerap cahaya, suatu elektron akan dieksitasi ke tingkat energi yang ebih tinggi dalam klorofil di pusat reaksi (P680) dan ditangkao oleh akseptor eklektron primer. Selanjutnya suatu enzim yang mengektrasi elektron dari air engirimnya ke p680 mengganti setiap elektron yang keluar dari kolorofil ketika menyerap enerhi cahaya. Reaksi ini mengurai air menjadi dua ion hidrogen dan satu oksigen yang segera bergabung dengan ion oksigen lain membentuk o2. Setiap elektron yang terfoto eksitasi mengalir dati akseptor elektron primer fotosistem II ke fotosistemI melalui rantai transport elektron. Begitu elektron menuruni rantai tersebut, eksergoniknya jauth ke tingkat energi yang kebih rendah. Energi bebas yang ada selnajutnya oleh membran tilaoid digunakan untuk membentuk ATP.Siklus Calvin (Reaksi gelap)

Siklus Calvin terjadi dalam stroma, di mana terdapat sejumlah molekul yang mengandung karbon. Salah satunya dalah senyawa dengan 5 atom C yaitu ribulosa bifosfat (RuBP). Siklus ini di mulai ketika sebuah molekul RuBP secara enzimatik berikatan dengan molekul CO2 dari udara menghasilkan molekul antara 6 C yang sangat tidak stabil. Molekul ini segera terpecah menjadi du molekul 3 fosfogliserat (PG). karena itu setiam molekul CO2 yang bergabung dengan RuBP membentuk 12 PG. Pada saat inilah, ATP dan NADPH yang terbentuk pada reaksi cahaya mulai digunakan. Dua belas PG dari masing-masing molekul diperlukan untuk mereduksi PG menjadi fosfogliseraldehid (PGAL)

RANGKUMANFotosintesis adalah suatu proses yang dilakukan noleh beberapa organisme yang bersifat autortrof

dengan menggunakan cahaya matahari membuat bahan makanan dari molekul sederhana (CO2 dan H2O ) menjadi molekul yang lebih kompleks. Energi cahaya diserap oleh klorofil yang terdapat dalam kloroplas.

Di dalam kloroplas terdapat setumpuk cakram yang terbungkus membran tilakoid. Membran tilakoid mengandung antenna penangkap cahaya (fotosistem I dan II, sekelompok pigmen (klorofil a dan b serta karoten) dan sistem transport elektron).

Fotosintesis terdiri dari dua reaksi yaitu reaksi terang dan gelap. Reaksi terang menghasilkan ATP, NADPH dan O2 serta melepaskan molekul CO2 sedangkan reaksi gelap atau siklis Calvin menghasilkan PGAL yang akan dirubah menjadi glukosa.

LATIHAN1. Jelaskan struktur kloroplas2. Dimanakah temaot terjadinya reaksi terang dan gelap3. Apakah yang dihasilkan dari reaksi terang dan gelap.4. Jelaskan apa perbedaan fotosisten I dan II5. Jelaskan perbedaan fosforilasi siklik dan nonsiklik

SENARAI

Membran tilakoid : Membran bagian dalam kloroplas mengandung mesin transduksi energi yang tersusun dalam suatu kantong pipih. Tilakoid disusun oleh grana.

Reaksi terang : atau fotolisis merupakan tahapan fotosintesis di mana energi matahari diubah

menjadi energi kimia dan merupakan reaksi yang bergantung cahaya.Siklus Calvin : terjadi dalam stroma dan merupakan yang tidak bergantung cahaya

Bahan Ajar Biologi Sel

110