definisi beberapa konsep dalam fotosintesis reaksi terang fotosintesis (reaksi thylakoid)
DESCRIPTION
FOTOSINTESIS (pada tanaman tingkat tinggi). Definisi Beberapa konsep dalam fotosintesis Reaksi terang fotosintesis (reaksi thylakoid) Reaksi karbon fotosintesis (reaksi fiksasi karbon). Definisi - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
04/21/23 1
• Definisi
• Beberapa konsep dalam fotosintesis
• Reaksi terang fotosintesis (reaksi thylakoid)
• Reaksi karbon fotosintesis (reaksi fiksasi karbon)
FOTOSINTESIS(pada tanaman tingkat tinggi)
04/21/23 2
Definisi
• Fotosintesis adalah sebuah proses perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dalam
bentuk ATP dan disimpan sebagai ikatan kimia karbohidrat
• Produk utama proses fotosintesis adalah sebuah polimer gula 6 karbon (biasanya dalam
bentuk sukrosa atau pati)
• 6CO2 + 6 H20 6O2 + C6H12O6
04/21/23 4
• Cahaya memiliki sifat baik sebagai sebuah partikel maupun sebuah gelombang
• Gelombang dicirikan oleh panjang gelombang () dan frekuensi ()
Beberapa konsep dalam fotosintesis
04/21/23 6
• Sebagai sebuah partikel, cahaya disebut foton
• Setiap foton mengandung sejumlah energi yang disebut quantum
• Besarnya energi dari sebuah foton tergantung pada frekuensinya (Hk Planck)
04/21/23 7
Hukum Planck:
• = h
• = h c/
• dimana : h = konstanta Planck (6,626 x 10 –34 Js)
• Sehingga, energi sebuah foton berbanding terbalik dengan panjang
gelombangnya
04/21/23 8
• Ketika klorofil a (atau sembarang molekul) menyerap cahaya, energi cahaya
yang diserap menaikkan e- ke tingkat energi yang lebih tinggi (excited state)
• Chl + h Chl*
04/21/23 12
• Merupakan tempat berlangsungnya fotosintesis
• Terbungkus oleh dua lapis membran (luar dan dalam)
• Tersusun atas membran internal (yang disebut thylakoid) dan stroma
04/21/23 13
• Membran thylakoid terdiri dari lamela grana (bertumpuk) dan lamela stroma (tidak bertumpuk)
• Klorofil terletak di membran thylakoid, sehingga reaksi terang fotosintesis berlangsung di membran thylakoid
04/21/23 14
• Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh ensim-ensim yang larut dalam air,
berlangsung di stroma
• Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid
04/21/23 16
• Klorofil merupakan pigmen utama dalam fotosintesis, dan berperan sebagai
penangkap cahaya.
• Semua pigmen yang aktif dalam fotosintesis, terletak di dalam kloroplas
04/21/23 17
• Klorofil tersusun atas sebuah cincin seperti phorphyrin dengan inti Mg, dan
sebuah ekor panjang yang berfungsi untuk melekatkan diri pada
lingkungannya
04/21/23 19
1. Penyerapan cahaya
2H2O O2 + 4H+ +4 e-
2. Transport elektron
2H2O + 2NADP+ 2H+ + 2 NADPH + O2
cahaya
cahaya
Proses fotosintesis
04/21/23 21
• Fotosintesis terjadi dalam sebuah kompleks yang terdiri dari antena-antena penangkap cahaya dan pusat-pusat reaksi
fotokimia
04/21/23 22Antena
Pusat reaksi
Cahaya
Transfer eksitasi
Transfer elektron
Molekul pigmen Acceptor e -
Donor e -
04/21/23 24
Organisme yang melepaskan oksigen (melalui fotosintesis) memiliki dua
fotosistem (II & I) yang bekerja secara berturutan yang dikenal sebagai skema Z
(zigzag)
04/21/23 28
• PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2 di lumen thylakoid; serta
menghasilkan reduktan lemah
• P680* merupakan oksidan biologi paling kuat yang pernah ditemukan
04/21/23 29
• PSI yang menyerap cahaya merah panjang (700 nm) mengasilkan reduktan
kuat, yang mampu mereduksi NADP + menjadi NADPH di membran dekat
stroma; dan menghasilkan pula oksidan lemah
04/21/23 30
• ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen ke
stroma
• Perbandingan antara PSII dan PSI secara umum adalah 1,5 : 1
04/21/23 31
Organisasi Dalam Membran Thylakoid
• Pusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan antena klorofil dan
protein-protein yang berperan dalam transport elektron, terletak terutama di
lamela grana
04/21/23 32
• Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan antena klorofil dan
protein-protein yang berperan dalam transport elektron; dan ensim-ensim untuk sintesis ATP (coupling factor
enzymes) terletak terutama di lamela stroma dan di sudut-sudut lamela grana
04/21/23 35
Organisasi Sistem Antena Penyerap Cahaya
• Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena
• Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena
• Ukuran antena: 200-300 chl/rc di tanaman tingkat tinggi
04/21/23 36
• Mekanisme transfer energi dari chl ke rc adalah transfer resonansi, dimana
energi eksitasi dipindahkan oleh proses non radiasi
• effisiensi transfer energi 95 - 99 %
04/21/23 37
Mekanisme Transport Elektron Dan Proton Dalam Fotosintesis
• Reaksi terang fotosinthesis tersusun atas : PSII, sitokrom b6F, PSI dan ATP
synthase.
04/21/23 39
STRUKTUR PSII
• PSII terdiri atas inti pusat reaksi (core reaction centre), antena (dengan beberapa LHC), dan pigment-pigment
tambahan
• Inti pusat reaksi terdiri dari dua buah membran protein (D1 & D2)
04/21/23 40
• Klorofil (klorofil a) pusat reaksi PSII menyerap cahaya maksimal 680 nm
(P680/Pigment 680)
04/21/23 42
• Ketika PSII menyerap sebuah foton dengan panjang gelombang < 680 nm, akan memacu lepasnya elektron dari molekul chl a P680 dan menghasilkan
P680*
04/21/23 43
• P680* merupakan oksidan biologi paling kuat, yang cukup kuat untuk
mengoksidasi air
• Oksigen dioksidasi di dalam PSII melalui fotolisis air
• 2H2O O2 + 4H+ + 4 e-
04/21/23 44
• P680* kemudian akan melepaskan elektronnya, dan diterima oleh
pheophytin
• Pheophytin (Pheo) adalah sebuah klorofil dimana inti Mg disubstitusi dengan 2 atom H, berperan sebagai
akseptor elektron awal di PSII
04/21/23 45
• Kemudian, elektron dipindahkan dari Pheo ke quinon pertama dan segera
dipindahkan ke quinon kedua (untuk ditahan)
• (2 buah plastoquinon terletak sangat berdekatan dengan pheo)
• Pada saat yang bersamaan P680+ mendapatkan e- kembali dari hasil fotolisis
air, melalui Yz
04/21/23 46
• Thyrosin (Yz) berfungsi untuk menghubungkan Oxygen-evolving complex
dengan P680
• Yz terletak pada Protein D1 dari pusat reaksi PSII
04/21/23 47
• Sebuah elekron kedua di pindahkan dari Q1 ke Q2
• Dengan mengambil 2 proton dari media, maka terbentuk hidroquinon (QH2)
04/21/23 48
• Hidroquinon (QH2) kemudian terdisosiasi dan melepaskan elektron-elektronya ke kompleks sitokrom b6f
04/21/23 50
• Cyt b6f terdiri dari cyt b dan cyt c (cyt f/ Rieske Fe-S (FeSR))
• QH2 dioksidasi dekat lumen, kemudian elektron dilepaskan ke FeSR dan ke cyt b,
dan secara simultan melepaskan dua proton ke lumen.
04/21/23 51
• Elektron kemudian di transfer dari FeSR ke cyt f, kemudian ke plastocianin (PC) yang kemudian akan mereduksi
P700+ PSI
• cyt b terduksi, akan mentransfer elektronnya ke cyt b lain, yang kemudian
akan mereduksi quinone (Q) menjadi semiquinone
04/21/23 53
• QH2 kedua, dioksidasi dekat lumen, kemudian ekeltron dilepaskan ke FeSR
dan ke cyt b, dan secara simultan melepaskan dua proton ke lumen.
• Elektron kemudian di transfer dari FeSR ke cyt f, kemudian ke plastocianin (PC) yang kemudian akan mereduksi
P700+ PSI
04/21/23 54
• cyt b tereduksi, akan mentransfer elektronnya ke cyt b lain, yang kemudian
akan mereduksi semiquinone menjadi plastohydroquinone (QH2); pada saat
yang bersamaan mengambil 2 proton dari stroma
04/21/23 56
• Plastocianin adalah protein berukuran kecil (10,5 kDa), yang larut dalam air, mengandung tembaga (Cu), berfungsi
untuk mentransfer elektron dari cyt b6f ke P700
• Bersifat mobil, sehingga menghubungkan kedua buah fotosistem
Plastocianin
04/21/23 57
• Terdiri atas dua buah membran protein ( psaA dan psaB )
• RC (P700) dan sekitar 100 klorofil antena terikat pada membran protein tersebut
• Akseptor elektron terdiri dari 3 macam protein yang terikat membran atau
feredoksin yang mengandung Fe-S; dan disebut Pusat X, A dan B
PSI
04/21/23 58
• Elektron dilepaskan oleh PC dan ditransfer melalui pusat A dan X, untuk kemudian diterima oleh feredoksin (sebuah protein kecil yang mengandung Fe-S; dan larut dalam air)
• Feredoksin-NADP reduktase, yang terikat membran, kemudian merduksi NADP+ menjadi NADPH
04/21/23 59
• Perpindahan elektron dari oksidasi air ke pembentukan NADPH disebut
siklus elektron non-siklik
04/21/23 61
• Pada kondisi tertentu, siklus elektron siklik dari PSI melalui Cyt b6f dan kembali ke P700,
dapat terjadi
• Pada siklus siklik ini juga disertai pompa proton ke dalam lumen, sehingga dapat
berfungsi untuk sintesis ATP dan reduksi NADP+ tanpa oksidasi (fotolisis) air
• Summary
04/21/23 62
Pembentukan ATP
• Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi yang diserap disimpan
dalambentuk NADPH, sebagian lain dari energi photon digunakan untuk
membentuk ATP
• Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi
04/21/23 63
• Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kimoosmotik
• Mekanisme kimoosmotik (chemiosmotic mechanism) didasarkan
pada prinsip: bahwa perbedaan konsentrasi ion dan
potensial elektrik diantara membran, merupakan sumber energi bebas
04/21/23 64
• ATP dibentuk oleh kompleks ensim yang dikenal memiliki beberapa nama: ATP synthase, Coupling-Factor, ATPase,
CFo - CF1
• Ensim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan bagian yang mencuat keluar mebran disebut CF1
04/21/23 65
• CFo membentuk saluran menyeberangi membran, dimana proton mampu
melewatinya
• CF1 merupakan bagian dari kompleks ensim yang membentuk ATP
04/21/23 66
• Karena perbedaan konsentrasi proton antara lumen dan stroma, maka akan timbul sebuah tenaga (proton motive
force)
• Proton motive force akan mengakibatkan terjadinya perpindahan
proton dari lumen melalui CFo dan kemudian akan dilepaskan ke stroma
melalui CF1
04/21/23 67
• Sisi katalisis dari ATP synthase terletak di CF1, dimana pada saat sintesis ATP, sisi
ini akan berputar.