Bab 5

METABOLISME

Kk

Anabolisme

Produser dari Biosfer adalah Autotrof

Kehidupan di bumi dibagi dua kelompok yaitu Autotrof dan Heterotrof.

Autotrof :Kelompok organisme yang menggunakan karbon dioksida sebagai sumber karbonnya sendiri. Ia mampu mengubah molekul-molekul atau senyawa anorganik sederhana yaitu CO2 dan H2O menjadi senyawa organik kompleks yang kaya energi berupa gula atau glukosa dengan bantuan energi matahari.

Prosesnya dinamakan FOTOSINTESIS

Equation for Photosynthesis

Diperkirakan bahwa setiap tahun tumbuhan mengubah 600 bilyun ton karbondioksida nutrien organik dan menghasilkan 400 bilyun ton oksigen ke dalam lingkungan.

Organisme autotrof dapat membuat makanan sendiri dan menyokong dirinya sendiri tanpa mengkonsumsi molekul organik dari organisme lain.

Contoh : Tanaman, Alga, Protista tertentu, Beberapa jenis

bakteri.Bakteri lain, bersifat autotrof kemosintetis, ia mampu

mengubah senyawa anorganik (yang mengandung H; N; Fe; atau S) yang menyediakan elektron berenergi dan hidrogen untuk pembentukan karbohidrat.

Beberapa Macam Organisme Autotrof

Fotosintesis penting sekali bagi keberlangsungan kehidupan di muka bumi ini, karena merupakan suatu proses dimana sumber makanan dan oksigen dibentuk bagi hampir semua kehidupan.

Bahan bakar minyak yang dipakai sebagai energi kimia, mis. : penggerak kendaraan bermotor, sumbernya berasal dari fosil tumbuhan/hewan di masa lampau, yang pada akhirnya merupakan hasil fotosintesis.

Fotosintesis, mengubah energi matahari menjadi energi kimia dan menyimpannya dalam ikatan kimia dari molekul gula, yang menyediakan energi untuk penggunaan selanjutnya atau sebagai bahan dasar biosintesis.

Heterotrof :Kelompok organisme yang tidak mampu membuat makanan sendiri dari senyawa anorganik sederhana menjadi senyawa organik kompleks. Ia hanya memakan/memanfaatkan senyawa organik yang sudah ada/jadi, berupa tumbuhan atau hewan lainnya.

Lebih dari 80% spesies organisme hidup tergolong heterotrof.

Fotosintesis terjadi dalam kloroplas pada sel tanaman. Semua bagian tanaman yang berwarna hijau mengandung kloroplas pada selnya dan dapat melangsungkan proses fotosintesis. Warna hijau → klorofil.

Kloroplas paling banyak terdapat pada organ daun (± 0,5 juta/mm2 permukaan daun), merupakan tempat utama fotosintesis.

Lokasi & struktur kloroplas

Karbondioksida masuk ke dalam daun dan oksigen keluar melalui pori kecil, stomata. Sedangkan air yang diabsorbsi oleh akar dikirim ke daun melalui jaringan pembuluh.

Kloroplas terkonsentrasi dalam sel-sel mesofil, jaringan hijau pada bagian dalam daun. Setiap sel mesofil mengandung 60 kloroplas.

KLOROPLAS

Struktur kloroplas terdiri dari dua lapis : Membran Luar dan Membran Dalam. Di dalamnya terdapat Grana yang berpigmen (klorofil) untuk mengabsorbsi energi sinar matahari.

KLOROFIL

a. Mengabsorbsi sinar biru – violet dan merah berperan dalam Reaksi Terang

b. Terutama mengabsorbsi sinar biru dan oranye dan merefleksikan sinar kuning - hijau

Karotenoid, mengabsorbsi terutama sinar kuning - orange.

Pigmen penyerap cahaya dalam kloroplas yang memainkan peran utama dalam konversi energi matahari menjadi energi kimia.

THYLAKOID

Tilakoid merupakan sistem pembangkit energi dari kloroplas bukan hanya karena mengandung klorofil, tetapi juga sitokrom (sistem transpor elektron) yang berhubungan dengan pembentukan ATP dan NADPH.

STROMA & GRANA

Stroma mengandung banyak enzim yang terlarut yang mereduksi karbondioksida menjadi molekul organik CH2O atau gula. Dengan kata lain, karbohidrat diproduksi oleh fotosintesis yang dibentuk di dalam stroma.

Grana merupakan tumpukan kantong bermembran dinamakan tilakoid (thylakoid). Setiap tilakoid mempunyai ruangan. Granum satu sama lain dihubungkan oleh lamela stroma. Pigmen lain selain klorofil : karotenoid.

Tanaman Memproduksi Gas O2 melalui Pemecahan Air.

Gas O2 yang dihasilkan selama proses fotosintesis terlihat berupa gelembung-gelembung yang menutupi daun pada tanaman air.

Ilmuwan lain (1950), melakukan penelitian untuk menguji hipotesis ini dengan menggunakan isotop dari oksigen, yaitu 18O.

Eksperimen 1 :

Para ilmuwan pertama kali (1880) berasumsi bahwa O2

yang dihasilkan dalam proses fotosintesis berasal dari pemecahan CO2.

→ Penggunaan isotop sebagai tracer dalam penelitian Biologi yang pertama kali dilakukan.

Eksperimen 2 :

Tanaman diberi CO2 mengandung 18O → O2 tanpa label 18O.

Tanaman diberi H2O mengandung 18O → O2 dengan label 18O.

Pada reaksi fotosintesis, H2O bertindak sebagai reaktan dan produk.

Eksperimen lain menunjukkan bahwa atom oksigen pada CO2 dan hidrogen pada molekul reaktan H2O berakhir pada molekul gula dan air yang baru dibentuk.

Fotosintesis, seperti halnya respirasi seluler, merupakan suatu proses redoks.

Fotosintesis terdiri dari dua proses, yaitu :

Reaksi Terang dan Reaksi Gelap Reaksi Terang

Energi sinar matahari digunakan untuk membentuk ATP dan NADPH dari ADP, P2, NADP+ dan Air.Gas oksigen yang dihasilkan berasal dari air sebagai hasil sampingan.

→ membram tilakoid. Reaksi Gelap (Siklus Calvin, trace CO2 dengan

14C)Pada reaksi gelap, ATP dan NADPH hasil reaksi terang menyediakan energi dan elektron untuk mengubah molekul karbondioksida menjadi molekul-molekul karbohidrat yang kaya energi (energi kimia).

→ stroma.

Dua Tahapan Proses Fotosintesis Dihubungkan oleh ATP dan NADPH.

SINAR MATAHARISinar matahari berperan paling utama dalam fotosintesis. Sinar matahari merupakan suatu tipe energi Radiasi atau Energi Elektromagnetik.

Panjang gelombang sinar matahari yang berperan dalam fotosintesis adalah sinar yang tampak oleh mata (berwarna) dan diabsorbsi oleh grana terutama diantara Biru – Violet dan Merah – Oranye (panjang gelombang diantara 380 m - 700 m).

Apa yang terjadi pada sinar tampak dalam kloroplas?

Pigmen (molekul penangkap cahaya; terdapat pada membran tilakoid), menangkap cahaya dengan panjang gelombang tertentu dan memantulkan atau meneruskan panjang gelombang yang lain.

Fotosistem Menangkap Energi Matahari.

The parts of a photosystem

FOTOSISTEM

Membran kloroplas mengandung 2 tipe, yaitu fotosistem I dan fotosistem II dengan masing-masing pusat reaksinya P700 dan P680 (P-Pigment, 700 panjang gelombang yang paling kuat diabsorbsi).

Dalam fotosistem, sinar matahari diabsorbsi oleh pigmen-pigmen antena dan energi ditransfer ke pigmen pusat reaksi, mendorong elektron berenergi, diteruskan dan ditangkap oleh molekul akseptor elektron.

(Pada tahap ini dihasilkan ATP dan NADPH dan akhirnya dibentuk karbohidrat yang kaya energi.)

Fotosistem I dan II Dihubungkan oleh Rantai Transpor Elektron Menghasilkan ATP dan

NADPH.

Cyclic electron flow generates ATP using only one photosystem

Non cyclic elecron flow uses two photosystems and generates ATP, NADPH, and O2

Analogi Mekanik dari Reaksi Terang.(Bagaimana fotosistem I dan II bekerjasama

membentuk ATP dan NADPH).

Produksi ATP oleh Kemiosmosis pada Reaksi Terang.

Produksi ATP oleh kemiosmosis → fotofosforilasi.

ATP and NADPH Power Sugar Synthesis in the Calvin Cycle.

Proses produksi makanan :

Karbon berasal dari CO2 (dari udara), energi dari ATP, dan elektron berenergi tinggi dari NADPH (keduanya dihasilkan oleh reaksi terang) melalui siklus Calvin diproses menjadi gula 3 karbon yang kaya akan energi (G3P).G3P → glukosa dan molekul organik lain yang dibutuhkan.

Review : Fotosintesis menggunakan Energi Cahaya, CO2,

dan H2O untuk Membuat Molekul Makanan.Tanaman menggunakan ± 50% karbohidrat yang diproduksi sebagai bahan untuk respirasi seluler.Fotosintesis merupakan sumber utama dari makanan yang kita makan dan oksigen yang kita hirup.

Fotosintesis mengurangi

pemanasan global.