fotosintesis (reaksi gelap dan terang )

28
RESUME BIOKIMIA II “REAKSI FOTOSINTESIS” DISUSUN OLEH 1. SOFIAH MAWADDATI (E1M012062) 2. ASTERIA EWINDA PA (E1M0120) 3. ADRIYAN MUTMAYANI (E1M012001) 4. YULIANA FIRDAUS (E1M012069) 5. INDRASWARI (E1M012026) 6. MUHAMMAD WATONI (E1M012040) PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

Upload: vhyamawaddati

Post on 26-Jul-2015

269 views

Category:

Education


14 download

TRANSCRIPT

RESUME

BIOKIMIA II

“REAKSI FOTOSINTESIS”

DISUSUN OLEH

1. SOFIAH MAWADDATI (E1M012062)

2. ASTERIA EWINDA PA (E1M0120)

3. ADRIYAN MUTMAYANI (E1M012001)

4. YULIANA FIRDAUS (E1M012069)

5. INDRASWARI (E1M012026)

6. MUHAMMAD WATONI (E1M012040)

PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS MATARAM

2015

FOTOSINTESIS

A. Sejarah Penemuan Fotosintesis

Pada awalnya, orang menganggap bahwa akar “memakan“ tanah, seperti yang

dikemukakan oleh Aristoteles. Tumbuhan hijau memperoleh zat-zat makanan dari dalam

tanah, yaitu yang berasal dari perombakan atau penguraian  organisme yang telah mati.

Penguraian organisme mati menjadi bahan yang dapat diserap oleh akar tumbuhan hijau

dilakukan oleh mikroorganisme.

Konsep fotosintesis dimulai pada abad ke-17 ketika Jan Van Helmont menyatakan

bahwa pertumbuhan dari tumbuhan disebabkan karena adanya air dan bukan disebabkan

oleh tanah. Kemudian, pada tahun 1772, Joseph Priestley seorang ahli kimia dan pendeta

berkebangsaan Inggris, melakukan penelitian dan menemukan bahwa ketika ia menutup

sebuah lilin menyala dengan sebuah toples terbalik, nyalanya akan mati sebelum lilinnya

habis terbakar. Ia kemudian menemukan bila ia meletakkan tikus dalam toples terbalik

bersama lilin, tikus itu akan mati lemas. Dari kedua percobaan itu, Priestley

menyimpulkan bahwa nyala lilin telah "merusak" udara di  dalam toples itu dan telah

menyebabkan matinya tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yang telah

“dirusak” oleh lilin tersebut dapat “dipulihkan” oleh tumbuhan. Ia juga menunjukkan

bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples tertutup asalkan di dalamnya juga terdapat

tumbuhan. Selanjutnya, kita mengetahui bahwa tumbuhan menggunakan karbon dioksida

yang dikeluarkan oleh hewan dan manusia, sedangkan hewan dan manusia menyerap

oksigen yang dihasilkan oleh tumbuhan.

Selanjutnya, pada tahun 1778, Jan Ingenhousz seorang dokter kerajaan Austria,

mengulangi eksperimen Priestley. Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari juga

berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat “memulihkan” udara yang "rusak". Ia juga

menemukan bahwa tumbuhan juga “mengotori udara” pada keadaan gelap sehingga ia

lalu menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk

mencegah kemungkinan dapat meracuni penghuninya. Ingenhousz membuktikan bahwa

pada proses fotosintesis dilepaskan gas oksigen. Hal ini dibuktikan dengan percobaan

menggunakan tanaman air yaitu Hydrilla verticillata di bawah corong terbalik. Jika

tanaman tersebut kena cahaya, timbulah gelembung-gelembung udara yang akhirnya

mengumpul di dasar tabung reaksi.

Pada tahun 1782, Jean Senebier menyebutkan bahwa gas yang dibutuhkan oleh

tumbuhan untuk fotosintesis adalah karbon dioksida yang merupakan sumber karbon bagi

tumbuhan hijau. Pada tahun 1842, Julius Robert Mayer menyatakan bahwa energi cahaya

matahari yang diserap oleh tumbuhan hijau selanjutnya diubah menjadi energi kimia.

            Pada tahun 1860, Julius Von Sachs membuktikan bahwa pada fotosintesis akan

terbentuk karbohidrat atau amillum. Pada tahun 1905, Frederick Blackman menunjukan

bahwa pada proses fotosintesis terjadi reaksi gelap yang tidak membutuhkan cahaya.

Dan pada tahun 1937, Robert Hill berhasil mengikuti kegiatan kloroplas yang telah

dipisahkan dari sel hidup. Kloroplas itu jika disinari mampu menghasilan oksigen.

B. Pengertian Fotosintesis

Fotosintesis berasal dari bahasa Yunani, yakni foto dan synthesis. Foto dapat

diartikan sebagai cahaya sedangkan synthesis merupakan kata yang bermakna

menggabungkan atau penggabungan. Secara sederhana, fotosintesis bisa diartikan sebagai

proses pembuatan makanan yang dilakukan oleh tumbuhan berwarna hijau dengan

melibatkan atau tidak cahaya matahari di dalamnya. Dan secara luas, bahwa fotosintesis

adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang

dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara,

karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari.

Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam

fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi.

Suatu organisme yang dapat melakukan proses fotosintesis dikenal dengan nama fototrof.

Dan proses fotosintesis dapat terjadi pada tumbuhan hijau yang bersifat autotrof yakni

dapat menyusun makanannya sendiri. Pada umumnya fotosintesis terjadi di daun,

walaupun pada beberapa pohon fotosintesis dapat terjadi pada bagian batang atau

diseluruh bagian tumbuhan yang mengandung klorofil. Yang mana, tumbuhan akan

menangkap cahaya dengan menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah

yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil ini terdapat dalam organel yang

disebut kloroplas. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang

disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Dimana, membran

stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang

disebut lokuli. Membran tilakoid ini tersusun dari lapisan fosfolipid bilayer yang diatur

menjadi kantung-kantung pipih yang ditumpuk jadi satu. Dan lamela-lamela yang

bertumpuk-tumpuk atau struktur tumpukan itu disebut grana. Maka, digrana dan

membran tilakoidlah tempat yang mengandung klorofil.

Kemudian klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam

fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung

kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan

sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter

perseginya. Dimana  cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang

transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses

fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air

untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang

berlebihan. Dalam proses fotosintesis juga, tumbuhan akan menyerap molekul

karbondioksida diudara dan air dari tanah melalui daunnya yang nantinya akan

menghasilkan gula dan juga oksigen. Kedua senyawa tersebut kemudian akan digunakan

sebagai penyokong pertumbuhannnya. Sehingga persamaan rekaksi yang terjadi dalam

proses fotosintesis adalah sebagai berikut:

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

C. Tahap – tahap Proses Fotosintesis

Pada dasarnya rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian

utama yaitu reaksi terang (memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya

tetapi memerlukan karbondioksida).

1. Reaksi Terang

Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari (energi cahaya) akan diserap

oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untuk mensintesis NADPH dan ATP) di

dalam kloroplas. Sehingga dalam reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari.

Reaksi terang terjadi di dalam grana, persisnya di membran tilakoid. Salah satu pigmen

yang berperan secara langsung dalam reaksi terang adalah klorofil a. Kemudian didalam

membran tilakoid, klorofil bersama-sama dengan protein dan molekul organik

berukuran kecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem. Beberapa ratus

klorofil a, klorofil b, dan karotenoid membentuk suatu kumpulan sebagai “pengumpul

cahaya” yang disebut kompleks antena. Sebelum sampai ke pusat reaksi, energi dari

partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul

pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi

sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesis pertama kalinya.

Sehingga dalam reaksi terang ini, melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja

sama, yaitu fotosistem I dan II. Setiap fotosistem tersebut mempunyai klorofil pusat reaksi

yang berbeda, tergantung dari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofil

pusat pada fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini

optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700nm (spektrumnya sangat merah),

sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada

panjang gelombang 680nm (spektrum merah). Fotosistem I berfungsi untuk menghasilkan

NADPH sedangkan fotosistem II berfungsi untuk membuat potensial oksidasi cukup tinggi

sehingga bisa memecah air.

Pada reaksi terang, terdapat 2 kemungkinan aliran elektron yang dapat terjadi,

antara lain:

a) Aliran Elektron Non-siklik

Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II

menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi menuju

molekul khusus yang disebut akseptor elektron primer dan menyebabkan muatan

menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil elektron

dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Dimana molekul Air (H2O) diuraikan atau

dipecahkan oleh oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim menjadi 2 ion

hidrogen dan 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2. Hal ini akan mengakibatkan

pelepasan H+ di lumen tilakoid.

Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi

plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang

terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan

elektron dari PS II ke suatu pompa H+ yang disebut sitokrom b6-f kompleks. Reaksi

keseluruhan yang terjadi di PS II adalah :

2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 + 2PQH2

Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I

dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah bergerak

dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Maka akan

menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi yang

terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah

2PQH2 + 4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H+ (lumen)

Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I.

Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, yang menerima elektron

yang berasal dari H2O melalui kompleks inti PS II lebih dahulu. Adanya aliran

elektron ini, menyebabkan Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid

akan masuk ke dalam ATP sintase. Masuknya H+ pada ATP sintase akan membuat

ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi) menjadi ATP.

Pembentukan ATP yang menggunakan energi cahaya melalui aliran elektron non

siklis pada reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non siklis. Reaksi keseluruhan

yang terjadi pada reaksi terang adalah sebagai berikut

Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O → ATP + NADPH + 3H+ + O2

Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkap oleh

akseptor primer fotosistem I. maka elektronnya tereksitasi. Sehingga tempat yang

kosong elektron segera ditempatin olek elektron dari Fotosistem II. Kemudian pada

PS I Elektron yang tereksitasi dipindahakan melalui rantai transport elektron ke-dua,

yaitu menuju protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Ferredoxin

tereduksi membawa elektron dengan potensial yang tinggi kemudian ditangkap oleh

enzim NADP+ reduktase mentransfer elektron ke NADP+ sehingga membentuk

NADPH. Sehingga reaksinya adalah:

4Fd (Fe2+) + 2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+) + 2NADPH

b) Aliran elektron siklik

Pada aliran elektron siklis ini, bermula dari P700 yang menerima cahaya,

elektron yang lepas dari akseptor primer fotosistem I diterima feredoksin tetapi tidak

diberikan ke NADP melainkan ke sitokrom, dan plastosianin. Oleh karena itu, pada

aliran siklis ini menyebabkan produksi ATP bertambah tetapi tidak

terbentuk NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2. Proses

pembentukan ATP melalui aliran siklis ini disebut fotofosforilasi siklis.

Dengan demikian, dari reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH, dan O2

2. Reaksi Gelap

Reaksi gelap terjadi pada stroma kloroplas, karena enzim-enzim untuk fiksasi CO2

pada stroma kloroplas tidak memerlukan cahaya tetapi membutuhkan ATP dan NADPH

yang dihasilkan dari reaksi terang. Reaksi ini membentuk gula dari bahan dasar

CO2 yang diperoleh dari udara dan energi yang diperoleh dari reaksi terang. Reaksi

gelap tidak membutuhkan cahaya matahari, tetapi tidak dapat berlangsung jika belum

terjadi siklus terang karena energi yang dipakai berasal dari reaksi terang.

Ada dua macam siklus yang terjadi pada reaksi gelap, yaitu siklus Calvin-Benson

dan siklus Hatch-Slack. Pada siklus Calvin-Benson, tumbuhan menghasilkan senyawa

dengan jumlah atom karbon tiga, yaitu senyawa 3-fosfogliserat. Siklus ini dibantu oleh

enzim rubisco. Sedangkan pada siklus Hatch-Slack, tumbuhan menghasilkan senyawa

dengan jumlah atom karbon empat. Enzim yang berperan adalah pada siklus ini adalah

enzim phosphoenolpyruvate carboxylase.

Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus Calvin yang mengikat

karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan kemudian menjadi gula seperti

glukosa). Dimana CO2 diikat (fiksasi) oleh ribulosa difosfat karboksilase (RuBP) untuk

membentuk 3-fosfogliserat. RuBP merupakan enzim alosetrik yang distimulasi oleh

tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari pencahayaan kloroplas. Pertama, reaksi dari

enzim ini distimulasi oleh peningkatan pH. Jika kloroplas diberi cahaya, ion H+

ditranspor dari stroma ke dalam tilakoid menghasilkan peningkatan pH stroma yang

menstimulasi enzim karboksilase yang terletak di permukaan luar membran tilakoid.

Kedua, reaksi ini distimulasi oleh Mg2+, yang memasuki stroma daun sebagai ion H+,

jika kloroplas diberi cahaya. Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh NADPH, yang

dihasilkan oleh fotosistem I selama pemberian cahaya.

Pada reaksi gelap ini melewati 3 proses yaitu karboksilasi, reduksi, dan

regenerasi.

1. Karboksilasi

Pada fase ini, CO2 diikat (fiksasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP)

yang memiliki atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat satu atom C (C-1)

maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan

yang tidak stabil. Kemudian pecah menjadi 2 senyawa 3-fosforgliseradehida (3-

PGA).

2. Reduksi

Selanjutnya 2 senyawa dalam 3-fosforgliseradehida (3-PGA) bereaksi atau

difosforilasi oleh ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. Kemudian 1,3 bifosfogliserat

difosforilasi lagi oleh NADPH membentuk gliseradehida 3-fosfat (PGAL/ G3P )

yang dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan keluar sebagai

molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yang diperlukan tumbuhan,

sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan masuk ke tahapan regenerasi.

3. Regenerasi

Pada tahapan terakhir siklus Calvin ini, RuBP sebagai pengikat CO2 dibentuk

kembali oleh 5 molekul G3P yang bereaksi dengan ATP. RuBP siap untuk

mengikat CO2 kembali dan siklus Calvin dapat berlanjut kembali. Dengan

demikian, molekul gula tidak akan terbentuk hanya dengan reaksi terang atau siklus

Calvin saja. Namun, siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, dan kembali regenerasi

lagi. Jadi untuk membentuk 1 molekul glukosa maka dibutuhkan sebanyak 6 kali

siklus (siklus Calvin) dengan menangkap sebanyak 6 molekul 6CO2, reaksinya

sebagai berikut.

6CO2 + 6H2O ———> C6H12O6 + 6O2

Produk akhir dari siklus gelap yaitu diperoleh glukos yang dipakai tumbuhan

untuk aktivitasnya atau disimpan sebagai cadangan energi.

Gambar : Siklus Calvin

Perbedaan antara Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

Reaksi Tempat Melibatkan Proses HasilTerang Grana Cahaya

Klorofil ADP H2O NADP

Eksitasi e-

fotolisis ATP NADPH2

O2

Gelap Stroma CO2

RUBP/RDP ATP NADPH

Fiksasi Siklus

Calvin

APG ALPG C6H12O6

D. Tipe – Tipe Fotosintesis

Berdasarkan metabolisme fotosintesis dan anatomi daunnya, tumbuhan

dikelompokkan menjadi :

1. Tanaman C3

Tanaman C3 mempunyai efisiensi fotosintesis yang rendah karena enzim Rubisco

mempunyai peran ganda, yaitu untuk pengikatan CO2 dan pengaktifan oksigenase

dalam fotorespirasi. Pada tanaman C3, pemanfaatan CO2 hanya sebesar 50% karena

adanya fotorespirasi sehingga efisiensi fotosintesis rendah.

Pada tanaman tipe ini, senyawa pertama yang dibentuk dari hasil fiksasai CO2 dari

luar (udara / atmosfir) adalah senyawa asam organik 3 karbon (3-C), yaitu asam

fosfogliserat (PGA). Proses reaksi ini langsung menjadi bagian dari daur Calvin. Enzim

yang membantu pengikatan CO2 adalah RubisCo (Ribulosa Bifosfat Karboksilase

Oksigenase). Oleh RubisCo, CO2 digabungkan dengan senyawa gula sederhana 5-C

yaitu Ribulosa di(bi)-fosfat (Ru-BP).

Adapun anatomi tumbuhan C3, antara lain :

Tidak mempunyai kloroplas dalam sel-sel berkas upih (vascular sheath cells)

Kloroplasnya sama dengan kloroplas dalam sel-sel mesofil

Beradaptasi terhadap kawasan sejuk, dan lembab ke panas

Respirasi terjadi pada waktu siang

Kebanyakan tumbuhan yang menggunakan fotosintesis C3 biasanya adalah

tanaman yang umumnya berada di wilayah dingin, bisa berfotosintesis lebih baik dari

tanaman C4 di bawah 25oC .Contoh tanaman yang tergolong C3 adalah padi, gandum,

dan kedelai.

Gambar : Daur Tanaman C3

2. Tanaman C4

Tumbuhan C4 dinamakan demikian karena tumbuhan itu mendahului siklus Calvin

yang menghasilkan asam berkarbon - 4 seperti oxalacetate, malate, dan aspartate

sebagai hasil pertama fiksasi CO2. Yang mana, pada tanaman C4 senyawa pertama

dibentuk dari fiksasi karbon dari udara bebas dengan senyawa PEP (fosfoenol-piruvat ;

senyawa 3-C) adalah asam organik 4 karbon (4-C), yaitu Asam Oksaloasetat (OAA).

Enzim yang terlibat adalaah PEP-karboksilase. Senyawa OAA akan segera diubah

menjadi asam malat atau aspartat. Selanjutnya, kedua senyawa tersebut yang memiliki

karbon empat melepaskan CO2 yang diasimilasi ulang kedalam materi organik oleh

robisco dan siklus Calvin . Artinya, CO2 yang ditangkap oleh enzim RubisCo untuk

membentuk zat gula dalam daur Calvin tidak langsung diambil dari CO2 udara bebas,

melainkan dari hasil pemecahan asam Malat atau asam Aspartat. Dengan demikian

fotosintesis C4 meminimumkan fotorespirasi dan meningkatkan produksi gula ( karena

pada tumbuhan C4 memerlukan 30 molekul ATP untuk pembentukan satu molekul

glukosa sedangkan pada tumbuhan C-3 hanya memerlukan 18 molekul ATP).

Pada tumbuhan yang tipe fotosintesisnya C-4 (tumbuhan C-4), peristiwa

pengikatan CO2 udara bebas terjadi di sel-sel mesofil daun. Sedangkan reaksi

penyusunan zat gula (daur Calvin) terjadi di sel-sel seludang berkas angkutan di daun.

Jadi ada proses transpor asam organik sumber CO2, yaitu transpor asam malat atau

aspartat, dari daerah sel-sel mesofil daun menuju sel seludang berkas melalui

plasmodesmata. Bentuk timbunan sumber CO2 ini tergantung dari jenis tumbuhan C-4

nya.

Penemu adanya tipe fotosintesis ini adalah Hatch and Slack, maka daur

fotosintesisnya juga disebut daur Hatch – Slack. Pada tumbuhan C-4, zat gula dibentuk

atau ditemukan di sel seludang berkas, bukan di sel mesofil daun. Pada tumbuhan C4

terdapat pembagian tugas antara 2 jenis sel fotosintetik, yakni :

sel mesofil

sel-sel bundle sheath/ sel seludang-berkas pembuluh.

Sel seludang berkas pembuluh disusun menjadi kemasan yang sangat padat

disekitar berkas pembuluh. Diantara seludang-berkas pembuluh dan permukaan daun

terdapat sel mesofil yang tersusun agak longgar.

Adaptasi ini sangat bermanfaat dalam daerah panas dengan cahaya matahari yang

banyak, dan dilingkungan seperti inilah tumbuhan C4 sering muncul dan tumbuh subur.

Sebagian spesies C4 adalah tebu, jagung, dan anggota rumput – rumputan.

Gambar : Anatomi daun tumbuhan C4

Gambar: Daur Tanaman C4

Perbedaan Tumbuhan C3 dan C4

No Hal Tumbuhan C3 Tumbuhan C4

1 Daun calvin Ada Ada

(di matrik stroma

kloroplas sel mesofil)

(di matrik stroma

kloroplas sel seludang)

2 Penerima CO2 dari udara bebas Ru-BP PEP

3 Enzim pengikat CO2 di udara bebas RubisCo PEP karboksilase

4 Produk awal fiksasi CO2 udara Asam fosfo-gliserat

(PGA)

Asam Oksalo-asetat

(OAA)

5 Daya ikat enzim karboksilase

terhadap CO2

Sedang Besar

6 Tempat fotosintesis Jaringan mesofil saja Mesofil dan seludang

berkas

7 Kloroplas Satu jenis, grana-

stroma berkembang

Dua Jenis :

- Kloroplas mesofil

kecil

- Kloroplas sel seludang

besar, tetapi grana

8 Penghambatan daya fotosintesis

oleh O2 (fotorespirasi)

Besar Kecil

3. Tumbuhan CAM

Selain tipe C3 dan C4, terdapat tipe fotosintesis lain, yaitu tipe Crassulacean Acid

Metabolism (CAM). Fotosintesis tipe CAM pada dasarnya mirip dengan tipe C-4,

dilakukan oleh beberapa golongan tumbuhan yang hidup di gurun. Karena digurun

memiliki kondisi udara (klimatik) dan tanah (edafik) yang sangat ekstrim. Yang mana

pada siang hari, matahari sangat terik, udara panas, dan udara kering (kelembaban

rendah). Di samping itu, tanah gurun sangat kering, tandus dan berbatu. Sehingga untuk

menghindari kehilangan air jaringan yang berlebih, maka stoma menutup di siang hari

dan membuka di malam hari. Contoh tumbuhan CAM ialah nanas, kaktus,dan lain –

lain.

Oleh karena itu, fotosintesis tumbuhan CAM terjadi dalam dua waktu, yaitu siang

dan malam. Yang mana, pada saat stoma  terbuka (malam hari), tumbuhan

mengikatkan CO2 pada berbagai asam organik. Hasil fiksasi CO2 dari udara bebas

adalah berupa asam organik 4-C, yaitu OAA, seperti pada tumbuhan C-4 umumnya.

OAA ini akan segera diubah menjadi asam malat dan ditimbun atau disimpan dalam

vakuola sel mesofil sampai pagi hari. Kemudian, pada siang hari (stomata tertutup),

reaksi terang dapat memasok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asam

malat akan pecah untuk melepaskan CO2 dan memasuki molekul gula (RuBP)

dalam kloroplas.

Dengan demikian, fiksasi CO2 dilakukan pada malam hari saat stoma membuka.

Sedangkan siangnya terjadi aktivitas penyusunan zat gula melalui daur Calvin. Maka,

baik tumbuhan C3, C4, maupun CAM akan menggunakan siklus Calvin setelah

fiksasi CO2, untuk membentuk molekul gula dari karbondioksida.

Gambar: Daur Tanaman C4

E. Fotorespirasi

Fotorespirasi adalah sejenis respirasi pada tumbuhan yang dibangkitkan oleh

penerimaan cahaya yang diterima oleh daun. Diketahui pula bahwa kebutuhan energi dan

ketersediaan oksigen dalam sel juga mempengaruhi fotorespirasi. Walaupun menyerupai

respirasi (pernafasan) biasa, yaitu proses oksidasi yang melibatkan oksigen, mekanisme

respirasi karena rangsangan cahaya ini agak berbeda dan dianggap sebagai proses fisiologi

tersendiri.

Fotorespirasi  Merupakan reaksi anomali yang terjadi berupa pengikatan O2 oleh

Rubisco melalui RuBP Proses yang disebut juga "asimilasi cahaya oksidatif" ini terjadi

pada sel-sel mesofil daun dan diketahui merupakan gejala umum pada tumbuhan C3,

seperti kedelai dan padi. Lebih jauh, proses ini hanya terjadi pada stroma dari kloroplas,

dan didukung oleh peroksisom dan mitokondria.

Secara biokimia, proses fotorespirasi merupakan cabang dari jalur glikolat. Enzim

utama yang terlibat adalah enzim yang sama dalam proses reaksi gelap fotosintesis,

Rubisco (ribulosa-bifosfat karboksilase-oksigenase). Rubisco memiliki dua sisi aktif: sisi

karboksilase yang aktif pada fotosintesis dan sisi oksigenase yang aktif pada fotorespirasi.

Kedua proses yang terjadi pada stroma ini juga memerlukan substrat yang sama, ribulosa

bifosfat (RuBP), dan juga dipengaruhi secara positif oleh konsentrasi ion Magnesium dan

derajat keasaman (pH) sel. Dengan demikian fotorespirasi menjadi pesaing bagi

fotosintesis, suatu kondisi yang tidak disukai kalangan pertanian, karena mengurangi

akumulasi energi. Jika kadar CO2 dalam sel rendah (misalnya karena meningkatnya

penyinaran dan suhu sehingga laju produksi oksigen sangat tinggi dan stomata menutup),

RuBP akan dipecah oleh Rubisco menjadi P-glikolat dan P-gliserat (dengan melibatkan

satu molekul air menjadi glikolat dan P-OH). P-gliserat (P dibaca "fosfo") akan

didefosforilasi oleh ADP sehingga membentuk ATP. P-glikolat memasuki proses agak

rumit menuju peroksisoma, lalu mitokondria, lalu kembali ke peroksisoma untuk diubah

menjadi serin, lalu gliserat. Gliserat masuk kembali ke kloroplas untuk diproses secara

normal oleh siklus Calvin menjadi gliseraldehid-3-fosfat (G3P)

F. Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Laju Fotosintesis

Beberapa faktor yang mempengaruhi proses fotosintesis dibagi menjadi 9 bagian

diantaranya :

1. Cahaya

Cahaya merupakan sumber energi untuk proses fotosintesis. Energi cahaya yang

diserap oleh tumbuhan tergantung pada intensitas sumber cahaya, panjang gelombang

cahaya, dan lamanya penyinaran yang terjadi. Pada batas-batas tertentu, semakin tinggi

intensitas cahaya matahari maka semakin banyak energi cahaya yang diserap oleh

klorofil, sehingga laju fotosintesis semakin meningkat. Cahaya matahari dengan

intensitas terlalu tinggi akan menimbulkan kerusakan pada klorofil.

2. Kadar air

Kekurangan air atau kekeringan dapat menyebabkan stomata atau mulut daun

menjadi tertutup, dan dapat menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga

mengurangi laju proses fotosintesis.

3. Konsentrasi Karbon Dioksida

Laju fotosintesis akan dapat ditingkatkan dengan meningkatkan CO2 atau karbon

dioksida udara. Semakin banyak CO2, maka semakin baiklah proses fotosintesis.

Namun, kadar karbon dioksida yang terlalu tinggi dapat meracuni atau menyebabkan

stomata tertutup, sehingga laju fotosintesis menjadi terhambat. Untuk itu, kenaikkan

karbondioksida atau CO2 harus disesuaikan dengan intensitas cahaya. Jika konsentrasi

karbondioksida tidak mencukupi laju fotosintesis akan turun. Apabila konsentrasi

karbondioksida ditingkatkan pelan-pelan maka laju fotosintesis akan meningkat hingga

pada tingkat tertentu.

4. Suhu

Suhu mempengaruhi kerja enzim untuk fotosintesis. Bila suhu naik 100 , kerja

enzim meningkat dua kali lipat. Hal ini terjadi pada suhu tertentu, bila suhu terlalu

tinggi, justru merusak enzim. Kebanyakan tumbuhan mengadakan fotosintesis dengan

baik pada kisaran suhu 10-350.

5.  Oksigen

Kenaikan kadar oksigen dapat menghambat fotosintesis karena oksigen

merupakan komponen untuk respirasi. Oksigen akan bersaing dengan karbondioksida

untuk mendapat hidrogen.

6. Kandungan Klorofil

Kandungan klorofil dari setiap tumbuhan berbeda-beda. Untuk membedakannya

dapat dilihat pada warna daun. Daun yang menguning atau berwarna kekuningan berarti

kadar klorofilnya relatif masih sangat  kurang. Sebaliknya, jika daun berwarna hijau,

maka daun tersebut memiliki kadar klorofil yang relatif tinggi. Jika kekurangan klorofil,

maka akan menurunkan laju fotosintesis. Dalam memenuhi kekurangan klorofil,

tumbuhan sangat memerlukan sejumlah ion anorganik tertentu untuk membuat pigmen

klorofil. Ion itu adalah Mg (Magnesium) dan N (Nitrogen).

7. Air

Tumbuhan sangat membutuhkan air. Jika tumbuhan kekurangan air, maka

tumbuhan tersebut akan layu. Jika daun layu, maka stomata cenderung menutup.

Akibatnya difusi karbondioksida dari udara terhambat.

8. Kadar Fotosintat (hasil fotosintesis)

Jika kadar fotosintat seperti gula berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila

kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.

9.  Tahap Pertumbuhan

Pada saat masih kecambah, tumbuhan lebih rajin fotosintesis daripada yang

sudah besar karena yang sedang tumbuh butuh banyak energi untuk tumbuh membesar.

Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang

sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2013. Fotosintesis Pada Tumbuhan Serta Reaksi Terang Dan gelap. Diakses dari

http://rismanbiologifungi.blogspot.com .Tanggal 17 Maret 2015

Anonim. 2012. Fotosintesis (Anabolisme). Diakses dari http://biologimediacentre.com //

Tanggal 17 Maret 2015.

Anonim. 2012. Anabolisme Dan Katabolisme. Diakses dari

http://www.biologi-sel.com/search/label/metabolisme/anabolisme-dan-katabolisme

Tanggal 17 Maret 2015.

Anonim. 2015. Fotorespirasi. Diakses dari http://id.wikipedia.org/wiki/Fotorespirasi. Tanggal

17 Maret 2015.

Putri, R .A .2011. Tanaman C3, C4 Dan CAM. Diakses dari

http://weehaniefah.blogspot.com/2011/06/tanaman-c3-c4-dan-cam.html . Tanggal 17 Maret

2015.

Ryan. 2013. Makalah Fotosintesis. Diakses dari

http://makalahfotosintesisryanrihi.blogspot.com/2013/09/makalah-fotosintesis_5217.html.

Tanggal 17 Maret 2015.

Sherenity,L.V. 2009. Mekanisme Fotosintesis. Diakses dari

http://awalbarri’s.blogspot.com/2009/02/mekanisme-fotosintesis. Tanggal 17 Maret 2015.