KLOROPLAS

Oleh: Moh. Mirza Nuryady 101810401048

JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2011

KLOROPLAS Di dalam sel terdapat berbagai organel yang berfungsi sebagai pembangkit tenaga. Salah satu organel itu adalah kloroplas. Kloroplas merupakan tipe organel yang hanya ditemukan pada sel tumbuhan dan tidak ditemukan pada sel hewan. Kloroplas adalah benda terbesar dalam sitoplasma. Kloroplas merupakan plastida berwarna hijau. Plastida ini berfungsi menghasilkan klorofil. STRUKTUR KLOROPLAS

Memban dalam : kurang permeabel, punya banyak transporter, protein yang disintesis dalam sitoplasma & dibutuhkan kloroplas. Membran luar : permeabel Stroma : cairan melingkupi tylakoid, tempat reaksi gelap, terdapat enzim - enzim reaksi gelap (reduksi CO2 glukosa), ribosom, DNA dan RNA Tylakoid : merupakan sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang), kantong pipih, dikelilingi membrane, berlapis membentuk grana, terdapat semua pigmen fotosintesis (klorofil+ pigmen pelengkap), enzim untuk reaksi terang, tempat reaksi terang, terdapat 2 fotosistem, sitokrom b-f, ATP sintetase Grana : tumpukan beberapa tilakoid yang berbentuk cakram pipih Ruang intermembran : ruang yang membatasi antara membran luar & membran dalam.

FUNGSI Tempat berlangsungnya fotosintesis

FOTOSINTESIS Proses utama dalam fotosintesis adalah pindahnya hidrogen dari molekul air dan reduksi CO2 oleh atom atom hidrogen yang nantinya akan menghasilkan produk organik . Reaksi fotosintesis dirangkum sebagai berikut: 6CO2 + 12H2O + energy cahaya > C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 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. fotosintesis 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 terang : Reaksi terang merupakan tahap fotosintesis yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Kloroplas menyerap cahaya dan cahaya menggerakkan transfer elektron dan hidrogen ke penerima yaitu NADP+ (nikotinamida adenine dinukleotida fosfat). Pada proses ini, air terurai. Reaksi

terang pada fotosintesis ini melepaskan CO2. Pada reaksi terang, tenaga matahari mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan menambahkan sepasang electron bersama dengan nukleus hidrogen. Pada reaksi terang juga terjadi fosforilasi yang mengubah ADP menjadi ATP. Jadi energy cahaya diubah menjadi energi kimia dengan pembentukan NADPH: sumber dari elektron berenergi, dan ATP (energy) sel yang serba guna. Reaksi Gelap : Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini jika di sistematikkan ada 4 tahap yaitu : a. Fiksasi ( pengikatan ) Pengikatan CO2 oleh RuBP /RDP ( Ribulosa Bi Phosphat ): CO2 diikat (fikasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memili atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat atom C (C-1) maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat. b. Reduksi ( Pengurangan) Pembentukan PGA menjadi PGAL dengan mengurangi H pada NADPH menjadi NADP dan Phosphat dari penguraian AEP menjadi ADP: Slnjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) beraksi dengan ATP, membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil akhir yaitu 6 sen7awa gliseraldehid 3-fosfat. c. Regenerasi (pembentukan kembali) terjadi regenerasi senyawa RuBP dari sebagian besar PGAL yang telah dibentuk dari PGA sehingga RuBP tidak pernah habis meskipun sudah mengikat CO2 menjadi PGA d. Sintesa ( pembentukan ) Glukosa dari PGAL, perlu diketahui satu molekul Glukosa dibentuk dari 2 PGAL. ) Regulasi reaksi gelap : 3Pembatas : fiksasi CO2 oleh reaksi RuBP karboksilase fosfogliserat. FOTOSISTEM

Kumpulan pigmen dan protein yang berasosiasi dengan membran tilakoid yang memanen energi dari elektron yang tereksitasi Energi yang ditangkap ditransfer antara molekul fotosistem sampai mencapai molekul klorofil pada pusat reaksi Pada pusat reaksi terdapat 2 molekul Klorofil a Akseptor elektron primer Pusat reaksi klorofil dioksidasi dengan hilangnya elektron melalui reduksi akseptor elektron primer

Membran thylakoid dipenuhi 2 Fotosistem : a. Fotosistem I * 2 molekul klorofil pd pusat reaksi P700 * eksitasi max pd pj gel lbh panjang (700nm) * rasio klorofil a terhadap b lbh tinggi * karotenoid, lipid, phylloquinon, pigmen pemanen cahaya

b. Fotosistem II * 2 molekul klorofil pd pusat reaksi P680 * eksitasi max pj gel lbh pendek (680nm) * lebih banyak klorofil b, terdapat klorofil c * karotenoid & klorofil a sbg antena pemanen cahaya, plastoquinon Fotosintetik Siklik & Non siklik 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 itu disebut dengan fosforilasi siklik. Fosforilasi siklik itu sendiri tidak dapat menunjukkan produksi glukosa bilatidak ada reaksi NADP+ menjadi NADPH. Fosforilasi siklik berlangsung dengan tidak melepaskan O2. Fotosintesis siklik terjadi apabila jumlah ATP & NADPH hasil fotosintesis non siklik hampir sama, sedangkan siklus calvin butuh ATP >> NADPH (sel jenuh NADPH tapi kurang ATP). 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 ditangkap 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 terfotoeksitasi mengalir dati akseptor elektron primer fotosistem II ke fotosistem I melalui rantai transport elektron. Begitu elektron menuruni rantai tersebut, eksergoniknya jatuh ke tingkat energi yang kebih rendah. Energi bebas yang ada selnajutnya oleh membran tilaoid digunakan untuk membentuk ATP dan NADPH. Proses ini melepaskan O2 dan H2O. Tumbuhan umumnya melakukan fosforilasi non siklik.

PRODUK FOTOSINTESIS : KARBOHIDRAT BIOSINTESIS KARBOHIDRAT Glukosa disintesis dari CO2 melalui siklus Calvin Karbohidrat awal produk siklus Calvin : Gliseraldehid 3-P (butuh 3 kali fiksasi CO2) Tiap fiksasi CO2 dibthkan 3 ATP dan 2NADH Dibutuhkan 18 ATP dan 12 NADPH (tenaga pereduksi untuk penambahan elektron dan pembentukan gula) dengan reaksi : 6CO2 + 18 ATP + 12 H2O + 12 NADPH +12 H+ C6H12O6 + 18 Pi + 18 ADP + 12 NADP Produk glukosa-6P prekusor sukrosa, amylum, selulosa SIKLUS KELVIN Fase-fase dalam siklus Calvin Fiksasi carbon Fiksasi ( pengikatan ) Pengikatan CO2 oleh RuBP /RDP ( Ribulosa Bi Phosphat ): CO2 diikat (fikasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memili atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat atom C (C-1) maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat Reduksi Reduksi ( Pengurangan) Pembentukan PGA menjadi PGAL dengan mengurangi H pada NADPH menjadi NADP dan Phosphat dari penguraian AEP menjadi ADP: Selanjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) beraksi dengan ATP, membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil akhir yaitu 6 sen7awa gliseraldehid 3-fosfat. Regenerasi Regenerasi RuBP (3) dari Gliseraldehid 3P (butuh 3 ATP): Regenerasi (pembentukan kembali) terjadi regenerasi senyawa RuBP dari sebagian besar PGAL yang telah dibentuk dari PGA sehingga RuBP tidak pernah habis meskipun sudah mengikat CO2 menjadi PGA

TANAMAN C3

Tanaman yang termasuk dalam tanaman C3 adalah padi, gandum, kedelai. Pada tanaman ini kloroplas tipe tunggal, konversi energi sinar ke kimia utk fiksasi CO2 dan sintesis senyawa karbon tereduksi. Selanjutnya RUBISCO (RuBP karboksilase/oksigenase) mengkatalisis fiksasi CO2 dan menghasilkan Ribulosa1,5-bifosfat + CO2 3-fosfogliserat. Selanjutnya 3-fosfogliserat mengalami fosforilasi dan mereduksi ATP dan NADPH menghasilkan Triosa fosfat. Kemudian Trio fosfat akan ke sitosol dan mensintesis sukrosa. Selanjutnya akan ke stroma dan mensintesis amilum. Dan terakhir yaitu recycling RuBP. TANAMAN C4 (Hatch-Slack)

Pada tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang pada fase reaksi gelap menambat CO2 menjadi asam malat dan asam aspartat 4-carbon. Setelah fotosintesis dalam 14C2 berlangsung sekitar 1 detik, 80% 14C yang tertambat berada dalam kedua asam tersebut dan hanya 10 % dalam PGA, hal ini menunjukkan bahwa 3-PGA bukan produk pertama fotosintesis. Sebagin besar spesies C4 adalah monokotil, jagung dan tebu. Tumbuhan C4 ini pada suhu panas dan penyinaran tinggi mampu berfotosintesis lebih cepat dan menghasilkan biomassa lebih cepat. Tumbuhan ini terdapat 2 macam type kloroplas (bundle sheath sel & sel mesofil). Reaksi perubahan CO2 (sebenarnya HCO3- ) menjadi asam malat dan asam aspartat 4-carbon terjadi mula-mula melalui penggabungan awal dengan

pospoenolpiruvat(PEP) untuk membentuk oksaloasetat dan Pi, reaksi ini terjadi di mesofil daun dan sikatalisis oleh pospoenolpiruvat karboksilase. Oksaloaseta Oksaloasetat dibentuk pada sel mesofil yang kemudian direduksi menjadi malat dengan pemanfaatan NADPH. Malat kemudian ditransfer dalam sel pengangkut lalu didekaobosilasi menghasilkan piruvat dan CO2 . Piruvat yang ditransfer ke sel mesofil dan dikonversi menjadi fosfoenolpiruvat dikataklisis oleh enzim piruvatfosfoenolpiruvat piruvat fosfat kinase. CO2 yang terbentuk diikat oleh ribosadifosfat klarboksilaase melaui jalur calvin di kolroplas seludang berkas (bundle sheath sel). Setelah dekarbosilasi . asam C4, molekul piruivat dan alanin diangkut balik ke sel mesofil, tempat diangkut dimana diubah menjajdi PEP sehingga penambatan CO2 dapat berlangsung terus. TANAMAN CAM (Crassulacean Acid Metabolism)

Pada tumbuhan sekulen seperti kaktus dan nanas yang hidup di lingkungan yang panas dan kering, melakukan fiksasi CO2 yang berbeda dengan tumbuhan C4.. Tumbuhan ini hanya menguapkan sedikit uap air melalui stomata bersama dengan pelepasan O2 dan pengikatan CO2. Pada malam hari ketika suhu udara dingin dan berangin, stomata membuka untuk mengangkap CO2 , kemudian C diubah menjadi oxaloacetate oleh PEP carboxylase. Oksaloasetat diubah menjadi malat dan disimpan divaluola, untuk melindungi sitosol dan enzim plastid dari pH rendah dari disosiasi asam malat. Pada asiang hari stomata menutup, untuk mencegah penguapan yang berlebihan akibat temperature udara yang tinggi. Dan CO2 bereaksi pada malam hari menjadi malat oleh enzim malat NADP NADP-linked. CO2 ini berasimilasi di siklyus calvin dengan bantuan RuBP. Karena metode fiksasi CO2 pertama kali ditemukan pad tumbuhan familia Crassulaceae , maka pada CAM adalah singkatan dari crassulacean acid metabolism . FOTORESPIRASI

Pada reaksi fotorespirasi terjadi ketidak efektifan dalam penghasilan produk. Pada normalnya CO2 ditangkap oleh PEPC yang akan digunakan sebagai bahan utama dalam siklus celvin. Dari proses ini akan dihasilkan gula dan karbohidrat sebanyak 100%. Namun yang terjadi pada fotorespirasi RUBISCO bisa menangkap CO dan O sekaligus. O yang ditangkap akan di bawa pada suatu reaksi yang akan menghasilkan glisin. Sedangkan dari CO yang ditangkap akan digunakan dalam siklus celvin yang akan menghasilkan gula dan karbohidrat. Sehingga produk yang dihasilkan 2, yaitu : glisin dan karbohidrat. Dengan demikian karbohidrat yang dihasilkan tidak maksimal.