makalah dit 9 kel 8.docx

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas rahmat-Nya maka kami

dapat menyelesaikan penulisan makalah yang berjudul “Fotosintesis”.

Penulisan makalah ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan

tugas mata kuliah Dasar Ilmu Tanaman dalam Program Studi Agroteknologi

Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran.

Dalam Penulisan makalah ini kami merasa masih banyak kekurangan baik pada

teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang kami miliki.

Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat kami harapkan demi

penyempurnaan pembuatan makalah ini.

Jatinangor, 10 September 2012

Penyusun

1

DAFTAR ISI

Kata Pengantar..........................................................................................................................................1

Daftar Isi......................................................................................................................................................2

BAB I..............................................................................................................................................................3

Pendahuluan...............................................................................................................................3

BAB II............................................................................................................................................................4

Pembahasan................................................................................................................................4

A. Definisi, peran cahaya dan kloroplas................................................................................6

B. Kemiosmosis.............................................................................................................................21

C. Fase terang dan Fase gelap (Siklus Calvin).................................................................23

D. Lintasan C3, C4, dan CAM....................................................................................................28

E. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kecepatan dan hasil bersih

fotosintesis................................................................................................................................32

BAB III........................................................................................................................................................

Pertanyaan dan Jawaban.....................................................................................................

Daftar Pustaka..........................................................................................................................

2

BAB I

PENDAHULUAN

Fotosintesis pada hakekatnya merupakan satu-satunya mekanisme masuknya

energi ke dalam dunia kehidupan termasuk pertanian. Pada dasarnya pertanian

merupakan suatu sistem pemanfaatan energi surya melalui fotosintesis.

Fotosintesis menyediakan energi untuk makanan, bahan bakar fosil, dan lain-lain.

Sistem fotosintesis yang dipelajari dalam fisiologi tanaman dapat dimanfaatkan

untuk memproduksi tanaman setinggi-tingginya. Dengan demikian perlu adanya

pengelolaan tanaman yang tepat.

Fotosintesis meliputi reaksi oksidasi dan reduksi. Proses keseluruhan adalah

oksidasi air (pemindahan elektron disertai pelepasan O2) dan reduksi CO2 untuk

membentuk senyawa organik, misalnya karbohidrat. Fotosintesis menggunakan

energi cahaya untuk mengangkut elektron menuju penerima elektron yang lebih

lemah, CO2.

Di dalam kloroplas terdapat stroma yang mengandung berbagai enzim yang

mengubah CO2 menjadi karbohidrat khususnya pati. Di dalam stroma terdapat

thylakoid yang mengandung pigmen yang digunakan untuk mengoksidasi H2O dan

membentuk ATP + NADPH yang kaya energi. Senyawa tersebut diperlukan oleh

stroma untuk mengubah CO2 menjadi karbohidrat.

Agar fotosintesis dapat dipahami dalam kaitannya dengan produksi tanaman

maka perlu dikaji lebih mendalam mengenai pengetahuan peran cahaya dan

kloroplas, Kemiosmosis, fase terang dan fase gelap (siklus Calvin), lintasan C3, C4,

CAM dan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kecepatan serta hasil bersih

fotosintesis.

3

BAB II

PEMBAHASAN

FOTOSINTESIS Proses yang mengubah energi matahari menjadi

energi kimia

• Fotosintesis terjadi di kloroplas

• Daun pada tanaman merupakan tempat utama terjadinya fotosintesis

• Proses dimana organisme yang memiliki kloroplas mengubah energi cahaya

matahari menjadi energi kimia

• Melibatkan 2 lintasan metabolik

• Reaksi terang: mengubah energi matahari menjadi energi seluler

• Siklus Calvin: reduksi CO2 menjadi CH2O

4

Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem sebagai cahaya matahari dan

meninggalkannya dalam bentuk panas

5

A. DEFINISI, PERAN CAHAYA DAN KLOROPLAS

Definisi Cahaya

Cahaya adalah suatu bentuk energi elektromagnetik atau radiasi

elektromagnetik, ciri-cirinya :

Energi cahaya diabsorpsi dalam bentuk partikel tertentu yang disebut

foton

Panjang gelombang cahaya berkisar dari yang kurang dari satu

nanometer (sinar gamma) sampai lebih dari satu kilometer

(gelombang radio)

Keseluruhan kisaran dari radiasi elektromagnetik disebut spektrum

elektromagnetik

Energi yang terkandung dalam foton berbanding terbalik secara

proporsional dengan panjang gelombang cahayanya.

Makin pendek panjang gelombang, makin tinggi energi yang

dikandung foton dari cahaya tersebut

Foton berenergi tinggi dari sinar ultraviolet yang panjang

gelombangnya pendek berbahaya bagi sel, karena dapat merusak

molekul organik

Foton berenergi rendah dari sinar inframerah yang panjang

gelombangnya panjang, hanya menambah vibrasi dan radiasi energi

molekul, jadi tidak merusak molekulnya.

Foton dari cahaya nampak (panjang gelombang berkisar antara 380

nm sampai 750 nm) adalah bagian yang sempit dari spektrum

elektromagnetik yang sangat penting bagi kehidupan, antara lain :

untuk fotosintesis.

6

Foton dari cahaya nampak menaikkan elekton ke kerangka orbit

elektron yang lebih tinggi di dalam atom tanpa merusak sel.

Bagan Spektrum Elektromagnetik

Sumber : Campbell dan Reece, 2002 : 181

7

PERAN CAHAYA

1) BERINTERAKSI DENGAN KLOROPLAS

Bila cahaya mengenai suatu benda, maka cahaya itu ada yang dipantulkan,

diteruskan ataupun diserap

Suatu zat yang mengabsorpsi cahaya nampak disebut pigmen

Pigmen yang berbeda, mengabsorpsi cahaya nampak dari panjang

gelombang yang berbeda dan cahaya yang diabsorpsi akan menghilang

Bila suatu pigmen mengabsorpsi semua gelombang cahaya nampak, maka

akan terlihat berwarna hitam.

Bila suatu pigmen memantulkan semua gelombang cahaya nampak, maka

akan terlihat berwarna putih.

Di dalam membran tilakoid kloroplas terdapat.

– Pigmen berwarna hijau kebiruan, disebut klorofil-a yang

mengabsorpsi sinar violet, biru dan merah serta memantulkan

ataupun meneruskan cahaya hijau kebiruan

– Pigmen berwarna hijau kekuningan, disebut klorofil-b yang

mengabsorpsi cahaya merah, biru dan oren kemerahan serta

memantulkan ataupun meneruskan cahaya hijau kekuningan.

– Pigmen berwarna oren kekuningan, disebut karotenoid yang

mengabsorpsi cahaya violet, biru dan hijau dan memantulkan

ataupun meneruskan cahaya oren kekuningan.

8

Interaksi cahaya dengan kloroplas = daun berwarna hijau

• Molekul pigmen dari kloroplas, mengabsorpsi (menyerap) cahaya biru dan

cahaya merah, dan merefleksikan (memantulkan) ataupun

mentransmisikan (meneruskan) cahaya hijau.

• Inilah sebabnya daun kelihatan hijau, karena daun memantulkan atau

meneruskan warna hijau ke mata kita.

• Cahaya yang paling efektif dalam fotosintesis, adalah cahaya biru dan

merah, sesuai dengan cahaya yang diserap oleh molekul pigmen klorofil.

Mengapa daun berwarna hijau : Interaksi Cahaya dengan Kloroplas


9

2) BERINTERAKSI DENGAN PIGMEN FOTOSINTESIS

PIGMEN FOTOSINTESIS

Klorofil a

oMempunyai rumus kimia C55H72O5N4Mg

o Pigmen berwarna hijau kebiruan

oMengabsorpsi sinar biru, violet dan merah

oMerupakan klorofil pusat reaksi fotosintesis

o Sebagai akseptor elektron primer

Klorofil b

oMempunyai rumus kimia C55H70O6N4Mg

o Pigmen berwarna hijau kekuningan

oMengabsorpsi sinar biru dan oren kemerahan dan mentransfer

energinya ke klorofil-a

Karotenoid

oMempunyai rumus kimia C40H56O2

o aPigmen berwarna oren kekuningan

oMengabsorpsi sinar violet, biru dan hijau dan memperluas spektrum

absorpsi

o Sebagai pelindung cahaya (photoprotection), yaitu mengabsorpsi dan

mengalihkan kelebihan energi cahaya yang akan merusak klorofil

10

Mendeterminasi Spektrum yang Diabsorpsi :

• Sebuah spektrofotometer mengukur jumlah relatif cahaya dari panjang

gelombang yang berbeda, yang diabsorpsi dan yang ditransmisi oleh

larutan pigmen.

• Di bagian dalam spektrofotometer, cahaya putih diuraikan menjadi warna-

warna, sesuai dengan panjang gelombangnya, oleh sebuah prisma.

• Kemudian, satu per satu warna yang berbeda dari cahaya, masuk melewati

sampel berupa larutan klorofil.

• Cahaya yang ditransmisikan, melewati (mengenai) sebuah tabung

fotoelektrik, yang mengkonversi energi cahaya menjadi listrik.

• Aliran listrik, diukur dengan galvanometer, menunjukkan fraksi dari

cahaya yang ditransmisikan melewati sampel tadi (atau kebalikan dari

fraksi cahaya yang diabsorpsi).

(a) Sinar hijau melewati suatu larutan klorofil

(b) Sinar biru melewati suatu larutan klorofil

Mendeterminasi Spektrum yang Diabsorpsi

11


SPEKTRUM ABSORPSI DAN SPEKTRUM AKSI

• Spektrum Absorpsi

Suatu kisaran dari kemampuan suatu pigmen untuk mengabsorpsi

cahaya dari berbagai panjang gelombang

• Spektrum Aksi

Suatu gambaran kemampuan relatif dari efektivitas cahaya dengan

panjang gelombang yang berbeda

Pembuktian bahwa pigmen kloroplas berpartisipasi dalam fotosintesis serta

spektrum absorpsi dan spektrum aksi untuk fotosintesis di dalam algae disajikan

pada gambar :

Spektrum Absorpsi. Ketiga grafik ini memperlihatkan panjang gelombang cahaya

yang diabsorpsi terbaik oleh tiga tipe pigmen yang diekstraksi dari kloroplas.

12

Spektrum Aksi. Grafik ini menggambarkan keefektifan dari panjang gelombang

cahaya yang berbeda, dalam mengendalikan fotosintesis. Puncak spektrum aksi,

lebih luas dibandingkan dengan puncak spektrum absorpsi untuk klorofil-a (lihat

bagian a di atas), dan lembahnya lebih sempit, tetapi tidak dalam. Ini sebagian

disebabkan absorpsi cahaya oleh pigmen tambahan misalnya klorofil-b dan

karotenoid, yang memperluas spektrum warna yang dapat digunakan untuk

fotosintesis.

Percobaan Thomas Engelmann (1883). Dia mengilluminasi ganggang bentuk

filamen, dengan cahaya yang masuk melewati prisma, untuk memperlihatkan

segmen dari ganggang terhadap panjang gelombang yang berbeda. Ia

menggunakan bakteria aerobik, yang berkerumun dekat sumber oksigen, untuk

13

menentukan segmen mana yang melepaskan O2 paling banyak. Bakteria,

berkerumun paling banyak, di sekitar bagian ganggang yang diilluminasi dengan

cahaya merah ataupun cahaya biru.

Eksitasi oleh Cahaya terhadap Klorofil yang Diisolasi :

(a) Eksitasi dari Molekul Klorofil yang Diisolasi.

• Absorpsi dari sebuah foton (photon), menyebabkan suatu transisi

pada molekul klorofil, dari status dasar (ground state) menjadi

status tereksitasi (exited state).

• Foton, mendorong sebuah elektron ke suatu orbit, yang mempunyai

energi potensialnya lebih tinggi.

• Apabila molekul yang telah diilluminasi berada dalam isolasi, maka

elektron yang tereksitasinya, segera turun kembali ke orbit status

dasar, dan kelebihan energinya dilepaskan dalam bentuk panas, dan

dalam bentuk floresensi (fluoroscence)

(c) Floresensi. Sebuah larutan kolorofil, yang dieksitasi oleh cahaya

ultraviolet, akan berflorensi dengan pancaran sinarnya berwarna

orange kemerahan.

14

Eksitasi oleh Cahaya terhadap Klorofil yang Diisolasi


Bagaimana suatu Fotosistem Menangkap Cahaya :


15

FOTOSISTEM :

• Fotosistem, adalah unit kompleks dari membran tilakoid, yang menangkap

dan menghimpun cahaya.

• Tipe Fotosistem :

Fotosistem I

Klorofil pusat reaksinya disebut P.700

Puncak spektrum absorpsinya pada l 700 nm (spektrum cahaya merah

jauh)

Fotosistem II

Klorofil pusat reaksinya disebut P.680

Puncak spektrum absorpsinya pada l 680 nm (spektrum cahaya merah)

Klorofil pusat reaksi pada Fotosistem I dan II yaitu P.700 dan P.680 identik

dengan klorofil-a

• Fotosistem I dan II bekerjasama menggunakan cahaya untuk menghasilkan

ATP dan NADPH melalui lintasan elektron siklik dan non siklik

• Masing-masing fotosistem, merupakan sebuah kompleks protein, dan

macam-macam molekul lainnya, dan termasuk juga sebuah antene, yang

terdiri dari beberapa ratus molekul pigmen.

• Ketika sebuah foton menyentuh sebuah molekul pigmen, maka energinya

dilintaskan dari molekul satu ke molekul lainnya sampai mencapai pusat

reaksi.

• Pada pusat reaksi, elektron yang tereksitasi dari klorofil pusat reaksi,

ditangkap oleh molekul khusus, yang disebut akseptor elektron primer

(primary electron acceptor).

16

LINTASAN ELEKTRON

Terdiri Dari :

1) Lintasan Elektron Non Siklik

2) Lintasan Elektron Siklik

1) Lintasan Elektron Non Siklik

– Menghasilkan ATP dan NADPH dalam jumlah sama

– Menghasilkan O2

– Merupakan aliran elektron yang utama

– Melibatkan Fotosistem II, Fotosistem I, Kompleks Sitokrom,

Plastoquinon (Pq), Feredoxin (Fd) dan Plastosianin (Pc).

2) Lintasan Elektron Siklik

– Tidak menghasilkan NADPH

– Menghasilkan ATP saja

– Tidak menghasilkan O2

– Melibatkan Fotosistem I, Kompleks Sitokrom, Feredoxin (Fd) dan

Plastosianin (Pc).

17

LINTASAN ELEKTRON NON SIKLIK

Bagaimana Lintasan Elektron Non Siklik Selama Reaksi Terang Menghasilkan ATP

dan NADPH :


• Tanda panah kuning, menelusuri aliran elektron yang dikendalikan cahaya,

dari air ke NADPH.

• Setiap foton dari cahaya mengeksitasi sebuah elektron, tetapi pada diagram

ini mendeteksi dua elektron pada satu waktu, yaitu jumlah elektron yang

diperlukan untuk mereduksi NADP+.

LANGKAH-LANGKAH LINTASAN ELEKTRON NON SIKLIK :

1. Ketika fotosistem II mengabsorpsi cahaya, sebuah elektron yang tereksitasi ke

tingkatan energi yang lebih tinggi di dalam klorofil pusat reaksi (P680), ditangkap

oleh akseptor elektron primer. Klorofil yang teroksidasi ini, sekarang menjadi

18

perantara pengoksidasi yang sangat kuat, sehingga lowongan elektronnya harus

segera diisi.

2. Suatu enzim, mengekstraksi elektron dari air, dan memberikannya ke P680,

untuk menggantikan elektron yang hilang dari molekul klorofil, ketika

mengabsorpsi energi cahaya. Reaksi ini menguraikan satu molekul air, menjadi

dua ion hidrogen, dan sebuah atom oksigen, yang segera bergabung dengan

sebuah atom oksigen lainnya, membentuk O2. Ini adalah tahap penguraian air dari

fotosintesis yang melepaskan O2.

3. Masing-masing elektron yang tereksitasi oleh cahaya, melintas dari akseptor

elektron primer fotosistem II ke fotosistem I, melalui rantai transport elektron.

Rantai transport elektron, terdiri dari plastoquinon (Pq=Plastoquinone),

kompleks sitokrom, dan sebuah protein yang mengandung tembaga, yang disebut

plastosianin (Pc=Plastocyanin).

4. Pada saat elektron turun melalui rantai transport elektron, energi eksergon

jatuh ke tingkatan energi yang lebih rendah, dan dimanfaatkan oleh membran

tilakoid untuk memproduksi ATP. Sintesis ATP ini disebut fotofosforilasi, sebab

proses ini dikendalikan oleh energi cahaya. Secara khusus, sintesis ATP selama

lintasan elektron nonsiklik, disebut fotofosforilasi nonsiklik. ATP yang dihasilkan

oleh reaksi terang ini, akan menyediakan energi kimia untuk sintesis gula selama

siklus Calvin, yaitu tahapan utama kedua dari fotosintesis.

5. Ketika sebuah elektron mencapai dasar dari rantai transport elektron, dia akan

mengisi lowongan elektron di P700, yaitu molekul klorofil-a di dalam pusat

reaksi fotosistem I. Lowongan elektron ini terbentuk, ketika energi cahaya

mengendalikan sebuah elektron dari P700 ke akseptor elektron primer pada

fotosistem I.

6. Akseptor elektron primer pada fotosistem I, melintaskan elektron yang

tereksitasi oleh cahaya, ke rantai transport elektron kedua, yang

meneruskannya ke feredoksin (Fd), yaitu suatu protein yang mengandung besi.

Enzim yang disebut NADP+-reduktase kemudian mentransfer elektron dari Fd ke

19

NADP+. Ini merupakan reaksi redoks, yang menimbun elektron berenergi tinggi di

dalam NADPH, yaitu suatu molekul yang menyediakan tenaga pereduksi untuk

sintesis gula di dalam siklus Calvin.

LINTASAN ELEKTRON SIKLIK :


• Elektron yang tereksitasi cahaya dari fotosistem I, kadang-kadang melintas

kembali dari Feredoksin (Fd = Ferredoxin) ke klorofil melalui kompleks

sitokrom dan plastosianin (Pc=Plastocyanin).

• Elektron ini menambah persediaan ATP tetapi tidak memproduksi NADPH.

• “Bayang-bayang” dari lintasan elektron non siklik, termasuk juga dalam

diagram ini, untuk membandingkan dengan jalur lintasan siklik.

• Kedua molekul Feredoksin yang terlihat dalam diagram ini, pada

kenyataannya hanya satu dan sama, yaitu pembawa (karrier) elektron

terakhir dalam rantai transport elektron (electron transport chain) dari

fotosistem I.

20

KLOROPLAS

Berupa suatu organella bermembran rangkap dua berbentuk buah

semangka, berukuran antara 2-4 mm kali 4-7 mm

Banyak diketemukan terutama di dalam sel mesofil (mesophyll),

Satu tipe sel mesofil mengandung 30-40 kloroplas

Ada sekitar setengah juta kloroplas per mm2 permukaan daun

Dalam kloroplas terdapat :

Grana (Tunggal : Granum)

Yaitu tumpukan lempengan tilakoid (thylakoid)

Mengandung klorofil (chlorophyll)

Merupakan tempat berlangsungnya reaksi terang

Stroma

Yaitu suatu fluida kental, yang berada di dalam kloroplas yang

menyelimuti membran tilakoid

Merupakan tempat berlangsungnya siklus Calvin

B. KEMIOSMOSIS

Merupakan mekanisme pembentukan ATP

Berlangsung pada kloroplas dan mitokondria

Pada Kloroplas

Dinamakan fotofosforilasi

Mentransformasi energi cahaya menjadi energi kimia

Dikendalikan oleh membran tilakoid

21

Pada Mitokondria

Dinamakan fosforilasi oksidatif

Mentransfer energi kimia dari molekul makanan menjadi ATP

Dikendalikan oleh membran mitokondria dengan memompa proton dari

matrik mitokondria keluar ke ruang inter membran

Model Alur Perbandingan Kemiosmosis di dalam Mitokondria dan di dalam

Kloroplas :


• Di dalam kedua macam organella, rantai transport elektron memompa

proton (H+) melintasi sebuah membran dari satu daerah yang konsentrasi

H+ rendah (berwarna koklat muda dalam diagram ini) ke daerah

berkonsentrasi H+ tinggi (berwarna coklat tua).

22

• Proton kemudian berdiffusi kembali melewati membrana dengan

perantaraan ATP-sintase, untuk mengendalikan sintesis ATP.

• Diagram ini memperlihatkan daerah berkonsentrasi H+ tinggi dan rendah di

dalam kedua organella.

C. FASE TERANG DAN FASE GELAP (SIKLUS CALVIN)

FASE TERANG

Berlangsung di dalam grana, tepatnya pada membran tilakoid

Mengkonversi energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP

dan NADPH

Dikendalikan oleh cahaya

Mengendalikan transfer elektron dan hidrogen dari air ke NADP+

Mereduksi NADP+ menjadi NADPH

Mengubah ADP menjadi ATP (Fotofosforilasi)

Memfotolisis H2O

Menghasilkan O2

Melibatkan Fotosistem I, Fotosistem II, Sitokrom, Plastoquinon (Pc),

Plastosianin (Ps), dan Feredoxin (Fd)

Model Alur Reaksi Terang dan Kemiosmosis (Pengaturan oleh Membran Tilakoid) :

23

Sumber : Campbell dan Reece, 2002 :189

Diagram ini memperlihatkan suatu model alur reaksi terang dan kemiosmosis oleh

membran tilakoid. Tanda panah emas menelusuri aliran elektron non siklik yang

garis besarnya telah disajikan pada Gambar 10. Pada saat elektron melintas dari

karier ke karier dalam reaksi redox, ion hidrogen yang dilepaskan dari stroma,

ditumpuk di dalam ruang tilakoid, yang menyimpan energi sebagai sebuah gaya

penggerak proton (gradien H+). Setidak-tidaknya tiga tahapan reaksi terang

berkontribusi terhadap gradien proton.

(1) Air diuraikan oleh fotosistem II pada sisi membran yang berhadapan dengan

ruang tilakoid.

(2) Pada saat Plastokuinon (Pq), yaitu suatu karier yang mobil, mentransfer

elektron ke kompleks sitokrom, maka proton ditranslokasikan melintasi

membran.

(3) Sebuah ion hidrogen dilepaskan dari stroma, pada saat ion hidrogen tersebut

diambil oleh NADP+. Diffusi H+ dari ruang tilakoid ke stroma (sepanjang gradien

konsentrasi H+), mengaktifkan ATP-sintase. Reaksi yang dikendalikan oleh cahaya

ini, menyimpan energi kimia dalam bentuk NADPH dan ATP, yang membolak-

balikan energi ke siklus Calvin yang menghasilkan gula.

24

FASE GELAP (SIKLUS CALVIN)

• Berlangsung di dalam stroma

• Memfiksasi CO2 dan mereduksi karbon yang terfiksasi menjadi karbohidrat

dalam bentuk Gliserida - 3 - Phosfat (G-3-P)

• Menggunakan ATP sebagai sumber energi

• Menggunakan NADPH sebagai tenaga pereduksi

• ATP dan NADPH merupakan hasil dari reaksi terang

• Terdiri dari tiga tahapan :

1) Fiksasi Karbon

2) Reduksi

3) Regenerasi RuBP (akseptor CO2)

TIGA FASE SIKLUS CALVIN :

1) Fiksasi karbon

– Fiksasi molekul CO2 oleh RuBP

– Melibatkan enzim RuBP Karboksilase (rubisco)

– Menghasilkan dua molekul gula 3-fosfogliserat (3-PGA)

– Ada tiga mekanisme : C3, C4, dan CAM

2) Reduksi

– Penambahan gugus fosfat dari ATP ke 3-fosfogliserat menjadi 1,3-

difosfogliserat (1,3-PGA)

– Reduksi 1,3-difosfogliserat (1,3-PGA) menjadi Gliserida-3-Phospat

(G3P) oleh sepasang elektron dari NADPH

– Membutuhkan 6 ATP dan 6 NADPH

25

– Hasilnya berupa G3P


– Mengubah G3P menjadi RuBP

– Membutuhkan 3 ATP

DIAGRAM SIKLUS CALVIN

Sumber : Campbell dan Reece, 2002 :190

Diagram Siklus Calvin :

• Diagram ini menelusuri atom karbon (bola abu-abu) yang mengikuti siklus

Calvin.

26

• Ketiga fase dari siklus Calvin menjelaskan fase-fase yang didiskusikan di

dalam modul ini.

• Untuk setiap tiga molekul CO2 yang memasuki siklus Calvin; hasil bersihnya

adalah satu molekul gliseraldehid-3-fosfat (G3P).

• Untuk setiap G3P yang disintesis, siklus Calvin menghabiskan sembilan

molekul ATP dan enam molekul NADPH.

• Reaksi terang melanjutkan siklus Calvin dengan menghasilkan kembali ATP

dan NADPH.

Fase 1 : Fiksasi Karbon.

• Siklus Calvin, menggabungkan masing - masing molekul CO2, dengan

mengikatkannya ke gula berkarbon-5 yang disebut Ribulose Biphosphat

(RuBP). Enzim yang mengkatalisis tahapan pertama ini, adalah RUBP-

karboksilase atau disingkat rubisko (rubisco). (Ini adalah suatu protein

yang sangat berlimpah di dalam kloroplas, dan mungkin protein yang

paling melimpah di bumi).

• Hasil dari reaksi ini, berupa intermediet gula berkarbon-6, bersifat tidak

stabil, dan segera terurai menjadi dua molekul gula berkarbon-3, yaitu 3-

fosfogliserat (3-PGA = 3 Phospho Glycerate) untuk masing-masing CO2.

Fase 2 : Reduksi 1,3-bifosfogliserat menjadi G3P.

• Setiap molekul 3-fosfogliserat menerima penambahan gugusan fosfat dari

ATP, menjadi 1,3-bifosfogliserat. Kemudian, sepasang elektron yang

diperoleh dari NADPH mereduksi 1,3-bifosfogliserat menjadi gliseraldehid

3 fosfat (G3P=Glyceraldehyde 3 Phosphate). Khususnya, elektron dari

NADPH mereduksi gugusan karboksil dari 3-fosfogliserat menjadi gugusan

karbonil dari G3P, yang menyimpan energi potensial yang lebih tinggi.

• G3P adalah suatu gula (sama-sama merupakan gula berkarbon-3) yang

dibentuk dalam glikolisis, dengan menguraikan glukosa. Perhatikan pada

27

Gambar 15, bahwa dari setiap tiga molekul CO2 dihasilkan enam molekul

G3P. Tetapi hanya satu molekul G3P yang dapat dihitung sebagai perolehan

bersih karbohidrat.

• Siklus dimulai dengan 15 karbon yang seimbang dengan karbohidrat dalam

bentuk tiga molekul RuBP, yaitu gula yang berkarbon-5. Sekarang ada 18

karbon yang seimbang dengan karbohidrat dalam bentuk enam molekul

G3P. Satu molekul akan meninggalkan siklus, untuk digunakan oleh sel

tanaman; tetapi yang lima molekul lainnya harus digunakan lagi untuk

membuat kembali tiga molekul RuBP.

Fase 3 : Regenerasi RuBP, sebagai Akseptor CO2.

• Dalam serangkaian reaksi yang rumit, rangka karbon dari lima molekul

G3P disusun kembali oleh tahapan akhir dari siklus Calvin menjadi tiga

molekul RuBP. Untuk menyempurnakan hal ini, siklus Calvin menghabiskan

lagi tiga molekul ATP. RuBP sekarang siap untuk menerima lagi CO2, dan

siklus dapat dilanjutkan.

D. LINTASAN C3, C4, DAN CAM

TUMBUHAN C3

Contoh: padi, gandum, kedelai

Melibatkan enzim RuBP karboksilase (rubisco)

RuBP sebagai akseptor CO2

Produk awal berupa 3-fosfogliserat 3-PGA (karbohidrat berkarbon 3)

Pada lingkungan hari-hari terang, kering dan panas :

o Stomata tertutup dan kosentrasi O2 pada daun lebih besar dari

konsentrasi CO2

o Terjadi fotorespirasi

28

o Menggunakan cahaya

o Mengkonsumsi O2

o Mengeluarkan CO2

o Tidak memproduksi ATP

o Tidak memproduksi makanan

o Menurunkan hasil fotosintesis

TUMBUHAN C4

Contoh: tebu, jagung

Melibatkan enzim PEP karboksilase (pepco)

PEP sebagai akseptor CO2

Produk awal berupa oksal asetat atau malat

(karbohidrat berkarbon 4)

Tipe sel fotosintesis :

o Sel seludang pembuluh rapat dan padat untuk fiksasi CO2

o Sel mesofil renggang : untuk pembentukan gula

Meminimalkan fotorespirasi dan meningkatkan produksi gula sehingga

lebih efisien

TUMBUHAN CAM

Contoh: nenas, kaktus, dan sukulenta dari familia Crassulacea

Stomata membuka pada malam hari

CO2 difiksasi pada malam hari dan diubah menjadi asam organik di dalam

vakuola sel mesofil

29

Pada siang hari CO2 dilepaskan dari asam organik untuk membuat gula pada

kloroplas

Diagram Alur Perbandingan antara Lintasan Fotosintesis C4 dan CAM :

Sumber : Campbell and Reece, 2002 : 192

• Kedua adaptasi evolusioner antara C4 dan CAM digambarkan melalui :

1. Penggabungan pertama dari CO2 menjadi asam organik, diikuti

dengan

2. Pemindahan atau transfer CO2 ke siklus Calvin.

• Kedua lintasan fotosintesis C4 dan CAM adalah solusi evolusioner atau

pemecahan perkembangan terhadap problema untuk mempertahankan

fotosintesis yang stomatanya sebagian besar atau seluruhnya tertutup pada

hari-hari yang panas dan kering.

30

Diagram Alur Perbandingan antara Lintasan Fotosintesis C4 dan CAM :


Diagram Alur Tinjauan Keseluruhan Fotosintesis :

31


• Diagram ini menampilkan garis besar reaktan utama dan produk dari reaksi

terang dan siklus Calvin yang berlangsung pada kloroplas sel tumbuhan.

• Keseluruhan kegiatan operasionalnya tergantung kepada integritas

struktur kloroplas dan membrannya.

• Enzim di dalam kloroplas dan sitosol mengkonversi gliseraldehid-3-fosfat

(G3P), yang merupakan produk langsung dari siklus Calvin, menjadi

berbagai senyawa organik lainnya.

32

E. FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH TERHADAP

KECEPATAN DAN HASIL BERSIH FOTOSINTESIS

Fotosintesis dipengaruhi oleh banyak faktor, baik faktor dari dalam

maupun faktor dari luar. Faktor dalam antara lain adalah :

1) umur daun

2) keadaan stomata

3) jenis tumbuhan

Faktor luar antara lain adalah :

1) CO2 dan O2

2) Ketersediaan air

3) Kelembaban dan suhu udara

4) Keadaan cahaya

Selain 4 faktor tersebut, bahan-bahan beracun juga akan mempengaruhi

fotosintesis.

Misalnya herbisida, tumpahan minyak dan air sabun, logam-logam

berat, dsb.

Menurut warna cahayanya, cahaya matahari terdiri atas 7 jenis warna

sinar. Bukti bahwa cahaya matahari tersusun atas bermacam-macam

warna sinar dapat kita lihat pada peristiwa pelangi. Ke tujuh warna

sinar memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda. Berdasar urutan

panjang gelombangnya dari panjang ke pendek adalah meliputi sinar

merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu.

Tetapi tidak semua jenis sinar tersebut dimanfaatkan atau diserap

secara optimal oleh tumbuhan. Klorofil menyerap semua warna sinar,

kecuali sinar hijau. Sinar yang paling banyak diserap untuk fotosintesis

adalah sinar merah (± 700 nm) dan biru (± 450nm). Jenis sinar yang

lain juga diserap energinya walaupun dalam tingkat yang lebih rendah.

33

Sinar hijau justru dipantulkan oleh klorofil, sehingga daun tampak

berwarna hijau.

Untuk fotosintesis dibutuhkan intensitas cahaya minimal tertentu. Pada

intensitas cahaya yang kurang, fotosintesisnya akan lambat. Sebaliknya,

pada intensitas yang lebih tinggi, fotosintesis akan lebih cepat. Hal itu

nyata, terutama pada tumbuh-tumbuhan rumput, seperti jagung, tebu

dan golongan rumput yang lain.

Kadar CO2 juga menjadi faktor penting. Fotosintesis cenderung

meningkat bila kadar CO2-nya lebih tinggi. Sebaliknya, keberadaan O2

justru akan menghambat fotosintesis.

34

BAB III

PERTANYAAN DAN JAWABAN

1. Jelaskan peran cahaya dan kloroplas dalam fotosintesis!

Jawaban :

Interaksi cahaya dengan kloroplas = daun berwarna hijau

• Molekul pigmen dari kloroplas, mengabsorpsi (menyerap) cahaya biru dan

cahaya merah, dan merefleksikan (memantulkan) ataupun

mentransmisikan (meneruskan) cahaya hijau.

• Inilah sebabnya daun kelihatan hijau, karena daun memantulkan atau

meneruskan warna hijau ke mata kita.

• Cahaya yang paling efektif dalam fotosintesis, adalah cahaya biru dan

merah, sesuai dengan cahaya yang diserap oleh molekul pigmen klorofil.

Cahaya matahari merupakan sumber energi utama fotosintesis. Albert

Einstein menyebut energi matahari sebagai foton (kuantum). Cahaya

mempengaruhi fotosintesis dalam tiga hal, yaitu :

(1) intensitas

(2) lama pencahayaan

(3) warna cahayanya

Menurut warna cahayanya, cahaya matahari terdiri atas 7 jenis warna sinar.

Bukti bahwa cahaya matahari tersusun atas bermacam-macam warna sinar

dapat kita lihat pada peristiwa pelangi. Ke tujuh warna sinar memiliki panjang

gelombang yang berbeda-beda. Berdasar urutan panjang gelombangnya dari

panjang ke pendek adalah meliputi sinar merah, jingga, kuning, hijau, biru,

nila dan ungu.

Tetapi tidak semua jenis sinar tersebut dimanfaatkan atau diserap secara

optimal oleh tumbuhan. Klorofil menyerap semua warna sinar, kecuali sinar

35

hijau. Sinar yang paling banyak diserap untuk fotosintesis adalah sinar merah

(± 700 nm) dan biru (± 450nm). Jenis sinar yang lain juga diserap energinya

walaupun dalam tingkat yang lebih rendah. Sinar hijau justru dipantulkan oleh

klorofil, sehingga daun tampak berwarna hijau.

2. Apa yang dimaksud dengan kemiosmosis?

Jawaban :

Merupakan mekanisme pembentukan ATP

Berlangsung pada kloroplas dan mitokondria

Pada Kloroplas




Pada Mitokondria





3. Jelaskan perbedaan kemiosmosis antara di dalam kloroplas dan di dalam

mitokondria!

Jawaban :

Pada Kloroplas



36


Pada Mitokondria





4. a) Apa yang dimaksud dengan reaksi terang?

b) Jelaskan apa yang terjadi pada reaksi terang!

Jawaban :

a. Reaksi terang :

– Suatu reaksi yang berlangsung di dalam grana, tepatnya pada

membran tilakoid, mengkonversi energi cahaya menjadi energi

kimia dalam bentuk ATP dan NADPH dan dikendalikan oleh cahaya.

– Berlangsung di sepanjang membran tilakoid dan menggunakan

energi cahaya

– Mengkonsumsi ion hidrogen dari penguraian air, ADP dan NADPH+

hasil siklus Calvin

– Menghasilkan ATP dan NADPH untuk siklus Calvin

b. Yang terjadi di reaksi terang adalah :

(1) Air diuraikan oleh fotosistem II pada sisi membran yang

berhadapan dengan ruang tilakoid.

(2) Pada saat Plastokuinon (Pq), yaitu suatu karier yang mobil,

mentransfer elektron ke kompleks sitokrom, maka proton ditranslokasikan

melintasi membran.

37

(3) Sebuah ion hidrogen dilepaskan dari stroma, pada saat ion

hidrogen tersebut diambil oleh NADP+. Diffusi H+ dari ruang tilakoid ke

stroma (sepanjang gradien konsentrasi H+), mengaktifkan ATP-sintase.

Reaksi yang dikendalikan oleh cahaya ini, menyimpan energi kimia dalam

bentuk NADPH dan ATP, yang membolak-balikan energi ke siklus Calvin

yang menghasilkan gula.

5. a) Apa yang dimaksud dengan reaksi gelap (Siklus Calvin)?

b) Jelaskan apa yang terjadi pada reaksi gelap (Siklus Calvin)!

c) Jelaskan perbedaan antara reaksi terang dan gelap reaksi (Siklus Calvin)!

Jawaban :

• a) Reaksi gelap adalah reaksi yang berlangsung di dalam stroma,

memfiksasi CO2 dan mereduksi karbon yang terfiksasi menjadi karbohidrat

dalam bentuk Gliserida - 3 - Phosfat (G-3-P).

• Siklus Calvin (Mengkonversi CO2 menjadi gula dengan menggunakan ATP

dan NADPH)

– Berlangsung di dalam stroma dan memfiksasi CO2 dari atmosfir

– Mengkonsumsi ATP dan NADPH hasil reaksi terang

– Menghasilkan ADP dan NADPH untuk reaksi terang

– Hasil akhir bersih berupa gula (CH2O)

b) Yang terjadi dalam reaksi gelap adalah :

TIGA FASE SIKLUS CALVIN :

1) Fiksasi karbon

– Fiksasi molekul CO2 oleh RuBP

– Melibatkan enzim RuBP Karboksilase (rubisco)

– Menghasilkan dua molekul gula 3-fosfogliserat (3-PGA)

– Ada tiga mekanisme : C3, C4, dan CAM

38

2) Reduksi

– Penambahan gugus fosfat dari ATP ke 3-fosfogliserat menjadi 1,3-

difosfogliserat (1,3-PGA)

– Reduksi 1,3-difosfogliserat (1,3-PGA) menjadi Gliserida-3-Phospat

(G3P) oleh sepasang elektron dari NADPH

– Membutuhkan 6 ATP dan 6 NADPH

– Hasilnya berupa G3P


– Mengubah G3P menjadi RuBP

– Membutuhkan 3 ATP

c) perbedaan reaksi gelap dan reaksi terang :

FASE TERANG

Berlangsung di dalam grana, tepatnya pada membran tilakoid

Mengkonversi energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP

dan NADPH

Dikendalikan oleh cahaya

Mengendalikan transfer elektron dan hidrogen dari air ke NADP+

Mereduksi NADP+ menjadi NADPH

Mengubah ADP menjadi ATP (Fotofosforilasi)

Memfotolisis H2O

Menghasilkan O2

Melibatkan Fotosistem I, Fotosistem II, Sitokrom, Plastoquinon (Pc),

Plastosianin (Ps), dan Feredoxin (Fd)

39

FASE GELAP (SIKLUS CALVIN)

• Berlangsung di dalam stroma

• Memfiksasi CO2 dan mereduksi karbon yang terfiksasi menjadi karbohidrat

dalam bentuk Gliserida - 3 - Phosfat (G-3-P)

• Menggunakan ATP sebagai sumber energi

• Menggunakan NADPH sebagai tenaga pereduksi

• ATP dan NADPH merupakan hasil dari reaksi terang

• Terdiri dari tiga tahapan :

1) Fiksasi Karbon

2) Reduksi


6. a) Jelaskan mengenai lintasan C3,C4, dan CAM!

b) Jelaskan perbedaan antara tanaman C3, C4, dan CAM!

c) Sebutkan contoh-contoh tanaman yang termasuk lintasan C3, C4, dan

CAM!

Jawaban :

a. lintasan C4:

o CO2 masuk melalui pori2 daun ke sel mesofil

o CO2 bergabung dengan fosfoenolpyruvat oksaloasetat

o Oksaloasetat direduksi malat + NADPH

o Malat masuk ke sel boundle- sheath

o Di sel boundle- sheath, malat CO2 + pyruvat

o CO2 masuk ke siklus Calvin bereaksi dg ribulosa 1,5 bifosfat

o Pyruvat kembali ke sel mesofil

40

b. perbedaan tanaman :

TUMBUHAN C3

Contoh: padi, gandum, kedelai

Melibatkan enzim RuBP karboksilase (rubisco)

RuBP sebagai akseptor CO2

Produk awal berupa 3-fosfogliserat 3-PGA (karbohidrat berkarbon 3)

Pada lingkungan hari-hari terang, kering dan panas :

o Stomata tertutup dan kosentrasi O2 pada daun lebih besar dari

konsentrasi CO2

o Terjadi fotorespirasi

o Menggunakan cahaya

o Mengkonsumsi O2

o Mengeluarkan CO2

o Tidak memproduksi ATP

o Tidak memproduksi makanan

o Menurunkan hasil fotosintesis

TUMBUHAN C4

Contoh: tebu, jagung

Melibatkan enzim PEP karboksilase (pepco)

PEP sebagai akseptor CO2

Produk awal berupa oksal asetat atau malat

(karbohidrat berkarbon 4)

41

Tipe sel fotosintesis :

o Sel seludang pembuluh rapat dan padat untuk fiksasi CO2

o Sel mesofil renggang : untuk pembentukan gula

Meminimalkan fotorespirasi dan meningkatkan produksi gula sehingga

lebih efisien

TUMBUHAN CAM

Contoh: nenas, kaktus, dan sukulenta dari familia Crassulacea

Stomata membuka pada malam hari

CO2 difiksasi pada malam hari dan diubah menjadi asam organik di dalam

vakuola sel mesofil

Pada siang hari CO2 dilepaskan dari asam organik untuk membuat gula pada

kloroplas

c. Contoh tanaman

o Tanaman C3 : padi, gandum, kedelai

o Tanaman C4 : tebu, jagung

o Tanaman CAM : nenas, kaktus, dan sukulenta dari familia Crassulaceae

7. Jelaskan faktor-faktor (faktor dalam dan luar) yang mempengaruhi

kecepatan fotosintesis!

Jawaban :

Fotosintesis dipengaruhi oleh banyak faktor, baik faktor dari dalam

maupun faktor dari luar. Faktor dalam antara lain adalah :

1) umur daun

2) keadaan stomata

3) jenis tumbuhan

42

Faktor luar antara lain adalah :

1) CO2 dan O2

2) Ketersediaan air

3) Kelembaban dan suhu udara

4) Keadaan cahaya

Selain 4 faktor tersebut, bahan-bahan beracun juga akan mempengaruhi

fotosintesis.

Misalnya herbisida, tumpahan minyak dan air sabun, logam-logam berat,

dsb.

8. Apa yang dimaksud hasil bersih fotosintesis?

Jawaban :

Yang dimaksud dengan hasil bersih fotosintesis adalah C6H12O6 + O2.

C6H12O6 : Zat gula hasil fotosintesis digunakan untuk sumber energi,

cadangan makanan, atau menjadi bahan baku untuk menyusun zat-zat

penting lain.

O2 : gas yang dihasilkan untuk manusia bernapas.

43

DAFTAR PUSTAKA

Ade Salimah. 2003. Fotosintesis. Inovasi Modul Mata Kuliah Biologi. Program

Terpadu Basic Science Universitas Padjadjaran.

Salisbury, F.B. dan C.N. Ross. 1992. Fisiologi Tumbuhan Jilid 2 (Terjemahan).

Penerbit ITB Bandung.

44

makalah dit 9 kel 8.docx

Documents