ASSALAMMUALAIKUM W. W.

PRESENTASI BIOLOGI MENGENAI SIKLUS- SIKLUS FOTOSINTESIS

DITA APRIYANI

XII IA 1SMAN 1 SOLOK

FOTOSINTESISFotosintesis adalah proses pembentukan bahan

organik (gula atau karbohidrat) dari zat- zat anorganik yaitu air dan karbon dioksida dengan bantuan energi cahaya matahari.

Reaksi kimia fotosintesis:6CO2 + 6H2O + energi cahaya matahari C6H12O6 + 6CO2

FAKTOR- FAKTOR YANG MEMPENGARUHI FOTOSINTESIS

Intensitas cahayaLaju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.

Konsentrasi karbon dioksidaSemakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.

SuhuEnzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.

Kadar airKekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.

Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.

Tahap pertumbuhanPenelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.

TAHAP FOTOSINTESIS

REAKSI TERANG

Fosforilasi Siklik

Fosforilasi Non Siklik

REAKSI GELAP

Jalur Calvin Benson

Jalur Hatc Slack

Jalur CAM

REAKSI TERANG

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADH H2. Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.

Reaksi terang melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I dan II. Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm, sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 nm.

Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum)

LIGHTREACTOR

NADP+

ADP

ATP

NADPH

CALVINCYCLE

[CH2O] (sugar)STROMA(Low H+ concentration)

Photosystem II

LIGHT

H2O CO2

Cytochromecomplex

O2

H2OO2

1

1⁄2

2

Photosystem ILight

THYLAKOID SPACE(High H+ concentration)

STROMA(Low H+ concentration)

Thylakoidmembrane

ATPsynthase

PqPc

Fd

NADP+

reductase

NADPH + H+

NADP+ + 2H+

ToCalvincycle

ADP

PATP

3

H+

2 H++2 H+

2 H+

Contoh: fotosistem pada membran tilakoid

Cahaya diserap oleh dua fotosistem, yaitu molekul klorofil a yang berasosiasi dengan protein dalam tilakoid.

Fotosintesis 1 : pusat aktif pigmen klorofil a703---- P700.

Fotosintesis 2 : pusat aktif pigmen klorofil a682---- P680.

Mekanisme cahaya mengaktifkan fotosintesis

Cahaya mempunyai energi yang disebut dengan foton. Ketika molekul pigmen menyerap foton, elektron tereksitasi. Keadaan tereksitasi sangat tidak stabil dan cenderung kembali ke keadaan semula. Pada saat kembali ke tempat semula, terdapat energi yang dibebaskan. Energi tersebut dapat berupa panas, fluoresensi, atau dapat digunakan untuk aktivitas metabolisme. Di dalam tanaman, kloroplas meneruskan elektron tereksitasi ke molekul tetangganya yang disebut akseptor elektron primer (tahap pertama fotosintesis).

Molekul yang mengeluarkan molekul tereksitasi adalah klorofil a.Pada reaksi terang, rangkaian pemindahan elektron menghasilkan ATP, NADH, dan O2. Pengangkutan elektron ini dapat terjadi secara siklik maupun non-siklik. Aliran elektron secara tak langsung akan menginduksi pembentukan ATP dan NADH.

Fosfolaritas (pengangkutan) Siklik

Fosfolaritas siklik adalah perjalanan elektron dari suatu tempat kambali ke tempat semula.

Hanya menggunakan fotosistem I

Elektron dari fotosistem I di-recycle

Mensintesis ATP

Fosfolaritas (pengangkutan) Non-siklik

Fosfolaritas non-siklik adalah elektron dilepas oleh klorofil dan tidak kembali ke klorofil, tetapi ditangkap oleh aseptor elektron (NADPH2)

Menggunakan fotosistem II dan I

Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh elektron yang didonasikan oleh air

Mensintesis ATP dan NADPH

Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+

Reaksi cahaya dan chemioosmosis

Mekanisme pembentukan ATP mengikuti cara “chemioosmosis coupling” (osmosis kimia berpasangan), yang terjadi karena adanya proses yang berpasangan antara aliran proton dan aliran elektron.

Aliran elektron dalam kloroplas menghasilkan energi dan digunakan untuk mengaktifkan angkutan ion H+ dari satu sisi membran ke sisi lain. Dalam kloroplas, protein pembawa memindahkan ion H+ melewati membran tilakoid dari stroma ke ruang tilakoid. Ini menyebabkan perbedaan konsentrasi ion H+ di membran, H+ di dalam ruang tilakoid lebih tinggi daripada di luarnya.

Perbedaan ini menyebabkan pengaliran ion H+ dari ruang tilakoid kembali ke luar. Aliran proton ini menghasilkan energi untuk menghasilkan enzim ATPase. Melalui fosfolirasi dengan bantuan enzim ATPase, ADP dapat diubah menjadi ATP:

ADP + Pi ATP + H2O + kalori ATPase

Fungsi ATPase adalah:1. Pada keadaan tidak ada energi, berfungsi untuk penguraian ATP.2. Pada keadaan ada energi, berfungsi untuk pembventukan ATP

Reaksi cahaya pada fotosintesis dapat diringkas:2H2O + 2NADP+ + (ADP)n + (Pi)n (ATP)n + 2NADPH +2H+ + O2

REAKSI GELAP

Reaksi gelap adalah reaksi yang tidak memerlukan cahaya, tetapi memerlukan karbondioksida. Reaksi gelap berlangsung di stroma. Pada reaksi gelap ini terjadi pembentukan karbohidrat (glukosa) dengan menggunakan energi ATP yang dibentuk saat reaksi terang.

Terdiri atas 3 tahapan, yaitu:

1. Tahap 1 (Fase karboksilasi)Reaksi pengikatan

(fiksasi) CO2 dari udara dengan senyawa organik yang mengandung 5 karbon yaitu RDP (Ribulosa Difosfat). Penggabungan ini membentuk senyawa organik 3 karbon yaitu PGA (Phosphologlycerite Acid). RDP merupakan molekul yang terdapat di dalam tumbuhan hijau dan mampu mengikat CO2.

2. Tahap 2 (Fase reduksi)Terjadi proses reduksi PGA dengan menggunakan hidrogen yang berasal dari NADPH2 dan menggunakan energi dari ATP yang dihasilkan saat reaksi terang.

Hasil dari tahap ini adalah persenyawaan Phosphoglyceraldehyde (PGAL). Pada setiap siklus terbentuk 6 molekul PGAL.

3. Tahap 3 (Fase regenerasi)Pada fase 3 ini akan

diregenerasi RDP (dibentuk molekul RDP kembali) untuk mengikat CO2 sehingga fotosintesis berlanjut kembali. Dari 6 molekul PGAL yang dibentuk pada tahap 2, 5 molekul kembali membentuk RDP, sehingga hanya 1 molekul PGAL yang merupakan hasil reaksi gelap. Kemudian 2 molekul PGAL (3C) akan membentuk molekul glukosa (6C). Selanjutnya molekul glukosa bergabung membentuk amilum.

SIKLUS CALVIN BENSON

Pada siklus ini digunakan CO2 yang difiksasi oleh ribulosa-1,5 bifosfat (RuBP) dengan bantuan ribulosa bifosfat karboksilase oksigenase (rubisco). Selanjutnya terjadi beberapa tahap reaksi kimia menghasilkan 3- PGA. Selain itu, terjadi regenerasi pembentukan ribulosa-1,5 bifosfat (RuBP) dari sebagian molekul 3-PGA tersebut.

Tanaman yang menggunakan RuBP untuk mengikat CO2 menghasilkan senyawa berkarbon 3 (3PGA) disebut tanaman C3. Contohnya: kedelai, gandum, padi, dan beberapa dikotil.

(G3P)

Input(Entering one

at a time)CO2

3

Rubisco

Short-livedintermediate

3 P P

3 P PRibulose bisphosphate

(RuBP)

P

3-Phosphoglycerate

P6 P

6

1,3-Bisphoglycerate6 NADPH

6 NADPH+

6 P

P6

Glyceraldehyde-3-phosphate(G3P)

6 ATP

3 ATP

3 ADP CALVINCYCLE

P5

P1G3P

(a sugar)Output

LightH2O CO2

LIGHTREACTION

ATP

NADPH

NADP+

ADP

[CH2O] (sugar)

CALVINCYCLE

O2

6 ADP

Glucose andother organiccompounds

SIKLUS HATC SLACK (Tanaman C4)

Kelompok tanaman C4 memiliki adaptasi pengikatan CO2 oleh PEP (fosfoenol piruvat) dengan bantuan fosfoenol firuvat karboksilase membentuk senyawa berkarbon 4, berupa asam malat, atau oksaloasetat ataupun asam aspartat. Selanjutnya senyawa tersebut mengalami dekarboksilasi, melepas CO2. CO2 ini akan difiksasi ooleh RuBP kemudian direduksi melalui siklus Calvin menghasilkan gula seperti halnya tanaman C3.

Jenis tanaman C4 adalah tebu, jagug, rumput- rumputan. Seperti halnya tanaman C3, produksi karbohidrat pada tanaman C4 terjadi siang hari karena diperlukan cahaya untuk pembentukan ATP, NADPH, dan enzim- enzim fotosintesis.

Anatomi tanaman C4CO2

Mesophyll cell

Bundle-sheathcell

Vein(vascular tissue)

Photosyntheticcells of C4 plantleaf

Stoma

Mesophyllcell

C4 leaf anatomy

PEP carboxylase

Oxaloacetate (4 C) PEP (3 C)

Malate (4 C)

ADP

ATP

Bundle-Sheathcell CO2

Pyruate (3 C)

CALVINCYCLE

Sugar

Vasculartissue

CO2

SIKLUS CAM (Crassulacean Acid Metabolism)

Jalur ini pertama kali ditemukan pada tanaman famili Crassulaceae yang biasanya hidup di daerah kering, daunnya tebal, dan kecepatan transpirasinya rendah, seperti kaktus dan nanas.

Metabolisme asam Crassulaceae terjadi siang dan malam hari. Pada siang hari terjadi reduksi CO2 manghasilkan karbohidrat, tetapi stomata tertutup untuk menurunkan transpirasinya sehingga tidak terjadi fikasasi CO2. Pada malam hari, stomata terbuka sehingga fiksasi CO2 dapat berlangsung.

Spatial separation of steps. In C4 plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in differenttypes of cells.

(a)

Temporal separation of steps. In CAM plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in the same cellsat different times.

(b)

PineappleSugarcane

Bundle-sheath cell

Mesophyll Cell

Organic acid

CALVINCYCLE

Sugar

CO2 CO2

Organic acid

CALVINCYCLE

Sugar

C4 CAM

CO2 incorporatedinto four-carbonorganic acids(carbon fixation)

Night

Day

1

2 Organic acidsrelease CO2 toCalvin cycle

TERIMA KASIH ATAS PERHATIANNYA

ASSALAMMUALAIKUM W. W.