Seminar Naslonal Efhlen$1 & Konservasl Energl

FUERGI200S

I SSN 1907-0063

Scmarang, 12 Dcsember 2005

SIFAT-SIFAT OPTIS FOTOSINTETIK KAROTENOID DAN

BAKTERIOKLOROFIL I• ADA ANTENA KOMPLEKS DAN • PROSJ>EKNY A SEBAGAI ELEMEN BIOSELSURYA

Andreas Setiawan, Fenly S. Rondonuwu

)uniSOn Fisiko, F(t/r.ultas Sains dan Matematika. Universitas Kristen Sarya Wacana. J/. Diponegoro 52-60 Salatiga 50711.

£moil:<mdre Jsm@y<ti>oo.com. ferdy �•r@yahoo. com

Abslrak Fotosintesis adalah proses lw11versi calwya mawirari menjadi em:rgi lcimia melalui serangkaian reaksi fotofisis. Terdapat duo pikmen pellling dalam /OIOSinresis yoitu karotenoid dan (baklerio)klorofil. Kar01enoid dan baklerioklOrojil secara 1.milc membentuk antena kompleks dan bertanggung jawab at as serapan cahaya matahari secara efisien. Untuk dapat memanfaatkon antena kompleks pada bioselsurya.. .komi me.nyelidiki sifar-sifat optis karotenoid dan bakterioklorofil podls ontena kompleks Jersebul. Didapati balrwa .Jpektrum serap /carotenoid bcrada pada kisaran riak gelombang 410 - 540 nm sedangkan bakterioklorofil berada pada kisaran riak gel om bang 350-400 nm dan 790- 850 nm. Dengon memeriksa spektrum elcritasi; jluoresensi dan snembandlnglwnnya denglm spekrrum serap diperoleh informasi bahwa. pado antena kompleks, cahaya yang diserap ofeh karotenoid dapat dipindahlcan pada bakteriokloroji/ do/am bentuk tenaga eksitasi singlet dengan e[tSiensi mencapai 89%. J\1ekaniSme yang terinci mengenaf tran.ifer tenaga pacfa antena kompleAs masih perlu dipelajari lebih lanjut nomun didugo bohwa transfer tenaga eksitasi Singler dari korotenoid-kc-ba/aeriokolorofil tcrjadi melatm· duo jalur yaitu: (0 tingk01 tenaga donor 118., � karotenoid menuju tinglc.at tenoga okseptor Q. bakterioldorofil dan (ii) tingkat renoga donor 21Ag. karotenoid menuju tingkaJ tenaga akseptor Q, bakterioklorofil. Kata kunci: ontena komplek.f, bak.teriokloro;il, en.:.rgi transfer, k.arotenoid

Abstract PhotOsynthesis is a process in which light is com·erted into a stable form of chemical energy through a series of photo--physical reac tions. Caro1enoid and (bocterio}chloroplry/1 are two import am pigments in photosynthesis. 8()tit pigments are sell led uniquely in the form of antenna complex. 11te antenna complex functions as high efficienl light harvester. In order 10 make use such a high efficient antenna complex for bidSolarce/1, we investigated optical properties of caroumoid and bacteriochlorophyll in rhe antenna complex. It was found that carotenoid exhibits absorption in the spec1ral regimr around J20-S.fO nnr whereas for bacterioch/oroplry/1 i n the spectral regions around 350 - .JOO nm ond 790 - 850 nm. Examination of fluorescence­excitation spectrum observed at bacteriochlorophyll Q,. and taking comparison with carotenoid absorption, we oblained that carotenoid transfers singlet energy excitation to bacleriO<:hloroplry/1 with efficiency up w 89%. A complete understanding of energy transfer mechanism in antenna complex required detarl im·estigations. 1/owever, it is expected that carotenoid-to-bacteriochlorophyll singleJ ercf:t:uivn �nergy-transfer are taking place via two channels: fi) from donor state of carotenoid 1 B-.· to acc�7ptor state of bac:leriochlorophy/1 Q., and (ii) from donor stute of carotenoid i A 1!

. ro ucap;or state of bacteriochlorophyll Qr

Keywords: an1emrn complex. bacteriochloroph.r/1. �·llrounoid. energi transfer.

PENOAIIULUAN

Kualitas hidup rrwnusia sangat ditcntukan olch sumbcr-sumber energi yang tc•·sedia . Saat ini konsumsi en�rgi du nia telah rnelebihi angka 6000 GW dan diduga akan tetus meningkat secard tajam da1am beber'apa dckade rnendatang. Ragian yang palin g besar dari suplai cncrgi sam ir\i bcrasal dari cne rgi kimia yaitu bcn1pa bahan bakar fosil. Pcrso"'lan nH.:ndasar' dari cadangan encrgi rosil

adalah jumlahnya yang 1erus berkurang sedangkan tormasinya secara prakis tida k terjadi (nOfl r4!ne-wable). Penggunaan energi fosil itu jug3 menyebabkan pencemariH• dcngan ting.kat yang

!clah melarnpaui nilai tolcransi. Oengan dernikian kehidupan manusia di masa depan menjadi sangal i<r:tncam kecuali penghernatan cncrgi dilak.ukan S<."cara imensif dan inovasi-inovasi baru dulam teknologi konversi energi dapat dikembangkarl.

C:ahaya matahari adalah sumbcr euergi yang

lu:u biac:a k<•rena tersedia dalam jumlah besar dan

lt"'lnar National Efhltntl & Konttrvatl Entr•l

FUERCI :r.oos

ISSN 1907-0063

Scmant ng, 12 Oc•cmbcr 2005

sel•m• kurun wnktu yang hampor tanpa batas Abm sebetulnya Ielah mcmanfaatl.an ener&o matahari untuk menjalankan pr,os� l..ehidupan di bumi melalui fotosintesis. forostnlcsis adalah

proses kimia-fisis dimana balo.leria fotosmtesis.

algae dan rumbuh-tumbuhan mcn&&unakan cahaya matahari umuk mensintcsa bahan·bahan organi� Rcaksi fotosintcsis terjadi mdalui sekumpulan si!lem kompleks pikmen-protein bersama dengan komponen redoks yang tcrikat disekitar membran lipid yang tcratur. Melalui scderetan reaksi,

'mcsin' fotosintesis mengubah cahaya mcnjado energi kimia yang subil dan dapat disimpan !lllllpni jutrum tnhun lamanya. Dahan bakar fosil yang saat ini digunakan untuk mendukung ektivitas manusi:' dan maknnan yang kila makan setiap hari adalah basil focosintcsis

Salah satu bagian yang paling penung pada fotosintcsis adalah kompleks pigmen-proccin yang sering disebut dengan antcna. Antena mt

bcnan&&ung jawab tcrhadap serapan cahaya. Antena pada bakteri a inacrobil. non-sulfur fotosintctil. sepcrti Rhodospir1/um moluchianum dan Rhodobocler sphnrroidt$, terd iri d:o.ri dua jenis yaitu llglrt harve.wng I (LIII) dan fig lot h<�rve$/mg 2 (U 12). StruLtur L112 pad> Rhodospirilum molischionum celah ditentukan secant tehti menggunakan difraksi sinar·X dcngan rcsolusi rnencapai 2.4 ancstrorn (Koepke ct al. 1996). l)lo� dasar Lll2 terdiri dan sepasang sub unit polipeptida dan protein a-helix, scbuah Larotenood (Car) dan tiga buah bakterioklorofil (BChl). Dclapan blok do.sar tcrscbut onembentuk sebuah antena menyerupai cincin sedemik1an schingga n><nghasilkan serapan cahaya yang efisien pada rentang rink gelombang 300 - 900 nm Cahaya yang diserap oleh LH2 diubah menjadi energi cksiiJ\Si molekul yang dapat dokonvcrsi menjadi cncrgi kimia mclalui serangkaian proses yang berlangsung pada pusat rcnksi.

Alam tclah memilih konfiguraso uniL bcrupa cine in LH2 melalui selcksi alnm yang sangnt lama. llasil ini menyarnnl.an kepada kita bahwa konfigurasi serupa layak ditiru dalam mcrnbangun antena buatan pada proses kon"eni cahaya menjadi encrgi lain yang lcbih rr•Lti•

Usaha·u.sahn untuk. memanfaat�an atau meniru sistcm focosintesis scbaga.i amcna untuJ... sel surya Ieiah dimulai. Suaru l.elompo� peneliti mcncoba mcngamati bahwa <lel.tron dapat dihantarkan dari Lli2 mcnuju nanopani�el Ti01 yang sengaJa di�lllkkan pada inti LH2 (Chen et al. 2005). Kelompok peneliti lain menunjul.l.an bahwa Car dalam bcntul. asam dapat menyuntikkan elektron secara langsung pada nanopanil.cl Ti01 (Xiang ct al. 2005). Gliiuel sebelumnya telah berha>il merancang sel surya tcrsintesa pewama, sebuah protoupe sci surya mengguna�an bcrbac,ai pcwama sintcti,.. s.ebaga• light�lrarvf!j'fer (0' Regan ct al, 1991 ).

O•perl.•r.t.k,an bahwa pi�rnen·p1kmcn alanllah seperto Car dan (bal.teno)l.olorofil dapat do�;unal.an pada sci surya Gratsel sehingga ang�a efisiensi J..onversi cnhaya menJadi h�trik padJ fNOIOI}7Je- 1n1 dapal terus menmgkat Pcnelitian­pcncliuan ccrsebut mcmbcri petunjuk bah"a pol.mcn-pil.men fotosontcsos dan Lll2 bersamo nanopartikel Ti01 secara prinsip dapat dipal.ao sebagao sci surya bcrbasis bahan organil. (bioselsurya). Keun&&ulan dari bioselsurya rancangan Grnw:l adalah ramoh lingkungan, konstruksi yang, �derhana dan mu rah Dcng.an set

sutya Jenis ini pula1 proses rekombinasl y4lng mcnJadi masa\ah uuma pada sel surya konvensional dapat dohindari. lni b<:rarti bah��oa btoselsurya Go11tul dapat menongl.atkan efisiensi l.onvcrsi cahaya-listrik doata. niloo sci surya

konvcnsional. Namun c.kmikian, stuJi rmndalam tcnl3ng mekanismc injcksi elcktron mU!;lh tcrhambat oleh kurnngya pen&ctahuan mcngcnao strul.tur tenaga pikmcn-pikmen fotosin tcsis 'l<:na

prose> trnnsfer tcnagn pad.t LH2. •

Paper mi mcmbahas mengcnai siCat�sifat OJ'His pikmcn·pthlncn foto�inte�JS dan trnnsfer tenJga anuro pil.men -pil.men fotosontesis pada I 112 Sccam spcsifik� cfiSICI\SI trnn>fer antara Car ke­OChl pada bal.terial fotosintcsis RhoJoba<:tcr �photroide�t strain 2.4 I aknn d1pelapn men&&unakan spe�trosl.opi scrap dan tl.souso lluo�nsi. Mula�mulo karak.tcnstik �pektrum serap pikmen-pt!..men monomeri� OChl dan Car dipaparl<an kemudian spektrum scrap Lll2 yaotu sistim ontegrasi Car-OChl-p<otcon dibahas Akhtmya spe�-uum OUOfcsensi cksitasi pada I 112 akan ditampilkan dan dobandongkan untul. mengctahui cflsicnst energi transfer amar pi�men pada LH2 terscbut.

EKSPERIMENTAL

J-•rcpMrasl Sarnpel Untuk menyclodoki sifat-sofat optos pil.mcn­

pikmcn fotosintesis pada Rhodc;bacter sphaeroides 2.4.1, k11mi melal.ukan dc�omposisi mcmb.-an untu� melakukan ckstrak�i piknten Car sphcroidenc, OChl dan "t<m t•abungan l.omplcl.s pil.n><n-protein LH2. Prosedur ckstm�si Car tciJh dilaporkan sccara detail (f'ujio ct al, 2003). Sccarn singl.a� sphcroidene diek <tral. dati se l l<hodobacter sphaer01de.t scrain 2.4.1, dan dimumikan dengan mcn&&unakan kromatografi kolorn alumina dan silika gel diJanjutkan dengan sederclan reknsralisasi pad3 n·hexanc untuk mcmisahkan all-trans dan 15-cu Cllrotenoid. Pada percoban oni dogunal.an oil-trans sphcroodcnc 15-cis �pheroidcne cidak dtpal...ai karcna diang!!,ap \cbagai produk dcgrnda'' yattu tHt\tl rsomcr�c,�s• u//-rrnns sclama preparasi l'adJ pt!ngul..uran �pektrum sc-rap, nll·lr.JO� sphcr01dem: dtlanuf..an pad3 n-hexane.

II 79

Seminar Nadonal Efhlentl & Konservasl Enervl

FUERGI2-S

ISSN 1907-006.! Serna rang, 12 Oc:.cmbcr 2005

AChl diekstrak dan sci Rhodobacter •pharroides strain R. 261 Sci mula-mula d•lcnn!;k•n dengan fresh J'>W �I yang Ieiah kcring dilnru1kan pad� MeOII dengnn lambahan 'edikit sodiurn-L-askorbat. l..aruuw cersebut di­WIIrtjllge pada pularnn 5000 rpm sclnmn 5 mcnil dnll pada suhu 44C. L.angkah ini bertujuan untuk memisahkan supematan dJ..n p3datan lain yang tid.tk bcrguna. Supcmatan ini dievaporasi sceara ccpal menggunnkan aspir:llor dan diencakan lcml>.,li dengan asclon Pemumionny.t dilakukan tlc:nran mencrapkan kolom sert..vose. Padil pcngukur:m spcktrum scrap, DChl dilaru1kan pada a�lon. Prepnrasi LH2 meng•kuli prosedur sepcni padn publikasi scbclumnya (Cogdell e1 al, 1983; !!vans c1 al, 1988) dcngan pcrsiopan akhir yang dimodiliknsi. Pada pcruobaan ini, persinpan okhir Lll2 dilakukan dengan mcnsuspensikan Lll2 pada pen)<lngga 20 mM Tris-fiCL (pll 8) yang mcngandung 0.2% sucrose monochocolate (SMC).

Spc�l roskop i Susun:m oprik untu� mcngukur spektrum

'crap lcrdiri dari: (I) sumbcr c.1haya conlinu dari lampu Xenon (Xe), (2) monokromalor ganda bcbas abcrnsi (JUSCO M25D) y•ng d•lcngknpi dengan k1�i 1200 gorcsan/mm, dan (3) pholomulliplicr (PMT) sebagai dcleklor. Oerkas culmya dari lampu Xc dcngan diameter -.ckitar 8 nun mula-rnula tlic;cjajar�nn dcngan mcnggunakan sepasang ccrmm :tluminium dan dllewati>.an pacta kuvet '-1mplc dcngan panjang linlasan optis 10 rnm 1\erk:u lersebul kemudian difokuskan dcngan mcnggunakan sebuah len."' pada cclah selcbar 0.1 nun yang tcrletak didcpan tnonokromator ganda. Spck1rum dipisahkan olch monokroma1or ganda �chingga dislrubusi inlensilasnya dapnl diukur dcngan mensgunakan PMT. Rc.whL�i yang dapat dicnpai dcngan sistem ini adaloh kurnng dari I nm. Pcngukuran nilai scrnpan sebngni fungsi riak. gclombang A(A} dil�u�nn dcngan me1ode smndatd yaitu A(..t) = log(/(..t)//0(-t)).

d1mona IJ,J.) adalah inlcnSII.l> yang drkur uniUk lu-.1 bcrisi pelaru1 scdangkan /(A) adalah mtensit:.s yang diukur untul.. kuvet btrisi pilmen dan pelarul.

Spek1rum nuorcscn>i cksiln>i Ll12 diulur dengan susunan op1ik yang 1crdiri dnri (I) larnpu Xc �cbagai sumber cahaya kontinu. (2) .scbuah n1onokromator tunggal, (J) scbuah monokromator ganda, dan (4) dua buoh PM 1 (PM II dan PMT2). Mula-mula berk.as cahaya dari Jampu Xe dofo�uskan di depnn monokromator menggunaluon scbwh lens.a kolima1or MonoUoma1or m1 l>crlung.•i unluk memilih nak gclombang <pcsrfil (monokrom;uil..) yang dung,ml..an (variabcl). Riak. CtlombanJ; 1erp1lih kemudian drpeeah menJadi dua b:.ginn (pcrbandingan •ntcnliiU)� adalah 1·1) Bitginn rx:rtama diarahk<�n pada PMTI. PM n ini ht.•• fungo.,• unruk mcngkal•bnl)i juml:1h foton p;:1da

bcrka> lcrpilih. £lagian kedua d•foku•hn p>:J. l..uvec s1hnder berdiamtcr ) mm yang berisi S3mrlt untuk mcnyediakan cnergi pada pro�tcs ek!1taU pikmen. Bcrkas kcdua ini disebut tx:rkas eksilasi. Ses;.•at sc1elah eksitasi, pikmcn folosiruesis n�an mcnghasilkun cmisi bcrupa Ouorc:..cnsi. O<:rl:ns tluorcscnsi selanjutnya dikumpulkan dcngan mcnggunal..an sebuah tcnsa l..ohmJtOf )3..'1! d11empa1kan pada arah tegak lurus lcrhacbp ri berkas clsilasi dan difokuskan pada sill sdcbor01 mm di depnn monokromOior c•41 Monol..nlnmtor ganda di set Stc.lr.- cct:ir paa �cluJran rial gelombang 850 nm )'.tng diJ�If dcngan PMT2. Alasan pemilihon rial t;olomb.ng pado 850 nrn akan dijelaskan kcrnudion (•••!, 1ttjr11).

IIASIL I>AN f\EMOAHASAN

Spcklrum �rap £lakloriol..lorom SpcLirum scrap dari BChl pada ptlarul as<llll

drlunJUI..Un poda Gambar I a Spcklrum ini letolin dari liga b3&ia.n utama yauu dua pn:. �rapan k.UII padn nal gclombang sckilar 357 nm yang �ia.<a disebul plio Sorel, spcklnun •crap IO)am sek11ar 769 nrn y.uog biasa disebul pila Q,. don saiU p11n r:,cropan intcnne<.lim yang muncul p.1da ri:tk gclombnng 577 nm yang dikcn"l dengan pim Q, Nanlpak bahwa BChl soja "'""" 1id.o� efisien dalam �erupan focon pada rcnt .. mg c;Jiuya c.amp:t\ omarn 400 700 nm �atcna "ropan cl'tll•")' justru lcrjodi pada piUl uhra•iolcl (UV) dcb1 dao on fro mcrah dcka1 ,., ,.,

OlS '> 0 JO ·- 0 '� "' � 020 "'

01� 010

o .

Oy

0�

00>'-.w."'G

Gambor I (a) Speltrum serap lt!Qnom<ri� llCl' pada pclaru1 a<elon. (b) D1agram llll!\k>l·llagkJI tcnilga }'ilng d1perolch dan <.lat.a !.Cp�trulll �cr.1p. Gari� dcngan tanda pnnah kc .un� mcnunjukkan muu,i�i-lntmi�i yang tcrlibat.

Spcklnun pada VambJr ';.1 th Jill! berhubun�an dengan lranSISI clel1r001l ibn lmgk.al d:t)olr G (ground SWil') k.c: un�·.J.H-IIntlll tc:nat'J ch1t•ui singl.e1 BChl_ Tr.-n\1\Hrans•s• �li!S l�rhb-31 3Jollah ( f ---. Q�. G - Q,. (, • So«t Ting.�:U-IInt�k:u cncrgi s•nglcl BChJ ll.ln traOSlP

ltan�t!ll tcf"\ebul dapat d•gambarlr..an bc:rd:l\3rk:lll d,lta s.pe�trurn coer:-1p <.hill ditUilJUU.;m p.ul.• tiamtu' I h Oleh karen a tram•<>• lrJnSI\1 tcrsclKll

n ���

1t•l1111r Maslo11al Efhlensl & Kon1ervad En•r•l fUUGI100S

ISSN 1907-0063 Serna ran�. 12 Ocsember 2005

<ipe<bolehkan sccom optis (optically activt) dan Jingkat-tinglcal tenaga yang terlibat adalah tingkal ..,aga singlet maka transisi bali!� (deexcitalion) jo!a akan diperbolellkan secara op1is. Transisi balik ini teljadi melalui proses Ouoresensi.

Sptktrum Scrap Karoteooid

G3J11bar 2. Strul:tur molekul Car sphcr01dene. Garis-garis runggal pada b>ckbone menunjukkan ikaJan raogkap tunggal karbon (C-C) serdangkan garis ganda mepunjukkan ikatan rangkap karbon (C=C). Jumlah il<atan rangkap benurulan pada spheroidene adaWl n = I 0 (lihat penomoran ikaun ranglcap).

Jtnis Car yang membenruk LH2 pada fotosintehl< bakteria RhodobacJer :<pha.,oides strain 2.4.1 adalah spheroidcne. Spheroidene adalah Car dengan jumlah ikatan rangkap karbon berurutan n • 10. Biasanya karakteristik spektrum dilcntukan olch jumlah il<atao rangkap n. Sc:cara umum spektrum absorptsi akan bergeser kearah meralt ketika n bertambah. Stn•ktur molckul spheroid..,. ditunjukkan pada Gambar 2.

{I) (b) 0 35 S'OXI � 0.25 l 020 .. O.t5

0.10

Gambar 3. (a) Spektrum serap monomerik Car spheroideoe pada pelarut n-hexaoe. (b) Oiagnm tinglcat-tingkat tcnaga yang diperoleh dari d>ta sepl1rU.m ser.op. Garis deogan tanda pan3h ke atas menunjukkan transisi-transisi yang terlibat. Tinglcat tenaga 21 A,; (garis horisontal putus­putus) juga ditampilkan sebagai pembanding.

Spekwm scrap sphcroidene yang dilarutkan pada pelarut n-hexane dirunjukkan pada Gambar Ja. Data spektrum serap menunjukkan bahwa spheroidene memil iki serapan efekt if pado riak gelombang 400 - 500 nm. Serapan itu memiliki struktur deogan puncak-puncak nyata poda ria� gclombang 483. 452 dan 427 nm.

Rantai Car (lihat Gambar 2) kiru-kim memiliki simetri c,. (Pariser et al. 1953. Calis el al. 1956), yang mcnghasilkan oingkat-tongkat

oenaga singlet yang dapao diklasifikasikan kc dalom kelompok k1 A;. 1'8;. m1 A1' dan n'B,'. Disini supcrskrip 'I' di&un3kan untuk mcnandni kc:adan-kcadaan single!; • dan - adalah Janda Pariscr yang menunjukkan simetri konfigurasi elektronik; g (gemde) dan u (uncerade) masing· masing mcnyatakan paritas genap dan ganjil dari fungsi gclombang total; k, /, m dan n menandakan deretan keadaan-keadaan clcktronik yang memiliki simetri yang sama dari cnergi tcrendah ke yang Jebih tinggi (perhntikan bahwa disini n berbeda dcngan simbol yang dipakai untuk menyatakan jumlah ikatan rangkap k:ubon yang benurutan padu rantai Car). Jika transisi optis foton tunggal mulai dari tingkat I 'AI maka tingkat-tingkat m1 A1' dan n'B.' diklasifikasikan sebagai keadaan­keadaan yang 'di perbolebkan secarJ optik'. sedangkan tingkat-tingkao k'A;, I'B; diklasifikasikan sebagai kcadaan-kcadaan 'dilarang secara optis' (Pariser et al, 1953, Colis ct al, 1956). Urutan tingkat-tingkat tenaga Car muta' dari kcadaan dasar ke tin&]<at yang lebih tinggi telab terdokumentasi dengan baik yailu: I 'AI (Ground) < 21A; < I'B;. Jadi transisi I 'A; � 2'A; adalah dilarang secam optis scdangkan tl"3nSi si I 1 A.-- I 1 8; adalah diperbolcbkan secatll optis. Transisi 11AI - 11S.'melibatkan foton dcngan ri>k gclombang cahay• tampak. Jadi spektrum ser.op Car yang ditunjuklan pada Gam bar Ja tidak lain ada lab transisi I 1 A; -I 10,'. St.ruktur scrap yang mcmiliki puncak­puncak tajam pada 483, 452 dan 427 nm berhubungan dengan tingkat-til\gknt energi vibrasional (v) dari keadaan elektronik I 18,' _

Puncak serapan pada 483 nm berhubungan dengan tmnsisi I 'A; (V"')- I 18,' (V"'O); 452 nm untuk transisi I'A; (.,..()) - I •o; (v-I); dan 427 nm untuk I 1 A; (Y"()) - I 18, • (V"'2). Transisi-transisi tersebut ditunjukkan pada Garnbar lb.

Tingkal tenaga 2'A; f."& mana ttansisi op1is dari keadaan dasar I A; adalah terlarang sebetulnya telah diamati keberadaannya dcngno• menggunakan teknik spektroskopi profil resonansi Raman (Furuichi ct al, 2002). Untuk spheroidene didapati bahwa tingkat tenaga 21Af terletak di bawah tingkat tcnaga I 18, . Sebagai perbandinga n, tingkat tennga 2' At" ditunjukkan jug a pada Gam bar Jb (garis putus-putus)

B Kl

Seminar Nadonal Efhlentl &. Kontervcul Enervt FISERGI 2005

ISSN 1907-0063 Serna rang, 12 Desember 2005

Spcklrum Serap LH2

0 . 6

"' "' ...

0.0

�00���500������.�7�00������000�� Riak g<>lOmlX>Og (m>)

Gambar 4. Spcktrum serap LH2 pada pcoyangga 20 m� Tris-HCI, pH 8. Puncak-puneak serapan Car dan 8Chl bergeser kea rah merah jika dibanding)can dengan serapan pikmen yang sama pada pclarut non-polar. P=hnya puneak BChl Q1 menjadi 8800 dan B850 Q, disebabkan karena BChl membentuk dua kclompok cincin agrigat berbeda, masing·masing deogan 8 dan I� BChl.

Spektmm scrap LtU ditunjukkan pada Gambar 4. Nampak bahwa spcktrum LH2 merupakan hasil komposisi serapan Car dan BChl. Dilihat dari strukM dan lclak dari kelompok puncak yang mucul pada sisi spcktrum dcngan riak gelombang pcndck dapat diketahui bahwa kelompok puncak in• berasal dari Car. Puncak pada 511, 478 dan 45 1 run berturut-tumt adalah transisi Car 11A$ (v=O)- 11B,' (v=O), 11A&. (v=O) - 11B,' (�>"'1), dan 11A1' (v=O) - 11B,' (1"'2). ·

Puncak kecil yang muncul pada 589 nm berasal dari scrapan pita Q, 8Chl. Dua puncak tajarn pada 799 dan 847 nm berasa1 dari serapan pita Q, 8Chl. Pcmisahan pita Q, meojadi dua pita mcnunjukkan bahwa spcktrum itu berasal dari dua kelompok agrigat 8Ch1 yang berbeda. LH2 Rhodobacter sphaeroides diduga m1np dengan LH2 Rhodospirilum molischianum yang terbentuk dari dua macam cincin agrigat masing-masing terbentuk dari 8 dan 16 OChl. Pada Rhodospirilum mo/ischianum. canctn agtigat dcngan 8 bakteriokolorlil menghasilkan · serapan Q, pada riak gelombang sekitar 800 nm sedangkan cincin agrigat 16 BChl mcnghasilkan serapan pada riak gelombang 850 nm (2). Dengan demikian dapat diduga bahwa pita serapan yang muncul pada riak gelombang 799 nm dan 847 nm pada LH2 Rhodobacter spltoeroide.s strain 2.4. I adalah serapan Or dcngan agrigat yang berbeda. Tingkat tenaga yang bcrsesuaian dengan serapan Q1 pada LH2 masing masing disebut 0800 dan 13850 (simbol B untuk BChl dan angka 800 dan 850 bernsal dari puncak riak gelombang scrap). Perlu

dipcrhatikan bahwa spektrum serap Car dan BChl secara si.tematis bergeser ke arah riak gelombang merah jika dibandingkan dcngan spcktrum masing. masing pikmen pada pclarut non-polar. l>tlat\Jt scpcrti Tris-HCI yang digunakan sebagai pelarul LH2 ini adalah pclarut polar scdangkan aseton dan n-hcxanc adalah pelarut-pclarut non-polar. lni menunjukkan bahwa lingkungan tempat pikmen. pikmen itu dilan1tkan mempcngaruhi lclak relatif tingkat-tingkat tenaga eksitaSi vibronik (vibrasi· elektronik). Interaksi anlara pikmcn dan pelarut tclah didiskusikan secara seksama pada penelitian lain (Christensen, 1999).

! ·�

" c

w

0.35 -- Soret

0.30

Absorpsi FluOfestnsl

L--�g�to�u�oo�-L--------�-----0.00 Car BChl

Garnbar 5. Diagram lingkat-lingkat tenaga Car dan 8Chl pada LH2. ET menyatakan encrgi tranSfer dan IC mcnyatakan konversi internal renaga·tenaga singlet pada energi eksitasi tinggi ke yang lebih rendah.

Skema tingkat-tingkat tenaga Car dan BCbl pada LH2 berdasarkan data spektnlm serapnya ditu.njukkan pada Gam bar 5.

Energi Transfer Car-ke-BChl Pada LIJ2 Dari Gambar 5 terlihat bahwa lingkat tcnaga

Car 11B,' berada di alas tingkat tenaga Q, dan tingkat tenaga Car 21A,· berada di atas lingi<:t tcnaga BChl 13800 dan 13850 Q,. Secara encrgetik dapat diharapkan bahwa tcnaga cksitasi singlet Cat I 'B,' dapat dialihkan pada OChl 13850 Q, melalui dua jalur yaitu I 1B.' - Q, - Q, dan I 'B,,'-2'A;-Q,.

Untuk menyelidiki apakah energi transfer Cat· ke-BChl dapal terjadi maka dilakukan pengukU1l!Jl spektrum nuoresensi pada berbagai energi foton eksitasi. Pada pengukuran ini, Car dieksitasilwn pada tingkat tenaga 11 B.' menggunakan cahaya monokromatik yang riak gelombangnya dapat ditala secara sistematis dari 400 - 550 mn.

Flourescnsi diamati pada panjang gclombang 8·18

nm yaitu pada puncak serapan 6Chl B850 Q, Dengan cara ini. folon dapat diemisikan dalam bentuk lluorescnsi olch B850 0, hanya jika ada

n �2

,...,_ Na•lonal Efhlentl 1.. Konte.,.tl Enervl fUI!RGI 200S

ISSN 1907-0063

Semarang, 12 D�stmb�r 2005

:ransf..- energi dari Car. Tidak ada foton yang b<resonansi dcngan tingkat tenaga pada OChl _1.0 \ ...... � =��

� :· :: ()) , . . . ,...:: i :

: � : � : � : . . ..

./ ... .

.

��······ ·- . �0.0 �00��������770�0��8�00�-00�0�

Rlak gelombang (nrn)

Gambar 6. Perbandingan spekrum serap LH2 (garis putus-putus) dengan spektrum lluoresensi eksitasi disel<i\"f Car (garis tebal). Kedua spektrum tersebut dinormalisasi pada sempan Q,.

GliJilbar 6 memperlihatkan spektrurn nuorescnsi eksitasi (lihat garis tebal) yong diamoti p3da rial< gelombang 847 nm. Se.ba gai perbandingan, spektrum serap LH2 dirunjuUan kcmbali pada gambar yang sama (garis putus­putus). Nampok bahwa spektrum lluorcsensi eksitasi menyerupai spektrum serap Car.

Untuk dapat menentukan total energi transfer maka spelctrwn fluoresensi eksitasi diukur pada rcncang 400 - 650 nm yaitu m eneakup rentang serapan Car dan BChl Q,. Jika seluruh cnergi Q, ditransfer ke Q, (hal ini dibenatl<an karcna Q, tidak mengalami lluoresensi. Data pengukuran tidal< ditampilkan) maka normalisasi spektrum eksitasi fluoresesnsi temadap serapan dapot dilakukan deng;m menyamalcan tinggi spektrum Q, dari kedua spektrum scrap dan fluoresensi eksitasi. Dengan cam ini, energi cransfer toW Car-k�BChl dapat diestimasi dengan membandingkan tinggi rclalif intensitas scrap dan Ouoresensi eksitasi pada rial< gelombang disekitar serapan Car. Oengan metode itu, nampak bah-.-a efisiensi energi cransfer Car·k�BChl dapat berbeda, terganrung tingkat vibronik Car yang d it injau. Jika Car d ieksitasikan pada riak gelornbong 5 II nm didapati bahwa energi transfer total dari tingkat tenaga vibronik 11B.' (vxO) menuju Q, adalah sebesar 89"/o yaitu prose��tase tinggi puncak fluoresensi eksitasi tcrttadap puncak scrap pada riak �elombang yong sama. T ingkat-tingkat vibronik I B.' yang lebih tinggi akan menghasilkan total energi trnnsfer deng;m efisicnsi yang lebih rendah. Hal ini dapat dilihat dari perbandingan tinggi puneak-puneak Ouoresensi eksitasi terhadap serapan yang mcnjadi scmakin keeil pada tingkat vibroni� Car yang lebih tinggi (v = I. 2 dan 3).

KESIMPULAN

Kombinasi Car dan BCh I dalam membentuk Lll2 didapati memberikan serapan efektif disekitar :iak selombang eahaya tampak 400 - 900 nm. Pada Lll 2. foton yang disernp okh karotenoi d ditransfer pada BChl dalam bentuknya encrgi eksitasi singlet dengan eftSiensi meneapai 89%, tergantung tingkat vibronik karotenoid yang terfibat. Mekanisme transfer tenaga pada LH2 masih perlu dipelajari lebih lanjut dengan menggunakan spektroskopi uhracepat namun diduga bahwa transfer tenaga eksitasi Car-ke-BChl terjadi melalui dua jalur yaitu: (i) tingkat tenaga donor 11B, • karotenoid menuju tingkat tenaga akseptor Q. bakterioklorofil dan (ii) tingkat tenaga donor 2'A; karotenoid menuju ting�at tenaga akseptor Q, bakterioklorofil.

OAF'TAR PUSTAKA

Calis P.R., Scott T. W. and Albrecht A. C., (1983) "Penurbation selection rules for multiphotor electronic spectroscopy of neutral ahemant hydrocarbons", J. Chem Plrys. 18, hal. 16-22.

Chen X. -H .. Zhang L., Weng Y. X., Du L. -C. Ve M.-P., Yamh G. -Z., Fujii R., Rondonuwu F. S., Koyama V., Wu Y. -S. and J. -P. Zhang. (2005), "Protein structural deformation induced lifetime shoncning of photosynthetic bacteria light-harvesting complex LH2 excited smte", Biophy:s. Journal 88, hal. 4262-4273.

Christensen R. L., (1999) "The electronic states of C3rotenoids", (Edited by Frank H. A., Young A. J., Briton G. and Cogdell, R. J.) Advances in Photosynthuis, The photochemistry of Carotenoids, Kluwer Acad. Pres, New York. Chapter 8, hal. 137-157.

Cogdell R. J., Durant 1., Valentine J., Lindsay J. G. and Schmidt K., (1983), MThe isolation and partial characteri'll!tion of the light-barvcsting pigment­protein complement of Rhodopseudomon;as acidophila", Biochem ct Biophy$. Act. 722, hal. 427-435.

Evans M. 0., Cogdell R. J. and Briton G .. (1988) "Detennination of the bacteriochlorophyll: C3r'Otenoid ratio of the B890 antenna complex of Rhodospirillum rubnnn nnd the 0800.850 complex of Rhodobaetcr sphaeroides". Blochem. et 8/ophy.r .. Act. 935, hal. 292-298.

Fujii R., lnaba T . . Watanabe Y .. Koyama V. and Zhang J. -P . . (2003), "Two different pathways of internal conversion in carot(noids depending on the length of conjugated chain", Clwm. Phys. Lett. 369. hal. 165-172.

l'uruichi K . . Sashima T. and Koy11ma V .. (2002), "The first detection of the JAg state in caroteno•ds using resonance .. Raman excitation profiles". ('Item Ph)'S Lett 356. hal. 547-555

B 83

Seminar National Efhtontl lc Konsorvad Ener•l

FISERGI:WOS

Koepke J .• Hu X .• Muenke C .• Schulten K. and Michel H .• (1996). "The crystal structure of the light-lwvcsting II (8&00.&50) from Rhodospirillum mo!ischianum', Structure S, haL 581-597.

O'Regan, G. and Grattel M., ( 1991 ), "A low..:ost. high efficiency solar cell based upon dye· sensititcd colloidal TiO, films�. Nature 353, hal. 737-740.

Parise< R. and Parr R. G., (1953). "A semi·

emp1rical thco<y of lhe electroniC spectra and electronic SD'Ucture of eomplex unsaturated

molecules�, J. Chern, Phys. 3, hal. 466-47t.

Xiang J .• Rondonuwu F. S., �itani Y., Fujii R., Watanabe Y. and Koyama Y., (2005), "Mechanism of eleclrOn injection from retinoic

acid and carotenoic acids to Ti01 nanoparticles and charge:' recombination via T1 state as

determined by subpicosecond to microsecond time-resolved absorption speetros<:opy: Dependenceon lhc conjug;nion lenglh�, J. Phys. Ch�m 8 109, hal. 17066-17077.

ISSN 1907-0063

Scm a rang, 12 Oesember 2005

•