tujuan...

Yuuukk! Kita cari tau lebih banyak dari yang kita tau

Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari bab ini, siswa diharapkan mampu:

1. Mengetahui dan memahami konsep fotosintesis.

2. Mengetahui tempat terjadinya fotosintesis.

3. Mengetahui dan memahami faktor yang mempengaruhi fotosintesis.

4. Menjelaskan dan membedakan tahapan reaksi terang dan reaksi gelap dalam

fotosintesis.

Gambaran Umum

Proses yang Memberi Makan Biosfer

Kehidupan di bumi adalah kehidupan bertenaga

surya, kloroplas tumbuhan menangkap energi cahaya

yang telah menempuh jarak 150 juta kilometer dari

matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia yang

disimpan dalam gula dan molekul-molekul organik lain.

Proses pengubahan ini disebut fotosintesis.

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

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

tanah, yang berasal dari hasil perombakan (penguraian) organisme yang telah mati.

Penguraian organisme mati yang dilakukan oleh mikrorganisme dan dapat menjadi bahan

yang dapat diserap oleh akar tumbuhan hijau. Konsep fotosintesis di mulai pada abad ke-17

ketika Van Helmont menyatakan bahwa pertumbuhan tumbuhan disebabkan adanya air dan

bukan tanah.

Fotosintesis menghasilkan energi bagi seluruh kehidupan didunia baik secara

langsung maupun tidak langsung. Organisme memperoleh senyawa-senyawa organik yang

digunakannya untuk mendapat energi dan rangka karbon melalui satu dari dua mode

utama: nutrisi autotrofik dan nutrisi heterotrofik. Organisme autotrifik adalah sumber

senyawa-senyawa organik untuk semua organisme non-autotrofik, sehingga para ahli

biologi menamakan organisme autotrof sebagai produsen biosfer.

Hampir semua tumbuhan merupakan autotrof, tumbuhan memerlukan nutrien hanya

berupa air, mineral dari tanah serta karbon dioksida dari udara. Secara spesifik, tumbuhan

merupakan fotoautotrof, organisme yang mengunakan cahaya sebagai sumber energi untuk

mensintesis zat-zat organik.

Heterotrof memperoleh materi organik melalui bentuk nutrisi utama kedua hasil

organisme autotrof atau heterotrof lain, karena tidak mampu membuat makanannya sendiri,

heterotrof hidup dari senyawa-senyawa yang dihasilkan oleh organisme lain. Sehingga,

heterotrof adalah konsumen di biosfer.

Sumber: Biologi Campbell Jilid 1

Sel yang hidup merupakan “pabrik kimiawi mini”,

tempat terjadinya ribuan reaksi dalam ruang berukuran

mikroskopik. Keseluruhan reaksi kimia dalam organisme

disebut metabolisme (metabolism, dari bahasa Yunani

metabole = berubah). Metabolisme secara keseluruhan

mengelola sumber daya materi dan energi bagi sel. Salah satu

bagian dari metabolisme adalah anabolisme (Campbell,

2008:153).

Anabolisme adalah penyusunan atau sintesis suatu molekul

kompleks dari molekul sederhana yang membutuhkan sejumlah energi

yang berasal dari cahaya atau dari reaksi kimia. Anabolisme dapat pula

diartikan sebagai rangkaian reaksi kimia yang substrat awalnya adalah

molekul kecil, dan produk akhirnya adalah molekul besar. Salah satu

contoh anabolisme yang sumber energinya berasal dari cahaya disebut

fotosintesis (Aryulina, 2007:49).

A. Fotosintesis

Kehidupan dibumi adalah kehidupan bertenaga

surya. Kloroplas tumbuhan menangkap energi

cahaya yang menempuh 150 juta kilometer dari

matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia

yang di simpan dalam gula dan molekul-molekul

organik lain. Proses pengubahan ini disebut

fotosintesis (photosynthesis). Jadi, fotosintesis

(foton = cahaya, sintesis = penyusunan) merupakan

suatu reaksi penyusunan senyawa-senyawa

sederhana menjadi senyawa kompleks organik

dengan menggunakan energi cahaya (Campbell,

2008:200).

Senyawa yang dibutuhkan berupa zat anorganik,

yaitu karbon dioksida (CO2), air (H2O), dan

garam-garam mineral terlarut. Sementara itu

senyawa yang hasilkan berupa glukosa, oksigen (O2)

dan air (H2O). Energi cahaya dapat berasal dari sinar

matahari atau cahaya lain yang memiliki intensitas

setingkat dengan sinar matahari. Fotosintesis dilakukan

Gambar 1 Fotosintesis

Tahukah

kamu??

Gambar 2 Alur Fotosintesis 4

oleh organisme fotoautotrof, misalnya tumbuh-tumbuhan hijau, bakteri berklorofil,

dan bakteri ungu. Reaksi fotosintesis secara sederhana dituliskan sebagai berikut:

6 CO2+ 12 H2O energi cahaya matahari

klorofil C6H12O6+ 6 O2+ 6 H2O

(Irnaningtyas, 2015:71).

B. Tempat Terjadinya Fotosintesis

Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas.

Kloroplas merupakan organel plastid

yang mengandung pigmen hijau daun

(klorofil). Kloroplas terdapat pada semua

bagian tumbuhan yang berwarna hijau,

seperti daun, batang, ranting, kelopak

bunga, dan buah-buahan yang belum

matang. Pada daun, kloroplas banyak

terdapat pada sel mesofil daun

tanaman, yaitu sel-sel jaringan tiang

(palisade) dan sel-sel jaringan bunga

karang (spons). Pada umumnya,

permukaan atas dari daun tampak lebih

hijau dibandingkan permukaan bawahnya

karena kloroplas lebih banyak terdapat

dijaringan palisade dari pada jaringan

spons (Irnaningtyas, 2015:71).

Pada setiap sel mesofil, diperkirakan

terdapat 30-40 kloroplas. Kloroplas

merupakan organel sel berbentuk cakram

dengan ukuran 2-4 µm x 4-7 µm. Di

dalam kloroplas terdapat klorofil pada

protein integral membran tilakoid.

Kloroplas tersusun dari bagian-bagian

sebagai berikut:

Selubung luar merupakan membran rangkap, yaitu membran luar dan

membran dalam yang dipisahkan oleh ruang antar membran.

Gambar 3 Letak dan Struktur Kloroplas

5

Tilakoid merupakan sistem membran yang berbentuk kantung-kantung

pipih (cakram), berisi klorofil dan pigmen-pigmen fotosintetik lainnya.

Tilakoid merupakan tempat terjadinya reaksi terang fotosintesis.

Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi

energi kimia.

Grana (tunggal: granum) merupakan tumpukan tilakoid.

Stroma merupakan cairan koloid diluar tilakoid yang mengandung enzim-enzim

dan bahan-bahan kimia seperti gula dan asam-asam organik. Stroma merupakan

tempat terjadinya reaksi gelap fotosintesis.

Ribosom dan DNA (Irnaningtyas, 2015:71-72).

Klorofil merupakan pigmen utama yang terdapat pada tumbuhan. Kolorofil

dapat dibedakan menjadi klorofil a dan klorofil b. Klorofil a merupakan pigmen

hijau rumput (grass-green pigment) yang mampu menyerap cahaya merah dan

biru-keunguan. Klorofil b merupakan pigmen hijau kebiruan yang mampu

menyerap cahaya biru dan merah kejinggaan. Klorofil b banyak terdapat pada

tumbuhan, ganggang hijau, dan beberapa bakteri fotoautotrof. Perbedaan antara

klorofil a dengan klorofil b, yaitu klorofil a, berwarna hijau dan mempunyai

gugus R=-CH3, sedangkan klorofil b berwarna kuning hingga jingga

dan mempunyai gugus R = −C = O

|H


Klorofil a berperan langsung dalam reaksi terang

fotosintesis (reaksi yang mengunakan cahaya),

kedudukannya di dalam fotosistem sebagai pusat reaksi,

dimana terjadi reaksi reduksi-oksidasi, klorofil a yang

menyerap cahaya akan mentransfer satu elektronnya ke

akseptor elektron primer. Selanjutnya, melalui siklus

elektron, klorofil yang kehilangan satu elektron tersebut

akan menangkap elektron kembali sehingga menjadi

normal, klorofil b (Irnaningtyas, 2015:73).

Selain klorofil, di dalam kloroplas terdapat pigmen

karotenoid, antosianin dan fikobilin. Karotenoid mampu

menyerap cahaya biru kehijauan dan biru keunguan.

Karotenoid memantulkan cahaya merah, jinga dan kuning.

Karotenoid ini banyak ditemukan pada bunga, buah, dan

sayuran. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen merah

dan biru. Antosianin banyak ditemukan pada bunga. Fikobilin

Daun berwarna

hijau karena adanya

interaksi cahaya

dengan kloroplas.

Molekul-molekul

klorofil pada kloroplas

menyerap cahaya violet-

biru dan merah (warna-

warna yang paling

efektif menggerakkan

fotosintesis) dan

memantulkan atau

meneruskan cahaya

hijau.

Mengapa daun

berwarna hijau??

6

banyak ditemukan pada kelompok ganggang merah dan Cyanobacteria (Aryulina,

2007:51).

Tumbuhan dapat melakukan fotosintesis karena mengandung kloroplas pada

daunya. Oleh karena itu tumbuhan berperan sebagai organisme produsen makanan

(karena dapat menghasilkan makanan dengan bantuan cahaya). Tumbuhan disebut

juga organisme autotrof (auto = sendiri, trophic = makanan), yaitu organisme yang

dapat membuat makanan sendiri (Aryulina, 2007:51).

Jendela Islam

7

Klorofil satu-satunya “pabrik” makanan dimuka bumi yang mampu mengubah energi matahari,

karbon dioksida dan air menjadi makanan bagi manusia dan hewan. Klorofil jika terkena sinar matahari

pada siang hari akan berubah menjadi semacam “reaktor” besar bagi panas/energi matahari dengan cara

mengolah kandungan air dalam daun hingga berubah menjadi oksigen yang dilepaskan ke udara serta

menghasilkan glukosa berupa fosfogliseraldehid.

Dedaunan yang ada disebatang pohon mampu memproduksi satu kilogram makanan dalam satu

jam. Produksi makanan itu berubah pada malam hari menjadi produksi gula untuk dikonsumsi oleh

tumbuhan itu sendiri atau disimpan menjadi makanan cadangan dibatang atau di buahnya.

Dedaunan hijau juga mengeluarkan oksigen ke udara untuk keperluan manusia dan hewan

bernapas. Setelah matahari terbenam, dedaunan sebaliknya mengeluar karbon dioksida dan menghirup

oksigen dari udara.

Apabila kita telusuri dari segi keislaman tentang klorofil di dalam firman Allah surat al-An’am

ayat 99,

ماء ماء فأخرجنا به نبات كل شيء فأخرجنا منه خضرا نخرج منه حبا متراكبا وهو الذي أنزل من الس

Artinya: “Dialah yang merupakan air hujan dari langit, lalu kami tumbuhkan dengan air itu segala macam

tumbuh-tumbuhan, maka kami keluarkan dari tumbuh-tumbuhan itu tanaman yang menghijau, kami

keluarkan dari tanaman yang menghijau itu butir yang banyak…”

Ayat diatas menunjukan zat hijau daun dalam tumbuhan (klorofil) dapat mengeluarkan biji-bijian,

buah, dan hasil-hasil lainnya. Material hijau itu juga mampu mengubah tanah yang tandus menjadi

“hidup” kembali, dan karena itulah material yang semua tak hidup dapat merubah menjadi material yang

berguna bagi para makhluk hidup lainnya.

Sumber: Sains dalam Al-Quran (Dr. Nadiyah Thayyarah)

Pabrik Makanan Tercangih di Bumi

Wah, bukan itu

yuk, kita simak

penjelasanya.

C. Tahapan Reaksi Fotosintesis

Proses fotosintesis merupakan

rangkaian reaksi yang diawali dengan

penyerapan cahaya hingga dihasilkannya

senyawa organik. Fotosintesis terdiri atas

dua tahapan, yaitu reaksi terang (light

reaction, sebagai bagian foto dari

fotosintesis) dan siklus Calvin (Calvin

cycle, sebagai bagian dari sintesis) atau

lebih dikenal dengan reaksi gelap

(Campbell, 2008:203).

Gambar 4 Tahap Fotosintesis

Din, apa kalau seluruh

warna di gabung jadi satu,

nanti jadi warna apa? Mungkin jadi

abu-abu :-D

Spectrum elektromagnetik.

Cahaya putih adalah campuran semua

panjang-gelombang cahaya tampak.

Prisma dapat memisahkan warna-warna

komponen putih dengan cara

membengkokkan cahaya yang memiliki

panjang gelombang berbeda-beda pada

sudut sudut yang berbeda-beda. (Tetes

air di atmosfer dapat bertindak sebagai

prisma, sehingga membentuk pelangi).

Cahaya tampak mampu menggerakan

fotosintesis.

Oh jadi begitu ya

8

Panjang-gelombang cahaya mana yang paling efektif menggerakkan fotosintesis?

PERCOBAAN Spektrum absorpsi dan spectrum aksi, bersama dengan percobaan klasik Theodor W.

Engelmann mengungkapkan panjang-gelombang cahaya mana yang penting untuk fotosintesis.

HASIL

(a) Spektrum absorpsi. Ketika kurva menunjukan panjang-gelombang cahaya yang paling bagus

diabsorpsi oleh ketiga tipe pigmen kloroplas

(b) Spektrum aksi. Grafik ini menggambarkan laju fotosintesis versus panjang gelombang. Spektrum

aksi yang dihasilkan menyerupai spektrum absorpsi untuk klorofil a namun tidak persis benar

(lihat bagian (a)). Hal ini sebagian karena absorpsi cahaya oleh pigmen-pigmen aksesori seperti

klorofil b dan karotenoid.

(c) Percobaan Engelmann. Pada tahun 1883, Theodor W. Engelmann menyoroti alga berfilamen

dengan cahaya yang telah diarahkan menembus prisma, sehingga memaparkan segmen berbeda-

beda. Engelmann mengunakan bakteri aerobik, yang berkumpul didekat sumber oksigen, untuk

menentukan segmen alga mana yang melepaskan paling banyak O2 dan berfotosintesis paling

tinggi. Bakteri berkumpul dalam jumlah yang besar dekat dengan bagian alga yang disinari dengan

cahaya violet-biru dan merah.

KESIMPULAN Cahaya dalam bagian violet-biru dan merah pada spektrum merupakan cahaya yang

paling efektif menggerakan fotosintesis.

SUMBER T. W. Engelmann, Bacterium photometricum. Ein Betrag zur verglechenden Physiologien

des Licht- un farbensinnes, Archiv. fur Physiologie. 30:95-124 (1883)

Penelitian Ilmiah

9

1. Reaksi Terang

Fotosintesis merupakan reaksi redoks yang bergantung pada cahaya

dikemukakan pertama kali oleh C. B. Van Niel, seorang ahli

mikrobiologi dari Amerika pada tahun 1930-an. Van Neil meneliti

peranan cahaya pada proses fotosintesis bakteri belerang ungu. Bakteri

ini menggunakan energi cahaya matahari dan CO2 untuk menyusun

karbohidratnya seperti yang dilakukan oleh tumbuh-tumbuhan.

Fotosintesis pada bakteri ini tidak menggunakan air (H2O), melainkan

mengunakan H2S. Fotosintesis tersebut tidak membebaskan oksigen (O2),

tetapi membebaskan unsur belerang (S) berupa titik-titik sulfur berwarna

kuning (Irnaningtyas, 2015:74).

Reaksi fotosintesis pada bakteri belerang ungu adalah sebagai berikut.

CO2+ 2H2S → CH2O karbohidrat + H2O+2S (sulfur)

Van Neil berkesimpulan bahwa semua organisme fotosintetik

memerlukan hidrogen (H) untuk membuat gula, namun hidrogen dapat

diperoleh dari beberapa sumber lainnya, seperti H2S dan H2O


Reaksi terang merupakan reaksi yang mengubah energi cahaya

menjadi energi kimia berupa ATP dan NADPH (nicotinamide adenine

dinucleotide phosfat hydrogen). Reaksi terang terjadi di grana

(tumpukan tilakoid) dalam kloroplas. Pada reaksi terang, diperlukan

Gambar 5 Aliran Elektron Dalam Reaksi Terang

Bagaimana aliran elektron linear selama reaksi terang menghasilkan ATP dan

NADPH. Anak panah kuning menelusuri aliran elektron yang digerakkan cahaya dari

air ke NADPH.

10

8

H2O, ADP, dan cahaya matahari. Hasil akhir reaksi terang, yaitu

NADPH, ATP, dan dibebaskan O2. O2 dibebaskan berasal dari

pemecahan air (fotolisis) yang telah dibuktikan dengan mengunakan

isotop 18

O oleh S. Ruben, M. D. Kamen, dan Robin Hill sehingga

reaksi terang disebut juga reaksi Hill. Dalam reaksi terang, terdapat dua

rute aliran elektron, yaitu siklik dan nonsiklik (Irnaningtyas, 2015:74).

a. Aliran elektron nonsiklik

Aliran elektron nonsiklik memiliki rantai transport elektron yang lebih

panjang dan menggunakan fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem

merupakan unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari.

Fotosistem terdiri atas kompleks antena, protein, dan molekul organik

lainya yang terdapat didalam membran tilakoid. Kompleks antena

berperan sebagai pengumpul energi dan tersusun dari kumpulan molekul

pigmen, yaitu klorofil a, klorofil b, dan molekul karotenoid. Klorofil a

dalam fotosistem I disebut P700 karena sensitif dan dapat menyerap energi

cahaya dengan panjang gelombang 700 nm. Klorofil a dalam fotosistem II

disebut P680 karena sensitive dan dapat menyerap energi cahaya dengan

panjang gelombang 680 nm. Kedua fotosistem tersebut bekerja sama

dalam reaksi terang dengan menggunakan cahaya untuk menghasilkan

ATP dan NADH.pada reaksi terang fotosistem II terjadi lebih dahulu dari

fotosistem I. Dinamakan fotosistem I karena ditemukan terlebih dahulu

dari pada fotosistem II (Aryulina, 2007:52-53).

Gambar 6 Skema Aliran Elektron Non siklik

Sumber : http://4.bp.blogspot.com/

11

Mekanisme aliran elektron nonsiklik adalah sebagai berikut:

Klorofil a (P680) pada fotosistem II menyerap cahaya.

Elektron berenergi tinggi dari klorofil a terlepas (tereksitasi) dan

ditangkap oleh akseptor elektron primer fotosistem II.

Klorofil a (P680) menjadi klorofil a+ karena kehilangan elektronnya

(teroksidasi).

Air (H2O) yang terkena cahaya matahari melepaskan elektronya (e-),

terurai menjadi 2 ion hidrogen (H+) dan 1 atom oksigen. Satu atom

okseigen akan bergabung dengan atom oksigen akan bergabung

dengan atom oksigen lainya membentuk oksigen (O2).

Elektron yang dilepas air akan ditangkap oleh klorofil a+

sehingga

klorofil a menjadi normal kembali.

Elektron yang ditangkap akseptor primer fotosistem II dialirkan ke

plastokinon (Pq), kemudian ke kompleks sitokrom, dan ke

plastosianin (Pc). Plastokinon, kompleks sitokrom, dan plastosianin

merupakan rantai transpor elektron pada kloroplas.

Bersamaan dengan peristiwa tersebut, cahaya juga diserap oleh

klorofil a (P700) pada fotosistem I sehingga klorofil a (P700) menjadi

klorofil a+ (teroksidasi).

Elektron dari plastosianin ditangkap oleh klorofil a+ fotosistem I

sehingga klorofil a fotosistem I tersebut menjadi normal kembali.

Setiap perpindahan elektron menghasilkan energi (aksergonik), energi

tersebut digunakan oleh membran tilakoid untuk menyusun ATP dari

ADP. Reaksi penyusunan ATP tersebut dinamakan fotofosforilasi

karena dikendalikan oleh cahaya. Fotofosforilasi pada aliran elektron

nonsiklik disebut fotofosforilasi nonsiklik.

Elektron yang dilepaskan oleh klorofil a

fotosistem I pada saat terkena cahaya, diterima

oleh akseptor elektron primer fotosistem I.

Elektron dari akseptor primer fotosistem I

dialirkan ke rantai transpor elektron yang

terdiri atas feredoksin (Fd). Feredoksin

merupakan protein yang mengandung besi

(Fe).

Elektron dari feredoksin dialirkan oleh enzim

NADP+

reduktase ke NADP+.

Gambar 7 Analogi Mekanis Untuk

Reaksi Terang

12

NADP+

menangkap elektron dari ion H+ menjadi NADPH. NADPH

merupakan sumber energi untuk menyintesis gula.

(Irnaningtyas, 2015:74-75)

b. Aliran elektron siklik

Aliran elektron siklik hanya terjadi pada fotosistem I. Aliran elektron

ini memiliki rantai transpor elektron lebih pendek dan bertujuan untuk

menambah pasokan ATP, tetapi tidak memproduksi NADPH. Tambahan

pasokan ATP ini sangat membantu pada tahap reaksi fotosintesis

selanjutnya, yaitu siklus Calvin (reaksi gelap). Siklus Calvin lebih

banyak membutuhkan ATP dari pada NADPH, sedangkan aliran elektron

nonsiklik menghasilkan ATP dan NADPH dengan jumlah yang sama.

Jadi, aliran elektron siklik terjadi jika kloroplas kekurangan ATP untuk

siklus Calvin (Irnaningtyas, 2015:76).

Mekanisme aliran elektron siklik adalah sebagai berikut:

Klorofil a (P700) pada fotosistem I menyerap cahaya dan

melepaskan elektronnya sehingga menjadi klorofil a+

(teroksidasi).

Elektron berenergi tinggi dari klorofil a dilepaskan,

kemudian ditangkap oleh akseptor primer fotosistem I.

Elektron pada akseptor primer fotosistem I dialirkan ke

feredoksin (Fd).

Elektron dari feredoksin (Fd) dikembalikan ke klorofil a+

fotosistem I melalui kompleks sitokrom, kemudian ke

plastosianin (pC) sehingga klorofil a menjadi normal kembali


Gambar 8 Skema Aliran Elektron Siklik

Pada reaksi terang, energi

cahaya memacu pelepasan

elektron dari fotosintesis di

dalam membran tilakoid.

Aliran electron melalui sistem

transport menghasikan ATP

dan NADPH.

Konsep Bio

13

Disimpulkan bahwa pada reaksi terang terjadi fotolisis, foto untuk

pembentukan ATP, dan pembentukan NADPH (khusus pada aliran

electron nonsiklik).

Fotolisis, yaitu reaksi pemecahan air oleh cahaya yang menghasilkan

2 ion hidrogen dan 1 atom oksigen. Satu atom oksigen akan

bergabung dengan atom oksigen lainnya membentuk O2 (oksigen).

Reaksi fotolisis dapat dituliskan sebagai berikut.

H2O cahaya matahari 2 H+

1

2 O2+ 2𝑒−

Fotofosforilasi, yaitu pembentukan ATP dari ADP yang

dikendalikan oleh cahaya. Pembentukan ATP memerlukan energi

yang berasal dari perpindahan elektron dari suatu akseptor elektron

ke akseptor elektron lainnya. Reaksi fotofosforilasi dapat dituliskan

sebagai berikut.

ADP + Pi → ATP

Pembentukan NADPH hanya terjadi pada aliran electron nonsiklik.

Reaksi pembentukan NADPH dapat dituliskan sebagai berikut.

NADP+ + 2H+ + 2e- → NADPH + H+


2. Siklus Calvin (Reaksi Gelap)

Siklus Calvin (reaksi gelap) dikemukakan pertama kali pada tahun

1961 oleh Dr. Melvin Calvin dan Andrew Benson sehingga disebut

siklus Calvin. Reaksi tersebut dinamakan reaksi gelap karena tidak

memerlukan cahaya matahari. Reaksi gelap terjadi di stroma. Zat yang

diperlukan dalam reaksi gelap yaitu CO2, ATP, dan NADPH. Hasil

akhir reaksi gelap adalah gliseraldehida 3-fosfat (PGAL/gula

berkarbon 3), ADP, dan NADP+ (Irnaningtyas, 2015:77).

Mekanisme dari siklus Calvin, terdiri atas 3 fase

sebagai berikut:

Fiksasi karbon, terjadi pengikatan CO2 oleh molekul

organik bisfosfat atau RuBP (gula berkarbon 5)

dengan katalisator enzim rubisko (RuBP karboksilase)

yang banyak ditemukan dalam kloroplas. Fiksasi CO2

oleh RuBP menghasilkan zat intermediet berkarbon 6

yang segera terurai menjadi molekul 3-fosfogliserat

(PGA).

14

Reaksi Fotosintesis:

Terdiri atas 2 tahap (reaksi terang dan

reaksi gelap)

Reaksi terang

Memerlukan H2O, ADP, dan cahaya

matahari; serta menghasilkan

NADPH, ATP, dan O2.

Reaksi gelap

Memerlukan CO2, ATP, dan

NADPH; serta menghasilkan

gliseraldehida 3-fosfat, ADP, dan

NADP+.

Konsep Bio

Reduksi, molekul 3-fosfogliserat menangkap gugus fosfat dari ATP

membentuk 1,3-bisfosfogliserat. NADPH yang berasal dari reaksi

terang melepaskan elektronnya untuk mereduksi gugus 1,3-

bisfosfogliserat menjadi gliseraldehida 3-fosfat (G3P). Satu molekul

dari setiap 6 molekul gliseraldehida 3-fosfat akan membentuk 1

molekul gula berkarbon 3 sehingga untuk membentuk 1 molekul

gula berkarbon 6 akan membutuhkan 2 molekul gula berkarbon 3

(memerlukan dua kali siklus Calvin).

Regenerasi RuBP, sisa 5 molekul gliseraldehida 3-fosfat akan

mengikat fosfat dari penguraian ATP untuk menyusun kembali

RuBP. RuBP berfungsi sebagai akseptor CO2.


Gula berkarbon 3 yang dihasilkan dalam siklus Calvin digunakan oleh

tumbuhan untuk menyintesis semua molekul organik sel tumbuh-

tumbuhan. Sekitar 50% dari senyawa organik yang dihasilkan dalam

fotosintesis tersebut dikonsumsi sebagai bahan bakar untuk respirasi sel

didalam mitokondria dan sebagian lagi akan hilang saat terjadi

fotorespirasi. Fotorespirasi (respirasi cahaya) adalah respirasi yang

terjadi bersamaan dengan fotosintesis yang terjadi pada siang hari

(terdapat cahaya) (Campbell, 2008:215).

Gambar 9 Skema siklus Calvin (Reaksi Gelap)

15

Ketika terjadi fotorespirasi, enzim rubisko dapat menerima O2 sebagai

pengganti CO2 sehingga rubisko memberikan O2 dalam siklus Calvin,

bukan CO2, dalam hal ini dihasilkan produk berupa senyawa berkarbon 2

yang akan diuraikan menjadi CO2 di dalam mitokondria dan peroksisom.

Fotorespirasi tidak menghasilkan ATP maupun makanan sehingga

menurunkan kualitas produk fotosintesis. Fotorespirasi akan meningkat

jika keadaan lingkungan panas terik dan kering yang menyebabkan

stomata tertutup (Campbell, 2008:215-216).

Pada tumbuhan jenis C4 (tumbuhan yang produk fotosintesisnya

berupa gula berkarbon 4; misalnya tebu, jagung, dan beberapa jenis

rumput) dan CAM (crassulacean acid metabolism, tumbuhan sekulen

seperti kaktus), sehingga senyawa organik karbohidrat yang dihasilkan

fotosintesis akan dikirim keluar daun melalui berkas pembuluh floem. Di

dalam sel nonfotosintesis, karbohidrat digunakan untuk bahan respirasi

sel serta sintesis protein, lemak, polisakarida, selulosa, enzim, hormon,

dan produk lainnya. Jika kondisi memungkinkan, tumbuhan akan

membuat senyawa organik melebihi jumlah yang dibutuhkan. Kelebihan

produk fotosintesis akan diubah menjadi pati yang dapat disimpan diakar,

batang, biji, atau buah. Contohnya pada tanaman tebu, kelebihan produk

fotosintesis disimpan di batang (Campbell, 2008:216:217).

Jawablah pertanyan di bawah ini dengan memilih jawaban dari kolom

abjad yang tersedia!!

1. Tempat terjadinya reaksi terang.

2. Tempat terjadinya reaksi gelap.

3. Jalur transpor electron pada fotosistem I.

4. Organ yang dimiliki oleh organisme fotoautotrof.

5. Sel yang mengandung kloroplas.

6. Reaksi pecahnya molekul air menjadi oksigen.

7. Penyusunan molekul dari molekul sederhana menjadi kompleks.

8. Hasil reaksi gelap.

9. Pigmen yang menyerap cahaya biru kehijauan.

10. Pigmen yang banyak ditemukan dibunga.

11. Pusat reaksi bagi fotosistem.

12. Fotosintesis merubah energi cahaya menjadi..

Latihan 1

16

D. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Faktor lingkungan yang memengaruhi fotosintesis, yaitu sebagai

berikut:

1. Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya yang tinggi akan meningkatkan laju fotosintesis,

tetapi intensitas cahaya yang terlalu tinggi akan merusak klorofil dan

menyebabkan sel daun dehidrasi (kehilangan cairan). Pada iklim yang

panas dan terik, daun akan cepat menguning dan mudah rontok.

2. Panjang Gelombang Cahaya

Cahaya matahari terdiri atas beberapa spectrum cahaya yang memiliki

panjang gelombang berbeda-beda, baik cahaya tampak maupun cahaya

tidak tampak. Sementara itu, merah, jingga, kuning, hijau, biru, dan nilai

ungu adalah cahaya tampak. Cahaya yang berguna untuk fotosintesis

adalah cahaya tampak. Cahaya tampak memiliki panjang gelombang

terpendek adalah cahaya ungu, sedangkan yang terpanjang adalah cahaya

merah. Proses fotosintesis akan berlangsung lebih cepat pada cahaya

tampak biru-ungu (λ = ±450 nm) dan cahaya merah (λ = ±680 nm).

17

3. Konsentrasi CO2

Fotosintesis memerlukan jumlah CO2 yang cukup. Peningkatan kadar

CO2 untuk fotosintesis tumbuhan tidak berarti, jika pada lingkungannya

sudah cukup mengandung CO2. Kadar CO2 yang teralu tinggi akan

mengganggu respirasi tumbuhan.

4. Suhu

Fotosintesis akan berlangsung dengan baik pada suhu optimum, yaitu

25oC – 39

oC. Di daerah yang memiliki empat musim, pada musim dingin

air membeku menjadi salju sehingga akar tumbuhan tidak mendapatkan

air dan proses fotosintesis terhenti. Daun akan berubah menjadi merah,

kemudian coklat dan akhirnya gugur. Sementara itu, suhu lingkungan

yang terlalu panas menyebabkan enzim tidak dapat bekerja sehingga

akan menghambat proses fotosintesis.

5. Ion Anorganik

Beberapa ion anorganik diperlukan oleh tumbuhan dalam

pembentukan klorofil, antara lain N, Cl, Fe, B, Mn, Zn, S, Cu, Mo, dan

Mg. Kekurangan unsur tersebut dapat menyebabkan klorosis pada daun.

6. Zat Inhibitor

Zat inhibitor adalah penghambat fotosintesis, antara lain SO2, hujan

asam, dan zat pembasmi tumbuhan liar (herbisida).


E. Pembuktian Fotosintesis

Fotosintesis berperan penting untuk kelangsungan kehidupan

organisme di muka bumi. Hampir seluruh organisme heterotrof, secara

langsung maupun tidak langsung, sangat bergantung pada zat makanan

produk fotosintesis. Hal inilah mendorong banyak alhi mengadakan

penelitian tentang fotosintesis, antara lain Jan Ingenhousz, T. W.

Engelmann, dan Julius von Sachs (Irnaningtyas, 2015:80).

1. Percobaan oleh Jan Ingenhousz membuktikan bahwa fotosintesis

menghasilkan oksigen (O2). Organisme yang digunakan adalah

tanaman air Hydrilla sp (Irnaningtyas, 2015:80).

Faktor yang

mempengaruhi

fotosintesis:

intensitas cahaya,

panjang gelombang,

konsentrasi CO2,

suhu, ion

anorganik, dan zat

inhibitor.

Konsep

Bio

18

Judul kegiatan: Percobaan Ingenhousz

Tujuan : - Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis

- Mengetahui zat yang dihasilkan dalam fotoses fotosintesis.

Alat dan Bahan

1. Tanaman air Hydrilla sp.

2. Air jernih

3. Larutan NaHCO3

4. Gelas beker atau gelas kimia

5. Corong kaca

6. Tabung reaksi

7. Stopwatch

Cara kerja

1. Siapkan air jernih dalam 2 gelas beker dan tambahkan beberapa tetes ½ % NaHCO3.

2. Potonglah batang tanaman Hydrilla sp. kira-kira 10 cm.

3. Masukkan tanaman tersebut secara terbalik (dengan bagian pangkal menghadap ke pipa corong). Pipa

corong menghadap ke atas dan diatasnya ditutup tabung reaksi yang teah diisi air.

4. Simpanlah tanaman dalam gelas beker pada 3 tempat yang berbeda, yaitu (a) di dalam ruangan (lemari),

(b) dibawah pohon rindang, dan (c) di lapangan terbuka dengan intensitas cahaya matahari yang cukup

tinggi.

5. Amatilah oksigen (O2) yang terbentuk melalui gelembung-gelembung gas yang dihasilkan. Hitung dan

catatlah banyaknya gelembung yang dihasilkan pada masing-masing tanaman selama 5 menit.

6. Buatlah grafik yang menunjukan hubungan antara cahaya dan laju fotosintesis.

Pembahasan

1. Pada perlakuan manakah tidak dihasilkan gelembung, paling sedikit gelembungnya, atau paling banyak

gelembung?

2. Bagaimanakah kesimpulan dari grafik yang kalian peroleh?

3. Apakah manfaat cahaya bagi tanaman Hydrilla sp tersebut?

2. Percobaan oleh T. W. Engelmann membuktikan bahwa fotosintesis

menghasilkan oksigen dan terjadi pada sel yang mengandung klorofil.

Organisme yang digunakan, yaitu Spirogyra sp. dan bakteri aerob


3. Percobaan oleh Julius von Sachs membuktikan bahwa fotosintesis

menghasilkan karbohidrat berupa amilum (Irnaningtyas, 2015:80).

Kegiatan 1

19

Rangkuman

1. Fotosintesis adalah proses pengubahan CO2 dan air menjadi bahan kimia

organik menggunakan energi dari cahaya disertai pembebasan O2.

2. Reaksi kimia yang kompleks dalam fotosintesis dengan persamaan kimia

ini:

6 CO2 + 12 H2O + energi cahaya → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

(karbon dioksida) (air) (glukosa) (oksigen) (air)

3. Hasil dari proses fotosintesis digunakan oleh makhluk hidup lainnya

sebagai sumber oksigen untuk pernapasan dan glukosa sebagai sebagai

sumber energi.

4. Pigmen yang berperan penting dalam proses fotosintesis adalah klorofil

yang terdapat di dalam kloroplas.

5. Laju fotosintesis dipengaruhi oleh faktor intensitas cahaya, konsentrasi

karbon dioksida, suhu, kadar oksigen, air, dan kandungan klorofil.

6. Klorofil merupakan pigmen utama yang terdapat pada tumbuhan.

7. Fotosintesis terdiri atas dua tahapan, yaitu reaksi terang (light reaction,

sebagai bagian foto dari fotosintesis) dan siklus Calvin (Calvin cycle,

sebagai bagian dari sintesis) atau lebih dikenal dengan reaksi gelap.

8. Reaksi terang merupakan reaksi yang mengubah energi cahaya menjadi

energi kimia berupa ATP dan NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide

phosfat hydrogen). Reaksi terang terjadi di grana (tumpukan tilakoid)

dalam kloroplas. Pada reaksi terang, diperlukan H2O, ADP, dan cahaya

matahari. Hasil akhir reaksi terang, yaitu NADPH, ATP, dan dibebaskan

O2.

9. Reaksi terang, terdapat dua rute aliran elektron, yaitu siklik dan nonsiklik.

10. Pada reaksi terang terjadi fotolisis, foto untuk pembentukan ATP, dan

pembentukan NADPH (khusus pada aliran elektron nonsiklik).

11. Fotolisis, yaitu reaksi pemecahan air oleh cahaya yang menghasilkan 2 ion

hidrogen dan 1 atom oksigen.

12. Dinamakan reaksi gelap karena tidak memerlukan cahaya matahari. Reaksi

gelap disebut juga dengan siklus Calvin dan terjadi di stroma. Zat yang

diperlukan dalam reaksi gelap yaitu CO2, ATP, dan NADPH. Hasil akhir

reaksi gelap adalah gliseraldehida 3-fosfat (PGAL/gula berkarbon 3),

ADP, dan NADP+.

20

13. Faktor lingkungan yang mempengaruhi fotosintesis, yaitu intensitas

cahaya, panjang gelombang cahaya, konsentrasi CO2, suhu, ion anorganik

dan zat inhibitor.

Skema Umum Fotosintesis

Reaksi terang

Dilakukan oleh molekul-

molekul dalam membran.

Mengubah energi cahaya matahari menjadi energi

kimia dalam ATP dan

NADPH.

Memecah H2O dan

melepaskan O2 ke atmosfer.

Reaksi siklus Calvin

Berlangsung di stoma.

Menggunakan ATP dan NADPH untuk mengubah CO2

menjadi gula G3P.

Mengembalikan ADP, fosfat anorganik, dan NADP

+ ke

reaksi terang.

21

Uji Kompetensi Anabolisme (Fotosintesis)

A. Jawablah Pertanyaan Berikut Berdasarkan Analisismu!!

1. Mengapa tumbuhan disebut dengan organisme fotoautotrof? Jelaskan!

2. Bagaimanakah molekul-molekul reaktan pada fotosintesis mencapai kloroplas pada

daun?

3. Warna cahaya apa yang paling tidak efektif untuk menggerakan fotosintesis? Jelaskan?

4. Mensintesis suatu molekul glukosa, siklus Calvin menggunakan

molekul CO2 molekul ATP dan

molekul NADPH.

5. Bagaimana jika? Siklus Calvin jelas-jelas membutuhkan produk-produk reaksi terang

ATP dan NADPH. Anggaplah teman sekelasmu berpendapat bahwa kebalikannya tidak

benar bahwa reaksi terang tidak bergantung pada siklus Calvin dan dengan cahaya yang

terus-menerus, bisa terus menghasilkan ATP dan NADPH. Apakah anda setuju atau

tidak? Jelaskan!

B. Pilihlah salah satu jawaban yang tepat!

1. Berikut ini manakah reaksi kimia fotosintesis pada bakteri belerang ungu dalam proses

reaksi terang!

A. C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

B. CO2 + 2 H2S → CH2O + H2O + 2S

C. C6H12O6 + 6 O2 → CO2 + 6 H2O

D. CO2 + 2 H2S → CH2O + H2O + 2S

E. NADP+ + 2H

+ + 2e

− → NADPH + H

+

2. Yang tidak diperlukan untuk proses fotosintesis adalah ....

A. Air

B. Oksigen

C. Karbondioksida

D. Sinar matahari

3. Pada proses fotosintesis, reaksi pengikatan CO2 berlangsung didalam . . . . .

A. Klorofil B. Kloroplas

22

22

C. Sitoplasma D. Stomata

4. Selain klorofil, di dalam kloroplas terdapat pigmen karotenoid, antosianin dan

fikobilin. Dibawah ini pernyataan yang benar mengenai pigmen yang dapat diserap

oleh karotenoid, antosianin dan fikobilin adalah ...

A. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen merah dan biru karotenoid mampu

menyerap cahaya biru kehijauan dan biru keunguan

B. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen biru dan kuning karotenoid mampu

menyerap cahaya merah kehijauan dan biru keunguan

C. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen hijau dan biru, karotenoid mampu

menyerap cahaya biru dan keunguan biru kehijauan

D. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen hijau dan biru, karotenoid mampu


E. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen merah dan biru, karotenoid mampu


5. ATP merupakan senyawa berenergi tinggi yang dapat dihasilkan melalui proses........

A. Fotosintesis

B. Respirasi

C. Reproduksi

D. Pembusukan

E. Sintesis protein

6. Berikut ini peristiwa yang berkaitan dengan proses fotosintesis adalah.....

1. Amilum(polisakarida)

2. Adenosin difosfat (ADP)

3. Ribulosa difosfat (RDP)

4. Asam fosfogliserat (APG)

5. Fosfogliseraldehida (PGAL)

Sebelum proses pembentukan, pada proses peristiwa fotosintesis selalu didahului

dengan pembentukan .....

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

E. 5

23

7. Reaksi terang terjadi di grana (tumpukan tilakoid) dalam kloroplas. Pada reaksi

terang, diperlukan H2O, ADP, dan cahaya matahari. Hasil akhir reaksi terang, yaitu

......

A. NADPH, ATP, dan dibebaskan H2O

B. NADPH, ADP, dan dibebaskan O2

C. NADPH, ATP, dan pemecahan CO2

D. NADPH, ADP, dan dibebaskan H2O

E. NADPH, ATP, dan dibebaskan O2

8. Reaksi terang pada fotosintesis menghasilkan ...

A. NADPH, ATP, dan glukosa

B. NADPH, ATP, dan O2

C. Fotosintesis molekul air

D. Karbosilaksi

E. Reduksi CO2

9. Oksigen yang dikeluarkan oleh tumbuhan pada fotosintesis berasal dari....

A. Proses penyusunan CO2

B. Pembentukan amilum

C. Fotolisis molekul air

D. Karboksilasi

E. Reduksi CO2

10. Manakah yang merupakan peristiwa awal dari proses fotosintesis.....

A. Terurainya CO2

B. Terurainya klorofil

C. Ionisasi CO2

D. Terurainya molekul H2O

24

Daftar Pustaka

Aryulina, Diah. 2007. Biologi SMA dan MA untuk Kelas XII. Jakarta: Esis

Campbell, N.A., dan J.B. Reece. 2008. Biologi Edisi ke-VIII Jilid 1. Jakarta: Erlangga

Irnaningtyas. 2015. Biologi untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Erlangga

Thayyarah, Nadiyah. 2013. Sains dalam Al-Qur’an. Jakarta: Zaman

25

tujuan...

Documents