Fotosintesis

Fotosintesis merupakan suatu proses yang sangat penting bagi makhluk hidup dan kehidupan lain di alam, meliputi : a. Suatu proses diikatnya energi matahari sehingga dapat digunakan di dalam sel organisme . b. Suatu proses pertama-tama diubahnya zat-zat anorganik menjadi organik.

Penemuan-penemuan yang membuka jalan di dalam peroses fotosintesis merupakan hasil pekerjaan peneliti-peneliti dari berbagai negara. Hingga tahun 1971 telah berlangsung 2 abad.

Penemuan-penemuan yang diungkapkan oleh beberapa bangsa dan dari bermacam-macam golongan dan fropesi yang berlangsung hampir satu abad dapat disingkatkan sebagai berikut : CO2 (Scenebier)

Energi Kimia (Mayer)

hH2O (de Saussure)

Zat Organik (Ingenhouse)

Cahaya & Hijau daun (Ingenhouse)

O2 (Priestley)

membuktikan bahwa fotosintesis merupakan suatu proses produksi CO2 dengan atom H dalam membentuk C6H12O6. Hal itu dibuktikan dengan menggunakan bakteri hijau yang peroses asimilasinya tidak menggunakan air tapi menggunakan H2S sebagai sumber H. 6CO2 + 12H2S

(CO2 + 2H2S

cahaya

cahaya

C6H12O6 + 6H2O + 12 S

CH2O + H2O + 2S)

Reaksi itu analogi dengan fotosintesa, yang menunjukkan bahwa bukan CO2 yang dipecah tetapi CO2 diredusir oleh H pecahan dari H2S, pada bakteri hijau atau H2O pada fotosintesa (donor H) Reaksi tersebut menjadi lebih jelas setelah digunakan isotop oksigen (C*) fotosintesis kecuali menggunakan air juga menghasilkan air.

6CO2 + 12H2O*

C6H12O6

+ 6H2O + 6O2*

FOTOSINTESIS Organisme Hidup Sumber energinya

Simber Carbonnya

En. Matahari

En. Kimia

Seny. Organik

CO2

Fototropi k

Kemotrop ik

Heterotrpi k

Autotrpik

Kemoheterotroik

Fotoautotropik

Khlorofil dan Reaksi Umum Fotosintesi KHLOROFIL DAUN

Granum

REAKSI UMUM FOTOSINTESISI Enersi Matahari + 6CO2 + 6H2O C6H12O6

+

6O2 (carbon dioxide) (water)

Komponen Cahaya 10-14

10-12

10-10

cosmic

10-8 sinar X

10-6

10-4 Ultra violet

Infra merah

Violet

400 700 25 14. 3 7. 5 4. 5 5 2. 9

500 Biru

1

102

Gelombang radio

600 Hjau

104

104

cm

Sound

sinar solar sinar tampak

sinar gamma

λ = 400

10-2

kuning

Jingga

800 nm

700 merah

500

600

20

16.7

Infra merah

(nm) (x103m-1) 6 5 E = energy content of the quantum (J/ E = hv s-1) (x1014 quantum) 4 3.3 v = c/λ h = Tetapan plan Planck (6.626 x 10-34 J -1 (x10-19 J quantum ) s) E = h. c/ c = kecepatan cahaya (3 x 1010 cm-s) λ λ = Panjang gelombang

PIGMEN DAN SERAPAN ENERGI CAHAYA

Karbon Dioksida & Air MH

Van Niel

CO2 + 2 H2S

MH

6 CO2 + 12H2S

CH2O + H2O + 2 S C6H12O6 + 6 H2O + 12 S

Ruben & 6 CO2 +12 H2 O* Kamen

C6H12O6 + 6 H2O +6 O2* MH

R. Hill

6 H2O + 2 A

2 AH2 + 6 O2 (Fotolisa air) Aseptor = NADP atau NADPH

Fase Reaksi Fotosintesis

Gula y X

a

b

Intensitas cahaya

Fase Terang = Reaksi Cahaya; Fase penyerapan cahaya dan konversi cahaya menjadi ATP dan NADH2 atau NADPH2 Fase ini terjadi dalam LAMELLA STROMA dan LAMELLA GRANA Pada fase ini dibutuhkan cahaya

Fase Gelap = Rekasi Gelap; Fase pembentukan Gula dari CO2 menjadi gukosa dgn memanfaatkan ATP dan NADH2 atau NADPH2 . Pada fase ini terjadi dlm STROMA tidak dibutuhkan cahaya tetapi enersi dari roduk fase terang

Fase Terang (R. Fotokimia) 1

Light

Light

O2

Chlorophyll a/b

Chlorophyll a

P680 Electron transfer

P700 Electron transfer NADPH

ATP

H2O Photosystem II

Photosystem I

TRANSPORT ELEKTRON PADA FASE TERANG

Redox potential

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

Fd-Ub

eFd

NADP+

e Solar Q NADPH radiation e Solar Cty f - ADP radiation e Photo system I ATP Photo system II H2O H+ CO2 O2 reduction

Fase Gelap = Fikassi CO2 & Pembentukan Gula • • •

C3 species : Calvin cycle ; RUBP, Rubisco 3-PGA C4 species : Hatch & Slack cycle ;PEP, PEP karboksilase Oxaloacetic Acid etc. Crussulation Acid Metabolism (CAM) : CO2 fixed during night

PEP Carboxylase

CO2

C4 Organic acids

PEP

CO2 CO2 C3 acids

C3 C 4 CAM

RuBP Carboxylase

PGA

RUBP Mesophyll

Mesophyll

Bundle sheath

Dark

Light

(CH2O)

Fikassi CO2 & Pembentukan Gula

Tan C3

Reksi Kimia pada Tan. C3 (1)

Reksi Kimia pada Tan. C3 (2)

Reksi Kimia pada Tan. C4 (1)

Reksi Kimia pada Tan. C4 (2)

Reksi Kimia pada Tan. CAM

Perbedaan Tanaman C3 dan C4

Cahaya 2H2O + 2A 2AH2 + Kholoroplas

O2

Sebagai aseptor hidrogen dapat digunakan sianida feri, khromat, quinon, indofenol atau NAD dan NADP. Indofenol yang dalam dioksidir berwarna biru, bila telah menerima H, menjadi tidak berwarna (diredusir). Perubahan warna itu menyatakan adanya fotolisa air dan terjadinya pelepasan hidrogen.

H2O

Cahaya + A AH2 + O2 Kholoroplas biru tidak berwarna

Gambar struktur molekul khlorofil.

khloroplas

secara

detail

dan

Kejadian di atas memberi pemikiran bahwa pada proses fotosintesa terjadi dua fase, dimana fase pertama menghasilkan sesuatu yang diperlukan oleh fase berikutnya. Terjadinya kejenuhan mungkin akibat tidak adanya atau sedikitnya zat-zat penerima hasil fase ke satu yang berlebihlebihan. Kejadian itu dapat digambarkan sebagai berikut:

Fase cahaya

Fase gelap

Menghasilkan A

Menghasilkan B

A+B

AB

Cahaya sebagai sumber energi primer. Sinar diketahui sebagai energi (quantum cahaya = foton) yang besar kecilnya ditentukan oleh panjang gelombang (α)/jenis sinar. Hal ini dapat dilihat pada formula: E = hV V=c Keterangan: E = hc h = konstanta Planck α V = frekwensi c = kecepatan cahaya (3x1010 cm/detik)

N o

Sifat-sifat

1

Distribusi

Pada umumnya tropika daerah kering

2

Keluarga, yang telah/belum diketahui memiliki siklus

Gramineae, cyperaeae,Amaranthaceae, Portulacaceae,Nyetaginace ae,ficoidaceae,compositae, bchenopodiaceae, kemungkinan jumlah keluarganya terus bertambah Lintasan C4 (asam

3

4

5

Tipe ofisien(lintasan C4 (as.dikarboxilat))

Tipe karboksilasi (siklus karbon) Fotorespirasi (penyerapan oksigen dan produksi CO2 Temperatur optimal yang dipengaruhi untuk fotosintesa cahaya efektif

Tipe Non-efisien lintasa C3 (Calvin) Pada umumnya sub trobika daerah Gramineae, orchideae, leguminosea, solanaceae, convolvulaceae, Verbenaceae, mimosacea Lintasan C3

dikarboksilat) malat, aspartat (oxaloasetat)

(Calvin) asam fosfogliserat

Rendah sampai tidak ada

Ada

Tinggi (30-350 C)

Rendah (15-200 C)

6

Titik kompensasi CO2

Mendekati nol

7

Transpirasi

Rendah (sorghum)

8

Penggunaan air perkesatuan Rendah , berat kering sekitar 300 untuk Jagung

Tinggi 40-80 ppm 2,25 kali dari jenis-jenis tropika (Gandum) Tinggi sekitar 600 untuk Kedelai

9

Seludang ikatan pembuluh

Mengandung khlorofil

Tidak mengandung khlorofil

1 0 1 1

Translokasi asimilat

70 %

45-50 %

Aktivitas karboksidismutase (ribulase 1,5-di-fosfat karboxilase)

Rendah

Tinggi

1 2

Aktivitas fosfoenol piruvat (P&P) karboksilase

60 x

1x

Faktor-faktor yang berpengaruh dapat diperincikan sebagai berikut: - Konsentrasi CO2 - Intensitas cahaya - Temperatur - Air - Tersedianya unsur-unsur