FotoSintesis

Fotosintesis
1. PENGERTIAN
Fotosintesis adalah kegiatan tumbuhan hijau membuat makanan sendiri dengan bantuan cahaya matahari.Dalam kegiatan memasak makanannya tumbuhan membutuhkan air (H2O), garam dan mineral dalam tanah serta karbondioksida (CO2). Gas CO2 merupakan sisa pernapasan hewan dan manusia.
Klorofil bagian yang sangat penting dalam proses fotosintesis. Klorofil atau zat hijau daun terdapat dalam butiran-butiran kloroplas. Kloropas inilah yang menjadi tempat atau dapurnya kegiatan memasak tumbuhan hijau. Kloroplas dapat kita jumpai di dalam daun.
Untuk mengangkut air, garam dan mineral itu ke daun, tumbuhan menggunakan saluran pengangkut yang disebut pembuluh kayu (xylem). Dan saluran yang mengangkut hasil proses memasak tumbuhan hijau adalah pembuluh tapis (floem).Hasil proses fotosintesis antara adalah glukosa (C6H12O6) dan oksigen (O2). Glukosa atau zat tepung digunakan tumbuhan sebagai makanannya, kudian jika glukosa memiliki sisa akan disimpan sebagai cadangan makanan yang juga sering kita nimakti antara lain berupa buahnya. selain itu cadangan makanan dapat disimpan tumbuhan dalam akar, batang, tangkai dan daunnya. Oksigen merupakan sisa pernapasan tumbuhan, tetapi diperlukan manusia dan hewan dalam kegiatan bernapas.
Proses kehidupan organisme yang sangat kompleks memerlukan masukan energi secara teratur dan terus-menerus untuk berjalannya kehidupan dan pemeliharaan fotosistem yang ada didalam tubuh orgaisme itu sendiri. Sumber energi yang dibutuhkan berasal dari senyawa-senyawa organik primer yang menjadi nutrisi organisme tersebut. Organisme autotrof mampu mensintesis sendiri senyawa-senyawa organik tersebut, sedangkan organisme heterotrof mendapatkan senyawa tersebut dari memakan organisme autotrof. Singkatnya, kehidupan di bumi sangat tergantung pada fotosintesis karena semua organisme tak terkecuali organisme fotosintetik membutuhkan molekul organic untuk hidup.
Organisme autotrof mampu mensintesis senyawa organik dari senyawa-senyawa anorganik disekitarnya dengan bantuan sinar matahari, proses ini disebut fotosintesis. Proses fotosintesis terjadi terbatas pada organisme yang memiliki pigmen penyerap cahaya yaitu klorofil, itu pun hanya pada bagian tertentu saja.
6CO2 + 6 H2O cahaya matahari C6H12O6 + 6 O2
Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel, tetapi hanya pada sel yang mengandung pigmen fotosintetik. Sel yang tidak mempunyai pigmen fotosintetik ini tidak mampu melakukan proses fotosintesis. Pada percobaan Jan Ingenhousz, dapat diketahui bahwa intensitas cahaya mempengaruhi laju fotosintesis pada tumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena perbedaan energi yang dihasilkan oleh setiap spektrum cahaya. Di samping adanya perbedaan energi tersebut, faktor lain yang menjadi pembeda adalah kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya yang berbeda tersebut. Perbedaan kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya tersebut disebabkan adanya perbedaan jenis pigmen yang terkandung pada jaringan daun.
Di dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan jaringan pagar. Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung pigmen hijau klorofil. Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan penting dalam menyerap energi matahari.
2. PERANGKAT FOTOSINTESIS
Bebagai factor yang diperlukan untuk terjadinya fotosintesis,Faktor-faktor itu disebut juga factor-faktor esensial,jika salah satu factor tidak ada,reaksi fotosintesis tidak berjalan.Faktor-faktor itu ialah bahan baku (CO2 dan H2O),energy (cahaya),pigmen,enzim molekul “Carrier” (pengangkut) dan suhu yang tepat.
(1) Bahan Baku
CO2 di udara akan masuk melalui stomata ke dalam jaringan spons pada daun,karena CO2 terus dipergunakan untuk fotosintesis.Konsentrasi CO2 di udara kira-kira 0,03 % atau sekitar 300 ρρm. Gas ini ditambahkan ke atmosfer secara kontinyu dan pernafasan hewan dan tumbuhan,dari pembusukan bahan organic,dari pembakaran bahan bakar,dari pelapukan batuan dan dari aktivitas vulkanik.
Air merupakan bahan baku lain yang diabsorpsi dari lingkungannya.Pada tumbuhan tinggi air diabsorpsi oleh akar dan air diangkut ke daun melalui berbagai sel dan jaringan.
(2) Energi
Energi yang dipergunakan dalam fotosintesis ialah energy cahaya,terutama cahaya merah dan biru.Cahaya matahari merupakan sumber energy pada fotosintesis,tapi sinar lampu listrikpun dapat dipergunakan.Cahaya dengan panjang gelombang tertentu (merah,biru) dapat diabsorpsi oleh pigmen klorofil.Energi cahaya diubah menjadi energy kimia dan disimpan didalam senyawa kimia produk akhir fotosintesis yaitu hidrat arang. Hanya 2 persen cahaya yang mengenai daun itu dipergunakan untuk fotosintesis,sisanya dipergiunakanuntuk fotosintesis,sisanya dipantulakan ditransmisikan atau diabsorpsi sebagai panas.Tiga puluh persen dari cahaya yang diabsorpsi diubah menjadi energy kimia.
(3) Pigmen
Tumbuhan hijau dapat mengabsorpsi energy cahaya dan menggunakan energy ini untuk menghasilkan gula karena adanya pigmen.Klorofil merupakan pigmen utama yang terlibat dalam proses ini. Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun.
Pigmen
-Substansi yang menyerap cahaya tampak Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi paling sedikit menyerap panjang gelombang hijau
Pigmen
Klorofil a
Klorofil b
Karotenoid
Karotene
Xantofil
(4) Suhu
Fotosintesis umumnya dapat berjalan pada sushu antara 5-40 0C.Kecepatan fotosintesis bertambah sampai maksimal pada sushu 35 0C dan setelah itu kecepatan fotosintesis turun tajam.Penurunan ini mungkin disebabkan karena enzim menjadi kurang aktif.
(5) Faktor tambahan
Pada kloroplas,selain dari pigmen fotosintesis terdapat pula berbagai molekul “Carrier” yang berperan penting dalam transport ataom hydrogen,electron dan energy.Selain itu pada kloroplas terdapat bermacam-macam enzim untuk reaksi kimia fotosintesis
3. PROSES/TAHAPAN FOTOSINTESIS
Dalam fotosintesis terdapat 2 macam cara fiksasi CO2 untuk menghasilkan hidrat arang.Cara pertama disebut Daur Calvin Benson,pada daun mavcam ini produk pertama berupa persenyawaan denagan 3 atom C yang disebut phosphoglyceric acid (PGA) atau asam phosphogliserat (APG). Bahan ini bisa di deteksi segera setelah terjadi fotosintesin. 2 molekul APG segera diubah menjadi glukosa,tumbuhan yang mempunyai cara fiksasi CO2 seperti ini disebut C3.Cara ke 2 dalam fiksasi CO2 disebut jalur Hatch-slack produk pertama bukan APG tetap[I persenyaawaan dengan 4 atom C yaitu asam oksaoasetat,golongan tumbuhan ini disebut C4. Langakah ini terjadi pada permulaan reaksi selanjutnya asam oksaloasetat akan dipecah secara emzim matik dan mengahasilkan CO2. CO2 kemudian akan masuk daun calvin-benson.
Ø Klorofil a
Klorofil a adalah pigmen yang secara langsung berpartisipasi dalam reaksi terang. Pigmen lain menambahkan energi ke klorofil a. Penyerapan cahaya meningkatkan elektron ke orbital energi yang lebih tinggi
4. REAKSI KIMIA FOTOSINTESIS
Secara sederhana proses fotosintesis sebagai berikut
6CO2 +6H20 + light ® C6H1206 + 6O2
5. KLOROPLAS SEBAGAI PUSAT FOTOSINTESIS
Penemuan bahwa O2 pada reaksi fotosinteis berasal dari air dan bakan dari CO2 menunjukan bahwa adanya reaksi yang kompleks. Satu penelitian pada kloroplas menunjukan bahwa jika kloroplas diisolir pada medium yang tepat dan diberi cahaya akan menghasilkan hidrat arang danO2 . penelitian selanjutnya dengan cara menghancurkan kloroplas lalu diendapkan dengan sentrifug. Endapan yang ada dengan bantuan mikroskop electron terlihat hanya mengandung tilokoid
.
Struktur kloroplas:
• Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang). Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma
• Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas
• Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat terjadi siklus Calvin
Pada penyinaran tilokoid dengan cahaya matahari ternyata tilokoid tidk menghasilkan hidrat arang tapi menghasilkan O2 selanjutnya diketahui bahwa pada tilokoid terjadi apa yang disebut reaksi terang karena memerlukan cahaya, sedangkan pada stroma terjadi reaksi gelap.
(1). Reaksi terang
Pada fotosintesis terjadi dua proses kimia fotokimia. Dengan analisis spectral dari kloroplast a in vivo, menunjukan bahwa terdapat berbagai jenis klorofil a. jenis klorofil a ditentukan dari kefektifatnya dalam mengabsorpsi spektrum. Salah satu jenis klorofil jenis a dapat secara maksimum menyerap cahaya dengan gelombang 673. Nm dan disebut klorofil a 673(kl a673). Yang lain disebut klorofil a 683 (kl a 683). Selain itu ada pula yang dapat menyerap cahaya maksimum pada gelombang 700 nm . untuk jenis ini disebut p 700.
Dua macam pusat proses fotosistesis mempunyai kelompok pigmen khusus. Energi cahaya untuk fotosintesis 1 lengkap oleh kl a 683 dan p 700 dan karoten .sedangkan untuk fotosisem II ditangkap oleh kl a 673 dan klorfoil b. karotenoid mungkin terdapat pada kedua fotosistem diatas. Kedua fotosistem tersebut terdapat pada kloroplas. Fotosistem adalah kumpulan pigmen dan protein yang berasosiasi dengan membran tilakoid yang memanen energi dari elektron yang tereksitasi.
Energi yang ditangkap ditransfer antara molekul fotosistem sampai mencapai molekul klorofil pada pusat reaksi .Jika kloroplas mendapat sinar matahari terjadilah proses fotokimia pada kedua fotosistem teradi yang disebut terang.
Pada waktu kloroplas menerima cahaya matahari, klorofil a pada kedua fotosistem itu elektronya berubah menjadi berenergi dan tidak stabil, karena itu elektron lepas dari klorofil a. karena klorofil a pada fotosistem I dn fotosistem II kehilangan elektron maka electron itu harus diganti.Terjadi bila terdapat sinar, misalkan sinar matahari. Selama tahap ini klorofil didalam membrane gana menyerap sinar merah dan nila yang bergelombang panjang pada spectrum sinar.
Energy yang ditangkap oleh klorofil digunakan untuk memecah molekul air. Pemecahan ini disebut fotolisis. Fotolisis mengakibatkan molekul air pecah menjadi hydrogen dan oksigen. Reaksi fotolisis dapat ditulis dengan persamaan:
2 H₂O 2 H₂ + O₂
         H₂ yang terlepas ditampung oleh koenzim NADP. Dalam hal ini, NADP bertindak sebagai akseptor H₂, bentuknya berubah menjadi NADPH₂ dan O₂tetap dalam keadaan bebas.
NADP (Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat) merupakan koenzim yang penting peranannya dalam kegiatan oksidasi reduksi dan banyak terdapat dalam sel hidup. Selama proses tersebut dihasilkan ATP.

Elektron dari fotosistem II diterimah oleh akseptor – akseptor elektron. Di antara akseptor itu ialah plastoquinon dan dari sini ditransfet kepad sitokrom lalu ke plastosiani dan akhirnya ke fotosistem I. Fotosistem I juga melepaskan elektront yang berenergi dan segera diganti oleh elektron dari fotosistem II electron dari fotosistem I diterimah oleh akseptor. Aksefort utama ialah Feredoksin.
Bagan proses reaksi terang
(2) Reaksi Gelap
Reaksi Gelap merupakan langkah selanjutnya setelah reaksi terang.Reaksi ini terjadi di stroma pada kloroplas.Disebut reaksi gelap karena tidak memerlukan cahaya.Meskipun demikian reaksi terjadi waktu siang hari karena memerlukan ATP dan NADPH dari reaksi terang. Reaksi gelap dapat saja terjadi ditempat yang gelap asal cukup diberi NADPH dan ATP.
Dari bagan C3 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. CO2 berkombinasi dengan RuDP dengan katalisator karboksidismutase membentuk 2 molekulAPG.RuDP secara kontinu dibuat didalam sel
2. 2 molekul APG di reduksi menjadi 2 molekul PGAL.Energi berasal dari ATP dan NADPH.Energi sekarang pindah ke PGAL. ADP dan NADP yang terbentuk siap untuk dipakai kembali dalam reaksi terang.
3. 2 molekul triose fosfat (PGAL) berkimbinasi membentuk gula fosfat dengan 6 atom C ( fruktosa 1,6 difosfat). Sampai proses ini tumbuhan telah menambaha 1 molekul CO2 untuk membentuk molekul gula dengan 6 atom C.
4. Selanjutnya fruktosa phosfat dapat di ubah menjadi hidarat arang lain melalui berbagai reaksi kimia termasuk glukosa,sukrosa,dan amilum.
5. Sebagai friktosa phosfat dipergunakan untuk membentuk molekul ribulosa fosfat melalui berbagai reaksi. Ribulosa 1,5 fosfat dapat menerima CO2 dan proses pembentukan dimulai lagi.
Daur Calvin-Benson disebut juga C3 yang umum terdapat dalam kelompok tumbuhan C3.
Jalur Hatc-Slack ( C4 )
Kelompok tumbuhan tertentu yang biasa hidup di daerah tropis seperti jagung (Zea mays) sorgun dan cyperus dan juga beberapa jenis dikotil dalam fiksasi CO2 untuk membentuk hidrat arang tidak langsung pada daur calvin tapi dibentuk dulu hasil antara yang berupa persenyawaan dengan asam oksaloasetat (4.C). CO2 pertamah-tamah bereaksi dengan fosfoenol pirufat (PEP), suatu persenyawaan dengan 3.C dan menghasilkan asam oksaloasetat (4.C). asam oksaloesetat lalu diubah menjadi asam malat. Karena hasil awal fotosintesis berupapersenyawan dengan 4.c maka diberi nama jalur 4 karbon (four-carbon pathway). Atau jalur (Hatch-slack pathway).
Anatomi daun tumbuhan C4 berbeda dengan anatomi tumbuhan C3. Pada tumbuhan C3, kloroplas mempunyai bentuk yang sama dan terdapat merata pada mesofil (jaringan palisade dan jaringan spons). Pada tumbuhan C4 anatomi daun menunjukan bahwa disekitar ikatan pembulu dikelilingi oleh sel-sel yang berisi kloroplas yang berbeda dengan pada mesofil. Pada sel-sel iniberisi butir-butir klorofil dan banyak grana. Proses terjadinya fiksasi CO2 dan hidrat arang pada bagan di bawah ini.
Seperti terlihat dalam bagan, pada sel-sel mesofil akan terbentuk asam malat dan juga aspartat (asparatic acid). Asam malat diubah menjadi asam piruvat danCO2 yang keluar akan masuk daur Calvinseperti pada tumbuhan C3.Hal ini dapat di lihat dari produksi gula tebu, jagung dan sorgum. Tumbuhan C3 tidak hanya monokotil tapi juga dikotil.

Blackman (1905) adalah seorang ahli membuktikan bahwa reduksi dari CO₂ ke CHO berlangsung tanpa sinar. Sehingga reaksi gelap disebut pula sebagai reaksi blackman atau reduksi CO.

Bila reaksi terang (Hill) dan reaksi gelap (blackman) digabung maka reaksinya sebagai berikut:

Hill:
2 H₂O 2 NADP H₂ + O₂

Balckman:
CO₂ + 2 NADP H₂ + O₂ 2 NADP + H₂ + CO + O + H₂ + O₂

Penggabungan :
2 H₂O + CO CH₂O + H₂O + O₂

Bila baris terakhir ini dikalikan 6 , maka kita akan memperoleh:
12 H2O + 6 CO2 (CH2O)6 + 6 H2 + 6 O2

6. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU FOTOSINTESIS
Di alam fotosistesis dipengaruhi oleh factor luar dan dalam yang sulit dipisahkan secara tegas Pada dasarnya faktor-fakt dapat dikelompokan menjadi dua yaiti;
v Fator Genetik
a. Perbedaan antara spesies
Tumbuhan C4 secara umum mempunyai laju fotosintesis yang tertinggi,sementara tunbuhan CAM memiliki laju fotosintesis terendah.Tumbuhan C3 berada diantara kedua eksrem tersebut.
b. Pengaruh Umur daun
Umur daun (stadia perkembangan daun) juga akan mempengaruhi laju fotosintesis.Kemampuan daun untuk berfotosintesis meningkat pada awal perkembangan daun,tetapi kemudian mulai turun,kadang sebelum tersebut bekembang penuh.
c. Pengaruh laju translokasi fotosintesis
Laju translokasi hasil fotosintesis ( fotosistant,dalam bentuk sukrosa) dari daun ke organ-organ penampung yang berfungsi sebagai limbung (sink) dapat mempengaruhi laju fotosintesis
v Faktor Lingkungan
a. Ketersediaan air
Untuk tumbuhan tingkat tinggi,agaknya laju fotosintesis paling dibatasi oleh ketersediaan air.Kekurangan air dapat menghambat laju fotosintesis,terutama karena pengaruhnya terdahadap turgiditas sel penjaga stomata.Jika kekurangan air,maka turgiditas sel penjaga stomata akan menurun.
b. Ketersediaan CO2
CO2 merupakan bahan baku sintesis karbohidrat.Kekurangan CO2 tentu akan menyebabkan penurunan laju fotosintesis.
c. Pengaruh cahaya
Pengaruh lewat intensitasnya,kualitasnya,lama penyinaran.Cahaya sebagai sumber energy untuk reaksi anabolic fotosintesis jelas akan berpengaruh terhadap laju fotosintesis tersebut.
d. Pengaruh suhu
Pengaruh suhu terhadap fotosintesis tergantun pada spesies dan kondisi lingkungan tempat tumbuhnya.