Selasa, 28 Desember 2010

Fotosintesis


FOTOSINTESIS
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

Gambar 1. Persamaan reaksi pada Fotosintesis
Reaksi pada fotosintesis tidak sesederhana itu, tepatnya reaksi pada fotosintesis terbagi dalam 2 reaksi besar reaksi terang dan reaksi gelap.
Reaksi Terang
Reaksi terang merupakan reaksi konversi energi potensial cahaya menjadi energi kmia berupa NADPH dan ATP. Cahaya yang dikonversi oleh tumbuhan adalah cahaya putih atau PAR (Photosythetically Active Radiation) yang memilliki panjang gelombang antara 380 – 760 nm. Cahaya tersebut diserap tanaman oleh klorofil. Reaksi terang terjadi pada fotosistem, yaitu suatu system pigmen yang terletak pada membrane tilakoid.
Bila 2 mol H2O dipecah akan dihasilkan 4 ion H+, 2 atom O, dan 4 elektron. 2 elektron digunakan untuk mengganti elektron dari klorofil a, dan 2 lainnya digunakan untuk pembentukan air. Saat feofitin mengalami oksidasi, 2 elektron terlepas dan digunakan untuk mereduksi Plastoquinon(PQH) menjadi PQH2, oksidasi PQ akan meneruskan proton elektron ke sitokrom f dan 2 proton terlepas ke dalam rongga tilakoid dan mengalir ke stroma bersama 2 proton untuk memecahkan air melalui suatu coupling factor yang mengandung enzim ATP-ase sehingga 1 molekul ATP terbentuk. Sitokrom f membawa elektron ke palstosianin(PC), kemudian elektron tersebut mereduksi ferredoksin(Fd) yang teroksidasi, dan elektron selanjutnya akan mereduksi NADPH menjadi NADPH+H+. proses ini berlangsung pada membrane tilakoid dan disebut fosforilasi tidak berdaur yang menghasilkan 1 molekul ATP, 1 molekul NADPH, dan 1 molekul O2.
Reaksi Gelap
Pada tahap ini sumber energy untuk reaksi adalah energy kimia yang diperoleh pada saat reaksi terang yang berupa ATP dan NADPH. Energy tersebut digunakan untuk asimilasi karbon, dimana CO2 dari atmosfer ditransformasi  menjadi molekul organik, proses ini disebut fiksasi karbon.
Ada beberapa daur dalam fiksasi karbon yaitu daur Calvin, daur C-4, dan daur CAM.
Daur Calvin
Daur yang pertama adalah daur Calvin. Dalam daur Calvin fiksasi CO2 dari atmosfer dilakukan oleh Ru-BP, reaksi ini dikatalis oleh enzim Ru-BP karboksilase. Organisme yang melakukan reaksi fiksasi karbon dengan daur Calvin dimasukkan dalam kelompok tumbuhan C-3. Dalam daur Calvin ada 3 reaksi penting yaitu pengikatan CO2, reduksi CO2, dan regenerasi Ribulose Bis  Fosfat (Ru-BP).
Dalam tahap reaksi pertama, 6 molekul CO2 dari udara bereaksi dengan 6 molekul Ru-BP (5C), reaksi dikatalis oleh enzim ribulosa difosfat karboksilase menghasilkan 6 molekul gula 6 karbon. Keenam molekul karbon ini tidak stabil maka pecah menjadi 12 molekul dan 3 karbon yaitu 3-fosfogliserat. 3 fosfogliserat kemudian difosforilasi oleh 12 ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. 1,3 bifosfogliserat difosforilasi lagi oleh 12 NADPH membentuk 12 molekul gliseradehida 3 fosfat/PGAL. 2 PGAL digunakan untuk membentuk 1 molekul glukosa atau jenis gula lainnya, sedangkan 10 molekul lainnya difosforilasi oleh 6 ATP untuk kembali membentuk 6 molekul Ribulosa 1,5 bifosfat. Proses pengikatan CO2 ke RuBP disebut fiksasi, proses pemecahan molekul 6 karbon menjadi molekul 3 karbon disebut reduksi dan proses pembentukan kembali RuBP dari PGAL disebut regenerasi.
Dari daur ini tampak bahwa untuk menghasilkan 1 mol glukosa dan meregenerasi 6 mol. Ru-BP  diperlukan 18 mol ATP dan 12 mol NADPH.
Gambar 2. Ringkasan reaksi cahaya dan reaksi sintesis dalam kloroplas
Daur C-4
Pada tahun 1965 Kortschack dan kawan-kawan, menemukan bahwa senyawa stabil pertama hasil pengikatan CO2 dalam fotosintesis Saccharum officinarum bukan 3-PGA tetapi asam malat. Pola yang sama juga terjadi pada Zea mays, karena asam malat terdiri dari 4 atom C, maka daur ini juga dinamakan daur C-4. Tumbuhan yang fotosintesisnya mengikuti daur C-4 dinamakan tumbuhan C-4.
Dalam daur ini terjadi pengkatan CO2 dalam dua tempat yang berbeda. Pengikatan karbon yang pertama menggunakan substrat HCO3- dan terjadi didalam kloroplas sel-sel mesofil bunga karang serta di katalis oleh PEP karboksilase yang terdapat dalam sitosol. Asam oksalat yang terbentuk secara cepat akan direduksi oleh NADPH menjadi asam malat dengan bantuan enzim NADP-malat dehidrogenase. Asam malat kemudian ditranslokasikan ke sel-sel parenkim seludang berkas pengangkut yang kaya akan kloroplas dan mengalami oksidasi serta karboksilasi menjadi asam piruvat dan CO2 serta terjadi reduksi NADP menjadi NADPH. CO2 ini kemudian akan diikat oleh RuBP, kemudian direduksi dalam siklus Calvin. Asam piruvat hasil oksidasi asam malat akan ditranslokasikan kembali ke sel-sel mesofil bunga karang dan diubah menjadi PEP untuk kembali bertugas mengikat CO2.
Daur CAM (Crasslacean Acid Metabolism)
Beberapa spesies tumbuhan membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari dapat mengurangi laju transpirasinya sehingga mampu untuk menghemat air dan mampu beradaptasi pada daerah kering. Selama malam hari, ketika stomata tumbuhan itu terbuka, tumbuhan memfiksasi CO2 dan memasukkannya kedalam berbagai asam organik. Cara fiksasi karbon ini disebut metabolisme asam krasulase, atau crassulacean acid metabolism (CAM), karena metabolisme ini pertama kali diteliti pada tumbuhan dari famili crassulaceae.
Terjadinya pengikatan CO2 di malam hari ditunjukan oleh adanya kenaikan keasaman cairan sel-sel daun pada malam hari. Konsentrasi asam malat juga mengalami kenaikan kemudian disimpan dalam vakuola sel-sel daun. Pada pagi hari, keasaman cairan sel menurun yang menunjukan asam malat dikeluarkan dari vakuola dan dioksidasi menjadi asam piruvat serta membebaskan   CO2. Karbondioksida diikat oleh RuBP dan direduksi mengikuti daur Calvin. Jalur CAM serupa dengan jalur C-4 dalam hal senyawa organik intermediet sebelum siklus Calvin. Perbedaannya ialah bahwa Pada tumbuhan CAM, kedua langkah ini terjadi pada waktu yang terpisah. Fiksasi karbon terjadi pada malam hari, dan siklus calvin berlangsung selama siang hari.
DAFTAR PUSTAKA
Albert, B., A. Johnson, J. Lewis, et al. 2008. Molecular Biology of the Cell. 5th Ed. Garland Science Taylor and Francis Group. New York
Brum, G., L. K. McKane, G. Karp. 1994. Biology Exploring Life. 2nd Ed. John Wiley and Sons Publ.
Smith, C. A., and E. J. Wood. 1992. Molecular and Cell Biochemistry: Biosynthesis. 1st Ed. Chapman and Hall. London
Taiz, L. and E. Zeiger. 1998. Plant Physiology. 2nd Ed. Sinauer Associates, Inc., Publ. Sunderland

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar