MAKALAH “
Reaksi Terang Terang Pada Proses Proses Fotosintesis”
Untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Fisiologi Tanaman Dosen Pengampu Ir. Dawam Maghfoer, SP., MP.
Disusun oleh: KELOMPOK I Yulia Dwi Sartika
0910480168
Anifatuz Z
135040200111034 1350402001110 34
Anisa Mufida
135040200111030 135040200111030
Jamilatuz Zahro
135040200111027 1350402001110 27
Tri Wulansari
135040200111003 135040200111003
Agus Riyani
135040200111002 135040200111002
Binti Miftakhun Miftakhun N
135040200111026 135040200111026
PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2014
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Masa depan manusia sedikit banyak ditentukan oleh produksi bahan makanan, bahan bakar dan serat melalui proses fotosintesis. Proses sintesis karbohidrat dari bahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O) pada tumbuhan berpigmen dengan bantuan energi cahaya matahari disebut fotosintesis dengan persamaan reaksi kimia berikut ini. Berdasarkan reaksi fotosintesis di atas, CO2 dan H2O merupakan substrat dalam reaksi fotosintesis dan dengan bantuan cahaya matahari dan pigmen fotosintesis (berupa klorofil dan pigemen-pigmen lainnya) akan menghasilkan karbohidrat dan melepaskan oksigen. Cahaya matahari meliputi semua warna dari spektrum tampak dari merah hingga ungu, tetapi tidak semua panjang gelombang dari spektrum tampak diserap (diabsorpsi) oleh pigmen fotosintesis. Atom O pada karbohidrat berasal dari CO2 dan atom H pada karbohidrat berasal dari H2O (Sasmitamihardja dan Sire gar, 1996). Fotosintesis adalah suatu proses biokimia anabolisme, pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof.
Energi cahaya diubah menjadi energi kimia oleh pigmen fotosintesis yang terdapat pada membran interna atau tilakoid. Pigmen fotosintesis yang utama ialah klorofil dan karotenoid. Klorofil a dan b menunjukkan absorpsi yang sangat kuat untuk panjang gelombang biru dan ungu, jingga dan merah (lembayung) dan menunjukkan absorpsi yang sangat kurang untuk panjang gelombang hijau dan kuning hijau (500-600 nm) (Sasmitamihardja dan Siregar, 1996). Fisiologi tanaman adalah ilmu yang mempelajari fungsi tanaman. Fisiologi tanaman lebih mengarah pada proses metabolisme yang berkaitan dengan pembentukan dan perkembangan tanaman. Metabolisme yang akan dipelajari dalam makalah ini adalah reaksi terang fotosintesis.
1.2. Tujuan
Adapun tujuan dari penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut:
Mengetahui definisi dan proses fotosintesis
Mendeskripsikan faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis
Menjelaskan percobaan fotosintesis
Mengetahui prinsip penyerapan cahaya oleh tumbuhan
Mengetahui tahapan reaksi terang dalam fotosintesis
1.3. Manfaat
Setelah adanya penulisan makalah ini diharapkan mahasiswa dapat menggunakan makalah ini sebagai referensi dalam proses belajar mengajar dalam memahami tahaptahap dan proses reaksi terang dalam fotosintesis.
BAB II ISI
2.1 Definisi dan Proses Fotosintesis Fotosintesis 2.1.1 Definisi Fotosintesis Fotosintesis
Photosynthesis is the process of constructive metabolism by which carbohydrates are formed from water vapor and the carbon dioxide of the air in the chlorophyllcontaining tissues of plants exposed to the action of light. It was formerly called assimilation, but this is now commonly used as in animal physiology. Proses pembuatan makanan pada tumbuhan hijau disebut sebagai proses fotosintesis.
Pengertian
fotosintesis
dalam
kamus
Biologi
adalah
peristiwa
penggabungan karbon dioksida dan air secara ki miawi dalam klorofil untuk membentuk karbohidrat dengan bantuan cahaya matahari sebagai sumber energi. Sedangkan dalam kamus besar Bahasa Indonesia, fotosintesis adalah pemanfaatan energy cahaya matahari (cahaya matahari buatan) oleh tumbuhan berhijau daun atau bakteri untuk mengubah karbondioksida dan air menjadi karbohidrat (Rianawaty, (Ria nawaty, 2009). Fotosintesis adalah proses sintesis karbohidrat dari bahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O) pada tumbuhan berpigmen dengan bantuan energi cahaya matahari. Fotosintesis terdiri atas 2 fase, yaitu fase I yang berlangsung pada grana dan menghasilkan ATP dan NADPH2 serta fase II yang berlangsung pada stroma dan menghasilkan karbohidrat. Molekul air tidak dipecah dalam fotosintesis primitif dan setelah evolusi molekul air dipecahkan melalui 2 fotosistem sehingga O2 dilepaskan ke atmosfir. Fotosintesis berkembang menjadi lebih kompleks secara biokimia sampai terjadinya pemisahan antara respirasi dan fotosintesis beserta regulasinya (Nio Song, 2001). Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.
2.1.2 Proses Fotosintesis
Fotosintesis merupakan penyusunan/pembuatan makanan yang terjadi di daun, dilakukan oleh klorofil dengan bantuan energy cahaya. Secara alami fotosintesis berlangsung dengan bantuan energi cahaya matahari dan terjadi di siang hari. Fotosintesis bisa juga terjadi pada malam hari dengan bantuan cahaya lampu atau cahaya lainnya. Syarat terjadinya fotosintesis adalah sebagai berikut:
Adanya CO2 dan H2O. CO2 diambil dari udara, sedangkan H2O diambil dari dalam tanah. CO2 masuk ke dalam daun melalui stomata (mulut daun) sedangkan H2O sampai di daun melalui melal ui proses pengangkutan.
Peristiwa fotosintesis berlangsung pada bagian tubuh tumbuhan yang mengandung klorofil (zat hijau daun), umumnya terjadi pada bagian daun, namun memungkinkan pada bagian yang lain seperti pada batang (terjadi pada tanaman kaktus, daunnya berbentuk seperti jarum sedangkan batangnya banyak mengandung klorofil, sehingga batang berperan dalam peristiwa fotosintesis).
Adanya sumber energi, yaitu energi cahaya matahari, manfaatnya adalah untuk membentuk molekul kompleks (amilum) dari molekul sederhana (CO2 dan H2O). Fotosintesis menggunakan energi cahaya matahari untuk menyusun glukosa.
Bahan baku fotosintesis adalah air (H2O) dan karbon dioksida (CO2). Air berasal dari dalam tanah, sedangkan karbon dioksida berasal dari udara bebas yang merupakan hasil dari proses pernapasan makhluk hidup. Hasil fotosintesis berupa glukosa dan oksigen. Fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh tumbuhan dan beberapa jenis bakteri. Tumbuhan menggunakan pigmen hijau yang disebut klorofil untuk mengubah energi sinar matahari (energy fisik) menjadi energy kimia. Tanaman mengambil dan menggabungkan energi cahaya dengan enam molekul karbon dioksida dan enam molekul air untuk membentuk satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen. Perhatikan reaksi fotosintesis di bawah ini!
Pada proses fotosintesis, energi diperoleh dari cahaya matahari yang diserap oleh klorofil. Energi tersebut digunakan untuk memecah molekul air menjadi oksigen dan hidrogen. Oksigen dikeluarkan oleh daun, meskipun sebagian digunakan untuk bernapas. Hidrogen bergabung dengan karbon dioksida membentuk glukosa. Pada dasarnya, fotosintesis terjadi dalam dua tahapan, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. 1) Reaksi cahaya adalah proses penangkapan energy surya atau proses yang langsung bergantung pada keberadaan cahaya. Reaksi cahaya berlangsung pada bagian grana kloroplas. Sebagian energy matahari yang di serap akan di ubah menjadi energy kimia, yaitu berupa zat kimia berenergi tinggi.Selanjutnya, zat itu akan di gunakan untuk proses penyusun zat gula. Sebagian energy matahari juga di gunakan untuk fotolisis air (H2O) sehingga di hasilkan ion hydrogen (H+) dan O2. Ion hydrogen tersebut akan di gabungkan dengan CO2 membentuk zat gula (CH2O)n, sedangkan O2nya akan dikeluarkan. 2) Reaksi gelap adalah proses yang tidak langsung bergantung pada cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian stroma kloroplas. Pada bagian tersebut terdapat seluruh perangkat untuk reaksi penyusun zat gula. Reaksi tersebut memanfaatkan zat berenergi tinggi yang di hasilkan pada reaksi terang. Reaksi penyusunan tersebut tidak lagi langsung bergantung pada keberadaan cahaya, walaupun prosesnya berlangsung bersamaan dengan proses reaksi cahaya. Reaksi Re aksi gelap gela p dapat terjadi karena adanya enzim fotosintesis. Sesuai dengan nama penemunya, yaitu Benson dan Calvin, daur reaksi penyusunan zat gula itu di sebut daur Benson-
Calvin. Reaksi gelap berlangsung di dalam stroma kloroplas, sert a mengkonversi CO2 untuk gula. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya secara langsung, tetapi
itu sangat membutuhkan produkproduk dari reaksi terang (ATP dan bahan kimia lain yang disebut NADPH). 2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis
Fotosintesis di pengaruhi oleh banyak faktor, baik faktor dari dalam maupun faktor dari luar. Faktor dari dalam, antara lain: Umur daun, Keadaan stomata, dan Jenis tumbuhan. Faktor dari luar,antara lain: 1) Cahaya Cahaya di butuhkan pada proses fotosintesis sebagai sumber energy. Energi ini kemudian digunakan untuk menguraikan (memecah) molekul air (H2O) menjadi oksigen dan hydrogen. Banyaknya energi cahaya yang di serap oleh tumbuhan tergantung pada: banyak sedikitnya intensitas sumber cahaya, panjang gelombang cahaya, lamanya penyinaran. Cahaya utama yang digunakan pada proses fotosintesis adalah cahaya matahari.selain cahaya matahari,bisa digunakan cahaya lampu dan cahaya lainnya. 2) Klorofil Klorofil, semakin banyak jumlah klorofil dalam daun maka proses fotosintesis berlangsung semakin cepat. Pembentukan klorofil memerlukan cahaya matahari. Kecambah yang ditumbuhkan di tempat gelap tidak dapat membuat klorofil dengan sempurna. Kecambah ini dikatakan mengalami etiolasi, yaitu tumbuh sangat cepat (lebih tinggi/panjang dari seharusnya) dan batang dan daunnya tampak bewarna pucat karena tidak mengandung klorofil. Umur daun juga mempengaruhi laju fotosintesis. Semakin tua daun, kemampuan berfotosintesis semakin berkurang karena adanya perombakan klorofil dan berkurangnya berkurangnya fungsi kloroplas. Zat hijau daun (klorofil) dibutuhkan untuk menyerap cahaya. hari klorofil menyerap cahaya terutama mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa (bahan makanan). Pembentukan klorofil membutuhkan ion magnesium (Mg2+) yang diserap dari tanah.Klorofil menyerap panjang gelombang tertentu, sehingga pada beberapa tumbuhan tertentu,selain klorofil didalam kloropasnya di temukan juga pigmen lain,seperti pada wortel ditemukan pigmen kuning yang berfungsi untuk menyerap panjang gelombang yang tidak dapat diserap oleh klorofil.
3) Suhu Suhu berpengaruh pada proses fotosintesis karena suhu mempengaruhi enzim yang bekerja pada proses fotosintesis tersebut. Enzim dapat bekerja dengan baik pada suhu tertentu. Jika suhu terlalu rendah ataupun terlalu tinggi akan merusk kerja enzim. Suhu, umumnya semakin tinggi suhunya, laju fotosintesis akan meningkat, demikian juga sebaliknya. Namun bila suhu terlalu tinggi, fotosintesis akan berhenti karena enzimenzim yang berperan dalam fotosintesis rusak. Oleh karena itu tumbuhan menghendaki suhu optimum (tidak terlalu rendah atau terlalu tinggi) agar fotosintesis berjalan secara efisien. 4) Karbon dioksida (CO2) Karbon dioksida berpengaruh sangat besar terhadap proses fotosintesis karena merupakan bahan baku untuk pembuatan glukosa. Disamping itu, keberadaan karbon dioksida diudarapun jumlahnya juga terbatas. Kandungan karbon dioksida di udara segar bervariasi antara 0,03% (300ppm) sampai dengan 0,06% (600 ppm) bergantung pada lokasi. 5) Air (H2O) Air merupakan bahan baku pada proses fotosintesis, keberadaan air juga sangat berpengaruh terhadap keberadaan karbondioksida, karena jika tumbuhan kekurangan air maka stomata akan menutup, dan dengan menutupnya stomata maka Karbon dioksida tidak bisa masuk ke dalam tumbuhan tersebut.
2.3 Percobaan Fotosintesis Fotosintesis
Meskipun masih ada langkah-langkah dalam fotosintesis yang belum dipahami, persamaan umum fotosintesis telah diketahui sejak tahun 1800-an. Pada awal tahun 1600-an, seorang dokter dan ahli kimia, Jan van Helmont, seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia), melakukan percobaan untuk mengetahui faktor apa yang menyebabkan massa tumbuhan bertambah dari waktu ke waktu. Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa massa tumbuhan bertambah hanya karena pemberian air. Namun, pada tahun 1727, ahli botani Inggris, Stephen Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain selain air yang berperan. Ia mengemukakan bahwa sebagian makanan tumbuhan berasal dari atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam proses
tertentu. Pada saat itu belum diketahui bahwa udara mengandung unsur gas yang berlainan. Pada tahun 1779, Jan Ingenhousz seorang ahli fisiologi dari Belanda melakukan percobaan dengan menggunakan tumbuhan air ( Hydrilla verticilata). verticilata). J. Ingenhousz adalah dokter istana Ratu Austria, yang menghabiskan musim panas dekat London dengan melakukan lebih dari 500 eksperimen, di mana ia menemukan bahwa cahaya memainkan peran utama dalam fotosintesis.
Jan Ingenhousz & percobaannya
Percobaannya menunjukan tiga hal penting, yaitu: 1. Gas yang dikeluarkan oleh tumbuhan itu ternyata adalah O2. 2. Cahaya matahari dibutuhkan untuk proses fotosintesis 3. Bagian yang berhijau daun saja yang mengeluarkan O2.
2.4 Prinsip Penyerapan Cahaya Oleh Tumbuhan
Reaksi cahaya dalam fotosintesis merupakan akibat langsung penyerapan foton oleh molekul-molekul pigmen seperti klorofil. Prinsip dasar penyerapan cahaya adalah bahwa setiap molekul dapat menyerap satu foton pada waktu tertentu dan foton ini menyebabkan terjadinya eksitasi pada satu elektron dalam suatu molekul. Klorofil dan pigmen-pigmen lainnya hanya dapat berada dalam kondisi tereksitasi dalam waktu singkat umumnya hanya 10 -9 detik atau lebih singkat. Panjang gelombang diatas 760 nm foton tidak memiliki cukup energi sedangkan panjang gelombang dibawah 390 nm foton memiliki terlalu banyak energi yang menyebabkan ionisasi dan kerusakan pigmen. Dari radiasi yang terserap selama siang hari oleh permukaan tanaman budidaya, 75 sampai 85% di gunakan untuk menguapkan air, 5 sampai 10% menjadi
cadangan bahang dalam tanah, 5 sampai 10% laiinya menjadi bahan pertukaran bahang dengan atmosfer bumi melalui proses konveksi, dan 1 sampai 5% berfungsi dalam fotosintesis. Energi eksitasi dapat hilang bila di bebaskan dalam bentuk panas pada waktu waktu elektron kembali ke orbit dasar, peristiwa ini dapat dalam bentuk kombinasi antara panas dan cahaya fluoresen ( fluorescence). fluorescence). Fluoresen adalah pancaran cahaya yang di ikuti oleh degradasi cepat dari elektron tereksitasi. Pada daun flouresen sangat sedikit karena energi eksitasi di manfaatkan untuk fotosintesis. Terjadinya fotosintesis, energi dalam bentuk elektron yang tereksitasi pada berbagai pigmen harus disalurkan ke pigmen pengumpul energi yang disebut sebagai pusat reaksi. Daun dari kebanyakan spesies 90% cahaya ungu dan biru, demikian pula untuk cahaya jingga dan merah. Seluruh penyerapan ini dilakukan oleh pigmen-pigmen pada kloropas yang merupakan molekul klorofil yang berasosiasi dengan protein tertentu dan komponen-komponen membran lainnya.
2.5 Reaksi Terang Pada Fotosintesis Fotosintesis
Fotosintesis terdapat fase terang yang disebut reaksi terang. Reaksi terang berlangsung di dalam membran tilakoid di lamela grana. Lamela grana adalah struktur bentukan membran tilakoid yang terbentuk dalam stroma, yaitu salah satu ruangan dalam kloropas. Di dalam grana terdapat klorofil, yaitu pigmen yang berperan dalam fotosintesis.
Pengubahan
energi
cahaya
menjadi
energi
kimia
yang
disebut
fotofosforilasi yang terjadi di dalam lamel dan terdiri dari oksidasi air dan penghasilan potensi kimia, atau nikotinamid adenin dinikleotid. Oksidasi H2O dan PQ H2 menyebabkan konsentrasi H+ di dalam saluran tilakoid (PH5) dapat menjadi 1000 kali lebih tinggi dibandingkan pada stroma (PH8) selama fotosintesis berlangsung. Perbedaan PH antara kedua sisi membran ini menyediakan energi kimia yang potensial dalam memacu fotofosforilasi. Perbedaan PH dapat disebut dengan teori kheimiosmotik. Teori kheimiosmotik juga menjelaskan bagaimana
uncopler
bekerja
pada
fotofosforilasi.
Uncopler
berperan
untuk
menghilangkan keterikatan antara pengangkutan elektron dengan fosforilasi. Uncopler bergerak dalam saluran tilakoid untuk mengikat H+ dan mengangkutnya ke sisi si si stroma
membran tilakoid dan kemudian membebaskan H+. H+ yang dibebaskan bersama OHmembentuk H2O. Aksi uncopler yang berulang-ulang ini memperkecil perbedaan PH antara 2 sisi membran tilakoid dan berarti menghambat sintesis ATP. Sebaliknya kondisi tersebut akan memacu pengangkutan elektron karena secara termodinamik akan lebih mudah untuk mengangkut H+. Jumlah H+ yang harus diangkut suatu molekul ATP dapat dihitung tanpa harus mengetahui mekanismenya, yakni 3H+ yang dibutuhkan untuk mensintesis 1 molekul ATP. Fosfat yang tereduksi (NADPH) dan fosforilasi dari (ADP) menjadi adenosin trifosfat (ATP). NADPH merupakan salah satu pereduksi (penerima elektron dan pemasok ion hidrogen). Apabila 1 gugus fosfat yang terlepas akan bergabung dengan suatu molekul (yang mengalami fosforilasi). Kandungan energi molekul yang diberi masukan energi akan mengalami reaksi kimia lebih lanjut. NADPH dan ATP keduanya diperlukan untuk mengubah karbondioksida menjadi molekul organik. Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia yaitu NADPH dan ATP. Senyawa-senyawa ini kemudian di gunakan untuk mereduksi CO2 menjadi senyawa organik yang menghasilkan berat kering tanaman. Reaksi terang melibatkan 2 fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem 1 dan 2. Fotosistem 1 (PS1) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700nm, sedangkan fotosistem 2 (PS2) berisi pusat reaksi rea ksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680nm. Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem 2 menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS2 tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS2 akan mengambil elektron dari molekul H2O yang ada di sekitarnya. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS2 adalah: 2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 + 2PQH2 Suatu pigmen seperti klorofil atau karotenoid menyerab suatu foton, energi menaikkan suatu elektron (e-) dari energi rendah ke energi lebih tinggi. Fotosistem 2 mengkatalisis pelepasan elektron dari molekul air dan elektron-elektron ini diterima oleh suatu senyawa yang disebut Q. Fotosistem 1, dengan menggunakan lebih banyak energi dari foton-foton yang diserapnya, mengkatalisis pelepasan energi dari Q. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS1 adalah:
Cahaya + 4PC(Cu+) + 4Fd(Fe3+) → 4PC(Cu2+) + 4Fd(Fe2+) Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP+ dan membentuk NADPH. Reaksi ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase. Reaksinya adalah: 4Fd (Fe2+) + 2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+) + 2NADPH Fotosistem 1 dan fotositem 2 menyiapkan energi yang dibutuhkan untuk fotofosforilasi. Pigmen-pigmen di dalam lamelakloroplas berupa 2 macam klorofil (a dan b) dan 2 macam pigmen kuning sampai orange yang diklasifikasikan sebagai karotenoid (karoten dan santefil). Karotenoid berfungsi sebagai pigmen pembantu dalam penyerapan cahaya bagian dalam lamela yang berupa lipit. Aliran elektro linear cahaya menggerakkan sintesis ATP dan NADPH dengan cara memberi energi pada kedua fotosistem yang tertanam dalam membran tilakoid kloroplas. Kunci tranformasi aliran energi adalah aliran elektron melalui fotosistem dan komponen-komponen lain yang tertanam dalam membran tilakoid. Ini disebut aliran elektron linear yang terjadi selama reaksi terang fotosintesis. Pembentukan ATP melalui lintasan pengangkutan elektron siklik ini disebut fotofosforilasi.
Reaksi terang terjadi di membran tilakoid dan mengkonversi energi cahaya ke energi kimia. Reaksi kimia ini dapat berlangsung berlangsung jika terdapat cahaya. Klorofil dan beberapa pigmen lain seperti beta-karoten yang terorganisir dalam
kelompok-kelompok di membran tilakoid dan terlibat dalam reaksi terang. Masingmasing pigmen yang warnanya berbeda-beda dapat menyerap sedikit warna cahaya berbeda dan melepaskan energinya kepada molekul klorofill pusat untuk melakukan fotosintesis. Bagian tengah struktur kimia dari molekul klorofil adalah sebuah cincin porfirin, yang terdiri dari beberapa gabungan cincin karbon dan nitrogen dengan ion magnesium di tengah. Disebut reaksi terang sebab dalam tahapan proses fotosintesis ini multak membutuhkan cahaya. Dalam reaksi ini cahaya dibutuhkan untuk proses Fotolisis (pemecahan air) dan reaksi kimia lainya seperti pembentukan ATP dan pembebasan oksigen ke udara. Semua proses reaksi terang terjadi di dalam kloroplas tepatnya di bagian yang disebut Tilakoid. Proses pada reaksi terang :
Reaksi ini memerlukan molekul air
Reaksi ini sangat bergantung kepada ketersediaan sinar matahari.
Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.
Sinar matahari yang berupa foton yang terbaik adalah sinar merah dan ungu
Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna ungu (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600 nanometer).
Cahaya hijau ini akan dipantulkan dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa daun berwarna hijau.
Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak energi.
Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi
Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid berupa pigmen yang terdiri dari sistem cahaya yang disebut fotosistem
Dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I.
fotosistem I dan II sebagai sistem pembawa elektron
Fotosistem terdapat perangkat komplek protein pembentuk ATP berupa enzim ATP sintase.
Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer,
sedangkan fotosistem I 700 nanometer.
Kedua fotosistemini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat.
Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II(P.680)
Fotosistem II melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron.
Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP , satuan pertukaran energi dalam sel.
Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti.
Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan bersama an dengan ionisasi klorofil.
Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen.
Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida
Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH
Jadi P 700 ( Photosistem I ) menhasilkan NADPH2 , sedang Phoyosistem II (P 680) menghasilkan Oksigen dan ATP
Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP + menjadi energi pembawa ATP dan NADPH2. NADPH2.
ATP dan NADPH2 inilah yang nanti akan digunakan sebagaienergi dalam reaksi gelap
Reaksi terang di bagi lagi menjadi dua yaitu reaksi Fotofosforilasi Siklik dan Fotofosforilasi nonsiklik. 1. Fotofosforilasi Siklik Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I.
Pertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari, membuat elektron-elektron di P700 menjadi aktif karena rangsangan dari luar
elektron yang terbentuk itu kemudian keluar menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron.
Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya.
Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron pada fotosistem P 700 itu
Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H + melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP.
Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya lagi
Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.
2. Fotofosforilasi Nonsiklik Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. Dalam fotofosforilasi
nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.
Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H + + 1/2O2 + 2e-.
Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II,
Sedang ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain
dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas.
Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer.
Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi.
Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700. P700.
Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan "skema Z".
Sepanjang
perjalanan
di
rantai
transpor,
dua
elektron
tersebut
mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.
Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari.
Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP + dan H+, yang berasal dari penguraian air.
Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP +, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:
NADP+ + H+ + 2e- — > NADPH
NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap.
Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikut:
Fotofosforilasi Fotofosforilasi Siklik
Fotofosforilasi Fotofosforilasi Nonsiklik
Hanya melibatkan fotosistem I
Melibatkan fotosistem I dan II
Menghasilkan ATP
Menghasilkan ATP dan NADPH
Tidak terjadi fotolisis air
Terjadi fotolisis air untuk menutupi kekurangan elektron pada fotosistem II
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan dan pemahaman makalah reaksi terang dalam proses fotosintesis dapat dinyatakan bahwa fotosintesis adalah suatu proses biokimia anabolisme, pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Terdapat 2 tahapan dalam proses fotosintesis yaitu tahapan reaksi terang dan tahapan reaksi gelap. Dalam hal ini pembahasan tentang reaksi terang dalam fotosintesis dibagi menjadi 2 tahapan yaitu fotofosfolirasi siklik yang melibatkan fotosistem I, hanya menghasilkan ATP, dan tidak terjadi fotolisis air. Sedangkan tahapan yang kedua yaitu fotofosfolirasi nonsiklik yang melibatkan fotosistem I dan II, menghasilkan ATP dan NADPH, serta terjadi fotolisis air untuk menutupi kekurangan elektron pada fotosistem II.
3.2 Saran
Semoga makalah ini dapat menjadi salah satu bahan referensi pembelajaran bagi mahasiswa dalam mata kuliah Fisiologi Tanaman dan kritik dan saran selalu kami harapkan.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, N.A., J.B. Reece & L.G. Mitchell. 2006. Biology. Concepts & Connections. Connections . 5th Ed. Addison Wesley Longman Inc. pp 118. Hendriyani, I.S. and N. Setiari. 2009. Kandungan klorofil dan pertumbuhan kacang panjang (Vigna sinensis) pada tingkat penyediaan air yang berbeda . J. Sains & Mat. 17 (3):145-150. Lawlor DW. 2001. Photosynthesis: molecualr, physiological and environment processes, 3rd processes, 3rd edn. Oxford, UK: Bios Scientific Publishers. Li, R., P. Guo, M. Baum, S. Grando and S. Ceccarelli. 2006. Evaluation of chlorophyll content and fluorescence parameters as indicators of drought tolerance in barley. Agric. barley. Agric. Sci. in China 5 (10):751-757. Li, R., P. Guo, M. Baum, S. Grando and S. Ceccarelli. 2006. Evaluation of chlorophyll content and fluorescence parameters as indicators of drought tolerance in barley. barley. Agric. Sci. in China 5 (10):751-757. Sasmitamihardja, D. and A.H. Siregar. 1996. Fisiologi Tumbuhan. Tumbuhan. Proyek Pendidikan Akademik Dirjen Dikti. Depdikbud. Bandung. pp 253-281. Van der Mescht, A., J.A. de Ronde & F.T. Rossouw. 1999. Chlorophyll fluorescence and chlorophyll content as a measure of drought tolerance in potato. South African J. of Sci. 95:407-412. Van der Mescht, A., J.A. de Ronde & F.T. Rossouw. 1999. Chlorophyll fluorescence and chlorophyll content as a measure of drought tolerance in potato. South African J. of Sci. 95:407-412. Wirahadikusumah, M. 1985. Biokimia: metabolisme, energi, karbohidrat, dan lipid. Penerbit ITB. Bandung. pp 96-118.
