2. Gambaran Umum: Proses yang Memberi
Makan Biosfer
Fotosintesis adalah proses yang mengubah
energi cahaya matahari menjadi energi kimia
Fotosintesis memberi makan hampir seluruh
dunia kehidupan, secara langsung maupun tidak
3. Kloroplas: Tempat Fotosintesis pada
Tumbuhan
Daun merupakan tempat utama fotosintesis
Warna daun berasal dari klorofil, pigmen hijau yang
terletak di dalam kloroplas
Kloroplas terutama ditemukan dalam sel-sel mesofil,
khususnya sel palisade
CO2 masuk dan O2 keluar, melalui stomata
Klorofil berada di dalam membran tilakoid
Tilakoid yang bertumpukan membentuk grana (tunggal,
granum)
Kloroplas juga mengandung stroma, cairan kental yang
terdapat di antara membran dalam kloroplas dan
membran tilakoid
4. Mesofil
Irisan melintang daun
Kloroplas Berkas pengangkut
Stomata
Kloroplas Sel
mesofil
CO2 O2
20 m
Membran
luar
Ruang antar
membran
Membran
dalam
1 m
Ruang
tilakoid
Tilakoid
GranumStroma
5. Fotosintesis adalah suatu proses yang rumit,
teapi dengan menggunakan rumus-rumus
molekul kita dapat merangkumnya dengan
persamaa kimia ini:
6 CO2 + 12 H2O + Energi cahaya C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
6. Penguraian Air
Kloroplas memecah air menjadi hidrogen dan
oksigen, menggabungkan elektron dari hidrogen
ke molekul gula dan melepaskan O2 sebagai
produk sampingan
Reaktan:
Produk:
6 CO2
6 H2O 6 O2
12 H2O
C6H12O6
7. Fotosintesis sebagai Proses Redoks
Fotosintesis membalik arah aliran elektron
Fotosintesis adalah proses endergonik; dan
energi ini disediakan oleh cahaya matahari
Energy 6 CO2 6 H2O C6 H12 O6 6 O2
tereduksi
teroksidasi
8. Dua Tahap Fotosintesis
Terdiri dari reaksi terang dan siklus Calvin
Reaksi terang (di tilakoid)
H2O dipecah, menyediakan sumber energi
dan proton (H+)
O2 dilepas
Mengubah NADP+ menjadi NADPH
Mengubah ADP menjadi ATP dengan proses
yang disebut fotofosforilasi. Siklus Calvin ( di
stroma) membentuk gula dari CO2,
menggunakana ATP dan NADPH
Siklus Calvin dimulai dengan fiksasi karbon,
menggabungkan CO2 ke molekul organik
10. Reaksi terang mengubah energi cahaya
matahari menjadi energi kimia dalam
ATP dan NADPH
Kloroplas adalah pabrik kimiawi yang
memperoleh tenaga dari matahari
Tilakoid dalam kloroplas mentransformasi energi
cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP
dan NADHP
11. Sifat Cahaya Matahari
Cahaya merupakan sebentuk energi yang dikenal
sebagai energi elektromagnetik, disebut juga radiasi
elektromagnetik
Seperti energi elektromagnetik lain, cahaya merambat
dalam gelombang ritmik
Panjang gelombang menentukan tipe energi
elektromagnetik
Cahaya tampak (panjang gelombang sekitar 380 nm
sampai 750 nm) merupakan segmen spektrum penting
untuk kehidupan dan dapat dideteksi oleh mata manusia
sebagai warna
Cahaya juga seolah-olah terdiri dari partikel-partikel
diskret yang disebut foton
13. Pigmen Fotosintesis: Reseptor Cahaya
Pigmen adalah zat yang menyerap cahaya tampak
Pigmen yang berbeda menyerap panjang gelombang
yang berbeda
Panjang gelombang yang tidak diserap, dipantulkan atau
diteruskan
Daun tampak hijau karena klorofil memantulkan dan
meneruskan cahaya hijau
Spektrofotometer, dapat mengukur kemampuan pigmen
untuk menyerap berbagai panjang gelombang
Mesin ini mengirimkan cahaya melalui pigmen dan
mengukur fraksi cahaya yang diteruskan pada setiap
panjang gelombang
16. Spektrum penyerapan adalah grafik yang
mengeplotkan penyerapan cahaya oleh suatu
pigmen versus panjang gelombang
Spektrum penyerapan klorofil a menunjukkan
bahwa cahaya ungu-biru dan merah bekerja
paling baik untuk fotosintesis
Spektrum aksi menampilkan keefektivan relatif
dari panjang gelombang yang berbeda dalam
menggerakkan proses tersebut
17. (b) Spektrum aksi
(a) Spektrum
penyerapan
Percobaan
Engelmann
(c)
Klorofil a Klorofil b
Karotenoid
Panjang gelombang (nm)
Absorpsicahayaoleh
pigmenkloroplas
Lajufotosintesis(diukur
denganpelepasanO2)
Bakteri aerob
Filamen
alga
400 500 600 700
400 500 600 700
400 500 600 700
HASIL
18. Spektrum aksi untuk fotosintesis pertama kali
didemonstrasikan pada tahun 1883 oleh Theodor
W. Engelmann
Dalam eksperimennya, ia memaparkan segmen
berbeda dari filamen alga kepada panjang
gelombang yang berbeda
Area yang menerima panjang gelombang yang
menguntungkan untuk fotosintesis menghasilkan
O2 yang lebih banyak
Dia menggunakan pertumbuhan bakteri aerob
yang berkerumun di sepanjang alga sebagai
ukuran produksi O2
19. Klorofil a adalah pigmen fotosintesis utama
Pigmen aksesori, seperti klorofil b, memperluas
spektrum yang digunakan untuk fotosintesis
Pigmen aksesori yang disebut karotenoid
menyerap cahaya yang berlebihan yang akan
merusak klorofil
21. Fotosistem
Sebuah fotosistem tersusun dari kompleks
pusat-reaksi (sejenis kompleks protein) yang
dikelilingi oleh kompleks pemanen-cahaya
Kompleks pemanen-cahaya (molekul pigmen
terikat pada protein) mentransfer energi dari
foton ke pusat reaksi
Sebuah akseptor elektron primer di pusat reaksi
menerima sebuah elektron yang tereksitasi dan
menjadi tereduksi
Transfer bertenaga cahaya matahari ini
merupakan langkah pertama dari reaksi cahaya
22. (b) Struktur fotosistem II(a) Cara fotosistem memanen cahaya
Membrantilakoid
Membrantilakoid
Foton
Fotosistem
STROMA
Kompleks
pemanen
cahaya
Kompleks
pusat
reaksi
Penerima
Elektron
primer
Transfer
energi
Pasangan khusus
Molekul klorofil a
Molekul
pigmen
RUANG TILAKOID
(INTERIOR TILAKOID)
Klorofil STROMA
Subunit
protein RUANG
TILAKOID
e
23. Ada dua jenis fotosistem di membran tilakoid
Fotosistem II yang berfungsi pertama kali (angka
mencerminkan urutan penemuan) dan terbaik
dalam menyerap panjang gelombang 680 nm
Pusat-reaksi klorofil a dari Fotosistem II disebut
P680
Fotosistem I yang terbaik dalam menyerap
panjang gelombang 700 nm
Pusat-reaksi klorofil a dari Fotosistem I disebut
P700
24. Aliran Elektron Linear dan Siklik
Selama reaksi terang, ada dua rute yang
mungkin untuk aliran elektron: siklik dan linear
Aliran elektron linear, jalur utama, melibatkan
kedua fotosistem dan menghasilkan ATP dan
NADPH menggunakan energi cahaya
Aliran elektron siklik hanya menggunakan
fotosistem I dan menghasilkan ATP, tetapi tidak
NADPH
Tidak ada oksigen dilepaskan
Aliran elektron siklik menghasilkan ATP lebih
28. Siklus Calvin menggunakan ATP dan
NADPH untuk mengubah CO2 menjadi
gula
Siklus Calvin, seperti siklus asam sitrat,
meregenerasi bahan awal setelah ada molekul
yang masuk dan keluar siklus
Siklus Calvin bersifat anabolik, membangun
gula dari molekul yang lebih kecil dengan
menggunakan energi dari ATP dan NADPH
29. Karbon memasuki siklus Calvin dalam bentuk
CO2 dan meninggalkan siklus dalam bentuk
gula gliseraldehida-3-fosfat (G3P)
Untuk sintesis netto satu molekul G3P, siklus
Calvin harus berulang 3 kali, memfiksasi 3
molekul CO2
Siklus ini terdiri dari 3 tahapan
Fiksasi karbon (dikatalisasi oleh rubisco)
Reduksi
Regenerasi penerima CO2 (RuBP)
30. STROMA
(konsentrasi H rendah)
STROMA
(konsentrasu H rendah)
RUANG TILAKOID
(konsentrasi H tinggi)
Cahaya
Fotosistem II
Kompleks
sitokrom Fotosistem I
Cahaya
NADP
reduktase
NADP + H
Ke
siklus
Calvin
ATP
sintase
Membran
tilakoid
2
1
3
NADPH
Fd
Pc
Pq
4 H+
4 H+
+2 H+
H+
ADP
+
P i
ATP
1/2
H2O
O2
31. Masukan
3 (Masuk satu per satu)
CO2
Fase 1: Fiksasi karbon
Rubisko
3 P P
P6
Intermediet
berumur-pendek
3-Fosfogliserat
6
6 ADP
ATP
6 P P
1,3-Bifosfogliserat
Siklus
Calvin
6 NADPH
6 NADP
6 P i
6 P
Fase 2:
Reduksi
Gliseraldehida-3-fosfat
(G3P)
P5
G3P
ATP
3 ADP
Fase 3:
Regenerasi
penerima CO2
(RuBP)
3 P P
Ribulosa bifosfat
(RuBP)
1 P
G3P
(gula)
Keluaran
Glukosa dan senyawa
organik lain
3
32. Mekanisme alternatif untuk fiksasi
karbon telah berevolusi di daerah
beriklim panas dan kering
Dehidrasi merupakan masalah bagi tanaman, kadang-
kadang membutuhkan barter dengan proses
metabolisme lainnya, terutama fotosintesis
Pada saat panas, hari-hari kering, tanaman menutup
stomata, yang menghemat H2O tetapi juga membatasi
fotosintesis
Penutupan stomata mengurangi akses CO2 untuk masuk
ke daun sementara itu menyebabkan meningkatnya
konsentrasi O2 yang dilepaskan sebagai hasil dari reaksi
terang
Kondisi ini mendukung proses tampaknya boros disebut
fotorespirasi
33. Fotorespirasi
Pada sebagian besar tumbuhan (tumbuhan
C3), fiksasi awal karbon terjadi melalui rubisko
dan membentuk senyawa berkarbon-tiga, 3-
fosfogliserat
Pada fotofosforilasi, rubisko menambahkan O2
ke siklus Calvin, bukan CO2, menghasilkan
senyawa berkarbon-dua
Kemudian senyawa berkarbon-dua ini disusun
ulang oleh peroksisom dan mitokondria,
melepaskan CO2 tanpa menghasilkan O2 dan
gula
34. Fotorespirasi mungkin merupakan peninggalan
evolusioner karena Rubisco pertama kali berevolusi pada
saat suasana atmosfer bumi memiliki jauh lebih sedikit
O2 dibandingkan CO2
Fotorespirasi membatasi kerusakan yang disebabkan
oleh produk reaksi terang saat siklus Calvin terhambat
Dalam banyak tanaman, fotorespirasi dapat menguras
sebanyak 50% dari karbon yang difiksasi siklus Calvin
pada hari yang panas dan kering
Namun, penelitian telah menunjukkan bahwa
fotorespirasi sangat penting bagi pertumbuhan tanaman
seperti yang ditunjukkan oleh mutan fotorespirasi yang
tidak dapat tumbuh di udara normal dan hanya tumbuh di
kondisi CO2 yang tinggi
35. Tumbuhan C4
Tumbuhan C4 meminimalisir terjadinya fotofosforilasi
dengan mode alternatif fiksasi karbon yang membentuk
senyawa berkarbon-empat sebagai produk pertamanya
Langkah ini memerlukan bantuan enzim PEP
karboksilase
PEP karboksilase memiliki afinitas yang lebih tinggi
terhadap CO2 dibandingkan rubisko; enzim ini dapat
memfiksasi CO2 bahkan saat konsentrasi CO2 rendah
Senyawa berkarbon-empat ini diekspor ke sel seludang
berkas-pembuluh, dimana CO2 dilepaskan dan
digunakan untuk siklus Calvin
36. Anatomi daun tumbuhan C4 Jalur C4
Sel-sel
fotosintetik daun
tumbuhan C4
Sel mesofil
Sel seludang
berkas-
pembuluh
Urat daun
(jaringan pembuluh)
Stomata
Sel mesofil
PEP karboksilase
CO2
Oksaloasetat (4C) PEP (3C)
Malat (4C)
Piruvat (3C)
CO2
Sel seludang
berkas-
pembuluh
Siklus
Calvin
Gula
Jairngan
pembuluh
ADP
ATP
37. CAM Plants
Beberapa tumbuhan, termasuk tumbukan
sukulen, menggunakan mode fiksasi karbon
yang dinamakan crassulacean acid
metabolism (CAM) (metabolisme asam
krasulasea)
Tumbuhan CAM membuka stomatanya saat
malam hari, menggabungkan CO2 ke dalam
berbagai asam organik
Pada saat siang, ketika reaksi terang dapat
menyuplai ATP dan NADPH untuk siklus Calvin,
CO2 dilepaskan dari asam organik dan
digunakan
39. Nilai Penting Fotosintesis
Energi sinar matahari memasuki kloroplas akan
disimpan sebagai energi kimia dalam senyawa
organik
Gula yang dibuat dalam kloroplas memberikan
pasokan energi dan kerangka kimia karbon untuk
mensintesis molekul organik sel
Tanaman menyimpan kelebihan gula pati dalam
struktur seperti akar, umbi, biji, dan buah-buahan
Selain produksi pangan, fotosintesis
menghasilkan O2 di atmosfer kita