Pengertian Fotosintesis dan Prosesnya (Lengkap)

Loading...

Fotosintesis dan Proses Fotosintesis

Apa pengertian fotosintesis? Bagaimana proses fotosintesis pada tumbuhan? Apa yang terjadi dalam reaksi fotosintesis?Bagaimana konsep fotosintesis pada tumbuhan. Seluruh pertanyaan tersebut akan kita bahas dalam artikel ini.

Pengertian Fotosintesis

Pengertian fotosintesis adalah reaksi kimiawi dimana tumbuhan, beberapa jenis bakteri dan alga, menghasilkan glukosa dan oksigen dengan menggunakan karbon dioksida dan air, dengan menggunakan cahaya sebagai sumber energi utama.

Proses fotosintesis mengubah energi yang amat banyak dari sinar matahari menjadi energi listrik dan kimia. Masukan yang dibutuhkan dalam proses fotosintesis seperti karbondioksida (CO2), air (H2O) dan mineral serta sinar matahari (cahaya) dan menghasilkan karbohidrat sebagai sumber makanan yang dibutuhkan oleh makhluk hidup (tumbuhan dan organisme fotosintesis berperan sebagai produsen) serta oksigen yang kita hirup.

Reaksi dalam proses fotosintesis berdasarkan butuh tidaknya oksigen terbagi dua yaitu fotosintesis oksigenik dan fotonsintesis noneksogenik. Proses fotosintesis oksigenik terjadi pada kebanyakan tumbuhan sedangkan beberapa organisme tingkat rendah seperti bakteri contohnya cyanobacteria melakukan proses fotosintesis noneksogenik dengan menggunakan bakterioklorofil.

Fotosintesis adalah proses biologis yang paling penting di bumi dan kehidupan ini. Layaknya sebuah baterai, fotosintesis merupakan baterai terbesar di dunia, menyimpan energi matahari dan kimiawi dalam jumlah besar.

Bahkan dalam kondisi yang paling ideal, dapat mencapai efisiensi energi sebesar 35 %, dan beberapa jenis tumbuhan ada juga yang hanya memperoleh 1-2 %. Tebu merupakan contoh tumbuhan yang melakukan fotosintesis dengan tingkat efisiensi sebesar 8 %.

Sejarah Penelitian Fotosintesis (Ringkas)

Sejarah penelitian tentang proses fotosintesis tercatat dimulai oleh Jan Van Helmont pada tahun 1600-an. Seorang dokter dan ahli kimia Finlandia ini melakukan ekperimen tentang pertambahan bobot pada tumbuhan dari waktu ke waktu.

Dia menyimpulkan bahwa tumbuhan bertambah bobotnya karena air dan yang larut didalamnya akan tetapi penelitian lebih lanjut oleh Stephen Hales tentang hal yang sama pada tahun pada tahun 1720 bahwa terdapat faktor lain yaitu udara.

Joseph Priestley yang merupakan ahli kimia dan sekaligus pendeta bereksperimen menggunakan lilin, tikus dan toples serta tumbuhan. Dia menyalakan lilin dalam sebuah toples beserta tikus didalamnya.

Tikus tersebut mati begitupun dengan lilinnya. Selanjutnya, berekperimen lagi dengan menambahkan tumbuhan dalam toples. Lilin mati, akan tetapi tikus tidak mati. ia menyimpulkan bahwa tumbuhan dapat menggantikan udara yang dibakar oleh lilin tersebut sehingga tikus tetap dapat hidup.

Selanjutnya eksperimen oleh Jan Ingenhousz pada tahun 1778. Ia menemukan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat “memulihkan” udara yang “rusak”. Selanjutnya, Jean , seorang ilmuwan prancis, pada tahun 1796 menunjukkan bahwa udara yang “dipulihkan” dan “merusak” itu adalah karbon dioksida yang diserap oleh tumbuhan dalam fotosintesis.

Terakhir, oleh Theodore de Saussure menghubungkan penelitian Stephen Hales dan penelitian penelitian sebelumnya dan berhasil merumuskan persamaan umum tentang bagaimana cara tumbuhan dapat menghasilkan makanan atau glukosa dengan kata lain persamaan fotosintesis seperti dibawah ini:

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

Lebih dari 1017 kilokalori (4.2 x 1017 kJ) energi matahari yang tersimpan karena fotosintesis di Bumi, yang berhubungan dengan asimilasi 1010 ton karbon diubah menjadi karbohidrat dan bentuk organik lainnya.

Reaksi dalam Fotosintesis: Reaksi Terang dan Gelap

Proses Fotosintesis terbagi atas dua yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang yang terjadi pada lempengan tilakoid pada kloroplas berfungsi sebagai proses pembuatan energi ATP dan NADPH yang akan digunakan untuk masuk kedalam reaksi gelap dan kebutuhan sel mereka.

Kemudian reaksi gelap yang terjadi pada stroma. Reaksi terang melalui siklus Calvin-Benson-Bassham yang menghasilkan glukosa, sukrosa dan amilum  (pati) yang dengan memanfaatkan CO2 (Fiksasi karbon).

Reaksi Terang: Light-Dependent Reaction

Reaksi terang dalam proses fotosintesis terjadi pada bagian membran tilakoid. Dalam membran tilakoid terdapat lumen dan dibagian membran luar tilakoid terdapat stroma dimana reaksi terang terjadi.

Membran tilakoid mengandung kompleks protein integral membran yang berfungsi dalam mengkatalisis reaksi terang. terdapat 4 jenis kompleks protein yang terdapat pada membran tilakoid yaitu fotosistem II, Kompleks Sitokrom b6f, Fotosistem I da ATP sintetase. 4 macam protein tersebut bekerja sama untuk menghasilkan ATP dan NADPH yang dibutuhkan oleh tumbuhan.

Dua fotosistem yaitu fotosistem I dan II berperan menyerap energi matahari atau foton melalui pigmen klorofil. Reaksi terang dimulai pada saat fotosistem II bereaksi.

Ketika pigmen klorofil dalam pusat reaksi fotosistem II menyerap foton, elektron pada molekul ini memiliki energi tinggi sehingga menyebabkan ketidakstabilan dan kemudian menyebabkan terjadinya reaksi redoks berantai dimana elektron berpindah dari molekul satu yang lebih tinggi tingkat energinya ke molekul yang lebih rendah tingkat energinya.

Proses ini disebut sebagai rangkaian transport elektron. Elektron tersebut “mengalir” dari fotosistem II ke sitokrom b6f hingga ke fotosistem I.

Pada fotosistem I, elektron tersebut mendapatkan energi lagi dari foton (energi cahaya). Penerima elektron terakhir adalah NADP. Pada reaksi fotosintesis oksigenik, penerima elektron pertama adalah air (fotolisis) menghasilkan oksigen sebagai produk buangan. Sedangkan pada proses fotosintesis anoksigenik, bermacam jenis penerima elektron digunakan.

Dalam reaksi terang fotosintesis, sitokrom dan ATP sintetase bekerja sama untuk menghasilkan ATP. Proses ini dalam reaksi terang fotosintesis disebut fotofosforilasi yang terjadi dalam dua cara yaitu siklik dan nonsiklik.

Pada fotofosforilasi non siklik, protein sitokrom b6f menggunakan energi dari elektron fotosistem II untuk memompa proton dalam stroma hingga ke lumen.

Gradien proton yang terbentang sepanjang membran tilakoid menciptakan gaya proton-motive yang akan digunakan oleh ATP sintetase untuk membuat ATP.

Sedangkan pada fotofosforilasi siklik, protein sitokrom b6f menggunakan energi dari eletron pada fotosistem I dan II untuk menciptakan ATP lebih banyak dan menghentikan produksi NADPH. Fotofosforilasi siklik sangat penting dalam menciptakan ATP dan mempertahankan NADPH dalam proporsi yang pas agar reaksi terang dan proses fotosintesis tetap berjalan.

Persamaan reaksi dalam reaksi terang fotosintesis oksigenik sebagai berikut:

2H2O + 2NADP++ 3ADP + 3Pi → O2 + 2NADPH + 3ATP

Baca juga artikel tentang reaksi terang ini.

Reaksi terang dalam proses fotosintesis oksigenik terbagi atas dua yaitu fotofosforilasi non siklik dan fosforilasi siklik. Dijelaskan dibawah ini:

Proses Fotosintesis Reaksi Terang: Fotofosforilasi Nonsiklik

diagram reaksi terang dalam proses fotosintesis

diagram reaksi terang dalam proses fotosintesis

Berdasarkan gambar diatas, anda sudah paham bukan, bagaimana proses reaksi terang dalam fotosintesis oksigenik secara fosforilasi nonsiklik.

Langkah pertama adalah adanya cahaya yang “menabrak” fotosistem II yang mengandung klorofil a yang mampu menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer (oleh karenanya disebut p680).

Kemudian air “pecah” dan melepaskan ion hidrogen dan Oksigen serta 2 elektron. Elektron tersebut kemudian tereksitasi, atau mengalami peningkatan energi sehingga terjadilah rangkaian redoks.

Elektron tersebut diangkut oleh oleh rangkaian transport elektron mulai dari Ph (Pheophytin) ke plastoquinone (Qa) kemudian elektron dalam reaksi terang diangkut oleh Plastoquinone (Qb) lalu selanjutnya ke kompleks sitokrom bf dan akhirnya elektron sampai ke fotosistem I yang mengandung P700.

Perlu anda ketahui bahwa Ph, Qa, Qb, dan sitokrom bf merupakan pembawa elektron. Dalam proses transport elektron tersebut tersedia energi untuk menghasilkan ATP dalam perpindaha fotosistem II  ke fotosistem I.

Selanjutnya dalam proses fotosintesis reaksi terang fosforilasi non siklik, dua elektron yang sampai pada komplek fotosistem II P700 mengalami peningkatan energi sehingga terjadi rangkaian transport elektron kembali, dimulai dari A0 yang merupakan bentuk klorofil yang berperan sebagai penghantar elektron kepada A1 yang merupakan phylloquinone.

Kemudian elektron dihantarkan ke kompleks protein iron-sulfur lalu ke feredoksin (ferredoxin). Hingga akhirnya menuju karier elektron terakhir yaitu NADP+. Oleh karena NADP+ mendapatkan kiriman elektron, maka NADPH terbentuk.  Berikut rumus reaksi kimia yang terjadi dalam proses transport elektron terakhir sehingga terbentuk NADPH.

Fd(reduced)+NADP++2H+→2Fd(oxidized)+NADPH+H+

Diagram Bagan Proses Reaksi Terang Dalam Fotosintesis

Diagram Bagan Proses Reaksi Terang Dalam Fotosintesis

Fotofosforilasi siklik

Kalian tahu, Apa yang dilakukan tumbuhan hijau ketika mengalami kelebihan atau berkecukupan NADH, akan tetapi kekurangan ATP? Jawabannya adalah proses fotofosforilasi siklik dalam reaksi terang fotosintesis.

Aliran elektron dalam proses fotosintesis dalam reaksi terang fotofosforilasi siklik juga terjadi pada tumbuhan yang mengandung kloroplas. Dalam proses ini, dihasilkan hanya ATP, bukan oksigen ataupun NADPH. Dalam proses reaksi terang fotofosforilasi siklik ini, hanya terjadi pada fotosistem I saja.

Ketika elektron tereksitasi oleh P700, dibawa oleh rangkaian transport elektron, akan tetapi eletron tersebut tidak mencapai NADP+, ketika elektron mencapai feredoksin, mereka ditransfer ke kompleks sitokrom bf. Kemudian dalam proses perpindahan elektron ke plastosianin, terjadi pembentukan ATP oleh ADP dan Pi.

Dari karier plastosianin, elektron kembali ke P700+(P700 yang teroksidasi). Reaksi ini disebut sebagai fotofosforilasi siklik yang berfungsi dalam memproduksi ATP dari ADP dan fosfat anorgaik dengan proses pompa proton yang terjadi disepanjang membran tilakoid.

Semua sel yang melakukan fotosintesis termasuk juga sel bakteri fotosintetik memiliki fotosistem I dan hanya (hingga sekarang ini diketahui) tumbuhan tingkat tinggi, alga dan cyanobakteria yang mengandung kedua fotosistem (I dan II).

Reaksi Gelap (Siklus Calvin-Benson) | Fotosintesis

Reaksi gelap terjadi dalam stroma. Disebut reaksi gelap karena tidak membutuhkan energi cahaya dalam prosesnya akan tetapi menggunakan ATP sebagai energi dan NADPH sebagai sumber elektron untuk mengubah CO2 menjadi karbohidrat (Jangan salah sangka kalau reaksi gelap terjadi ditempat gelap yah, reaksi gelap dalam proses fotosintesis terjadi di siang hari pada kebanyakan tumbuhan (baik pada tumbuhan C3, tumbuhan C4, dan juga CAM, walaupun pada CAM terdapat perbedaan proses masuknya CO2 yaitu diwaktu gelap/malam.

Fotosintesis bertanggung jawab dalam membuat NADPH dan ATp dan siklus Calvin Benson-Bassham (CBB) menggunakan molekul energi tinggi (ATP) tersebut untuk memproduksi gliseraldehide-3-phosphate (G-3-P). Selanjutnya, G-3-P tersebut dapat digunakan untuk mensintesis gula heksosa yang merupakan nutrisi utama bagi organisme heterotrof.

Fotosintesis | Diagram Siklus Calvin-Benson-Bassham Reaksi Gelap

Fotosintesis | Diagram Siklus Calvin-Benson-Bassham Reaksi Gelap

Fotosintesis: Tahap I Reaksi Gelap

Tahap pertama dalam siklus CBB reaksi gelap memiliki kemiripan dengan tahap isomerasi pada jalur Pentosa Fosfat (PPP). Enzim yang digunakan pada reaksi ini berwarna merah (lihat gambar diatas). Enzim rubisco (singkatan dari ribulose bisphosphate carboxylase) mengkatalasis reaksi karboksilasi dari ribulose-1,5-bisphosphate dalam dua reaksi. Pertama, ribulose-1-5-bisphosphate haruslah difosforilasi oleh enzim Phosphoribulose kinase. Hasil yang diperoleh dari proses karboksilasi ini adalah dua molekul 3-phosphoglycerate (3-fosfogliserat).

Fotosintesis: Tahap Kedua Reaksi Gelap

Tahap kedua dalam siklus Calvin Benson reaksi gelap memiliki kemiripan dalam salah satu bagian reaksi glukoneogenesis.

  1. 3-Phosphoglicerate (3-fosfogliserat) difosforilasi menggunakan bantuan enzim phosphoglycerate kinase untuk membentuk 1,3-Bisphosphoglycerate.
  2. Selanjutnya, 1,3-Bisphosphoglycerate direduksi menggunakan NADPH untuk menghasilkan NADP+ dan Glyceraldehyde-3-Phosphate (Gliseraldehida-3-fosfat) dengan menggunakan enzim Glyceraldehide-3-phosphate dehydrogenase (gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase).Satu dari setiap 6 molekul gliseraldehida-3-fosfat dibawa keluar (eksport) ke sitoplasma sel tumbuhan untuk digunakan dalam sintesis glukosa dan jalur metabolisme lainnya.

Fotosintesis: Tahap Kedua Reaksi Gelap

Tahap 3 dalam siklus calvin-benson-bassham reaksi gelap adalah regenerasi ribulose (ribulosa). Tahap ini memiliki kemiripan terhadap salah satu tahap dalam Jalur Pentosa Fosfat.

  1. Gliseraldehida-3-fosfat yang ada kemudian diubah kembali menjadi dihidroksiaseton fosfat (Dihydroxyaceton phosphate / DHAP) oleh triose phosphate isomerase (Triose fosfat isomerase).
  2. Kemudian, dihiroksiaseton fosfat diubah menjadi fructose-6-phosphate (fruktosa-6-fosfat) (F-6-P) oleh Aldolase dan Fructose bisphosphatase (Fruktosa bifosfatase). Aldolase memadatkan dua molekul DHAP untuk membentuk molekul fruktosa-1,6-bifosfat. Kemudian fruktosa-1,6-bifosfat diubah menjadi fruktosa-6-fosfat (F-6-P) oleh fruktosa bifosfat. F-6-P kemudian dapat diubah menjadi gula melalu dua jalur enzimatik yaitu dengan bantuan fosfoglukoisomerase dan glukosa-6-fosfatase.
  3. Dihidroksiaseton dapat juga digabungkan dengan eritrosa-4-fosfat untuk membentuk Sedoheptulose-1,7-bisphosphate (Sedoheptulosa-1,7-bifosfat /SBP). Reaksi ini juga dikatalisis oleh enzim aldolase.
  4. SBP kemudian di defosforilasi oleh Sedoheptulase bifosfatase untuk membentuk Sedoheptulase-7-fosfat (S7P).
  5. Setelah beberapa reaksi penyusunan oleh enzim Transketolase dan Transaldolase, terbentuklah Xylulose-5-Phosphate (Xelulosa-5-fosfat /X5P) dan Ribose-5-phosphate (Ribosa-5-fosfat / R5P).
  6. Terakhir dalam reaksi gelap ini, X5P dan R5P diisomerasi mengunakan enzim Phosphopentose epimerase dan phosphopentose isomerase untuk menghasilkan ribulose-5-phosphate (ribulosa-5-fosfat) yang kemudian dapat mengulang kembali siklus Calvin-Benson-Bassham.

Demikianlah artikel tentang pengertian fotosintesis dan proses fotosintesisnya. Silahkan dibaca ringkasan dibawah ini:

  1. Pengertian fotosintesis adalah reaksi kimiawi dimana tumbuhan, beberapa jenis bakteri dan alga, menghasilkan glukosa dan oksigen dengan menggunakan karbondioksida (CO2) dan air (H2O), dengan menggunakan cahaya (Foton/Photon) sebagai sumber energi utama.
  2. Proses fotosintesis pada tumbuhan terbagi atas dua tahap utama yaitu reaksi terang dan reaksi gelap
  3. Reaksi terang yang terjadi pada tilakoid terbagi atas dua jenis yaitu (1) fotofosforilasi nonsiklik yang menggunakan fotosistem I dan II (2) fotofosforilasi siklik yang hanya menggunakan fotosistem I. Reaksi terang dalam proses fotosintesis menghasilkan ATP dan NADPH yang akan digunakan dalam reaksi gelap dan jalur metabolisme lainnya.
  4. Reaksi gelap atau siklus Calvin Benson Bassham yang terjadi pada stroma; terbagi  tiga tahap dan menghasilkan glukosa dan bahan untuk jalur metabolisme lainnya.
  5. Reaksi gelap dan terang dalam proses fotosintesis berlangsung dalam keadaan terang/daylight pada kebanyakan tumbuhan

Sumber Artikel pengertian fotosintesis dan proses fotosintesis:

  1. Garrett, H., Reginald and Charles Grisham. Biochemistry. Boston: Twayne Publishers, 2008.
  2. Raven, Peter. Biology. Boston: Twayne Publishers, 2005.
  3. http://www.eschooltoday.com/photosynthesis/conditions-for-photosynthesis.html
  4. http://chemwiki.ucdavis.edu/Biological_Chemistry/Photosynthesis/Photosynthesis_overview/The_Light_Reactions
  5. http://www.colorado.edu/eeb/courses/1230jbasey/abstracts/1.htm
  6. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21191/
Pengertian Fotosintesis dan Prosesnya (Lengkap) | Ahmad Baihaqi | 4.5