Fotosintesis Dan Prosesnya Pada Tumbuhan

@ProyekA01, @E17-Nabilla

Disusun Oleh Nabilla Mutiara Nissa

Tumbuhan itu tidak berpindah tempat, tumbuhan selalu memproduksi makanannya sendiri jadi dapat disebut sebagai produsen dan selalu menggantungkan diri terhadap apa yang didapatkannya dari lingkungan tempat dia tumbuh. Tumbuhan menproduksi makanannya dengan cara fotosintesis. Fotosintesis merupakan fungsi utama dari daun pada tumbuhan hijau, proses fotosintesis sangatlah penting untuk kehidupan di bumi ini sebab hampir semua makhluk hidup sangat membutuhkan hasil dari fotosintesis. Salah satu hasil dari fotosintesis yaitu Oksigen, kita tahu bahwa oksigen sangat dibutuhkan oleh manusia dan hewan untuk kelangsungan hidupnya.

A. Penjelasan fotosintesis

Yang dimaksud dengan Fotosintesis adalah proses pembuatan makanan yang dilakukan oleh tumbuhan menggunakan air (H2O), karbondioksida (CO2) dengan bantuan energi cahaya matahari sehingga menghasilkan zat makanan dan Oksigen (O2). Atau definisi Fotosintesis yang lainnya yaitu suatu proses mengolah atau pembentukan bahan organik seperti karbohidrat yang berasal dari air dan karbondioksida dengan bantuan energi cahaya matahari.

Proses fotosintesis dapat dilakukan oleh tumbuhan hijau, alga dan bakteri yang memiliki klorofil (zat hijau daun) pada siang hari. Kenapa terjadi pada siang hari? karena untuk melakukan proses fotosintesis tumbuhan membutuhkan energi cahaya matahari. Tumbuhan dapat menyerap energi cahaya matahari karena memiliki pigmen yang disebut dengan klorofil, pigmen inilah yang memberikan warna hijau pada daun tumbuhan. Klorofil ada dalam organel yang disebut dengan kloroplas. Umumnya energi dari fotosintesis dihasilkan pada daun akan tetapi dapat juga terjadi pada organ atau bagian tumbuhan lainnya yang memiliki zat hijau.

Artikel lainnya: Pengertian rantai makanan dan contohnya lengkap dan jelas.

B. Proses fotosintesis pada tumbuhan

Tumbuhan yang memiliki zat hijau daun atau klorofil bersifat autotrof, jadi dapat memasak atau menproduksi makanannya sendiri secara langsung dari senyawa yang bersifat organik. Tumbuhan hijau akan menyerap karbondioksida, air lalu dengan bantuan energi cahaya matahari untuk menghasilkan zat gula dan Oksigen.

Kloroplas atau zat hijau daun terdapat pada semua tumbuhan berwarna hijau. Kloroplas mengandung klorofil. Pigmen fotosintesis ini terdapat pada membran tilakoid. Pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma.Klorofil sendiri hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem. Fotosistem adalah unit dari tumbuhan untuk menangkap energi matahari (klorofil)

Proses fotosintesis dimulai dengan energi cahaya diserap oleh protein berklorofil yang biasa disebut pusat reaksi fotosintesis. Pada tumbuhan, protein ini tersimpan di dalam organel yang disebut kloroplas, sedangkan pada bakteri, protein ini tersimpan pada membran plasma. Sebagian energi cahaya yang dikumpulkan klorofil disimpan dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP). Sisa energi digunakan untuk memisahkan elektron dari zat seperti air. Elektron ini digunakan dalam reaksi yang mengubah karbondioksia menjadi senyawa organik. Pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria, ini dilakukan dalam suatu rangkaian reaksi yang disebut siklus Calvin, namun rangkaian reaksi yang berbeda ditemukan pada beberapa bakteri, misalnya siklus Krebs terbalik pada Chlorobium. Banyak organisme fotosintesis memiliki adaptasi mengonsentrasikan atau menyimpan karbondioksida untuk membantu mengurangi proses boros yang disebut fotorespirasi yang menghabiskan sebagian dari gula yang dihasilkan selama fotosintesis.

Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri. Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dibagi dua bagian utama yaitu reaksi terang (memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).

1.      Reaksi Terang

Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari ( energi cahaya) akan diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untuk mensintesis NADPH dan ATP) di dalam kloroplas. Reaksi terang terjadi di dalam grana. Salah satu pigmen yang berperan secara langsung dalam reaksi terang adalah klorofil a. Di dalam membran tilakoid,  klorofil bersama-sama dengan protein dan molekul organik berukuran kecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem. Beberapa ratus klorofil a, klorofil b, dan karotenoid membentuk suatu kumpulan sebagai “pengumpul cahaya” yang disebut kompleks antena. Sebelum sampai ke pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesispertama kalinya.

Di dalam membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem  berdasarkan urutan penemuannya, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Setiap fotosistem tersebut mempunyai klorofil pusat reaksi yang berbeda, tergantung dari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofil pusat reaksi pada fotosistem I disebut P700, karena mampu menyerap panjang gelombang cahaya 700 nm (spektrumnya sangat merah), sedangkan pada fotosistem II disebut P680 (spektrum merah).

Cahaya yang mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II akan membuatnya melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi 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 elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen. Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida. Pendapat ini pertama kali diungkapkan oleh C.B. van Neil yang mempelajari bakteri fotosintetik pada tahun 1930-an. Bakteri fotosintetik, selain sianobakteri, menggunakan tidak menghasilkan oksigen karena menggunakan ionisasi sulfida atau hidrogen.

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.

Dalam fotosistem terdapat ratusan antena atau klorofil. Oleh karena itu, aliran elektron pada reaksi terang akan mengikuti suatu rute tertentu. Ada dua aliran elektron pada reaksi terang yaitu, aliran elektron Non-siklik dan aliran elektron siklik.

a.       Aliran elektron Non-siklik

Langkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasi dari klorofil pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut akseptor elektron primer. Air (H2O) diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2. Elektron yang berasal dari air (H2O) menggantikan elektron yang hilang pada P680. Sebagaimana sistem transportasi elektron pada respirasi aerobik, transport electron pada reaksi terang ini melalui rantai transport elektron menuju fotosistem I (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yiatu:  plastokuinon (Pq), merupakan pembawa elektron; kompleks sitokrom dan plastosianin (Pc), merupakan protein yang mengan dung tembaga. Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energi-energi yang kemudian tersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang menggunakan energi cahaya melalui aliran elektron non siklis pada reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non siklik.

Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkap oleh akseptor primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transport elektron ke-dua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase mentransfer elektron ke NADP+ sehingga membentuk NADPH yang menyimpan elektron berenergi tinggi dan berfungsi dalam sintesis gula dalam siklus berikutnya yaitu siklus Calvin. Dengan demikian, reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH.

b.      Aliran elektron siklik

Pada aliran elektron siklis ini, elektron dari akseptor primer fotosistem I dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui feredoksin, kompleks sitokrom, dan plastosianin. Oleh karena itu, pada aliran siklis ini menyebabkan produksi ATP bertambah tetapi tidak terbentuk NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2.

2.      Reaksi Gelap (Siklus Calvin)

Bahan-bahan yang dihasilkan dari reaksi terang akan digunakan dalam siklus Calvin. ATP digunakan sebagai sumber energy dan NADPH sebagai tenaga pereduksi untuk penambahan elektron berenergi tinggi. Siklus Calvin terjadi pada bagian kloroplas yaitu stroma. Pada reaksi gelap ini, bahan untuk fotosintesis CO2 nantinya akan dibentuk menjadi molekul gula setelah melalui 3 tahapan, antara lain:

a.       Fiksasi Karbom

Pada tahap ini, gula berkarbon 5 yang disebut ribulosa 1,5 bisfosfat (RuBP) mengikat CO2 membentuk senyawa interme diate yang tidak stabil, sehingga terbentuk 3-fosfogliserat. Pembentukan tersebut dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase atau rubisko. Sebagian besar tumbuhan dapat melakukakan fiksasi karbon dan menghasilkan senyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fosfo gliserat. Oleh karena itu, tumbuhan yang dapat memfiksasi CO2 ini disebut tumbuhan C3. Contohnya adalah tanaman padi, gandum, dan kedelai. Pada beberapa tumbuhan, fiksasi karbon mendahului siklus Calvin dengan cara membentuk senyawa berkarbon 4 sebagai produk pertamanya. Tumbuhan seperti ini disebut tumbuhan C4.  Contohnya adalah tebu, jagung, dan anggota rumput-rumputan.

Tidak seperti pada tumbuhan C3 dan C4, tumbuhan kaktus dan nanas membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Pada saat stomata terbuka, tumbuhan mengikatkan CO2 pada  berbagai asam organik. Cara fiksasi karbon ini pertama kali di temukan pada tumbuhan famili Crassulaceae (tumbuhan penyimpan air) dan disebut metabolisme asam krasulase (Crassulacean Acid Metabolism) sehingga tumbuhannya disebut tumbuhan CAM. Asam organik (senyawa intermediate) yang dibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel mesofi l sampai pagi hari. Pada siang hari (stomata tertutup), reaksi terang dapat memasukkan ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asam organik melepaskanCO2 dan memasuki molekul gula (RuBP) dalam kloroplas. Dengan demikian, baik tumbuhan C3, C4, maupun CAM akan menggunakan siklus Calvin setelah fiksasi CO2 untuk membentuk molekul gula dari karbondioksida.

b.      Reduksi

Setiap molekul 3-PGA menerima gugus fosfat dari ATP sehingga terbentuk 1,3 bisfosfogliserat. Elektron dari NADPH mereduksi 1,3 bisfosfogliserat dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P), yang dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan keluar sebagai molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yang diperlukan tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan masuk ke tahapan regenerasi.

c.       Pembentukan kembali (regenerasi) RuBP

Pada tahapan terakhir siklus Calvin ini, RuBP sebagai pengikat CO2 dibentuk kembali oleh 5 molekul G3P. RuBP siap untuk mengikat CO2 kembali dan siklus Calvin dapat berlanjut kembali. Dengan demikian, molekul gula tidak akan terbentuk hanya dengan reaksi terang atau siklus Calvin saja. Oleh karena itu, kedua proses tersebut merupakan gabungan proses untuk terjadinya fotosintesis. Pada proses fotosintesisjuga  menghasilkan molekul gula. Gula yang dibuat dalam kloroplas tersebut akan digunakan untuk proses respirasi tumbuhan atau menyusun senyawa organik lainnya dalam sel tumbuhan. Gula tersebut akan diedarkan ke seluruh bagian tumbuhan, dalam bentuk gula sederhana seperti glukosa. Molekul-molekul gula berlebih yang terbentuk selama fotosintesis dan tidak diedarkan, akan menumpuk atau disimpan di dalam plastida sebagai sumber cadangan energy dalam bentuk amilum atau pati (polisakarida).

C. Faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis

Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses fotosintesis, diantaranya seperti di bawah ini:

1. Ketersediaan air

Kekurangan kadar air dapat menyebabkan daun layu dan stomata pada daun menutup, sehingga akan menyebabkan penyerapan karbondioksida berkurang.

2. Konsentrasi karbondioksida

Konsentrasi karbondioksida-pun dapat mempengaruhi proses fotosintesis, karena semakin tinggi Konsentrasi karbondioksida maka akan semakin meningkatkan laju dari fotosintesis.

3. Intensitas cahaya matahari

Intensitas cahaya matahari dapat berpengaruh pada proses fotosintesis, karena energi cahaya matahari sangat dibutuhkan oleh tumbuhan dalam melakukan proses ini. Karena semakin tinggi intensistas cahaya matahari maka akan semakin banyak energi yang dibentuk sehingga dapat mempercepat proses fotosintesis. Tapi jika intensitas cahaya terlalu tinggi dapat menyebabkan rusaknya klorofil pada tumbuhan.

D. Fungsi atau manfaat fotosintesis

Fungsi utama dari fotosintesis yaitu untuk memproduksi zat makanan yang berupa gulkosa atau gula. Karena gulkosa menjadi bahan yang paling utama dalam pembuatan zat makanan lainnya seperti lemak dan protein pada tumbuhan. Zat tersebut nantinya akan menjadi makanan untuk manusia dan hewan.

Fungsi lain dari fotosintesis yaitu dapat membersihkan udara dari pencemaran dengan cara mengurangi kadar karbondioksidan di udara karena karbondioksida adalah bahan yang dibutuhkan oleh tumbuhan hijau untuk melakukan forosintesis. Dan sebagai hasilnya selain zat makanan akan dihasilkan juga Oksigen yang sangat diperlukan untuk kelangsungan hidup manusia dan hewan di muka bumi.

Kemampuan tumbuhan untuk melakukan fotosintesis selama hidupnya membuat sisa-sisa tumbuhan yang hidup di masa lampau tertimbun oleh tanah selama berjuta-juta tahun dan akan menjadi batubara yang dapat digunakan oleh manusia sebagai sumber energi.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.pengertianku.net/2015/10/pengertian-fotosintesis-dan-prosesnya.html

http://www.dunia-mulyadi.com/2015/12/makalah-biologi-tentang-proses.html