A.
PENDAHULUAN
Untuk mengetahui bagaimana cahaya
menyebabkan terjadinya fotosintesis, perlu diketahui terIebih dahulu
sifat-sifat cahaya. Cahaya memiliki sifat gelombang (wave nature) dan sifat
partikel (particle nature). Cahaya mencakup bagian dari energi matahari dengan
panjang gelombang antara 390 nm sampai 760 nm dan tergolong cahaya tampak.
Kisaran ini merupakan porsi kecil dari kisaran spektrum elektromagnetik.
Sifat cahaya sebagai partikel
biasanya diekspresikan dengan pernyataan bahwa cahaya menerpa sebagai foton
(photon) atau kuanta, yang merupakan suatu paket diskrit dari energi, di mana
masing-masing dikaitkan dengan panjang gelombang tertentu. Energi dalam tiap
foton berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Cahaya biru dan ungu dengan
gelombang yang lebih pendek memiliki lebih banyak foton energetik dibanding
cahaya merah atau jingga dengan gelombang yang lebih panjang. Satu mole (6,02 x
1023) foton disebut sebagai satu einstein. Walaupun begitu, satuan einstein
tidak dianjurkan untuk dipakai, karena bukan merupakan satuan S1. Dianjurkan untuk memakai satuan
mole, karena mole adalah satuan Sl.
Prinsip
dasar penyerapan cahaya adalah bahwa setiap molekul hanya dapat menyerap satu
foton pada waktu tertentu dan foton ini menyebabkan terjadinya eksitasi pada satu
elektron dalam suatu molekul. Prinsip ini disebut Hukum Stark-Einstein.
Elektron valensi yang berada pada orbit dasar yang stabil merupakan elektron
yang biasanya tereksitasi dan didorong menjauhi inti (yang bermuatan positif)
dengan jarak yang sebanding dengan jumlah energi foton yang diserap.
Molekul-molekul pigmen yang telah menangkap foton akan berada pada kondisi
tereksitasi. Energi eksitasi inilah yang dimanfaatkan untuk fotosintesis. Intisari
fotosintesis ialah suatu proses pada
tumbuhan hijau untuk menyusun senyawa organik dari karbon dioksida dan air.
B.
Tujuan
Tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk
mengetahui
1.
Peranan
cahaya dan klorofil dalam proses fotosintesis
2.
Peranan
Karbondioksida dan air dalam fotosintesis
3.
Kajian
fotosistem I dan II dalam fotosintesis
C.
PEMBAHASAN
Organisme hidup dapat dikelompokkan
berdasarkan sumber energi karbonnya. Karbon merupakan bahan paling mendasar
yang diperlukan oleh organisme. Meskipun energi terdapat dalam beberapa bentuk,
namun hanya dua bentuk energi yang sesuai dengan sumber energi bagi organisme
hidup, yaitu energi cahaya dan energi kimia. Organisme yang menggunakan energi
cahaya untuk mensintesis keperluan organiknya disebut fototrof atau fototrofik,
sedangkan organisme yang menggunakan energi kimia disebut kemotrof atau
kemotrofik. Fototrof mempunyai karakteristik yaitu adanya pigmen, termasuk
beberapa untuk klorofil, yang menyerap energi-energi cahaya menjadi energi
kimia.
Pada
pengelompokan organisme berdasarkan sumber karbon organik yaitu karbon dioksida
organismenya disebut autotrof atau autotrofik dan yang sumber karbonnya organik
disebut heterotrof atau heterotrofik. Berbeda dengan heterotrof, mensintesis keperluan organiknya dari
bahan-bahan organik sederhana. Kelompok yang penting adalah organisme
fotoautotrofik termasuk ganggang biru hijau, bakteri sulfur hijau, bakteri
sulfur lembayung/ungu dan semua tumbuhan hijau; organisme kemoheterotrofik,
termasuk semua hewan, jamur, sebagian besar bakteri dan beberapa tumbuhan
parasit (misal Cuscuta).
Semua
kehidupan di bumi ini bergantung kepada fotosintesis baik langsung maupun tidak
langsung. Fotosintesis menyediakan baik karbon maupun energi bagi organisme
hidup dan menghasilkan oksigen dalam atmosfir yang penting bagi semua bentuk
kehidupan aerobic. Manusia juga bergantung pada fotosintesis untuk bahan
bakar fosil mengandung energi yang
dibentuk jutaan tahun lalu. Fotosintesis adalah suatu proses pembentukan bahan
organik dari bahan anorganik (CO2, H2O, H2S)
dengan bantuan cahaya matahari dan klorofil. Reaksi keseluruhan fotosintesis
dapat dituliskan sebagai berikut:
Klorofil
Dalam reaksi
tersebut, (CH2O) hanya suatu singkatan untuk pati atau karbohidrat
lain dengan formula empiris yang sangat dekat.
1.
ENERGI CAHAYA DAN KLOROFIL
Sumber
energi dari semua makhluk hidup adalah matahari. Energi matahari berasal dari
suatu reaksi inti yang melibatkan konversi atom-atom hydrogen menjadi atom-atom
helium. Reaksi ini yang berlangsung pada suhu dan tekanan tinggi menghasilkan
suatu spectrum energi radiasi yang lebar. Tiap detik matahari mengirimkan
kedalam angka energi kira-kira sama dengan sejuta kali suplai batubara, gas
alami dan minyak bumi dan sebelum bahan-bahan energi tersebut diambil manusia.
Dengan berbagai panjang gelombang seperti yang terlihat dalam gambar 9.1.
Berbagai bagian dari spekulasi elektromagnetik ditunjukkan, seperti sinar
gamma, ultraviolet, tampak dan inframerah.
Dari radiasi elektromagnetik adalah
dari panjang gelombang atau frekwensi. Hubungan antara panjang gelombang dan
frekwensi ditunjukkan dalam gambar 9.2. berikut ini:
Gambar 1. Sifat
gelombang dari radiasi elektromagnetik.
c = λv
c = kecepatan
radiasi elektromagnetik dalam vakum
(suatu konstanta dengan 3 x 108
m det-1)
λ = panjang
gelombang (meter)
v = frekwensi
(gelombang perdetik)
Radiasi elektromagnetik juga berlaku
sebagai paket-paket kecil energi disebut foton dan kuanta. Energi foton
berbanding lurus dengan frekwensi gelombang dan berbanding terbalik dengan
panjang gelombang:
E = hv
atau E = hc E = Energi suatu foton
λ h
= Konstanta Planck (sama dengan 6,62 x 10-34 J)
Energi
satu foton dari panjang gelombang tertentu dapat diukur dalam erg, joule, volt
electron atau gram kalori. Radiasi matahari yang sampai ke bumi hanya sebagian
kecil saja dari spectrum elektromagnetik. Panjang gelombang 225 nn
(ultraviolet) yang diradiasi oleh matahari, tetapi λ ini adalah foton yang
sangat tinggi energinya yang berbahaya bagi banyak kehidupan, terhalang oleh
selapis ozon di atmosfir paling atas. Sinar lebih panjang dari 2500 nm (2,5 u)
terutama dihilangkan oleh uap air dari CO2 di atmosfir. Cahaya
tampak merupakan sebagian kecil dari cahaya yang sampai ke bumi.
Molekul yang mengabsorbsi cahaya
tampak dalam pigmen berwarna atau hitam. Elektron yang menjadi tereksitasi
biasanya electron yang mobil yang berasosiasi dengan ikatan rangkap yang tidak
jenuh. Misal klorofil, mempunyai tingkat ketidak jenuhan yang tinggi dan
mengabsorpsi cahaya yang efisien, terutama cahaya biru dan merah. Energi
eksitasi yang diinduksi dalam suatu molekul atau atom oleh satu foton dapat
hilang menurut tiga cara, yaitu:
-
Energi
dapat hilang sebagai panas/kalor
-
Energi
dapat sebagian hilang sebagai panas dan sisanya sebagai cahaya tampak dengan
panjang gelombang lebih panjang dari panjang gelombang yang diabsorpsi,
dinamakan fluoresensi. (Fluoresensi klorofil dapat dilihat sebagai cahaya merah
jika suatu larutan pigmen yang pekat disinari dengan cahay biru atau
ultraviolet. Fluoresensi klorofil dalam daun tidak mudah terlihat, karena
sebagian besar energi eksitasi digunakan untuk melaksanakan fotosintesis)
-
Energi
dapat digunakan untuk melakukan suatu reaksi kimia. Fotosintesis adalah hasil
dari proses yang ketiga.
Senyawa
kimia yang penting dalam mengubah energi cahaya menjadi energi
kimia yang
penting dalam mengubah energi cahaya menjadi energi kimia pada tumbuhan tinggi
adalah pigmen-pigmen yang terdapat dalam kloroplas. Melalui pigmen-pigmen
inilah cahaya mulai proses fotosintesis. Tumbuhan tinggi mengandung
pigmen-pigmen fotosintesis yaitu klorofil a,b dan karotenoid. Karotenoid yang
paling banyak terdapat dalam tumbuhan adalah β-karoten dan lutein.
Pigmen-pigmen tersebut terdapat didalam kloroplas yaitu pada membran internal
yang disebut tilakoid.
Pada fotosintesis energi eksitasi dari berbagai pigmen
perlu dipindahkan ke pigrnen pengumpul energi yaitu kesatu pusat reaksi. Kelak
akan dibahas bahwa terdapat dua macam pusat reaksi dalam tilakoid yang keduanya
terdiri atas molekul klorofil a. Energi dalam pigmen yang tereksitasi dapat
dipindahkan ke pigmen d sebelahnya dan dari sana ke pigmen yang lain lagi dan
seterusnya secara resonansi induktif hingga akhirnya energi menjadi pusat
reaksi. Daun sebagian besar spesies mengabsorpsi lebih dari 90% panjang
gelombang violet dan biru, persentase panjang gelombang lembayung dan rnerah
yang diabsorpsi juga hampir sebagian itu juga. Hampir sernua absoprsi ini
dilakukan oleh kloroplas. Dalam tilakoid, setiap foton dapat mengeksitasi satu
elektron dan karotenoid atau klorofil. Klorofil itu berwarna hijau karena
mengabsorpsi panjang gelombang hijau secara tidak efektif dan panjang gelombang
itu direfelksikan atau ditransmisikan. absorpsi relatif berbagai panjang
gelombang oleh suatu pigmen dapat diukur dengan spetrofotometer. Grafik
absorpsi ini sebagai fungsi panjang gelombang disebut spektrum absorpsi/
Spektrum absorpsi krolofil a dan b (Gambar 9.3.) menunjukkan bahwa sangat
sedikit cahaya hijau dan kuning hiiau antara 500 dan 600 nm diabsorosi in
vitro. Kedua krolofil dengan kuat mengabsorpsi panjang gelombang violet, biru,
serta lembayung:dan merah. menunjukkan bahwa pigmen kuning ini hanya
mengabsorpsi panjang gelombang biru dan violet in vitro. Kedua pigmen
merefleksikan dan mentransmisikan panjang gelombang hijau, kuning , lembayung,
dan merah dan kombinasinya nampak kuning. Jika kita bandingkan pengaruh
berbagai panjang gelombang terhadap laju fotosintesis, diperkirakan spectrum
action. Spektrum untuk fotosintesis sering cocok dengan spektrum absorpsi
setiap pigmen yang berpartisipasi.
2.
KARBONDIOKSIDA DAN AIR
Persamaan reaksi dalam fotosintesis adalah sebagai
berikut:
Tidak terdapat
karena karbohidrat yang terkecil adalah (CH20)3. Persamaan ini
digunakan untuk mempermudah pernbahasan. Peneliti-peneliti terdahulu mula-mula
beranggapan bahwa selama proses fotosintesis, O2 yang dihasilkan berasal dari
penguraian CO2. Anggapan ini ternyata salah, setelah hasil yang diperoleh Van
Niel (1931) yang meneliti bakteri hijau belerang yang melakukan fotosintesis,
yang mengasimilasi CO2 dengan menggunakan hidrogen sulfida (H2S)
sebagai sumber hidrogen menurut persamaan berikut :
Pada persamaan reaksi ini tidak dihasilkan O2, yang
berarti bahwa CO2 tidak diuraikan tetapi dihasilkan 2S hasil penguraian 2H2S.
Jadi O2 yang dihasilkan pada reaksi (1) berasal
penguraian H20, sehingga sebagai analog persamaan (1) dapat ditulis
sebagai berikut :
Bukti yang meyakinkan dari pembenaran alasan van nield ditunjukkan
oleh Ruben dan Kamen (1941) dengan menggunakan H2O dimana O-nya
adalah isotop dengan nomor 18 sebagai
berikut:
Dari reaksi (4) terlihat bahwa H20 hanya memberikan atom H saja
kepada karbohidrat. Hal ini menunjukkan suatu peristiwa yang cukup penting,
yaitu pada suatu ketika proses fotosintesis terjadi penguraian air menjadi
hidrogen dan oksigen.
Klorofil
H2 ditangkap oleh suatu akseptor (A) membentuk AR2. AR2
akan digunakan untuk mengfiksasi CO2.
Klorofil
Klorofil
Reaksi ini disebut reaksi Hill. Hill rnenunjukkan bahwa
fragmen-fragrnen daun kloroplas mampu melepaskan oksigen kalau ekstrak disuplai
dengan akseptor hydrogen warna digunakan secara terpisah. Sinergisme atau
peningkatan ini disebut pengaruh peningkatan Emerson. Kita dapat menganggap
peningkatan itu disebabkan panjang gelornbang panjang, membantu panjang
gelombang yang lebih pendek, atau panjang gelombang yang lebih pendek mernbantu
panjang gelornbang panjang. Kini kita menyadari bahwa dua kelompok pigmen yang
terpisah bekerja sarna dalam fotosintesis. Panjang gelombang panjang hanya
diserap oleh satu fotosistern disebut fotosistem I (FS I). Fotosistem yang
kedua. fotosistem II (FS II), menyerap panjang gelombang yang lebih pendek dari
680 nm dan agar fotosintesis itu rnaksirnum pada panjang gelornbang yang lebih
panjang pada sistem harus bekerja bersarna-sama. Pada kenyataannya, kedua
sistern biasanya bekerja sama sehingga fotosintesis berlangsung pada semua
panjang gelornbang lebih pendek dari 680 nm, termasuk panjang gelombang merah,
jingga, kuning, hijau, biru dan ungu karena kedua fotosistern menyerap panjang
gelornbang tersebut, Kepentingan kerja Emerson dibuktikan oleh adanya dua
fotosistern yang telah diisolasi dan diketahui fungsinya.
3.
FOTOSISTEM I DAN II
Dua
kelompok pigmen bekerja sarna dalam fotosintesis (Gambar 9-5) dan panjang
gelombang rnerah yang panjang diserap oleh fotosistem I (FS I) sedangkan
panjang gelombang yang lebih pendek dari 680 nm diserah oleh fotosistem II (FS
II), FS l terdiri atas karotenoid (A 430-490 nm), klorofil a 683 dan P700. Klorofil
a 683 mempunyai absopsi maksimum pada A 683 nm, P700 mempunyai absorpsi
maksimum pada A 700 nm dan merupakan pusat reaksi FS 1. Semua klorofil a 683
dan karotenoid terdapat disekitar P700 daiam FS I itu memindahkan energinya ke
P700. FS II terdiri atas klorofil a 673 (absorpsi maksimum pada /, 673 run) dan
klorofil b (λ155-640 nm). Klorofil a 673 merupakan pusat reaksi FS II. FS II
juga mengandung protein yang mengandung nm yang terikat disebut protein mangan.
Diperkirakan satu ion Cl- menghubungkan dua ion Mn2-. Ini
dapat rnenerangkan pentingnya fungsi Mn2+ dan Cl- dalam
fotosintesis. Protein mangan mungkin terlibat langsung dalam tahap pertama
oksidasi H2O.
Cara kerja fotosistem, rnisal FS I
adalah sebagai ber~ru.t : Energi foton diabsorpsi karotenoid dan klorofil 'a
683. Energi diteruskan ke P700. Mekanisme pemindahan energi diantara molekul
pigmen menurut proses resonansi induktif Dengan cara ini energi dapat
dipindahkan dari karotenoid ke kJorofiJ a 683 (atau dari klorofil b ke klorofil
673 pada FS Dari klorofil a 683 ke karetonoid energi ddak dapat dipindahkan
karena untuk menjadi karetenoid tereksitensi diperlukan lebih banyak energi
akhirnya energi eksitasi mencapai pusat reaksi P700, yang menyerap panjang
gelombang yang lebih panjang (energi lebih rendah) dari pigmen-pigmen
disekitarnya.
Gambar
2 Skema yang menggambarkan transpor elektron yang diinduksi
cahaya dalam fotosintesis yang
menunjukkan fotofosforilasi sikIik
dan non-sikIik.
Fotofosforilasi dapat dibedakan
antara fotofosforilasi siklik dan non-siklik (Gambar 9.5,). Pada
fotofosforilasi non-siklik, aliran elektron dari H20 ke feredoksin melalui
pembawa elektron memerlukan keikutsertaan kedua sistem pigmen dan rnenghasilkan
ATP, Artinya kelebihan energi elektron hasil absorpsi foton digunakan untuk
sintesis ikatan fosfat berenergi tinggi. Kemungkinan sistesis ATP adalah antara
sitokrom b, dan f. Elektron dari H20 diangkut satu arah ke
feredoksin dan akhirnya digunakan rnereduksi NADP. Elektron tidak didaurkan
tetapi digunakan oleh reaksi fiksasi. Jadi sintesis ATP yang terjadi menurut
cara aliran elektron ini disebut fotofosforilasi non siklik..Pada kondisi yang
tidak melibatkan fotofosrilasi non-siklik adalah menyinari kloroplas dengan f..
lebih besar dari 680 nm. Pada kondisi ini hanya FS I yang diaktifkan dan
elektron tidak diambil dari H20. Ini ditunjukkan dari tidak dibentuknya O2 pada
keadaan ini, Jika aliran elektron dari H20 dihentikan, fotofosforilasi
non-siklik juga berhenti dan akibatnya fiksasi CO2 dihambat. Jika fiksasi CO2
dihambat, NADP teroksidasi tidak lagi tersedia sebagai penerima electron
feredoksin. Aktivasi FS I oleh ;.. cahaya lebih besar dari 680 run rnenyebabkan
elektron mengalir dari P700 ke feredoksin. Feredoksin tidak mampu meneruskan
elektron ke NADP akan menyerahkan elektron itu ke sitokrom b, Sitokrom b,
selanjutnya meneruskan elektron melalui sitokrom f dan plastosianin ke P700.
Sintesis ATP terjadi antara feredoksin dan sitokrom b, dan antara sitokrom b,
dan sitokrom f (fotofosforilasi siklik).
D.
KESIMPULAN
Adapun
kesimpulan dari hasil kajian makalah ini adalah sebagai berikut:
1.
Energi
matahari merupakan komponen penting dalam fotosintesis karena mampu
menyebabakan terjadinya eksitasi electron pada klorofil tumbuhan
2.
Klorofil
atau zat hijau daun merupakan plastid berwarna yang terdapat pada kloroplas
yang berperan dalam proses fotosintesis
3.
Karbon
dioksida dan air merupakan senyawa yang berperan serta dalam proses
fotosintesis yang menghasilkan oksigen dan karbohidrat dalam bentuk glukosa
4.
Ada
dua proses dalam fotosintesis yang dikenal dengan nama fotosistem I dan
fotosistem II
E.
SARAN
Setelah
kajian makalah ini, maka saran yang dapat kami kemukakan adalah diharapkan
untuk melakukan kajian atau percobaan sederhana mengenai fotosintesis dalam
kaitannya dengan jenis plastida yang dimiliki oleh tumbuhan tertentu.
F.
DAFTAR PUSTAKA
Dardjat S,
Siregar A H. 1990. Dasar-dasar Fisiologi
Tumbuhan. Bandung: Institut Teknologi Bandung. hlm 18-32.
Loveless A R.
1991. Prinsip-Prinsip Biologi Tumbuhan
Untuk Daerah Tropik 1. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. hlm: 48, 141,
148, 161-163.
Salisbury F B,
Ross W R. F. 1992. Fisiologi Tumbuhan
Jilid 1. Bandung: Penerbit ITB Bandung. hlm 30-31.
0 comments:
Post a Comment