Berita Terkini :
Home » » CAHAYA DAN PIGMEN (PHOTOBIOLOGI)

CAHAYA DAN PIGMEN (PHOTOBIOLOGI)

Kamis, 19 Juli 2012 | 0 komentar



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:
nCO2 +  n H2O energi cahaya (CH2O)n + n O2
                              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:
CO2 + H2O                  (CH2O) + O2 ……………………………(1)
             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 :
CO2 + 2 H2S       CH2O + H2O + 2S …………………(2)
            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 :
CO2 + 2H2O                (CH2O) + H2O + O2……………………………(3)
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.
    H2O sinar matahari  H2 +  1/2 O2
                              Klorofil           
H2 ditangkap oleh suatu akseptor (A) membentuk AR2. AR2 akan digunakan untuk mengfiksasi CO2.
H2O sinar matahari   AH2 + 1/2 O2
 Klorofil  
H2sinar matahari   AH2 + 1/2 O2
                         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.

Share this article :

0 komentar:

Posting Komentar

Diberdayakan oleh Blogger.

Entri Populer

Anda PenGunJuNg Ke .....

Negara PengunjuNg

free counters
 
Support : Creating Website | Johny Template | Mas Template
Copyright © 2011. Rizal Suhardi Eksakta * - All Rights Reserved
Template Modify by Creating Website
Proudly powered by Blogger