Proses Terjadinya Fotosintesis
- Fotosintesis bukanlah reaksi kimia tunggal, melainkan serangkaian reaksi kimia. Reaksi keseluruhannya adalah:
- Reaksi fotosintesis dapat dikategorikan sebagai reaksi tergantung cahaya dan reaksi gelap .
- Klorofil adalah molekul kunci untuk fotosintesis, meskipun pigmen kartenoid lain juga berpartisipasi. Ada empat (4) jenis klorofil: a, b, c, dan d. Meskipun kita biasanya menganggap tumbuhan memiliki klorofil dan melakukan fotosintesis, banyak mikroorganisme menggunakan molekul ini, termasuk beberapa sel prokariotik . Pada tumbuhan, klorofil ditemukan dalam struktur khusus, yang disebut kloroplas.
- Reaksi untuk fotosintesis berlangsung di berbagai area kloroplas. Kloroplas memiliki tiga membran (dalam, luar, tilakoid) dan terbagi menjadi tiga kompartemen (stroma, ruang tilakoid, ruang antar membran). Reaksi gelap terjadi di stroma. Reaksi terang terjadi pada membran tilakoid.
- Ada lebih dari satu bentuk fotosintesis. Selain itu, organisme lain mengubah energi menjadi makanan menggunakan reaksi non-fotosintesis (misalnya bakteri litotrof dan metanogen).
Langkah Fotosintesis
Berikut ini ringkasan langkah-langkah yang digunakan oleh tumbuhan dan organisme lain untuk menggunakan energi matahari untuk membuat energi kimia:
- Pada tumbuhan, fotosintesis biasanya terjadi di daun. Di sinilah tumbuhan bisa mendapatkan bahan baku untuk fotosintesis semuanya di satu lokasi yang nyaman. Karbondioksida dan oksigen masuk / keluar daun melalui pori-pori yang disebut stomata. Air dikirim ke daun dari akar melalui sistem vaskular. Klorofil dalam kloroplas di dalam sel daun menyerap sinar matahari.
- Proses fotosintesis dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi bergantung cahaya dan reaksi independen atau gelap terang. Reaksi bergantung cahaya terjadi ketika energi matahari ditangkap untuk membuat molekul yang disebut ATP (adenosine triphosphate). Reaksi gelap terjadi ketika ATP digunakan untuk membuat glukosa (Siklus Calvin).
- Klorofil dan karotenoid lainnya membentuk apa yang disebut kompleks antena. Kompleks antena mentransfer energi cahaya ke salah satu dari dua jenis pusat reaksi fotokimia: P700, yang merupakan bagian dari Fotosistem I, atau P680, yang merupakan bagian dari Fotosistem II. Pusat reaksi fotokimia terletak pada membran tilakoid kloroplas. Elektron yang tereksitasi ditransfer ke akseptor elektron, meninggalkan pusat reaksi dalam keadaan teroksidasi.
- Reaksi tidak tergantung cahaya menghasilkan karbohidrat dengan menggunakan ATP dan NADPH yang terbentuk dari reaksi bergantung cahaya.
Reaksi Cahaya Fotosintesis
Tidak semua panjang gelombang cahaya diserap selama fotosintesis. Hijau, warna kebanyakan tanaman, sebenarnya adalah warna yang dipantulkan. Cahaya yang diserap membagi air menjadi hidrogen dan oksigen:
H2O + energi cahaya → ½ O2 + 2H + + 2 elektron
- Elektron yang tereksitasi dari Fotosistem I dapat menggunakan rantai transpor elektron untuk mereduksi P700 yang teroksidasi. Ini mengatur gradien proton, yang dapat menghasilkan ATP. Hasil akhir dari aliran elektron perulangan ini, yang disebut fosforilasi siklik, adalah pembentukan ATP dan P700.
- Elektron yang tereksitasi dari Fotosistem I dapat mengalir ke rantai transpor elektron yang berbeda untuk menghasilkan NADPH, yang digunakan untuk mensintesis karbohidrat. Ini adalah jalur non-siklik di mana P700 direduksi oleh elektron yang ada dari Fotosistem II.
- Elektron tereksitasi dari Fotosistem II mengalir ke bawah rantai transpor elektron dari P680 tereksitasi ke bentuk teroksidasi P700, menciptakan gradien proton antara stroma dan tilakoid yang menghasilkan ATP. Hasil bersih dari reaksi ini disebut fotofosforilasi non-siklik.
- Air menyumbang elektron yang dibutuhkan untuk meregenerasi P680 yang tereduksi. Reduksi setiap molekul NADP + menjadi NADPH menggunakan dua elektron dan membutuhkan empat foton . Dua molekul ATP terbentuk.
Reaksi Gelap Fotosintesis
Reaksi gelap tidak membutuhkan cahaya, tetapi juga tidak dihambat olehnya. Untuk sebagian besar tumbuhan, reaksi gelap terjadi pada siang hari. Reaksi gelap terjadi di stroma kloroplas. Reaksi ini disebut fiksasi karbon atau siklus Calvin . Dalam reaksi ini, karbon dioksida diubah menjadi gula menggunakan ATP dan NADPH. Karbon dioksida digabungkan dengan gula 5-karbon untuk membentuk gula 6-karbon. Gula 6 karbon dipecah menjadi dua molekul gula, glukosa dan fruktosa, yang dapat digunakan untuk membuat sukrosa. Reaksi tersebut membutuhkan 72 foton cahaya.
Efisiensi fotosintesis dibatasi oleh faktor lingkungan, termasuk cahaya, air, dan karbon dioksida. Dalam cuaca panas atau kering, tanaman dapat menutup stomata untuk menghemat air. Ketika stomata tertutup, tanaman dapat memulai fotorespirasi. Tanaman yang disebut tanaman C4 mempertahankan kadar karbondioksida yang tinggi di dalam sel yang membuat glukosa, untuk membantu menghindari fotorespirasi. Tanaman C4 menghasilkan karbohidrat lebih efisien daripada tanaman C3 normal, asalkan karbon dioksida membatasi dan cukup cahaya tersedia untuk mendukung reaksi. Pada suhu sedang, terlalu banyak beban energi yang ditempatkan pada tanaman untuk membuat strategi C4 bermanfaat (dinamai 3 dan 4 karena jumlah karbon dalam reaksi antara). Tanaman C4 tumbuh subur di iklim yang panas dan kering
Berikut beberapa pertanyaan yang dapat Anda tanyakan pada diri sendiri, untuk membantu Anda menentukan apakah Anda benar-benar memahami dasar-dasar cara kerja fotosintesis.
- Tentukan fotosintesis.
- Bahan apa yang dibutuhkan untuk fotosintesis? Apa yang diproduksi?
- Tuliskan reaksi keseluruhan untuk fotosintesis.
- Jelaskan apa yang terjadi selama fosforilasi siklik fotosistem I. Bagaimana transfer elektron mengarah pada sintesis ATP?
- Jelaskan reaksi fiksasi karbon atau siklus Calvin . Enzim apa yang mengkatalis reaksi? Apa produk dari reaksinya?