BAB
I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam beberapa aspek fisiologi tumbuhan berbeda dengan
fisiologi hewan atau fisiologi sel. Tumbuhan dan hewan pada dasarnya telah
berkembang melalui pola atau kebiasaan yang berbeda. Tumbuhan dapat tumbuh dan
berkembang melalui pola atau kebiasaan yang berbeda. Tumbuhan dapat tumbuh dan
berkembang sepanjang hidupnya. Kebanyakan tumbuhan tidak berpindah, memproduksi
makanannya sendiri, menggantungkan diri pada apa yang diperolehnya dari
lingkungannya sampai batas-batas yang tersedia. Hewan sebagian besar harus
bergerak, harus mencari makan, ukuran tubuhnya terbatas pada ukuran tertentu
dan harus menjaga integritas mekaniknya untuk hidup dan pertumbuhan.
Suatu
ciri hidup yang hanya dimiliki oleh tumbuhan hijau ialah kemampuan dalam
menggunakan karbon dari udara untuk diubah menjadi bahan organik serta
diasimilasi dalam tubuh tumbuhan. Oleh karena proses pengubahan itu memerlukan
energi cahaya, maka asimilasi zat karbon disebut fotosintesis. Fotosintesis adalah pengubahan zat organik H₂O dan CO₂ oleh klorofil menjadi
zat organik (karbohidrat) dengan pertolongan cahaya. Peristiwa ini disebut juga
dengan anabolisme karbohidrat.
Tumbuhan tingkat tinggi pada umumnya tergolong pada
organisme autotrof, yaitu makhluk hidup yang dapat mensintesis sendiri senyawa
organik yang dibutuhkannya. Senyawa organik yang baku adalah rantai karbon yang
dibentuk oleh tumbuhan hijau dari proses fotosintesis.
Peristiwa fotosintesis dapat dinyatakan
dengan persamaan reaksi kimia sebagai berikut:
6CO₂ + 6H₂O C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Organel yang berperan di dalam fotosintesis
adalah kloroplas. Organel tersebut berisi pigmen klorofil yang menyebabkan
klorofil pada tumbuhan. Di setiap sel terdapat 40-50 kloroplas. Di dalam
kloroplas inilah penyerapan sinar oleh klorofil dimulai pada proses
fotosintesis.
Proses fotosintesis yang terjadi di
kloroplas berlangsung melalui dua tahap, yaitu reaksi terang (memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya). Namun pada reaksi gelap
hanya menghasilkan glukosa.
Kalau fotosintesis adalah suatu proses penyusunan
(anabolisme atau asimilasi) di mana energi diperoleh dari sumber cahaya dan
disimpan sebagai zat kimia, maka proses respirasi adalah suatu proses
pembongkaran (katabolisme atau disasimilasi) di mana energi yang tersimpan
dibongkar kembali untuk menyelenggarakan proses – proses kehidupan.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan
latar belakang masalah, maka rumusan masalah dari penelitian ini adalah:
-
“Bagaimana tumbuhan melalui proses
fotosintesis dapat menghasilkan karbohirat (amilum)?”
-
“Bagaimanakah keadaan daun yang terkena
cahaya matahari dan yang tidak tekena cahaya matahari?”
1.4 Tujuan
Merujuk
pada rumusan masalah tersebut, maka tujuan yang ingin dicapai melalui
penelitian ini adalah: Untuk mengetahui keadaan daun yang terkena cahaya
matahari dan yang tidak tekena cahaya matahari.
1.3 Hipotesis
Proses
fotosintesis yang terjadi pada tubuh tumbuhan akan menghasilkan amilum
(karbohidrat). Hal ini dapat kita lihat pada definisi fotosintesis itu sendiri.
Fotosintesis atau asimilasi karbon adalah proses pengubahan
zat-zat anorganik H2O dan CO2 oleh klorofil menjadi zat
organik karbohidrat dengan bantuan cahaya.
Theodore de Saussure
berhasil menunjukkan hubungan antara hipotesis Stephen Hale
dengan percobaan-percobaan "pemulihan" udara.
Ia menemukan bahwa peningkatan massa tumbuhan bukan hanya karena penyerapan
karbon dioksida, tetapi juga oleh pemberian air. Melalui serangkaian eksperimen
inilah akhirnya para ahli berhasil menggambarkan persamaan umum dari
fotosintesis yang menghasilkan makanan (seperti glukosa).
6H2O + 6CO2
+ cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Bagian daun yang
terbuka terkena cahaya matahari langsung terbentuk amilum dari hasil
fotosintesis. Sedangkan pada daun yang tidak terkena cahaya matahari tidak
berlangsung fotosintesis.
BAB
II
TINJAUAN
TEORITIS
Fotosintesis
Daun, tempat berlangsungnya fotosintesis pada
tumbuhan.
Fotosintesis
adalah suatu proses biokimia
pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan,
alga,
dan beberapa jenis bakteri
dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan
energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang
dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting
bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga
berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer
bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut
sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon
karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2
diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi.
Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis,
yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.
A. Sejarah
Meskipun
masih ada langkah-langkah dalam fotosintesis yang belum dipahami, persamaan
umum fotosintesis telah diketahui sejak tahun 1800-an. Pada awal tahun 1600-an,
seorang dokter dan ahli kimia, Jan
van Helmont, seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia),
melakukan percobaan untuk mengetahui faktor apa yang menyebabkan massa tumbuhan
bertambah dari waktu ke waktu. Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa
massa tumbuhan bertambah hanya karena pemberian air. Namun, pada tahun 1727,
ahli botani Inggris, Stephen
Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain selain air
yang berperan. Ia mengemukakan bahwa sebagian makanan tumbuhan berasal dari
atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam proses tertentu. Pada saat itu belum
diketahui bahwa udara mengandung unsur gas yang berlainan.
Pada
tahun 1771, Joseph Priestley,
seorang ahli kimia dan pendeta berkebangsaan Inggris, menemukan bahwa ketika ia
menutup sebuah lilin menyala dengan sebuah toples
terbalik, nyalanya akan mati sebelum lilinnya habis terbakar. Ia kemudian
menemukan bila ia meletakkan tikus dalam toples terbalik bersama
lilin, tikus itu akan mati lemas. Dari kedua percobaan itu, Priestley
menyimpulkan bahwa nyala lilin telah "merusak" udara
dalam toples itu dan menyebabkan matinya tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa
udara yang telah “dirusak” oleh lilin tersebut dapat “dipulihkan” oleh
tumbuhan. Ia juga menunjukkan bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples
tertutup asalkan di dalamnya juga terdapat tumbuhan.
Pada
tahun 1778, Jan Ingenhousz, dokter kerajaan Austria, mengulangi eksperimen Priestley.
Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada tumbuhan sehingga
dapat "memulihkan" udara yang "rusak". Ia juga menemukan
bahwa tumbuhan juga 'mengotori udara' pada keadaan gelap sehingga ia lalu
menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah
kemungkinan meracuni penghuninya.
Akhirnya
di tahun 1782, Jean
Senebier, seorang pastor
Perancis, menunjukkan bahwa udara yang
“dipulihkan” dan “merusak” itu adalah karbon dioksida yang diserap oleh
tumbuhan dalam fotosintesis. Tidak lama kemudian, Theodore
de Saussure berhasil menunjukkan hubungan antara
hipotesis Stephen
Hale
dengan percobaan-percobaan "pemulihan" udara. Ia menemukan bahwa
peningkatan massa tumbuhan bukan hanya karena penyerapan karbon dioksida,
tetapi juga oleh pemberian air. Melalui serangkaian eksperimen inilah akhirnya
para ahli berhasil menggambarkan persamaan umum dari fotosintesis yang
menghasilkan makanan (seperti glukosa).
B. Perangkat Fotosintesis
1.
Pigmen
fotosintesis
1.
membran luar
2.
ruang antar membrane
3.
membran dalam (1+2+3: bagian amplop)
4.
Stroma
5.
lumen tilakoid (inside of thylakoid)
6.
membran tilakoid
7.
granum (kumpulan tilakoid)
8.
tilakoid (lamella)
9.
Pati
10.
Ribosom
11.
DNA plastid
12. plastoglobula
Proses
fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel,
tetapi hanya pada sel yang mengandung pigmen
fotosintetik. Sel yang tidak mempunyai pigmen fotosintetik ini tidak mampu
melakukan proses fotosintesis. Pada percobaan Jan Ingenhousz, dapat diketahui bahwa
intensitas cahaya
memengaruhi laju fotosintesis pada tumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena
perbedaan energi yang dihasilkan oleh setiap spektrum cahaya.
Di samping adanya perbedaan energi tersebut, faktor lain yang menjadi pembeda
adalah kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum
cahaya yang berbeda tersebut. Perbedaan kemampuan daun dalam menyerap berbagai
spektrum cahaya tersebut disebabkan adanya perbedaan jenis
pigmen yang terkandung pada jaringan daun.
Di
dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan jaringan pagar.
Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung pigmen hijau klorofil.
Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan penting
dalam menyerap
energi matahari.
2.
Kloroplas
Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk batang
dan buah yang belum matang. Di dalam
kloroplas terdapat pigmen klorofil yang berperan dalam proses
fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang
disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Membran stroma
ini disebut tilakoid,
yang didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli.
Di dalam stroma
juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana
(kumpulan granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan
tempat terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di
antara membran tilakoid. Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa
komponen
seperti protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid,
dan lipid.Secara keseluruhan, stroma berisi
protein, enzim, DNA,
RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam
seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun perak (Cu). Pigmen fotosintetik terdapat
pada membran tilakoid. Sedangkan, pengubahan energi
cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir
berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma.
Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam
fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.
-
Fotosistem
Fotosistem
adalah suatu unit yang mampu menangkap energi
cahaya matahari yang terdiri dari klorofil a, kompleks antena, dan akseptor
elektron. Di dalam kloroplas terdapat beberapa macam klorofil dan pigmen
lain, seperti klorofil a yang berwarna hijau muda, klorofil b berwarna hijau
tua, dan karoten yang berwarna kuning sampai
jingga. Pigmen-pigmen tersebut mengelompok dalam membran tilakoid dan membentuk
perangkat pigmen yang berperan penting dalam fotosintesis.
Klorofil
a berada dalam bagian pusat reaksi.
Klorofil ini berperan dalam menyalurkan elektron yang berenergi tinggi ke akseptor
utama elektron. Elektron ini selanjutnya masuk ke sistem
siklus
elektron. Elektron yang dilepaskan klorofil a mempunyai energi
tinggi sebab memperoleh energi dari cahaya yang berasal dari molekul perangkat pigmen yang dikenal
dengan kompleks antena.
Fotosistem
sendiri dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Pada
fotosistem I ini penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif
terhadap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm sehingga klorofil a disebut
juga P700. Energi yang diperoleh P700 ditransfer dari kompleks antena. Pada
fotosistem II penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif
terhadap panjang gelombang
680 nm sehingga disebut P680. P680 yang teroksidasi merupakan agen pengoksidasi
yang lebih kuat daripada P700. Dengan potensial
redoks yang lebih besar, akan cukup elektron negatif untuk memperoleh elektron
dari molekul-molekul air.
3. Cahaya Matahari
Energi
matahari yang dipancarkan kepermukaan bumi tidak semuanya mencapai permukaa
bumi. Energi yang sampai kepermukaan bumi hanya sekitar 42%. Sisanya
dipantulkan kembali ke atmosfer dan berubah menjadi panas. Dari 42% energy yang
sampai kepermukaan bumi tersebut, hanya
2% yang digunakan oleh tumbuhan dan sisanya pun berubah menjadi panas.
Dari
semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya
panjang gelombang tertentu yang dimanfaatkan tumbuhan untuk proses
fotosintesis, yaitu panjang gelombang yang berada pada
kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi atas cahaya merah
(610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500 nm) dan violet
(< 400 nm). Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap
fotosintesis. Hal ini terkait pada sifat pigmen
penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada
membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Pigmen
yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Kloroplas mengandung beberapa pigmen.
Sebagai contoh, klorofil a terutama menyerap cahaya
biru-violet dan merah. Klorofil b menyerap cahaya biru dan oranye dan
memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a berperan langsung dalam reaksi
terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan dalam reaksi
terang. Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi
tinggi dari klorofil a yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh
akseptor elektron. Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi
fotosintesis.
C. Fotosintesis pada tumbuhan
Tumbuhan
bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat
mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air
untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai
makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis.
Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa berikut ini:
6H2O + 6CO2
+ cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Glukosa
dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat
pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada
hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler
berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain
akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan
energi kimia.
Tumbuhan
menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna
hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas.
klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun
seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun
sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel
yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter
perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang
transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses
fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang
bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun
penguapan air yang berlebihan.
D. Proses
Hingga
sekarang fotosintesis masih terus dipelajari karena masih ada sejumlah tahap
yang belum bisa dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak yang diketahui tentang
proses vital ini. Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua
cabang ilmu pengetahuan alam
utama, seperti fisika, kimia,
maupun biologi sendiri.
Pada
tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun.Namun
secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan
reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada
bagian stroma.
Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke
jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.
Pada
dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi
terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan
cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).
Reaksi
terang terjadi pada grana
(tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di dalam stroma.
Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi
cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2). Sedangkan dalam
reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik
yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP
dan NADPH).
Energi yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi
terang. Pada proses reaksi gelap tidak dibutuhkan cahaya matahari. Reaksi gelap
bertujuan untuk mengubah senyawa yang mengandung atom karbon menjadi molekul
gula.
1.
Reaksi terang
Reaksi
terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air
dan cahaya matahari. Proses diawali dengan penangkapan foton
oleh pigmen sebagai antena.
Reaksi terang
melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I dan II.
Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini
optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm, sedangkan fotosistem II
(PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang
gelombang 680 nm.
Mekanisme
reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap cahaya
matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan menyebabkan
muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil
elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Molekul air akan
dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim. Hal ini akan
mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid. Dengan menggunakan elektron dari
air, selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2.
Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer
tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa
H+ yang disebut sitokrom b6-f kompleks. Reaksi
keseluruhan yang terjadi di PS II adalah ;
2H2O
+ 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 + 2PQH2
Sitokrom
b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I
dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat
mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC).
Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke
membran tilakoid. Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks
adalah:
2PQH2
+ 4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H+ (lumen)
Elektron
dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I.
Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tapi mengandung
kompleks inti terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari H2O
melalui kompleks inti PS II lebih dahulu. Sebagai sistem yang bergantung pada
cahaya, PS I berfungsi mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan
elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin. Reaksi keseluruhan pada
PS I adalah:
Cahaya
+ 4PC(Cu+) + 4Fd(Fe3+) → 4PC(Cu2+) + 4Fd(Fe2+)
Selanjutnya
elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir pengangkutan elektron
untuk mereduksi NADP+ dan membentuk NADPH. Reaksi ini dikatalisis
dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase. Reaksinya
adalah:
4Fd
(Fe2+) + 2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+)
+ 2NADPH
Ion
H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam
ATP sintase. ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan
pengangkutan elektron dan H+ melintasi membran tilakoid. Masuknya H+
pada ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat
anorganik (Pi) menjadi ATP. Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang
adalah sebagai berikut:
Sinar + ADP + Pi + NADP+
+ 2H2O → ATP + NADPH + 3H+ + O2
2.
Reaksi gelap
Reaksi
gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur,
yaitu siklus Calvin-Benson dan siklus Hatch-Slack. Pada siklus
Calvin-Benson tumbuhan mengubah senyawa ribulosa 1,5 bisfosfat menjadi
senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu senyawa 3-phosphogliserat. Oleh
karena itulah tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini
dinamakan tumbuhan C-3. Penambatan CO2 sebagai sumber karbon pada
tumbuhan ini dibantu oleh enzim rubisco. Tumbuhan yang reaksi gelapnya
mengikuti jalur Hatch-Slack disebut tumbuhan C-4 karena senyawa yang terbentuk
setelah penambatan CO2 adalah oksaloasetat
yang memiliki empat atom karbon. Enzim
yang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxilase.
a.
Siklus Calvin-Benson
Mekanisme
siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi
CO2 oleh ribulosa difosfat karboksilase (RuBP) membentuk
3-fosfogliserat. RuBP merupakan enzim
alosetrik
yang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari pencahayaan kloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini
distimulasi oleh peningkatan pH. Jika kloroplas diberi cahaya,
ion H+ ditranspor dari stroma
ke dalam tilakoid
menghasilkan peningkatan pH stroma yang menstimulasi enzim karboksilase, terletak di permukaan
luar membran tilakoid. Kedua, reaksi ini
distimulasi oleh Mg2+, yang memasuki stroma daun sebagai ion H+,
jika kloroplas diberi cahaya. Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh NADPH, yang
dihasilkan oleh fotosistem
I selama pemberian cahaya.
Fiksasi
CO2 ini merupakan reaksi gelap yang distimulasi oleh pencahayaan
kloroplas. Fikasasi CO2 melewati proses karboksilasi,
reduksi, dan regenerasi. Karboksilasi
melibatkan penambahan CO2 dan H2O ke RuBP membentuk dua molekul 3-fosfogliserat(3-PGA). Kemudian
pada fase reduksi, gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi menjadi 1 gugus
aldehida dalam 3-fosforgliseradehida (3-Pgaldehida). Reduksi ini tidak terjadi
secara langsung, tapi gugus
karboksil dari 3-PGA pertama-tama diubah menjadi ester
jenis anhidrida
asam pada asam 1,3-bifosfogliserat
(1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terakhir dari ATP.
ATP ini timbul dari fotofosforilasi
dan ADP yang dilepas ketika 1,3-bisPGA terbentuk, yang diubah kembali dengan
cepat menjadi ATP oleh reaksi fotofosforilasi tambahan. Bahan pereduksi yang
sebenarnya adalah NADPH, yang menyumbang 2 elektron. Secara bersamaan, Pi dilepas dan
digunakan kembali untuk mengubah ADP menjadi ATP.
Pada fase
regenerasi, yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk bereaksi dengan
CO2 tambahan yang berdifusi
secara konstan
ke dalam dan melalui stomata.
Pada akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi tiap molekul CO2
yang ditambat, digunakan untuk mengubah ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP, kemudian
daur
dimulai lagi.
Tiga
putaran daur akan menambatkan 3 molekul CO2 dan produk
akhirnya adalah 1,3-Pgaldehida. Sebagian digunakan kloroplas untuk membentuk pati,
sebagian lainnya dibawa keluar. Sistem ini membuat jumlah total
fosfat menjadi konstan di kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat
di sitosol. Triosa fosfat digunakan sitosol
untuk membentuk sukrosa.
b. Siklus Hatch-Slack
Berdasarkan
cara memproduksi glukosa, tumbuhan dapat dibedakan menjadi tumbuhan
C3 dan C4. Tumbuhan C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari daerah subtropis. Tumbuhan ini menghasilkan glukosa dengan pengolahan CO2
melalui siklus Calvin, yang melibatkan enzim
Rubisco sebagai penambat CO2. Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk
menghasilkan molekul glukosa. Namun, ATP ini dapat terpakai sia-sia tanpa
dihasilkannya glukosa. Hal ini dapat terjadi jika ada fotorespirasi, di mana enzim Rubisco
tidak menambat CO2 tetapi menambat O2. Tumbuhan C4 adalah
tumbuhan yang umumnya ditemukan di daerah tropis.
Tumbuhan ini melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO2 menjadi
glukosa. Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim yang akan
mengikat CO2 dari udara dan kemudian akan menjadi oksaloasetat.
Oksaloasetat akan diubah menjadi malat. Malat akan terkarboksilasi menjadi
piruvat dan CO2. Piruvat akan kembali menjadi PEPco, sedangkan CO2
akan masuk ke dalam siklus Calvin yang berlangsung di sel bundle sheath
dan melibatkan enzim RuBP. Proses ini dinamakan siklus Hatch Slack, yang
terjadi di sel mesofil. Dalam keseluruhan proses ini,
digunakan 5 ATP.
E. Faktor penentu laju fotosintesis
Proses
fotosintesis dipengaruhi beberapa faktor
yaitu faktor yang dapat memengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan
maupun faktor yang tidak memengaruhi secara langsung seperti terganggunya
beberapa fungsi organ yang penting bagi proses
fotosintesis. Proses fotosintesis sebenarnya peka terhadap beberapa kondisi
lingkungan meliputi kehadiran cahaya matahari, suhu
lingkungan, konsentrasi karbondioksida (CO2).
Faktor lingkungan tersebut dikenal juga sebagai faktor pembatas dan berpengaruh
secara langsung bagi laju fotosintesis.
Faktor
pembatas tersebut dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimum
meskipun kondisi lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya
faktor-faktor pembatas tersebut sangat memengaruhi laju fotosintesis yaitu
dengan mengendalikan laju optimum fotosintesis. Selain itu, faktor-faktor
seperti translokasi
karbohidrat, umur daun, serta
ketersediaan nutrisi memengaruhi fungsi organ
yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut memengaruhi
laju fotosintesis.
Berikut adalah beberapa faktor utama yang
menentukan laju fotosintesis :
- Intensitas cahaya
Laju
fotosintesis maksimum
ketika banyak cahaya.
- Konsentrasi karbon dioksida
Semakin
banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah
bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
Enzim-enzim
yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu
optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya
suhu hingga batas toleransi enzim.
- Kadar air
Kekurangan
air atau kekeringan menyebabkan stomata
menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju
fotosintesis.
- Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
Jika
kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik.
Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh,
laju fotosintesis akan berkurang.
- Tahap pertumbuhan
Penelitian
menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang
berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan
berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.
BAB
III
METODE
PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Waktu : Jumat, 23 September 2011
Pukul 05.45-17.00 WIB
Tempat : Jln. Bakti (rumah Febry Rahayu)
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1
Alat
ü Kompor
(pemanas)
ü Gunting
ü Panci
ü Wadah
ü Gelas
steel
3.2.2 Bahan
ü Daun
singkong
ü Kertas
karbon
ü Air
ü Alkohol
70%
ü Betadin
ü Tisu
ü Plester
3.3 Cara Kerja
1. Pilih daun singkong yang posisinya menghadap
cahaya (jangan dipetik). Percobaan dimulai sebelum matahari terbit. Tutuplah
sebagian dari daun singkong tersebut dengan kertas karbon.
2.
Petiklah daun singkong tersebut pada sore harinya Kemudian masukan kedalam air dan rebus daun
tersebut hingga menjadi layu.
3. Pindahkan
daun singkong tersebut kedalam gelas steel yang telah berisi alcohol 70 % dan
panaskan tabung reaksi tersebut di dalam air yang mendidih. Panaskan sampai
daun tampak pucat. Untuk melarutkan klorofilnya.
4. Setelah
daun tampak pucat angkat dan cuci dengan air, lalu bentangkan diatas tisu.
5. Tetesi
daun singkong dengan betadine. Amati perubahan yang terjadi.!!
BAB IV
PENYAJIAN HASIL PENELITIAN
4.1 Hasil Praktikum
Ada perbedaan
antara permukaan daun yang ditutup kertas karbon dengan yang tidak ditutup.
Setelah ditetesi larutan betadine, pada bagian permukaan daun yang terbuka
tampak berubah menjadi biru kehitaman. Ini menandakan pada bagian tersebut
terdapat amilum yang merupakan hasil fotosintesis. Sedangkan bagian permukaan
yang tertutup tampak berwarna pucat. Ini menandakan pada bagian tersebut tidak
terdapat amilum karena tidak berlangsung fotosintesis.
Fotosintesis memerlukan cahaya,
buktinya bagian daun yang terbuka terkena cahaya matahari langsung terbentuk
amilum dari hasil fotosintesis Fotosintesis
menghasilkan amilum, buktinya bagian daun yang ditutup aluminium foil
(tidak terkena cahaya) berwarna pucat / tidak mengandung amilum karena tidak
berlangsung fotosintesis.
4.2 Pembahasan
Proses
fotosintesis menghasilkan amilum. Ini bisa diketahui ketika permukaan daun yang
terkena cahaya ditetesi larutan betadine (iodium) warnyanya berubah menjadi
biru kehitaman (iodium + amilum ----->biru kehitaman). Bagian daun yang
tidak terkena cahaya tidak melakukan fotosintesis, sehingga tidak membentuk
amilum. Ketika ditetesi iodium warnyanya pucat.
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Simpulan yang bisa ditarik adalah:
- Fotosintesis memerlukan cahaya,
buktinya bagian daun yang terbuka terkena cahaya matahari langsung
terbentuk amilum dari hasil fotosintesis.
2. Fotosintesis
menghasilkan amilum, buktinya bagian daun yang ditutup kertas karbon (tidak
terkena cahaya) berwarna pucat / tidak mengandung amilum karena tidak
berlangsung fotosintesis.
5.2 Saran
Dari
serangkaian percobaan tadi memberitau kita bahwa tumbuhan yang terkena cahaya
matahari lebih baik dari pada tumbuhan yang tidak terkena matahari. Jadi letakanlah
tumbuhan ditempat yang terkena cukup cahaya matahari.
Daftar Pustaka
Nurhayati, Nunung. 2011.Biologi Bilingual untuk SMA/MA kelas XII. Bandung: Yrama Widya
Akhyar, Salman. 2004. Biologi untuk SMA kelas III Semester I. Pontianak: Grafindo
Pratiwi, dkk. 2006. Biologi jilid 3. Jakarta: Erlangga
Tidak ada komentar:
Posting Komentar