FOTOSINTESIS

FOTOSINTESIS

Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti cahaya, dan sintesis yang berarti menyusun.Jadi fotosintesis dapat diartikan sebagai suatu penyusunansenyawa kimia kompleks yang memerlukan energi cahaya. Sumber energi cahayaalami adalah matahari. Proses ini dapat berlangsung karena adanya suatu pigmen tertentu dengan bahan CO₂ dan H₂O. Cahaya matahari terdiri atas beberapa spektrum, masing-masing spektrum mempunyai panjang gelombang berbeda,sehingga pengaruhnya terhadap proses fotosintesis juga berbeda.Fotosintesis merupakan suatu proses biologi yang kompleks, proses ini menggunakan energi dan cahaya matahari yang dapat dimanfaatkan oleh klorofil yang terdapat dalam kloroplas. Seperti halnya mitokondria, kloroplas mempunyai membran luar dan membran dalam. Membran dalam mengelilingi suatu stroma yang mengandung enzim-enzim tang larut dalam struktur membran yang disebut tilakoid. Proses fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain air (H₂O),konsentrasi CO₂, suhu, umur daun, translokasi karbohidrat, dan cahaya. Tetapi yang menjadi faktor utama fotosintesis agar dapat berlangsung adalah cahaya, air,dan karbon dioksida .Berbeda dengan organisme heterotrof, organisme autotrof menggunakan energi yang berasal dari oksidasi dan zat-zat organik tertentu. Organisme yang demikian disebut kemoautotrof, karena menggunakan zat – zat kimiawi dalam memproduksi senyawa organik dari senyawa non-organik. Sedangkan peristiwa fotosintesis sendiri dilakukan oleh organisme autotrof yang seringkali disebut dengan organisme fotoautotrof, karena dalam proses pembentukan senyawa organiknya menggunakan energi yang berasal dari cahaya matahari Fotosintesis sering didefinisikan sebagai suatu proses pembentukan karbohidrat dan karbondioksida serta air yang dilakukan sel-sel yang berklorofildengan adanya cahaya matahari yang disebabkan oleh oksigen (O₂). Ada juga yang mengartikan fotosintesis dengan suatu peristiwa pengolahan atau pemasakan makanan yang terjadi pada daun dengan bantuan cahaya matahari.Organisasi dan fungsi suatu sel hidup bergantung pada persediaan energy yang tak henti-hentinya. Sumber energi ini tersimpan dalam molekul-molekul organik seperti karbohidrat. Organisme heterotrofik, seperti ragi dan kita sendiri,hidup dan tumbuh dengan memasukan molekul-molekul organik ke dalam sel-selnya.
           

Proses reaksi fotosintesis dalam tumbuhan tinggi dibagi menjadi dua tahap, yaitureaksi terang dan reaksi gelap. Untuk mengetahui bagaimana proses kedua reaksi tersebut, mari cermati uraian berikut ini.

a. Reaksi terang

Pada tahap pertama, energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya dan diubah menjadi bentuk energi kimia, ATP, dan senyawa pereduksi NADPH. Proses ini disebut tahap reaksi terang. Atom hidrogen dari molekul H₂O dipakai untuk mereduksi NADP⁺ menjadi NADPH, dan O₂ dilepaskan sebagai hasil samping reaksi fotosintesis. Reaksi ini juga dirangkaikan dengan reaksi endergonik, membentuk ATP dari ADP + Pi. Dengan demikian, reaksi terang dapat dituliskan dengan persamaan:

H₂O + NADP⁺ + ADP + Pi O₂ + H⁺ + NADPH + ATP

Pembentukan ATP dari ADP + Pi, merupakan suatu mekanisme penyimpanan energi matahari yang diserap kemudian diubah menjadi bentuk energi kimia. Proses ini disebut fosforilasi fotosintesis atau fotofosforilasi. Pada reaksi terang yang terjadi di grana, energi cahaya memacu pelepasan elektron dari fotosistem di dalam membran tilakoid. Fotosistem adalah tempat berkumpulnya beratus-ratus molekul pigmen fotosintesis. Aliran elektron melalui sistem transpor menghasilkan ATP dan NADPH. ATP dan NADPH dapat terbentuk melalui jalur non siklik, yaitu elektron mengalir dari molekul air, kemudian melalui fotosistem II dan fotosistem I. Elektron dan ion hidrogen akan membentuk NADPH dan ATP. Oksigen yang dibebaskan berguna untuk respirasi aerob.

Pada klorofil a terdapat dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I atau disebut P700 karena sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 700 nm dan fotosistem II atau disebut P680 yang sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 680 nm. Proses penyerapan energi cahaya dapat mengakibatkan terlepasnya elektron berenergi tinggi dari klorofil a, selanjutnya disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron, maka proses tersebut merupakan awal dari proses terjadinya proses fotosintesis. Proses berikutnya elektron masuk dalam aliran elektron, jika elektronnya berasal dari fotosistem I bersifat nonsiklus dan apabila elektronnya berasal dari fotosistem II bersifat siklus.Perjalanan yang ditempuh oleh elektron ada dua yaitu sebagai berikut.

b. Reaksi gelap (reaksi tidak tergantung cahaya)

Disebut juga siklus Calvin-Benson. Reaksi ini disebut reaksi gelap, karena tidak tergantung secara langsung dengan cahaya matahari. Reaksi gelap terjadi distroma. Namun demikian, reaksi ini tidak mutlak terjadi hanya pada kondisi gelap. Reaksi gelap memerlukan ATP, hidrogen, dan elektron dari NADPH, karbon dan oksigen dari karbondioksida, enzim yang mengkatalisis setiap reaksi, dan RuBp (Ribulosa bifosfat) yang merupakan suatu senyawa yang mempunyai 5 atom karbon. Reaksi gelap terjadi melalui beberapa tahapan, yaitu:

a) Karbondioksida diikat oleh RuBp (Ribulosa bifosfat yang terdiri atas 5 karbon) menjadi senyawa 6 karbon yang labil. Senyawa 6 karbon ini kemudian memecah menjadi 2 fosfogliserat (PGA).

b) Masing-masing PGA menerima gugus pfosfat dari ATP dan menerima hidrogen serta e- dari NADPH. Reaksi ini menghasilkan PGAL (fosfogliseraldehida).

c) Tiap 6 molekul karbon dioksida yang diikat dihasilkan 12 PGAL.

d) Dari 12 PGAL, 10 molekul kembali ke tahap awal menjadi RuBp, dan seterusnya RuBp akan mengikat CO₂ yang baru.

e) Dua PGAL lainnya akan berkondensasi menjadi glukosa 6 fosfat. Molekul ini merupakan prekursor bahan baku) untuk produk akhir menjadi molekul sukrosa yang merupakan karbohidrat untuk diangkut ke tempat penimbunan tepung pati yang merupakan karbohidrat yang tersimpan sebagai cadangan makanan.

Proses fotosintesis dapat dipengaruhi beberapa faktor, di antaranya:

1. Cahaya Matahari

Cahaya matahari merupakan sumber energi yang sangat dibutuhkan dalam proses fotosintesis. Cahaya matahari dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk mengubah air (H₂O) dan karbon dioksida (CO₂) menjadi Glukosa. Sedangkan untuk proses penyerapan cahaya matahari oleh tumbuhan, tergantung dari intensitas cahaya matahari, lamanya penyinaran, serta panjang gelombang cahaya mahatari yang sampai ke tumbuhan.

2. Air (H₂O)

Air memiliki peranan yang sangat penting dalam proses fotosintesis, ini dikarenakan air merupakan salah satu bahan baku untuk fotosintesis. Keberadaan air juga berpengaruh pada kinerja Stomata. Bila tanaman kekurangan air, stomata akan menutup sehingga CO₂ tidak dapat masuk. Bila H₂O dan CO₂ tidak ada, maka proses fotosintesis tidak dapat dilakukan.

3. Suhu

Suhu sangat berpengaruh terhadap kerja enzim-enzim pada tumbuhan yang sedang melakukan proses fotosintesis. Setiap suhu yang naik 10° C, maka kerja enzim akan meningkat hingga 2 kali lipat. Waktu yang baik untuk melakukan fotosintesis pada tumbuhan adalah siang hari karena pada saat itu suhu cukup tinggi sehingga kerja enzim dapat maksimal.

4. Usia Daun

Bila usia daun semakin tua, pastinya aktivitas fotosintesis akan makin semakin lambat. Daun yang berusia tua dapat ditandai dengan warna daun yang mulai menguning, sehingga pada kondisi tersebut jumlah klorofil semakin sedikit. Kondisi seperti ini tentu lah akan menurunkan fungsi kloroplas, sehingga proses fotosintesis pun menjadi melambat.

5. Ketersediaan karbon dioksida (CO2)

Karbon dioksida merupakan substrat yang dibutuhkan untuk melakukan proses fotosintesis. CO2 diperoleh dari atmosfer, dimana semakin tinggi konsentrasi CO­2 di udara maka semakin banyak bahan yang digunakan dalam fotosintesis. CO2 ini akan digunakan pada siklus calvin (reaksi gelap) untuk menghasilkan heksosa. Pada siklus-calvin CO2  akan difiksasi oleh ribulose 1,5-bisphosphate untuk membentuk 3-phosphoglycerate. Selanjutnya 3-phosphoglycerate akan direduksi untuk membentuk gula heksosa.

6. Pigmen penyerap cahaya (Klorofil).

Klorofil merupakan pigmen utama penyerap cahaya dalam proses fotosintesis.  Struktur klorofil mirip dengan struktur hemoglobin yang memiliki cicncin porfirin, akan tetapi inti pada klorofil adalah Mg2+ sedangkan pada hemoglobin adalah Fe. Ketika cahaya diserap oleh klorofil, maka energy dari cahaya akan merangsang elektron untuk bergerak dari level energi yang rendah ke level energi tinggi.