Anabolisme Fotosintesis Pigmen Fotosintesis, Fotosistem, Siklus Elektron dan Calvin
Anabolisme Fotosintesis Pigmen Fotosintesis, Fotosistem, Siklus Elektron dan Calvin - Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi kompleks. Dengan lain perkataan anabolisme adalah peristiwa sintesis dan penyusunan. Proses penyusunan persenyawaan kimia pada umumnya memerlukan energi, misalnya energi cahaya untuk fotosintesis, dan energi kimia untuk kemosintesis.
Fotosintesis
Kata fotosintesis menunjukan bahwa proses tersebut adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya, atau foton. Sumber energi cahaya yang alami adalah matahari, yang telah dipelajari dalam fisika terdiri atas beberapa spektrum mulai dari yang tidak kelihatan seperti inframerah kemudian berturut - turut adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu. Yang disebut terakhir ini tidak dapat dilihat.
Dalam proses fotosintesis pengaruh spektrum tersebut berbeda - beda. Untuk membuktikan bahwa pada proses fotosintesis diperlukan energi cahaya, dapat dilakukan percobaan. "Hubungan antara macam spektrum dan produk fotosintesis".
Setelah kamu melakukan percobaan akan tampak di bawah cahaya matahari, ternyata dalam tubuh ganggang hijau terjadi suatu reaksi yang ditandai dengan keluarnya gas oksigen. Dari teori yang telah dipelajari, reaksi tersebut menghasilkan senyawa yang berupa karbohidrat, suatu zat organik berfungsi sebagai sumber energi.
Tumbuhan yang mampu menghasilkan zat organik, (yang diperlukan untuk proses biologik dalam tubuhnya) dari zat - zat anorganik dengan menggunakan energi cahaya disebut foto-ototrof. Istilah yang umum untuk tumbuhan atau organisme yang dapat menghasilkan sendiri zat organik yang diperlukan disebut ototrof.
Ada organisme yang mampu mengadakan kemosintesis, yaitu yang mampu menghasilkan zat organik yang dibutuhkan dengan menggunakan zat - zat organik, dengan pertolongan energi kimia. Berikut akan diuraikan tentang pigmen fotosintesis yang memegang peran utama dalam proses pembentukan karbohidrat dari zat - zat anorganik.
a. Pigmen Fotosintesis
Dari percobaan yang telah kamu lakukan dapat diperoleh data bahwa ada perbedaan pengaruh antara alat dengan selubung kertas berwarna yang berbeda. Ternyata bahwa perangkat alat percobaan yang tidak diselubungi akan menghasilkan oksigen yang berbeda pula. Apakah yang menyebabkanya?
Energi yang dimiliki berbagai spektrum cahaya tersebut berbeda. Namun demikian faktor lain yang harus diperhatikan adalah bagaimana perbedaan tersebut dapat mempunyai dampak yang berbeda pada proses sintesis.
Berikut ini akan diuraikan lebih mendalam tentang klorofil yang terdapat dalam kloroplas. Kloroplas dijumpai terutama dalam bagian daun yang disebut mesofil, yang sering disebut pula sebagai daging daun.
Kloroplas juga dijumpai dibagian - bagian lain, bahkan juga pada batang dan ranting yang berwarna hijau. Hal ini disebabkan karena dalam kloroplas terdapat pigmen yang berwarna hijau yang disebut klorofil. Pigmen ini menyerap energi cahaya.
Dilihat dari strukturnya , kloroplas terdiri atas membran ganda, yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentuk suatu sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid.
Kantung - kantung tilakoid tersebut dapat berlapis - lapis dan membentuk apa yang disebut grana. Klorofil terdapat pada membran tilakoid, dan pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedangkan pembentukan glukosa, sebagai produk akhir fotosintesis,berlangsung di stroma.
Klorofil hanya sebagian saja dari perangkat yang diperlukan untuk proses fotosintesis, yaitu bagian dari apa yang disebut sebagai fotosistem.
b. Fotosistem
Sebenarnya disamping klorofil a, (pigmen berwarna hijau) dikenal pula pigmen - pigmen yang lain seperti klorofil b yang mempunyai struktur mirip klorofil a, yaitu pigmen yang berwarna kuning sampai jingga yang disebut karoten. Klorofil a dan pigmen - pigmen yang lain mengelompok dalam membran tilakoid, dan membentuk perangkat pigmen yang mempunyai fungsi dalam fotosintesis.
Klorofil a berada dalam bangunan yang disebut pusat reaksi, menyalurkan elektron yang berenergi tinggi karena menyerap energi cahaya ke akseptor utama elektron, yang selanjutnya masuk dalam sistem siklus elektron. Klorofil a, yang melepaskan elektron berenergi tinggi memperoleh energinya dari cahaya yang berasal dari sekelompok molekul tergolong pada perangkat pigmen yang disebut antene.
Unit yang mampu untuk menangkap energi cahaya matahari, yaitu : klorofil a, kompleks antena, dan akseptor elektron, disebut fotosistem.
Dikenal ada dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. klorofil a dalam fotosistem I disebut juga sebagai P700. Disebut demikian karena sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 700mm, dan menyerap energi ini. Sedangkan klorofil a dalam fotosistem II disebut P680, karena sensitif terhadap panjang gelombang 680nm.
Proses penyerapan energi cahaya yang selanjutnya berdampak pada lepasnya elektronberenergi tinggi dari klorofil a, untuk selanjutnya disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron. Proses ini merupakan awal dari proses fotosintesis. Berikut ini adalah uraiana tentang siklus elektron .
Ada dua macam perjalanan yang ditempuh oleh elektron, yaitu yang siklik, artinya bermula dari suatu tempat untuk kemudian kembali ke tempat tersebut; dan perjalanan elektron nonsiklik.
c. Siklus Elektron
Perjalanan elektron siklik hanya melibatkan fotosistem I dan elektron brpindah dari akseptor yang satu ke yang lain kemudian kembali ke P700. Selama perpindahan dari akseptor yang satu ke yang lain, terjadi pula transportasi hidrogen bersama - sama dengan elektron tersebut. Dari siklus ini yang penting adalah produk akahir yaitu berupa ATP dan tidak dihasilkan NADPH dan oksigen.
ATP digunakan sebagai energi tinggi yang dapat dimanfaatkan dalam proses biologik sel - sel organisme. Dalam hal ini ATP akan berfungsi dalam pembentukan karbohidrat. Sintesis ATP dalam kloroplas disebut sebagai fotofosforilaso. Disebut demikian karena dalam proses ini terjadi reaksi pembentukan ATP dari ADP dengan hasil bertambahnya ikatan fosfat molekul yang bersangkutan. Melihat prosesnya yang lebih menyeluruh, maka proses ini disebut juga sebagai fosforilasi siklik.
Berikut dapat dilihat perbedaan antara perjalanan elektron siklik dan yang nonsiklik. Kalau ada elektron siklik perjalanan berawal dari P700 dan berakhir pula pada P700, maka yang nonsiklik berawal dari P700, tetapi elektron yang berenergi tinggi tersebut akan ditangkap oleh akseptor elektron yang dikenal sebagai NADPH₂.
Dengan melepaskan elektron maka P700 menjadi molekul dalam keadaan teroksidasi, sehingga mampu untuk menyedot elektron berenergi tinggi yang terdapat di P680, yang sudah menyerap energi cahaya. Selanjutnya elektron tersebut akan mengikuti jalan yang ditempuh oleh elektrin siklik tetapi tidak kembali ke P700.
Pada saat elektron kehilangan energinya, maa ion H (H⁺) akan mengalir melalui membran tilakoid dan mendorong terjadinya sintesis ATP. Proses pembentukan ATP ini adalah suatu fotofosforilasi nonsiklik. Yang dimaskud dengan fosforilasi adalah peristiwa bereaksinya senyawa, dalam hal ini ADP dengan fosfat; ADP + Pᵢ ----> ATP
(Pᵢ adalah fosfat anroganik)
Selanjutnya P680 yang teroksidasi dapat mengambil elektron yang berasal dari pemisah air :
2H₂O ------ 2H₂ + O₂
Catatan :
d. Siklus Calvin
Reaksi – reaksi dalam siklus Calvin yang menghasilkan karbohidrat, yang dalam hal ini adalah glukosa, disebut sebagai reaksi gelap. Sedangkan reaksi yang menggunakan cahaya yang terjadi di dalam klorofil disebut reaksi terang.
Pada reaksi terang dihasilkan ATP dan NADPH₂ yang kemudian digunakan dalam reaksi pembentukan glukosa. Selain berperan sebagai sumber fosfat, ATP dipergunakan untuk reaksi – reaksi endergonik, sedangkan NADPH₂digunakan sebagai sumber elektron berenergi tinggi. Rentetan reaksi dalam siklus Calvin adalah sebagai berikut.
Perlu diketahui bahwa dalam reaksi ini juga dibentuk lagi molekul RDP, yang diperlukan untuk mengikat CO₂, sehingga proses sintesis dapat terus berkelanjutan. Jadi sebenarnya reaksi yang terjadi adalah pembentukan glukosa dan RDP.
Molekul RDP adalah molekul yang merupakan modal organisme untuk mengikat CO₂. Molekul tersebut harus selalu ada dalam tubuh tumbuhan hijau. Karbohidrat dipandang penting karena selain sebagai sumber energi juga berperan dalam pembentukan protein dan lemak.
Protein merupakan zat pembangun yang dapat digunakan pula sebagai sumber energi. Lemak selain sebagai sumber energi juga merupakan zat utama penyusun membran sel.
Dalam proses pembebasan energi katabolisme, dapat ditunjukan adanya jalur hubungan timbal balik antara karbohidrat hasil fotosintesis dan lemak serta protein. Mengingat hubungan tersebut bersifat timbal balik maka antara ketiga senyawa yang dapat difungsikan sebagai sumber energi tersebut menjadi peristiwa saling isi mengisi.
Asam piruvat dan asetil Ko-A merupakan jalur utama proses pembebasan energi dan yang berasal dari karbohidrat, sebelum masuk ke siklus Krebs, mempunyai hubungan timbal balik dengan lemak dan protein, meskipun jalurnya tidak sepenuhnya sama.
Semoga bermanfaat.
Fotosintesis
Kata fotosintesis menunjukan bahwa proses tersebut adalah proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya, atau foton. Sumber energi cahaya yang alami adalah matahari, yang telah dipelajari dalam fisika terdiri atas beberapa spektrum mulai dari yang tidak kelihatan seperti inframerah kemudian berturut - turut adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu. Yang disebut terakhir ini tidak dapat dilihat.
Dalam proses fotosintesis pengaruh spektrum tersebut berbeda - beda. Untuk membuktikan bahwa pada proses fotosintesis diperlukan energi cahaya, dapat dilakukan percobaan. "Hubungan antara macam spektrum dan produk fotosintesis".
Setelah kamu melakukan percobaan akan tampak di bawah cahaya matahari, ternyata dalam tubuh ganggang hijau terjadi suatu reaksi yang ditandai dengan keluarnya gas oksigen. Dari teori yang telah dipelajari, reaksi tersebut menghasilkan senyawa yang berupa karbohidrat, suatu zat organik berfungsi sebagai sumber energi.
Tumbuhan yang mampu menghasilkan zat organik, (yang diperlukan untuk proses biologik dalam tubuhnya) dari zat - zat anorganik dengan menggunakan energi cahaya disebut foto-ototrof. Istilah yang umum untuk tumbuhan atau organisme yang dapat menghasilkan sendiri zat organik yang diperlukan disebut ototrof.
Ada organisme yang mampu mengadakan kemosintesis, yaitu yang mampu menghasilkan zat organik yang dibutuhkan dengan menggunakan zat - zat organik, dengan pertolongan energi kimia. Berikut akan diuraikan tentang pigmen fotosintesis yang memegang peran utama dalam proses pembentukan karbohidrat dari zat - zat anorganik.
a. Pigmen Fotosintesis
Dari percobaan yang telah kamu lakukan dapat diperoleh data bahwa ada perbedaan pengaruh antara alat dengan selubung kertas berwarna yang berbeda. Ternyata bahwa perangkat alat percobaan yang tidak diselubungi akan menghasilkan oksigen yang berbeda pula. Apakah yang menyebabkanya?
Energi yang dimiliki berbagai spektrum cahaya tersebut berbeda. Namun demikian faktor lain yang harus diperhatikan adalah bagaimana perbedaan tersebut dapat mempunyai dampak yang berbeda pada proses sintesis.
Berikut ini akan diuraikan lebih mendalam tentang klorofil yang terdapat dalam kloroplas. Kloroplas dijumpai terutama dalam bagian daun yang disebut mesofil, yang sering disebut pula sebagai daging daun.
Kloroplas juga dijumpai dibagian - bagian lain, bahkan juga pada batang dan ranting yang berwarna hijau. Hal ini disebabkan karena dalam kloroplas terdapat pigmen yang berwarna hijau yang disebut klorofil. Pigmen ini menyerap energi cahaya.
Dilihat dari strukturnya , kloroplas terdiri atas membran ganda, yang melingkupi ruangan yang berisi cairan yang disebut stroma. Membran tersebut membentuk suatu sistem membran tilakoid yang berwujud sebagai suatu bangunan yang disebut kantung tilakoid.
Kantung - kantung tilakoid tersebut dapat berlapis - lapis dan membentuk apa yang disebut grana. Klorofil terdapat pada membran tilakoid, dan pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid, sedangkan pembentukan glukosa, sebagai produk akhir fotosintesis,berlangsung di stroma.
Klorofil hanya sebagian saja dari perangkat yang diperlukan untuk proses fotosintesis, yaitu bagian dari apa yang disebut sebagai fotosistem.
b. Fotosistem
Sebenarnya disamping klorofil a, (pigmen berwarna hijau) dikenal pula pigmen - pigmen yang lain seperti klorofil b yang mempunyai struktur mirip klorofil a, yaitu pigmen yang berwarna kuning sampai jingga yang disebut karoten. Klorofil a dan pigmen - pigmen yang lain mengelompok dalam membran tilakoid, dan membentuk perangkat pigmen yang mempunyai fungsi dalam fotosintesis.
Klorofil a berada dalam bangunan yang disebut pusat reaksi, menyalurkan elektron yang berenergi tinggi karena menyerap energi cahaya ke akseptor utama elektron, yang selanjutnya masuk dalam sistem siklus elektron. Klorofil a, yang melepaskan elektron berenergi tinggi memperoleh energinya dari cahaya yang berasal dari sekelompok molekul tergolong pada perangkat pigmen yang disebut antene.
Unit yang mampu untuk menangkap energi cahaya matahari, yaitu : klorofil a, kompleks antena, dan akseptor elektron, disebut fotosistem.
Dikenal ada dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. klorofil a dalam fotosistem I disebut juga sebagai P700. Disebut demikian karena sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 700mm, dan menyerap energi ini. Sedangkan klorofil a dalam fotosistem II disebut P680, karena sensitif terhadap panjang gelombang 680nm.
Proses penyerapan energi cahaya yang selanjutnya berdampak pada lepasnya elektronberenergi tinggi dari klorofil a, untuk selanjutnya disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron. Proses ini merupakan awal dari proses fotosintesis. Berikut ini adalah uraiana tentang siklus elektron .
Ada dua macam perjalanan yang ditempuh oleh elektron, yaitu yang siklik, artinya bermula dari suatu tempat untuk kemudian kembali ke tempat tersebut; dan perjalanan elektron nonsiklik.
c. Siklus Elektron
Perjalanan elektron siklik hanya melibatkan fotosistem I dan elektron brpindah dari akseptor yang satu ke yang lain kemudian kembali ke P700. Selama perpindahan dari akseptor yang satu ke yang lain, terjadi pula transportasi hidrogen bersama - sama dengan elektron tersebut. Dari siklus ini yang penting adalah produk akahir yaitu berupa ATP dan tidak dihasilkan NADPH dan oksigen.
ATP digunakan sebagai energi tinggi yang dapat dimanfaatkan dalam proses biologik sel - sel organisme. Dalam hal ini ATP akan berfungsi dalam pembentukan karbohidrat. Sintesis ATP dalam kloroplas disebut sebagai fotofosforilaso. Disebut demikian karena dalam proses ini terjadi reaksi pembentukan ATP dari ADP dengan hasil bertambahnya ikatan fosfat molekul yang bersangkutan. Melihat prosesnya yang lebih menyeluruh, maka proses ini disebut juga sebagai fosforilasi siklik.
Berikut dapat dilihat perbedaan antara perjalanan elektron siklik dan yang nonsiklik. Kalau ada elektron siklik perjalanan berawal dari P700 dan berakhir pula pada P700, maka yang nonsiklik berawal dari P700, tetapi elektron yang berenergi tinggi tersebut akan ditangkap oleh akseptor elektron yang dikenal sebagai NADPH₂.
Dengan melepaskan elektron maka P700 menjadi molekul dalam keadaan teroksidasi, sehingga mampu untuk menyedot elektron berenergi tinggi yang terdapat di P680, yang sudah menyerap energi cahaya. Selanjutnya elektron tersebut akan mengikuti jalan yang ditempuh oleh elektrin siklik tetapi tidak kembali ke P700.
Pada saat elektron kehilangan energinya, maa ion H (H⁺) akan mengalir melalui membran tilakoid dan mendorong terjadinya sintesis ATP. Proses pembentukan ATP ini adalah suatu fotofosforilasi nonsiklik. Yang dimaskud dengan fosforilasi adalah peristiwa bereaksinya senyawa, dalam hal ini ADP dengan fosfat; ADP + Pᵢ ----> ATP
(Pᵢ adalah fosfat anroganik)
Selanjutnya P680 yang teroksidasi dapat mengambil elektron yang berasal dari pemisah air :
2H₂O ------ 2H₂ + O₂
Catatan :
- Untuk melepaskan sepasang elektron diperlukan 4 foton (satuan energi cahaya), 2 foton pada masing – masing fotosistem.
- NADPH berasal dari transportasi elektron nonsiklik.
- ATP yang terjadi berasal dari transportasi siklik.
- O₂ terjadi pada proses pemisahan air.
d. Siklus Calvin
Reaksi – reaksi dalam siklus Calvin yang menghasilkan karbohidrat, yang dalam hal ini adalah glukosa, disebut sebagai reaksi gelap. Sedangkan reaksi yang menggunakan cahaya yang terjadi di dalam klorofil disebut reaksi terang.
Pada reaksi terang dihasilkan ATP dan NADPH₂ yang kemudian digunakan dalam reaksi pembentukan glukosa. Selain berperan sebagai sumber fosfat, ATP dipergunakan untuk reaksi – reaksi endergonik, sedangkan NADPH₂digunakan sebagai sumber elektron berenergi tinggi. Rentetan reaksi dalam siklus Calvin adalah sebagai berikut.
- Reaksi pengikatan/fiksasi CO₂, oleh suatu molekul ribulose biphosphate (RBP) yang merupakan suatu persenyawaan yang mengandung atom C sebanyak lima. RBP diindonesiakan menjadi ribulose difosfat, disingkat RDP.
- Reaksi ini membentuk persenyawaan yang tidak stabil yang mengandung Atom C sebanyak enam, untuk kemudian pecah menjadi dua molekul phosphoglycerateacid (PGA) diindonesiakan menjadi asam difosogliserat (APG).
- Asam fosogliserat (APG) kemudian mengalami fosorilasi, menambah satu ikatan fosfat, menjadi asam difosogliserat (3C). Dalam hal ini sumber fosfatnya adalah ATP.
- Langkah berikutnya adalah proses reduksi karena senyawa tersebut berikatan dengan H₂⁺ yang berasal dari NADPH₂. Hasil reaksi tersebut adalah persenyawaan phospoglyceraldehyde (PGAL), yang mengandung atom C sebanyak tiga.
- Dua molekul PGAL (3C) akan membentuk satu molekul glukosa (6C).
Perlu diketahui bahwa dalam reaksi ini juga dibentuk lagi molekul RDP, yang diperlukan untuk mengikat CO₂, sehingga proses sintesis dapat terus berkelanjutan. Jadi sebenarnya reaksi yang terjadi adalah pembentukan glukosa dan RDP.
Molekul RDP adalah molekul yang merupakan modal organisme untuk mengikat CO₂. Molekul tersebut harus selalu ada dalam tubuh tumbuhan hijau. Karbohidrat dipandang penting karena selain sebagai sumber energi juga berperan dalam pembentukan protein dan lemak.
Protein merupakan zat pembangun yang dapat digunakan pula sebagai sumber energi. Lemak selain sebagai sumber energi juga merupakan zat utama penyusun membran sel.
Dalam proses pembebasan energi katabolisme, dapat ditunjukan adanya jalur hubungan timbal balik antara karbohidrat hasil fotosintesis dan lemak serta protein. Mengingat hubungan tersebut bersifat timbal balik maka antara ketiga senyawa yang dapat difungsikan sebagai sumber energi tersebut menjadi peristiwa saling isi mengisi.
Asam piruvat dan asetil Ko-A merupakan jalur utama proses pembebasan energi dan yang berasal dari karbohidrat, sebelum masuk ke siklus Krebs, mempunyai hubungan timbal balik dengan lemak dan protein, meskipun jalurnya tidak sepenuhnya sama.
Semoga bermanfaat.