Pada fase terang fotosinetsis (reaksi fotofosforilasi)
menghasilkan NADPH2 pada fotosistem I (reaksi Non Siklik) dan
ATP pada fotosistem II (reaksi fereoksida ke sitokrom b6 dan
dari sitokrom b1 ke fase terang fotosintesis digunakan untuk
mereduksi CO2. Pada fase ini tidak dibutuhkan cahaya tetapi
reaksi yang etrjadi adalah reaksi kimia murni sehingga disebut
Fase Gelap Fotosintesis.
Tanaman dalam mereduksi CO2 dari udara pada
dasarnya dibedakan atas 3 kelompok yaitu :
1. Kelompok tanaman yang mengikuti Daur Calvin (siklus
Calvin; tanaman C3)
2. Kelompok tanaman yang mengikuti Daun Hatch-Slack
(tanaman C4)
3. Kelompok tanaman yang mengikuti daur Metabolisme Asam
Crassulaceae (CAM).
Daur Calvin (C3)
Antara tahun 1946-1953, Malvin Calvin bersama-sama
peneliti lain dari Universitas California mengidentifikasi produk
awal dari reduksi CO2. Calvin dan kawan-kawan menggunakan
teknik kromatografi dan karbondioksida bermuatan radioaktif 17
(14CO2) mendapatkan produk awal reduksi CO2 (fiksasi CO2)
pada ganggan Chlorella sp adalah asam-3-fosfogliserat yang
sering disingkat dengan PGA. Oleh karena senyawa yang
pertama dihasilkan adalah senyawa berkarbon tiga
(PGA=APG), maka daur reaksinya disebut daur C3 dan
tumbuhan yang mengikuti daur ini disebut tumbuhan C3
(Tanaman C3).
Daur Calvin sering disebut juga reaksi gelap fotosintesis
atau fiksasi CO2 atau fase Blackman. Daur ini terdiri atas
sekumpulan reaksi kimia yang berlangsung di dalam stroma
kloroplas dan tidak membutuhkan energi dari cahaya matahari
secara langsung. Sumber energi yang diperlukan berasal dari
fase terang fotosintesis. Reaksi gelap pada dasarnya
berlangsung pada waktu yang sama dengan reaksi terang.
Secara umum Daur Calvin terdiri atas sejumlah reaksi,
dan secara sederhana dikelompokkan menjadi empat fase,
yaitu
1. Karboksilasi ribulosa bifosfat (RuBP) menjadi
fosfogliserat (PGA) atau tahap fiksasi. Proses ini
dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase /oksigenase
(Rubisco). Pada peristiwa ini oksigen dari CO2 tidak
dibebaskan dalam bentuk O2, melainkan bergabung
membentuk satu molekul PGA
RuBP (5 carbon) + CO2 2 PGA (3 carbon) RUBISCO
2. Reduksi PGA membentuk triosa fosfat,
3. Regenerasi RuBP. Triosa fosfat digabungkan
dikombinasikan melalui serangkaian reaksi yang
kompleks membentuk Ru5P (ribulosa 5-P)i. Tahap akhir
regenerasi RuBP adalah
Ru5P + ATP RuBP + ADP + Pi
Karboksilasi, reduksi dan regenerasi secara kolektif
dinamakan Siklus Calvin-Benson.
4. Sintesis produksi akhir (sintesis sukrosa dan pati). 19
Daur Calvin-Benson memerlukan tiga kali putaran
sempurna untuk mendapatkan satu molekul karbohidrat yang
paling sempurna, namun untuk mempersingkat, maka dituliskan
tiga molekul RuBP (P-C5H8O5-P) dengan tiga moleku CO2
sebagai titik awal.
Senyawa C6H5O4-P dinamakan senyawa asam
fosfogliserat atau APG (phospoglyceric acid atau PGA). Jadi
tahap awal daur Calvin menunjukkan bahwa 3 RuBP bereaksi
dengan tiga CO2 dan tiga molekul H2O membentuk enam
senyawa PGA.
PGA yang terbentuk oleh ATP dan NADPH2 dengan
bantuan enzim triosa fosfat dehidrogenase diubah menjadu
asam-3-fosfogliserat (PGAL). Sebahagian dari PGAL yang
terbentuk oleh enzim triosa fosfat isomerase diubah menjadi
dihidroksi aseton fosfat (DHAP). Pada proses ini PGA
bergabung dengan hidrogen yang dihasilkan selama fase
terang yang tersedia dalam bentuk NADPH2. Reaksi
pemindahan hydrogen ke PGA membutuhkan energi dalam
bentuk ATP yang juga didapatkan selama fase terang.
Reaksinya adalah sebagai berikut:
Dari proses tersebut dihasilkan 6C3H7O4-P. Senyawa ini
selanjutnya akan berubah lagi dengan cara melepaskan satu
molekul air dan membentuk senyawa 6C3H5O3-P yang lazim
disebut fosfogliseraldehida atau PGAL. Reaksinya adalah
sebagai berikut:
Dari enam molekul PGAL yang baru dibentuk hanya satu
molekul PGAL yang merupakan hasil bersih fotosintesis secara
keseluruhan, sedangkan lima molekul PGAL lainnya mengalami
serangkaian reaksi kimia yang rumit dan hasil akhirnya adalah 3
molekul RuBP. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai
berikut : DHAP dan PGAL secara bersama-sama mengalami
kondensasi dengan bantuan enzim aldolase akan menghasilkan
fruktosa 1,6 fosfat yang selanjutnya oleh enzim fosfatase
melepaskan 1 fosfat organiknya (Pi) sehingga terbentuk
fruktosa- 6-fosfat. Fruktosa-6-fosfat dengan PGAL, oleh enzim
transketolase diubah menjadi eritrosa-4-fosfat dan xilulosa-5-
fosfat. Eritrosa-4-fosfat dengan dihidroksi aseton fosfat, oleh
enzim aldolase membentuk sedoheptulosa-7-fosfat yang
selanjutnya dengan PGAL oleh enzim transketolase diubah
menjadi ribosa-5-fosfat dan xilulosa-5-fosfat dengan bantuan
enzim epimerase diubah menjadi ribosa-5-fosfat. Ribosa-5-
fosfat oleh enzim epimerase dan ATP diubah menjadi ribulosa
1,5 bifosfat (RuBP) dan ADP. RuBP yang terbentuk selanjutnya
siap untuk memfiksasi CO2 dari udara. 21
PGAL yang merupakan hasil bersih fotosintesis akan
mengalami salah satu dari tiga peristiwa yaitu (i) dapat langsung
digunakan dalam proses pernapasan atau sebagai bahan untuk
membangun komponen structural sel tumbuhan, (ii) untuk
pemeliharaan sel. PGAL yang berlebih akan dingkut melalui
floem ke sel-sel akar, batang atau kebagian lain tanaman yang
tidak berfotosintesis setelah terlebih dahulu diubah menjadi
glukosa atau fruktosa, (iii) disimpan pada bagian lain tanaman
dalam bentuk pati.
Daur Hatch dan Slack (C4)
Pada tahun 1966 M.D. Hatch dan C.R. Slack
membuktikan secara detail jalur fiksasi CO2 pada tanaman
spesies graminae. Pada tanaman-tanaman seperti jagung, 23
tebu, sorgum, dan beberapa rumput tropika, CO2 menghasilkan
asam oksaloasetat, malat, dan aspartat pada tahap awal
reaksinya. Kelompok tanaman ini disebut tanaman C4 karena
produk awal dari fiksasi CO2 adalah asam-asam yang
berkarbon empat (4).
Pada tahap awal reaksi golongan tanaman C4, CO2
ditangkap oleh fosfoenolpiruvat (PEP) dengan bantuan enzim
fosfoenolpiruvat karbioksilase menghasilkan asam-asam
oksaloasetat dan piruvat. CO2 yang masuk ke dalam mesofil
daun terlebih dahulu bereaksi dengan H2O membentuk asam
karbonat (HCO3) dengan bantuan enzim karbonik anhidrase.
Selanjutnya direaksikan dengan PEP menghasilkan asam
oksaloasetat (1).
Tahap selanjutnya asam oksaloasetat yang terbentuk
mengalami reduksi oleh NADPH dengan enzim malat
dehidrogenase menghasilkan asam malat (2). Pada beberapa
tanaman C4 asam oksaloasetat dalam mesofil daun akan
bereaksi dengan asam amino (umumnya alanin) dan
menghasilkan asam apartat dan asam piruvat (3). Berbeda
dengan tanaman C3, tanaman C4 memiliki seludang berkas
pembuluh di samping sel mesofil. Pada sel mesofil terdapat
enzim PEP karboksiale sedang dalam sel seludang berkas
pembuluh (bundle sheath cell) mengandung enzim RuBP
karboksilase (Rubisko).
Asam malat dan aspartat melalui palsmodesmata sel
ditransformasi ke seludang berkas pembuluh. Selanjutnya
asam malat mengalami dehidrogenase sehingga akan
membentuk asam piruvat dengan melepaskan CO2 (4). CO2
yang terlepas dari dehidrogenase malat akan ditangkap oleh
RuBP dengan bantuan Rubisko akan mengalami daur Calvin
seperti pada tanaman C3.
Pada spesies tanaman yang banyak membentuk asam
aspartat, setelah ditransaminasi menghasilkan asam
oksaloasetat. Asam oksaloasetat direduksi oleh NADPH
menghasilkan malat. Di dalam seludang berkas pembuluh,
asam piruvat dapat mengalami proses transaminasi
menghasilkan alanin yang selanjutnya kembali ditransformasi
ke sel mesofil. Dalam sel mesofil alanin kembali mengalami
reaksi transaminasi sehingga terbentuk asam aspartat. Asam
aspartat dengan bantuan ATP dan asam fosfat (H2PO4) serta
enzim piruvat fosfat kinase diubah menjadi PEP untuk
selanjutnya memfiksasi CO2 dari udara. Pada golongan
tanaman C4 tiap molekul CO2 yang difiksasi diperlukan 2 ATP
selain tiga ATP yang digunakan dalam daur Calvin. Dua ATP
ini diperlukan untuk
Pada golongan tanaman C4 tiap molekul CO2 yang
difiksasi diperlukan 2 ATP selain tiga ATP yang digunakan
dalam daur Calvin. Dua ATP ini diperlukan untuk mengubah
asam piruvat menjadi PEP dan AMP menjadi ADP. Dengan
demikian maka ringkasan reaksinya secara keseluruhan adalah:
6 CO2 + 30 ATP + 12 NADPH + 12 H+
+ 24 H2O
Glukosa + 30 ADP + 30 Pi + 12 NADPH+
Metabolisme Asam Crassulaceae (CAM)
Sejumlah tanaman yang bersifat sukulen dari famili
Crassulaceae mempunyai daun yang tebal dengan laju
transpirasi yang rendah. Kelompok tanaman ini umumnya tidak
memiliki lapisan sel palisade yang teratur, sel-sel daun ranting
merupakan sel mesofil, empunyai vakuola yang relatif besar.
Pada malam hari, umumnya stomata tanaman CAM membuka
dan pada siang hari stomata tertutup (Gambar 39).
Pada malam hari (waktu gelap) pati pada mesofil daun
diuraikan melalui proses glikolisis (respirasi) hingga terbentuk
PEP. CO2 yang masuk ke dalam daun setelah bereaksi dengan
air seperti tanaman golongan C4 difiksasi oleh PEP dan diubah
menjadi malat. Asam malat yang terbentuk sebahagian besar
ditransformasikan ke dalam vakuola sel dan disimpan samapi
siang hari.
Pada siang hari asam malat berdifusi secara pasif ke luar
dari vakuola dan mengalami dekarboksilasi melalui salah satu
dari tiga cara yang mungkin terjadi seperti diperlihatkan pada
Gambar 39. CO2 yang terlepas dari asam malat kemudian
difiksasi oleh RuBP dan terus mengalami daur seperti pada
tanaman C3. Dengan demikian maka pada dasarnya tanaman
CAM melakukan fiksasi CO2 mengikuti Daur Calvin (C3) dan
Daur Hatch dan Slack (C4). Pada siang hari terjadi Daur Calvin
dengan memanfaatkan CO2 dari dehidrogenase malat, dan
malam hari terjadi Daur Hatch dan Slack (C4) dengan
memanfaatkan CO2 yang berdifusi ke dalam sel mesofil pada
malam hari.
Selasa, 03 November 2009
Fase Terang Fotosintesis
Perubahan energi cahaya menjadi energi kimia
menghasilkan ATP dan NADPH tereduksi. ATP dibentuk melalui
proses fotofosforilasi, sedangkan NADPH dibentuk melalui
proses fotoreduksi.
Fase terang fotosintesis merupakan fase reaksi kimia
fotosintesis yang membutuhkan cahaya sehingga fase terang
disebut juga fase reaksi fotokimia.
Energy diagram of the photosynthetic
electron transport system
Light
P680 O2
H2O
Chlorophyll a/b
NADPH
Electron transfer
Light
P700
Chlorophyll a
Electron transfer
Photosystem I Photosystem II
ATP
Pada fase fotokimia terjadi reaksi fotolisa air dan
penyerapan energi cahaya matahari oleh klorofil di dalam
kloroplas. Proses ini dikatalisis oleh kompleks protein yang
tertanam pada membran tilakoid. Penyerapan energi cahaya
atau fotosistem terdiri dari dua sistem yang saling berhubungan.
Sistem pertama disebut Fotosistem I (PS I) yang menyangkut
penyerapan energi cahaya matahari pada panjang gelombang
sekitar 700 nm. Sistem kedua, menyangkut penyerapan energi
matahari pada panjang gelombang sekitar 680 nm disebut
Fotosistem II (PS II).
Fotosistem I sebagian besar tersusun dari klorofil a dan
sedikit klorofil b dan b karoten. Satu dari khlorofil a pada
fotosistem I menjadi spesial karena lingkungan kimianya dapat
menyerap cahaya dengan panjang gelombang + 700 nm
sehingga disebut P 700. P 700 ini merupakan pusat reaksi dari
PS I dan semua pigmen lainnya. Pada PS I akan mengirim
energi eksitasinya ke P 700. Pada PS I juga dijumpai paling
sedikit 2 molekul protein yang mengandung Fe dan setiap 4
atom Fe pada molekul protein ini mengikat 2 atom belerang
sehingga disebut protein Fe-S. Fe-S merupakan penerima
elektron utama pada PS I ..
PS II mengandung klorofil a dan b-karoten serta sedikit
klorofil b. Penerima elektron utama pada PS II ini adalah
sebuah klorofil a yang tidak berwarna dan tidak mengandung
Mg yang disebut Feofitin (FeO). PS II juga mengandung
quinon (Q) yang berasosiasi dengan FeO, P 680 dan protein
yang terikat pada P 680. Di samping itu PS II juga mengandung
salah satu atau lebih protein yang mengandung mangan dan 13
disebut protein Mn. Setiap dua ion Mn pada protein PS II
dijembatani antara lain satu ion Cl
-
.
Fotosistem I dan PS II merupakan komponen penyalur
energi dalam rantai pengangkutan elektron fotosintesis secara
kontinyu dari molekul air sebagai donor elektron ke NADP.
Pengangkutan elektron dalam membran tilakoid selama fase
terang fotosintesis dimulai dari molekul air (H2O) ke fotosistem
II. Elektron dari fotosistem II dipindahkan ke fotsoistem I
melalui serangkaian akseptor elektron. Setiap perpindahan
elektron melepaskan energi sedikit demi sedikit. Enegi yang
dibebaskan digunakan untuk memfosforilasi ADP membentuk
ATP.
Apabila foton diserap oleh molekul pigmen pada
kompleks PS II, maka energi akan ditransfer ke P 680 dengan
cara reduksi induktif. Hal ini akan mengakibatkan P 680
tereksitasi dan segera melepaskan elektronnya dan ditangkap
oleh mol FeO. P 680 yang kehilangan elektronnya dan menjadi
bermuatan positif (P 680+
) sehingga akan menarik elektron dari
protein Mn di sekitarnya. Apabila protein Mn telah teroksidasi,
akan menyerap elektron dari molekul H2O sehingga molekul air
akan terurai menjadi H+ dan OH dan satu elektron. Satu
elektron yang dilepaskan akibat penguraian air diterima oleh
klorofil (P680) yang telah mengalami eksitasi sehingga klorofil
tersebut kembali dalam keadaan stabil. Sementara itu elektron
yang dilepaskan dari P680 digunakan untuk mereduksi NADP
menjadi NADPH. Pengangkutan elektron pada fotosistem II
disebut lintasan pengangkutan elektron Non Siklik (reaksi non
siklik).
Elektron yang tereksitasi pada PS II dialirkan ke PS I
melalui molekul penerima elektron berturut-turut ke sit b3 yang
berasosiasi dengan FeO dan Quinon (Q) ke plastoquinon (PQ),
Fe-S, sitokrom f Plastosianin (PS) sampai pada mol P 700.
Pengangkutan elektron dari mol P 700 ke Fe-S
dirangkaikan dengan pembentukan ATP dari ADP dengan Pi.
Penyerapan foton oleh PS I dengan panjang gelombang > 680
nm mengakibatkan elektron tereksitasi dari P 700 ke Feredoksin
– sulfat (Fe-S). Selanjutnya elektron dialirkan ke sit b6, dan
diteruskan ke PS, Fe-S, Cyt f, PC dan kembali ke P 700.
Pengangkutan elektron pada PS I ini disebut pengangkutan
elektron siklik (reaksi siklik).
Figures from Taiz and Zeiger (2002) Plant Physiology. 15
Energi foton yang bersumber dari cahaya matahari
diabsorbsi oleh klorofil dan menyebabkan eksitasi elektron.
Keadaan tereksitasi ini sangat tidak stabil dan cenderung
kembali ke keadaan semula (ground state). Pada saat kembali
ke ground state terdapat energi yang dibebaskan. Energi
tersebut dapat digunakan untuk aktivitas metabolisme. Pada
tumbuhan, kloroplas meneruskan elektron tereksitasi ke molekul
tetangganya yang disebut akseptor elektron primer. Rangkaian
pemindahan elektron menghasilkan ATP, NADPH, dan oksigen.
Mekanisme pembentukan ATP mengikuti cara
Chemioosmosis coupling (osmosis kimia berpasangan), yang
terjadi karena adanya proses yang berpasangan antara aliran
proton dan aliran elektron. Aliran elektron di dalam kloroplas
menghasilkan energi, energi tersebut digunakan untuk
mengaktifkan angkutan ion H+
dari satu sisi membran ke sisi
membran yang lain. Di dalam kloroplas protein pembawa
memindahkan ion H+
melewati membran tilakoid dari stroma ke
ruang tilakoid dan menyebabkan terjadi perbedaan konsentrasi
H+
pada membran. Konsentrasi H+
di ruang tilakoid lebih tinggi
dari pada bagian luarnya. Perbedaan ini menyebabkan
pengaliran ion H+
dari ruang tilakoid kembali ke luar. Aliran
proton ini menghasilkan energi untuk mengaktifkan enzim ATP-
ase. Melalui fosforilasi dengan bantuan enzim ATP-ase, ADP
diubah menjadi ATP (Permana dkk, 2004)
H+
X
The red X indicates
that protons do not
directly pass through
the cytochrome
complex.
Protons cross the membrane via
oxidation and reduction of quinones
Gambar 12.9. Transpor electron pada membrane tilakoid
Penerimaan energi matahari dan pengangkutan elektron
pada PS I dan II dari fase terang fotosintesa secara
keseluruhan diperoleh persamaan reaksi :
menghasilkan ATP dan NADPH tereduksi. ATP dibentuk melalui
proses fotofosforilasi, sedangkan NADPH dibentuk melalui
proses fotoreduksi.
Fase terang fotosintesis merupakan fase reaksi kimia
fotosintesis yang membutuhkan cahaya sehingga fase terang
disebut juga fase reaksi fotokimia.
Energy diagram of the photosynthetic
electron transport system
Light
P680 O2
H2O
Chlorophyll a/b
NADPH
Electron transfer
Light
P700
Chlorophyll a
Electron transfer
Photosystem I Photosystem II
ATP
Pada fase fotokimia terjadi reaksi fotolisa air dan
penyerapan energi cahaya matahari oleh klorofil di dalam
kloroplas. Proses ini dikatalisis oleh kompleks protein yang
tertanam pada membran tilakoid. Penyerapan energi cahaya
atau fotosistem terdiri dari dua sistem yang saling berhubungan.
Sistem pertama disebut Fotosistem I (PS I) yang menyangkut
penyerapan energi cahaya matahari pada panjang gelombang
sekitar 700 nm. Sistem kedua, menyangkut penyerapan energi
matahari pada panjang gelombang sekitar 680 nm disebut
Fotosistem II (PS II).
Fotosistem I sebagian besar tersusun dari klorofil a dan
sedikit klorofil b dan b karoten. Satu dari khlorofil a pada
fotosistem I menjadi spesial karena lingkungan kimianya dapat
menyerap cahaya dengan panjang gelombang + 700 nm
sehingga disebut P 700. P 700 ini merupakan pusat reaksi dari
PS I dan semua pigmen lainnya. Pada PS I akan mengirim
energi eksitasinya ke P 700. Pada PS I juga dijumpai paling
sedikit 2 molekul protein yang mengandung Fe dan setiap 4
atom Fe pada molekul protein ini mengikat 2 atom belerang
sehingga disebut protein Fe-S. Fe-S merupakan penerima
elektron utama pada PS I ..
PS II mengandung klorofil a dan b-karoten serta sedikit
klorofil b. Penerima elektron utama pada PS II ini adalah
sebuah klorofil a yang tidak berwarna dan tidak mengandung
Mg yang disebut Feofitin (FeO). PS II juga mengandung
quinon (Q) yang berasosiasi dengan FeO, P 680 dan protein
yang terikat pada P 680. Di samping itu PS II juga mengandung
salah satu atau lebih protein yang mengandung mangan dan 13
disebut protein Mn. Setiap dua ion Mn pada protein PS II
dijembatani antara lain satu ion Cl
-
.
Fotosistem I dan PS II merupakan komponen penyalur
energi dalam rantai pengangkutan elektron fotosintesis secara
kontinyu dari molekul air sebagai donor elektron ke NADP.
Pengangkutan elektron dalam membran tilakoid selama fase
terang fotosintesis dimulai dari molekul air (H2O) ke fotosistem
II. Elektron dari fotosistem II dipindahkan ke fotsoistem I
melalui serangkaian akseptor elektron. Setiap perpindahan
elektron melepaskan energi sedikit demi sedikit. Enegi yang
dibebaskan digunakan untuk memfosforilasi ADP membentuk
ATP.
Apabila foton diserap oleh molekul pigmen pada
kompleks PS II, maka energi akan ditransfer ke P 680 dengan
cara reduksi induktif. Hal ini akan mengakibatkan P 680
tereksitasi dan segera melepaskan elektronnya dan ditangkap
oleh mol FeO. P 680 yang kehilangan elektronnya dan menjadi
bermuatan positif (P 680+
) sehingga akan menarik elektron dari
protein Mn di sekitarnya. Apabila protein Mn telah teroksidasi,
akan menyerap elektron dari molekul H2O sehingga molekul air
akan terurai menjadi H+ dan OH dan satu elektron. Satu
elektron yang dilepaskan akibat penguraian air diterima oleh
klorofil (P680) yang telah mengalami eksitasi sehingga klorofil
tersebut kembali dalam keadaan stabil. Sementara itu elektron
yang dilepaskan dari P680 digunakan untuk mereduksi NADP
menjadi NADPH. Pengangkutan elektron pada fotosistem II
disebut lintasan pengangkutan elektron Non Siklik (reaksi non
siklik).
Elektron yang tereksitasi pada PS II dialirkan ke PS I
melalui molekul penerima elektron berturut-turut ke sit b3 yang
berasosiasi dengan FeO dan Quinon (Q) ke plastoquinon (PQ),
Fe-S, sitokrom f Plastosianin (PS) sampai pada mol P 700.
Pengangkutan elektron dari mol P 700 ke Fe-S
dirangkaikan dengan pembentukan ATP dari ADP dengan Pi.
Penyerapan foton oleh PS I dengan panjang gelombang > 680
nm mengakibatkan elektron tereksitasi dari P 700 ke Feredoksin
– sulfat (Fe-S). Selanjutnya elektron dialirkan ke sit b6, dan
diteruskan ke PS, Fe-S, Cyt f, PC dan kembali ke P 700.
Pengangkutan elektron pada PS I ini disebut pengangkutan
elektron siklik (reaksi siklik).
Figures from Taiz and Zeiger (2002) Plant Physiology. 15
Energi foton yang bersumber dari cahaya matahari
diabsorbsi oleh klorofil dan menyebabkan eksitasi elektron.
Keadaan tereksitasi ini sangat tidak stabil dan cenderung
kembali ke keadaan semula (ground state). Pada saat kembali
ke ground state terdapat energi yang dibebaskan. Energi
tersebut dapat digunakan untuk aktivitas metabolisme. Pada
tumbuhan, kloroplas meneruskan elektron tereksitasi ke molekul
tetangganya yang disebut akseptor elektron primer. Rangkaian
pemindahan elektron menghasilkan ATP, NADPH, dan oksigen.
Mekanisme pembentukan ATP mengikuti cara
Chemioosmosis coupling (osmosis kimia berpasangan), yang
terjadi karena adanya proses yang berpasangan antara aliran
proton dan aliran elektron. Aliran elektron di dalam kloroplas
menghasilkan energi, energi tersebut digunakan untuk
mengaktifkan angkutan ion H+
dari satu sisi membran ke sisi
membran yang lain. Di dalam kloroplas protein pembawa
memindahkan ion H+
melewati membran tilakoid dari stroma ke
ruang tilakoid dan menyebabkan terjadi perbedaan konsentrasi
H+
pada membran. Konsentrasi H+
di ruang tilakoid lebih tinggi
dari pada bagian luarnya. Perbedaan ini menyebabkan
pengaliran ion H+
dari ruang tilakoid kembali ke luar. Aliran
proton ini menghasilkan energi untuk mengaktifkan enzim ATP-
ase. Melalui fosforilasi dengan bantuan enzim ATP-ase, ADP
diubah menjadi ATP (Permana dkk, 2004)
H+
X
The red X indicates
that protons do not
directly pass through
the cytochrome
complex.
Protons cross the membrane via
oxidation and reduction of quinones
Gambar 12.9. Transpor electron pada membrane tilakoid
Penerimaan energi matahari dan pengangkutan elektron
pada PS I dan II dari fase terang fotosintesa secara
keseluruhan diperoleh persamaan reaksi :
Fotosintesis (kreasi anak ITB)
1. Cahaya Matahari sebagai Sumber Energi Fotosintesis
Gelombang cahaya merupakan sebagian kecil dari
spektrum radiasi elektromegnetik. Setiap radiasi dalam
spektrum ini mempunyai panjang gelombang dan kandungan
energi yang khas. Makin besar panjang gelombang, makin kecil
energi yang dikandungnya. Cahaya matahari merupakan
sumber energi utama bagi semua organisme hidup. Cahaya
putih yang tampak pada cahaya matahari terdiri atas
gelombang dengan panjang yang berbeda-beda dan tersusun
berurutan. Melalui prisma kaca, cahaya putih diuraikan menjadi
deretan warna-warna. Pita warna-warna ini dinamakan
spektrum tampak. Radiasi matahari yang digunakan untuk
berlangsungnya proses fotosintesis berasal dari radiasi cahaya
tampak (visible light). Energi radiasi cahaya dapat dijelaskan
dengan teori kuantum dan elektromagnetik. Dalam teori
kuantum dikatakan bahwa cahaya merambat dalam bentuk
aliran partikel yang disebut foton. Energi yang terkandung
dalam foton disebut kuantum dan dirumuskan dalam formulasi
E=hv. Pada teori gelombang elektromagnetik v adalah
frekwensi atau banyaknya gelombang perdetik diperlihatkan
dalam formula v=c/l Bila kedua teori ini digabung maka :
E = hv
v = c/l l l l sehingga
E = h.c/l l l l
dimana :
E = energi foton (kuantum)
h = tetapan (konstanta) Planck (662 x 10
–27
erg/detik)
c = kecepatan cahaya (3 x 10
10
cm/detik)
l = panjang gelombang
v = frekwensi (banyaknya gelombang per detik)
. Radiasi cahaya yang terserap oleh pigmen klorofil untuk
fotosintesis hanya antara 380 nm s/d 760 mm. Di atas 760 mm,
foton tidak mempunyai cukup energi untuk melansungkan
fotosintesis dan dibawah 380 nm memiliki energi terlalu banyak
yang dapat mengakibatkan terjadinya ionisasi dan kerusakan
pigmen. Daerah aktif fotosintesis disebut daerah
photosynthetical active radiation (PAR) yang umumnya
terletak antara panjang gelombang 400 mm s/d 700 mm atau
pada sinar ungu sampai merah.
Absorbsi cahaya oleh pigmen klorofil daun dapat
dijelaskan dalam Hukum Start Einstein yang menyatakan
bahwa setiap molekul hanya dapat menyerap satu foton. Setiap
satu foton akan mengakibatkan tereksitasnya satu elektron.
Elektron dalam satu atom terletak dalam orbit-orbit yang tetap.
Jika pigmen klorofil menyerap energi foton, maka molekul
klorofil akan berada dalam keadaan tereksitasi dan energi
eksitasi inilah yang digunakan dalam fotosintesis
Klorofil dan pigmen lainnya tereksitasi hanya dalam
waktu yang relatif singkat yaitu selama 10-9
detik atau lebih
singkat dari itu. Energi eksitasi yang diinduksi akan hilang
karena dibebaskan melalui tiga cara :
1. Energi hilang dalam bentuk panas pada waktu elektron
kembali ke orbit dasarnya
2. Energi hilang dalam bentuk panas dan cahaya flouresen
3. Energi hilang karena digunakan untuk suatu reaksi kimia
seperti fotosintesis.
Bila klorofil menyerap energi cahaya, menyebabkan satu
elektron dari klorofil tereksitasi. Elektron yang tereksitasi ini
diteruskan ke senyawa-senyawa kimia khusus yang terdapat di
dekat klorofil di dalam kloroplas yang mempunyai kemampuan
menerima elektron pada tingkat energi yang baru. Senyawa-
senyawa ini dinamakan akseptor elektron atau pembawa
elektron. Jadi pada peristiwa ini terjadi aliran elektron dari suatu
senyawa ke senyawa lain dalam suatu urutan reaksi oksidasi-
reduksi, dimana masing-masing reaksi dikatalisis oleh enzim
tertentu. Dalam proses aliran elektron tersebut, energi dalam
elektron tereksitasi dibebaskan sedikit demi sedikit. Energi yang
dibebaskan ini digunakan untuk membentuk suatu senyawa
kimia berenergi tinggi yang disebut Adenosin Tri Fosfat (ATP).
Pada peristiwa fotosintesis terdapat dua cara pemin-
dahan elektron, yaitu siklik dan non siklik. Pada pemindahan
secara siklik, elektron eksitasi yang berasal dari klorofil setelah
dipindahkan dari satu akseptor ke akseptor lainnya, elektron
kembali ke klorofil. Pada pemindahan elektron nonsiklik, elek-
tron yang meninggalkan klorofil tidak kembali ke klorofil. Klorofil 11
yang kehilangan satu elektron akan menerima elektron dari
hasil fotolisis air. Uraian selengkapnya akan dibahas pada fase
terang fotosintesis.
Gelombang cahaya merupakan sebagian kecil dari
spektrum radiasi elektromegnetik. Setiap radiasi dalam
spektrum ini mempunyai panjang gelombang dan kandungan
energi yang khas. Makin besar panjang gelombang, makin kecil
energi yang dikandungnya. Cahaya matahari merupakan
sumber energi utama bagi semua organisme hidup. Cahaya
putih yang tampak pada cahaya matahari terdiri atas
gelombang dengan panjang yang berbeda-beda dan tersusun
berurutan. Melalui prisma kaca, cahaya putih diuraikan menjadi
deretan warna-warna. Pita warna-warna ini dinamakan
spektrum tampak. Radiasi matahari yang digunakan untuk
berlangsungnya proses fotosintesis berasal dari radiasi cahaya
tampak (visible light). Energi radiasi cahaya dapat dijelaskan
dengan teori kuantum dan elektromagnetik. Dalam teori
kuantum dikatakan bahwa cahaya merambat dalam bentuk
aliran partikel yang disebut foton. Energi yang terkandung
dalam foton disebut kuantum dan dirumuskan dalam formulasi
E=hv. Pada teori gelombang elektromagnetik v adalah
frekwensi atau banyaknya gelombang perdetik diperlihatkan
dalam formula v=c/l Bila kedua teori ini digabung maka :
E = hv
v = c/l l l l sehingga
E = h.c/l l l l
dimana :
E = energi foton (kuantum)
h = tetapan (konstanta) Planck (662 x 10
–27
erg/detik)
c = kecepatan cahaya (3 x 10
10
cm/detik)
l = panjang gelombang
v = frekwensi (banyaknya gelombang per detik)
. Radiasi cahaya yang terserap oleh pigmen klorofil untuk
fotosintesis hanya antara 380 nm s/d 760 mm. Di atas 760 mm,
foton tidak mempunyai cukup energi untuk melansungkan
fotosintesis dan dibawah 380 nm memiliki energi terlalu banyak
yang dapat mengakibatkan terjadinya ionisasi dan kerusakan
pigmen. Daerah aktif fotosintesis disebut daerah
photosynthetical active radiation (PAR) yang umumnya
terletak antara panjang gelombang 400 mm s/d 700 mm atau
pada sinar ungu sampai merah.
Absorbsi cahaya oleh pigmen klorofil daun dapat
dijelaskan dalam Hukum Start Einstein yang menyatakan
bahwa setiap molekul hanya dapat menyerap satu foton. Setiap
satu foton akan mengakibatkan tereksitasnya satu elektron.
Elektron dalam satu atom terletak dalam orbit-orbit yang tetap.
Jika pigmen klorofil menyerap energi foton, maka molekul
klorofil akan berada dalam keadaan tereksitasi dan energi
eksitasi inilah yang digunakan dalam fotosintesis
Klorofil dan pigmen lainnya tereksitasi hanya dalam
waktu yang relatif singkat yaitu selama 10-9
detik atau lebih
singkat dari itu. Energi eksitasi yang diinduksi akan hilang
karena dibebaskan melalui tiga cara :
1. Energi hilang dalam bentuk panas pada waktu elektron
kembali ke orbit dasarnya
2. Energi hilang dalam bentuk panas dan cahaya flouresen
3. Energi hilang karena digunakan untuk suatu reaksi kimia
seperti fotosintesis.
Bila klorofil menyerap energi cahaya, menyebabkan satu
elektron dari klorofil tereksitasi. Elektron yang tereksitasi ini
diteruskan ke senyawa-senyawa kimia khusus yang terdapat di
dekat klorofil di dalam kloroplas yang mempunyai kemampuan
menerima elektron pada tingkat energi yang baru. Senyawa-
senyawa ini dinamakan akseptor elektron atau pembawa
elektron. Jadi pada peristiwa ini terjadi aliran elektron dari suatu
senyawa ke senyawa lain dalam suatu urutan reaksi oksidasi-
reduksi, dimana masing-masing reaksi dikatalisis oleh enzim
tertentu. Dalam proses aliran elektron tersebut, energi dalam
elektron tereksitasi dibebaskan sedikit demi sedikit. Energi yang
dibebaskan ini digunakan untuk membentuk suatu senyawa
kimia berenergi tinggi yang disebut Adenosin Tri Fosfat (ATP).
Pada peristiwa fotosintesis terdapat dua cara pemin-
dahan elektron, yaitu siklik dan non siklik. Pada pemindahan
secara siklik, elektron eksitasi yang berasal dari klorofil setelah
dipindahkan dari satu akseptor ke akseptor lainnya, elektron
kembali ke klorofil. Pada pemindahan elektron nonsiklik, elek-
tron yang meninggalkan klorofil tidak kembali ke klorofil. Klorofil 11
yang kehilangan satu elektron akan menerima elektron dari
hasil fotolisis air. Uraian selengkapnya akan dibahas pada fase
terang fotosintesis.
E. Replikasi dan Differensiasi Kloroplas
Kloroplas berasal dari kloroplas yang sudah ada selama
daur hidup tumbuhan tinggi dan diteruskan ke sel-sel
turunannya selama pembelahan sel. Tipe pembelahan sama
dengan mitokondria, penyempitan terjadi didaerah bagian
tengah koroplas, dan kedua hasil pembelahan dipisahkan pada
daerah tersebut. Umumnya pembelahan kloroplas tidak
serempak di dalam jaringan atau sel-sel tumbuhan. Sejumlah
faktor berpengaruh terhadap pembelahan kloroplas seperti
cahaya, suhu, nutrisi, hormon, dan stress air.
daur hidup tumbuhan tinggi dan diteruskan ke sel-sel
turunannya selama pembelahan sel. Tipe pembelahan sama
dengan mitokondria, penyempitan terjadi didaerah bagian
tengah koroplas, dan kedua hasil pembelahan dipisahkan pada
daerah tersebut. Umumnya pembelahan kloroplas tidak
serempak di dalam jaringan atau sel-sel tumbuhan. Sejumlah
faktor berpengaruh terhadap pembelahan kloroplas seperti
cahaya, suhu, nutrisi, hormon, dan stress air.
D. Struktur dan Sifat Genom Kloroplas
Seperti halnya mitokondria, kloroplas memiliki molekul
DNA (ct DNA) yang berbentuk melingkar (sirkuler). DNA
biasanya terdapat dalam kopi berganda sebanyak 20 hingga 60
ctDNA per kloroplas. Berat ct DNA berkisar 85-140 x 106
dalton dengan panjang berkisar 45 um – 60 um, hal ini
bergantung pada speciesnya. ct DNA mengkode lebih dari 150
protein dengan berat molekul berkisar 50.000 dalton, kurang
lebih sama dengan jumlah protein yang terdapat di dalam
kloroplas. Namun demikian tidak semua protein dikode oleh Ct
DNA. Replikasi dan differensiasi dikontrolsebagian oleh genom
inti dan sebagian lagi oleh ctDNA.
Protein stroma dan protein membran tilakoid yang dikode
oleh DNA inti dan dibentuk oleh ribosom sitoplasmik, yaitu sub
unit kecil enzim ribulosa difosfat karboksilase, enzim-enzim lain
daur Calvin, asam nukleat polimerase, dan aminoasil tRNA
sintetase, merupakan protein yang dimasukkan ke dalam
kloroplas.
DNA (ct DNA) yang berbentuk melingkar (sirkuler). DNA
biasanya terdapat dalam kopi berganda sebanyak 20 hingga 60
ctDNA per kloroplas. Berat ct DNA berkisar 85-140 x 106
dalton dengan panjang berkisar 45 um – 60 um, hal ini
bergantung pada speciesnya. ct DNA mengkode lebih dari 150
protein dengan berat molekul berkisar 50.000 dalton, kurang
lebih sama dengan jumlah protein yang terdapat di dalam
kloroplas. Namun demikian tidak semua protein dikode oleh Ct
DNA. Replikasi dan differensiasi dikontrolsebagian oleh genom
inti dan sebagian lagi oleh ctDNA.
Protein stroma dan protein membran tilakoid yang dikode
oleh DNA inti dan dibentuk oleh ribosom sitoplasmik, yaitu sub
unit kecil enzim ribulosa difosfat karboksilase, enzim-enzim lain
daur Calvin, asam nukleat polimerase, dan aminoasil tRNA
sintetase, merupakan protein yang dimasukkan ke dalam
kloroplas.
C. KOMPOSISI KIMIA KLOROPLAS
Membran tilakoid terdiri atas lipida kurang lebih 50%.
Kurang lebih 10% lipida terdiri atas fosfolipida. Lipida yang
khas bagi klorofil yaitu galaktolipida dan sulfolipida yang terdiri
adas masing-masing 45 % dan 4% dari total lipida. Selain itu
juga terdapat molekul-molekul lipida seperti klorofil kira-kira
20% dari total membran tilakoid, karotenoid, dan plastokuinon
Tabel 12.1 Komponen utama tilakoid grana dan tilakoid stroma (Sheeler dan
Bianchii, 1983)
Tilakoid Stroma Tilakoid
Grana
Total klorofil
Klorofil a
Klorofil b
278*
238
40
401
281
130
P700 2,5 0,6
b- karoten 21 17
Lutein 10 29
Violaxanthin 15 20
Neoxanthin 8 16
Fosfolipida 76 66
Monogalaktosil digliserida 231 214
Digalaktosil digliserida 172 185
Sulfolipida 65 59
Sitochrom b ( total) 1,0 3,4
Sitokhrom f 0,5 0,7
Manganese 0,3 3,2
*Nilai dalam mikromol pergram komponen protein membran.
Klorofil merupakan pigmen fotosintesis yang sangat
penting. Di alam dikenal ada sembilan jenis klorofil, yaitu klorofil
a, b, c, d, e, bakterioklorofil a, bakterioklorofil b, klorobium
klorofil 650 dan klorobium. Klorofil pada tanaman pembuluh
dan briophyta terdapat di dalam kloroplas, yaitu di dalam
membran tilakoid.
Klorofil tidak efektif mengabsorbsi cahaya hijau sehingga
lebih banyak direfleksikan (dipantulkan) dan ditransmisikan
(diteruskan). Hal inilah yang menyebabkan mengapa klorofil
tampak berwarna hijau. Bagian dari spectrum cahaya yang
diserap oleh klorofil selama proses fotosintesa dapat ditentukan
dengan menempatkan suatu larutan klorofil di dalam alkohol
diantara suatu sumber cahaya dan suatu prisma kaca.
Spektrum yang terbentuk berbeda dengan spektrum cahaya
putih yang tidak melewati klorofil. Spektrum cahaya yang
melewati larutan klorofil, panjang gelombang yang diserap
terlihat sebagai pita-pita gelap dan dinamakan pita-pita serapan.
Posisi pita-pita gelap dalam spektrum klorofil menunjukkan
panjang gelombng mana yang diserap. Terlihat bahwa banyak
dari cahaya merah, bitu dan violet yang diserap yang
merupakan panjang gelombang yang banyak digunakan dalam
fotosintesis. Sebagian merah dan sebagian besar kuning,
jingga dan hijau tidak diserap sama sekali (Arbaya dan
Sasmitamihardja, 1982),
Proses fotosintesis berlangsung dalam plastida dari
organisme sel yang disebut kloroplas. Di dalam kloroplas
mengandung pigmen klorofil yang berwarna hijau sebagai
pigmen utama penyerap cahaya dan karotenoid sebagai
pigmen pelengkap. Tumbuhan tinggi mengandung dua macam
klorofil yaitu klorofil a dan b, sedang karotenoid yang paling
banyak terdapat dalam tumbuhan adalah b karoten dan lutein.
Karotenoid adalah senyawa hidrokarbon yang
terdistribusi dalam tanaman dengan kisaran warna kuning,
dijumpai di dalam kloroplas dan kromatofor lain. Seperti halnya
dengan klorofil, beberapa karotenoid mengirim energi
eksitasinya ke pusat reaksi. Pigmen karotenoid (b karoten dan
lutein) hanya mengabsorbsi cahaya biru dan ungu, sedang
cahaya hijau, kuning, orange dan merah dipantulkan.
Karotenoid bagi tanaman juga berperan untuk melindungi 7
klorofil dari kerusakan akibat oksidasi pada intensitas cahaya
tinggi. Apabila kita bandingkan pengaruh berbagai panjang
gelombang terhadap laju fotosintesis, maka akan diperoleh
spektrum Action pada kisaran panjang gelombang daerah
cahaya tampak (visible light).
Karotenoid alami dapat berupa likopene berwarna merah
pada tomat dan ß-karoten, berwarna kuning. Karotenoid pada
tanaman berfungsi untuk melindungi klorofil dari fotooksidasi
dan dapat menyerap serta memindahkan energi cahaya ke
klorofil a.
Kurang lebih 10% lipida terdiri atas fosfolipida. Lipida yang
khas bagi klorofil yaitu galaktolipida dan sulfolipida yang terdiri
adas masing-masing 45 % dan 4% dari total lipida. Selain itu
juga terdapat molekul-molekul lipida seperti klorofil kira-kira
20% dari total membran tilakoid, karotenoid, dan plastokuinon
Tabel 12.1 Komponen utama tilakoid grana dan tilakoid stroma (Sheeler dan
Bianchii, 1983)
Tilakoid Stroma Tilakoid
Grana
Total klorofil
Klorofil a
Klorofil b
278*
238
40
401
281
130
P700 2,5 0,6
b- karoten 21 17
Lutein 10 29
Violaxanthin 15 20
Neoxanthin 8 16
Fosfolipida 76 66
Monogalaktosil digliserida 231 214
Digalaktosil digliserida 172 185
Sulfolipida 65 59
Sitochrom b ( total) 1,0 3,4
Sitokhrom f 0,5 0,7
Manganese 0,3 3,2
*Nilai dalam mikromol pergram komponen protein membran.
Klorofil merupakan pigmen fotosintesis yang sangat
penting. Di alam dikenal ada sembilan jenis klorofil, yaitu klorofil
a, b, c, d, e, bakterioklorofil a, bakterioklorofil b, klorobium
klorofil 650 dan klorobium. Klorofil pada tanaman pembuluh
dan briophyta terdapat di dalam kloroplas, yaitu di dalam
membran tilakoid.
Klorofil tidak efektif mengabsorbsi cahaya hijau sehingga
lebih banyak direfleksikan (dipantulkan) dan ditransmisikan
(diteruskan). Hal inilah yang menyebabkan mengapa klorofil
tampak berwarna hijau. Bagian dari spectrum cahaya yang
diserap oleh klorofil selama proses fotosintesa dapat ditentukan
dengan menempatkan suatu larutan klorofil di dalam alkohol
diantara suatu sumber cahaya dan suatu prisma kaca.
Spektrum yang terbentuk berbeda dengan spektrum cahaya
putih yang tidak melewati klorofil. Spektrum cahaya yang
melewati larutan klorofil, panjang gelombang yang diserap
terlihat sebagai pita-pita gelap dan dinamakan pita-pita serapan.
Posisi pita-pita gelap dalam spektrum klorofil menunjukkan
panjang gelombng mana yang diserap. Terlihat bahwa banyak
dari cahaya merah, bitu dan violet yang diserap yang
merupakan panjang gelombang yang banyak digunakan dalam
fotosintesis. Sebagian merah dan sebagian besar kuning,
jingga dan hijau tidak diserap sama sekali (Arbaya dan
Sasmitamihardja, 1982),
Proses fotosintesis berlangsung dalam plastida dari
organisme sel yang disebut kloroplas. Di dalam kloroplas
mengandung pigmen klorofil yang berwarna hijau sebagai
pigmen utama penyerap cahaya dan karotenoid sebagai
pigmen pelengkap. Tumbuhan tinggi mengandung dua macam
klorofil yaitu klorofil a dan b, sedang karotenoid yang paling
banyak terdapat dalam tumbuhan adalah b karoten dan lutein.
Karotenoid adalah senyawa hidrokarbon yang
terdistribusi dalam tanaman dengan kisaran warna kuning,
dijumpai di dalam kloroplas dan kromatofor lain. Seperti halnya
dengan klorofil, beberapa karotenoid mengirim energi
eksitasinya ke pusat reaksi. Pigmen karotenoid (b karoten dan
lutein) hanya mengabsorbsi cahaya biru dan ungu, sedang
cahaya hijau, kuning, orange dan merah dipantulkan.
Karotenoid bagi tanaman juga berperan untuk melindungi 7
klorofil dari kerusakan akibat oksidasi pada intensitas cahaya
tinggi. Apabila kita bandingkan pengaruh berbagai panjang
gelombang terhadap laju fotosintesis, maka akan diperoleh
spektrum Action pada kisaran panjang gelombang daerah
cahaya tampak (visible light).
Karotenoid alami dapat berupa likopene berwarna merah
pada tomat dan ß-karoten, berwarna kuning. Karotenoid pada
tanaman berfungsi untuk melindungi klorofil dari fotooksidasi
dan dapat menyerap serta memindahkan energi cahaya ke
klorofil a.
B. STRUKTUR KLOROPLAS
Kloroplas merupakan organel tempat berlangsungnya
fotosisintesis Bentuk koloroplas pada berbagai jenis tuimbuhan
cukup bervariasi, antara lain berbentuk mang-kuk, bentuk pita,
hingga bentuk menyerupai lensa. Pada tumbuhan rendah
seperti chlamydomonas, kloroplas berbentuk mangkuk, dan
pada spyrogyra bentuknya menyerupai bangun pita. Pada
tumbuhan tinggi, kloroplas berbentuk menyerupai lensa.
Ukuran kloroplas pada tumbuhan tinggi panjangnya berkisar 5-
10 um, dan jumlahnya berkisar 50 – 200/sel. Bentuk dan
struktur kloroplas ditunjukkan pada gambar 12.3 dan 12.4.
Kloroplas merupakan organel berbatas membran ganda.
Setiap membran memiliki ketebalan berkisar 70o
-80o
.
Membran kloroplas terdiri atas membran luar dan membran
dalam yang dipisahkan oleh ruang antar membran dengan lebar
kurang lebih 10 nm. Ruang antar membran mengandung
molekul-molekul nutrien sitosol.
Membran luar permiabel terhadap sejumlah senyawa
dengan berat molekul rendah seperti nukleotida, fosfat organik,
derivat-derivat fosfat, asam karboksilat dan sukrosa. Membran
dalam bekerja sebagai pembatas fungsional antara sitosol dan
stroma. Membran dalam tidak permiabel terhadap sukrosa,
sorbitol, dan berbagai anion, misalnya di dan trikarboksilat,
fosfat, dan senyawa-senyawa seperti nukleotida dan gula fosfat,
namun demikian bersifat permiabel terhadap CO2, asam-asam
monokarboksilat tertentu seperti asam asetat, asam gliserat,
dan asam glikolat. Pada membran dalam terdapat sejumlah
protein pembawa tertentu untuk mengangkut fosfat,
fosfogliserat, dihidroksi aseton fosfat, dikarboksilat, dan ATP.
Membran bagian dalam terdiri atas kantung-kantung
membran berbentuk pipih yang dinamakan tilakoid. Tilakoid
terdapat di dalam stroma. Tilakoid terdiri dari dua bentuk, yaitu
bentuk cakram pipih dan bentuk lamella. Tumpukan beberapa
tilakoid yang berbentuk cakram pipih disebut grana., dan
masing-masing tilakoidnya disebut tilakoid grana (grana
lamella). Tilakoid yang memanjang ke arah stroma dinamakan
tilakoid stroma (grana lamella) yang menghubungkan tilakoid
grana. Setiap tilakoid memiliki ruang dalam yang dinamakan
lokulus.
Pada membran tilakoid terdapat enzim-enzim untuk
melaksnakan reaksi fotosintesis yang bergantung cahaya.
Klorofil, pembawa elektron, dan faktor-faktor yang mengga-
bungkan transpor elektron dengan fosforilasi terdapat pada
membran tilakoid. Bagian dalam kloroplas terdapat stroma yang
mengandung enzim-enzim yang penting bagi assimilasi CO2
dan mengubahnya menjadi karbohidrat. Selain itu, pada stroma
juga dijumpai butir pati, plastoglobulin (tempat menyimpan
lipida, terutama plastokuinon dan tokoforilkuinon), ribosom, dan
DNA.
fotosisintesis Bentuk koloroplas pada berbagai jenis tuimbuhan
cukup bervariasi, antara lain berbentuk mang-kuk, bentuk pita,
hingga bentuk menyerupai lensa. Pada tumbuhan rendah
seperti chlamydomonas, kloroplas berbentuk mangkuk, dan
pada spyrogyra bentuknya menyerupai bangun pita. Pada
tumbuhan tinggi, kloroplas berbentuk menyerupai lensa.
Ukuran kloroplas pada tumbuhan tinggi panjangnya berkisar 5-
10 um, dan jumlahnya berkisar 50 – 200/sel. Bentuk dan
struktur kloroplas ditunjukkan pada gambar 12.3 dan 12.4.
Kloroplas merupakan organel berbatas membran ganda.
Setiap membran memiliki ketebalan berkisar 70o
-80o
.
Membran kloroplas terdiri atas membran luar dan membran
dalam yang dipisahkan oleh ruang antar membran dengan lebar
kurang lebih 10 nm. Ruang antar membran mengandung
molekul-molekul nutrien sitosol.
Membran luar permiabel terhadap sejumlah senyawa
dengan berat molekul rendah seperti nukleotida, fosfat organik,
derivat-derivat fosfat, asam karboksilat dan sukrosa. Membran
dalam bekerja sebagai pembatas fungsional antara sitosol dan
stroma. Membran dalam tidak permiabel terhadap sukrosa,
sorbitol, dan berbagai anion, misalnya di dan trikarboksilat,
fosfat, dan senyawa-senyawa seperti nukleotida dan gula fosfat,
namun demikian bersifat permiabel terhadap CO2, asam-asam
monokarboksilat tertentu seperti asam asetat, asam gliserat,
dan asam glikolat. Pada membran dalam terdapat sejumlah
protein pembawa tertentu untuk mengangkut fosfat,
fosfogliserat, dihidroksi aseton fosfat, dikarboksilat, dan ATP.
Membran bagian dalam terdiri atas kantung-kantung
membran berbentuk pipih yang dinamakan tilakoid. Tilakoid
terdapat di dalam stroma. Tilakoid terdiri dari dua bentuk, yaitu
bentuk cakram pipih dan bentuk lamella. Tumpukan beberapa
tilakoid yang berbentuk cakram pipih disebut grana., dan
masing-masing tilakoidnya disebut tilakoid grana (grana
lamella). Tilakoid yang memanjang ke arah stroma dinamakan
tilakoid stroma (grana lamella) yang menghubungkan tilakoid
grana. Setiap tilakoid memiliki ruang dalam yang dinamakan
lokulus.
Pada membran tilakoid terdapat enzim-enzim untuk
melaksnakan reaksi fotosintesis yang bergantung cahaya.
Klorofil, pembawa elektron, dan faktor-faktor yang mengga-
bungkan transpor elektron dengan fosforilasi terdapat pada
membran tilakoid. Bagian dalam kloroplas terdapat stroma yang
mengandung enzim-enzim yang penting bagi assimilasi CO2
dan mengubahnya menjadi karbohidrat. Selain itu, pada stroma
juga dijumpai butir pati, plastoglobulin (tempat menyimpan
lipida, terutama plastokuinon dan tokoforilkuinon), ribosom, dan
DNA.
KLOROPLAS DAN FOTOSINTESIS
A. Pendahuluan
Semua energi yang digunakan makhluk hidup
(tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme) berasal dari matahari.
Energi cahaya dari matahari diasorbsi oleh tumbuhan hijau dan
selanjutnya dikonversi menjadi energi kimia pada proses
fotosintesis. Fotosintesis adalah suatu mekanisme penyusunan
energi pada tanaman berklorofil dengan bantuan cahaya
melalui reaksi oksidasi-reduksi.
Hukum termodinamika pertama menjelaskan bahwa
energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat
diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, misalnya energi
matahari dapat diubah menjadi energi kimia, dan energi kimia
dapat diubah menjadi energi gerak. Sedangkan hukum
termodinamika kedua menjelaskan bahwa jika energi
mengalami perubahan bentuk, maka sebagian energi
dilepaskan dalam bentuk panas
Pada tumbuhan hijau terdapat sejumlah plastida,
misalnya kloroplas, amiloplas, dan elaioplas. Diantara plastida
tersebut, kloroplas merupakan plastida yang sangat penting di
dalam proses fotosintesis. Kloroplas pada sel tumbuhan
dijumpai pada sel-sel parenkim, utamanya parenkim palisade
dan bunga karang yang terdapat pada jaringan mesofil daun.
Kloroplas merupakan salah satu organel yang dibatasi oleh
membrane ganda, yaitu membrane luar dan membran dalam.
Membran dalam mengalami sejumlah mdifikasi membentuk
tilakoid-tilakoid dan grana. Pada membrane tilakoid dang ran
terdapat pigmen klorofil yang sangat peka terhadap cahaya.
Pigmen tersebut memegang peranan yang sangat penting di
dalam proses fotosintesis. Bagian dalam kloroplas dinamakan
stroma, di dalamnya terdapat DNA dan ribosom.
Pada peristiwa fotosintesis berlangsung proses
perubahan bahan-bahan anoganik (air dan karbondioksida)
menjadi bahan organik (karbohidrat) dengan bantuan cahaya
dan klorofil. Fotosintesis terdiri atas dua fase, yaitu fase terang
atau fase cahaya dan fase gelap atau fase fiksasi CO2. Fase
terang berlangsung pada membran tilakoid/grana, sedangkan
fase gelap berlangsung di dalam stroma.
Semua energi yang digunakan makhluk hidup
(tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme) berasal dari matahari.
Energi cahaya dari matahari diasorbsi oleh tumbuhan hijau dan
selanjutnya dikonversi menjadi energi kimia pada proses
fotosintesis. Fotosintesis adalah suatu mekanisme penyusunan
energi pada tanaman berklorofil dengan bantuan cahaya
melalui reaksi oksidasi-reduksi.
Hukum termodinamika pertama menjelaskan bahwa
energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat
diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, misalnya energi
matahari dapat diubah menjadi energi kimia, dan energi kimia
dapat diubah menjadi energi gerak. Sedangkan hukum
termodinamika kedua menjelaskan bahwa jika energi
mengalami perubahan bentuk, maka sebagian energi
dilepaskan dalam bentuk panas
Pada tumbuhan hijau terdapat sejumlah plastida,
misalnya kloroplas, amiloplas, dan elaioplas. Diantara plastida
tersebut, kloroplas merupakan plastida yang sangat penting di
dalam proses fotosintesis. Kloroplas pada sel tumbuhan
dijumpai pada sel-sel parenkim, utamanya parenkim palisade
dan bunga karang yang terdapat pada jaringan mesofil daun.
Kloroplas merupakan salah satu organel yang dibatasi oleh
membrane ganda, yaitu membrane luar dan membran dalam.
Membran dalam mengalami sejumlah mdifikasi membentuk
tilakoid-tilakoid dan grana. Pada membrane tilakoid dang ran
terdapat pigmen klorofil yang sangat peka terhadap cahaya.
Pigmen tersebut memegang peranan yang sangat penting di
dalam proses fotosintesis. Bagian dalam kloroplas dinamakan
stroma, di dalamnya terdapat DNA dan ribosom.
Pada peristiwa fotosintesis berlangsung proses
perubahan bahan-bahan anoganik (air dan karbondioksida)
menjadi bahan organik (karbohidrat) dengan bantuan cahaya
dan klorofil. Fotosintesis terdiri atas dua fase, yaitu fase terang
atau fase cahaya dan fase gelap atau fase fiksasi CO2. Fase
terang berlangsung pada membran tilakoid/grana, sedangkan
fase gelap berlangsung di dalam stroma.
Senin, 02 November 2009
Reaksi Gelap
Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma. Bahan reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO2, yang berasal dari udara bebas. Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.
Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat. Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP). Ribulosa difosfat ini yang nantinya akan mengikat CO2 dalam reaksi gelap. Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.
Bagan Reaksi Gelap, klik disini untuk bagan yang lebih besarPada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO2 dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil yang kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA). Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat. Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H+ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP+, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C. Selanjutnya, 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C6H12O6). 10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat. Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP), yang kemudian kembali mengikat CO2 dan menjalani siklus reaksi gelap. (Lihat Bagan)
Reaksi gelap ini menghasilkan APG (asam fosfogliserat), ALPG (fosfogliseraldehid), RDP (ribulosa difosfat), dan glukosa (C6H12O6).
Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat. Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP). Ribulosa difosfat ini yang nantinya akan mengikat CO2 dalam reaksi gelap. Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.
Bagan Reaksi Gelap, klik disini untuk bagan yang lebih besarPada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO2 dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil yang kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA). Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat. Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H+ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP+, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C. Selanjutnya, 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C6H12O6). 10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat. Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP), yang kemudian kembali mengikat CO2 dan menjalani siklus reaksi gelap. (Lihat Bagan)
Reaksi gelap ini menghasilkan APG (asam fosfogliserat), ALPG (fosfogliseraldehid), RDP (ribulosa difosfat), dan glukosa (C6H12O6).
Reaksi Terang
Tahap pertama dari sistem fotosintesis adalah reaksi terang, yang sangat bergantung kepada ketersediaan sinar matahari. Reaksi terang merupakan penggerak bagi reaksi pengikatan CO2 dari udara. Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid yang terdiri dari sistem cahaya (fotosistem I dan II), sistem pembawa elektron, dan komplek protein pembentuk ATP (enzim ATP sintase). Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP+ menjadi energi pembawa ATP dan NADPH.
Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.
Secara ringkas, reaksi terang pada fotosintesis ini terbagi menjadi dua, yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi adalah reaksi penambahan gugus fosfat kepada senyawa organik untuk membentuk senyawa fosfat organik. Pada reaksi terang, karena dibantu oleh cahaya, fosforilasi ini disebut juga fotofosforilasi.
Fotofosforilasi Siklik [kembali ke atas]
Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I.
Bagan Fotofosforilasi Siklik, klik disini untuk bagan yang lebih besarPertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari, membuat elektron-elektron di P700 tereksitasi (menjadi aktif karena rangsangan dari luar), dan keluar menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron. Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya. Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron. Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H+ melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP. Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya. Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.
Fotofosforilasi Nonsiklik [kembali ke atas]
Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. Dalam fotofosforilasi nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.
Bagan Fotofosforilasi Nonsiklik, klik disini untuk bagan yang lebih besarMula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e-. Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II, sementara ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas. Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer. Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi. Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700. Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan “skema Z”. Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.
Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari. Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP+ dan H+, yang berasal dari penguraian air. Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP+, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:
>> NADP+ + H+ + 2e- —> NADPH
NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap.
Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikut
FOTOFOSFORILASI SIKLIK FOTOFOSFORILASI NONSIKLIK
Hanya melibatkan fotosistem I Melibatkan fotosistem I dan II
Menghasilkan ATP Menghasilkan ATP dan NADPH
Tidak terjadi fotolisis air Terjadi fotolisis air untuk menutupi kekurangan elektron pada fotosistem II
Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.
Secara ringkas, reaksi terang pada fotosintesis ini terbagi menjadi dua, yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi adalah reaksi penambahan gugus fosfat kepada senyawa organik untuk membentuk senyawa fosfat organik. Pada reaksi terang, karena dibantu oleh cahaya, fosforilasi ini disebut juga fotofosforilasi.
Fotofosforilasi Siklik [kembali ke atas]
Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I.
Bagan Fotofosforilasi Siklik, klik disini untuk bagan yang lebih besarPertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari, membuat elektron-elektron di P700 tereksitasi (menjadi aktif karena rangsangan dari luar), dan keluar menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron. Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya. Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron. Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H+ melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP. Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya. Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.
Fotofosforilasi Nonsiklik [kembali ke atas]
Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. Dalam fotofosforilasi nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.
Bagan Fotofosforilasi Nonsiklik, klik disini untuk bagan yang lebih besarMula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e-. Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II, sementara ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas. Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer. Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi. Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700. Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan “skema Z”. Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.
Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari. Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP+ dan H+, yang berasal dari penguraian air. Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP+, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:
>> NADP+ + H+ + 2e- —> NADPH
NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap.
Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikut
FOTOFOSFORILASI SIKLIK FOTOFOSFORILASI NONSIKLIK
Hanya melibatkan fotosistem I Melibatkan fotosistem I dan II
Menghasilkan ATP Menghasilkan ATP dan NADPH
Tidak terjadi fotolisis air Terjadi fotolisis air untuk menutupi kekurangan elektron pada fotosistem II
FOTOSINTESIS
Organisasi dan fungsi suatu sel hidup bergantung pada persediaan energi yang tak henti-hentinya. Sumber energi ini tersimpan dalam molekul-molekul organik seperti karbohidrat. Untuk tujuan praktis, satu-satunya sumber molekul bahan bakar yang menjadi tempat bergantung seluruh kehidupan adalah fotosintesis. Fotosintesis merupakan salah satu reaksi yang tergolong ke dalam reaksi anabolisme. Fotosintesis adalah proses pembentukan bahan makanan (glukosa) yang berbahan baku karbon dioksida dan air.
Fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh tumbuhan dan ganggang hijau yang bersifat autotrof. Artinya, keduanya mampu menangkap energi matahari untuk menyintesis molekul-molekul organik kaya energi dari prekursor anorganik H2O dan CO2. Sementara itu, hewan dan manusia tergolong heterotrof, yaitu memerlukan suplai senyawa-senyawa organik dari lingkungan (tumbuhan) karena hewan dan manusia tidak dapat menyintesis karbohidrat. Karena itu, hewan dan manusia sangat bergantung pada organisme autotrof.
Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil). Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada mesofil daun tanaman, yaitu sel-sel jaringan tiang (palisade) dan sel-sel jaringan bunga karang (spons). Di dalam kloroplas terdapat klorofil pada protein integral membran tilakoid. Klorofil dapat dibedakan menjadi klorofil a dan klorofil b. Klorofil a merupakan pigmen hijau rumput (grass green pigment) yang mampu menyerap cahaya merah dan biru-keunguan. Klorofil a ini sangat berperan dalam reaksi gelap fotosintesis yang akan dijelaskan pada bagian berikutnya. Klorofil b merupakan pigmen hijau kebiruan yang mampu menyerap cahaya biru dan merah kejinggaan. Klorofil b banyak terdapat pada tumbuhan, ganggang hijau, dan beberapa bakteri autotrof.
Selain klorofil, di dalam kloroplas juga terdapat pigmen karotenoid, antosianin, dan fikobilin. Karotenoid mampu menyerap cahaya biru kehijauan dan biru keunguan, dan memantulkan cahaya merah, kuning, dan jingga. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen merah dan biru. Antosianin banyak ditemukan pada bunga, sedangkan fikobilin banyak ditemukan pada kelompok ganggang merah dan Cyanobacteria.
Reaksi fotosintesis secara ringkas berlangsung sebagai berikut.
Seorang fisiologis berkebangsaan Inggris, F. F. Blackman, mengadakan percobaan dengan melakukan penyinaran secara terus-menerus pada tumbuhan Elodea. Ternyata, ada saat dimana laju fotosintesis tidak meningkat sejalan dengan meningkatnya penyinaran. Akhirnya, Blackman menarik kesimpulan bahwa paling tidak ada dua proses berlainan yang terlibat:
1. Suatu reaksi yang memerlukan cahaya
2. Reaksi yang tidak memerlukan cahaya
Yang terakhir dinamai reaksi gelap, walau dapat berlangsung terus saat keadaan terang. Blackman berteori bahwa pada intensitas cahaya sedang, reaksi terang membatasi atau melajukan seluruh proses. Dengan kata lain, pada intensitas ini reaksi gelap mampu menangani semua substansi intermediat yang dihasilkan reaksi cahaya. Akan tetapi, dengan meningkatnya intensitas cahaya pada akhirnya akan tercapai suatu titik dimana reaksi gelap berlangsung pada kapasitas maksimum.
Teori ini diperkuat dengan mengulangi percobaan pada temperatur yang agak lebih tinggi. Seperti diketahui, kebanyakan reaksi kimia berjalan lebih cepat pada suhu lebih tinggi (sampai suhu tertentu). Pada suhu 35°C, laju fotosintesis tidak menurun sampai ada intensitas cahaya yang lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi gelap kini berjalan lebih cepat. Faktor bahwa pada intensitas cahaya yang rendah laju fotosintesis itu tidak lebih besar pada 35°C dibandingkan pada 20°C juga menunjang gagasan bahwa yang menjadi pembatas pada proses ini adalah reaksi terang. Reaksi terang ini tidak tergantung pada suhu, tetapi hanya tergantung pada intensitas penyinaran. Laju fotosintesis yang meningkat dengan naiknya suhu tidak terjadi jika suplai CO2 terbatas. Jadi, konsentrasi CO2 harus ditambahkan sebagai faktor ketiga yang mengatur laju fotosintesis itu berlangsung.
Jadi, secara umum fotosintesis terbagi menjadi dua tahap reaksi:
1. Reaksi Terang, yang membutuhkan cahaya
2. Reaksi Gelap, yang tidak membutuhkan cahaya
Fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh tumbuhan dan ganggang hijau yang bersifat autotrof. Artinya, keduanya mampu menangkap energi matahari untuk menyintesis molekul-molekul organik kaya energi dari prekursor anorganik H2O dan CO2. Sementara itu, hewan dan manusia tergolong heterotrof, yaitu memerlukan suplai senyawa-senyawa organik dari lingkungan (tumbuhan) karena hewan dan manusia tidak dapat menyintesis karbohidrat. Karena itu, hewan dan manusia sangat bergantung pada organisme autotrof.
Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil). Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada mesofil daun tanaman, yaitu sel-sel jaringan tiang (palisade) dan sel-sel jaringan bunga karang (spons). Di dalam kloroplas terdapat klorofil pada protein integral membran tilakoid. Klorofil dapat dibedakan menjadi klorofil a dan klorofil b. Klorofil a merupakan pigmen hijau rumput (grass green pigment) yang mampu menyerap cahaya merah dan biru-keunguan. Klorofil a ini sangat berperan dalam reaksi gelap fotosintesis yang akan dijelaskan pada bagian berikutnya. Klorofil b merupakan pigmen hijau kebiruan yang mampu menyerap cahaya biru dan merah kejinggaan. Klorofil b banyak terdapat pada tumbuhan, ganggang hijau, dan beberapa bakteri autotrof.
Selain klorofil, di dalam kloroplas juga terdapat pigmen karotenoid, antosianin, dan fikobilin. Karotenoid mampu menyerap cahaya biru kehijauan dan biru keunguan, dan memantulkan cahaya merah, kuning, dan jingga. Antosianin dan fikobilin merupakan pigmen merah dan biru. Antosianin banyak ditemukan pada bunga, sedangkan fikobilin banyak ditemukan pada kelompok ganggang merah dan Cyanobacteria.
Reaksi fotosintesis secara ringkas berlangsung sebagai berikut.
Seorang fisiologis berkebangsaan Inggris, F. F. Blackman, mengadakan percobaan dengan melakukan penyinaran secara terus-menerus pada tumbuhan Elodea. Ternyata, ada saat dimana laju fotosintesis tidak meningkat sejalan dengan meningkatnya penyinaran. Akhirnya, Blackman menarik kesimpulan bahwa paling tidak ada dua proses berlainan yang terlibat:
1. Suatu reaksi yang memerlukan cahaya
2. Reaksi yang tidak memerlukan cahaya
Yang terakhir dinamai reaksi gelap, walau dapat berlangsung terus saat keadaan terang. Blackman berteori bahwa pada intensitas cahaya sedang, reaksi terang membatasi atau melajukan seluruh proses. Dengan kata lain, pada intensitas ini reaksi gelap mampu menangani semua substansi intermediat yang dihasilkan reaksi cahaya. Akan tetapi, dengan meningkatnya intensitas cahaya pada akhirnya akan tercapai suatu titik dimana reaksi gelap berlangsung pada kapasitas maksimum.
Teori ini diperkuat dengan mengulangi percobaan pada temperatur yang agak lebih tinggi. Seperti diketahui, kebanyakan reaksi kimia berjalan lebih cepat pada suhu lebih tinggi (sampai suhu tertentu). Pada suhu 35°C, laju fotosintesis tidak menurun sampai ada intensitas cahaya yang lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi gelap kini berjalan lebih cepat. Faktor bahwa pada intensitas cahaya yang rendah laju fotosintesis itu tidak lebih besar pada 35°C dibandingkan pada 20°C juga menunjang gagasan bahwa yang menjadi pembatas pada proses ini adalah reaksi terang. Reaksi terang ini tidak tergantung pada suhu, tetapi hanya tergantung pada intensitas penyinaran. Laju fotosintesis yang meningkat dengan naiknya suhu tidak terjadi jika suplai CO2 terbatas. Jadi, konsentrasi CO2 harus ditambahkan sebagai faktor ketiga yang mengatur laju fotosintesis itu berlangsung.
Jadi, secara umum fotosintesis terbagi menjadi dua tahap reaksi:
1. Reaksi Terang, yang membutuhkan cahaya
2. Reaksi Gelap, yang tidak membutuhkan cahaya
Jumat, 30 Oktober 2009
Fotosintesis merupakan penyedia makanan bagi hampir seluruh kehidupan di dunia, baik secara langsung maupun tidak langsung. Organisme memperoleh senyawa organik yang digunakan untuk energi dan rangka karbon dengan cara autotrofik atau heterotrofik. Organisme autotrof menyediakan makanan bagi dirinya secara total tanpa memakan atau menguraikan organisme lain. Sedangkan organisme hetereotrof memenuhi kebutuhan materi organik dari organisme lain dengan cara memakan organisme lain, menguraikan sisa tubuh organisme yang telah mati (Campbell et al., 2002).
Fotosintesis dapat dilakukan oleh organisme yang memiliki pigmen klorofil pada sel tubuhnya. Ada empat kelompok organisme yang memiliki klorofil yaitu tumbuhan, ganggang, protista uniseluler dan prokariota fotosintetik. Klorofil pada tumbuhan terdapat di dalam kloroplas sedangkan pada organisme uniseluler subtansi klorofil terdapat di dalam sitoplasma. Dengan klorofil Organisme tersebut mampu menangkap energi matahari untuk menyintesis molekul-molekul organik kaya energi dari prekursor anorganik yaitu air (H2O) dan karbondioksida (CO2).
Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas oleh karena klorofil terdapat dalam kloroplas. Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau pada tumbuhan, termasuk batang hijau dan buah yangbelum matang. Akan tetapi daun merupakan tempat paling utama berlangsungnya fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan. Terdapat kira-kira setengah juta kloroplas tiap miliminter persegi permukaan daun (Campbel et al., 2002).
Klorofil
Kloroplas ditemukan terutama dalam sel mesofil daun, yaitu sel-sel jaringan palisade dan sel-sel jaringan spons. Kloroplas berbentuk selubung dengan membrane ganda yang melingkupi stroma. Stroma tersekat-sekat oleh adanya membrane yang membentuk tilakoid, dan di dalam tilakoid terdapat tumpukan grana. Klorofil terdapat di dalam protein integral membrane tilakoid.
Menurut Kimball (2001), struktur molekul klorofil terdiri atas porfirin yang sama strukturnya dengan porfirin heme yang membentuk gugus prostetik pada hemoglobin, mioglobin dan enzim-enzim sitokrom. Perbedaan utama antara klorofil dan heme ialah adanya (1) atom magnesium sebagai pengganti besi di tengah-tengah cincin porfirin dan (2) rantai samping hidrokarbon yang panjang yaitu fitol. Klorofil adalah molekul amfifilik, rantai fitol hidrokarbonnya sangat hidrofobik, sedangkan sebagian dari cincin porfirin tempat gugus C = O hidrofilik.
Pigmen klorofil dapat dibedakan menjadi klorofil a dan klorofil b. Menurut Campbell et al. (2002), klorofil a berwarna biru-hjau sedangkan klorofil b berwarna kuning hijau. Pigmen klorofil a dapat berperan langsung dalam reaksi terang fotosintesis yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Sementara pigmen klorofil b menyerap cahaya dan mentransfer energinya ke klorofil a. Selain pigmen fotosintetik, kloroplas juga memiliki pigmen aksesoris berupa karotenoid, yang berwarna kuning-jingga. Pigmen karotenoid memperluas spectrum dari warna-warna yang dapat menggerakkan fotosintesis. Namun sebagian karotenoid berfungsi sebagai fotoproteksi yakni menyerap dan melepaskan energi cahaya yang berlebihan yang dapat merusak klorofil.
Di dalam membrane tilakoid, klorofil tersusun bersama protein dan molekul organik yang lebih kecil lainnya membentuk fotosistem. fotosistem memiliki “kompleks antena” pengumpul cahaya yang tersusun atas suatu kumpulan dari beberapa ratus klorofil a, klorofil b dan molekul kaotenoid. Membran tilakoid dipenuhi oleh dua jenis fotosistem yang bekerja secara bersama dalam reaksi terang yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I dikenal sebagai P700 karena paling baik menyerap cahaya pada spectrum 700 nm sedangkan fotosistem II disebut P680 karena spectrum absorpsinya memiliki puncak pada 680 nm.
Energi Cahaya
Setiap energi yang digunakan oleh makhluk hidup di bumi secara langsung atau tidak langsung berasal dari radiasi matahari, kecuali energi atom dan mungkin juga energi panas bumi. Untuk pertumbuhan dan perkembangan, khususnya fotosintesis, cahaya matahari merupakan satu-satunya sumber energi. Cahaya tampak (visible light) adalah sumber energi yang digunakan tumbuhan untuk fotosintesis, di mana merupakan bagian spectrum energi radiasi (gambar 1). Teori kuantum menyatakan cahaya merambat dalam bentuk aliran partikel yang disebut foton. Energi yang terkandung dalam satu foton disebut satu kuantum. Energi yang terkandung dalam foton berbanding lurus dengan frekuensi dan berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Reaksi cahaya dalam fotosintesis merupakan akibat langsung penyerapan foton oleh molekul-molekul pigmen klorofil (Gardner et al., 1991).
EM_spectrum_svg
Gambar 1. Spektrum energi radiasi. Foton yang berukuran antara 400-700 nm digunakan dalam fotosintesis. Sumber: Wikipediaindonesia.com
Tidak seluruh foton mempunyai tingkat energi yang cocol untuk menggiatkan pigmen daun. Gardner et al. (1991), mengemukakan bahwa di atas 760 nm foton tidak memiliki cukup energi dan di bawah 390 nm foton memiliki terlalu banyak energi, menyebabkan ionisasi dan kerusakan pigmen. Sehingga foton yang memiliki tingkat energi yang cocok untuk fotosintesis memiliki panjang gelombang antara 390 – 760 nm yaitu cahaya campak.
Penggiatan pigmen merupakan akibat langsung dari interaksi antara foton dan pigmen. Menurut Gardner et al. (1991), pengukuran cahaya yang digunakan dalam fotosintesis dilakukan berdasarkan densitas aliran foton dan bukan berdasarkan energi. Densitas aliran foton adalah jumlah foton yang menumbuk suatu luas permukaan tertentu persatuan waktu. Karena panjang gelombang 400 – 700 nm paling efisien dalam fotosintesis, maka pengukuran cahaya didasarkan pada densitas aliran foton dalam panjang gelombang 400 dan 700 nm. Pengukuran ini disebut radiasi aktif fotosintesis atau photosynthetically active radiator (PAR), atau densitas aliran foton fotosintesis atau photosynthetic photon flux density (PPFD). PAR dinayatakan dalam bentuk mE.m-2.det-1 atau mmol.m-2.det-1
Reaksi Kimia Fotosintesis
Secara umum fotosintesis terjadi dalam dua tahapan yaitu reaksi terang (light reaction) dan reaksi gelap (dark reaction). Reaksi terang merupakan tahapan yang sangat dipengaruhi oleh ketersediaan cahaya matahari. Reaksi ini melibatkan Fotosistem I dan II yang bekerja sama menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan ATP dan NADPH sebagai produk reaksi terang. Sedangkan reaksi gelap merupakan tahapan lanjutan dari reaksi terang, di mana terjadi fiksasi karbondioksida untuk direduksi menjadi karbohidrat.
Adapun proses terjadinya fotosintesis dijelaskan oleh Campbel et al., (2002) sebagai berikut:
Reaksi Terang, proses ini terjadi dalam enam tahapan (gambar 2):
1. Ketika fotosistem II menyerap cahaya, suatu electron yang dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi dalam klrofil pusat reaksi (P680) ditangkap oleh akseptor electron primer.
2. Suatu enzim mengekstraksi electron dari air dan mengirimnya ke P680, menggantikan setiap electron yang keluar dari klorofil ketika molekul ini menyerap cahaya. Reaksi ini menguraikan molekul air menjadi dua ion hydrogen dan satu atom oksigen yang segera bergabung dengan atom oksigen lain membentuk O2.
3. Setiap electron terfotoeksitasi mengalir dari akseptor electron primer fotosistem II ke fotosistem I melalui rantai transport electron.
4. Begitu electron menuruni rantai tersebut, eksegoniknya “jatuh” ke tingkat yang lebih rendah ditangkap oleh membrane tilakoid untuk menghasilkan ATP. Karena Sintesis ATP ini menggunakan energi cahaya maka proses ini disebut fotofosforilasi (nonsiklik).
5. Apabila electron mencapai dasar rantai transport electron, electron ini mengisi “lubang” electron di P700 molekul klorofil a pada pusat reaksi fotosistem I. Lubang ini tercipta ketika energi cahaya menggerakkan electron dari P700 ke aksptor electron primer fotosistem I.
6. Akseptor electron primer fotosistem I melewatkan electron terfotoeksitasi ke rantai transport electron kedua, yang menyalurkannya ke feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase menyalurkan electron dari Fd ke NADP+ sehingga terbentuk NADPH.
Reaksi Terang
Gambar 2. Fotofosforilasi pada reaksi terang proses fotosintesis. Sumber : http://metabolismelink.freehostia.com
Reaksi Gelap, proses ini terjadi dalam tiga fase (gambar 3):
1. Fase I, Fiksasi karbon. Siklus Calvin memasukkan setiap molekul CO2 dengan menautkannya pada gula berkarbon-lima yang dinamai ribulosa bisfosfat (RuBP) dengan bantuan RuBP karboksilase atau rubisko. RuBP kemudian terurai membentuk dua molekul 3-fosfogliserat.
2. Fase II, Reduksi. Setiap molekul 3-fosfogliserat menerima gugus fosfat baru dari ATP sehingga membentuk 1,3-bisfosfogliserat. Selanjutnya sepasang electron yang disumbangkan dari NADPH mereduksi gugus karboksil 3-fosfogliserat menjadi gugus karbonil yang berupa G3P (gula berkarbon 3).
3. Fase III, Regenerasi akseptor CO2 (RuBP). Rangka karbon yang terdiri atas lima molekul G3P disusun ulang oleh langkah terakhir skilus Calvin menjadi tiga molekul RuBP. Untuk menyelesaikan ini, siklus menghabiskan tiga molekul ATP. Siklus Calvin secara keseluruhan mengkonsumsi sembilan molekul ATP dan enam molekul NADPH.
reaksigelap
Gambar 3. Siklus Calvin pada proses reaksi gelap. Sumber : http://metabolismelink.freehostia.com
Menurut Campbell et al. (2002), karbohidrat yang dihasilkan langsung dari siklus Calvin sebenarnya bukan glukosa, tetapi gula berkarbon-3 yang disebut gliseraldehid 3-fosfat (G3P). G3P yang tersingkir dari siklus Calvin menjadi materi awal untuk jalur metabolisme yang mensintesis organik lainnya, termasuk glukosa dan karbohidrat lainnya.
Fotosintesis dapat dilakukan oleh organisme yang memiliki pigmen klorofil pada sel tubuhnya. Ada empat kelompok organisme yang memiliki klorofil yaitu tumbuhan, ganggang, protista uniseluler dan prokariota fotosintetik. Klorofil pada tumbuhan terdapat di dalam kloroplas sedangkan pada organisme uniseluler subtansi klorofil terdapat di dalam sitoplasma. Dengan klorofil Organisme tersebut mampu menangkap energi matahari untuk menyintesis molekul-molekul organik kaya energi dari prekursor anorganik yaitu air (H2O) dan karbondioksida (CO2).
Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas oleh karena klorofil terdapat dalam kloroplas. Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau pada tumbuhan, termasuk batang hijau dan buah yangbelum matang. Akan tetapi daun merupakan tempat paling utama berlangsungnya fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan. Terdapat kira-kira setengah juta kloroplas tiap miliminter persegi permukaan daun (Campbel et al., 2002).
Klorofil
Kloroplas ditemukan terutama dalam sel mesofil daun, yaitu sel-sel jaringan palisade dan sel-sel jaringan spons. Kloroplas berbentuk selubung dengan membrane ganda yang melingkupi stroma. Stroma tersekat-sekat oleh adanya membrane yang membentuk tilakoid, dan di dalam tilakoid terdapat tumpukan grana. Klorofil terdapat di dalam protein integral membrane tilakoid.
Menurut Kimball (2001), struktur molekul klorofil terdiri atas porfirin yang sama strukturnya dengan porfirin heme yang membentuk gugus prostetik pada hemoglobin, mioglobin dan enzim-enzim sitokrom. Perbedaan utama antara klorofil dan heme ialah adanya (1) atom magnesium sebagai pengganti besi di tengah-tengah cincin porfirin dan (2) rantai samping hidrokarbon yang panjang yaitu fitol. Klorofil adalah molekul amfifilik, rantai fitol hidrokarbonnya sangat hidrofobik, sedangkan sebagian dari cincin porfirin tempat gugus C = O hidrofilik.
Pigmen klorofil dapat dibedakan menjadi klorofil a dan klorofil b. Menurut Campbell et al. (2002), klorofil a berwarna biru-hjau sedangkan klorofil b berwarna kuning hijau. Pigmen klorofil a dapat berperan langsung dalam reaksi terang fotosintesis yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Sementara pigmen klorofil b menyerap cahaya dan mentransfer energinya ke klorofil a. Selain pigmen fotosintetik, kloroplas juga memiliki pigmen aksesoris berupa karotenoid, yang berwarna kuning-jingga. Pigmen karotenoid memperluas spectrum dari warna-warna yang dapat menggerakkan fotosintesis. Namun sebagian karotenoid berfungsi sebagai fotoproteksi yakni menyerap dan melepaskan energi cahaya yang berlebihan yang dapat merusak klorofil.
Di dalam membrane tilakoid, klorofil tersusun bersama protein dan molekul organik yang lebih kecil lainnya membentuk fotosistem. fotosistem memiliki “kompleks antena” pengumpul cahaya yang tersusun atas suatu kumpulan dari beberapa ratus klorofil a, klorofil b dan molekul kaotenoid. Membran tilakoid dipenuhi oleh dua jenis fotosistem yang bekerja secara bersama dalam reaksi terang yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I dikenal sebagai P700 karena paling baik menyerap cahaya pada spectrum 700 nm sedangkan fotosistem II disebut P680 karena spectrum absorpsinya memiliki puncak pada 680 nm.
Energi Cahaya
Setiap energi yang digunakan oleh makhluk hidup di bumi secara langsung atau tidak langsung berasal dari radiasi matahari, kecuali energi atom dan mungkin juga energi panas bumi. Untuk pertumbuhan dan perkembangan, khususnya fotosintesis, cahaya matahari merupakan satu-satunya sumber energi. Cahaya tampak (visible light) adalah sumber energi yang digunakan tumbuhan untuk fotosintesis, di mana merupakan bagian spectrum energi radiasi (gambar 1). Teori kuantum menyatakan cahaya merambat dalam bentuk aliran partikel yang disebut foton. Energi yang terkandung dalam satu foton disebut satu kuantum. Energi yang terkandung dalam foton berbanding lurus dengan frekuensi dan berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Reaksi cahaya dalam fotosintesis merupakan akibat langsung penyerapan foton oleh molekul-molekul pigmen klorofil (Gardner et al., 1991).
EM_spectrum_svg
Gambar 1. Spektrum energi radiasi. Foton yang berukuran antara 400-700 nm digunakan dalam fotosintesis. Sumber: Wikipediaindonesia.com
Tidak seluruh foton mempunyai tingkat energi yang cocol untuk menggiatkan pigmen daun. Gardner et al. (1991), mengemukakan bahwa di atas 760 nm foton tidak memiliki cukup energi dan di bawah 390 nm foton memiliki terlalu banyak energi, menyebabkan ionisasi dan kerusakan pigmen. Sehingga foton yang memiliki tingkat energi yang cocok untuk fotosintesis memiliki panjang gelombang antara 390 – 760 nm yaitu cahaya campak.
Penggiatan pigmen merupakan akibat langsung dari interaksi antara foton dan pigmen. Menurut Gardner et al. (1991), pengukuran cahaya yang digunakan dalam fotosintesis dilakukan berdasarkan densitas aliran foton dan bukan berdasarkan energi. Densitas aliran foton adalah jumlah foton yang menumbuk suatu luas permukaan tertentu persatuan waktu. Karena panjang gelombang 400 – 700 nm paling efisien dalam fotosintesis, maka pengukuran cahaya didasarkan pada densitas aliran foton dalam panjang gelombang 400 dan 700 nm. Pengukuran ini disebut radiasi aktif fotosintesis atau photosynthetically active radiator (PAR), atau densitas aliran foton fotosintesis atau photosynthetic photon flux density (PPFD). PAR dinayatakan dalam bentuk mE.m-2.det-1 atau mmol.m-2.det-1
Reaksi Kimia Fotosintesis
Secara umum fotosintesis terjadi dalam dua tahapan yaitu reaksi terang (light reaction) dan reaksi gelap (dark reaction). Reaksi terang merupakan tahapan yang sangat dipengaruhi oleh ketersediaan cahaya matahari. Reaksi ini melibatkan Fotosistem I dan II yang bekerja sama menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan ATP dan NADPH sebagai produk reaksi terang. Sedangkan reaksi gelap merupakan tahapan lanjutan dari reaksi terang, di mana terjadi fiksasi karbondioksida untuk direduksi menjadi karbohidrat.
Adapun proses terjadinya fotosintesis dijelaskan oleh Campbel et al., (2002) sebagai berikut:
Reaksi Terang, proses ini terjadi dalam enam tahapan (gambar 2):
1. Ketika fotosistem II menyerap cahaya, suatu electron yang dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi dalam klrofil pusat reaksi (P680) ditangkap oleh akseptor electron primer.
2. Suatu enzim mengekstraksi electron dari air dan mengirimnya ke P680, menggantikan setiap electron yang keluar dari klorofil ketika molekul ini menyerap cahaya. Reaksi ini menguraikan molekul air menjadi dua ion hydrogen dan satu atom oksigen yang segera bergabung dengan atom oksigen lain membentuk O2.
3. Setiap electron terfotoeksitasi mengalir dari akseptor electron primer fotosistem II ke fotosistem I melalui rantai transport electron.
4. Begitu electron menuruni rantai tersebut, eksegoniknya “jatuh” ke tingkat yang lebih rendah ditangkap oleh membrane tilakoid untuk menghasilkan ATP. Karena Sintesis ATP ini menggunakan energi cahaya maka proses ini disebut fotofosforilasi (nonsiklik).
5. Apabila electron mencapai dasar rantai transport electron, electron ini mengisi “lubang” electron di P700 molekul klorofil a pada pusat reaksi fotosistem I. Lubang ini tercipta ketika energi cahaya menggerakkan electron dari P700 ke aksptor electron primer fotosistem I.
6. Akseptor electron primer fotosistem I melewatkan electron terfotoeksitasi ke rantai transport electron kedua, yang menyalurkannya ke feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase menyalurkan electron dari Fd ke NADP+ sehingga terbentuk NADPH.
Reaksi Terang
Gambar 2. Fotofosforilasi pada reaksi terang proses fotosintesis. Sumber : http://metabolismelink.freehostia.com
Reaksi Gelap, proses ini terjadi dalam tiga fase (gambar 3):
1. Fase I, Fiksasi karbon. Siklus Calvin memasukkan setiap molekul CO2 dengan menautkannya pada gula berkarbon-lima yang dinamai ribulosa bisfosfat (RuBP) dengan bantuan RuBP karboksilase atau rubisko. RuBP kemudian terurai membentuk dua molekul 3-fosfogliserat.
2. Fase II, Reduksi. Setiap molekul 3-fosfogliserat menerima gugus fosfat baru dari ATP sehingga membentuk 1,3-bisfosfogliserat. Selanjutnya sepasang electron yang disumbangkan dari NADPH mereduksi gugus karboksil 3-fosfogliserat menjadi gugus karbonil yang berupa G3P (gula berkarbon 3).
3. Fase III, Regenerasi akseptor CO2 (RuBP). Rangka karbon yang terdiri atas lima molekul G3P disusun ulang oleh langkah terakhir skilus Calvin menjadi tiga molekul RuBP. Untuk menyelesaikan ini, siklus menghabiskan tiga molekul ATP. Siklus Calvin secara keseluruhan mengkonsumsi sembilan molekul ATP dan enam molekul NADPH.
reaksigelap
Gambar 3. Siklus Calvin pada proses reaksi gelap. Sumber : http://metabolismelink.freehostia.com
Menurut Campbell et al. (2002), karbohidrat yang dihasilkan langsung dari siklus Calvin sebenarnya bukan glukosa, tetapi gula berkarbon-3 yang disebut gliseraldehid 3-fosfat (G3P). G3P yang tersingkir dari siklus Calvin menjadi materi awal untuk jalur metabolisme yang mensintesis organik lainnya, termasuk glukosa dan karbohidrat lainnya.
Rabu, 14 Oktober 2009
Bukan hal yang mudah bagi saya untuk menjadi seorang mahasiswa di ITB. Perlu semangat kemauan & ketekunan dalam belajar. Itulah tantangan dalam diri saya karena life has many roads to take & many challenges to face, dan peribahasa ini juga m...emberi motivasi bagi saya untuk belajar tanpa mengenal kata terlambat, mieux vaut tard que jamais, seperti halnya orang Perancis bilang C'est la vie (itulah kehidupan).IING EDI CAHYONO
Fak. Matematika & Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA)
Senin, 12 Oktober 2009
Wisudawan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITB periode 18 Juli 2009
Selasa 28 Juli 2009, Jumlah wisudawan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) ITB untuk periode 18 Juli 2009 mengalami peningkatan yang sangat tajam jika dibandingkan dengan jumlah wisudawan periode April 2009.
Hal tersebut dapat dibandingkan dengan jumlah wisudawan pada periode April tepatnya pada tanggal 18 April 2009, FMIPA telah menghasilkan lulusan sebanyak 128 wisudawan dengan distribusi seperti terilihat di bawah.
Program Studi Sarjana (S1) sebanyak 63 wisudawan dengan rincian sebagai berikut:
a. Matematika sebanyak 19 wisudawan;
b. Fisika sebanyak 27 wisudawan;
c. Astronomi sebanyak 4 wisudawan;
d. Kimia sebanyak 13 wisudawan.
Program Studi Magister (S2) sebanyak 62 wisudawan dengan rincian sebagai berikut:
a. Matematika sebanyak 6 wisudawan;
b. Fisika sebanyak 7 wisudawan;
c. Kimia sebanyak 4 wisudawan;
d. Aktuaria sebanyak 2 wisudawan;
e. Pengajaran Matematika sebanyak 2 wisudawan;
f. Pengajaran Fisika sebanyak 15 wisudawan;
g. Pengajaran kimia sebanyak 26 wisudawan.
Program Studi Doktor (S3) sebanyak 3 wisudawan dengan rincian sebagai berikut:
a. Matematika sebanyak 1 wisudawan;
b. Kimia sebanyak 2 wisudawan.
Dari jumlah keseluruhan wisudawan tersebut di atas, yang menyandang predikat Cum Laude sebanyak 9 wisudawan. Satu (1) dari Program Studi Astronomi, 3 (tiga) dari Program Studi Kimia, 1 (satu) dari Program Magister Pengajaran Fisika, 3 (tiga) dari Program Magister Pengajaran Kimia, 1 (satu) dari Program Doktor Matematika.
Wisuda yang dilakukan tanggal 18 Juli 2009 bertempat di Sasana Budaya Ganesha (Sabuga), FMIPA telah menghasilkan lulusan sebanyak 322 wisudawan dengan distribusi seperti terilihat di bawah.
Program Studi Sarjana (S1) sebanyak 136 wisudawan dengan rincian sebagai berikut:
a. Matematika sebanyak 34 wisudawan;
b. Fisika sebanyak 29 wisudawan;
c. Astronomi sebanyak 4 wisudawan;
d. Kimia sebanyak 69 wisudawan.
Program Studi Magister (S2) sebanyak 186 wisudawan dengan rincian sebagai berikut:
a. Matematika sebanyak 19 wisudawan;
b. Fisika sebanyak 13 wisudawan;
c. Kimia sebanyak 18 wisudawan;
d. Aktuaria sebanyak 2 wisudawan;
e. Pengajaran Matematika sebanyak 56 wisudawan;
f. Pengajaran Fisika sebanyak 50 wisudawan;
g. Pengajaran kimia sebanyak 28 wisudawan.
Dari jumlah keseluruhan wisudawan untuk periode 18 Juli ini, yang menyandang predikat Cum Laude sebanyak 45 wisudawan. Enam (6) dari Program Studi Sarjana Matematika, 5 (lima) dari Program Studi Sarjana Fisika, 1 (satu) dari Program Studi Sarjana Astronomi, 17 (tujuh belas) dari Program Studi Kimia, 3 (tiga) dari Program Magister Pengajaran Fisika, 8 (delapan) dari Program Magister Kimia, 3 (tiga) dari Program Magister Pengajaran Fisika, 2 (dua) dari Program Magsiter Pengajaran Kimia. Selamat bagi wisudawan, buktikan diri anda mampu untuk berkarya membangun bangsa dan Negara Indonesia sesuai dengan amanat Undang Undang Dasar 1945. (bagyo).
Penerimaan Mahasiswa Baru Program Sarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) ITB 2009/2010
Jum'at 14 Agustus 2009, Penerimaan Mahasiswa Baru Program Sarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) ITB 2009/2010, bertempat di Gedung Serba Guna ITB, Jl. Ganesha No. 10 Bandung. Acara yang dimulai dari pukul 08.00 dan berakhir pukul 11.00 wib. Registrasi mahasiswa baru dimulai dari pukul 07.30 wib, kemudian dilanjutkan dengan sambutan dari Dekan FMIPA ITB Dr. Akhmaloka. Pada acara sambutan tersebut Dekan FMIPA secara khusus menyampaikan ucapan selamat kepada para mahasiswa baru FMIPA tahun ajaran 2009/2010, yang dilanjutkan dengan acara perkenalan dengan para Ketua Program Studi, Ketua Kelompok Keahlian, Ketua Senat Akademik FMIPA ITB, Koordinator Mata Kuliah Dasar, Koordinator Wali dan Wali FMIPA tahun 2009.
Acara dilanjutkan dengan penjelasan mengenai Program Sarjana di FMIPA ITB yang mencakup Struktur Organisasi FMIPA, Kurikulum 2008, program-program unggulan antara lain Honors dan Fast track, kode etik kemahasiswaan dan prosedur penjurusan yang disampaikan oleh Dr. Pudji Astuti sebagai Wakil Dekan Akademik FMIPA ITB.
Uraian mengenai Perwalian disampaikan oleh Koordinator Wali FMIPA ITB tahun 2009 yaitu Dr. Dhani Herdiwidjadja.
Penyerahan Penghargaan Mahasiswa Berprestasi Akademik Semester II-2008/2009 Tingkat FMIPA ITB secara simbolis disampaikan oleh Dekan FMIPA, dilanjutkan dengan acara Tanya jawab.
Acara terakhir dari kegiatan Penerimaan Mahasiswa Baru Program Sarjana FMIPA ITB 2009 adalah Pengenalan Kegiatan Kemahasiswaan (himpunan) di lingkungan FMIPA ITB disampaikan oleh para Ketua Himpunan.
Kemudian pada siang harinya, tepatnya pukul 14:30 wib, ditempat yang sama juga diselenggarakan Penerimaan Mahasiswa Baru 2009/2010 tetapi ini khusus untuk Mahasiswa Program Magister dan Doktor di FMIPA ITB. Dengan acara yang sama seperti pada penerimaan mahasiswa baru program sarjana, acara berakhir sampai dengan pukul 17.00 wib. (bagyo).
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) ITB Adakan Halal Bihalal
Acara tersebut diawali dengan Sambutan Dekan FMIPA Dr. Akhmaloka, yang didampingi oleh Wakil Dekan Bidang Akademik Dr. Pudji Astuti, Wakil Dekan Bidang Sumberdaya Dr. Idam Arif, dan Manajer Penelitian FMIPA Prof. Ismunandar. Hadir pada acara tersebut Para Ketua Program Studi, Para Ketua Kelompok Keahlian dan sejumlah pegawai di lingkungan FMIPA baik yang masih aktif maupun yang sudah pensiun. Pada acara halal Bihalal kali ini terasa istimewa, dengan hadirnya 2 (dua) mantan Rektor ITB yaitu Prof. Hariadi Soepangkat dan Prof. Lilik Hendradjaya. Hadir pula mantan pimpinan FMIPA, antara lain, Intan Ahmad, Ph.D. (saat ini Dekan Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati (SITH)), Dr. Tutus Gusdinar Kartawinata (saat ini Dekan Sekolah Farmasi (SF)).
Acara dilanjutkan dengan sambutan dari Dr. Triyanta yang mewakili pegawai FMIPA yang akan berangkat Haji tahun 2009. Staf FMIPA yang akan melaksanakan ibadah haji adalah Dr. Triyanta, Dr. Gunawan Handayani, Dr. Muhamad Abdulkadir M., Dr. Fida Madayanti W, Bapak Dudung Efendi dan Ibu Yayan Mulyani. Semoga keberangkatan dan sekembalinya dari Ibadah Haji dalam keadaan sehat wal afiat dan menjadi haji dan hajah yang mabrur mabrurrah. Pembacaan doa disampaikan oleh Dr. Ing. Soeparno yang dilanjutkan bersalam-salaman dengan seluruh undangan dan pegawai sambil menikmati hidangan yang telah disediakan. (bagyo)
Membran Plasma
MATA KULIAH : BIOLOGI SELULER DAN MOLEKULER
A. Pengertian Membran Plasma
Membran plasma adalah suatu membran yang besifat semi permeabel, terletak antara sel dan lingkungan sekitarnya yang memungkinkan zat tertentu masuk dan keluar kedalam sel. Membran plasma merupakan batas kehidupan, batas yang memisahkan sel hidup dari sekelilingnya yang mati. Lapisan tipis yang luar biasa ini tebalnya kira-kira hanya 8 nm, membran plasma mengontrol lalulintas ke dalam dan ke luar sel yang dikelilinginya. Membran plasma merupakan selaput tipis bagian luar sitoplasma yang tersusun dari molekul protein dan molekul lemak. Pada umumnya protein terletak di sebelah luar dan lemak di sebelah dalam sehingga bersifat selektif permiabel. Sifat selektif permiabel hanya dapat dilalui oleh air dan zat-zat terlarut tertentu.
B. Bentuk, Struktur dan Komposisi Membran Plasma
Bentuk atau model unit membran digambarkan sebagai membran lemak lapis ganda (bilayer fosfolipid), di mana asam lemak yang hidrofobik berorientasi ke dalam membran, sedang yang berorientasi ke kedua permukaan membran bersifat hidrofilik (tersusun atas fosfolipida) dan pada kedua permukaan tersebut diselaputi oleh lapisan protein.
Pada tahun 1890 Charles E.Overton mempelopori sejarah penemuan biomembran. Dia menyatakan bahwa sel terbungkus oleh beberapa lapisan permeabel yang selektif, kemungkinan tersusun dari kholesterol dan lechitin. Kemudian Irving Langmuir pada tahun 1900 mengemukakan hasil penelitiannya tentang struktur membran lipid monolayer. Struktur inilah yang menjadi dasar struktur membranpada abad ke-20. Pada tahun 1925 E. Gorter dan F. Grendel menemukan bahwa rata-rata jumlah lapisan tunggal (monolayer) pada masing-masing membran ada dua, sehingga timbul konsep lipid bilayer (Becker, 1986).
A. Pengertian Membran Plasma
Membran plasma adalah suatu membran yang besifat semi permeabel, terletak antara sel dan lingkungan sekitarnya yang memungkinkan zat tertentu masuk dan keluar kedalam sel. Membran plasma merupakan batas kehidupan, batas yang memisahkan sel hidup dari sekelilingnya yang mati. Lapisan tipis yang luar biasa ini tebalnya kira-kira hanya 8 nm, membran plasma mengontrol lalulintas ke dalam dan ke luar sel yang dikelilinginya. Membran plasma merupakan selaput tipis bagian luar sitoplasma yang tersusun dari molekul protein dan molekul lemak. Pada umumnya protein terletak di sebelah luar dan lemak di sebelah dalam sehingga bersifat selektif permiabel. Sifat selektif permiabel hanya dapat dilalui oleh air dan zat-zat terlarut tertentu.
B. Bentuk, Struktur dan Komposisi Membran Plasma
Bentuk atau model unit membran digambarkan sebagai membran lemak lapis ganda (bilayer fosfolipid), di mana asam lemak yang hidrofobik berorientasi ke dalam membran, sedang yang berorientasi ke kedua permukaan membran bersifat hidrofilik (tersusun atas fosfolipida) dan pada kedua permukaan tersebut diselaputi oleh lapisan protein.
Pada tahun 1890 Charles E.Overton mempelopori sejarah penemuan biomembran. Dia menyatakan bahwa sel terbungkus oleh beberapa lapisan permeabel yang selektif, kemungkinan tersusun dari kholesterol dan lechitin. Kemudian Irving Langmuir pada tahun 1900 mengemukakan hasil penelitiannya tentang struktur membran lipid monolayer. Struktur inilah yang menjadi dasar struktur membranpada abad ke-20. Pada tahun 1925 E. Gorter dan F. Grendel menemukan bahwa rata-rata jumlah lapisan tunggal (monolayer) pada masing-masing membran ada dua, sehingga timbul konsep lipid bilayer (Becker, 1986).
Pertumbuhan dan perkembangan sel
Pertumbuhan dan perkembangan umumnya terjadi pada organisme multiseluler yang hidup.
Pertumbuhan dan perkembangan sel tidak lepas dari siklus kehidupan yang dialami sel untuk tetap bertahan hidup. Siklus ini mengatur pertumbuhan sel dengan meregulasi waktu pembelahan dan mengatur perkembangan sel dengan mengatur jumlah ekspresi atau translasi gen pada masing-masing sel yang menentukan diferensiasinya.
Sel tubuh, seperti otot, saraf, dsb. tetap mempertahankan karakteristik karena masih mengingat sinyal yang diberikan oleh nenek moyangnya saat awal perkembangan embrio.
Siklus sel
Siklus sel adalah proses duplikasi secara akurat untuk menghasilkan jumlah DNA kromosom yang cukup banyak dan mendukung segregasi untuk menghasilkan dua sel anakan yang identik secara genetik. Proses ini berlangsung terus-menerus dan berulang (siklik)Pertumbuhan dan perkembangan sel tidak lepas dari siklus kehidupan yang dialami sel untuk tetap bertahan hidup. Siklus ini mengatur pertumbuhan sel dengan meregulasi waktu pembelahan dan mengatur perkembangan sel dengan mengatur jumlah ekspresi atau translasi gen pada masing-masing sel yang menentukan diferensiasinya.
Fase pada siklus sel
- Fase S (sintesis): Tahap terjadinya replikasi DNA
- Fase M (mitosis): Tahap terjadinya pembelahan sel (baik pembelahan biner atau pembentukan tunas)
- Fase G (gap): Tahap pertumbuhan bagi sel.
- Fase G0, sel yang baru saja mengalami pembelahan berada dalam keadaan diam atau sel tidak melakukan pertumbuhan maupun perkembangan. Kondisi ini sangat bergantung pada sinyal atau rangsangan baik dari luar atau dalam sel. Umum terjadi dan beberapa tidak melanjutkan pertumbuhan (dorman) dan mati.
- Fase G1, sel eukariot mendapatkan sinyal untuk tumbuh, antara sitokinesis dan sintesis.
- Fase G2, pertumbuhan sel eukariot antara sintesis dan mitosis.
- Fase tersebut berlangsung dengan urutan S > G2 > M > G0 > G1 > kembali ke S. Dalam konteks Mitosis, fase G dan S disebut sebagai Interfase.
Regenerasi dan diferensiasi sel
Regenerasi sel adalah proses pertumbuhan dan perkembangan sel yang bertujuan untuk mengisi ruang tertentu pada jaringan atau memperbaiki bagian yang rusak.
Diferensiasi sel adalah proses pematangan suatu sel menjadi sel yang spesifik dan fungsional, terletak pada posisi tertentu di dalam jaringan, dan mendukung fisiologis hewan. Misalnya, sebuah stem cell mampu berdiferensiasi menjadi sel kulit.
Saat sebuah sel tunggal, yaitu sel yang telah dibuahi, mengalami pembelahan berulang kali dan menghasilkan pola akhir dengan keakuratan dan kompleksitas yang spektakuler, sel itu telah mengalami regenerasi dan diferensiasi.Empat proses esensial pengkonstruksian embrio
Regenerasi dan diferensiasi sel hewan ditentukan oleh genom. Genom yang identik terdapat pada setiap sel, namun mengekspresikan set gen yang berbeda, bergantung pada jumlah gen yang diekspresikan. Misalnya, pada sel retina mata, tentu gen penyandi karakteristik penangkap cahaya terdapat dalam jumlah yang jauh lebih banyak daripada ekspresi gen indera lainnya.
Pengekspresian gen itu sendiri mempengaruhi jumlah sel, jenis sel, interaksi sel, bahkan lokasi sel. Oleh karena itu, sel hewan memiliki 4 proses esensial pengkonstruksian embrio yang diatur oleh ekspresi gen, sebagai berikut:- Proliferasi sel
- menghasilkan banyak sel dari satu sel
- Spesialisasi sel
- menciptakan sel dengan karakteristik berbeda pada posisi yang berbeda
- Interaksi sel
- mengkoordinasi perilaku sebuah sel dengan sel tetangganya
- Pergerakan sel
- menyusun sel untuk membentuk struktur jaringan dan organ
Sel tubuh, seperti otot, saraf, dsb. tetap mempertahankan karakteristik karena masih mengingat sinyal yang diberikan oleh nenek moyangnya saat awal perkembangan embrio.
Sel-sel khusus
- Sel Tidak Berinti, contohnya trombosit dan eritrosit (Sel darah merah). Di dalam sel darah merah, terdapat Haemoglobin sebagai pengganti nukleus (inti sel).
- Sel Berinti Banyak, contohnya Paramecium sp dan sel otot
- Sel hewan berklorofil, contohnya euglena sp. Euglena sp adalah hewan uniseluler berklorofil.
- Sel pendukung, contohnya adalah sel xilem. Sel xilem akan mati dan meninggalkan dinding sel sebagai "tulang" dan saluran air. Kedua ini sangatlah membantu dalam proses transpirasi pada tumbuhan.
Perbedaan pertumbuhan dan perkembangan sel hewan
Secara umum, perbedaan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut:
| Hewan | Tumbuhan |
|---|---|
| Terdapat sentriol | Tidak ada sentriol |
| Tidak ada pembentukan dinding sel | Terdapat sitokinesis dan pembentukan dinding sel |
| Ada kutub animal dan vegetal | Tidak ada perbedaan kutub embriogenik, yang ada semacam epigeal dan hipogeal |
| Jaringan sel hewan bergerak menjadi bentuk yang berbeda | Jaringan sel tumbuhan tumbuh menjadi bentuk yang berbeda |
| Terdapat proses gastrulasi | Terdapat proses histodifferensiasi |
| Tidak terdapat jaringan embrionik seumur hidup | Meristem sebagai jaringan embrionik seumur hidup |
| Terdapat batasan pertumbuhan (ukuran tubuh) | Tidak ada batasan pertumbuhan, kecuali kemampuan akar dalam hal menopang berat tubuh bagian atas |
| Apoptosis untuk perkembangan jaringan, melibatkan mitokondria dan caspase | Tidak ada “Apoptosis”, yang ada lebih ke arah proteksi diri, tidak melibatkan mitokondria |
Sel
Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti biologis. Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung di dalam sel. Karena itulah, sel dapat berfungsi secara autonom asalkan seluruh kebutuhan hidupnya terpenuhi.
Makhluk hidup (organisme) tersusun dari satu sel tunggal (uniselular), misalnya bakteri, Archaea, serta sejumlah fungi dan protozoa) atau dari banyak sel (multiselular). Pada organisme multiselular terjadi pembagian tugas terhadap sel-sel penyusunnya, yang menjadi dasar bagi hirarki hidup.
Struktur sel dan fungsi-fungsinya secara menakjubkan hampir serupa untuk semua organisme, namun jalur evolusi yang ditempuh oleh masing-masing golongan besar organisme (Regnum) juga memiliki kekhususan sendiri-sendiri. Sel-sel prokariota beradaptasi dengan kehidupan uniselular sedangkan sel-sel eukariota beradaptasi untuk hidup saling bekerja sama dalam organisasi yang sangat rapi.
Sel selaput penyusun umbi bawang bombay (Allium cepa). Tampak dinding sel dan inti sel (berupa noktah di dalam setiap 'ruang'). Perbesaran 400 kali.
Secara umum setiap sel memiliki
Sitoplasma dan inti sel bersama-sama disebut sebagai protoplasma. Sitoplasma berwujud cairan kental (sitosol) yang di dalamnya terdapat berbagai organel yang memiliki fungsi yang terorganisasi untuk mendukung kehidupan sel. Organel memiliki struktur terpisah dari sitosol dan merupakan "kompartementasi" di dalam sel, sehingga memungkinkan terjadinya reaksi yang tidak mungkin berlangsung di sitosol. Sitoplasma juga didukung oleh jaringan kerangka yang mendukung bentuk sitoplasma sehingga tidak mudah berubah bentuk.
Organel-organel yang ditemukan pada sitoplasma adalah
Gambaran sel gabus berdasarkan penelitian Robert Hooke
Makhluk hidup (organisme) tersusun dari satu sel tunggal (uniselular), misalnya bakteri, Archaea, serta sejumlah fungi dan protozoa) atau dari banyak sel (multiselular). Pada organisme multiselular terjadi pembagian tugas terhadap sel-sel penyusunnya, yang menjadi dasar bagi hirarki hidup.
Struktur sel dan fungsi-fungsinya secara menakjubkan hampir serupa untuk semua organisme, namun jalur evolusi yang ditempuh oleh masing-masing golongan besar organisme (Regnum) juga memiliki kekhususan sendiri-sendiri. Sel-sel prokariota beradaptasi dengan kehidupan uniselular sedangkan sel-sel eukariota beradaptasi untuk hidup saling bekerja sama dalam organisasi yang sangat rapi.
Sel selaput penyusun umbi bawang bombay (Allium cepa). Tampak dinding sel dan inti sel (berupa noktah di dalam setiap 'ruang'). Perbesaran 400 kali.
Sejarah penemuan sel
Pada awalnya sel digambarkan pada tahun 1665 oleh seorang ilmuwan Inggris Robert Hooke yang telah meneliti irisan tipis gabus melalui mikroskop yang dirancangnya sendiri. Kata sel berasal dari kata bahasa Latin cellula yang berarti rongga/ruangan.Secara umum setiap sel memiliki
- membran sel,
- sitoplasma, dan
- inti sel atau nukleus.
Sitoplasma dan inti sel bersama-sama disebut sebagai protoplasma. Sitoplasma berwujud cairan kental (sitosol) yang di dalamnya terdapat berbagai organel yang memiliki fungsi yang terorganisasi untuk mendukung kehidupan sel. Organel memiliki struktur terpisah dari sitosol dan merupakan "kompartementasi" di dalam sel, sehingga memungkinkan terjadinya reaksi yang tidak mungkin berlangsung di sitosol. Sitoplasma juga didukung oleh jaringan kerangka yang mendukung bentuk sitoplasma sehingga tidak mudah berubah bentuk.
Organel-organel yang ditemukan pada sitoplasma adalah
- mitokondria (kondriosom)
- badan Golgi (diktiosom)
- retikulum endoplasma
- plastida (khusus tumbuhan, mencakup leukoplas, kloroplas, dan kromoplas)
- vakuola (khusus tumbuhan)
Gambaran sel gabus berdasarkan penelitian Robert Hooke
Perbedaan sel tumbuhan, sel hewan, dan sel bakteri
Sel tumbuhan, sel hewan, dan sel bakteri mempunyai beberapa perbedaan seperti berikut:| Sel tumbuhan | Sel hewan | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Sel tumbuhan lebih besar daripada sel hewan. | Sel hewan lebih kecil daripada sel tumbuhan. | ||||
| Mempunyai bentuk yang tetap. | Tidak mempunyai bentuk yang tetap. | ||||
| Mempunyai dinding sel [cell wall] dari selulosa. | Tidak mempunyai dinding sel [cell wall]. | – | |||
| Mempunyai vakuola [vacuole] atau rongga sel yang besar. | Tidak mempunyai vakuola [vacuole], walaupun terkadang sel beberapa hewan uniseluler memiliki vakuola (tapi tidak sebesar yang dimiliki tumbuhan). Yang biasa dimiliki hewan adalah vesikel atau [vesicle]. | - | Menyimpan tenaga dalam bentuk butiran (granul) pati. | Menyimpan tenaga dalam bentuk butiran (granul) glikogen. | - |
| Tidak Mempunyai sentrosom [centrosome]. | Mempunyai sentrosom [centrosome]. | Tidak Mempunyai sentrosom [centrosome]. | |||
| Tidak memiliki lisosom [lysosome]. | Memiliki lisosom [lysosome]. | ||||
| Nukleus lebih kecil daripada vakuola. | Nukleus lebih besar daripada vesikel. | Tidak memiliki nukleus dalam arti sebenarnya. |
Langganan:
Postingan (Atom)
