View
251
Download
10
Category
Preview:
Citation preview
FOTOSINTESIS
Proses yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia
• Fotosintesis terjadi di kloroplas• Daun pada tanaman merupakan tempat utama
terjadinya fotosintesis
Vein
Leaf cross section
Mesophyll
CO2 O2Stomata
Light energy
ECOSYSTEM
CO2 + H2O
Photosynthesisin chloroplasts
Cellular respirationin mitochondria
Organicmolecules + O2
ATP
powers most cellular work
Heatenergy
Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem sebagai cahaya matahari dan meninggalkannya dalam bentuk panas
Fotosintesis• Proses dimana organisme
yang memiliki kloroplas mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia
• Melibatkan 2 lintasan
metabolik
• Reaksi terang: mengubah energi matahari menjadi energi seluler
• Siklus Calvin: reduksi CO2 menjadi CH2O
LightChloroplast
NADP
ADP+ P
RuBP3-PGA
Lightreactions
Calvincycle
Electrons G3P Cellularrespiration
Cellulosse
StarchOther organiccompounds
Persamaan Fotosintesis• Fotosintesis
6CO2 +6H20 + light C6H1206 + 6O2
Reduksi CO2 menjadi karbohidrat melalui oksidasi carrier energi (ATP, NADPH)
Reaksi terang memberi energi pada carrier
Reaksi gelap (siklus Calvin) menghasilkan PGAL (phosphoglyceraldehyde)
Pada fotosintesis
Fotosintesis terdiri dari dua proses yaitu-Reaksi terang-Siklus Calvin
• Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang). Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma
• Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas
• Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat terjadi siklus Calvin
Struktur kloroplasChloroplast
Mesophyll
5 µm
Outermembrane
Intermembranespace
Innermembrane
Thylakoidspace
ThylakoidGranumStroma
1 µm
cahaya
• Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk gelombang
• Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang gelombang dengan energi
• Panjang gelombang tinggi maka energi rendah
Spektrum tampak
-termasuk warna-warna cahaya yang dapat kita lihat
-termasuk panjang gelombang yang menjalankan fotosintesis
Pigmen-Substansi yang menyerap cahaya tampak-Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi paling sedikit menyerap panjang gelombang hijau
PigmenKlorofil aKlorofil bKarotenoid
KaroteneXantofil
• Spektrum aksi pigmen– Efektivitas relatif panjang gelombang yang
berbeda dalam menjalankan fotosintesis
Rate
of p
hoto
synt
hesis
(mea
sure
d by
O2 r
elea
se)
Action spectrum. Plot antara kecepatan fotosintesis vs panjang gelombang. Sepktrum aksi mewakili spektrum absorpsi klorofil a tetapi tidak benar-benar tepat. Hal ini karena penyerapan cahaya oleh pigmen aksesoris seperti klorofil b dan karotenoid.
• Spektrum aksi fotosintesis– Ditunjukkan oleh Theodor W. Engelmann
400 500 600 700
Aerobic bacteria
Filamentof alga
Engelmann‘s experiment. Tahun 1883, Theodor W. Engelmann menyinari alga filamen dengan cahaya yang telah dilewatkan ke prisma, sehingga segmen yang berbeda dari alga mendapat panjang gelombang yang berbeda. Digunakan bakteri aerob yang terkonsentrasi dekan sumber oksigen untuk menentukan segmen alga yang paling banyak mengeluarkan O2. Bakteri berkumpul dalam jumlah besar disekitar alga yang mendapat cahaya biru-violet dan merah.
cahaya biru-violet dan merah paling efektif dalam fotosintesis
Klorofil a
• Klorofil a adalah pigmen yang secara langsung berpartisipasi dalam reaksi terang
• Pigmen lain menambahkan energi ke klorofil a
• Penyerapan cahaya meningkatkan elektron ke orbital energi yang lebih tinggi
• Klorofil tereksitasi oleh cahaya• Saat pigmen menyerap cahaya
– Klorofil tereksitasi dan menjadi tidak stabil
Excitedstate
Ener
gy o
f ele
ctio n
Heat
Photon(fluorescence)
Chlorophyllmolecule
GroundstatePhoton
e–
Fotosistem• Kumpulan pigmen dan
protein yang berasosiasi dengan membran tilakoid yang memanen energi dari elektron yang tereksitasi
• Energi yang ditangkap ditransfer antara molekul fotosistem sampai mencapai molekul klorofil pada pusat reaksi
• Pada pusat reaksi terdapat 2 molekul– Klorofil a– Akseptor elektron
primer
• Pusat reaksi klorofil dioksidasi dengan hilangnya elektron melalui reduksi akseptor elektron primer
• Terdapat fotosistem I dan II
• Membran tilakoid– Terdapat 2 tipe fotosistem
yaitu fotosistem I dan II
Aliran elektron• Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada
akseptor elektron primer• Kedua jalur
– Dimulai dengan penangkapan energi foton– Menggunakan rantai transport elektron dengan sitokrom
untuk kemiosmosis• Aliran elektron nonsiklik
– Menggunakan fotosistem II dan I– Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh
elektron yang didonasikan oleh air– Mensintesis ATP dan NADPH– Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+
• Aliran elektron siklik– Hanya menggunakan fotosistem I– Elektron dari fotosistem I di-recycle– Mensintesis ATP
Menghasilkan NADPH, ATP, dan oksigenNonsiklik
Aliran siklik– Hanya fotosistem I yang digunakan– Hanya ATP yang dihasilkan
Reaksi terang dan kemiosmosis:Organisasi membran tilakoid
LIGHTREACTOR
NADP+
ADP
ATP
NADPH
CALVINCYCLE
[CH2O] (sugar)STROMA(Low H+ concentration) Photosystem II
LIGHTH2O CO2
Cytochromecomplex
O2
H2O O21
1⁄2
2
Photosystem ILight
THYLAKOID SPACE(High H+ concentration)
STROMA(Low H+ concentration)
Thylakoidmembrane
ATPsynthase
PqPc
Fd
NADP+
reductase
NADPH + H+
NADP+ + 2H+
ToCalvincycle
ADP
PATP
3
H+
2 H++2 H+
2 H+
Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi CO2 menjadi gula
• Siklus calvin – Terjadi di stroma
• Siklus Calvin memiliki 3 tahap– Fiksasi karbon– Reduksi– Regenerasi akseptor CO2
Siklus Calvin
(G3P)
Input(Entering one
at a time)CO2
3
Rubisco
Short-livedintermediate
3 P P
3 P PRibulose bisphosphate
(RuBP)
P
3-Phosphoglycerate
P6 P
6
1,3-Bisphoglycerate6 NADPH
6 NADPH+
6 P
P6
Glyceraldehyde-3-phosphate(G3P)
6 ATP
3 ATP
3 ADP CALVINCYCLE
P5
P1G3P
(a sugar)Output
LightH2O CO2
LIGHTREACTION
ATP
NADPH
NADP+
ADP
[CH2O] (sugar)
CALVINCYCLE
O2
6 ADP
Glucose andother organiccompounds
Phase 1: Carbon fixation
Phase 2:Reduction
Phase 3:Regeneration ofthe CO2 acceptor(RuBP)
Siklus Calvin
• Dimulai dari CO2 dan menghasilkan Glyceraldehyde 3-phosphate
• Tiga bagian siklus Calvin menghasilkan 1 produk molekul
• Tiga tahap– Fiksasi karbon– Reduksi CO2– Regenerasi RuBP
1 Sebuah molekul CO2 dikonversi dari bentuk inorganiknya menjadi molekul organik (fixation) melalui pengikatan ke gula 5C (ribulose bisphosphate atau RuBP). – Dikatalisasi oleh enzim
RuBP carboxylase (Rubisco).
• Bentuk gula 6C pecah menjadi 3-phosphoglycerate
2 Tiap molekul 3-phosphoglycerate menerima tambahan grup fosfat membentuk 1,3-Bisphosphoglycerate (fosforilasi ATP)
• NADPH dioksidasi dan elektron yang ditransfer ke 1,3-Bisphosphoglycerate memecah molekul dengan tereduksi menjadi Glyceraldehyde 3-phosphate
3 Tahap terakhir dari siklus ini adalah regenerasi RuBP
• Glyceraldehyde 3-phosphate dikonversi menjadi RuBP melalui sebuah seri reaksi yang melibatkan fosforilasi molekul oleh ATP
• Tanaman C4 meminimalkan keperluan fotorespirasi– dengan cara menggabungkan CO2 ke dalam senyawa
empat karbon di sel mesofil
• Senyawa empat karbon tersebut– Dieksport ke sel berkas pembuluh, dimana CO2
dilepaskan yang digunakan dalam siklus Calvin
Tanaman C4
• Anatomi daun C4 dan jalur C4
CO2
Mesophyll cell
Bundle-sheathcell
Vein(vascular tissue)
Photosyntheticcells of C4 plantleaf
Stoma
Mesophyllcell
C4 leaf anatomy
PEP carboxylase
Oxaloacetate (4 C) PEP (3 C)
Malate (4 C)
ADP
ATP
Bundle-Sheathcell CO2
Pyruate (3 C)
CALVINCYCLE
Sugar
Vasculartissue
CO2
• Tanaman CAM– Membuka stomatanya pada malam hari,
menggabungkan CO2 ke dalam asam organik
• Selama siang hari, stomata tertutup– CO2 dilepaskan dari asam organik untuk
digunakan dalam siklus Calvin
• Jalur CAM mirip dengan jalur C4
Spatial separation of steps. In C4 plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in differenttypes of cells.
(a) Temporal separation of steps. In CAM plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in the same cellsat different times.
(b)
PineappleSugarcane
Bundle-sheath cell
Mesophyll Cell
Organic acid
CALVINCYCLE
Sugar
CO2 CO2
Organic acid
CALVINCYCLE
Sugar
C4 CAM
CO2 incorporatedinto four-carbonorganic acids(carbon fixation)
Night
Day
1
2 Organic acidsrelease CO2 toCalvin cycle
Recommended