METABOLISME 2

Respirasi SelFotosintesis

Jalur Respirasi Aerobik dan Anaerobik

Rantai respirasi

Fotosintesis

• Fotosintesis merupakan proses sintesis molekul organik dengan menggunakan bantuan energi cahaya matahari

• Persamaan Umum Fotosintesis :6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2

• Fotosintesis pada tumbuhan dapat berlangsung apabila tersedia air, CO2, chlorofil dan cahaya

Air

donor hidrogen dan elektron diserap oleh akar dari

dalam tanah sinar matahari digunakan

untuk memisahkan air menjadi 2H+, 2e-, dan oksigen melalui proses fotolisis

Karbondioksida

• sumber carbon untuk pembentukan karbohidrat

• masuk ke dalam tumbuhan melalui stomata

Kloroplas

tempat berlangsungnya proses fotosintesis

memiliki membran ganda tersusun atas thylakoids dan

grana Ruangan dalam thylakoids

sumber hidrogen (H+) untuk produksi ATP

Memiliki sistem genetik sendiri

Gelombang Cahaya

Cahaya dan pigmen penyerap cahaya : penting untuk fotosintesis

Cahaya menyediakan energi untuk :

– Memindahkan elektron dari air ke NADP+

(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) membentuk NADPH;

– Menghasilkan ATP

ATP dan NADPH menyediakan energi dan elektron untuk mereduksi karbon dioksida (CO2) menjadi molekul organik

Pigmen penyerap cahaya fotosintesis

Pigmen : senyawa yang menyerap sinar

Pigmen fotosintetik utama :

a. Klorofil menyerap sinar violet, biru dan

merah, memantulkan cahaya hijau Pada tumbuhan ditemukan dua

bentuk klorofil (a, yang merupakan kelompok methyl, dan b, yang merupakan kelompok aldehid)

b. KarotenoidPigmen yang terlihat berwarna merah,kuning atau jinggamis. betacarotene yang merupakansumber utama vitamin A

c. Fikobilin Pigmen yang ditemukan pada cyanobacteria dan beberapa alga merah

Cahaya yang digunakan untuk proses fotosintesis

berada dalam spektrum radiasi elektromagnetik

dengan panjang gelombang 400 nm - 700 nm

Manfaat Fotosintesis

menghasilkan :

1. Glukosa

menyediakan bahan makanan (polimer α glukosa) dan materistruktural (polimer β glukosa)

2. Oksigen

a. Fotosintesis menghasilkan 21% oksigen di atmosphere

b. Sebagian oksigen bereaksi dengan cahaya matahari menghasilkan ozon (O3), yang melindungi kita dari radiasi sinar matahari yang membahayakan

Fotosintesis berlangsung dalam dua tahap

a. Reaksi transduksi energi b. Reaksi fiksasi Karbon

Reaksi transduksi energi Energi matahari ditangkap oleh

molekul pembawa energi

Proses ini berlangsung dalam keadaan terang dinamakan reaksi terang (tergantung cahaya)

i. Energi matahari digunakan untuk memisahkan molekul air

ii. Energi dari aliran ini digunakan untuk mengubah ADP menjadi ATP dan membentuk molekul pembawa elektron tambahan, yaitu NADPH

Proses fotolisis : sinar matahari digunakan untuk memisahkan air menjadi 2H+, 2e-, dan oksigen

Pada fotosintesis

• energi dari cahaya diubah melalui rantai transport elektron via ATP dan NADPH kembali ke energi dalam bentuk karbohidrat

• Jalur transport elektron merupakan bagian integral dari reaksi cahaya

• Cahaya diserap oleh pigmen,

– klorofil menyerap cahaya merah dan biru (penampakan klorofil – hijau) dan

– karotenoid menyerap sinar biru (penampakan karotenoid – kuning)

• Pada saat klorofil menyerap cahaya, elektron dipindahkan ke tingkat energi yang lebih tinggi dan energiditangkap dalam bentuk ikatan kimia

Pigmen terdapat pada grana (tumpukan membran tilakoid di dalam kloroplas), tempat semua reaksi fotosintesis berlangsung

250 - 400 molekul pigmen terorganisir ke dalam fotosistem

Fotosistem memiliki dua komponen :

1. Kompleks Antena molekul pigmen yang menyatukan energi matahari danmembawanya ke pusat reaksi

2. Pusat reaksi Kompleks molekul protein dan pigmen yang mampu mengubah energi cahaya menjadi energi kimiawi

Ketika P ditambahkan ke ADP (terbentuk ATP) menggunakan cahaya matahari fotofosforilasi

Energi yang ditangkap dalam ATP dan NADPH akan digunakanuntuk menjalankan tahap fotosintesis yang kedua, yaitu fiksasicarbon

b. Reaksi fiksasi Karbon

• Selama reaksi fiksasi karbon untuk membuat senyawa organik, terutama glukosa, akan digunakan ATP dan NADPH siklus Calvin

• Pada siklus Calvin, produk awal adalah senyawa 3-C jalur C3

• Fiksasi karbon berlangsung pada kloroplas di bagian stroma

• Senyawa awal yang terbentuk pada siklus Calvin adalah gula 5-C dengan 2 fosfat, yang dinamakan RuBP (Ribulose 1,5 bisphosphate)

Proses Fiksasi Carbon

1. CO2 akan masuk ke daun melalui stomata, enzim kemudian akan mengikatkan karbon pada RuBP membentuk senyawa 6-C

2. Senyawa 6-C akan segera dihidrolisa menjadi dua senyawa 3-C, yaitu PGA (asam fosfogliserat) fotosintesis C3

3. PGA kemudian direduksi menjadi PGAL (fosfogliseraldehid)

4. PGAL kemudian akan membentuk RuBP atau membentuk senyawa organik

Walaupun glukosa seringkali ditunjukkan sebagai hasil fotosintesis, umumnya hanya sedikit glukosa yang dihasilkan

Sebagian besar karbon yang difiksasi akan diubah baik menjadi sukrosa (disakarida), yang merupakan gula transport utama pada tumbuhan, atau pati, yang merupakan karbohidrat utama yang disimpan pada tumbuhan

Tumbuhan yang hanya menggunakan siklus Calvin dinamakantumbuhan C3 dan proses berlangsung di dalam mesofil daun.

Pada saat kondisi lingkungan panas/kering, tumbuhan harus menutup stomata suplai CO2 berkurang

Enzim RUBP carboksilase/oksigenase bekerja secara berbeda tergantung pada konsentrasi relatif CO2 dan O2

Pada kadar CO2 tinggi enzim ini akan membantu memfiksasi CO2 (carboxylse)

Pada kadar CO2 rendah, enzim berfungsi sebagai oxygenase, yang akan mengkonsumsi oxygen dan membebaskan carbon dioxide (fotorespiration)

Kecepatan fotosintesis

Fotorespirasi merupakan fenomena yang umum pada tumbuhan C3

Sebanyak 50% Karbon yang difiksasi mungkin akan dioksidasi kembali menjadi CO2 sehingga menyebabkan fotosintesis C3 tidak efisien

RUBISCO and carboxylation is inherently inefficient

C3 photosynthesis Photorespiration

2C 3C

VARIASI DALAM FOTOSINTESIS

I. Fotosintesis C4

Pada beberapa tumbuhan, CO2difiksasi menjadi senyawa 4-C, yaitu oksaloasetat tumbuhan C4

malat atau aspartat dipindahkan ke sel-sel seludang pembuluh

dekarboksilasi malat/aspartat karbon dioksida siklus Calvin (C3)

• Tumbuhan C4 teradaptasi dengan baik pada intensitas cahaya dan temperatur yang tinggi, dan pada kondisi kering tidak ada fotorespirasi

• Hal ini disebabkan enzim PEP carboxylase mengambil alih peran RUBP carboxylase/oxygenase (seperti yang ditemukan pada tumbuhan C3)

• Laju fotosintesis rumput-rumputan C4 2-3 lebih tinggi dibandingkan tumbuhan C3

• Contoh tumbuhan C4 adalah jagung dan tebu

II. Fotosintesis CAM (Crassulacean Acid Metabolism)

• Banyak tumbuhan sukulen,memiliki sistem yang miripdengan tumbuhan C4

mis. kaktus, Ananas comosus

• CAM (crassulacean acidmetabolism)

– ditemukan pertama kalipada anggota sukuCrassulaceae

– di siang hari, untukmencegah penguapan,stomata menutup

– Di malam hari akumulasikarbon dalam bentuk malatseperti pada tumbuhan C4.

Malat diubah menjadi asammalat dan disimpan untukdigunakan pada keesokan harinya

Perbandingan fiksasi CO2 pada tumbuhan C4 dan CAM