Fotosintesis (reaksi gelap dan terang )

Embed Size (px)

Text of Fotosintesis (reaksi gelap dan terang )

1. RESUME BIOKIMIA II REAKSI FOTOSINTESIS DISUSUN OLEH 1. SOFIAH MAWADDATI (E1M012062) 2. ASTERIA EWINDA PA (E1M0120) 3. ADRIYAN MUTMAYANI (E1M012001) 4. YULIANA FIRDAUS (E1M012069) 5. INDRASWARI (E1M012026) 6. MUHAMMAD WATONI (E1M012040) PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MATARAM 2015 2. FOTOSINTESIS A. Sejarah Penemuan Fotosintesis Pada awalnya, orang menganggap bahwa akar memakan tanah, seperti yang dikemukakan oleh Aristoteles. Tumbuhan hijau memperoleh zat-zat makanan dari dalam tanah, yaitu yang berasal dari perombakan atau penguraian organisme yang telah mati. Penguraian organisme mati menjadi bahan yang dapat diserap oleh akar tumbuhan hijau dilakukan oleh mikroorganisme. Konsep fotosintesis dimulai pada abad ke-17 ketika Jan Van Helmont menyatakan bahwa pertumbuhan dari tumbuhan disebabkan karena adanya air dan bukan disebabkan oleh tanah. Kemudian, pada tahun 1772, Joseph Priestley seorang ahli kimia dan pendeta berkebangsaan Inggris, melakukan penelitian dan menemukan bahwa ketika ia menutup sebuah lilin menyala dengan sebuah toples terbalik, nyalanya akan mati sebelum lilinnya habis terbakar. Ia kemudian menemukan bila ia meletakkan tikus dalam toples terbalik bersama lilin, tikus itu akan mati lemas. Dari kedua percobaan itu, Priestley menyimpulkan bahwa nyala lilin telah "merusak" udara di dalam toples itu dan telah menyebabkan matinya tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yang telah dirusak oleh lilin tersebut dapat dipulihkan oleh tumbuhan. Ia juga menunjukkan bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples tertutup asalkan di dalamnya juga terdapat tumbuhan. Selanjutnya, kita mengetahui bahwa tumbuhan menggunakan karbon dioksida yang dikeluarkan oleh hewan dan manusia, sedangkan hewan dan manusia menyerap oksigen yang dihasilkan oleh tumbuhan. Selanjutnya, pada tahun 1778, Jan Ingenhousz seorang dokter kerajaan Austria, mengulangi eksperimen Priestley. Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari juga berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat memulihkan udara yang "rusak". Ia juga menemukan bahwa tumbuhan juga mengotori udara pada keadaan gelap sehingga ia lalu menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah kemungkinan dapat meracuni penghuninya. Ingenhousz membuktikan bahwa pada proses fotosintesis dilepaskan gas oksigen. Hal ini dibuktikan dengan percobaan menggunakan tanaman air yaitu Hydrilla verticillata di bawah corong terbalik. Jika 3. tanaman tersebut kena cahaya, timbulah gelembung-gelembung udara yang akhirnya mengumpul di dasar tabung reaksi. Pada tahun 1782, Jean Senebier menyebutkan bahwa gas yang dibutuhkan oleh tumbuhan untuk fotosintesis adalah karbon dioksida yang merupakan sumber karbon bagi tumbuhan hijau. Pada tahun 1842, Julius Robert Mayer menyatakan bahwa energi cahaya matahari yang diserap oleh tumbuhan hijau selanjutnya diubah menjadi energi kimia. Pada tahun 1860, Julius Von Sachs membuktikan bahwa pada fotosintesis akan terbentuk karbohidrat atau amillum. Pada tahun 1905, Frederick Blackman menunjukan bahwa pada proses fotosintesis terjadi reaksi gelap yang tidak membutuhkan cahaya. Dan pada tahun 1937, Robert Hill berhasil mengikuti kegiatan kloroplas yang telah dipisahkan dari sel hidup. Kloroplas itu jika disinari mampu menghasilan oksigen. B. Pengertian Fotosintesis Fotosintesis berasal dari bahasa Yunani, yakni foto dan synthesis. Foto dapat diartikan sebagai cahaya sedangkan synthesis merupakan kata yang bermakna menggabungkan atau penggabungan. Secara sederhana, fotosintesis bisa diartikan sebagai proses pembuatan makanan yang dilakukan oleh tumbuhan berwarna hijau dengan melibatkan atau tidak cahaya matahari di dalamnya. Dan secara luas, bahwa fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Suatu organisme yang dapat melakukan proses fotosintesis dikenal dengan nama fototrof. Dan proses fotosintesis dapat terjadi pada tumbuhan hijau yang bersifat autotrof yakni dapat menyusun makanannya sendiri. Pada umumnya fotosintesis terjadi di daun, walaupun pada beberapa pohon fotosintesis dapat terjadi pada bagian batang atau diseluruh bagian tumbuhan yang mengandung klorofil. Yang mana, tumbuhan akan menangkap cahaya dengan menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil ini terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang 4. disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Dimana, membran stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli. Membran tilakoid ini tersusun dari lapisan fosfolipid bilayer yang diatur menjadi kantung-kantung pipih yang ditumpuk jadi satu. Dan lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk atau struktur tumpukan itu disebut grana. Maka, digrana dan membran tilakoidlah tempat yang mengandung klorofil. Kemudian klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Dimana cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan. Dalam proses fotosintesis juga, tumbuhan akan menyerap molekul karbondioksida diudara dan air dari tanah melalui daunnya yang nantinya akan menghasilkan gula dan juga oksigen. Kedua senyawa tersebut kemudian akan digunakan sebagai penyokong pertumbuhannnya. Sehingga persamaan rekaksi yang terjadi dalam proses fotosintesis adalah sebagai berikut: 6H2O + 6CO2 + cahaya C6H12O6 (glukosa) + 6O2 5. C. Tahap tahap Proses Fotosintesis Pada dasarnya rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama yaitu reaksi terang (memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbondioksida). 1. Reaksi Terang Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari (energi cahaya) akan diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untuk mensintesis NADPH dan ATP) di dalam kloroplas. Sehingga dalam reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Reaksi terang terjadi di dalam grana, persisnya di membran tilakoid. Salah satu pigmen yang berperan secara langsung dalam reaksi terang adalah klorofil a. Kemudian didalam membran tilakoid, klorofil bersama-sama dengan protein dan molekul organik berukuran kecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem. Beberapa ratus klorofil a, klorofil b, dan karotenoid membentuk suatu kumpulan sebagai pengumpul cahaya yang disebut kompleks antena. Sebelum sampai ke pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesis pertama kalinya. Sehingga dalam reaksi terang ini, melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I dan II. Setiap fotosistem tersebut mempunyai klorofil pusat reaksi yang berbeda, tergantung dari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofil pusat pada fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700nm (spektrumnya sangat merah), sedangkan fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680nm (spektrum merah). Fotosistem I berfungsi untuk menghasilkan NADPH sedangkan fotosistem II berfungsi untuk membuat potensial oksidasi cukup tinggi sehingga bisa memecah air. Pada reaksi terang, terdapat 2 kemungkinan aliran elektron yang dapat terjadi, antara lain: a) Aliran Elektron Non-siklik Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi menuju 6. molekul khusus yang disebut akseptor elektron primer dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Dimana molekul Air (H2O) diuraikan atau dipecahkan oleh oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim menjadi 2 ion hidrogen dan 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2. Hal ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid. Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H+ yang disebut sitokrom b6-f kompleks. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II adalah : 2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- 4H+ + O2 + 2PQH2 Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Maka akan menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah 2PQH2 + 4PC(Cu2+ ) 2PQ + 4PC(Cu+ ) + 4 H+ (lumen) Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I. Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, yang menerima elektron yang berasal dari H2O melalui kompleks inti PS II lebih dahulu. Ad