Fotosintesis
adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa
jenis bakteri
untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya.
Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam
fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga
berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi.
Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti
cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi
karbon
karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi)
menjadi gula sebagai
molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi
karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan
oleh sejumlah bakteri belerang.
Fotosintesis
pada tumbuhan
Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya
dapat mensintesis makanan langsung. dari senyawa anorganik. Tumbuhan
menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang
diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari
fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa berikut
ini:
6H2O
+ 6CO2 + cahaya → C6H12O6
(glukosa) + 6O2
Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa
dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi
seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang
terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi,
gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan
karbon dioksida, air, dan energi kimia.
Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen
yang disebut klorofil.
Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam
organel yang disebut kloroplas. 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. 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.
Proses
fotosintesis
Hingga sekarang fotosintesis masih terus
dipelajari karena masih ada sejumlah tahap yang belum bisa dijelaskan, meskipun
sudah sangat banyak yang diketahui tentang proses vital ini. Proses
fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri.
Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya
fotosintesis adalah daun. Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas
berpotensi untuk melangsungkan reaksi ini. Di organel inilah tempat
berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis (disebut
fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih
dahulu.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis
dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan
cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan
karbon dioksida).
Reaksi terang
Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi
NADPH2. Reaksi ini
memerlukan molekul air.
Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.
Pigmen
klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna biru (400-450 nanometer) dan merah
(650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600 nanometer). Cahaya hijau ini
akan dipantulkan dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi
bahwa daun berwarna hijau. Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi
pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. Hal ini karena panjang gelombang
yang pendek menyimpan lebih banyak energi.
Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul
klorofil untuk dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi. Tumbuhan memiliki dua jenis
pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu
fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil
yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, sedangkan fotosistem
I 700 nanometer. Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam
fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat.
Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi
molekul klorofil pada fotosistem II, membuatnya melepaskan elektron yang akan
ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari elektron ini
digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP, satuan pertukaran
energi dalam sel. Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau
kekurangan elektron yang harus segera diganti. Pada tumbuhan dan alga,
kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang
terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah
elektron dan oksigen.
Oksigen dari proses fotosintesis hanya
dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida. Pendapat ini pertama kali
diungkapkan oleh C.B. van Neil yang mempelajari bakteri fotosintetik pada tahun
1930-an.
Bakteri fotosintetik, selain sianobakteri, menggunakan tidak menghasilkan
oksigen karena menggunakan ionisasi sulfida atau hidrogen.
Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem
II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer
sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH.
Reaksi gelap
ATP
dan NADPH yang dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu berbagai proses
biokimia. Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus Calvin yang mengikat
karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan kemudian menjadi gula seperti
glukosa). Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak bergantung pada ada
tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun dalam keadaan gelap (tanpa
cahaya).
Faktor penentu laju fotosintesis
Berikut
adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis:
1.
Intensitas cahaya
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
2.
Konsentrasi karbon dioksida
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3.
Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
4.
Kadar air
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
5.
Kadar fotosintat (hasil
fotosintesis)
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
6.
Tahap pertumbuhan
Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.
Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.
0 komentar:
Post a Comment