Reaksi Gelap Fotosintesis

HermanAnis.com. Reaksi gelap Fotosintesis menggunakan ATP dan NADPH yang dihasilkan oleh reaksi terang untuk mengubah karbondioksida menjadi karbohidrat.

A. Apa yang dimaksud dengan fotosintesis?

Fotosintesis adalah suatu proses metabolisme pada tanaman untuk membentuk karbohidrat yang menggunakan karbondioksida (CO₂) dari udara bebas dan air (H₂O) dari dalam tanah dengan bantuan cahaya matahari dan klorofil.

Pada dasarnya fotosintesis adalah proses perubahan energy cahaya matahari menjadi energy kimia yang tersimpan dalam sel berupa gula. Inilah yang membedakan tumbuhan dengan hewan dan manusia.

Selain tumbuhan tingkat tinggi, fotosintesis juga terjadi pada tumbuhan pakis, lumut, ganggang (hijau, biru, merah, dan coklat), berbagai mikroba (protozoa dari golongan Euglena, bakteri belerang ungu Thiorhodaceae dan bakteri belerang biru Chlorobacteriaceae).

Pada tumbuhan hijau dan alga, fotosintesis berlangsung di dalam kloroplas yang mengandung klorofil (Gambar 1). Sedangkan pada bakteri berlangsung di dalam membrane plasma bakteri atau dalam invaginations darinya yang di sebut kromatofor.

Tumbuhan tinggi mengandung 2 macam klorofil yaitu klorofil a (berwarna hijau tua) dan klorofil b (berwarna hijau muda). Rumus molekul klorofil a dan b di sajikan pada Gambar 1.

Pada umumnya sel fotosintesis mengandung satu atau lebih pigmen klorofil yang berwarna hijau,tetapi sel fotosintesis lainnya seperti ganggang dan bakteri, berwarna coklat, merah atau ungu.

Hal ini di sebabkan oleh adanya pigmen lain di samping klorofil, yaitu pigmen pelengkap seperti karotenoid yang berwarna kuning, merah atau ungu dan pigmen fikobilin yang berwarna biru atau merah.

Baca Juga: Organ Penyusun Sistem Pernapasan Manusia Beserta Fungsinya

Seperti halnya klorofil, karotenoid dan fikobilin juga mempunyai kemampuan untuk menangkap energy matahari, tetapi pada panjang gelombang sinar tampak yang tidak tercakup oleh pigmen klorofil.

Jadi, pigmen tersebut berperan sebagai pelengkap penerima cahaya. Energi matahari yang di terima oleh pigmen pelengkap harus di pindahkan terlebih dahulu ke molekul klorofil sebelum di gunakan untuk fotosintesis.

Karotenoid terdapat dalam jaringan fotosintesis tumbuhan tinggi, ganggang dan bakteri fotosintesis. Pada tumbuhan tinggi, karotenoid terdapat dalam kloroplas, khususnya di dalam grana, tersebar dalam buah, bunga, dan akar.

Pada bakteri terdapat pada kromofornya. Daun berbagai tumbuhan hijau mengandung macam karotenoid yang sama, yaitu β-karoten, lutein, violasantin, dan neosantin.

Dari sekitar 300 jenis karotenoid yang telah di ketahui ada di alam, dua diantaranya yang utama terdapat dalam kloroplas adalah karoten dan santofil.

Karoten adalah suatu hidrokarbon isoprenoid yang tidak mengandung atom oksigen, sedangkan santofil mempunyai struktur yang mirip dengan karoten tetapi mengandung oksigen pada kedua ujung molekulnya.

β-karoten adalah senyawa karoten yang paling banyak terdapat di alam, terutama tumbuhan hijau. Karoten lainnya adalah likopen, α-karoten, γ-karoten dan δ-karoten.

Likopen adalah pigmen utama yang terdapat pada buah-buahan, seperti tomat, γ-karoten banyak terdapat dalam jamur, dan α-karoten bersama β-karoten dalam daun-daunan.

Fikobilin terdapat pada ganggang merah dan biru, tetapi tidak pada tumbuhan tinggi. Sinar yang paling efektif untuk fotosintesis adalah sinar merah yang bergelombang panjang (lebih dari 680 nm) dan sinar violet biru yang bergelombang pendek (440 – 480 nm).

Sinar yang jatuh pada permukaan daun hanya sekitar 1–2% di gunakan untuk fotosintesis, yang lainnya di pantulkan, di transmisikan atau di serap dalam bentuk panas (Gambar 2)

Jenis Reaksi fotosintesis berlangsung dalam 2 fase yang berbeda, yaitu :

• Reaksi terang fotosintesis: terjadi dalam membrane tilakoid , menggunakan energy cahaya matahari untuk memecah molekul air (2H₂O –> 2H⁺ + O₂ + 2^e-).
  Oksigen di lepas ke udara untuk membentuk molekul oksigen, sedangkan hydrogen di tangkap oleh NADP menjadi NADPH₂.
  Penangkapan energy cahaya selain untuk fotolisis juga di gunakan untuk pengubahan ADP (Adenosin Difosfat) menjadi ATP (Adenosin Trifosfat) yang di sebut fosforilasi. Jadi, pada reaksi terang di hasilkan NADPH dan ATP.

• Reaksi gelap fotosintesis: terjadi dalam stroma (Gambar 3), menggunakan NADPH dan ATP untuk membentuk glukosa dari CO₂ dan H₂O yang selanjutnya di gunakan untuk membentuk senyawa pati, selulosa dan polisakarida lainnya sebagai hasil akhir proses fotosintesis.
  Reaksi gelap fotosintesis pada prinsipnya adalah pemindahan hidrogen dari air hasil hidrolisis pada fase terang oleh pembawa hidrogen (NADPH₂) ke asam organic berenergi rendah untuk membentuk karbohidrat yang berenergi tinggi.
  Sedangkan reaksi reduksi ini adalah penambahan electron dan atom hydrogen ke karbondioksida yang berakhir dengan terbentuknya unit gula

B. Tahapan Reaksi Terang Fotosintesis

Sinar matahari di serap oleh molekul klorofil, yang masing-masing merupakan magnesium porfirin. Pigmen pelengkap, seperti karotenoid, menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lain sehingga memaksimalkan penyerapan cahaya.

Kemudian pigmen tersebut di tata sebagai fotosistem, tiap fotosistem terdiri atas kompleks antena dan satu pusat reaksi fotosintesis.

Kompleks antena memiliki beberapa ratus molekul klorofil dan pigmen pelengkap yang berkumpul bersama dalam membrane tilakoid.

Bila klorofil kena cahaya matahari, energinya akan bertambah yang menyebabkan elektron tereksitasi. Energi eksitasi pindah ke pusat reaksi fotokimia.

Dalam reaksi terang fotosintesis terdapat 2 pusat reaksi fotokimia yaitu :

1. Fotosistem I: merupakan kompleks klorofil a dengan protein khusus, di eksitasi oleh kuantum cahaya pada panjang gelombang 700nm sehingga di tandai dengan P700 (P untuk pigmen)
2. Fotosistem II: merupakan kompleks protein-klorofil yang menyerap cahaya maksimum pada panjang gelombang 680nm sehingga di sebut P680.

Kedua fotosistem ini di hubungkan oleh pembawa electron yang lain. Ketika di susun menurut potensial redoksnya, berbagai komponen tersebut terlihat seperti huruf Z sehingga di sebut sebagai skema Z (Gambar 4).

Urutan reaksi selama absorpsi cahaya (perhatikan Gambar 4) adalah sebagai berikut :

1. Cahaya di panen oleh klorofil kompleks antenna dari fotosistem II dan energinya di salurkan ke arah pusat reaksi di mana P680 berada.
2. P680 yang tereksitasi memancarkan electron berenergi tinggi yang di berikan ke plastoquinon (Pq), suatu kuinon bergerak dalam membrane tilakoid.
   Hal ini meninggalkan P680 sebagai kation (P680⁺). Plastokuinon menerima total dua elektron dan dua ion H⁺ untuk membentuk P_qH₂.
3. P680⁺ mengektrak electron dari air sehingga kembali ke keadaan tak tereksitasi.
4. Elektron selanjutnya di berikan oleh P_qH₂ ke plastosianin (P_c) melalui kompleks sitokrom bf (di sebut juga kompleks sitokrom b₆f).
   Plastosianin merupakan protein mengandung tembaga yang menerima electron dengan tembaga yang berubah-ubah antara keadaan Cu²⁺ dan CU⁺.
5. Energi cahaya yang jatuh pada kompleks antenna PS I di salurkan ke pusat reaksi.
   Di sini P700 tereksitasi dan memancarkan electron berenergi tinggi ke feredoksin (P_d), suatu kumpulan protein yang mengandung setidaknya satu kumpulan FeS, menjadi kation P700⁺.
   P700⁺ menerima electron dari plastosianin sehingga kembali ke keadaan tak tereksitasi.
6. Dua electron berenergi tinggi dari dua molekul peredoksin tereduksi kini di transfer ke NADP⁺ untuk membentuk NADPH. Reaksi ini di lakukan oleh NADP reduktase.

C. Pembentukan ATP (fotofosforilasi)

Selama proses transfor electron pada skema Z, ion H⁺ yang di lepaskan ketika PS II mengoksidasi air untuk menghasilkan oksigen itu di lepaskan ke dalam ruang tilakoid sedangkan H+ yang digunakan untuk mereduksi NADP⁺ menjadi NADPH oleh NADH reduktase diambil dari stroma.

Dengan memikian kedua reaksi ini juga berkontribusi pada gradient proton. Gradien proton mengarahkan sintesis ATP melalui ATP sintase yang terletak dalam membrane tilakoid.

Ini di sebut sebagai fotofosforilasi dan analog dengan sintesis ATP melalui gradient proton selama fosforilasi oksidatif dalam mitokondria.

D. Reaksi gelap Fotosintesis

Reaksi gelap fotosintesis menggunakan ATP dan NADPH yang di hasilkan oleh reaksi terang untuk mengubah karbondioksida menjadi karbohidrat. Produk akhir Reaksi gelap Fotosintesis adalah sukrosa dan pati.

Kemudian, reaksi fiksasi karbon kunci di katalisis oleh enzim besar yang di sebut ribulosa bifosfat karboksilase (di singkat menjadi rubisko) yang terletak di dalam stroma.

Lebih lanjut, reaksi gelap fotosintesis mengkondensasi molekul CO₂ dengan ribulosa 1,5-bifosfat (molekul lima karbon) untuk memproduksi intermediet enam karbon sementara yang dengan cepat terhidrolisis menjadi dua molekul 3-fosfogliserat.

Rubisko adalah enzim yang sangat lambat, memfiksasi hanya tiga molekul substratnya setiap detik sehingga di butuhkan dalam jumlah yang besar.

Reaksi rubisko membentuk sebagian dari siklus reaksi yang di sebut siklus Kalvin, yang mengarah pada regenerasi ribulosa 1,5-bifosfat (siap memfiksasi CO2 yang lain) dan produksi total gliseraldehid 3-fosfat untuk sintesis sukrosa dan pati.

Tiga molekul CO2 harus di ikat untuk menciptakan satu molekul gliseraldehid 3-fosfat (molekul tiga karbon).

Konversi gliseraldehid 3-fosfat menjadi ribulosa 1,5-bifosfat dalam siklus tersebut membutuhkan tujuh enzim termasuk transketolase dan aldolase.

Banyak gleseraldehid 3-fosfat yang di produksi oleh siklus Kalvin dalam kloroplas yang di keluarkan ke sitosol dan di gunakan untuk memproduksi di sakarida, sukrosa. Pertama-tama gleseraldehid 3-fosfat di ubah menjadi fruktosa 6-fosfat dan glukosa 1-fosfat.

Glukosa 1-fosfat kemudian di ubah menjadi UDP-glukosa dan bereaksi dengan fruktosa 6-fosfat untuk mensintesis sukrosa 6-fosfat. Hidrolisis sukrosa 6-fosfat menghasilkan sukrosa.

Ini adalah gula utama yang yang di transformasikan di antara sel-sel tumbuhan, analog dengan pasokan glukosa melalui aliran darah ke jaringan tubuh hewan.

Jika hewan menyimpan kelebihan karbohidrat dalam bentuk glikogen, maka tumbuhan melakukannya dalam bentuk pati (starch).

Pati di produksi dalam stroma kloroplas dan di simpan di sana sebagai starch grains. Sintesis starch terjadi dari ADP-glukosa, CDP-glukosa, atau GDP glukosa (tetapi bukan UDP-glukosa).

Jalur ini melibatkan konversi gliseraldehid 3-fosfat (dari siklus Kalvin) menjadi glukosa 1-fosfat yang kemudan di gunakan untuk mensintesis turunan gula nukleotida.

Setelah membaca tulisan ini, silahkan mudah-mudahan teman-teman dapat memberikan penjelasan tentang topik ini!

1. sumber energi utama dalam peristiwa fotosintesis
2. jaringan yang berfungsi menyebarkan hasil fotosintesis ke seluruh bagian
3. apa yang di hasilkan dari proses fotosintesis

Baca Juga:

• Transformasi Energi dalam Sel
• Sumber Energi
• Bagaimana Mekanisme Pengangkutan Air dari Akar menuju Daun?
• Apa yang menjadi Objek Pengamatan IPA?

Sumber:
https://simdos.unud.ac.id/uploads/file_pendidikan_dir/a1d04c3b9e3dc280961bb70c95ebc83d.pdf