Definisi, Tempat Berlangsung, Dan Tahap - Tahap Fotosintesis

Fotosintesis

     Fotosintesis merupakan peristiwa penyusunan senyawa karbon organik (glukosa) dari senyawa karbon anorganik (karbon dioksida) dan air dengan bantuan energi cahaya. Reaksi fotosintesis dapat diringkas dengan persamaan berikut.

     Forosintesis hanya dapat dilakukan oleh organisme fotoautotrof, seperti tumbuhan hijau, ganggang, dan beberapa jenis bakteri tertentu. Organisme – organisme tersebut dapat melakukan fotosintesis karena memiliki pigmen fotosintetik yang merupakan perangkat untuk menangkap cahaya matahari. Yang termasuk pigmen fotosintetik, antara lain klorofil, karoten, fikoeritrin, dan fikosianin.

     Apakah peran cahaya matahari dalam fotosintesis? Cahaya matahari berperan sebagai sumber energi. Besar kecilnya energi yang dikandung cahaya bergantung pada panjang gelombangnya. Cahaya matahari yang dapat digunakan untuk fotosintesis adalah yang memiliki panjang gelombang tertentu. Sebagai contoh klorofil a hanya dapat menyerap secara maksimum cahaya dengan panjang gelombang sekitar 600 – 700 nm, sedangkan klorofil b menyerap cahaya dengan panjang gelombang 400-500 nm.

     Di antara pigmen – pigmen fotosintetik yang ada, klorofil merupakan pigmen utama. Klorofil atau zat hijau daun terdapat di dalam kloroplas. Dengan demikian, proses fotosintesis juga terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas dapat dijumpai pada daun, batang, atau kelopak bunga tumbuhan yang berwarna hijau. Jadi, proses fotosintesis dapat terjadi pada bagian tumbuhan yang berwarna hijau, tetapi terutama terjadi di dalam daun. Di daun, kloroplas banyak dijumpai pada jaringan bunga karang (spons) dan pada jaringan palisade atau jaringan tiang.

A. Tempat berlangsungnya fotosintesis

     Di dalam kloroplas terdapat butiran – butiran yang disebut granum (grana). Antara granum yang satu dan granum yang lain dihubungkan oleh suatu lamela yang disebut lamela antargranum. Suatu granum tersusun oleh unit yang disebut tilakoid. Klorofil a dan klorofil b terdapat di dalam membran tilakoid tersebut. Grana terdapat di dalam cairan yang disebut stroma.

     Pigmen penyerap cahaya yang tersusun atas klorofil a serta klorofil b terdapat pada membran tilakoid dan membentuk kelompok – kelompok yang disebut fotosistem. Fotosistem merupakan satuan fungsional penangkap cahaya. Satu fotosistem tersusun atas sekitar 200 molekul klorofil. Fotosistem ada dua, yaitu fotosistem I (FS I) dan fotosistem II (FS II)

     Fotosistem I sebagian besar tersusun oleh klorofil a sehingga menyerap cahaya dengan panjang gelombang 600-700 nm. Fotosistem II tersusun oleh banyak klorofil b sehingga menyerap cahaya dengan panjang gelombang 400-500 nm. Di dalam fotosistem terdapat molekul pigmen khusus berupa klorofil a yang dikombinasikan dengan protein khusus yang disebut pusat reaksi. Klorofil lainnya selain pusat reaksi, disebut penangkap cahaya atau molekul antena. Sesuai dengan namanya, pigmen – pigmen ini berfungsi untuk menyerap energi cahaya dan mengirimkannya ke pusat reaksi untuk diubang menjadi energi kimia.

B. Tahap – Tahap Fotosintesis
Reaksi fotosintesis terdiri atas dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

1. Reaksi Terang

     Reaksi terang terjadi jika ada cahaya matahari dan berlangsung di dalam bagian grana. Pada reaksi terang terjadi penyerapan energi matahari oleh klorofil untuk diubah menjadi energi kimia. Energi kimia ini tersimpan dalam dua jenis molekul berenergi tinggi, yaitu ATP dan NADPH. Pada saat reaksi terang terjadi fotolisis, yaitu penguraian air oleh cahaya yang menghasilkan ion hidrogen dan oksigen. Fotolisis merupakan pemasok elektron dalam reaksi terang.

   Selama reaksi terang terdapat dua jalur aliran elektron, yaitu fotofosforilasi nonsiklis dan fotofosforilasi siklis. Istilah fotofosforilasi digunakan karena elektron dibangkitkan energinya oleh foton cahaya dan kemudian menyumbangkan energinya untuk fosforilasi ADP guna menyintesis ATP.

     Pada fotofosforilasi nonsiklis, digunakan FS I dan FS II serta hanya ada satu arah aliran elektron, terutama dari air ke NADP+. Untuk setiap dua elektron yang masuk ke jalur ini, dihasilkan 2 ATP dan 1 NADPH.

   Fotofosforilasi siklis merupakan reaksi terang yang paling sederhana karena karena hanya melibatkan FS I. Aliran elektronnya membentuk siklus karena elektron yang tereksitasi yang berasal dari P700 pada pusat reaksi, sering kali kembali ke P700. Untuk setiap elektron yang masuk ke fotofosforilasi siklis, disintesis 1 ATP melalui kemiosmosis. Pada  jalur ini tidak membentuk NADPH.

2. Reaksi Gelap

     Reaksi gelap dapat berlangsung baik ada cahaya maupun tanpa cahaya. Reaksi ini terjadi di dalam bagian stroma. Pada reaksi gelap, ATP dan NADPH yang dihasilkan pada reaksi terang digunakan sebagai sumber energi untuk mereduksi karbon dioksida menjadi glukosa. Pembentukan glukosa dari karbon dioksida adalah melalui siklus Calvin Benson.

     Mula – mula, karbon dioksida difiksasi oleh molekul akseptor karbon dioksida, yaitu ribulosa 1,5-bifosfat (RuBP), suatu gula berkarbon lima, menghasilkan dua molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P) atau fosfogliseraldehid (PG).  Reaksi karboksilasi ini dikatalisis oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase (rubisko). Kemudian, tiap G3P difosforilasi menggunakan ATP, lalu direduksi menggunakan NADPH membentuk dua molekul gliseraldehid 3-fosfat atau triosa fosfat (gula berkarbon tiga). Selanjutnya dengan menggunakan ATP, beberapa molekul triosa fosfat digunakan untuk meregenerasi RuBP melalui serangkain reaksi guna menyediakan lebih banyak akseptor karbon dioksida sehingga siklus dapat berlanjut.

   Molekul triosa fosfat yang tersisa diubah menjadi senyawa organik lainnya (meliputi monosakarida, disakarida, polisakarida, lemak, dan protein). Untuk setiap enam molekul triosa fosfat yang terbentuk, hanya satu yang digunakan untuk membentuk produk fotosintesis, sedangkan lima molekul lainnya didaur ulang untuk membentuk RuBP.