FOTOSINTESIS
Fotosintesis
adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan 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 dalam kehidupan di bumi.
Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di
atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis disebut
fotoautotrof.
Karbohidrat
merupakan senyawa karbon yang terdapat di alam sebagai molekul yang kompleks
dan besar. Karbohidrat sangat beraneka ragam contohnya seperti sukrosa,
monosakarida, dan polisakarida. Monosakarida adalah karbohidrat yang paling
sederhana. Monosakarida dapat diikat secara bersama-sama untuk membentuk dimer,
trimer dan lain-lain. Dimer merupakan gabungan antara dua monosakarida dan
trimer terdiri dari tiga monosakarida (John. W Kimball, 1998 :).
Karbohidrat digunakan
sebagai sumber energi dan bahan untuk membuat senyawa lain yang dibutuhkan
tumbuhan. Sebagian dari karbohidrat ini disimpan sebagai cadangan makanan. Jika
tumbuhan dimakan hewan atau manusia, maka terjadi perpindahan energi dari
energi matahari menjadi energi kimia dalam tumbuhan kemudian berpindah ke tubuh
hewan atau manusia. Jika hewan itu dimakan hewan lain, maka akan disertai pula
dengan perpindahan energi. Jadi sumber energi utama bagi kehidupan di bumi ini
adalah matahari. Reaksi fotosintesis pada tumbuhan memerlukan
klorofil, cahaya, dan karbondioksida. Tanpa adanya cahaya, tumbuhan sukar untuk
melakukan fotosintesis. Agar mendapatkan hasil yang optimal tumbuhan memilih
cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Dari reaksi tersebut akan
dihasilkan energi, air dan oksigen seperti persamaan reaksi berikut :
6CO2 + 6H2O
C6H12O6 +
6O2
karbon dioksida
air glukosa oksigen
Sachs(1860) :sarjana ini
membuktikan bahwa pada fotosintesis terbentuk karbohidrat amilum. Adanya amilum
dapat dibuktikan dengan pengujian menggunakan yodium. Amilum dengan yodium
memberikan warna hitam. Amilum hanya terdapat pada bagian daun yang hijau dan
terkena sinar matahari. Menurut percobaan sachs bahwa bagian daun yang tertutup
sepanjang hari tidak mengandung amilum. Percobaan sachs ini terkenal dengan uji
yodium. Pada tahun 1770, Joseph Priestley seorang ahli kimia Inggris memperlihatkan
bahwa tumbuhan mengeluarkan suatu gas yang dibutuhkan dalam pembakaran. Dia
mendemonstrasikan hal ini dengan cara membakar lilin dalam suatu wadah tertutup
sampai api mati. Lalu ia menyimpan setangkai tumbuhan mint dalam ruang tertutup
itu dan dapat mempertahankan nyala api sampai beberapa hari. Meskipun Priestley
tidak tahu jenis gas apa yang dikeluarkan tumbuhan, tetapi apa yang
dilakukannya memperlihatkan bahwa tumbuhan menghasilkan oksigen ke udara. ( D.
Dwidjoseputro.1980:7 )
Pada tahun 1799, seorang dokter berkebangsaan
Inggris bernama Jan Ingenhousz berhasil membuktikan bahwa proses fotosintesis
menghasilkan oksigen (O2). la melakukan percobaan dengan tumbuhan air Hydrilla
verticillata di bawah corong kaca bening terbalik yang dimasukkan ke dalam
gelas kimia berisi air. Jika Hydrilla verticillata terkena cahaya
matahari, maka akan timbul gelembung-gelembung gas yang akhirnya mengumpul di
dasar tabung reaksi. Ternyata gas tersebut adalah oksigen. Beliau juga
membuktikan bahwa cahaya berperan penting dalam proses fotosintesis dan hanya
tumbuhan hijau yang dapat melepaskan oksigen. ( D. Dwidjoseputro.1980:7 )
Energi
foton yang digunakan untuk menggerakkan elektron melawanan gradient panas di
dalam fotosistem I dari sebuah agen dengan tenaga reduksi kuat, yang secara
termodinamis mampu mereduksi CO2 di dalam fotosistem II dari air
dengan pelepasan O2, jika sebuah molekul pigmen menyerap sebuah
foton masuk ke dalam sebuah keadaan tereksitasi, karena satu elektronnya pada
keadaan dasar pindah ke orbit.
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.
(George
H. Fried, Ph. D. dan George J. Hademenos, Ph. D. ;2006: 68)
Reaksi gelap
Reaksi
gelap pada fotosintesis sebenarnya merupakan serangkaian reaksi, yang
melibatkan pengambilan CO2 oleh tumbuhan dan reduksi CO2
oleh atom hidrogen. Lintasan fiksasi karbondioksida pada fotosintesis reaksi
gelap, sering dinamai Siklus Calvin untuk menghormati penemunya. Seluruh reaksi
gelap terjadi di dalam stroma kloroplas. ( John W. Kimball.1998:184 )
PENGARUH CAHAYA
TERHADAP KLOROFIL
Keterangan
untuk fenomena ini ialah bahwa energy cahaya yang diserap ditransfer pada suatu
elektron pada molekul klorofil, sehingga mengangkatnya ke tingkat energy yang
lebih tinggi. Selama suatu electron menempati tingkat energy tinggi, maka
molekul klorofil itu disebut terangsang. Dalam keadaan terangsang itu berlalu
dengan cepat electron – elektronnya kembali ke tingkat energy semula. Dengan
demikian, electron itu mengeluarkan energy yang telah mengangkatnya pada
permulaan. Bila daun utuh disinari cahaya putih tidak tampak adanya fluoresensi.
Satu keterangan yang mungkin ialah bahwa sesuatu telah memindahkan electron
berenergi tinggi dalm molekul klorofil yang terangsang itu sebelum electron
tersebut dapat jatuh kembali. (John.W Kimball ;1998: 187)
FAKTOR PEMBATAS
LAJU FOTOSINTESIS
Persamaan
fotosintesis menunjukkan hubungan antara zat-zat yang dipakai selama dan
dihasilkan oleh proses tersebut. Karena laju fotosintesis tidak meningkat terus
secara tak terbatas dengan meningkatnya penyinaran, maka Blackman mengambil
kesimpulan bahwa paling tidak ada dua proses berlainan yang terlibat : satu,
suatu reaksi yamg memerlukan cahaya dan yang satu lagi, reaksi yang tidak
memerlukannya. Yang terakhir ini dinamai reaksi “gelap” walau dapat berlangsung
terus dalam terang. Blackman berteori bahwa pada intensitas cahaya sedang,
reaksi “terang” membatasi atau “melajukan” seluruh proses. Pada intensitas ini
reaksi gelap mampu menangani semua substansi intermediet yang dihasilkan reaksi
cahaya. Akan tetapi, dengan meningkatnya intensitas cahaya pada akhirnya akan
tercapai suatu titik yang pada saat itu terjadi reaksi gelap berlangsung pada
kapasitas maksimum. (John.W. Kimball; 1998 :180)
FAKTOR
UTAMA YANG MENENTUKAN LAJU FOTOSINTESIS
1.
Intensitas
Cahaya
Laju
fotosintesis masimum ketika banyak cahaya.
2.
Konsentrasi
Karbondioksida
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak
jumlah bahan yang dapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis
3.
Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalm proses fotosintesis hanya
dapat bekerja pada suhu optimalnya.
4.
Kadar
Air
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 baik, dan sebaliknya.
6.
Tahap
Pertumbuhan
Laju
fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang
tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan
lebih banyak energy dan makanan untuk tumbuh.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar