Proses Fotosintesis pada Tumbuhan dan Reaksi Fotosintesis

Pengertian Fotosintesis dan Proses Fotosintesis

Belajar itu mudah, kalian ingat yah kalimat ini, belajar itu mudah. Kali ini kita akan belajar tentang pengertian fotosintesis dan proses fotosintesis pada tumbuhan lengkap dengan reaksi fotosintesis pada tumbuhan dan hasil fotosintesis nya.

Kalian pasti sudah sering dengar istilah fotosintesis ketika sedang mempelajari tentang ciri ciri kehidupan, atau mempelajari tentang bagaimana tumbuhan memperoleh makanannya. Nah kuncinya adalah fotosintesis.

Fotosintesis sendiri adalah sebuah kata yang disusun atas dua kata yaitu foto dari kata photon dan sintesis. Artinya membuat sesuatu menggunakan cahaya.

Pengertian fotosintesis adalah proses perubahan energi cahaya menjadi energi kimia yang untuk membantu reaksi kimia yang terjadi untuk membentuk makanan.

Fotosintesis sering disinonimkan dengan kata asimilasi artinya menyusun.

Fotosintesis sendiri adalah salah satu dari proses metabolisme yaitu anabolisme. Anabolisme berarti proses metabolisme yang menyusun zat zat mikro menjadi zat zat makromolekul.

Untuk pengertian fotosintesis yang lengkap selengkapnya kita akan coba definisikan bersama setelah kita bahas reaksi fotosintesis pada tumbuhan dan hasil fotosintesisnya.

Reaksi Fotosintesis

Bagi yang bertanya bagaimana reaksi fotosintesis yang terjadi pada tumbuhan maka jawabannya seperti dibawah ini:

Kalian dapat lihat pada reaksi kimia diatas, bahwa hanya dengan air dan karbondioksida, tumbuhan dapat membuat gula (sugar) yang dapat digunakan sebagai energi seluler dan juga membangun tubuh tumbuhan dengan menumpuknya menjadi amilum.

Selain itu, berdasarkan reaksi fotosintesis diatas, terlihat bahwa dihasilkan juga oksigen sebagai hasil fotosintesis.

Jadi hasil fotosintesis tumbuhan berdasarkan reaksi fotosintesis diatas adalah

Gula (C₆H₁₂O₆) dan juga oksigen (O₂)

Karena kali ini kita cuman bahas tumbuhan jadi saya batasi ke fotosintesis pada tumbuhan saja yah, karena ada banyak reaksi fotosintesis sebenarnya, cuman untuk tumbuhan, reaksi fotosintesisnya seperti diatas karena tumbuhan hanya membutukan air sebagai reaktan dalam proses fotosintesis yang bergantung cahaya (light dependent reaction) dan juga sebagai hasil dalam proses fotosintesis Calvin Benson (light independet reaction) yang tidak membutuhkan cahaya.

Dari reaksi fotosintesis diatas, kalian harus pahami satu hal yang sering di “salah artikan” banyak orang khususnya pelajar SMA, SMP dan bahkan anak kuliahan

Tumbuhan tidak membentuk “makanan” dengan cahaya mahatari tetapi menggunakan bantuan cahaya matahari untuk membentuk makanan (gula / karbohidrat). Tumbuhan membentuk makanan menggunakan karbon dioksida dan air untuk membentuk gula (karbohidrat)

Jadi kalian jangan lagi katakan bahwa cahaya matahari itu diubah menjadi makanan oleh tumbuhan dengan cara fotosintesis yah. Cahaya matahari hanya sumber energi dan fotosintesis adalah metode untuk menggunakan cahaya matahari dalam memfasilitasi pembentukan makanan tersebut.

Proses Fotosintesis

Sebelum terlalu jauh kita membahas fotosintesis, mari review dan tetapkan beberapa poin yang harus kalian ingat sebelum melangkah jauh kedalam proses fotosintesis dan bagan proses fotosintesis

1. Bagaimana cara tumbuhan membuat makanan, untuk poin pertama ini kalian harus ingat dibutuhkan 2 hal yaitu Karbon dioksida dan Air sebagai bahannya dan Cahaya matahari (atau foton) sebagai sumber energi reaksinya.

2. Bagaimana cara tumbuhan memperoleh ketiga bahan tersebut untuk fotosintesis

• Karbondioksida yang berasal dari udara masuk ke dalam tumbuhan melalui celah celah kecil di daun. Kita kenal dengan nama stomata. Ini adalah salah satu fungsi stomata.
• Air diserap oleh akar dan sampai ke daun dan seluruh tubuh tumbuhan melalui pembuluh angkut. Untuk sebagian tumbuhan hanya menggunakan difusi antar sel.
• Cahaya matahari diserap oleh pigmen fotosintesis yaitu klorofil yang ada di daun.

3. Apa yang terjadi selama proses fotosintesis

• Hal yang terjadi selama proses fotosintesis adalah klorofil menyerap energi matahari
• Energi matahari tersebut digunakan untuk memecah air (hidrolisis) dalam hidrogen dan oksigen.
• Hidrogen dan karbondioksida digunakan untuk membentuk glukosa ataupun makanan untuk tumbuhan

Mari kita masuk kedalam inti pembahasan

Ada dua reaksi fotosintesis yang utama atau dua proses utama  dalam proses fotosintesis yaitu reaksi bergantung cahaya (light dependent reaction) dan reaksi tidak adanya cahaya (light independent reaction). Kedua reaksi fotosintesis tersebut adalah satu kesatuan. Artinya proses fotosintesis dimulai dari reaksi bergantung cahaya dan kemudian lanjut ke reaksi  tanpa cahaya.

Kedua reaksi fotosintesis diatas dikenal juga dengan istilah reaksi terang fotosintesis dan reaksi gelap fotosintesis.

Reaksi Terang Fotosintesis : Tahap 1 Proses Fotosintesis

Dalam membahas dan memahami proses fotosintesis, kalian harus tau tentang reaksi terang fotosintesis, perlu saya ingatkan bahwa terdapat dua macam reaksi terang fotosintesis  yaitu reaksi non siklik atau fotofosforilasi non siklik (non- cyclic photophosphorylation) dan reaksi siklik (cyclic photophosphorylation).

Kok disebut Fosforilasi? Itu karena terjadi penambahan fosfat pada ADP ke ATP,dan kita tau kan ,ATP adalah energi bagi sel sel (tepatnya energi kimia).

Mari kita mulai dari reaksi terang non siklik fotosintesis.

Gambar Skema Reaksi Terang Fotosintesis yang terjadi pada kloroplas tumbuhan tempatnya terjadi pada tilakoid. Salah satu proses fotosintesis pada tumbuhan.  By Somepics – Own work, CC BY-SA 4.0, Link

Kalian jangan pusing yah liat skema reaksi fotosintesis diatas, saya akan jelaskan langkah langkah mulai dari cahaya matahari menabrak daun.

Kalian harus tahu bahwa cahaya atau foton akan ditangkap dan diserap oleh dua fotosistem. Fotosistem itu disebut fotosistem 1 (PS I / Photosystem I) dan fotosistem 2 (PS II / Photosystem II). Kalian juga bisa menyebutnya sebagai fotosistem 700 dan fotosistem 680.

Pengertian fotosistem sendiri adalah kompleks protein yang mengandung klorofil dan pigmen aksesoris pada tilakoid sel tumbuhan. Klorofil dan pigmen tersebut adalah protein kompleks yang penting dan sangat bertanggung jawab terhadap konversi energi.

 Klorofil pada fotosistem I mampu menyerap cahaya hingga dengan lebar pita (wavelenght) 700 nm sehingga dikenal dengan nama molekul p700

Klorofil pada fotosistem II mampu menyerap cahaya dengan panjang pita (wavelenght) 680 nm sehingga disebut molekul P680

Kalian harus ingat ini supaya jangan ketipu dan pusing masalah penamaan fotosistem dalam reaksi terang fotosintesis yah

Reaksi Terang Fotosintesis di MULAI di Fotosistem II (PS II)

Mari kita mulai membahas langkah langkah pada gambar reaksi terang fotosintesis diatas

1. Foton atau energi cahaya “menabrak” permukaan daun
2. Foton atau energi cahaya tersebut diserap oleh klorofil P680 pada Fotosistem II.
3. Energi yang dihasilkan cahaya matahari tersebut masuk dari 1 molekul P680 ke molekul P680 selanjutnya hingga mencapai pusat reaksi Fotosistem II. Dikenal juga dengan istilah Reaction Center (RC)
4. Pada RC atau pusat reaksi fotosistem II terdapat sepasang molekul klorofil P680. Elektron yang terdapat pada molekul P680 tereksitasi (lepas dari orbitnya / berpindah orbit ke orbit yang lebih jauh dari inti) karena hadirnya tingkat energi yang tinggi. Elektron tersebut akhirnya tidak stabil dan akhirnya terlepas. Kemudian dilepaskan lagi satu elektron yang diikuti dengan masuk foton yang lain ke dalam RC.
5. Selanjutnya, elektron tersebut dibawa oleh rantai protein kompleks dan carrier yang disebut ETC (electron transport chain) (mirip gojek lah ceritanya). Nama carrier elektron nya adalah Plastoquinone. Plastoquinone ini yang akan membawa elektron elektron dari RC (pusat reaksi fotosistem II) ke kompleks Cytochrome b6f  (Cytochrome b6f complex). Kalian bisa liat proses ini di gambar reaksi terang diatas.
6. Pada gambar reaksi terang fotosintesis diatas, tepat dibagian bawah, terjadi pemecahan molekul air menggunakan bantuan energi cahaya matahari (panas nya). Karena menggunakan bantuan energi matahari maka dinamakan fotolisis. Kehilangan elektron pada PS II tersebut ditutupi dengan adanya fotolisis ini yang memecah air enjadi ion hidrogen (H+ / Proton), elektron (e-) dan oksigen (O2). Hasil pemecahan seperti oksigen dan ion hidrogen tersebut dilepaskan ke lumen tilakoid (rongga dalam tilakoid). Oksigen akan dibuang nanti sebagai hasil (bisa disebut by-produk atau sampah) fotosintesis.
7. Menggunakan Plastoquinone, Ion hidrogen tersebut yang berada di stroma kemudian diantar dan dilepas ke lumen tilakoid. Hal ini menyebabkan konsentrasi ion hidrogen (gradient proton) di daerah lumen tilakoid.
8. Hal yang terjadi karena gradient proton ini yang terjadi dilumen tilakoid ini adalah ion ion hidrogen dibawa ke ATP synthase dan menyediakan energi untuk penggabungan ADP + Pi untuk membentuk ATP
9. Cytochrome b6f membawa elektron ke Plastocyanin yang selanjutnya akan dibawahnya ke Fotosistem I (PS I).
10. Elektron yang sampai ke PS I (fotosistem I) akan kembali menerima energi dari cahaya matahari (foton), tapi kali ini diserap oleh klorofil P700.
11. Elektron elektron yang ada kemudian dibawa oleh carrier yaitu ferredoxin yang membawanya ke Ferredixin NADp reductase (FNR)
12. Kemudian  ferredexin NADP reductase (FNR) membawa elektron untuk bergabung dengan hidrogen dan NADP+ untuk membentuk NADPH (sumber energi kimia untuk reaksi gelap).

Untuk lebih jelasnya kalian dapat lihat juga skema reaksi terang fotosintesis dibawah ini

Reaksi diatas adalah reaksi terang non siklik yang memang menggunakan dua jenis fotosistem. Adapun reaksi terang siklik hanya menggunakan fotosistem I untuk membentuk ATP.

Disebut sebagai Skema Z fotosintesis (Z scheme). By w:User:Bensaccount – http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Z-scheme.png, CC BY-SA 3.0, Link

Mari kita lanjut jelaskan reaksi siklik pada reaksi terang fotosintesis

Reaksi non siklik pada reaksi terang fotosintesis dapat kalian pahami dengan jelas dengan melihat skema dibawah ini:

Reaksi yang lain dalam rangkaian fotosintesis tumbuhan adalah fotofosforilasi siklik. Sesuai namanya, reaksi ini berputar dari awal dan kembali ke awal reaksi.

Reaksi siklik pada reaksi terang fotosintesis hanya terjadi di fotosistem I. TIDAK seperti pada reaksi non-siklik yang terjadi pada fotosistem I dan fotosistem II.

Berikut penjelasan proses reaksi siklik pada reaksi terang fotosintesis.

1. Energi matahari berupa foton “menabrak” membran tilakoid, dan mengena Fotosistem I yang memiliki klorofil tipe P700
2. Hal ini membuat elektron tereksitasi (tingkat energi naik) hingga akhirnya terlepas . Sebanyak 2 elektron terlepas.
3. Kemudian elektron diangkut oleh pastoquinone, lalu oleh Cytochrome bf6 dan kemudian oleh plastocyanin lalu kemudian kembali lagi ke klorofil atau molekul P700.
4. rangkaian perpindahan elektron tersebut (juga disebut rantai transport elektron) menghasilkan kekuatan motif proton (proton motive force) yang menghasilkan ion H+. Ion tersebut akan membuat gradien konsentrasi pada membran sehingga dapat menjadi energi bagi ATP synthase selama kemiosmosis.
5. Proses terulang kembali ketika elektron kembali lagi ke fotosistem I.

Kalian tau tidak Cytochrome bf6 juga ditemukan dalam mitokondria loh

Reaksi siklik dalam reaksi terang tumbuhan, tidak membutuhkan kehadiran air atau fotolisis serta tidak menghasilkan produk buangan seperti Oksigen. Reaksi siklik hanya menghasilkan ATP yang dapat digunakan dalam reaksi gelap fotosintesis atau siklus Calvin Benson.

Fosforilasi siklik sangat dominan pada bakteri dan organisme anaerobik .

Review dan Poin poin penting dalam reaksi terang fotosintesis

1. Produk yang dihasilkan dalam reaksi non siklik atau fotofosforilasi non siklik adalah NADPH dan  ATP, serta produk buangan Oksigen
2. Plastoquinone, Cytochrome bf6 dan juga Plastocyanin adalah pembawa elektron
3. Produk yang dihasilkan dalam fosforilasi siklik adalah ATP saja

Reaksi Gelap / Siklus Calvin : Tahap 2 Proses Fotosintesis

Selanjutnya Setelah reaksi bergantung cahaya atau light dependent reaction, ATP dan NADPH yang dihasilkan tersebut akan dibawa dan digunakan dalam reaksi gelap atau reaksi tak bergantung cahaya (Light Independent reaction) atau kita kenal sebagai siklus Calvin.

Siklus Calvin sendiri adalah tahap kedua dari reaksi fotosintesis yang harus dilalui oleh tumbuhan dalam membuat makanannya. Dalam siklus calvin inilah karbohidrat atau gula akan terbentuk dengan bantuan NADPH dan ATP yang dihasilkan dari reaksi terang.

Reaksi kimia yang terjadi dalam siklus Calvin kalian bisa lihat dibawah ini

3 CO₂ + 9 ATP + 6 NADPH + 6 H⁺ → C₃H₆O₃-phosphate + 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP⁺ + 3 H₂O

Skema siklus Calvin kalian bisa lihat dibawah ini

Skema siklus Calvin: Tahap kedua dari Reaksi Fotosintesis tumbuhan. Sering disebut sebagai reaksi gelap fotosintesis. By Mike Jones – Own work, CC BY-SA 3.0, Link

Untuk penjelasan lebih lengkap tentang reaksi gelap fotosintesis atau siklus Calvin, silahkan kunjungi link dibawah ini

Siklus Calvin Fotosintesis Tumbuhan

Baca juga artikel tentang respirasi pada tumbuhan dibawah ini

Transpirasi Pada Tumbuhan dan Fungsinya

Demikianlah artikel tentang reaksi fotosintesis dan proses fotosintesis. Tetap belajar karena belajar itu mudah YAH