Apa Itu Fotosistensis?
Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti cahaya dan sintesis yang berarti penyusunan. Jadi fotosintesis adalah proses penyusunan dari zat organik H2O dan CO2 menjadi senyawa organik yang kompleks yang memerlukan cahaya. Fotosintesis hanya dapat terjadi pada tumbuhan yang mempunyai klorofil, yaitu pigmen yang berfungsi sebagai penangkap energi cahaya matahari (Kimball, 2002: 179).
Fotosintesis menyediakan makanan bagi hampir seluruh kehidupan dunia baik secara langsung ataupun tak langsung. Organisme memperoleh senyawa organik yang digunakannya untuk energi dan rangka karbon dengan satu atau dua cara utama : nutrisi autotrofik atau heterotrofik. Tumbuhan disebut autotrof karena nutrien satu – satunya yang mereka butuhkan adalah karbondioksida dari udara dan air serta mineral dari tanah. Secara khusus, tumbuhan merupakan fotoautotrof yaitu organisme yang menggunakan cahaya sebagai sumber energi untuk mensintesis lipid, protein dan bahan organik lainnya. Fotosintesis juga terjadi dalam algae termasuk protista tertentu, dan dalam sebagian prokariota (Campbell,2002:181).
Kloroplas merupakan tempat fotosintesis pada tumbuhan. Semua bagian yang berwarna hijau dan buah yang belum matang memiliki kloroplas, tetapi daun merupakan tempat utama berlangsungnya fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan. Warna daun berasal dari klorofil, pigmen warna hijau yang terdapat dalam kloroplas. Energi cahaya yang diserap klorofil inilah yang menggerakan sintesis molekul makanan dalam kloroplas. Kloroplas ditemukan terutama dalam sel mesofil, yaitu jaringan yang terdapat dibagian dalam daun. Karbondioksida masuk kedalam daun, dan oksigen keluar, melalui pori mikroskopik yang disebut stomata. Air yang diserap oleh akar dialirkan ke daun melalui berkas pembuluh. Daun menggunakan berkas pembuluh untuk mengirimkan gula ke akar dan bagian – bagian dari tumbuhan yang tidak berfotosintesis (Campbell, 2002:183).
Pada umumnya sel fotosintesis mengandung satu atau lebih pigmen klorofil yang berwarna hijau. Berbagai sel fotosintesis lainnya seperti pada ganggang dan bacteria, berwarna coklat, merah dan ungu. Hal ini disebabkan oleh adanya pigmen lain di samping klorofil, yaitu pigmen pelengkap, seperti karotenoid yang berwarna kuning, merah atau ungu dan fikobilin yang berwarna biru atau merah (Wirahadikusumah,1985:100).
Proses fotosintesis dapat dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut:
Sebenarnya, fotosintesis bukanlah merupakan proses tunggal, tetapi dua proses , yang masing – masing terdiri dari banyak langkah. Kedua tahap ini dikenal sebagai reaksi terang dan siklus Calvin. Reaksi terang merupakan langkah – langkah fotosintesis yang mengubah energi matahari menjadi energi kimiawi. Cahaya yang diserap oleh klorofil menggerakkan transfer elektron dan hidrogen dari air ke penerima (akseptor) yang disebut NADP+ , yang menyimpan elektron berenergi ini untuk sementara. Air terurai dalam proses ini, sehingga reaksi terang fotosintesislah yang melepas O2 sebagai produk samping. Reaksi terang menggunakan tenaga matahari untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan cara menambahkan sepasang elektron bersama dengan nukleus hidrogen, atau H+ . reaksi terang juga menghasilkan ATP dengan memberi tenaga bagi penambahan gugus fosfat pada ADP, suatu proses yang disebut fotofosforilasi. Dengan demikian, energi cahaya mula – mula diubah menjadi energi kimiawi dalam dua senyawa : NADPH, sumber dari elektron dan tenaga ATP, energi peredaran sel yang serbaguna. Reaksi terang tidak menghasilkan gula. Gula terjadi pada tahap kedua fotosintesis, pada siklus Calvin. Siklus ini berawal dari pemasukan CO2 dari udara ke dalam molekul organik yang telah disiapkan dalam kloroplas. Pemasukan awal karbon ini ke dalam senyawa organik dikenal sebagai fiksasi karbon. Siklus Calvin kemudian mereduksi karbon terfiksasi ini menjadi karbohidrat melalui penambahan elektron. Tenaga pereduksian ini berasal dari NADPH, yang memperoleh elektron berenergi dalam reaksi terang. Untuk mengubah CO2 menjadi karbohidrat, siklus Calvin juga membutuhkan energi kimiawi dalam bentuk ATP, yang juga dihasilkan oleh reaksi terang. Dengan demikian, siklus Calvin inilah yang membuat gula. Langkah – langkah dalam siklus Calvin biasanya disebut dengan reaksi gelap. Pada dasarnya, kloroplas menggunakan energi cahaya untuk membuat gula dengan mengkoordinasikan kedua langkah fotosintesis tersebut. Tempat reaksi terang adalah tilakoid kloroplas, sedangkan tempat siklus Calvin terjadi di stroma (Campbell,2002:185-186).
Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis:
- 1Intensitas cahaya Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
- Konsentrasi karbon dioksida Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
- 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.
- Kadar air Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
- 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.
- 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. Sejarah fotosintesis menurut beberapa ahli biologi.
Lazimnya peristiwa fotosintesis dinyatakan dengan persamaan reaksi kimia sebagai berikut: 6CO2 + 12H2O à C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Peristiwa ini hanya berlangsung jika ada klorofil dan ada cukup cahaya. Di antara ilmuwan-ilmuwan yang banyak melakukan eksperimen-eksperimen untuk membuktikan kebenaran peristiwa ini ialah Ingenhousz, Engelmann, Sachs, Hill, Blackman, Ruben, Benson, Calvin, Emerson, Rabinoitch, dll.
1. Jan Ingenhousz (1730-1799)
Jan Ingenhousz merupakan orang yang pertama kali melakukan penelitian tentang fotosintesis. Ingenhousz memasukkan tumbuhan air Hydrilla verticillata ke dalam bejana yang diisi air. Bejana gelas itu ditutup denagn corong terbalik dan diatasnya di beri tabung reaksi yang diisi air hingga penuh. Bejana itu diletakkan di terik matahari. Tak lama kemudian muncul gelembung udara dari tumbuhan air tersebut. Gelembung udara tersebut menandakan adanya gas. Setelah diuji ternyata adalah oksigen. Ingenhousz menyimpulkan fotosintesis menghasilkan oksigen.
Fotosintesis terjadi hanya di bagian hijau tanaman. Untuk efisiensi fotosintesis harus daun tipis dan memiliki luas permukaan besar. Ini membantu dalam penyerapan cahaya dan difusi gas, dan sarana untuk mencegah kehilangan air yang berlebihan melalui stomata dan epidermis. Jumlah besar kloroplas dalam sel-sel mesofil palisade menyediakan jaringan fotosintetik utama. Ruang antara spons berbentuk tidak teratur di dalam sel-sel mesofil daun izin difusi gas gratis. Turgor sel penjaga berubah menjadi gas mengizinkan pertukaran dengan atmosfer. Kutikula pada berlapis tunggal transparan epidermis atas dan bawah melindungi daun dari pengeringan dan infeksi.
Pengaruh cahaya diyakini mempunyai pengaruh tak langsung melalui penurunan konsentrai CO2 oleh fotosintesis. Tapi baru-baru ini, sejumlah kajian memperlihatkan bahwa cahaya memiliki pengaruh kuat terhadap stomata, lepas dari peranannya dalam fotosintesis. Diduga cahaya bekerja di sel mesofil, yang lalu mengirim pesan kepada sel penjaga. Atau menerima cahaya terdapat di sel penjaga itu sendiri. Daya hantar stomata menunjukkan bukan stomata. Menurut Shrkey dan Rasche, yang menyimpulkan bahwa, pada tingkat cahaya rendah, konsentrasi CO2 antar sel dapat menjadi faktor pengendali yang utama, pada tingkat cahaya tinggi, respons langsung terhadap cahaya dapat melebihi kebutuhan pemenuhan CO2 untuk fotosintesis, dan menyebabkan peningkatan konsentrasi CO2 antar sel. Naiknya konsentrasi CO2 antar sel bisa diamati saat cahaya ditingkatkan (karena stomata membuka) yang ternyata berlawanan sekali dengan yang diperkirakan jika stomata memberika respon terhadap cahaya hanya melalui efek fotosintesik dari konsentrasi CO2.
2. Engelmann (1822)
Membuktikan bahwa klorofil merupakan suatu factor keharusan dalam fotosintesis. Untuk ini ia menyinari ganggang hijau Spirogyra yang kloroplasnya berbentuk pita melingkar seperti spiral. Hanya kloroplas yang kena sinar melepaskan oksigen. Ini terbukti dari banyaknya bakteri oksigen yang berkerumun di sekitar tempat kloroplas yang kena sinar.
3. Gustav Julius Von Sachs (1962),
Pada tahun 1962, Gustav Julius Von Sachs, membuktikan bahwa pada fotosintesis terbentuk karbohidrat amilum. Adanya amilum dapat dibuktikan dengan pengujian dengan yodium, amilum dengan yodium memberikan warna hitam. Amilum hanya terdapat pada bagian daun yang hijau dan terkena sinar. Amilum disusun di dalam kloroplas dan juga di dalam leukopas sebagai tempat untuk menyimpannya, penyusunan amilum memerlukan bahan berupa glukosa-l-pospat serta bantuan enzim berupa posporilase amilum. Beratus – ratus molekul glukosa-i-pospat dapat digandeng – gandengkan dengan pertolongan posporilase ini. Pada penggandengan ini terlepaslah molekul – molekul pospat.
Transformasi karbohidrat itu dipengaruhi oleh beberapa faktor luar di antaranya yang kita ketahui ialah temperatur, air, konsentrasi, ion – ion H+ , konsentrasi gula.
1. Temperatur
Pada umumnya dapat dikatakan, bahwa temperetur yang rendah itu mempunyai pengaruh baik bagi pengubahan amilum menjadi gula. Hal ini dapat diketahui dari penyelidikan tanaman hijau di dalam musim dingin. Di dalam bulan – bulan yang dingin, komnsentrasi gula tinggi, sedang kadar amilum menyusut. Sebaliknya pada temperatur yang sedang antara 20o C sampai 30o C, terjadilah pengubahan gula menjadi amilum.
2. Pengaruh air
Di dalam daun yang layu, banyak amilum berubah menjadi gula sukrosa dan beberapa monosakarida. Persediaan air yang agak berlebihan menambah kegiatan penyusunan amilum.
3. Konsentrasi ion – ion H+
perubahan pH membawa perubahan kegiatan enzim. Ada beberapa enzim yang bekerja berlawanan, jika lingkungannya mengalami perubahan pH.Hal ini dapat kita ketahui dari posporilase yang terdapat pada sel penutup stoma. Pada pH di atas 7, banyak terbentuk gula, sedang gula akan terbentuk menjadi amilum lagi, jika pH turun sampai di bawah 7.
4. Konsentrasi gula
Di dalam sel ada terdapat suatu keseimbangan antara persediaan gula da persediaan amilum. Berkat fotosintesis, maka pembentukan amilum itu tampak giat karena pembentukan gula juga giat. Pada malam hari, sebagian dari amilum asa yang diubah menjadi gula sekedar untuk menjaga ketetapan konsentrasi. (Dwidjoseputro, 1989 : 129-131)
Pada percobaaan Sachs, A daun yang sebagian tertutup x, terkena sinar sepanjang hari. B daun tersebut setelah dipetik, direbus, direndam dalam alcohol untuk melarutkan klorofilnya dan setelah itu dicelup dalam larutan yodium. Bagian yang tertutup tampak putih (berarti tanpa amilum), sedang daerah sekitarnya berwarna hitam yang menunjukkan adanya amilum.
4. Hill (1937)
Berhasil mengikuti kegiatan kloroplas yang telah dipisahkan dari sel hidup. Kloroplas lepas sel itu jika disinari mampu menghasilkan O2 asal saja tersediakan penampang electron (Fe 3+). Terlepasnya O2 itu dapat diperhatikan pula dengan 2,6-diklorofenol-indofenol, yaitu zat yang tidak berwarna jika dalam keadaan tersusut akan tetapi menjadi berwarna jika mengalami oksidasi. Warna menjadi biru jika dalam keadaan basa dan warna merah jika dalam keadaan asam. Meskipun tanpa CO2, penghasilan O2 oleh kloroplas tetap berlangsung selama masih tersedia penampang electron, dari sini dapat ditarik kesimpulan, bahwa O2 yang terlepas itu tidak berasal dari CO2 melainkan H2O. hal ini juga dapat dibuktikan dengan menggunakan elemen penyusun. Reaksi redoks dengan 2,6-diklorofenol-indofenol, zat ini dapat menampung H. Hill lebih lanjut mengatakan bahwa sinar itu hanya perlu untuk memecahkan air; pemecahan ini disebut fotolisis. Fotolisis mengakibatkan molekul air pecah menjadi hydrogen dan oksigen, peristiwanya dapat dituliskan sebagai berikut: 2H2Oà 2H2 + O2. H2 yang terlepas itu ditampung oleh koenzim NADP. Dalam hal demikian NADP dikatakan menjadi akseptor H2, dan terbentuknya menjadi NADPH2, O22 oleh H2 yang dibawakan oleh NADP tersebut. Peristiwa penyusutan CO2 tidak memerlukan sinar (dalam gelap). tetap dalam keadaan bebas. Fotolisis inilah merupakan pendahuluan dalam proses fotosintesis. Langkah berikut setelah fotolisis ialah penyusunan CO
5. Blackmann (1905)
Membuktikan bahwa reduksi dari CO2 ke CH2O itu berlangsung tanpa sinar. Oleh Emerson(1932) diperkirakan reduksi ini makan waktu 2.10-2 detik. Jika fotolisis yang disebut juga reaksi Hill atau reaksi terang itu kita gabungkan dengan reaksi berikutnya, yaitu reaksi Blackmann (yang disebut juga reaksi gelap atau reduksi CO2 jadilah:
1) Hill: 2H2O 2NADPH2 + O2
2) Blackmann: CO2 + 2NADPH2 + O2 2NADP + H2 + CO + O + H2 + O2 Atau : 2H2O + CO2 CH2O + H2O + O2 Kalu baris terkhir ini dikali 6, maka diperoleh: 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O.
6. Ruben dan Kamen (1941)
Membuktikan bahwa O2 yang terlepas pada fotosintesis itu berasal dari air. Untuk ini keduanya tersebut menggunakan air yang oksigennya radioaktif yaitu O18, O biasa ialah O16 , sehingga proses fotosintesis dapat dituliskan: 6CO2 + 12H2O 18 C6H12O6 + 6O2 18
7. Benson dan Calvin
Mengikuti urut-urutan zat-zat antara yang terjadi pada fotosintesis dengan menggunakan zat radioaktif C14 (karbon yang stabil adalah C12). Maka sehabis penyinaran selama 2 detik, hasil fotosintesis yang terbentuk ialah asam pospogliserat yang mengandung 3 atom C di dalamnya. Hasil fotosintesis yang pertama yang stabil ialah 3-asampospogliserat. Dalam percobaan ini atom C yang radioaktif ternyata C1 yitu C dari KarboksilC 14OOH. Asam gliserat mendapat satu gugusan pospat dari ATP, sehingga terjadi 3 asam pospogliserat. ADP dapat juga terjadi karena posporilasi oksidatif yaitu pada peristiwa pernafasan. Selanjutnya asam-pospogliserat ini mengalami berbagai proses pengubahan yang bertingkat-tingkat hingga akhirnya terjadi heksosa (gula), tentang yang terakhir ini belum ada pengetahuan yang seragam. Tiga puluh menit kemudian dari penyinaran, maka semua C14 kedapatan di dalam bentuk gula (Salisbury, 1985).
Referensi:
Campbell. 2002. Biologi Jilid 1. Jakarta : Erlangga
Dwidjoseputro. 1994. Pengantar Fisiologi Tumbuhan. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama
Kimball, John, W. 1998. Biologi Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
Salisbury, Frank B. dan Cleon W. Ross. 1985. Fisiologi Tumbuhan. Jakarta: Erlangga.
Wirahadikusumah, Muhammad. 1985. Biokimia Metabolisme Energi Karbohidrat dan Lipid. Bandung: ITB Bandung
Sekian pengertian Fotosintensis, semoga bermanfaat..!