fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

Meskipun masih ada langkah-langkah dalam fotosintesis yang belum dipahami, persamaan umum fotosintesis telah diketahui sejak tahun 1800-an. Pada awal tahun 1600-an, seorang dokter dan ahli kimia, Jan van Helmont, seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia), melakukan percobaan untuk mengetahui faktor apa yang menyebabkan massa tumbuhan bertambah dari waktu ke waktu. Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa massa tumbuhan bertambah hanya karena pemberian air. Namun, pada tahun 1727, ahli botani Inggris, Stephen Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain selain air yang berperan. Ia mengemukakan bahwa sebagian makanan tumbuhan berasal dari atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam proses tertentu. Pada saat itu belum diketahui bahwa udara mengandung unsur gas yang berlainan.
Pada tahun 1771, Joseph Priestley, seorang ahli kimia dan pendeta berkebangsaan Inggris, menemukan bahwa ketika ia menutup sebuah lilin menyala dengan sebuah toples terbalik, nyalanya akan mati sebelum lilinnya habis terbakar. Ia kemudian menemukan bila ia meletakkan tikus dalam toples terbalik bersama lilin, tikus itu akan mati lemas. Dari kedua percobaan itu, Priestley menyimpulkan bahwa nyala lilin telah "merusak" udara dalam toples itu dan menyebabkan matinya tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yang telah “dirusak” oleh lilin tersebut dapat “dipulihkan” oleh tumbuhan. Ia juga menunjukkan bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples tertutup asalkan di dalamnya juga terdapat tumbuhan.
Pada tahun 1778, Jan Ingenhousz, dokter kerajaan Austria, mengulangi eksperimen Priestley. Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat "memulihkan" udara yang "rusak". Ia juga menemukan bahwa tumbuhan juga 'mengotori udara' pada keadaan gelap sehingga ia lalu menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah kemungkinan meracuni penghuninya.
Akhirnya di tahun 1782, Jean Senebier, seorang pastor Perancis, menunjukkan bahwa udara yang “dipulihkan” dan “merusak” itu adalah karbon dioksida yang diserap oleh tumbuhan dalam fotosintesis. Tidak lama kemudian, Theodore de Saussure berhasil menunjukkan hubungan antara hipotesis Stephen Hale dengan percobaan-percobaan "pemulihan" udara. Ia menemukan bahwa peningkatan massa tumbuhan bukan hanya karena penyerapan karbon dioksida, tetapi juga oleh pemberian air. Melalui serangkaian eksperimen inilah akhirnya para ahli berhasil menggambarkan persamaan umum dari fotosintesis yang menghasilkan makanan (seperti glukosa).

Seorang fisiologis berkebangsaan Inggris, F. F. Blackman, mengadakan percobaan dengan melakukan penyinaran secara terus-menerus pada tumbuhan Elodea. Ternyata, ada saat dimana laju fotosintesis tidak meningkat sejalan dengan meningkatnya penyinaran. Akhirnya, Blackman menarik kesimpulan bahwa paling tidak ada dua proses berlainan yang terlibat:
ada reaksi yang memerlukan cahaya dan tidak memerlukan cahaya.
Yang terakhir dinamai reaksi gelap, walau dapat berlangsung terus saat keadaan terang.
Teori ini diperkuat dengan mengulangi percobaan pada temperatur yang agak lebih tinggi. Seperti diketahui, kebanyakan reaksi kimia berjalan lebih cepat pada suhu lebih tinggi (sampai suhu tertentu). Pada suhu 35°C, laju fotosintesis tidak menurun sampai ada intensitas cahaya yang lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi gelap kini berjalan lebih cepat. Faktor bahwa pada intensitas cahaya yang rendah laju fotosintesis itu tidak lebih besar pada 35°C dibandingkan pada 20°C juga menunjang gagasan bahwa yang menjadi pembatas pada proses ini adalah reaksi terang. Reaksi terang ini tidak tergantung pada suhu, tetapi hanya tergantung pada intensitas penyinaran. Laju fotosintesis yang meningkat dengan naiknya suhu tidak terjadi jika suplai CO2 terbatas. Jadi, konsentrasi CO2 harus ditambahkan sebagai faktor ketiga yang mengatur laju fotosintesis itu berlangsung.
Jadi, secara umum fotosintesis terbagi menjadi dua tahap reaksi:
1.Reaksi Terang, yang membutuhkan cahaya
2.Reaksi Gelap, yang tidak membutuhkan cahaya
REAKSI TERANG
•    Tahap pertama dari system fotosintesis adalah reaksi terang
•    Reaksi ini memerlukan molekul air
•    Reaksi ini sangat bergantung kepada ketersediaan sinar matahari.
•    Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.
•    Sinar matahari yang berupa foton yang terbaik adalah sinar merah dan ungu
•    Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna ungu (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
•    Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid berupa pigmen yang terdiri dari sistem cahaya yang disebut fotosistem
•    Dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I.
•    fotosistem I dan II sebagai sistem pembawa elektron
•    Fotosistem terdapat perangkat komplek protein pembentuk ATP berupa enzim ATP sintase.
•    Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang
gelombang 680 nanometer,
•    sedangkan fotosistem I 700 nanometer.
•    Kedua fotosistemini 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(P.680)
•    Fotosistem II 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
•    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
•    Jadi P 700 ( Photosistem I ) menhasilkan NADPH2 , sedang Phoyosistem II (P 680) menghasilkan Oksigen dan ATP
•    Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP+ menjadi energi pembawa ATP dan NADPH2.
•    ATP dan NADPH2 inilah yang nanti akan digunakan sebagaienergi dalam reaksi gelap
•    Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas.
•    Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana