ASIMILASI - FOTOSINTESIS -ANABOLISME

• Pada hakekatnya, semua kehidupan di atas bumi ini tergantung langsung dari adanya proses asimilasi CO2 menjadi senyawa kimia organik dengan energi yang didapat dari sinar matahari. 
• Dalam proses ini energi sinar matahari (energi foton) ditangkap dan diubah menjadi energi kimia dengan proses yang disebut fotosintesis. 
• Proses ini berlangsung didalam sel pada tumbuhan tinggi, tumbuhan pakis, lumut, ganggang (ganggang hijau, biru, merah dan coklat) dan berbagai jasad renik (protozoa golongan euglena, bakteri belerang ungu, dan bakteri belerang biru).
• Energi matahari yang ditangkap pada proses fotosintesis merupakan lebih dari 90% sumber energi yang dipakai oleh manusia untuk pemanasan, cahaya dan tenaga. 

Penggunaan energi matahari oleh klorofil tanaman

• Keseluruhan proses fotosintesis yang melibatkan berbagai macam enzim dituliskan dengan persamaan reksi:

• Dalam bakteri berfotosintesis sebagai pengganti H2O dipakai zat pereduksi yang lebih kuat seperti H2, H2S, H2R (R adalh gugus organik ). Persamaan reaksinya adalah :

• Proses fotosintesis pada tumbuhan tinggi dibagi dalam dua tahap. 
• Pada tahap pertama energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya dan diubah menjadi bentuk energi kimia, ATP dan senyawa reduksi, 
• NADPH. Proses ini disebut reaksi terang. 
• Atom hydrogen dari molekul H2O dipakai untuk mereduksi NADP menjadi NADPH, dan O2 dilepaskan sebagai hasil samping reaksi fotosintesis. 
• Reaksi ini juga dirangkaikan dengan reaksi endergonik pembentukan ATP dari ADP + Pi. 
• Dengan demikian tahap reaksi terang dapat dituliskan dengan persamaan:

• Dalam hal ini pembentukan ATP dari ADP + Pi merupakan suatu mekanisme penyimpanan energi matahari yang diserap kemudian diubah menjadi bentuk energi kimia. 
• Proses ini disebut fotofosforilasi.
• Tahap kedua disebut tahap reaksi gelap. 
• Dalam hal ini senyawa kimia berenergi tinggi NADPH dan ATP yang dihasilkan dalam tahap pertama (reaksi gelap) dipakai untuk proses reaksi reduksi CO2 menjadi glukosa dengan persamaan:

1. Tahap Reaksi Terang Cahaya

• Reaksi terang cahaya dalam proses pebebasan energi matahari oleh klorofil dimana dilepaskan molekul O2, terdiri dari dua bagian. 
• Bagian pertama disebut fotosistem I mempunyai kemampuan penyerapan energi matahari dengan panjang gelombang di sekitar 700nm dan tidak melibatkan proses pelepasan O2
• Bagian kedua yang menyangkut penyerapan energi matahari pada panjang gelombang di sekitar 680 nm, disebut fotosistem II, melibatkan proses pembentukan O2 dan H2O.
• Fotosistem I merupakan suatu partikel yang disusun oleh sekitar 200 molekul klorofil-a, 50 klorofil-b, 50-200 pigmen karotenoid dan satu molekul penerima energi matahari yang disebut protein P700. 
• Energi matahari (foton) yang ditangkap oleh pigmen pelengkap dipindahkan melelui beberapa molekul pigmen, disebut proses perpindahan eksiton, yang akhirnya diterima oleh P700. 
• Akibatnya P700 melepaskan elektron yang berenergi tinggi. 
• Proses penangkapan foton dan perpindahan eksiton di dalam fotosistem ini berlangsung dengan sangat cepat dan di pengaruhi oleh suhu. 
• Dengan mekanisme yang sama, proses penangkapan foton dan pemindahan eksiton terjadi pula pada fotosistem II yaitu pada panjang gelombang 680.
• Partikel fotosistem I dan II terdapat dalam membrane kantong tilakoid secara terpisah.

2. Pengangkutan Elektron dan Fotofosforilasi

• Fotosistem I dan II merupakan komponen penyalur energi dalam rantai pengangkutan elektron fotosintesis secara kontinyu, dari molekul air sebagai donor elektron ke NADP2 sebagai aseptor elektron.

Perbedaan antara pengangkutan elektron dalam fotosintesis dan pengangkutan elektron pernafasan adalah:

1. Pada yang pertama, elektron mengalir dari molekol H2O ke NADPH, sedangkan pada yang kedua arah aliran elektron adalah dari NADPH ke H2O
2. Pada yang pertama terdapat dua system pigmen, fotosistem I dan II yang berperan sebagai pendorong untuk mengalirkan elektron dengan bantuan energi matahari dari H2O ke NADP2
3. Pada yang pertama dihasilkan O2 sedangkan pada yang ke dua memerlukan O2

Persamaannya ialah kedua rantai pengangkutan elektron tersebut menghasilkan energi ATP dan melibatkan sederetan molekul pembawa elektron.

• Pengangkutan elektron dalam fotosintesis terdiri dari tiga bagian yaitu bagian pendek dari H2O ke fotosistem II, bagian dari fotosistem II ke fotosistem I yang dirangkaikan dengan pembentukan ATP dari ADP + Pi, dan bagian dari fotosistem I ke NADP2 yang menghasilkan NADPH seperti pada gambar . 

Hubungan energi dan pengengkutan elektron dalam fotosintesis Penyerapan foton oleh molekul pigmen fotosintesis I menyebabkan tereksitasinya molekul tersebut, menghasilkan eksiton berenergi tinggi yang kemudian ditangkap oleh molekul P 700.

 Akibatnya P 700 melepaskan elektron dan memindahkannya ke molekul penerima elektron pertama P 430. selanjutnya elektron dialirkan melalui deretan molekul pembawa elektron sampai ke NADP+ menyebabkan tereduksinya NADP+ menjadi NADP+. Dalam proses ini diperlukan dua elektron untuk mereduksi satu molekul NADP+. Lepasnya satu elektron dari P700 mengakibatkan berubahnya molekul ini menjadi bentuk teroksidasinya, P700+ yang kekurangan satu elektron. Dengan kata lain terjadinya satu lubang elektron pada P700. Untuk mengisi lubang ini, satu elektron dialirkan melalui sederetan molekul pembawa elektron, dari molekul P680 dalam fotosistem II. Dalam hal ini pengaliran elektron hanya terjadi setelah terlebih dulu terjadi penyinaran terhadap fotosistem II, yaitu tereksitasinya P680 yang segera melepaskan elektron ke molekul penerima elektron pertamanya, C550. Ini mengakibatkan teroksidasinya bentuk P680+. Kekurangan elektron pada P680+ dipenuhi dari reaksi oksidasi oksidasi molekul H2O menjadi O2. Proses pengangkutan elektron dari H2O ke NADP2 yang didorong oleh energi matahari ini disebut pengangkutan non siklik (tak mendaur dalam elektron fotosintesis). Dalam hal ini satu molekul H2O melepaskan dua elektron yang diperlukan untuk mereduksi satu molekul NADP+ menajdi NADPH, dirangkaikan dengan pembentuka ATP dari ADP + pi, disebut proses fotofosforilasi. 

Persamaan reaksinya adalah

Energi pada proses pengangkutan elektron dalam fotosintesis dari H2O ke NADP+. Elektron yang telah tereksitasi di fotosistem II selanjutnya dialirkan ke fotosistem I melalui molekul penerima elektron; sitokrom 559 (sitokrom b3= cyt. b3), plastoquinon (PQ), sitokrom 553 (sitokrom f = cyt.f), plastosianin(PC) dan molekul P700di fotosistem I. pengankutan elektron dari PQ ke cyt.f dirangkaikan dengan pembentukan ATP dari ADP+Pi. Sementara itu elektron yang telah tereksitasi difotosistem I, dialirkan berturut-turut ke molekul substrat feredoksin, feredoksin, feredoksin reduktase, dan akhirnya ke NADP+ dimana molekul ini tereduksi menjadi NADPH.

Dalam keadaan tertentu, elektron yang tereksitasi di fotosistem I tidak dialirkan ke NADP+, tetapi kembali ke P700 melalui molekul penerima elektron lainnya, sitokrom 564 (cyt.b6) yang selanjutnya melalui cyt. b3 dialirkan ke P700 di fotosistem I. mekanisme pengangkutan elektron ini disebut pengangkutan elektron mendaur dalam fotosintesis, sedangkan pengangkutan elektron dari H2O ke NADP+ melalui fotosistem I dan fotosistem II, disebut pengangkutan elektron tak mendaur dalam fotosintesis.

3. Tahap Reaksi Gelap Cahaya: Daur Calvin

Dalam tahap reaksi gelap cahaya ini, energi yang dihasilkan (NADPH dan ATP) dalam tahap reaksi terang cahaya selanjutnya dipakai dalam reaksi sintesis glukosa dari CO2, untuk kemudian dipakai dalam reaksi pembentukan senyawa pati, selulosa, dan polisakarida lainnya sebagai hasil akhir proses fotosintesis dalam tumbuhan.

Jalur metabolisme reaksi pembentukan glukosa dari CO2 ini merupakan suatu jalur metabolisme mendaur yang pertama kali diusulkan oleh M.Calvin, disebut daur Calvin. Dalam tahap reaksi pertamanya 6 molekul CO2 dari udara bereaksi dengan 6 molekul ribulosa 1,5-difosfat, dikatalis oleh enzim ribulosa difosfat karboksilase, menghasilkan 2 molekul 3-fosfogliserat melalui pembentukan senyawa antara, 2-karboksi 3-ketoribitol 1,5-difosfat.

-->

Pada tahap reaksi kedua, 12 molekul 3-fosfogliserat diubah menjadi 12 molekul gliseral dehida 3-fosfat melalui pembentukan 1,3-difosfogliserat, dikatalis oleh enzim fosfogliserat kinase dan gliseraldehidafosfat dehidrogenase, serta menggunakan 12 ATP dan 12 NADPH.

-->

Tahap reaksi ketiga , 12 gliseraldehida 3-P diubah menjadi 3 molekul fruktosa 6-P dengan melalui pembentukan senyawa dihidroksi aseton fosfat dan fruktosa 1,6 difosfat.

-->

Gambar 4. Daur Calvin: Jalur mendaur metabolisme penambatan CO

Reaksi tahap gelap cahaya pada proses fotosintesis.

Gambar 4. diatas menunjukkan ringkasan keseluruhan jalur metabolisme daur Calvin. Dalam daur ini yang sangat menonjol adalah tahap reaksi penambatan CO2, reaksi yang menggunakan energi NADPH dan ATP dan reaksi yang menghasilkan glukosa sebagai hasil akhir.

Dalam reaksi penambatan CO₂, ternyata dibutuhkan tiga molekul ATP dan dua molekul NADPH untukm mereduksi satu molekul CO2. Energi matahari yang ditangkap oleh foto sistem I dan foto sistem II dalam fase terang cahaya diubah menjadi energi kimia NADPH dan ATP. Kedua macam energi ini kemudian dipakai untuk menjalankan daur Calvin dengan mendorong tahap reaksi pembentukan gliseraldehida 3-fosfat dan ribosa 1,5-difosfat serta pelepasan dlukosa dari daur.

LATIHAN SOAL

-->

1. Organisme autotrof membuat makanannya sendiri memakai energy hasil reaksi kimia dikenal dengan istilah ... .

a. Fotosintesis

b. Kemosintesis

c. Glikolisis

d. Siklus karbon

e. Asimilasi Karbon

2. Zat yang dihasilkan oleh fotosintesis dan dibutuhkan dalam desimilasi ialah .......

a. CO ₂

b. O ₂

c. N ₂

d. H ₂ O

e. NH3

3. Proses fotosintesis pada sel daun terjadi di dalam ... .

1. Kloroplas
2. Vakuola
3. Inti sel
4. Dinding sel
5. mitocondria

4. Senyawa organik yang dihasilkan dari proses fotosintesis adalah ... .

1. Amilum
2. asam amino
3. lemak
4. protein
5. oksigen

5. fotosintesis mengambil bahan secara difusi dari lingkungannya berupa

1. oksigen
2. klorofil
3. karbon dioksida
4. gula
5. air

6. faktor-faktor yang mempengaruhi laju fotosintesis adalah .... .

1. karbondioksida
2. oksigen
3. suhu
4. cahaya
5. kelembaban

7. Tanah pertanian yang baik selalu digemburkan agar .......

A . tersedia oksigen untuk pernafasan akar

B . tumbuhan cepat menjadi besar

C . tersedia karbondioksida untuk fotosintesis

D . tumbuhan akan cepat berbuah

E . tersedia air untuk fotosintesis

8. Memasukkan daun hasil percobaan ke dalam alkohol panas dimaksudkan agar .......

A . sel-sel daun mati

B . klorofil daun larut

C . daun menjadi pucat

D . daun berubah menjadi biru

E . melarutkan amilum

9. Batang tanaman kita sayat kulitnya melingkar selebar 10 cm, kemudian bagian kulitnya dikupas.

Beberapa hari kemudian ternyata pada sayatan bagian atas terjadi pembengkakan,

tumbuh bentukan yang tidak beraturan, dan tanaman itu tetap segar.

Terjadinya pembengkakan pada bagian atas sayatan tersebut menunjukkan adanya .... .

a. penimbunan air dan garam-garam mineral yang diangkut xylem dari dalam tanah ke atas

b. penimbunan hasil fotosintesis dari daun yang terputus jalannya karena floem dihilangkan

c. pada bagian yang disayat terjadi pembengkakan karena infeksi.

d. pembengkakan terjadi karena pengaruh regerasi sel.

e. Hambatan air yang menyebabkan tekanan turgor naik

10. Dua kecambah dari jenis yang sama diletakkan ditempat yang satu terkena cahaya,

dan yang lain tidak dalam keadaan gelap. Dalam beberapa hari kecambah ditempat yang gelap tumbuh lebih panjang daripada kecambah ditempat yang terang. Hal ini menunjukkan bahwa ... .

1. cahaya berpengaruh terhadap pertumbuhan kecambah
2. tunas kecambah tumbuh mencari cahaya
3. cahaya dapat menghambat pertumbuhan kecambah
4. pertumbuhan kecambah mengikuti fototaksis
5. adanya gerak fototropi

11. Percobaan terhadap hasil fotosintesis menunjukkan bahwa daun hijau yang ditetesi

lugol/iodium berubah warna menjadi biru. Hal ini membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan .. .

a. lemak

b. protein

c. vitamin

d. zat tepung

e. gula

12. yang tidak berperan dalam fotosintesis adalah ... .

1. CO₂
2. Klorofil
3. O₂
4. Cahaya matahari
5. Air

13. Manakah yang merupakan awal dari proses fotosintesis

1. terurainya CO2
2. Terurainya air
3. Terurainya klorofil

d. Terurainya O2

e. Fiksasi CO2

14. Masuknya gas CO2 ke dalam daun melalui ... .

1. Lenti sel
2. Stomata
3. Celah daun
4. Epidermis
5. Xylem

15. Oksigen yang dihasilkan dari peristiwa fotosintesis berasal dari ... .

1. CO2
2. H2O
3. Udara
4. klorofil
5. hasil oksidasi

16. Pada reaksi gelap terjadi ... .

a. fotolisis air

2. pembentukan NADPH
3. fiksasi CO2

d. fiksasi O2

e. pembentukan ATP

17. klorofil paling banyak terdapat pada ... .

a. jaringan floem

b. jaringan xilem

c. jaringan sponsa

d. jaringan palisade

e. jaringan epidermis

18. pernyataan di bawah ini tidak berhubungan dengan reaksi gelap ...

a. reaksi fotosintesis yang tidak memerlukan cahaya

b. reaksi yang disebut juga siklus calvin

c. reaksi fotosintesis yang memerlukan cahaya

d. terjadi proses fiksasi CO2 dengan bantuan enzim

e. menggunakan enzim Rubisco

19. Perhatikan Gambar!

• Setelah dibiarkan terkena sinar matahari selama 30 menit kantung plasitk yang paling banyak mengandung uap air adalah ... . a. 1 b. 2 c. 3 d. 4 e 1 dan 2

20. Perhatikan pernyataan ini

1. sebagai salah satu faktor berlangsungnya fotosintesis
2. menguraikan karbohidrat menjadi glukosa dan air.
3. merefleksikan warna hijau
4. menyerap sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi fungsi klorofil dalam fotosintesis adalah ... .

a. 1, 2, dan 3

b. 1, 2, 3, dan 4

c. 1, 2, dan 4

d. 1, 3, dan 3

e. 3 dan 4