Fotosintesis dan Energi Kehidupan
TENAGA
matahari biasanya dijadikan
sumber energi alternatif. Aplikasinya sudah bukan sesuatu yang asing lagi,
karena dapat dilihat pada mobil tenaga surya, pemanas air, dan
sebagainya. Tapi bagaimana jika tenaga matahari dijadikan sumber energi
utama? Lompatan revolusioner itulah yang dilakukan sejumlah peneliti dari
Institut Teknologi Massachusetts (MIT), Amerika Serikat. Mereka berhasil
mengatasi hambatan utama tenaga solar, yakni meningkatkan kemampuan menyimpan
energi yang dapat digunakan ketika matahari tidak bersinar (mendung atau
malam).
Sampai saat ini, tenaga
matahari hanya efektif menjadi sumber energi alternatif di siang hari saja.
Sebab menyimpan energi solar sangat mahal dan tidak efisien. Namun peneliti MIT
berhasil menemukan proses penyimpanan energi solar yang sederhana, murah, dan
efisien.
’’Ini adalah puncak dari apa
yang kita bicarakan selama bertahun-tahun. Selama ini tenaga solar terbatas.
Sekarang kita telah membuktikan bahwa tenaga solar itu tak terbatas,’’ kata
salah seorang peneliti, Daniel Nocera.
Inspirasi Fotosintesis
Bersama koleganya, Matthew
Kanan, Nocera mengembangkan teknik yang terinspirasi fotosintesis pada
tumbuhan. Mereka mengembangkan proses yang memungkinkan energi matahari dapat
digunakan untuk memisahkan gas oksigen dan hidrogen pada air.
Selanjutnya gas oksigen dan
hidrogen digabungkan kembali dalam sel bahan bakar (fuel cell) untuk
menghasilkan listrik. Komponen utama dari proses ini adalah katalis baru yang
menghasilkan gas oksigen dari air. Sedangkan katalis lain menghasilkan gas
hidrogen yang berharga. Katalis baru terdiri atas logam cobalt, fosfat, dan
elektroda yang ditempatkan di dalam air.
Ketika listrik —apakah dari
sel photovoltaic, turbin angin, atau sumber lainnya— berjalan melalui
elektroda, maka cobalt dan fosfat akan membentuk lapisan tipis pada elektroda
dan gas oksigen yang dihasilkan.
Apabila digabungkan dengan
katalis lain, seperti planitum yang dapat menghasilkan gas hidrogen dari air,
sistem ini dapat menduplikasi air untuk memisahkan reaksi yang terjadi selama
fotosintesis.
’’Katalis baru bekerja pada
temperatur ruangan, dalam derajat keasaman (pH) air netral, dan amat mudah
dipasang. Makanya, saya tahu hal ini akan bekerja dan sangat mudah
diimplementasikan,’’ kata Nocera.
Tidak dapat disangsikan,
sinar matahari memang memiliki potensi luar biasa sebagai sumber energi untuk
menyelesaikan masalah energi dunia. Sinar matahari selama satu jam saja sudah
mampu menyediakan kebutuhan energi untuk seluruh makhluk sejagat raya selama
setahun.
Penyempurnaan
james Barber, pemimpin studi fotosintesis yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengakui kalau temuan Nocera dan Kanan sebagai lompatan raksasa dalam rangka menghasilkan energi yang bersih dan bebas karbon dalam jumlah besar.
’’Penemuan ini memiliki
implikasi yang luar biasa terhadap kesejahteraan sejarah umat manusia di
masa-masa mendatang,’’ kata profesor biokimia dari Imperial College London itu.
Hanya saja, masih diperlukan
beberapa penyempurnaan dalam penelitian ini. Sebab, kendati menjanjikan,
penemuan ini belum ekonomis. Selain itu, produktivitasnya belum terlalu tinggi.
Saat ini tersedia
electrolyzer, yang memisahkan air dengan tenaga listrik, dan sering digunakan
di dunia industri. Namun electrolyzer tidak cocok untuk fotosintesis buatan,
karena biayanya sangat mahal.
PR ke depan adalah
mengintegrasikan penemuan ilmiah baru ini ke dalam sistem photovoltaic yang
sudah ada. Namun Nocera optimistis, sistem tersebut akan menjadi nyata. ’’Ini
kan baru permulaan,’’ kilahnya.
Proyek Revolusi Solar yang
dikerjakan Nocera dan Kanan ini dibiayai oleh Chesonis Family Foundation dan
MIT Solar Frontiers Center. Nocera berharap, dalam sepuluh tahun mendatang, sel
photovoltaic bisa memenuhi kebutuhan listrik rumah tangga pada siang hari.
Selain itu, bisa menggunakan
energi solar untuk menghasilkan oksigen dan hidrogen, untuk memenuhi sel bahan
bakar rumah mereka. Dan, listrik dengan media kabel yang dialirkan dari pusat
pembangkit mungkin hanya akan menjadi masa lalu.
Fungsi Jaringan Permanen
Jaringan permanen pada tumbuhan
berfungsi antara lain :
|
Fotosintesis
merupakan proses pemanfaatan enegi matahari oleh tumbuhan hijau yang terjadi
pada kloroplast. Dalam fotosintesis terdapat dua tahap, yaitu
reaksi terang dan reaksi gelap (siklus Calvin). Reaksi terang terjadi pada grana (granum), sedangkan reaksi Calvin terjadi
di dalam stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi
energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2). Sedangkan dalam siklus
Calvin terjadi seri reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan dasar CO2
dan energi (ATP dan NADPH). Energi yang digunakan dalam siklus Calvin diperoleh
dari reaksi terang.
Dari
semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang gelombang tertentu yang
dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitu panjang gelombang yang
berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak
terbagi atas cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru
(410 - 500 nm) dan violet (< 400 nm).
Masing-masing
jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis. Hal ini terkait pada
sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang
terdapat pada membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang
tertentu. Pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang
berbeda. Kloroplast mengandung beberapa pigmen. Sebagai contoh, klorofil a
terutama menyerap cahaya biru-violet dan merah. Klorofil b menyerap cahaya biru
dan oranye dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a berperan langsung
dalam reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan dalam
reaksi terang.
Mengenal proses fotosintesis. Fotosintesis adalah proses pembuatan makanan pada tumbuhan. daun berfungsi membuat makanan (karbohidrat) dengan bantuan sinar matahari melalui proses Fotosintesis. Makhluk hidup yang dapat melakukan proses Fotosintesis adalah tumbuhan kelompok AUTOTROF.
Bagian
tumbuhan hijau yang berfungsi menyerap cahaya matahari adalah klorofil yang
terdapat didalam kloropast. Didalam kloroplast terdapat zat warna/ pigmen yang
berfungsi menangkap energi yang tidak dapat ditangkap oleh klorofil. Contohnya: pigmen kuning pada wortel dan tomat. Klorofil banyak terdapat
pada jaringan tiang (palisade) dengan demikian fotosintesis berlangsung
terutama di jaringan tiang (palisade).Proses fotosintesis berlangsung berupa
sari-sari makanan (C6H12O6) dan gas oksigen ( O2 ).
Perhatikan reaksi fotosintesis berikut ini:
H2O + CO2 Sinar matahari C6 H12O + O2
klorofil
** Faktor-faktor yang mempengaruhi Fotosintesis. **
Fotosintesis dipengaruhi oleh factor : cahaya, klorofil, ketersediaan CO2 , suhu dan air.
Fotosintesis
adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga,
dan beberapa jenis 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
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.
Fotosintesis pada tumbuhan
Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya
dapat mensintesis makanan langsung. dari senyawa anorganik. Tumbuhan
menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen
yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal
dari fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa
berikut ini:
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6
(glukosa) + 6O2
Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.
Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen
yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau
pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya
yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan
yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi
dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil
yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya
akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju
mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun
biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk
mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang
berlebihan.
Fotosintesis pada alga dan bakteri
Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang
hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak
memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi
dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen
dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih
bervariasi. Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof.
Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang berarti bergantung pada
materi yang dihasilkan oleh organisme lain.
Proses fotosintesis
Hingga sekarang fotosintesis masih terus
dipelajari karena masih ada sejumlah tahap yang belum bisa dijelaskan, meskipun
sudah sangat banyak yang diketahui tentang proses vital ini. Proses
fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam
utama, seperti fisika, kimia,
maupun biologi sendiri.
Pada tumbuhan, organ utama tempat
berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun secara umum, semua sel yang
memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi
ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian
stroma.
Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke
jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi
menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi
gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).
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.
Reaksi gelap
ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam proses fotosintesis
memicu berbagai proses biokimia. Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu
adalah siklus
Calvin yang mengikat karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan
kemudian menjadi gula seperti glukosa). Reaksi ini disebut reaksi gelap karena
tidak bergantung pada ada tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun dalam
keadaan gelap (tanpa cahaya).
Faktor penentu laju fotosintesis
Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju
fotosintesis:
1.
Intensitas cahaya
2.
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
3.
Konsentrasi karbon dioksida
4.
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak
jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
5.
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.
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.
6.
Kadar air
7.
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata
menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju
fotosintesis.
8.
Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
9.
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju
fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai
jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
10.
Tahap pertumbuhan
11.
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.
Penemuan
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. Tapi pada tahun 1720, ahli botani Inggris, Stephen
Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain selain air yang
berperan. Ia berpendapat faktor itu adalah udara.
Joseph Priestley, seorang ahli kimia dan
pendeta, 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
menemukan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat
"memulihkan" udara yang "rusak".
Akhirnya di tahun 1796,
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).
Fotorespirasi
Fotorespirasi
adalah sejenis respirasi pada tumbuhan yang dibangkitkan oleh penerimaan cahaya yang diterima oleh daun.
Diketahui pula bahwa kebutuhan energi dan ketersediaan oksigen dalam sel juga mempengaruhi fotorespirasi. Walaupun
menyerupai respirasi (pernafasan) biasa, yaitu proses oksidasi yang melibatkan oksigen, mekanisme
respirasi karena rangsangan cahaya ini agak berbeda dan dianggap sebagai proses
fisiologi
tersendiri.
Proses
Proses yang disebut juga "asimilasi
cahaya oksidatif" ini terjadi pada sel-sel mesofil
daun dan diketahui merupakan gejala umum pada tumbuhan
C3, seperti kedelai dan padi.
Lebih jauh, proses ini hanya terjadi pada stroma
dari kloroplas, dan didukung oleh peroksisom dan mitokondria.
Secara biokimia, proses fotorespirasi
merupakan cabang dari jalur
glikolat. Enzim utama yang terlibat adalah enzim yang sama
dalam proses reaksi gelap fotosintesis, Rubisco (ribulosa-bifosfat
karboksilase-oksigenase). Rubisco memiliki dua sisi aktif: sisi karboksilase
yang aktif pada fotosintesis dan sisi oksigenase yang aktif pada fotorespirasi.
Kedua proses yang terjadi pada stroma
ini juga memerlukan substrat
yang sama, ribulosa
bifosfat (RuBP), dan juga dipengaruhi secara positif oleh
konsentrasi ion Magnesium dan derajat keasaman (pH) sel. Dengan demikian
fotorespirasi menjadi pesaing bagi fotosintesis, suatu kondisi yang tidak disukai
kalangan pertanian, karena mengurangi akumulasi energi.
Jika kadar CO2 dalam sel rendah (misalnya karena
meningkatnya penyinaran dan suhu sehingga laju produksi oksigen sangat tinggi
dan stomata
menutup), RuBP akan dipecah oleh Rubisco menjadi P-glikolat dan P-gliserat (dengan melibatkan satu molekul air
menjadi glikolat
dan P-OH). P-gliserat (P dibaca "fosfo") akan didefosforilasi oleh
ADP sehingga membentuk ATP. P-glikolat memasuki proses agak rumit
menuju peroksisoma, lalu mitokondria, lalu kembali ke peroksisoma untuk diubah
menjadi serin, lalu gliserat. Gliserat masuk kembali ke
kloroplas untuk diproses secara normal oleh siklus
Calvin menjadi gliseraldehid-3-fosfat (G3P).
Kegunaan
Peran fotorespirasi diperdebatkan namun semua
kalangan sepakat bahwa fotorespirasi merupakan penyia-nyiaan energi. Dari sisi evolusi, proses ini dianggap sebagai sisa-sisa
ciri masa lampau (relik). Atmosfer pada masa lampau mengandung oksigen pada
kadar yang rendah, sehingga fotorespirasi tidak terjadi seintensif seperti masa
kini. Fotorespirasi dianggap bermanfaat karena menyediakan CO2 dan NH3 bebas untuk diasimilasi ulang, sehingga
dianggap sebagai mekanisme daur ulang (efisiensi). Pendapat lain menyatakan
bahwa fotorespirasi tidak memiliki fungsi fisiologis apa pun, baik sebagai
penyedia asam amino tertentu (serin
dan glisin) maupun sebagai pelindung klorofil dari perombakan karena fotooksidasi.
Karena tidak efisien, sejumlah tumbuhan
mengembangkan mekanisme untuk mencegah fotorespirasi. Untuk menekan
fotorespirasi, tumbuhan
C4 mengembangkan strategi ruang dengan memisahkan jaringan yang
melakukan reaksi terang (sel mesofil) dan reaksi gelap (sel selubung pembuluh,
atau bundle sheath). Sel-sel mesofil tumbuhan C4 tidak memiliki Rubisco.
Strategi yang diambil tumbuhan
CAM bersifat waktu (temporal), yaitu memisahkan waktu untuk reaksi
terang (pada saat penyinaran penuh) dan reaksi gelap (di malam hari).
Kloroplas
Bagian-bagian Chloroplast.
Kloroplas atau
Chloroplast adalah plastid
yang mengandung klorofil. Di dalam kloroplas berlangsung fase
terang dan fase gelap dari fotosintesis tumbuhan. Kloroplas terdapat pada hampir seluruh
tumbuhan, tetapi tidak umum dalam semua sel.
Bila ada, maka tiap sel dapat memiliki satu sampai banyak plastid. Pada
tumbuhan tingkat tinggi umumnya berbentuk cakram (kira-kira 2 x 5 mm,
kadang-kadang lebih besar), tersusun dalam lapisan tunggal dalam sitoplasma tetapi bentuk dan posisinya
berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya. Pada ganggang, bentuknya dapat seperti mangkuk,
spiral, bintang menyerupai jaring, seringkali disertai pirenoid.
Kloroplas matang pada beberapa ganggang , biofita dan likopoda dapat memperbanyak diri dengan pembelahan. Kesinambungan kloroplas terjadi melalui pertumbuhan dan pembelahan proplastid di daerah meristem. Secara khas kloroplas dewasa mencakup dua membran luar yang menyelimuti stroma homogen, di sinilah berlangsung reaksi-reaksi fase gelap. Dalam stroma tertanam sejumlah grana, masing-masing terdiri atas setumpuk tilakoid yang berupa gelembung bermembran, pipih dan diskoid (seperti cakram). Membran tilakoid menyimpan pigmen-pigmen fotosintesis dan sistem transpor elektron yang terlibat dalam fase fotosintesis yang bergantung pada cahaya. Grana biasanya terkait dengan lamela intergrana yang bebas pigmen.
Prokariota yang berfotosintesis tidak mempunyai kloroplas, tilakoid yang banyak itu terletak bebas dalam sitoplasma dan memiliki susunan yang beragam dengan bentuk yang beragam pula. Kloroplas mengandung DNA lingkar dan mesin sistesis protein, termasuk ribosom dari tipe prokariotik.
Kloroplas matang pada beberapa ganggang , biofita dan likopoda dapat memperbanyak diri dengan pembelahan. Kesinambungan kloroplas terjadi melalui pertumbuhan dan pembelahan proplastid di daerah meristem. Secara khas kloroplas dewasa mencakup dua membran luar yang menyelimuti stroma homogen, di sinilah berlangsung reaksi-reaksi fase gelap. Dalam stroma tertanam sejumlah grana, masing-masing terdiri atas setumpuk tilakoid yang berupa gelembung bermembran, pipih dan diskoid (seperti cakram). Membran tilakoid menyimpan pigmen-pigmen fotosintesis dan sistem transpor elektron yang terlibat dalam fase fotosintesis yang bergantung pada cahaya. Grana biasanya terkait dengan lamela intergrana yang bebas pigmen.
Prokariota yang berfotosintesis tidak mempunyai kloroplas, tilakoid yang banyak itu terletak bebas dalam sitoplasma dan memiliki susunan yang beragam dengan bentuk yang beragam pula. Kloroplas mengandung DNA lingkar dan mesin sistesis protein, termasuk ribosom dari tipe prokariotik.
Struktur Kloroplas
Kloroplas terdiri atas dua bagian besar, yaitu bagian amplop dan bagian
dalam.Bagian amplop kloroplas terdiri dari membran luar yang bersifat sangat
permeabel, membran dalam yang bersifat permeabel serta merupakan tempat protein
transpor melekat, dan ruang antar membran yang terletak di antara membran luar
dan membran dalam. Bagian dalam kloroplas mengandung DNA
, RNAs,
ribosom, stroma
(tempat terjadinya reaksi gelap), dan granum.
Granum
terdiri atas membran
tilakoid (tempat terjadinya reaksi terang) dan ruang
tilakoid (ruang di antara membran tilakoid). Pada tanaman C3,
kloroplas terletak pada sel mesofil. Contoh tanaman C3 adalah padi
(Oryza sativa), gandum (Triticum aestivum),
kacang kedelai (Glycine max), dan kentang (Solanum tuberosum). Pada tanaman
C4, kloroplas terletak pada sel mesofil dan bundle sheath cell.
Contoh tanaman C4 adalah jagung (Zea mays) dan tebu
(Saccharum officinarum).
Genom Kloroplas
Kloroplas pada tanaman tingkat tinggi merupakan evolusi dari bakteri
fotosintetik menjadi organel sel tanaman. Genom kloroplas terdiri dari 121 024
pasang nukleotida serta mempunyai inverted repeats (2 kopi) yang mengandung
gen-gen rRNA
(16S dan 23S rRNAs) untuk pembentukan ribosom. Genom kloroplas mempunyai
subunit yang besar yaitu penyandi ribulosa biphosphate carboxylase.
Protein yang terlibat di dalam kloroplas sebanyak 60 protein. 2/3nya
diekspresikan oleh gen yang terdapat di inti sel sementara 1/3nya diekspresikan
dari genom kloroplas.
Rumus
struktur adenosin trifosfat (ATP)
Adenosin trifosfat (ATP)
adalah suatu nukleotida yang dalam biokimia dikenal sebagai "satuan molekular" pertukaran energi intraselular;
artinya, ATP dapat digunakan untuk menyimpan dan mentranspor energi kimia dalam
sel.
ATP juga berperan penting dalam sintesis asam nukleat. Molekul ATP juga digunakan untuk
menyimpan energi yang dihasilkan tumbuhan dalam respirasi
selular. ATP yang berada di luar sitoplasma atau di luar sel dapat
berfungsi sebagai agen signaling
yang mempengaruhi pertumbuhan dan respon terhadap perubahan lingkungan.
Komposisi Kimia
ATP
terdiri dari adenosin
dan tiga gugus fosfat. Rumus empirisnya adalah C10H16N5O13P3,
dan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H,
dengan bobot molekul 507.184
u. Gugus
fosforil pada AMP
disebut gugus alfa, beta, and gamma fosfat.
Sintesis
Model molekul ATP
ATP
dapat dihasilkan melalui berbagai proses selular, namun seringnya dijumpai di mitokondria melalui proses fosforilasi oksidatif
dengan bantuan enzim pengkatalisis ATP
sintetase. Pada tumbuhan, proses ini lebih sering dijumpai di dalam kloroplas melalui proses fotosintesis. Bahan bakar utama sintesis ATP
adalah glukosa dan asam lemak. Mula-mula, glukosa dipecah menjadi piruvat di dalam sitosol. Dari satu molekul glukosa akan
dihasilkan dua molekul ATP. Tahap akhir dari sintesis ATP terjadi dalam
mitokondria dan menghasilkan total 36 ATP.
ATP dalam tubuh manusia
Jumlah
total ATP dalam tubuh manusia berkisar pada 0,1 mol.
Energi yang digunakan oleh sel manusia untuk melakukan hidrolisis dapat
berjumlah 200 hingga 300 mol ATP per hari. Artinya, setiap molekul ATP didaur
ulang sebanyak 2000 hingga 3000 kali setiap hari. ATP tidak dapat disimpan,
karenanya sintesis harus segera diikuti dengan penggunaan.
Trifosfat lain
Sel
juga memiliki trifosfat nukleosida mengandung energi tinggi yang lain, seperti guanin
trifosfat (GTP). Energi dapat dengan mudah ditransfer antar
trifosfat-trifosfat ini dengan ATP melalui reaksi yang dikatalisis oleh nukleosida difosfokinase: Energi dilepaskan
ketika terjadi hidrolisis terhadap ikatan-ikatan fosfat berenergi tinggi. Energi ini dapat digunakan oleh
berbagai macam enzim, protein
motor, dan protein
transpor untuk melangsungkan kehidupan sel. Selain energi,
hidrolisis akan melepaskan fosfat anorganik dan adenosin difosfat (ADP) yang dapat dipeach lagi
menjadi satu ion fosfat dan adenosin
monofosfat (AMP). ATP juga dapat langsung dipecah menjadi adenosin
monofosfat dan pirofosfat.
Reaksi ADP dengan
GTP
Belakangan
ini banyak dibicarakan kemungkinan menggunakan ATP sebagai sumber energi untuk nanoteknologi dan implan sehingga peralatan seperti alat pacu jantung buatan
tidak lagi memerlukan baterai.
Peran biokimia dan fisiologi
Peran
ATP yang paling banyak dikenali orang adalah sebagai pembawa energi, dalam
bentuk yang tertukar sebagai ATP dan ADP. Fungsi ini berlangsung di berbagai
kompartemen sel, tetapi kebanyakan terjadi pada sitosol (ruang di dalam sitoplasma yang berisi
cairan kental). Sebagai pembawa energi, ATP juga banyak dijumpai pada mitokondria.
ATP
dan nukleosida trifosfat lainnya dapat berada di luar sel, menempati matriks
ekstraselular. Di sini mereka berperan sebagai agen signaling yang merespon
perubahan lingkungan atau gangguan dari organisme lain untuk kemudian ditangkap
oleh reseptor pada membran sel. Mekanisme
ini belum banyak dipelajari dan diketahui terjadi pada hewan
dan, ternyata, juga pada tumbuhan.[1]
Rujukan
1.
^
Roux SJ dan Steinbrunner I. 2007. Extracellular ATP: an unexpected role as a
signaler in plants. Trends in Plant Science 12:522-528.
doi:10.1016/j.plants.2007.09.003
|
Klorofil
adalah kelompok pigmen fotosintesis yang terdapat dalam tumbuhan, menyerap cahaya merah, biru dan ungu,
serta merefleksikan cahaya hijau yang menyebabkan tumbuhan memperoleh ciri
warnanya. Terdapat dalam kloroplas dan memanfaatkan cahaya yang diserap sebagai energi untuk reaksi-reaksi cahaya
dalam proses fotosintesis.
Klorofil A merupakan salah satu bentuk
klorofil yang terdapat pada semua tumbuhan autotrof. Klorofil B terdapat pada ganggang
hijau chlorophyta dan tumbuhan darat. Klorofil C terdapat pada ganggang coklat
Phaeophyta serta diatome Bacillariophyta. Klorofil d terdapat pada ganggang
merah Rhadophyta.
Foton
adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik. Biasanya foton
dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang
radio, dan Sinar-X. Foton berbeda dengan partikel elementer lain seperti elektron dan quark,
karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengan
kecepatan cahaya, c. Foton
memiliki baik sifat gelombang maupun partikel ("dualisme
gelombang-partikel").
semoga bermanfaat bagi kita semua .....
by :
ana trisnawati