Pengertian Fotosintesis
Fotosintesis adalah proses pembuatan energi atau zat
makanan/glukosa yang berlangsung atas peran cahaya matahari (photo = cahaya,
synthesis = proses pembuatan/pengolahan) dengan menggunakan zat hara/mineral,
karbon dioksida dan air. Makhluk hidup yang mampu melakukan fotosintesis adalah
tumbuhan, alga dan beberapa jenis bakteri. Fotosintesis sangat penting bagi
kehidupan di bumi karena hampir semua makhluk hidup bergantung pada energi yang
dihasilkan oleh proses fotosintesis.
Fungsi Fotosintesis
Fungsi Fotosintesis
sebagai berikut:
- Fungsi utama fotosintesis untuk
memproduksi zat makanan berupa glukosa. Glukosa menjadi bahan bakar dasar
pembangun zat makanan lainnya, yaitu lemak dan protein dalam tubuh
tumbuhan. Zat-zat ini menjadi makanan bagi hewan maupun manusia. Oleh
karena itu, kemampuan tumbuhan mengubah energi cahaya (sinar matahari)
menjadi energi kimia (zat makanan) selalu menjadi mata rantai makanan.
- Fotosintesis membantu
membersihkan udara,
yaitu mengurangi kadar CO2 (karbon dioksida) di udara
karena CO2 adalah bahan baku dalam proses fotosintesis.
Sebagai hasil akhirnya, selain zat makanan adalah O2 (Oksigen)
yang sangat dibutuhkan untuk kehidupan.
- Kemampuan tumbuhan
berfotosintesis selama masa hidupnya menyebabkan sisa-sisa tumbuhan yang
hidup masa lalu tertimbun di dalam tanah selama berjuta-juta tahun menjadi
batubara menjadi salah satu sumber energi saat ini.
PROSES FOTOSINTESIS
Proses fotosintesis tidak bertahan untuk semua sel tetapi khusus
ada sel yang mengandung pigmen fotosintetik karena proses fotosintesis
dipengaruhi oleh kemampuan daun menyerap spektrum cahaya. Perbedaan ini
disebabkan perbedaan pigmen pada jaringan daun. Kloroplas merupakan salah
satu pigmen fotosintetik yang berperan penting dalam proses fotosintesis untuk
menyerap energi matahari.
Kloroplas atau zat hijau daun terdapat pada semua tumbuhan hijau. Kloroplas
mengandung klorofil. Pigmen fotosintesis ini terdapat pada membran
tilakoid. Pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam
tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam
stroma.Klorofil sendiri hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam
fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem. Fotosistem adalah unit dari
tumbuhan untuk menangkap energi matahari (klorofil).
Proses fotosintesis dimulai dengan energi cahaya diserap oleh
protein berklorofil yang biasa disebut pusat reaksi fotosintesis. Pada
tumbuhan, protein ini tersimpan di dalam organel yang disebut kloroplas,
sedangkan pada bakteri, protein ini tersimpan pada membran plasma. Sebagian
energi cahaya yang dikumpulkan klorofil disimpan dalam bentuk adenosin
trifosfat (ATP). Sisa energi digunakan untuk memisahkan elektron dari zat
seperti air. Elektron ini digunakan dalam reaksi yang mengubah karbondioksia
menjadi senyawa organik. Pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria, ini
dilakukan dalam suatu jaringan reaksi yang disebut siklus Calvin, namun
jaringan reaksi yang berbeda ditemukan pada beberapa bakteri, misalnya siklus
Krebs terbalik pada Chlorobium. Banyak organisme fotosintesis memiliki
adaptasi mengonsentrasikan atau menyimpan karbondioksida untuk membantu
mengurangi proses boros yang disebut fotorespirasi yang menghabiskan sebagian
dari gula yang dihasilkan selama fotosintesis.
Proses fotosintesis terus diselidiki karena ada sejumlah tahap
yang belum dapat dijelaskan secara ilmiah meskipun sudah 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 dasarnya, jaringan reaksi fotosintesis dibagi
dua bagian utama yaitu reaksi terang (membutuhkan cahaya) dan reaksi gelap
(tidak memerlukan cahaya tetapi membutuhkan karbondioksida).
1.
Reaksi
Terang
Reaksi terang merupakan
proses menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2 yang membutuhkan molekul air.Proses
ini dimulai 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
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 bekerja secara simultan dalam
fotosintesis dan saling memperkuat.
Cahaya yang mengionisasi
molekul klorofil pada fotosistem II akan membuatnya melepaskan elektron yang
ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi 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 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 CB 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.
2.
Reaksi Gelap
ATP dan NADPH yang
dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu 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).
REAKSI KIMIA FOTOSINTESIS
Tumbuhan hijau daun bersifat autotrof yang artinya dapat memasak
atau mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan
menyerap karbondioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang
diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal
dari fotosintesis. Persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa adalah:
H2O (air) + CO2 (karbondioksida) + cahaya → CH2O (glukosa) + O2
(oksigen)
Glukosa digunakan untuk
membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan sebagai bahan bakar. Proses
ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun
tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasiseluler adalah
kebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan
senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbondioksida,
air, dan energi kimia.
Berikut adalah beberapa
faktor utama yang menentukan laju fotosintesis:
1. Intensitas cahaya. Laju fotosintesis
maksimum ketika banyak cahaya.
2. Konsentrasi karbon dioksida. Semakin banyak
karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan
tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3. 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.
4. Penilaian air. Kekurangan air atau
kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbondioksida
sehingga mengurangi laju fotosintesis.
5. Penilaian fotosintat (hasil
fotosintesis). Jika penilaian fotosintat seperti karbohidrat berkurang,
laju fotosintesis akan naik. Bila penilaian fotosintat bertambah atau
bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
6. Tingkat 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.
