Fotosintesis adalah proses yang digunakan oleh tanaman, ganggang dan bakteri tertentu untuk memanfaatkan energi dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi dalam arti kimia. Dalam reaksi yang bergantung pada cahaya ini, sejumlah energi digunakan untuk melepaskan elektron dari zat yang cocok, seperti air, menghasilkan gas oksigen.
Hidrogen yang dibebaskan oleh pemisahan air digunakan dalam penciptaan dua senyawa lebih lanjut yang berfungsi sebagai penyimpan energi jangka pendek, memungkinkan transfernya untuk mendorong reaksi lain: senyawa ini yaitu nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADPH) dan adenosin trifosfat ( ATP). Dengan menggunakan ATP dan NADPH yang dihasilkan oleh reaksi terang, senyawa yang dihasilkan kemudian dikurangi dan dihilangkan untuk membentuk karbohidrat lebih lanjut, seperti glukosa.
Fotosintesis
Fotosintesis adalah proses yang digunakan oleh tanaman dan organisme lain untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia yang nantinya dapat dilepaskan untuk memicu aktivitas organisme. Energi kimia tersebut disimpan dalam molekul karbohidrat, seperti gula, yang disintesis dari karbon dioksida dan air.
Dalam kebanyakan kasus, oksigen juga dilepaskan sebagai produk limbah. Sebagian besar tanaman, sebagian besar ganggang, dan cyanobacteria melakukan fotosintesis; organisme seperti itu disebut photoautotrophs.
Fotosintesis sebagian besar bertanggung jawab untuk memproduksi dan mempertahankan kandungan oksigen dari atmosfer Bumi, dan memasok semua senyawa organik dan sebagian besar energi yang diperlukan untuk kehidupan di Bumi.
Meskipun fotosintesis dilakukan secara berbeda oleh spesies yang berbeda, prosesnya selalu dimulai ketika energi dari cahaya diserap oleh protein yang disebut pusat reaksi yang mengandung pigmen klorofil hijau. Pada tanaman hias, protein ini disimpan di dalam organel yang disebut kloroplas, sedangkan pada bakteri mereka tertanam dalam membran plasma.
Saat ini, tingkat rata-rata penangkapan energi oleh fotosintesis secara global adalah sekitar 130 terawatt, yaitu sekitar delapan kali konsumsi daya peradaban manusia saat ini. Organisme fotosintetik juga mengubah sekitar 100–115 miliar ton (91-104 petagram) karbon menjadi biomassa per tahun.
Pengertian Fotosintesis
Istilah fotosintesis berasal dari kata “foton” yang memiliki arti cahaya dan “sintesis” yang memiliki arti “penyusunan”. Jadi, secara sederhana fotosintesis dapat diartikan sebagai proses penyusunan bahan organik (karbohidrat) dari H2O dan CO2 dengan bantuan energi cahaya.
Proses ini hanya bisa terjadi pada tumbuhan yang mempunyai klorofil, yaitu pigmen yang berfungsi sebagai penangkap energi cahaya matahari. Jadi, fotosintesis bisa juga dikatakan sebagai transformasi energi dari cahaya matahari dikonversi menjadi energi kimia yang terikat dalam molekul karbohidrat.
Untuk sebagian besar tanaman, daun bertindak sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis. Dengan demikian, daun sangat cocok untuk semua proses fotosintesis. Seperti panel surya, daun, sebagian besar, tipis dan lebar dengan bagian lebar daun menghadap matahari. Ini memungkinkan intersepsi cahaya maksimum.
Tanaman telah terbukti mengarahkan kembali daunnya dengan cara yang memastikan intersepsi cahaya maksimal pada siang hari. Ini memastikan bahwa energi cahaya yang cukup dikumpulkan untuk fotosintesis.
Pengertian Fotosintesis Menurut Para Ahli
Adapun definisi fotosintensis menurut para ahli, antara lain:
- Robert Meyer (1845)
Fotosintesis adalah proses biokimia yang sangat penting karena selama proses tersebut energi radiasi dikonversi menjadi energi kimia yang bermanfaat bagi proses kehidupan.
Reaksi Fotosintesis
Secara garis besar, reaksi fotosintesis bisa dibedakan menjadi dua, yaitu:
-
Reaksi Terang atau Reaksi yang Tergantung Cahaya
Reaksi terang adalah reaksi yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia (ATP dan NADPH). Reaksi ini terjadi di dalam membran tylakoid kloroplas dan melibatkan tiga langkah utama yang meliputi:
- Eksitasi sistem foto – Setelah klorofil menyerap energi cahaya, elektron yang terdelokalisasi di dalam pigmen diberi energi dan menjadi bersemangat. Elektron ini kemudian ditransfer ke molekul pembawa yang terletak di dalam membran tilakoid (akseptor elektron).
- Produksi ATP – Ketika elektron melewati rantai transpor elektron (di dalam membran tilakoid), itu kehilangan energi karena gradien elektrokimia tercipta di dalam tilakoid. Menggunakan ion hidrogen yang ditranslokasi dalam tilakoid.
ATP sintase mengkatalisasi sintesis ATP dalam proses yang dikenal sebagai fotofosforilasi. Ketika langkah ini berakhir, elektron yang sekarang tidak lagi berenergi diambil oleh fotosistem 1 dari fotosistem II.
- Fotolisis air dan reduksi NADP + – Pada fase ini, elektron dari Fotosistem I dapat digunakan untuk mengurangi NADP + menjadi NADPH-. Bersama dengan ATP, molekul ini memainkan peran penting dalam reaksi bebas cahaya.
Dalam reaksi terang, hal yang perlu kita ingat adalah energi cahaya dalam reaksi tergantung cahaya memecah air menjadi oksigen dan ion hidrogen positif.
-
Reaksi Gelap atau Reaksi yang Tidak Tergantung Cahaya
Reaksi ini disebut juga sebagai siklus Calvin, elektron berenergi dari reaksi sebelumnya menyediakan energi yang dibutuhkan untuk mensintesis gula. Siklus Calvin, yang terjadi dalam stroma, dibagi menjadi tiga tahap dasar yang meliputi: Fiksasi; Pengurangan, Regenerasi (Langkah-langkah akan ini dijelaskan dalam siklus C3 pada subbab berikutnya).
Proses Fotosinstesis
Tergantung pada ekologi, ada tiga jenis utama proses fotosintesi, yaitu sebagai berikut;
- Siklus C3
Siklus C3 atau fotosintesis C3 adalah jenis reaksi fotosintesis yang diamati pada sebagian besar tanaman (80-90 persen dari semua tanaman). Tanaman di mana bentuk fotosintesis ini terjadi disebut sebagai tanaman C3. Tahapan fotosintesis C3 (siklus Calvin), meliputi:
- Tahap Fiksasi Karbon Dioksida
Pada siang hari, karbon dioksida berdifusi melalui pori-pori dan masuk ke sel mesofil. Di sini, CO2 berdifusi ke dalam stroma tempat gula disintesis. Dalam stroma, enzim ribulose bifosfat karboksilase mengkatalisis reaksi antara gas (CO2) dan tiga molekul akseptor lima karbon yang dikenal sebagai ribulosa bifosfat (RuBP).
Reaksi-reaksi ini menghasilkan produksi senyawa 6 karbon yang kemudian dipecah untuk menghasilkan 2 molekul asam 3-fosfogliserat. Fiksasi karbon dioksida adalah reaksi bebas cahaya yang dapat direpresentasikan sebagai berikut:
CO2 + RuBP ——- (Rubisco) ——–> 2 (3- PGA)
- Tahap Pengurangan Karbon
Selama tahap reduksi, 6 molekul APT dan NADPH mengubah 3-PGA menjadi 6 molekul gliseraldehida 3-fosfat. Akibatnya, ATP dikonversi menjadi ADP (kehilangan atom fosfat terminal) sementara NADPH dikonversi menjadi NADP +.
- Regenerasi
Selama fase regenerasi, satu molekul G3P diangkut ke sitoplasma di mana ia terlibat dalam pembentukan senyawa yang dibutuhkan oleh tanaman. G3P lain, bagaimanapun, menjalani reaksi lebih lanjut untuk menghasilkan RuBP, glukosa dan gula lainnya serta berbagai senyawa organik lainnya.
-
Siklus C4
Pada tanaman C4 (antara lain nanas, jagung, dan tebu) fotosintesis terjadi di sel sel mesofil dan bundel. Seperti halnya dengan siklus C3, siklus C4 juga ringan. Dalam sel mesofil, hidrasi karbon dioksida menghasilkan ion bikarbonat dengan adanya karbonat anhidrase.
Menggunakan ion karbonat, enzim pengikat karbon yang dikenal sebagai fosfoenolpiruvat karboksilase, 3 karbon fosfoenolpiruvat (PEP) dikonversi menjadi oksaloasetat (senyawa 4 karbon).
Enzim PEP tidak ada dalam siklus C3 tetapi hadir dalam siklus C4. Ini memberikan keuntungan besar bagi tanaman C4 mengingat bahwa enzim ini mampu memperbaiki karbon dioksida pada konsentrasi rendah (karbonat). Untuk alasan ini, tanaman C4 tidak perlu memiliki stomata terbuka untuk menyerap lebih banyak karbon dioksida untuk fotosintesis.
Reaksi fotosintesis yang terjadi pada mesofil dapat direpresentasikan sebagai berikut:
CO2 + H20 ——– (carbonic anhydrase) —–> HCO3 – + H +
HCO3– + PEP ——– (PEP ENZYME) ———-> OAA (Oxaloacetate)
Dalam sel-sel mesofil, oksaloasetat dikonversi menjadi malat (senyawa 4 karbon) di hadapan NADPH sebelum dipindahkan ke selubung sel bundel (Di antara tanaman C4, selubung sel bundle (the bundle sheath cells) adalah kelompok sel khusus yang terletak di sekitar bundel vaskular dalam daun).
Dalam selubung sel bundel (dalam kloroplas sel-sel ini), malat dikonversi menjadi 3 karbon piruvat setelah penghilangan CO2 melalui dekarboksilasi (reaksi ini menghasilkan CO2, piruvat, dan NADPH).
Sedangkan piruvat bergerak ke lapisan mesofil untuk fosforilasi (untuk membentuk PEP) karbon dioksida memasuki siklus C3 di mana ia melewati reaksi biokimia untuk menghasilkan 3 karbon gliseraldehida-3-fosfat.
Proses tersebut memastikan bahwa ada konsentrasi karbon dioksida yang tinggi. Dalam hal ini, rubisco berfungsi sebagai karboksilase yang memainkan peran penting dalam mengurangi fotorespirasi, yaitu proses pernapasan di mana tanaman mempertahankan tingkat oksigen yang tinggi selama periode cahaya (stomata tertutup).
Ini terbukti menjadi masalah selama fotosintesis mengingat oksigen, dalam tingkat tinggi, bersaing dengan karbon dioksida untuk situs aktif rubisco. Di sini, pertukaran gas tidak terjadi (oksigen meninggalkan dan karbon dioksida masuk). Akibatnya, respirasi sel, alih-alih fotosintesis terjadi selama fotorespirasi ini.
-
CAM Cycle (Siklus Crassulacean Acid Metabolism atau Metabolisme Asam Crassulacean)
CAM adalah bentuk fotosintesis yang umum di antara anggota keluarga Crassulaceae. Tidak seperti tanaman C4, tanaman yang digambarkan sebagai CAM cenderung memperbaiki karbon dioksida di malam hari. dan, tanaman CAM juga dapat digambarkan sebagai tanaman C4.
Pada malam hari, pori-pori terbuka memungkinkan daun menyerap karbon dioksida. Di hadapan PEP karboksilase (juga ditemukan di tanaman C4) Karbon dioksida ditetapkan untuk membentuk oksaloasetat yang kemudian dikonversi menjadi malat. Pagi berikutnya, malat diangkut ke sitosol di mana ia mengalami dekarboksilasi yang melepaskan karbon dioksida yang dibutuhkan untuk siklus Calvin.
(Untuk tanaman di lingkungan yang sangat panas dan kering, proses ini memastikan bahwa daun tidak kehilangan air berlebih (dengan membuka di siang hari). Selain itu, memastikan bahwa daun memiliki karbon dioksida yang cukup yang diperlukan untuk fotosintesis selama sinar matahari).
Pada malam hari, pori-pori terbuka memungkinkan tanaman menyerap karbon dioksida dan melepaskan oksigen berlebih. Ini juga membantu mencegah fotorespirasi.
Fungsi Fotosintesis
Fotosintesis berfungsi bukan hanya untuk tumbuhan itu sendiri, tapi juga berfungsi untuk manusia dan hewan. Secara lebih jelas, berikut ini fungsi utama fotosintesis:
-
Menghasilkan Oksigen
Fotosintesis memungkinkan tanaman menghasilkan oksigen yang dikeluarkan ke lingkungan melalui stomata. Dan bukankah kita semua mengakui pentingnya oksigen? Kebanyakan organisme (termasuk manusia dan hewan) tidak dapat bernafas atau hidup tanpa oksigen.
-
Menghasilkan Glukosa
Selama tanaman fotosintesis memproses glukosa (gula) menjadi pati, yang tersimpan pada daun. Pada malam hari – ketika tanaman tidak terpapar cahaya dan tidak ada fotosintesis yang terjadi – dalam proses terbalik pati ini menjadi glukosa lagi.
Selanjutnya tanaman mengangkut glukosa – terlarut dalam air – dari daun ke bagian lain tanaman. Di sana glukosa diubah sekali lagi, misalnya menjadi bahan bergizi atau sumber energi untuk tanaman yang bersangkutan. Glukosa juga memperkuat dinding sel tanaman, sehingga meningkatkan ketahanannya terhadap penyakit dan wabah.
Fakta bahwa tanaman dapat membentuk glukosa adalah sangat penting bagi umat manusia dan hewan, memungkinkan hewan dan manusia memakan daun dan buah tanaman. Bagi banyak hewan, tanaman berada di puncak rantai makanan; bagi manusia tumbuhan juga merupakan sumber yang memiliki fungsi makanan utama.
Contoh Fotosintesis
Ternyata fotosintesis tidak hanya bisa dilakukan oleh tanaman, tapi ada pula organisme lain yang bisa melakukan fotosintesis, yang bisa disebut sebagai organisme fotosintetik. Berikut ini beberapa contoh organisme fotosintetik meliputi:
-
Tanaman
Fotosintesis pada tanaman terjadi pada organel khusus yang disebut kloroplas. Kloroplas ditemukan dalam daun tanaman dan mengandung pigmen klorofil. Pigmen hijau ini menyerap energi cahaya yang diperlukan untuk terjadinya fotosintesis.
Kloroplas mengandung sistem membran internal yang terdiri atas struktur yang dinamakan tilakoid, yang berfungsi sebagai tempat untuk menonversi energi cahaya menjadi energi kimia. Karbon dioksida dikonversi menjadi karbohidrat dalam proses yang dikenal sebagai fiksasi karbon atau siklus Calvin.
Karbohidrat dapat disimpan dalam bentuk pati, digunakan selama respirasi, atau digunakan dalam produksi selulosa. Oksigen yang diproduksi dalam proses dilepaskan ke atmosfer melalui pori-pori dalam daun tanaman yang dikenal sebagai stomata.
-
Alga (Diatom, Fitoplankton, Alga Hijau)
Alga merupakan organisme eukariotik yang mempunyai karakteristik tanaman dan hewan. Seperti hewan, ganggang mampu memakan bahan organik di lingkungan mereka. Beberapa alga juga mengandung organel dan struktur yang ditemukan dalam sel hewan, seperti flagela dan centriol.
Seperti halnya tanaman, ganggang mengandung organel fotosintesis yang disebut kloroplas, yang di dalamnya mengandung klorofil, yaitu pigmen hijau yang menyerap energi cahaya untuk fotosintesis. Selain itu, Alga juga mengandung pigmen fotosintesis lainnya, misalnya karotenoid dan phicobilin.
-
Euglena
Euglena adalah protista uniseluler dalam genus Euglena. Organisme ini diklasifikasikan dalam filum Euglenophyta dengan alga karena kemampuan fotosintesisnya. Kini, para ilmuwan percaya bahwa euglena bukan ganggang, tapi telah mendapatkan kemampuan fotosintesisnya melalui hubungan endosimbiotik dengan ganggang hijau. Dengan demikian, Euglena telah ditempatkan di filum Euglenozoa.
-
Bakteri (Cyanobacteria dan Bakteri Fotosintetik Anoksigenik)
Cyanobacteria adalah bakteri fotosintesis oksigen, yang menyerap energi matahari dan karbon dioksida, serta mengeluarkan oksigen. Seperti halnya tanaman dan ganggang, cyanobacteria mengandung klorofil dan mengubah karbon dioksida menjadi gula melalui fiksasi karbon.
Tidak seperti tanaman eukariotik dan ganggang, cyanobacteria adalah organisme prokariotik. Mereka tidak memiliki nukleus yang terikat membran, kloroplas, dan organel lain yang ditemukan pada tanaman dan ganggang.
Sebagai gantinya, cyanobacteria memiliki selaput sel luar ganda dan selaput tilakoid dalam yang terlipat yang digunakan dalam fotosintesis. Cyanobacteria juga mampu fiksasi nitrogen, suatu proses dimana nitrogen atmosfer dikonversi menjadi amonia, nitrit, dan nitrat. Zat ini diserap oleh tanaman untuk sintesis senyawa dalam definisi biologis.
Nah, itulah tadi penjelasan serta pengulasan secara lengkap kepada segenap pembaca terkait dengan pengertian fotosintesis menurut para ahli, reaksi, proses terjadi, fungsi, dan contohnya dalam kehidupan manusia. Semoga melalui materi ini bisa memberikan wawasan dan menambah pengetahuan bagi pembaca sekalian.
