PEROLEHAN
ENERGI PADA SEL
Sel membutuhkan masukan energi dari sumber luar.Energy memasuki
sebagian ekosistem dalam bentuk cahaya matahari, sumber energi bagi tumbuhan
dan organisme bagi fotosintetik lainnya.Sel memamen energi kimiawi yang tersimpan
dalam molekul organik dan menggunakannya untuk ATP, molekul yang menggerakan
sebagian besar kerja seluler.Fotosintesis menyediakan makanan bagi hampir
seluruh kehidupan di dunia bagi secara langsung ataupun tidak langsung.
Autotrof memberi dirinya sendiri dengan menelan molekul
organik.Fotoautotrof menggunakan energi matahari untuk mensintesis molekul
organik dari CO2dan H2O.heterotrof menelan molekul
organik dari organisme lain untuk memperoleh energi dan karbon. Pada eukariota
autrofik, fotosintesis terjadi dalam kloroplas, organel yang mengandung membran
tilakoid dari stroma kloroplas.
Cahaya merupakan suatu bentuk energy elektromagnetik, yang merambat
sebagai gelombang.Warna yang kita lihat sebagai cahaya-tampak merupakan bagian
spektum elektromagnetik.Pigmen merupakan bahan yang menyerap cahaya tampak
dengan panjang gelombang tertentu. Kerja spectrum fotosintesis tidak
benar-benar sama dengan spectrum absorpsi klorofil a, suatu pigmen
fotosintetik utama dalam tumbuhan, kerja pigmen aksesoris (klorofil bdan
berbagai karatenoid) menyerap panjang gelombangcahaya yang berbeda dan member
energinya ke klorofil a.
Reaksi terang dalam grana menghasilkan ATP dan menguraikan air,
melepas O2dan membentuk NADPH dengan mentransfer electron dari air
ke NADP+.Siklus Kelvin dalam stroma membentuk gula dan CO2, dengan
menggunakan ATP untuk energi dan NADPH untuk pereduksi.
Siklus Kelvin merupakan jalur metabolisme dalam stroma kloroplas.
Suatu enzim (rubisjko) menggabungkan CO2dengan ribulosa bisfosfat
(RUBP), gula berkarbon lima. Kemudian, dengan menggunakan electron dari NADPH
dan energy dari ATP, siklus ini mensintesis gula berkarbon-tiga gliseraldehida
3-fosfat.
A. Fotosintesis
mengubah energi cahaya menjadi energy kimia dalam makanan
Enzim-enzim fotositesis dan
molekul-molekul lain dikelompokan bersama dalam membran biologis,memungkinkan
terlaksananya serangkaian reaksi kimia yang dibutuhkan dengan efisien.Proses
fotosintesis kemungkinan besar bermula dalam sekelompok bakteri yang memiliki
wilayah-wilayah membran plasma yang melipat ke dalam dan mengandung kumpulan
molekul semacam itu:Pada bakteri fotosintetik yang masih ada,membran
fotosintetik yang melipat ke dalam berfungsi mirip dengan membran internal
kloroplas,organel eukariotik.
Kloroplas: Tempat Fotosintesis pada
Tumbuhan
Seluruh bagian hijau tumbuhan,termasuk batang hijau
dan buah yang belum matang,memiliki kloroplas,namun daun merupakan tempat utama
fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan.Warna daun berasal dari klorofil (chlorophyll),pigmen hijau yang terletak di dalam
kloroplas.Energi cahaya yang diabsorsi (diserap)oleh kloropil menggerakan
sintesis molekul organik dalam kloroplas.Kloroplas terutama ditemukan
dalam
sel masofil(mesophyll), jaringan di interior daun. Karbon dioksida memasuki
daun,dan oksigen keluar, melalui pori-pori makroskopik yang disebut stomata (tunggal stoma;dari kata
Yunani yang berarti ‘mulut’). Air yang siserap akan diangkut kedaun melalui
pembuluh.Daun juga menggunakan oembuluh untuk mengekspor gula ke akar dan
bagian-bagian nonfotosintetik lainnya dari tumbuhan.
Sel mesofil biasanya memiliki sekitar 30 sampai 40
kloroplas,yang masing-masing berukuran sekitar 2-4 um . Selaput yang
terdiri dari dua membran yang menyelubungi stoma,cairan
kental didalam kloroplas. Suatu sistem rumit yang terdiri dari kantong-kantong bermembran yang saling terhubung yang
disebut tilakoid(thylakoid), memisahkan stoma dari kompartemen lain, yaitu
interior tilakoid,atauruang tilakoid.
Menyusuri Perjalanan Atom dalam Fotosintesis:Peneliti
Ilmiah
Selama beradab-adab ilmuan telah berusaha untuk
memahami proses pembuatan makanan oleh tumbuhan.Jika ada cahaya,bagian-bagian
hijau dari tumbuhan menghasilkan senyawa-senyawa organik dan oksigen dari
karbon dioksida dan air.Dengan menggunakan rumus-rumus molekul,kita dapat
merangkum serangkaian reaksi kimia yang kompleks dalam fotosintesis dengan
persamaan kimia ini:
6CO2
+ 12 H2O + Energi cahaya
C6 H12 + O6 +
6 O2 + 6 H2 O
C6 H12 + O6 +
6 O2 + 6 H2 O
Kita
dapat melihat bahwa perubahan kimia keseluruhan selama fotosintesis merupakan
kebalikan dari perubahan kimia keseluruhan yang terjadi dalam respirasi
selular.
Penguraian Air
Salah
satu petunjuk pertama dari mekanisme fotosintesis berasal dari penemuan bahwa O2
yang dilepas oleh tumbuhan berasal dari H2 O,bukan dari CO2
.Kloroplas memecah air menjadi hidrogen dan oksigen.Sebelum penemuan ini,
hipotesis yang mendominasi adalah bahwa fotosintesis memecah karbon dioksida
(CO2 - C + O2 ) dan kemudian menambahkan
air ke karbon (CO2 - C + H2 O [CH2 O] ). Hipotesis ini
mempediksi bahwa O2 yang dilepas selama fotosintesis berasal dari CO2.Beberapa
percobaan menunjukan bahwa O2 dari tumbuhan berlabel 18O
hanya jika air merupakan sumber perunut (percobaan 1). Jika 18
diintroduksi ke tumbuhan dalam bentuk CO2 ,label itu tidak muncul
dalam O2 yang dilepaskan (percobaan 2).
Fotosintesis sebagai Proses Redoks
Selama respirasi seluler,energi
dilepaskan dari gula ketila elektron yang berasosiasi dengan hidrogen dilihat
oleh molekul pembawa ke oksigen, membentuk air sebagai produk sampingan
.Elektron kehilangan energi potensial saat ‘jatuh’ menuruni rantai transpor elektron menuju oksigen yang elektronegatif
,dan mitokondria memanfaatkan energi tersebut untuk mengintesis
ATP.Fotosintesis membalik arah aliran elektron. Air dipecah, dan elektron
ditransfer bersama-sama ion hidrogen dari air ke karbion dioksida, yang
mereduksinya menjadi gula. Karena elektron mengalami peningkatan energi
potensial saat bergerak dari air ke
gula, proses ini membutuhkan energi, atau dengan kata lain bersifat endorgenik.
Dorongan energi ini disediakan oleh cahaya matahari.
Dua Tahap Fotosintesis: Pendahuluan
Sebenarnya,fotosintesis bukanlah
sutu proses tunggal,melaikan dua proses,yang masing-masing terdiri dari banyak
langkah. Kedua tahap fotosintesis dikenal sebagai reaksi terang (light reaction,bagianfoto dari fotosintesis) dan siklus Calvin (Calvin cyle,bagian sintesis)
 |
| Sumber : campbell et al. 1999 |
Reaksi terang merupakan tahap-tahap fotosintesis
yang mengubah energi surya menjadi energi kimia. Air dipecah,menyediakan sumber
elektron dan proton (ion hidrogen H+
) serta melepaskan O2 sebagai produk sampingan.Reaksi terang
menggunakan tenaga surya untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan cara menambahkan sepasang
elektron bersama-sama dengan H+. Reaksi terang juga menghasilkan
ATP,memenggunakan kemiosmosis untuk memberikan tenaga dari penambahan gugus
fosfat ke ADP, proses yang disebut fotofosforisasi
(photophosphorylation ). Perhatikan
bahwa reaksi terang tidak menghasilkan gula; pembentukan gula terjadi pada
tahap kedua fotosintesis ,yaitu siklus Calvin.Siklus Celvin diawali dengan
penggabungan CO2 dari udara ke dalam molekul organik yang sudah ada
dalam kloroplas. Penggabungan karbon ke dalam senyawa organik pada awal siklus
ini disebut fiksasi karbon (carbon fixation ). Siklus Calvin
kemudian mereduksi karbon yang terfiksasi menjadi karbohidrat melalui
penambahan elektron. Tenaga pereduksi disediakan oleh NADPH,yang menerima
muatan elektronnya dalam dalam reaksi terang. Langkah-langkah metabolik pada
siklus Calvin terkadang disebut sebagai reaksi gelap,atau reaksi
tak-bergantung-cahaya,sebab tidak ada satu pun dari langkah itu yang
membutuhkan cahaya secara langsung.
Bagaimana pun juga, siklus Calvin pada sebadgian besar tumbuhan terjadi pada
siang hari,karena hanya pada itulah reaksi terang dapat menyediakan NADPH dan
ATP yang dibutuhkan oleh siklus Calvin.
Seperti yang diindikasikan oleh
peraga,tilokoid kloroplas merupakan tempat berlangsungnya reaksi
terang,sedangkan siklus Calvin terjadi dalam stoma. Dalam tilakoid, molekul
NADP+ mengambil elektron,
sedangkan ADP mengandung fosfat . NADP dan ATP kemudian dilepaskan ke stroma,
tempat kedua molekul tersebut memaikan peran krusial dalam siklum Calvin.Kedua
tahap fotosintesis dalam peraga tersebut diperlakukan sebagai modul metabolik
yang mengambil bahan penyusun dan menghasilkan produk. Langkah kita berikutnya
untuk memahami fotosintesis adalah dengan mempelajari lebih dekat bagaimana
kedua tahap itu bekerja,diawali dengan reaksi terang.
B.
Reaksi terang mengubah energy matahari menjadi
energy kimiawi berupa ATP dan NADPH
Tilakoid
kloroplas mengubah energy cahaya menjadi energy kimiawi dalam bentuk ATP dan
NADPH .untuk memahami pengubahan ini dengan lebih baik, terlebih dulu kita
perlu mempelajari sifat-sifat penting cahaya.
Sifat-Sifat Alami Cahaya Matahari
Cahaya
merupakan bentuk energy yang dikenal sebagai energy elektromagnetik atau
disebut radiasi.Jarak anatr puncak-puncak gelombang elekromagnetik disebut panjang gelombang.Panjang gelombang
berkisar antara kurang dari satu nanometer ( untung sinar gamma) hingga lebih
dari kilometer (untuk gelombang radio) . keseluruhan kisaran radiasi disebut spectrum elektromagnetik.
 |
| Sumber : campbell et al. |
Segmen
yang paling penting bagi kehidupan adalah pita sempit yang panjang gelombangnya
berkisar antara kira-kira 380-750 nm.Radiasi ini disebut cahaya tampak. Model cahaya
sebagai gelombang menerangkan banyak sifat-sifta cahaya . Tetapi dalam hal
tertentu cahaya itu berperilaku seperti tersusun atas partikel-partikel diskret
, yang disebut foton. Foton bukanlah objek kasat mata, tetapi foton
itu bertindak seperti objek yang
memiliki jumlah energy yang tetap.
Bagain
spectrum yang dapat kita lihat-cahaya-tampak- juga merupakan radiasi yang
menggerakkan fotosintesis.Biru dan merah, dua panjang gelombang yang paling
efektif diserap oleh klorofil, merupakan warna yang paling bermanfaat sebagi
energy untuk reaksi terang.
Pigmen Fotosintetik; Reseptor
Cahaya
Bahan-bahan
yang menyerap cahaya-tampak disebut pigmen. Pigmen yang berbeda akan menyerap
cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda, dan panjang gelombang yang
diserapakan menghilang. Jika suatu pigmen diterangi dengan cahaya putih, warn
ayang kita lihat ialah warna yang paling dipantulkan atau diteruskan oleh
pigmen yang bersangkutan. Misalnya kita melihat warna hijau saat kita melihat
daun karena klorofil menyerap cahaya merah dan biru ketika diteruskan dan
memantulkan cahaya hijau.
 |
Sumber : Campbell et al. 1999 |
Pigmen-pigmen
penangkap cahaya diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu klorofil,
karotenoid, dan fikobilin.
Klorofil
mengabsorpsi cahaya dengan panjang gelombnag 400-500nm ( violet dan cahaya
biru) dan 600-700 nm (orange dan cahaya merah). Pigmen ini menyebabkan warna
hijau pada tumbuhan.
Karotenoid mengabsorpsi
cahay, terutama dengan panjang gelombnag 400-500 nm.Kuning, oranye, dan merah
merupakn warna yang direflesikan oleh karotenoid sehingga memberikan warna
tersebut pada wortel, jeruk, tomat, dan daun tumbuhan tertentu.
Fikobilin
hanya ditemukan pada sianobakteri fotosintetik dan alga merah.Pigmen tersebut
mengabsorpsi cahay dengan panjang gelombang 450-650 nm.( Sudjadi,
bagod.2006;49)
Fotoeksitansi Klorofil
Warna
yang bersesuaian dengan panjang gelombnag yang diserap akan menghilang dari
spectrum cahaya yang diteruskan dan dipantulkan, tetapi energinya tidak hilang.
Ketika molekul menyerap suatu foton, salh satu electron molekul dinaikkan ke
suatu orbital di mana electron tersebut memilki energy potensial yang lebih
tinggi. Ketika electron berada pada orbital normalnya, molekul pigmen
dikatakan berada dalam keadaan dasarnya.
Setelah penyerapan foton mendorong electron ke orbital yang energinya lebih
tinggi, molekul pigmen dikatakan dalam keadaan tereksitasi. Satu-satunya foton
yang diserap ialah foton yang energinya tepat sama dengan perbedaan energy
antara keadaan dasar dan keadaan tereksitasi, dan selisih energy ini beragam
dari satu jenis atom atau molekul ke jenis lainnya. Dengan demikian, senyawa
tertentu menyerap hanya foton yang bersesuaian dengan panjang gelombnag
tertentu, karena itulah setipa pigmen memiliki spectrum absorpsi yang unik.
Energy
dari foton yang diserap diubah menjadi energy potensial electron yang dinaikkan
dari keadaan dasar keadaan tereksitasi.
Tetapi elektron ini tidak dapat menetap di sana terlalu lama karena keadaan ynag tereksitasi, seperti semua keadaan berenergi tinggi
lainnya, bersifat tidak stabil.
Sebagia
pigmen, termasuk krofil, selain memnacrakan panas juga memancarkan cahaya
setelah menyerap foton.Electron melompat ke keadaan energy yang lebih tinggi,
dan ketika electron itu kembali ke keadaan dasrnya, foton dilepas.Pasca-pijar
ini disebut fluoresensi. Jika larutan klorofil yang diisolasi dari klorofil
diterangi, larutan ini akan berfluoresensi ( berpendar) dalam bagian merah
spectrum dan juga melepas panas. Fotosistem: Kompleks Pengumpul – Cahaya
dari Membran Tilakoid
Pada
lingkungan aslinya dalam membrane tilakoid, klorofil tersususn bersama protein
dan molekul organic yang lebih kecil lainnya menjadi fotosistem .fotosistem memilki “kompleks antena” pengumpul – cahaya
yang tersusun atas suatu kumpulan dari beberapa ratus klorofil α ,dan b , dan molekul karotenoid.
Ketika
setiap molekul antenna menyerap foton,
energinya disalurkan dari molekul pigmen ke molekul pigmen lain sehingga energy
tentang molekul klorofil α terentu. Hanya molekul klorofil ini yang
ditempatkan di dearah fotosistem yang disebut pusat reaksi.Di mana terjadi reaksi kimiawi pertama fotosintesis
yang digerakkan – cahaya.Dalam reaksi reduksi-oksidasi molekul klorofil α di
pusat reaksi kehilangan salah satu elektronnya yang berpindah ke akseptor
electron primer.Reaksi redks terjadi apabila cahaya mengeksitasi electron ke
tingkat energy yang lebih tinggi dalam klorofil dan akseptor elektrob itu dapat
kembali ke keadaan dasar dalam molekul klorofil.Klorofil yang terisolasi berfluotesensi
karena tidak ada lagi aksepor electron untuk mencegah agar electron dari
klorofil terfotoeksitasi tidak turun kembali ke keadaan dasar. Dalam
kloroplas,molekul akseptor berfubgsi seperti bendungan yang mencegah
kemerosotan tiba-tiba elektrob berebergi-tinggi ini kembali ke keadaan
dasarnya.
Membrane
tilakoid dipenuhi oleh dua jenis fotosistem yang bekerja secara bersama dalam
reaksi terang fotosintesis .kedua jenis itu disebut fotosistem I dan fotoistem
II. Masing –masing memiliki pusat reaksi
yang khas.
Klorofil
pusat-reaksi fotosistem I dikenal sebagai P700 karena pigmen ini paling baik
dalam menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang 700nm (bagian spectrum
yang sangat merah0. Klorofil pada pusat reaksi fotosistem II disebut P680 karena spectrum absorpsi
memiliki puncak pada 680 nm (juga bagian spectrum merah). Kedua pigmen ini,
P700 dan P680, sebenarnya merupakan molekul klorofil α yang identic. Akan
tetapi, keterkaitan dengan protein yang berbeda dalam membrane tilakoid mempengaruhi
distribusi electron dalam molekul klorofil dan menjadi penyebab adanya sedikit
perbedaan pada sifat penyerapan-penyerapan.
Selama
reaksi terang fotosintesis , terdapat dua kemungkinan rute untuk aliran
electron. Yaitu ;
1. Aliran
electron non siklik
2. Aliran
electron siklik
Aliaran electron nonsiklik
SIKLIK
|
NON SIKLIK
|
Ø Cahaya
diabsorpsi oleh pigmen di dalam FS I.
Ø Electron
berenergi yang berasal dari P700 diteruskan ke suatu akseptor electron.
Ø Electron
berenergi dipancarkan mellaui system traspor electron dan dikembalikan ke
pusat reaksi P700.
Ø ATP
diperbarui kemiosmosis sebagi hasil dari aliran electron siklik.
|
Ø Cahaya
diabsorpsi oleh pigmen di dalam FS I dan II.
Ø Electron
berenergi berasal dari P680 dan P700 FS I.
Ø Fotolisis terhadap air mengisi kekosongan
electron di dalam P680 , proton dan ksigen dilepaskan.
Ø Aksepor
electron berenergi meneruskan electron berenergi ke system
traspor electron yang memancarkan ke pusat reaksi P700 FS I.
Ø Akseptor
electron untuk P700 meneruskan electron berenergi ke rantai transport
electron yang lain dan memutar NADP + membentukNADPH.
Ø ATP
diperbarui oleh kmiosmosis sebagai hasil dari aliaran electron nonsiklik
serta melepaskan proton hasil fotolisis.
|
 |
| Aliaran electron siklik |
C.
Siklus
Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk
mengubah CO2 menjadi gula
Siklus Calvin merupakan jalur metabolisme yang serupa dengan siklus Krebs
yang berarti bahwa materi awal diregeneasi setelah molekul memasuki dan
meninggalkan siklus ini.Siklus Calvin merupakan jalur metabolisme dalam stroma
kloroplas.
Karbon memasuki siklus Calvin dalam bentuk CO2 dan keluar dalam
bentuk gula, tetapi sebenarnya bukan glukosa melainkan gula berkarbon tiga yang
dinamai gliseraldehida3-fosfat.Siklus
ini menggunakan ATP sebagai sumber energi dan mengkonsumsi NADPH sebagai tenaga
pereduksi untuk penambahan electron berenergi-tinggi untuk membuat gula.
Untuk selisih sintesis satu molekul gula ini, siklus ini harus terjadi
tiga kali, yang mengikat (memfiksasi) tiga molekul CO2.
Proses siklus kelvin ;
Terdapat 3 fase dalam
Siklus Calvin :
Fase 1 : Fiksasi Carbon
Siklus Calvin memasukkan setiap molekul CO2 dengan menautkannya
pada gula berkarbon lima yang dinamai ribosa bifosfat (RuBP), dengan bantuan
enzim RuBP karboksilase atau rubisko yang berfungsi mengkatalis langkah pertama ini.
Produk reaksi ini ialah intermediet berkarbon enam yang demikian tidak
stabilnya sehingga terurai separuhnya untuk membentuk dua molekul 3-fosfogliserat (untuk setiap CO2).
Fase 2 : Reduksi
Setiap molekul
3-fosfogliserat menerima gugus fosfat baru. Suatu enzim mentransfer gugus
fosfat dari ATP, membentuk 1,3-bisfosfogliserat
sebagai produknya. Selanjutnya, sepasang electron yang disumbangkan NADPH
mereduksi 1,3-bisfosfogliserat menjadi G3P.
Perhatikan gambar
di atas, untuk setiap tiga molekul CO2, terdapat enam molekul G3P.Tetapi hanya
satu molekul dari gula berkarbon-tiga ini dapat dihitung sebagai selisih
perolehan karbohidrat. Siklus ini mulai dengan 15 karbon dari karbohidrat dalam
bentuk tiga molekul gula berkarbon lima dalam RuBP. Sekarang terdapat nilai 18
karbon karbohidrat dalam bentuk enam molekul G3P. Satu molekul keluar siklus
untuk digunakan oleh sel tumbuhan, tetapi lima molekul lainnya harus
didaur-ulang untuk meregenerasi tiga molekul RuBP.
Fase 3 : Regenerasi
akseptor CO2 (RuBP)
Dalam suatu rangkaian reaksi yang rumit, rangka karbon yang terdiri atas
lima molekul G3P disusun-ulang oleh langkah terakhir siklus Calvin menjadi tiga molekul RuBP. Untuk menyeleseikan
ini, siklus menghabiskan tiga molekul ATP. RuBP sekarang siap untuk menerima CO2
kembali, dan siklusnya berlanjut.
Untuk selisih sintesis
satu molekul G3P, siklus Calvin ini secara keseluruhan mengkonsumsi Sembilan molekul ATP dan enam molekul NADPH.
FootNote :
·
Siklus Calvin : Tahapan kedua dari dua tahapan utama
fotosintesis (setelah reaksi terang), melibatkan fiksasi CO2 atmosferik dan
reduksi karbon hasil fiksasi tersebut menjadi karbohidrat.
·
ATP : Nukleosida trifosfat mengandung adenine yang
mengeluarkan energy bebas ketika ikatan fosfatnya dihidrolisis. Energi ini
digunakan untuk menggerakkan reaksi endergonik (yang memerlukan energi) dalam
sel.
·
Rubisko : enzim yang berfungsi mengkatalisis fiksasi karbon.
·
Fiksasi Karbon : Penggabungan karbon dari CO2 ke dalam suatu
senyawa organic oleh organisme autotrofik (tumbuhan, organisme fotosintetik
lainnya, atau bakteri kemoautotrofik)
·
Reduksi : Perolehan electron olehsuatu substansi yang
terlibat dalam reaksi redoks.
D.
Mekanisme alternatif untuk fiksasi karbon
telah berevolusi di daerah beriklim panas dan kering
Fotorespirasi: Relik Evolusi?
Pada sebagian besar tumbuhan, fiksasi awal
karbon terjadi melalui rubisko, enzim siklus Calvin yang menambahkan CO2
ke ribulosa bifosfat.Tumbuhan semacam itu disebut tumbuhan C3 (C3
plant) karena produ organic pertama dari fiksasi karbon merupakan senyawa
berkarbon tiga, 3-fosfogliserat.Rubisko dapat mengikat O2 sebagai
sebagai ganti CO2.Fotorespirasi merupakan jalur metabolic yang
mengonsumsi oksigen dan ATP, melepaskan CO2, dan menurunkan keluaran
fotosintetik.Fotorespirasi umumnya terjadi pada hari yang panas, kering, dan
terang, saat stomata menutup dan konsentrasi oksigen dalam daun melebihi CO2.
Fotorespirasi merupakan bawaan evolusi relic
metabolic dari masa terdahulu ketika atmosfer mengandung lebih sedikit O2
dan lebih banyak CO2 daripada saat ini.Pada beberapa kasus,
fotorespirasi memainkan peran pelindung pada tumbuhan.Tumbuhan yang memiliki
kelainan dalam hal kemampuannya melakukan fotorespirasi (akibat gen yang cacat)
lebih rawan terhadap kerusakan yang dipicu oelh cahaya berlebihan.Pada banyak
tipe tumbuhan termasuk berbagai jenis tanaman pangan fotorespirasi menghabiskan
hingga 50 % karbon yang difiksasi oleh siklus Calvin.
Anomali pemanfaatan oksigen oleh
kloroplas.Gangguan karboksilasi akibat adanya interaksi antara RUBISCO dengan
oksigen. Proses yang mengarah pada pembentukan hanya satu molekul PGA pada
reaksi gelap dalam kloroplas. Rubisco – ribulosa bifosfat karboksilase/
oksigenas.e Rubisco mengkatalisis reaksi pengikatan O2 pada RuBP.2‐fosfoglikolat. Glikolat (peroksisom).Glisin (mitokondria)
 |
| Sumber :www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespiras |
 |
| Sumber :www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespirasi. |
Tumbuhan C4
Anatomi daun yang unik berkorelasi dengan mekanisme fotosintesis C4.
Pada tumbuhan C4 ada dua tipe sel fotosintetik yang berbeda: sel
seludang berkas-pembuluh dan sel mesofil. Sel
seludang berkas-pembuluh (bundle-sheath
cell) tersusun menjadi seludang-seludang yang di kemas rapat di sekitar
urat daun.Di antara seludang berkas-pembuluh dan permukaan daun terdapat sel mesofil(mesophyll cell) tersusun lebih longgar.Siklus Calvin hanya
berlangsung di kloroplas sel seludang berkas-pembuluh.Akan tetapi, siklus
tersebut di dahului oleh penggabungan CO2 ke dalam senyawa organikdi
dalam sel mesofil.
1.
Langkahpertama
di lakukan oleh sejenis enzim yang hanya terdapat dalam sel mesofil, disebut PEP Karboksilase (PEP Carboxylase). Enzim ini menambah CO2 ke
fosfoenolpiruvat (PEP), membentuk produk berkarbon empat , oksaloasetat. Oleh
karena itu, PEP karboksilase dapat memfikasi karbon secara efisien ketika
rubiskoyidak bias yaitu saat hari panas dan kering, dan stomata tertutup
sebagian, menyebabkan konsentrasi CO2 di daun turun dan konsetrasi O2
naik.
2.
Setelah
tumbuhan C4 memfikasi karbon dari CO2, sel mesofil
mengekspor produk karbon empat yang di hasilkannya.
3.
Dalam
sel seludang berkas-pembuluh, senyawa berkarbon-empat ini melepaskan CO2,
yang diasmilasi kembali kedalam materi organik oleh rubisko dan siklus Calvin.
Reaksi yang sama meregenerasi piruvat, yang transport ke sel mesofil.
 |
| Sumber :www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespirasi. |
Tumbuhan CAM
Tanaman gurun.Adaptasi fotosintetik kedua terhadap kondisi
kering telah berevaluasi pada banyak tumbuhan sukulen (penyimpanan air),
berbagai macam kaktus, nanas, dan anggota beberapa family tumbuhan lain.
Tumbuhan-tumbuhan ini membuka stomatanya
pada malam hari dan menutup pada siang hari, berlawanan pada tumbuhan lain.
Stomata yang tertutup pada siang hari membantu tumbuhan gurun mempertahankan
air, namun juga mencegah CO2 memasuki daun.Pada malam hari, ketika
stomatanya terbuka, tumbuhan ini mengambil CO2 dan menggabungkannya
kedalam berbagai asam organic. Mode fikasi karbon ini disebut metabolisme asam krasulasea (crassulacean acid metabolisme) atau CMA, berdasarkan family tumbuhan
Crassulaceae, tumbuhan sukulen tempat proses ini pertama kali di temukan. Dalam
tumbuhan C4, langkah-langkah awal fiksasi karbon terpisah secara stuktural dari
siklus Calvin, sedangkan dalam tumbuhan CAM, kedua langkah terjadi pada saat
yang berbeda
 |
| Sumber :www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespirasi. |
GLIKOLISIS
Proses glikolisis terjadi pada semua
organisme. Proses ini berfungsi untuk menukarkan glukosa menjadi piruvat dan
akan menghasilkan ATP tanpa menggunakan oksigen. Glikolisis dimulai dengan satu
molekul glukosa yang memiliki 6 atom karbon pada rantainya (C6H12O6) dan akan
dipecahkan menjadi dua molekul piruvat yang masing-masing memiliki 3 atom
karbon (C3H3O3) yang merupakan hasil akhir bagi proses ini (Irawan, 2007). Glikolisis berlangsung di sitosol, merupakan proses
pemecahan molekul glukosa yang memiliki 6 atom C menjadi dua molekul asam
piruvat yang memiliki 3 atom C. Reaksi yang berlangsung di sitosol ini
menghasilkan 2 NADH dan 2 ATP.
Sepanjang
proses glikolisis ini akan terbentuk beberapa senyawa, seperti Glukosa
6-fosfat, Fruktosa 6-fosfat, Fruktosa 1,6-bisfosfat, Dihidroksi aseton fosfat,
Gliseraldehid 3-fosfat, 1,3-Bisfosfogliserat, 3-Fosfogliserat, 2-Fosfogliserat,
Fosfoenol piruvat dan piruvat. Selain itu, proses glikolisis ini juga akan
menghasilkan molekul ATP dan NADH (di mana 1 NADH menghasilkan 3 ATP). Sejumlah
4 molekul ATP dan 2 molekul NADH (6 molekul ATP) akan
dihasilkan dan pada tahap awal proses ini memerlukan 2 molekul ATP. Sebagai
hasil akhir, 8 molekul ATP akan terbentuk (Marks et al., 2005).
Keterangan:
1.
Glukosa
yang masuk ke dalam sel difosforilasi oleh enzi heksokinase. Produk berupa
glukosa-6-fosfat.
2.
Glukosa-6-fosfat
diubah menjadi bentuk isomernya, yaiu fruktosa-6-fosfat dengan bantuan enzim
fosfoglukoisomerase. Isomer tersebut memiliki bentuk dan jumlah atom yang sama,
tetapi memiliki struktur dan susunan yang berbeda.
3.
Penambahan
ATP dalam glikolisis, enzim fosfofruktokinase mentransfer satu grup fosfat dari
ATP ke glukosa-6-fosfat menghasilkan fruktosa-1, 6-bifosfat.
4.
Pembentukan
PGAL dari fruktosa-1, 6-difosfat melibatkan 2 enzim, yaitu enzim aldolase yang
memisahkan molekul gula menjadi PGAL dan isomernya, yaitu dihidrosiakseton
fosfat dan enzim isomerase bekerja secara bolak balik terhadap PGAL dan
isomernya. PGAL menjadi substrat glikolisis berikutnya.
5.
Enzim
gliseraldehida-3-P-dehidrogenase mengkatalisis reaksi pembentukan 1,
3-bifosfogliserat dan NADH dari PGAL.
6.
Akhirnya,
terbentuk ATP kelompok fosfat berenergi ditransfer dari 1, 3-bifosfogliserat ke
ADP, dibantu oleh enzim fosfogliserokinase. Setiap molekul glukosa menghasilkan
2 molekul ATP. Pada langkah ini terbentuk 3-fosfogliserat.
7.
Enzim
fosfogliseromutase menempatkan kembali grup fosfat dari 3-fosfogliserat ke
bentuk 2-fosfogliserat yang menjadi substrat reaksi selanjutnya.
8.
Enzim
enolase membnetuk ikatan ganda pada substrat melalui ekstraksi molekul air dari
2-fosfogliserat ke bentuk PEP (fosfoenolpiruvat).
9.
Akhir
reaksi glikolisis menghasilkan ATP melalui fosforilasi tingkat substat dari PEP
ke ADP dengan bantuan enzim piruvatkinase.
10. Senyawa intermediate
berupa piruvat menjadi substrat bagi reaksi selanjutnya.
untuk lebih jelasnya bisa dilihat proses tahapan glikolisis terjadi di dalam sel melalui vidio di bawah ini ...... silahkan .... !!!!
Pembentukan Asetil Koenzim A
Sebelum
memasuki siklus Kreb, piruvat yang terhasil dari proses glikolisis harus
dioksidasikan terlebih dahulu di dalam mitokondria menjadi asetil koenzim A dan
karbon dioksida. Setelah piruvat memasuki mitokondria, enzim piruvat
dehidrogenase akan menukarkan piruvat kepada acetyl group dengan
melepaskan karbon dioksida. Semasa proses ini juga, terjadi reduksi pada NAD+
menjadi NADH dengan mengambil H+ yang dilepaskan oleh piruvat. Acetyl group akan
berikatan dengan koenzim A, maka terhasil asetil koenzim A (asetil-KoA)
(Tortora and Derrickson, 2009).
 |
| Gambar Skema Proses Pembentukan Asetil Koenzim A |
Siklus Kreb
Dalam
proses metabolisme energi dari glukosa, siklus Kreb merupakan tahapan yang
terakhir. Proses ini berlaku di dalam mitokondria dan berlangsung secara
aerobik. Molekul asetil-KoA yang merupakan produk akhir dari proses konversi
piruvat kemudian akan masuk ke dalam siklus Kreb. Perubahan yang terjadi dalam
siklus ini adalah mengubah 2 atom karbon yang terikat didalam molekul
asetil-KoA menjadi 2 molekul karbon dioksida (CO2), membebaskan koenzim A serta
memindahkan energi dari siklus ini ke dalam senyawa NADH, FADH2 dan GTP. Untuk
melanjutkan proses metabolisme energi, molekul NADH dan FADH2 yang dihasilkan
dalam siklus ini akan diproses kembali secara aerobik di dalam membran sel
mitokondria melalui proses Rantai Transpor Elektron untuk menghasilkan produk
akhir berupa ATP dan air (Ganong, 2005).
 |
| Gambar Skema Proses Siklus Kreb |
untuk lebih jelasnya bisa ko dengan melihat vidio ini..... yaitu: vidio proses siklus krbs!!
Rantai Transpor Elektron
Proses
ini juga dikenal sebagai proses fosforilasi oksidatif. Di dalam proses ini,
NADH dan FADH2 yang mengandung elektron akan melepaskan elektron tersebut ke
dalam akseptor utama yaitu oksigen. Pada akhir dari proses ini, akan terhasil 3
molekul ATP dari 1 molekul NADH dan 2 molekul ATP dihasilkan dari 1 molekul
FADH2 (Irawan, 2007). Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang
dibawa sebagai NADH2 (NADH + H+ + 1 elektron)
dan FADH2, sehingga di dalam
mitokondria
(dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem
pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi
selain CO2. Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar
tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa
pernafasan hewan tingkat tinggi. Ketiga proses respirasi yang penting tersebut
dapat diringkas sebagai berikut:
untuk lebih jelas bisa diperjelas dengan media vidio proses Electron transport system ATP !!
PROSES AKSEPTOR ATP
1).
Glikolisis
|
|||
Glukosa
——> 2 asam piruvat
|
2
NADH
|
2
ATP
|
|
2).
Siklus Krebs:
|
|||
2
asetil piruvat ——> 2 asetil KoA + 2 C02
|
2
NADH
|
2
ATP
|
|
2
asetil KoA ——> 4 CO2
|
6
NADH
|
2
FADH2
|
|
3).
Rantai transnpor elektron respirator:
|
|||
10
NADH + 502 ——> 10 NAD+ + 10 H20
|
30
ATP
|
||
2
FADH2 + O2 ——> 2 PAD + 2 H20
|
4
ATP
|
||
Total
|
38
ATP
|
||
DAFTAR PUSTAKA
Campbell dkk. 2008. Biologi Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta:
Erlangga.
Campbell dkk. 2002. Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Sudjadi, bagod. 2006. Biologi sains untuk kehidupan. Jakarta;
yudistira.
www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespirasi.
biologimediacentre.com/respirasi-sel-katabolisme/
file.upi.eduDirektoriFPMIPA...Bab.Metabolisme.pdf
Tidak ada komentar:
Posting Komentar