FOTOSINTESIS

Fotosintesis
Proses sintesis karbohidrat dari CO2 dan H2O yang digerakkan oleh energi cahaya
Reaksi: CO2 direduksi menjadi karbon-gula dengan pereduksi H2O
Percobaan CB van Niel (1941) dengan menggunakan 18O pada air dan CO2 tidak dilabel menunjukkan bahwa O2 yang dihasilkan tidak berasal dari CO2 melainkan dari air
Reaksi umum
CO2 + 2 H2O → [CH2O] + H2O + O2
atau
CO2 + 2 H2A → [CH2O] + H2O + 2A

Kloroplas
Kloroplas
Kloroplas
Ditemukan dibawah permukaan daun (sel mesofil)
Tiap sel mengandung 20 – 50 organel
Mirip mitokohodria, punya DNA sendiri
Kloroplas berevolusi dari unisel sianobakteri (alga biru–hijau)
Prokariot yang mampu berfotosintesis (misalnya bakteri rodhopsin) tidak memiliki kloroplas tetapi punya struktur membran yang mempunyai peran mirip dengan membran kloroplas
Tahap reaksi
fotosintesis







Reaksi terang. Energi sinar matahari digunakan untuk oksidasi fotokimia H2O menjadi O2. Elektron yang dihasilkan dipakai untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH. Fotofosforilasi untuk sintesis ATP.
Reaksi gelap (reaksi yang tak perlu energi cahaya). Sintesis karbohidrat dari CO2 dan H2O dengan memakai energi hasil reaksi terang (Siklus Calvin)
Reaksi terang


Energi foton
Energi foton
Energi foton
Energi foton
Hukum Plank
E = h dengan  = c/; dimana h (tetapan Plank), 6,626 × 10-34 Js, c (kecepatan cahaya), 2,99 × 108 m/s, dan  (panjang gelombang)

1 mol foton (6,02 × 1023) = 1 einstein
Jika foton berasal dari cahaya tampak (400–700 nm), maka energi 1 mol foton berkisar antara 170–300 kJ.
Untuk mensintesis ATP perlu 30 kJ/mol
Molekul penangkap foton






Menyerap cahaya biru dan merah, memantulkan warna hijau (stabil dengan adanya ikatan rangkap terkonjugasi)
Absorbsi pigmen penangkap foton








- Klorofil a
- Klorofil b
Struktur pengumpul cahaya
Membran tilakoid kloroplas menahan klorofil dan beberapa asesori pigmen (beberapa terikat ke protein)
Klorofil a dan b tidak terikat ke protein tetapi berinteraksi dengan lipid dan protein membran
Gabungan pigmen pemanen cahaya disebut fotosistem (kompleks pemanen cahaya), yang mengandung antena, klorofil (sebagai pusat reaksi), dan asesori
1 molekul O2 dihasilkan oleh tiap 2500 klorofil
Mekanisme pemanenan cahaya
Absorbsi cahaya mengakibatkan elektron pada orbital p dalam sistem ikatan rangkap terkonjugasi akan tereksitasi dari keadaan dasar ke keadaan berenergi tinggi (tereksitasi)

Sistem transfer energi:
Pada saat elektron kembali ke keadan dasar, energi ditransfer ke molekul lain sehingga molekul ini tereksitasi
Elektron berenergi tinggi dipakai oleh molekul lain yang kekurangan elektron
Resonansi transfer energi




























Aliran elektron pada reaksi terang digerakkan oleh cahaya
Dua macam fotosistem terlibat dalam fotosintesis di tanaman :

PSI (Fotosistem I, P700), kla > klb, untuk reduksi NADP+ menjadi NADPH
4e- + 2 H+ + 2 NADP+ → 2 NADPH
PSII (Fotosistem II, P680), kla = klb, untuk oksidasi air
2 H2O → 4 H+ + 4e- + O2






























Aliran elektron di fotosistem II
4 foton diserap menghasilkan 1 O2 dan 4 H+ dilepas ke lumen tikaloid











MCB 1601








Gradien proton











Fotosistem II Sitokrom bf
4 foton diserap menghasilkan 1 O2 dan 4 H+ dilepas ke lumen tikaloid 2 plastoquinol dioksidasi, melepas 4 H+ ke lumen tikaloid

Aliran elektron di fotosistem I



4 foton diserap, 4 ferredoksin direduksi, dan 2 NADPH dihasilkan






Sintesis NADPH oleh ferredoksin














































































Tahap 1: Fiksasi CO2












Rubisco, 1,5-bisfosfat karboksilase/oksigenase


Fotorespirasi

O2 diserap,
CO2 dilepas








Tahap 2: Reduksi 3-fosfogliserat























Tahap 3: regenerasi ribulosa 1,5-bisfosfat
















































Siklus Calvin
Reaksi total fotosintesis
Reaksi terang12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi + 6H+ + 48 foton → 6 O2 + 12 NADPH + 18 ATP + 6 H2O
Reaksi gelap6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP + 12 H2O → C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi + 6 H+
Total6 CO2 + 12 H2O + 48 foton → C6H12O6 + 6 O2
Tanaman tropis (jalur C4)






















Reaksi gelap: 6 CO2 + 12 NADPH + 30 ATP + 12 H2O → C6H12O6 + 12 NADP+ + 30 ADP + 18 Pi + 6 H+