Fotosintesis adalah proses dimana tanaman mengubah energi cahaya matahari dan CO2 menjadi energi kimia dan oksigen. Proses ini terjadi di kloroplas dan melibatkan reaksi terang dan siklus Calvin.
2. • Fotosintesis terjadi di kloroplas
• Daun pada tanaman merupakan tempat utama
terjadinya fotosintesis
Leaf cross section
Vein
Mesophyll
CO2 O2
Stomata
3. Light energy
ECOSYSTEM
Energi mengalir ke
Photosynthesis
dalam suatu ekosistem CO2 + H2O
in chloroplasts Organic
+ O2
Cellular respiration molecules
sebagai cahaya in mitochondria
matahari dan
meninggalkannya
dalam bentuk panas ATP
powers most cellular work
Heat
energy
4. Fotosintesis
• Proses dimana organisme
yang memiliki kloroplas
mengubah energi cahaya
matahari menjadi energi
kimia
• Melibatkan 2 lintasan
metabolik
• Reaksi terang: mengubah
energi matahari menjadi
energi seluler
• Siklus Calvin: reduksi CO2
menjadi CH2O
5. Light
Chloroplast
NADP+
RuBP
ADP 3-PGA
+P
Light Calvin
reactions cycle
Ele
c
tro
ns
G3P Cellular
respiration
Cellulosse
Starch
Other organic
compounds
7. Pada fotosintesis
Reduksi CO2 menjadi karbohidrat melalui oksidasi
carrier energi (ATP, NADPH)
Reaksi terang memberi energi pada carrier
Reaksi gelap (siklus Calvin) menghasilkan PGAL
(phosphoglyceraldehyde)
Fotosintesis terdiri dari dua proses yaitu
-Reaksi terang
-Siklus Calvin
8.
9. Struktur kloroplas
Mesophyll
• Tilakoid adalah sistem
membran dalam kloroplas Chloroplast
(tempat terjadinya reaksi
terang). Memisahkan 5 µm
kloroplas menjadi ruang
tilakoid dan stroma Outer
• Grana kumpulan tilakoid membrane
Thylakoid Thylakoid Intermembrane
dalam kloroplas Stroma Granum space
Inner
space
membrane
• Stroma: daerah cair
antara tilakoid dan
membran dalam tempat
terjadi siklus Calvin
1 µm
10. cahaya
• Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk
gelombang
• Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang
gelombang dengan energi
• Panjang gelombang tinggi maka energi rendah
12. Pigmen
-Substansi yang menyerap cahaya tampak
-Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi
paling sedikit menyerap panjang gelombang hijau
Pigmen
Klorofil a
Klorofil b
Karotenoid
Karotene
Xantofil
13.
14. • Spektrum aksi pigmen
– Efektivitas relatif panjang gelombang yang berbeda
dalam menjalankan fotosintesis
(measured by O2 release)
Rate of photosynthesis
Action spectrum. Plot antara kecepatan fotosintesis vs panjang gelombang.
Sepktrum aksi mewakili spektrum absorpsi klorofil a tetapi tidak benar-benar tepat. Hal ini
karena penyerapan cahaya oleh pigmen aksesoris seperti klorofil b dan karotenoid.
15. • Spektrum aksi fotosintesis
– Ditunjukkan oleh Theodor W. Engelmann
Aerobic bacteria
Filament
of alga
400 500 600 700
Engelmann‘s experiment. Tahun 1883, Theodor W. Engelmann menyinari alga filamen dengan cahaya yang telah
dilewatkan ke prisma, sehingga segmen yang berbeda dari alga mendapat panjang gelombang yang berbeda. Digunakan
bakteri aerob yang terkonsentrasi dekan sumber oksigen untuk menentukan segmen alga yang paling banyak
mengeluarkan O2.
Bakteri berkumpul dalam jumlah besar disekitar alga yang mendapat cahaya biru-violet dan merah.
cahaya biru-violet dan merah paling efektif dalam fotosintesis
16. Klorofil a
• Klorofil a adalah pigmen yang secara
langsung berpartisipasi dalam reaksi
terang
• Pigmen lain menambahkan energi
ke klorofil a
• Penyerapan cahaya meningkatkan
elektron ke orbital energi yang lebih
tinggi
17. • Klorofil tereksitasi oleh cahaya
• Saat pigmen menyerap cahaya
– Klorofil tereksitasi dan menjadi tidak stabil
Excited
e– state
Energy of election
Heat
Photon
(fluorescence)
Ground
Photon Chlorophyll state
molecule
18. Fotosistem
• Kumpulan pigmen dan
protein yang berasosiasi
dengan membran tilakoid
yang memanen energi dari
elektron yang tereksitasi
• Energi yang ditangkap
ditransfer antara molekul
fotosistem sampai
mencapai molekul klorofil
pada pusat reaksi
19. • Pada pusat reaksi
terdapat 2 molekul
– Klorofil a
– Akseptor elektron
primer
• Pusat reaksi klorofil
dioksidasi dengan
hilangnya elektron melalui
reduksi akseptor elektron
primer
• Terdapat fotosistem I dan
II
• Membran tilakoid
– Terdapat 2 tipe fotosistem
yaitu fotosistem I dan II
20. Aliran elektron
• Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada akseptor
elektron primer
• Kedua jalur
– Dimulai dengan penangkapan energi foton
– Menggunakan rantai transport elektron dengan sitokrom untuk
kemiosmosis
• Aliran elektron nonsiklik
– Menggunakan fotosistem II dan I
– Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh elektron
yang didonasikan oleh air
– Mensintesis ATP dan NADPH
– Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+
• Aliran elektron siklik
– Hanya menggunakan fotosistem I
– Elektron dari fotosistem I di-recycle
– Mensintesis ATP
22. Aliran siklik
– Hanya fotosistem I yang digunakan
– Hanya ATP yang dihasilkan
23. Reaksi terang dan kemiosmosis:
Organisasi membran tilakoid
H2O CO2
LIGHT
NADP+
ADP
CALVIN
LIGHT
CYCLE
REACTOR
ATP
NADPH
STROMA O2 [CH2O] (sugar)
(Low H+ concentration) Cytochrome
Photosystem II complex Photosystem I
Light NADP+
2 H+ reductase
3
Fd NADP+ + 2H+
NADPH + H+
Pq
Pc
2
H2O 1
⁄2 O2
THYLAKOID SPACE 1 2 H+
+2 H+
(High H+ concentration)
To
Calvin
cycle
ATP
Thylakoid synthase
STROMA membrane ADP
(Low H+ concentration) ATP
P
H +
24. Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk
mengkonversi CO2 menjadi gula
• Siklus calvin
– Terjadi di stroma
• Siklus Calvin memiliki 3 tahap
– Fiksasi karbon
– Reduksi
– Regenerasi akseptor CO2
25. Siklus Calvin
H2O CO2
Light Input
NADP+ 3 (Entering one
ADP
CALVIN
CO2 at a time)
LIGHT
REACTION CYCLE
ATP
NADPH Phase 1: Carbon fixation
Rubisco
O2 [CH2O] (sugar)
3 P P
Short-lived
intermediate 6 P
3 P P
Ribulose bisphosphate 3-Phosphoglycerate
(RuBP) 6 ATP
6 ADP
3 ADP CALVIN
CYCLE 6 P P
3 ATP
1,3-Bisphoglycerate
6 NADPH
Phase 3:
Regeneration of 6 NADPH+
the CO2 acceptor 6 P
(RuBP) 5 P
(G3P) 6 P
Glyceraldehyde-3-phosphate Phase 2:
(G3P) Reduction
1 P
G3P Glucose and
(a sugar) other organic
Output compounds
26. Siklus Calvin
• Dimulai dari CO2 dan
menghasilkan
Glyceraldehyde 3-
phosphate
• Tiga bagian siklus Calvin
menghasilkan 1 produk
molekul
• Tiga tahap
– Fiksasi karbon
– Reduksi CO2
– Regenerasi RuBP
27. 1 Sebuah molekul CO2
dikonversi dari bentuk
inorganiknya menjadi
molekul organik (fixation)
melalui pengikatan ke gula
5C (ribulose bisphosphate
atau RuBP).
– Dikatalisasi oleh enzim RuBP
carboxylase (Rubisco).
• Bentuk gula 6C pecah
menjadi 3-
phosphoglycerate
28. 2 Tiap molekul 3-
phosphoglycerate
menerima tambahan grup
fosfat membentuk 1,3-
Bisphosphoglycerate
(fosforilasi ATP)
• NADPH dioksidasi dan
elektron yang ditransfer
ke 1,3-
Bisphosphoglycerate
memecah molekul dengan
tereduksi menjadi
Glyceraldehyde 3-
phosphate
29. 3 Tahap terakhir dari
siklus ini adalah
regenerasi RuBP
• Glyceraldehyde 3-
phosphate dikonversi
menjadi RuBP
melalui sebuah seri
reaksi yang
melibatkan fosforilasi
molekul oleh ATP
30. Tanaman C4
• Tanaman C4 meminimalkan keperluan fotorespirasi
– dengan cara menggabungkan CO2 ke dalam senyawa
empat karbon di sel mesofil
• Senyawa empat karbon tersebut
– Dieksport ke sel berkas pembuluh, dimana CO2
dilepaskan yang digunakan dalam siklus Calvin
31. • Anatomi daun C4 dan jalur C4
Mesophyll cell Mesophyll
Photosynthetic cell CO
CO2 2
PEP carboxylase
cells of C4 plant Bundle-
leaf sheath
cell
Oxaloacetate (4 C) PEP (3 C)
Vein ADP
(vascular tissue)
Malate (4 C) ATP
C4 leaf anatomy
Bundle- Pyruate (3 C)
Sheath
cell CO2
Stoma
CALVIN
CYCLE
Sugar
Vascular
tissue
32. • Tanaman CAM
– Membuka stomatanya pada malam hari,
menggabungkan CO2 ke dalam asam organik
• Selama siang hari, stomata tertutup
– CO2 dilepaskan dari asam organik untuk
digunakan dalam siklus Calvin
33. • Jalur CAM mirip dengan jalur C4
Sugarcane Pineapple
C4 CAM
CO2 CO2
Mesophyll Cell
Night
Organic acid 1 CO2 incorporated Organic acid
into four-carbon
Bundle- organic acids
sheath cell (carbon fixation) Day
(a) Spatial separation of (b) Temporal separation of
steps. In C4 plants, CALVIN 2 Organic acids CALVIN steps. In CAM plants,
carbon fixation and the CYCLE release CO2 to CYCLE carbon fixation and the
Calvin cycle occur in Calvin cycle Calvin cycle occur in the
different same cells
Sugar Sugar
types of cells. at different times.