FOTOSINTESIS
•Download as PPTX, PDF•
0 likes•93 views
Bahan presentasi mata kuliah Botani Farmasi tentang Fotosintesis. Disadur dari Campbell Biology.
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (19)
Similar to FOTOSINTESIS
Similar to FOTOSINTESIS (20)
More from Maulana Sakti
More from Maulana Sakti (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (10)
FOTOSINTESIS
- 1. Fotosintesis Mata Kuliah Botani Farmasi I Drs. Suryadi Ahmad, M.Sc., Apt.
- 2. Gambaran Umum: Proses yang Memberi Makan Biosfer • Fotosintesis adalah proses yang mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia • Fotosintesis memberi makan hampir seluruh dunia kehidupan, secara langsung maupun tidak
- 3. Kloroplas: Tempat Fotosintesis pada Tumbuhan • Daun merupakan tempat utama fotosintesis • Warna daun berasal dari klorofil, pigmen hijau yang terletak di dalam kloroplas • Kloroplas terutama ditemukan dalam sel-sel mesofil, khususnya sel palisade • CO2 masuk dan O2 keluar, melalui stomata • Klorofil berada di dalam membran tilakoid • Tilakoid yang bertumpukan membentuk grana (tunggal, granum) • Kloroplas juga mengandung stroma, cairan kental yang terdapat di antara membran dalam kloroplas dan membran tilakoid
- 4. Mesofil Irisan melintang daun Kloroplas Berkas pengangkut Stomata Kloroplas Sel mesofil CO2 O2 20 m Membran luar Ruang antar membran Membran dalam 1 m Ruang tilakoid Tilakoid GranumStroma
- 5. • Fotosintesis adalah suatu proses yang rumit, teapi dengan menggunakan rumus-rumus molekul kita dapat merangkumnya dengan persamaa kimia ini: 6 CO2 + 12 H2O + Energi cahaya C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
- 6. Penguraian Air • Kloroplas memecah air menjadi hidrogen dan oksigen, menggabungkan elektron dari hidrogen ke molekul gula dan melepaskan O2 sebagai produk sampingan Reaktan: Produk: 6 CO2 6 H2O 6 O2 12 H2O C6H12O6
- 7. Fotosintesis sebagai Proses Redoks • Fotosintesis membalik arah aliran elektron • Fotosintesis adalah proses endergonik; dan energi ini disediakan oleh cahaya matahari Energy 6 CO2 6 H2O C6 H12 O6 6 O2 tereduksi teroksidasi
- 8. Dua Tahap Fotosintesis • Terdiri dari reaksi terang dan siklus Calvin • Reaksi terang (di tilakoid) – H2O dipecah, menyediakan sumber energi dan proton (H+) – O2 dilepas – Mengubah NADP+ menjadi NADPH • Mengubah ADP menjadi ATP dengan proses yang disebut fotofosforilasi. Siklus Calvin ( di stroma) membentuk gula dari CO2, menggunakana ATP dan NADPH • Siklus Calvin dimulai dengan fiksasi karbon, menggabungkan CO2 ke molekul organik
- 9. H2O CO2 Cahaya Reaksi terang Siklus Calvin Kloroplas [CH2O] (gula) ATP NADPH NADP ADP + P i O2 H2O CO2
- 10. Reaksi terang mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia dalam ATP dan NADPH • Kloroplas adalah pabrik kimiawi yang memperoleh tenaga dari matahari • Tilakoid dalam kloroplas mentransformasi energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP dan NADHP
- 11. Sifat Cahaya Matahari • Cahaya merupakan sebentuk energi yang dikenal sebagai energi elektromagnetik, disebut juga radiasi elektromagnetik • Seperti energi elektromagnetik lain, cahaya merambat dalam gelombang ritmik • Panjang gelombang menentukan tipe energi elektromagnetik • Cahaya tampak (panjang gelombang sekitar 380 nm sampai 750 nm) merupakan segmen spektrum penting untuk kehidupan dan dapat dideteksi oleh mata manusia sebagai warna • Cahaya juga seolah-olah terdiri dari partikel-partikel diskret yang disebut foton
- 12. Sinar gamma Sinar-X UV Inframerah Gelombang mikro Gelombang radio Cahaya tampak Panjang gelombang pendek Panjang gelombang panjang Energi lebih rendahEnergi lebih tinggi 380 450 500 550 600 650 700 750 nm 105 nm 103 nm 1 nm 103 nm 106 nm (109 nm) 103 m 1 m
- 13. Pigmen Fotosintesis: Reseptor Cahaya • Pigmen adalah zat yang menyerap cahaya tampak • Pigmen yang berbeda menyerap panjang gelombang yang berbeda • Panjang gelombang yang tidak diserap, dipantulkan atau diteruskan • Daun tampak hijau karena klorofil memantulkan dan meneruskan cahaya hijau • Spektrofotometer, dapat mengukur kemampuan pigmen untuk menyerap berbagai panjang gelombang • Mesin ini mengirimkan cahaya melalui pigmen dan mengukur fraksi cahaya yang diteruskan pada setiap panjang gelombang
- 14. Kloroplas Cahaya Cahaya yang dipantulkan Cahaya yang diabsorpsi Cahaya yang diteruskan Granum
- 15. Cahaya putih Prisma perefraksi Larutan klorofil Tabung fotolistrik Galvanometer Celah bergerak untuk meneruskan panjang gelombang yang dikehendaki Cahaya hijau Nilai transmisi yang tinggi (penyerapan rendah) mengindikasikan bahwa klorofil sangat sedikit mengabsorpsi cahaya hijau Cahaya biru Nilai transmisi yang rendah (penyerapan tinggi) mengindikasikan bahwa klorofil mengabsorpsi sebagian besar cahaya biru
- 16. • Spektrum penyerapan adalah grafik yang mengeplotkan penyerapan cahaya oleh suatu pigmen versus panjang gelombang • Spektrum penyerapan klorofil a menunjukkan bahwa cahaya ungu-biru dan merah bekerja paling baik untuk fotosintesis • Spektrum aksi menampilkan keefektivan relatif dari panjang gelombang yang berbeda dalam menggerakkan proses tersebut
- 17. (b) Spektrum aksi (a) Spektrum penyerapan Percobaan Engelmann (c) Klorofil a Klorofil b Karotenoid Panjang gelombang (nm) Absorpsicahayaoleh pigmenkloroplas Lajufotosintesis(diukur denganpelepasanO2) Bakteri aerob Filamen alga 400 500 600 700 400 500 600 700 400 500 600 700 HASIL
- 18. • Spektrum aksi untuk fotosintesis pertama kali didemonstrasikan pada tahun 1883 oleh Theodor W. Engelmann • Dalam eksperimennya, ia memaparkan segmen berbeda dari filamen alga kepada panjang gelombang yang berbeda • Area yang menerima panjang gelombang yang menguntungkan untuk fotosintesis menghasilkan O2 yang lebih banyak • Dia menggunakan pertumbuhan bakteri aerob yang berkerumun di sepanjang alga sebagai ukuran produksi O2
- 19. • Klorofil a adalah pigmen fotosintesis utama • Pigmen aksesori, seperti klorofil b, memperluas spektrum yang digunakan untuk fotosintesis • Pigmen aksesori yang disebut karotenoid menyerap cahaya yang berlebihan yang akan merusak klorofil
- 20. Ekor hidrokarbon Cincin porifirin CH3 CH3 pada klorofil a CHO pada klorofil b
- 21. Fotosistem • Sebuah fotosistem tersusun dari kompleks pusat-reaksi (sejenis kompleks protein) yang dikelilingi oleh kompleks pemanen-cahaya • Kompleks pemanen-cahaya (molekul pigmen terikat pada protein) mentransfer energi dari foton ke pusat reaksi • Sebuah akseptor elektron primer di pusat reaksi menerima sebuah elektron yang tereksitasi dan menjadi tereduksi • Transfer bertenaga cahaya matahari ini merupakan langkah pertama dari reaksi cahaya
- 22. (b) Struktur fotosistem II(a) Cara fotosistem memanen cahaya Membrantilakoid Membrantilakoid Foton Fotosistem STROMA Kompleks pemanen cahaya Kompleks pusat reaksi Penerima Elektron primer Transfer energi Pasangan khusus Molekul klorofil a Molekul pigmen RUANG TILAKOID (INTERIOR TILAKOID) Klorofil STROMA Subunit protein RUANG TILAKOID e
- 23. • Ada dua jenis fotosistem di membran tilakoid • Fotosistem II yang berfungsi pertama kali (angka mencerminkan urutan penemuan) dan terbaik dalam menyerap panjang gelombang 680 nm • Pusat-reaksi klorofil a dari Fotosistem II disebut P680 • Fotosistem I yang terbaik dalam menyerap panjang gelombang 700 nm • Pusat-reaksi klorofil a dari Fotosistem I disebut P700
- 24. Aliran Elektron Linear dan Siklik • Selama reaksi terang, ada dua rute yang mungkin untuk aliran elektron: siklik dan linear • Aliran elektron linear, jalur utama, melibatkan kedua fotosistem dan menghasilkan ATP dan NADPH menggunakan energi cahaya • Aliran elektron siklik hanya menggunakan fotosistem I dan menghasilkan ATP, tetapi tidak NADPH • Tidak ada oksigen dilepaskan • Aliran elektron siklik menghasilkan ATP lebih
- 25. Kompleks sitokrom Penerima primer Penerima primer H2O O2 2 H + 1/2 P680 Cahaya Molekul pigmen Fotosistem II (PS II) Fotosistem I (PS I) Pq Pc ATP 1 2 3 5 6 7 8 P700 Cahaya + H NADP NADPH NADP reduktase Fd e e e e 4 e e
- 26. Fotosistem II Fotosistem I Kincir pembuat ATP ATP NADPH e e e e e e e
- 28. Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengubah CO2 menjadi gula • Siklus Calvin, seperti siklus asam sitrat, meregenerasi bahan awal setelah ada molekul yang masuk dan keluar siklus • Siklus Calvin bersifat anabolik, membangun gula dari molekul yang lebih kecil dengan menggunakan energi dari ATP dan NADPH
- 29. • Karbon memasuki siklus Calvin dalam bentuk CO2 dan meninggalkan siklus dalam bentuk gula gliseraldehida-3-fosfat (G3P) • Untuk sintesis netto satu molekul G3P, siklus Calvin harus berulang 3 kali, memfiksasi 3 molekul CO2 • Siklus ini terdiri dari 3 tahapan – Fiksasi karbon (dikatalisasi oleh rubisco) – Reduksi – Regenerasi penerima CO2 (RuBP)
- 30. STROMA (konsentrasi H rendah) STROMA (konsentrasu H rendah) RUANG TILAKOID (konsentrasi H tinggi) Cahaya Fotosistem II Kompleks sitokrom Fotosistem I Cahaya NADP reduktase NADP + H Ke siklus Calvin ATP sintase Membran tilakoid 2 1 3 NADPH Fd Pc Pq 4 H+ 4 H+ +2 H+ H+ ADP + P i ATP 1/2 H2O O2
- 31. Masukan 3 (Masuk satu per satu) CO2 Fase 1: Fiksasi karbon Rubisko 3 P P P6 Intermediet berumur-pendek 3-Fosfogliserat 6 6 ADP ATP 6 P P 1,3-Bifosfogliserat Siklus Calvin 6 NADPH 6 NADP 6 P i 6 P Fase 2: Reduksi Gliseraldehida-3-fosfat (G3P) P5 G3P ATP 3 ADP Fase 3: Regenerasi penerima CO2 (RuBP) 3 P P Ribulosa bifosfat (RuBP) 1 P G3P (gula) Keluaran Glukosa dan senyawa organik lain 3
- 32. Mekanisme alternatif untuk fiksasi karbon telah berevolusi di daerah beriklim panas dan kering • Dehidrasi merupakan masalah bagi tanaman, kadang- kadang membutuhkan barter dengan proses metabolisme lainnya, terutama fotosintesis • Pada saat panas, hari-hari kering, tanaman menutup stomata, yang menghemat H2O tetapi juga membatasi fotosintesis • Penutupan stomata mengurangi akses CO2 untuk masuk ke daun sementara itu menyebabkan meningkatnya konsentrasi O2 yang dilepaskan sebagai hasil dari reaksi terang • Kondisi ini mendukung proses tampaknya boros disebut fotorespirasi
- 33. Fotorespirasi • Pada sebagian besar tumbuhan (tumbuhan C3), fiksasi awal karbon terjadi melalui rubisko dan membentuk senyawa berkarbon-tiga, 3- fosfogliserat • Pada fotofosforilasi, rubisko menambahkan O2 ke siklus Calvin, bukan CO2, menghasilkan senyawa berkarbon-dua • Kemudian senyawa berkarbon-dua ini disusun ulang oleh peroksisom dan mitokondria, melepaskan CO2 tanpa menghasilkan O2 dan gula
- 34. • Fotorespirasi mungkin merupakan peninggalan evolusioner karena Rubisco pertama kali berevolusi pada saat suasana atmosfer bumi memiliki jauh lebih sedikit O2 dibandingkan CO2 • Fotorespirasi membatasi kerusakan yang disebabkan oleh produk reaksi terang saat siklus Calvin terhambat • Dalam banyak tanaman, fotorespirasi dapat menguras sebanyak 50% dari karbon yang difiksasi siklus Calvin pada hari yang panas dan kering • Namun, penelitian telah menunjukkan bahwa fotorespirasi sangat penting bagi pertumbuhan tanaman seperti yang ditunjukkan oleh mutan fotorespirasi yang tidak dapat tumbuh di udara normal dan hanya tumbuh di kondisi CO2 yang tinggi
- 35. Tumbuhan C4 • Tumbuhan C4 meminimalisir terjadinya fotofosforilasi dengan mode alternatif fiksasi karbon yang membentuk senyawa berkarbon-empat sebagai produk pertamanya • Langkah ini memerlukan bantuan enzim PEP karboksilase • PEP karboksilase memiliki afinitas yang lebih tinggi terhadap CO2 dibandingkan rubisko; enzim ini dapat memfiksasi CO2 bahkan saat konsentrasi CO2 rendah • Senyawa berkarbon-empat ini diekspor ke sel seludang berkas-pembuluh, dimana CO2 dilepaskan dan digunakan untuk siklus Calvin
- 36. Anatomi daun tumbuhan C4 Jalur C4 Sel-sel fotosintetik daun tumbuhan C4 Sel mesofil Sel seludang berkas- pembuluh Urat daun (jaringan pembuluh) Stomata Sel mesofil PEP karboksilase CO2 Oksaloasetat (4C) PEP (3C) Malat (4C) Piruvat (3C) CO2 Sel seludang berkas- pembuluh Siklus Calvin Gula Jairngan pembuluh ADP ATP
- 37. CAM Plants • Beberapa tumbuhan, termasuk tumbukan sukulen, menggunakan mode fiksasi karbon yang dinamakan crassulacean acid metabolism (CAM) (metabolisme asam krasulasea) • Tumbuhan CAM membuka stomatanya saat malam hari, menggabungkan CO2 ke dalam berbagai asam organik • Pada saat siang, ketika reaksi terang dapat menyuplai ATP dan NADPH untuk siklus Calvin, CO2 dilepaskan dari asam organik dan digunakan
- 38. Tebu Sel mesofil Sel seludang berkas- pembuluh C4 CO2 Asam organik CO2 Siklus Calvin Gula (a) Pemisahan langkah-langkah secara spasial (b) Pemisahan langkah-langkah secara temporal CO2 Asam organik CO2 Siklus Calvin Gula Siang Malam CAM Nanas CO2 digabungkan (fiksasi karbon) CO2 dilepaskan ke siklus Calvin 2 1
- 39. Nilai Penting Fotosintesis • Energi sinar matahari memasuki kloroplas akan disimpan sebagai energi kimia dalam senyawa organik • Gula yang dibuat dalam kloroplas memberikan pasokan energi dan kerangka kimia karbon untuk mensintesis molekul organik sel • Tanaman menyimpan kelebihan gula pati dalam struktur seperti akar, umbi, biji, dan buah-buahan • Selain produksi pangan, fotosintesis menghasilkan O2 di atmosfer kita
- 40. SELESAI