FOTOSINTESIS
Proses yang mengubah energi matahari
menjadi energi kimia
• Fotosintesis terjadi di kloroplas
• Daun pada tanaman merupakan tempat utama terjadinya
  fotosintesis


                                      Leaf cross section
                                                                Vein




                         Mesophyll




                                                 CO2       O2
                                     Stomata
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
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
Light
                      Chloroplast

                      NADP+
                                    RuBP
                        ADP                   3-PGA
                        +P
        Light                        Calvin
        reactions                    cycle
            Ele
              ct r
               on




                                       G3P            Cellular
                  s




                                                      respiration
                                                      Cellulosse
                                                      Starch
                                                      Other organic
                                                      compounds
Persamaan Fotosintesis
∗ Fotosintesis
 6CO2 +6H20 + light → C6H1206 + 6O2
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
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
cahaya


∗ Energi elektromagnetik bergerak dalam bentuk
  gelombang
∗ Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang
  gelombang dengan energi
∗ Panjang gelombang tinggi maka energi rendah
Spektrum tampak




-termasuk warna-warna cahaya yang dapat kita lihat

-termasuk panjang gelombang yang menjalankan
fotosintesis
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
∗ 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.
∗ 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
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
∗ 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
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
∗ 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
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
Nonsiklik
Menghasilkan NADPH, ATP, dan oksigen
Aliran siklik
  ∗ Hanya fotosistem I yang digunakan
  ∗ Hanya ATP yang dihasilkan
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   +
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
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
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
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
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
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
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
∗ 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
• 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
∗ 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
    types of cells.                Sugar                                     Sugar
                                                                                                         at different times.
Fotosintesis

Fotosintesis

  • 1.
    FOTOSINTESIS Proses yang mengubahenergi matahari menjadi energi kimia
  • 2.
    • Fotosintesis terjadidi 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 dimanaorganisme 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 ct r on G3P Cellular s respiration Cellulosse Starch Other organic compounds
  • 6.
    Persamaan Fotosintesis ∗ Fotosintesis 6CO2 +6H20 + light → C6H1206 + 6O2
  • 7.
    Pada fotosintesis Reduksi CO2menjadi 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
  • 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 elektromagnetikbergerak dalam bentuk gelombang ∗ Terdapat hubungan yang berbalik antara panjang gelombang dengan energi ∗ Panjang gelombang tinggi maka energi rendah
  • 11.
    Spektrum tampak -termasuk warna-warnacahaya yang dapat kita lihat -termasuk panjang gelombang yang menjalankan fotosintesis
  • 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
  • 14.
    ∗ Spektrum aksipigmen ∗ 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 aksifotosintesis ∗ 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 ∗ Klorofila 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 tereksitasioleh 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 pusatreaksi 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 ∗ Terdapatdua 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
  • 21.
  • 22.
    Aliran siklik ∗ Hanya fotosistem I yang digunakan ∗ Hanya ATP yang dihasilkan
  • 23.
    Reaksi terang dankemiosmosis: 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 menggunakanATP 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 ∗ Dimulaidari 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 molekulCO2 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 molekul3- 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 terakhirdari siklus ini adalah regenerasi RuBP ∗ Glyceraldehyde 3- phosphate dikonversi menjadi RuBP melalui sebuah seri reaksi yang melibatkan fosforilasi molekul oleh ATP
  • 30.
    Tanaman C4 • TanamanC4 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 daunC4 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 CAMmirip 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 types of cells. Sugar Sugar at different times.