Fotosintesis adalah proses yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia di kloroplas tanaman, melibatkan reaksi terang dan siklus Calvin untuk reduksi CO2 menjadi karbohidrat. Pigmen seperti klorofil a dan b menyerap cahaya untuk memulai fotosintesis, dengan pengalihan elektron melalui fotosistem I dan II. Terdapat juga variasi jalur fotosintesis pada tanaman C4 dan CAM untuk efisiensi penggunaan CO2.

1. FOTOSINTESIS Proses yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia

2. Fotosintesis terjadi di kloroplas Daun pada tanaman merupakan tempat utama terjadinya fotosintesis Vein Leaf cross section Mesophyll CO 2 O 2 Stomata

3. Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem sebagai cahaya matahari dan meninggalkannya dalam bentuk panas Light energy ECOSYSTEM CO 2 + H 2 O Photosynthesis in chloroplasts Cellular respiration in mitochondria Organic molecules + O 2 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 CO 2 menjadi CH 2 O

5. Light Chloroplast NADP  ADP + P RuBP 3-PGA Light reactions Calvin cycle Electrons G3P Cellular respiration Cellulosse Starch Other organic compounds

6. Persamaan Fotosintesis Fotosintesis 6CO 2 +6H 2 0 + light  C 6 H 12 0 6 + 6O 2

7. Reduksi CO2 menjadi karbohidrat melalui oksidasi carrier energi (ATP, NADPH) Reaksi terang memberi energi pada carrier Reaksi gelap (siklus Calvin) menghasilkan PGAL (phosphoglyceraldehyde) Pada fotosintesis Fotosintesis terdiri dari dua proses yaitu -Reaksi terang -Siklus Calvin

9. Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang). Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat terjadi siklus Calvin Struktur kloroplas Chloroplast Mesophyll 5 µm Outer membrane Intermembrane space Inner membrane Thylakoid space Thylakoid Granum Stroma 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

11. Spektrum tampak -termasuk warna-warna cahaya 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 aksi pigmen Efektivitas relatif panjang gelombang yang berbeda dalam menjalankan fotosintesis Rate of photosynthesis (measured by O 2 release) 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 400 500 600 700 Aerobic bacteria Filament of alga 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 state Energy of election Heat Photon (fluorescence) Chlorophyll molecule Ground state Photon e –

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 O 2 dan 2H + Aliran elektron siklik Hanya menggunakan fotosistem I Elektron dari fotosistem I di-recycle Mensintesis ATP

21. Menghasilkan NADPH, ATP, dan oksigen Nonsiklik

22. Aliran siklik Hanya fotosistem I yang digunakan Hanya ATP yang dihasilkan

23. Reaksi terang dan kemiosmosis: Organisasi membran tilakoid LIGHT REACTOR NADP + ADP ATP NADPH CALVIN CYCLE [CH 2 O] (sugar) STROMA (Low H + concentration) Photosystem II LIGHT H 2 O CO 2 Cytochrome complex O 2 H 2 O O 2 1 1 ⁄ 2 2 Photosystem I Light THYLAKOID SPACE (High H + concentration) STROMA (Low H + concentration) Thylakoid membrane ATP synthase Pq Pc Fd NADP + reductase NADPH + H + NADP + + 2H + To Calvin cycle ADP P ATP 3 H + 2 H + +2 H + 2 H +

24. Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi CO 2 menjadi gula Siklus calvin Terjadi di stroma Siklus Calvin memiliki 3 tahap Fiksasi karbon Reduksi Regenerasi akseptor CO 2

25. Siklus Calvin Phase 1: Carbon fixation Phase 2: Reduction Phase 3: Regeneration of the CO 2 acceptor (RuBP) (G3P) Input (Entering one at a time) CO 2 3 Rubisco Short-lived intermediate 3 P P 3 P P Ribulose bisphosphate (RuBP) P 3-Phosphoglycerate P 6 P 6 1,3-Bisphoglycerate 6 NADPH 6 NADPH + 6 P P 6 Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) 6 ATP 3 ATP 3 ADP CALVIN CYCLE P 5 P 1 G3P (a sugar) Output Light H 2 O CO 2 LIGHT REACTION ATP NADPH NADP + ADP [CH 2 O] (sugar) CALVIN CYCLE O 2 6 ADP Glucose and other organic compounds

26. Siklus Calvin Dimulai dari CO 2 dan menghasilkan Glyceraldehyde 3-phosphate Tiga bagian siklus Calvin menghasilkan 1 produk molekul Tiga tahap Fiksasi karbon Reduksi CO2 Regenerasi RuBP

27. 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. 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. 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 meminimalkan keperluan fotorespirasi dengan cara menggabungkan CO 2 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 Tanaman C4

31. Anatomi daun C 4 dan jalur C 4 CO 2 Mesophyll cell Bundle- sheath cell Vein (vascular tissue) Photosynthetic cells of C 4 plant leaf Stoma Mesophyll cell C 4 leaf anatomy PEP carboxylase Oxaloacetate (4 C) PEP (3 C) Malate (4 C) ADP ATP Bundle- Sheath cell CO 2 Pyruate (3 C) CALVIN CYCLE Sugar Vascular tissue CO 2

32. Tanaman CAM Membuka stomatanya pada malam hari, menggabungkan CO 2 ke dalam asam organik Selama siang hari, stomata tertutup CO 2 dilepaskan dari asam organik untuk digunakan dalam siklus Calvin

33. Jalur CAM mirip dengan jalur C 4 Spatial separation of steps. In C 4 plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in different types of cells. (a) Temporal separation of steps. In CAM plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in the same cells at different times. (b) Pineapple Sugarcane Bundle- sheath cell Mesophyll Cell Organic acid CALVIN CYCLE Sugar CO 2 CO 2 Organic acid CALVIN CYCLE Sugar C 4 CAM CO 2 incorporated into four-carbon organic acids (carbon fixation) Night Day 1 2 Organic acids release CO 2 to Calvin cycle