Materi Biologi Tentang Fotosintesis Dan Kemosintesis

Anabolisme

Anabolisme atau biosintesis atau asimilasi merupakan reaksi penyusunan senyawa kompleks dari senyawa-senyawa sederhana.

Dalam reaksi anabolisme dibutuhkan energi dalam bentuk ATP yang diperoleh dari reaksi katabolisme. Berdasarkan sumber energi yang dipakai, reaksi anabolisme dapat dibedakan menjadi fotosintesis dan kemosintesis.

Fotosintesis menggunakan energi cahaya sebagai sumber energi, sedangkan sumber energi untuk kemosintesis adalah energi kimia.

1. Fotosintesis

Fotosintesis merupakan peristiwa penyusunan senyawa karbon organik (glukosa) dari senyawa karbon anorganik (karbondioksida) dan air dengan bantuan energi cahaya.

Fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh organisme fotoautotrof, seperti tumbuhan hijau, ganggang, dan beberapa jenis bakteri tertentu. 

Organisme-organisme tersebut dapat melakukan fotosintesis karena memiliki pigmen fotosintetik yang merupakan perangkat untuk menangkap cahaya matahari. Yang termasuk pigmen fotosintetik, antara lain klorofil, karoten, fikoeritrin, dan fikosianin.

Apakah peran cahaya dalam fotosintesis? Cahaya matahari berperan sebagai sumber energi. Besar kecilnya energi yang dikandung cahaya bergantung pada panjang gelombangnya. 

Cahaya matahari yang dapat digunakan untuk fotosintesis adalah yang memiliki panjang gelombang tertentu. Sebagai contoh, klorofil a hanya dapat menyerap secara maksimum cahaya dengan panjang gelombang sekitar 600-700 nm, sedangkan klorofil b menyerap cahaya dengan panjang gelombang 40050 nm.

Di antara pigmen-pigmen fotosintetik yang ada, klorofil merupakan pigmen utama. Klorofil atau zat hijau daun terdapat di dalam kloroplas. Dengan demikian, proses fotosintesis juga terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas dapat dijumpai pada daun, batang, atau kelopak bunga tumbuhan yang berwarna hijau.

Proses fotosintesis dapat terjadi pada bagian tumbuhan yang berwarna hijau, tetapi terutama terjadi di dalam daun. Di daun, kloroplas banyak dijumpai pada jaringan bunga karang (spons) dan pada jaringan palisade atau jaringan tiang.

a. Tempat Berlangsungnya fotosintesis

Di dalam kloroplas terdapat butiran-butiran yang disebut granum. Antara granum yang satu dengan granum yang lain dihubungkan oleh suatu lamella yang disebut lamella antar granum. 

Satu granum tersusun oleh unit yang disebut tilakoid. Klorofil a dan klorofil b terdapat di dalam membran tilakoid tersebut. Grana terdapat didalam cairan yang disebut stroma.

Pigmen penyerapan cahaya yang tersusun atas klorofil a serta klorofil b terdapat pada membran tilakoid dan membentuk kelompok-kelompok yang disebut fotosistem.

Fotosistem merupakan satuan fungsional penangkap cahaya. Satu fotosintesis tersusun oleh sekitar 200 molekul klorofil. Fotosistem ada dua, yaitu fotosistem I (FSI) dan fotosistem II (FS II).

Fotosistem I sebagian tersusun oleh klorofil a sehingga menyerap cahaya dengan panjang gelombang antar 600-700 nm. Fotosistem II tersusun oleh lebih banyak klorofil b sehingga menyerap cahaya dengan panjang gelombang 400-500 nm. 

Di dalam fotosistem terdapat molekul pigmen khusus berupa klorofil a yang dikombinasikan dengan protein khusus yang disebut pusat reaksi. Klorofil lainnya selain pusat reaksi, disebut penangkap cahaya atau molekul antena. Sesuai dengan namanya, pigmen-pigmen ini berfungdi untuk menyerap energi cahaya dan mengirimkannya ke pusat reaksi untuk diubah menjadi energi kimia.

a) Tahap-tahap fotosintesis

Reaksi fotosintesis terdiri atas dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

1) Reaksi Terang

Reaksi terang terjadi juka ada cahaya matahari dan berlangsung di dalam bagian grana. Pada reaksi terang terjadi energi penerapan matahari oleh klorofil untuk menjadi energi kimia. Energi kimia ini tersimpan dalam dua jenis molekul berenergi tinggi, yaitu ATP dan NADP. 

Pada saat reaksi terang terjadi fotolisis, yaitu penguraian air oleh cahaya yang menghasilkan ion hidrogen dan oksigen. Fotolisis merupakan pemasok elektron dalam reaksi terang.

Selama reaksi terang terdapat dua jalur aliran elektron, yaitu fotofosforilasi nonsiklis dan fotofosforilasi siklis. Istilah fotofosforilasi digunakan karena elektron dibangkitkan energinya oleh foton cahaya dan kemudian menyumbangkan energinya untuk fosforilasi ADP guna menyintesis ATP.

Dalam fotofosforilasi nonsilkis, digunakan FS II serta hanya ada satu arah aliran elektron, terutama dari air ke NADP+. Untuk setiap dua elektron yang masuk ke jalur ini, dihasilkan 2 ATP dan I NADPH.

Fotofosforilasi siklis merupakan reaksi terang yang paling sederhana karena hanya melibatkan FS I. aliran elektronnya membentuk siklus karena elektron yang tereksitasi yang berasal dari P700 pada pusat reaksi,sering kali kembali ke P700. Untuk setiap elektron yang masuk ke fotofosforilasi siklis, disintesis I ATP melalui kemiosmosis. Pada jalur ini tidak terbentuk NADPH dan oksigen.

2) Reaksi Gelap

Reaksi gelap dapat berlangsung baik ada cahaya maupun tanpa cahaya. Reaksi ini terjadi di dalam bagian stroma. Pada reaksi gelap, ATP dan NADPH yang dihasilkan pada reaksi terang digunakan sebagai sumber energi untuk mereduksi karbondioksida menjadi glukosa. Pembentukan glukosa dari karbondioksida adalah melalui siklus Calvin Benson.

Mula-mula, karbondioksida difiksasi oleh molekul akseptor karbon dioksida, yaitu ribulosa 1,5-bifosfat (RuBP), suatu gula berkarbon lima, menghasilkan dua molekul giseraldehid 3-fosfat (G3P) atau fosfogliseraldehid (PG). 

Reaksi karboksilasi ini dikatalisis oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase (rubikso). Kemudian, tiap molekul G3P difosforilasi menggunakan ATP, lalu direduksi menggunakan NADPH selanjutnya, dengan menggunakan ATP, beberapa molekul triosa fosfat digunakan untuk meregenerasi RuBP melalui serangkaian reaksi guna menyediakan lebih banyak akseptor karbondioksida sehingga siklus dapat berlanjut.

Molekul triosa fosfat yang tersisa diubah menjadi senyawa organik lainnya (meliputi monosakarida, disakarida, polisakarida, lemak, dan protein). Untuk setiap enam molekul triosa fosfat yang terbentuk, hanya satu yang digunakan untuk membentuk produk fotosintesis, sedangkan lima molekul lainnya didaur ulang untuk membentuk RuBP.

b) Faktor-faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Proses fotosintesis yang terjadi pada tumbuhan sangat dipengaruhi oleh banyak faktor, baik faktor internal( dari dalam) atau faktor eksternal(dari luar). Faktor internal misalnya genetik  sedangkan faktor eksternal, antara lain suhu, cahaya, air, karbondioksida, dan mineral. 

Bagaimana pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap fotosintesis? Berikut penjelasannya.

1) Faktor Genetik

Faktor genetik atau keturunan sangat menentukan aktivitas foto-sintesis suatu tumbuhan. Hal ini disebabkan kondisi genetik yang berbeda akan menyebabkan perubahan fasilitas fotosintesis pada setiap tumbuhan. Ada tumbuhan yang memiliki kandungan klorofil sangat banyak sehingga aktivitas fotosintesisnya juga akan sangat baik. Sebaliknya, ada tumbuhan yang kandungan klorofilnya sedikit sehingga aktivitas fotosintesisnya juga rendah.

2) Suhu

Kita tahu bahwa untuk berlangsungnya proses fotosintesis diperlukan enzim-enzim. Enzim dapat bekerja secara maksimal jika suhu lingkungan optimum. Jika suhu diatas suhu optimum, laju fotosintesisnya berkurang karena aktivitas enzimnya makin lambat. Demikian pula, jika dibawah suhu optimum, laju fotosintesis akan akan berkurang karena aktivitas enzim juga berkurang.

3) Cahaya

Untuk berlangsungnya fotosintesis mutlak diperlukan cahaya sebagai sumber energi. Faktor pencahayaan yang penting adalah lama pencahayaan, intensitas cahaya,serta panjang gelombang cahaya. Makin lama pencahayaan, makin banyak aktivitas fotosintesis yang dapat dilakukan. Makin tinggi intensitas cahaya, makin cepat laju fotosintesis suatu tumbuhan.

4) Air

Reaksi yang terjadi di dalam fotosintesis adalah sintesis glukosa dari karbondioksida. Tanpa air, reaksi fotosintesis tidak akan berlangsung. Karena air pada reaksi terang melalui proses fotolisis menjadi pemasok elektron yang berperan dalam fotofosforilasi pembentukan ATP dan NADPH. Di samping itu, jika kekurangan air, tumbuhan akan mengalami gangguan fisiologis yang dapat menghambat reaksi-reaksi metabolisme yang terjadi di dalam tumbuhan tersebut, termasuk proses fotosintesis.

5) Karbondioksida

Seperti halnya air, karbondioksida juga merupakan bahan baku untuk sintesis glukosa dalam fotosintesis. Karbondioksida di udara akan difiksasi oleh tumbuhan, kemudian akan direduksi menjadi glukosa. Jika ketersediaan karbondioksida di udara sedikit, proses fotosintesis tentunya juga akan berlangsung dengan lambat.

6) Mineral

Mineral seperti magnesium dan besi, berperan dalam menyusun molekul klorofil. Jika kekurangan mineral-mineral tersebut, tumbuhan akan kekurangan klorofil. Akibatnya, tumbuhan tersebut akan mengalami gangguan dalam melakukan fotosintesis.

2. Kemosintesis

Selain fotosintesis, anabolisme juga meliputi kemosintesis. Apakah kemosintesis itu? Kemosintesis adalah reaksi biosintesis yang menggunakan energi dari reaksi kimia. Kemosintesis dilakukan oleh beberapa jenis bakteri nitrit (Nitrosomonas dan Nitrosococus), bakteri nitrat (nitrosobacter), bakteri belerang (thiobacillus dan thiothrix), serta bakteri besi (cladothrix).

Bakteri nitrit mengubah ammonium menjadi nirat. Pengubahan ini terdiri atas dua tahap dan dilakukan oleh bakteri yang berbeda. Tahap pertama adalah oksidasi ammonium menjadi nitrit yang dilakukan oleh bakteri Nitrosomonas atau Nitrosococcus.

2 NH4+ + 3 O2    Nitrosomonas   2 NO2- + 2 H2O + 132 kal

Adapun tahap kedua adalah oksidasi nitrit tersebut menjadi nitrat yang dilakukan oleh bakteri Nitrobacter.

2 NO2- + O2    Nitrobacter     2 NO3- + 35 kal 

Reaksi-reaksi kimia tersebut menghasilkan energi yang akan digunakan untuk sintesis karbohidrat dari sumber karbon anorganik. Sumber karbon yang dapat digunakan dapat berupa karbon dioksida (CO2), karbon (CO32-), atau metana (CH4).

Bakteri kemosintetik yang dapat mengoksidasi sulfur adalah thiobacillus thio-oxidans. Bakteri ini dapat mengoksidasi sulfur (belerang) anorganik dan menghasilkan energi yang diperlukan untuk aktivitas hidupnya. Sementara itu, bakteri thiobacillus fero-oxidans mampu mengoksidasi besi.

2 S + 3 O2 + 2 H2O  Thiobacillus thio-oxidans     2 H2SO4 + 100 kkal

Fe2+  Thiobacillus fero-oxidans    Fe3+ + 11,3 kkal

Sekian dulu materi tentang contoh dari anabolisme yaitu fotosintesis dan kemosintesis. Semoga bermanfaat. Terima Kasih.

Penyusun: Thom Fallo

Sumber: Buku Biologi SMA

Share :