Pengertian dan Proses Terjadinya Fotosintesis

Pengertian dan Proses Terjadinya Fotosintesis

Fotosintesis berarti sintesis (atau manufaktur) dengan cahaya. Sebenarnya proses ini adalah subjek penting dalam fisiologi tanaman, khususnya dalam kaitannya dengan pertanian tanaman pangan. Ini juga terjadi pada organisme lain yang mengandung klorofil seperti alga dan cyanobacteria. Ada banyak alasan mengapa penting untuk memahami apa itu fotosintesis.

Untuk meningkatkan produktivitas tanaman, proses fotosintesis harus dipahami dengan baik. Tapi secara umum, alasan utamanya adalah kehidupan bergantung pada fotosintesis untuk suplai energi mereka. Karena beberapa bakteri memperoleh energi dari H2S atau H2 dalam kegelapan total.

Pengertian

Fotosintesis sangat penting bagi tanaman dan organisme photoautotrophic lainnya karena menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan berbagai fungsi kehidupan seperti biosintesis, translokasi, dan reproduksi. Ini adalah proses fisiologis yang terjadi pada tanaman dimana karbon dioksida (CO2) dan air (H2O), dengan adanya cahaya tampak dan klorofil, diubah menjadi senyawa organik atau senyawa yang mengandung karbon yang menyimpan energi cahaya dalam bentuk energi kimia.

Dengan pengecualian langka seperti pada tanaman albino, semua tanaman menghasilkan makanan sendiri melalui fotosintesis dimana energi kimia diekstraksi. Karbon yang diperbaiki dalam proses ini juga digunakan sebagai dasar struktural dalam sintesis senyawa organik yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan yang meliputi berbagai bentuk karbohidrat, protein, lemak dan minyak.

Pentingnya Heterotrof

Fotosintesis juga penting bagi organisme heterotrofik sebagai sumber energi. Mereka memperoleh energi ini dari makanan atau makanan yang mereka konsumsi dengan cara yang sama seperti kendaraan yang didukung oleh energi dari pembakaran bahan bakar. Organisme heterotrofik adalah organisme non-fotosintesis yang tidak mampu memanfaatkan energi secara langsung dari matahari sebagai sumber utama.

Heterotrof harus memperolehnya dari senyawa organik dalam organisme fotosintetik atau organisme lain yang telah memanen energi ini. Senyawa ini terjadi dari karbohidrat, protein, lemak dan minyak. Kandungan energi dari senyawa ini: karbohidrat 4kkal/g, protein 4kkal/g, lemak dan minyak 9kkal/9. Demikian juga manusia dan hewan harus mendapatkan pasokan karbon mereka untuk sintesis senyawa organik, baik secara langsung maupun tidaj dari organisme fotosintesis primer.

Pasokan Oksigen untuk Organisme Aerobik

Selain itu, fotosintesis juga penting untuk organisme yang membutuhkan oksigen atau aerobik karena proses tersebut menghasilkan oksigen dalam fotolisis air selama reaksi ringan. Oksigen dilepaskan ke atmosfer dan dimanfaatkan oleh organisme aerobik termasuk tanaman dalam proses respirasi. Manusia dan hewan lainnya menghirup oksigen (O2) dari atmosfer, namun tanaman biasanya menyerapnya melalui akar.

Bahan Bakar Fosil untuk Penggunaan Manusia

Fotosintesis berkaitan dengan tugas sehari-hari manusia dan kenikmatannya. Meski tidak nampak, fotosintesis telah membuat kehidupan modern menjadi lebih mudah. Cahaya yang menggunakan energi listrik telah tersedia. Pabrik industri telah menyediakan makanan olahan untuk keperluan manusia. Fotosintesis membuat ini mungkin menghasilkan energi yang tersimpan dalam petrokimia dan bahan bakar fosil lainnya.

Batubara, minyak dan gas bumi adalah tanaman prasejarah dan hewan yang telah mengalami dekomposisi selama jutaan tahun. Selain itu, oksigen yang berevolusi dalam proses fotosintesis digunakan dalam pembakaran atau pembakaran bahan bakar. Gambut, tanaman lumut parsial terurai seperti yang telah terakumulasi selama ribuan tahun di rawa gambut di Eropa utara, memiliki nilai energi setara dengan 3.300 kalori per gram.

Perkembangan Untuk sekarang

Pengembangan teknologi pada fotosintesis buatan manusia, ini berhasil memproduksi “banyak ATP” secara artifisial dengan energi sintetis. Saat ini, ada penelitian berkelanjutan yang dapat merevolusi produksi makanan dan energi. Salah satunya terdiri dari “daun buatan” yang mampu mengumpulkan energi matahari dan mengubahnya menjadi bahan bakar cair yang menerapkan reaksi fotosintesis serupa. Tentu saja hasil dari penyelidikan ini akan memperluas gambaran lebih lanjut tentang apa itu fotosintesis.

Cahaya Gelombang dan Partikel

Sifat cahaya dengan pengaruh yang nyata pada pertumbuhan dan perkembangan tanaman adalah kualitas cahaya, intensitas cahaya dan durasi cahaya atau fotoperiod. Pemahaman substansial tentang cahaya dalam kaitannya dengan pertumbuhan dan perkembangan tanaman sangat penting dalam produksi tanaman pangan.

Cahaya Gelombang

Cahaya digambarkan sebagai radiasi elektromagnetik yang terdiri dari dua gelombang, yaitu gelombang listrik dan magnetik, yang saling tegak lurus terhadap arah gelombang yang sedang dilalui. Sebagai gelombang, sifat cahaya dicirikan menurut kecepatan, panjang gelombang dan frekuensi. Cahaya yang menabrak Bumi menempuh jarak rata-rata sekitar 150 juta kilometer (149.476.000 kilometer atau 92.900.000 km; Davis 1977) dari sumbernya, matahari.

Ini memiliki kecepatan 299.792.458 m s-1 atau 2.99792458 x 108 m s-1 (s-1 adalah bentuk penulisan lain yang berarti per detik). Untuk kenyamanan, kecepatan cahaya dibulatkan menjadi 300 juta meter per detik (3 x 1010 m s-1) yang setara dengan 300 ribu kilometer per detik (186,420 mi s-1) atau 18 juta km per menit (28,966,849 mi min-1) atau 1,08 miliar km per jam (671,1 juta mil hr-1).

Dengan membagi jarak matahari-bumi dengan kecepatan cahaya (150 M km / 18 M km min-1), cahaya akan sampai ke bumi melalui ruang kosong sekitar 8,3 menit.

Salah satu sifat penting cahaya mengacu pada panjang gelombang tertentu untuk mencapai suatu tanaman. Ini menentukan kualitas cahaya dalam mempengaruhi intensitas cahaya. Pemahaman akan sifat cahaya ini telah menyebabkan praktik peningkatan produksi tanaman terutama penggunaan lampu berwarna. Panjang gelombang, dilambangkan dengan huruf Yunani lambda (λ) adalah jarak ruang dari satu puncak gelombang ke puncak gelombang lainnya.

Gelombang adalah tingkat gelombang yang terjadi di laut, dengan mengacu pada gerakan vibrasi gelombang seperti foton cahaya. Frekuensi, dilambangkan dengan huruf Yunani nu (ν) dan diukur dalam hertz, adalah jumlah puncak gelombang yang melewati satu titik dalam ruang dalam satu detik. Frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang.

Seluruh spektrum elektromagnetik dari radiasi matahari, dalam rangka meningkatkan frekuensi gelombang atau penurunan, terdiri dari sinar gamma, sinar-X, sinar ultraviolet (100-390 nm), cahaya (390-760 nm), inframerah (760-1000 nm), gelombang mikro dan gelombang radio. Namun, rentangnya tidak menuntut, terutama batas daerah yang berbeda dari tampak cahaya.

Cahaya yang terlihat oleh manusia hanyalah sebagian kecil dari sprektrum elektromagnetik radiasi yang terus menerus dipancarkan oleh sinar matahari. Namun, “cahaya” umumnya digunakan untuk merujuk spektrum elektromagnetik yang lebih luas yang mencakup panjang gelombang tak terlihat seperti, cahaya ultraviolet dan cahaya inframerah.

Properti Cahaya seperti Partikel

Sifat partikel seperti cahaya yang dipancarkan dari sumber yang diserap oleh materi apapun, seolah-olah dibawa kedalam parikel yang disebut Foton. Energi yang dibawa foton disebut kuantum, menunjukkan energi kuantisasi atau dibagi menjadi beberapa unit. Isi energi (Eq) foton berbanding terbalik dengan panjang gelombang dan berbanding lurus dengan frekuensi. Sesuai dengan hubungannya dengan panjang gelombang, dihitung dengan rumus:

Eq = hc / λ atau, berdasarkan frekuensi, Eq = hν

Dimana h adalah konstanta Planck (h = 6.62 x 10-34 J s foton-1; J s adalah singkatan dari unit Joule kedua) dan c adalah kecepatan cahaya (3 x 108 m s-1). Untuk kenyamanan, hasilnya disesuaikan dengan nilai yang lebih besar dengan mengalikan jumlah Avogadro (N = 6,023 x 1023 foton mol-1). Sebagai ilustrasi, kandungan energi lampu merah dengan panjang gelombang representatif 650 nm (6,5 x 10-7 m) diturunkan melalui perhitungan berikut:

Eq = [(6,62 x 10-34 J s foton-1) (3 x 108 m s-1) / 6,5 x 10-7 m] x [6.023 x 1023 foton mol-1]
= (3.055 x 10-19 J foton-1) (6,023 x 1023 foton mol-1)
= 18.4002 x 104 J mol-1 ≈ 184 kJ mol-1

Mengikuti prosedur matematis yang sama, satu mol foton cahaya biru dengan panjang gelombang representatif 470 nm (4,7 x 10-7 m) menghasilkan energi 254 kJ mol-1. Dengan panjang gelombang yang lebih pendek, kandungan energi akan jauh lebih tinggi. Sebagai contoh, kandungan energi dari satu mol foton UV-C dengan panjang gelombang spesifik 200 nm (2 x 10-7 m) adalah 598 kJ mol-1; 100 nm akan memiliki kandungan energi sekitar 1.196 kJ mol-1.

Sebagai perbandingan, konversi berikut setara dengan unit energi diberikan: 1kJ = 1 x 1010 ergs = 0,24 kalori (nutrisi) = 0,28 watt-hr = 2,4 x 10-7 ton setara ledakan TNT.

Intensitas Cahaya, Efek pada Pertumbuhan Tanaman

Intensitas cahaya atau kuantitas cahaya mengacu pada jumlah total cahaya yang diterima tanaman. Hal ini juga digambarkan sebagai tingkat kecerahan yang ditimbulkan oleh tanaman. Berbeda dengan kualitas cahaya, gambaran intensitas cahaya tidak mempertimbangkan panjang gelombang atau warna.

Intensitas cahaya biasanya diukur dengan satuan lux (lx) dan footcandle (fc). Satu footcandle berarti tingkat iluminasi 1 kaki dari lilin-lilin standar yang dinyalakan; 100 footcandles berjarak 1 kaki dari 100 lilin yang menyala bersamaan. Lux (pl. Luces) adalah unit iluminasi yang permukaannya berjarak satu meter dari sumber cahaya. Satu footcandle sama dengan 10.76391 luces dan 1 lux sama dengan 0.093 footcandle.

Unit intensitas cahaya yang lebih baik untuk yang melibatkan respon tanaman adalah μmol m-2s-1. Ini menggambarkan jumlah foton cahaya di dalam wafer fotosintesis seluas 1 meter persegi diterima dengan per detik. Hal ini dapat diukur dengan menggunakan light meter. Untuk mengubah intensitas cahaya dari matahari, misalnya 800 μmol m-2s-1 sampai footcandle, 800 dikalikan dengan 5 yang hasilnya mencapai 4.000 fc. Unit pengukuran lainnya adalah mol m-2d-1 yang menggambarkan jumlah total foton yang diterima oleh luas 1 meter persegi dalam 24 jam.

Nilai intensitas berikut dalam footcandle diberikan untuk beberapa kondisi cahaya: starlight- 0,0001, moonlight- 0,02, di dalam ruangan di dekat jendela-100, cuaca mendung – 1000, sinar matahari langsung – 10.000. Intensitas tinggi cahaya berarti lebih terang dibanding intensitas cahaya rendah. Beberapa istilah yang digunakan dengan mengacu pada intensitas cahaya adalah matahari terbuka atau penuh, matahari sebagian atau teduh parsial dan naungan tertutup atau padat.

Berdasarkan adaptasi, tanaman dapat diklasifikasikan sebagai tanaman matahari dan tanaman naungan dengan berbagai intergrasi di antaranya.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya bisa berubah seiring waktu, musim, lokasi geografis, jarak dari khatulistiwa dan cuaca. Ini berangsur-angsur meningkat dari matahari terbit sampai tengah hari dan kemudian perlahan turun menuju matahari terbenam. Tingginya selama musim panas, sedang di musim semi dan musim gugur sampai pada musim dingin. Intensitas maksimum terjadi di khatulistiwa dan secara bertahap menurun dengan meningkatnya jarak dari khatulistiwa ke kutub selatan dan utara.

Intensitas cahaya juga dipengaruhi oleh partikel debu dan uap air di atmosfer, kemiringan lahan dan elevasi. Jarak matahari-ke-bumi bervariasi, paling dekat pada bulan Januari (sekitar 147 juta km) dan terjauh pada awal Juli (sekitar 151 juta km; Davis 1977). Hal ini menyebabkan sedikit variasi dalam jumlah cahaya dan panas yang diterima bumi. Begitu juga faktor yang mempengaruhi cahaya dalam ruangan.

Jumlah cahaya alami yang masuk ke suatu bangunan dipengaruhi oleh letak jendela atau permukaan kaca dimana masuk cahaya, adanya pepohonan dan semak, atap overhang, layar jendela, awning, warna kaca. Kaca abu-abu memungkinkan transmisi cahaya 41% sementara kaca bening memungkinkan 89%. Di dalam bangunan, jumlah cahaya, baik yang alami atau buatan, akan terpengaruh oleh tirai, tekstur permukaan dan pantulan dari penutup dinding, perabotan dan perabotan lainnya.

Selanjutnya, daun pada tanaman tunggal berbeda dalam jumlah cahaya yang mereka terima. Jumlah kejadian ringan pada daun berkurang saat sinar matahari turun ke bawah melalui kanopi. Daun di bagian atas kanopi cenderung teduh dan memantulkan cahaya menjauh dari daun bawah.

Tanaman dengan daun agak vertikal (tipe tanaman ereksi) memungkinkan aliran cahaya yang lebih ke bawah dan mentolerir penanaman populasi yang tinggi daripada tanaman dengan daun yang melorot (tipe planophyle) (Chapman dan Carter 1976). Penanaman tanam dan jarak tanam yang tepat juga dapat meminimalkan naungan antarplan.

Apa itu Photoperiodism, Tanaman Jenis dan Signifikansi

Photoperiodisme adalah respon tanaman terhadap panjang relatif cahaya dan periode gelap dalam siklus 24 jam. Proses pertumbuhan dan pengembangan tanaman yang dipengaruhi oleh fotoperioda meliputi pembungaan, pertumbuhan vegetatif, pemanjangan zona; umbi, rimpang dan pembentukan bohlam, ekspresi seks, pembentukan pigmen seperti antosianin, jumlah dan ukuran nodul akar, set buah, jatuhnya daun dan dormansi.

Namun, definisi fotoperiodisme di atas tidak menuntut dan rentan terhadap salah tafsir. Hamner dan Bonner menunjukkan bahwa ini adalah periode gelap yang panjang (16 jam) yang memunculkan respons pembungaan di Xanthium. Dengan menginterupsi periode gelap dengan cahaya pendek, tanaman tetap vegetatif dan gagal berbunga. Namun respon berbunga dipertahankan dengan 16 jam periode gelap meski periode cahaya (8 jam) terganggu dengan periode singkat kegelapan.

Jenis Respon Photoperiodic

Tanaman diklasifikasikan sebagai tanaman berumur panjang (LDP), tanaman berumur pendek (SDP), atau tanaman netral hari (DNP). LDP dan SDP berlaku untuk tanaman yang sensitif terhadap fotoperiod sementara DNP tidak sensitif, artinya tidak menunjukkan fotoperiodisme. Tanaman panjang adalah tanaman yang respon panennya terjadi ketika waktunya melebihi panjang kritis sedangkan respon tanaman berumur pendek terjadi saat daylength berada di bawah panjang kritis tertentu.

Respon fotoperiodik juga berbeda dengan varietas dalam suatu spesies

  • Tanaman berumur panjang: chard atau gula merah Swiss (Beta vulgaris), raddish (Raphanus sativus), rye (Secale cereale), bayam (Spinacea oleracea), dan gandum musim semi (Triticum aestivum).
  • Tanaman pendek: krisan (Krisan sp.), Poinsettia (Euphorbia pulcherrima), kedelai (Glycine max), tembakau Mammoth Maryland (Nicotiana tabacum), dan cocklebur (strumarium Xanthium).
  • Tanaman netral hari: bunga matahari (Helianthus annuus), kacang polong (Phaseolus vulgaris), kacang polong (Pisum sativum), dan jagung (Zea mays).

Beberapa tanaman akan berbunga di bawah fotoperiod panjang yang diikuti oleh photoperiod pendek sementara yang lain melakukan urutan yang berlawanan. Ada juga tanaman dimana tingkat induksi bunga bergantung pada jumlah siklus fotokopi atau siklus fotoperiodik. Selain itu, respons fotoperiodik dapat dimodifikasi oleh beberapa faktor lingkungan, biasanya suhu.

Tanggapan Tanaman dan Signifikansi

Bergantung pada hasil ekonomi yang diinginkan, pengaruhnya bisa menguntungkan atau tidak menguntungkan dan bervariasi dengan spesies dan varietas. Induksi pembungaan adalah aspek yang paling banyak diteliti dari pertumbuhan tanaman dibandingkan dengan fotoperiodisme.

Cahaya menghambat pertumbuhan batang tapi meningkatkan perluasan daun. Pada selada dan raddish, meningkatkan rasio akar atas yang lebih tinggi. Hal ini diinginkan pada selada karena merupakan bagian atas yang dipanen tapi tidak di raddish dimana organ ekonomi adalah akar tunggang.

Beberapa Efek Intensitas Cahaya pada Pertumbuhan Tanaman

Cahaya merupakan syarat mutlak untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Namun, tanaman yang berbeda memiliki persyaratan optimal dan intensitas cahaya yang kurang dan intensitasnya merugikan. Dengan memperhatikan batas fisiologis, peningkatan intensitas cahaya untuk menghasilkan peningkatan laju fotosintesis dan juga akan mengurangi jumlah jam yang harus diterima tanaman setiap hari.

Batas minimum proses fotosintesis pada kebanyakan tanaman adalah antara 100 dan 200 fc. Tapi intensitas cahaya serendah 10 lux (0,93 fc), yang terjadi pada senja hari, bisa mempengaruhi respons fototropik (Vergara 1978). Intensitas cahaya yang kurang baik cenderung mengurangi pertumbuhan, perkembangan dan hasil tanaman. Hal ini karena jumlah energi matahari yang rendah membatasi laju fotosintesis.

Di bawah intensitas minimum, pabrik turun di bawah titik kompensasi. Fotosintesis secara signifikan melambat atau berhenti saat respirasi berlanjut. Titik kompensasi adalah titik metabolisme di mana tingkat fotosintesis dan respirasi sama sehingga daun tidak mengalami kekeringan.

Etiolasi, manifestasi morfologis efek buruk sinar yang tidak memadai, dengan cara mengembangkan batang , ruas batang, daun dan sistem akar yang kerdil. Demikian juga intensitas cahaya yang berlebihan harus dihindari. Ini bisa membakar daun dan mengurangi hasil panen. Ini disebabkan:

Kandungan klorofil berkurang. Hal ini mengurangi tingkat penyerapan cahaya dan laju fotosintesis
Kelebihan intensitas cahaya dikaitkan dengan kenaikan suhu daun yang pada gilirannya menginduksi transpirasi cepat dan kehilangan air. Sehingga ketersediaan karbohidrat rendah untuk pertumbuhan dan perkembangan
Suhu daun tinggi menonaktifkan sistem enzim yang mengubah gula menjadi pati. Gula menumpuk dan laju fotosintesis melambat.

Kontribusi terhadap Sejarah Fotosintesis

Kemajuan Ilmu Pengetahuan menggunakan istilah photosyntax sebagai alternatif, fotosintesis, untuk proses biosintesis dan cahaya bergantung pada tumbuhan hijau dimana karbon dioksida dikurangi menjadi bahan organik. Oleh karena itu, Barnes mendefinisikan fotosintesis sebagai “sintesis senyawa karbon kompleks dari asam karbonat, dengan adanya klorofil, di bawah aksi cahaya”.

“Fotosintesis adalah serangkaian proses di mana energi elektromagnetik diubah menjadi energi bebas kimia yang dapat digunakan untuk biosintesis”. Organisme fotosintetik adalah sebagian besar energi yang dibutuhkan untuk sintesis seluler dipasok oleh cahaya.

Pengaruh Periode Ringan

Panjang relatif dari periode terang dan gelap mempengaruhi produksi karbohidrat oleh semua tanaman. Panjang periode cahaya tidak berpengaruh pada fotoperiodisme. Namun, tampaknya memiliki pengaruh kuantitatif pada jumlah primordia bunga diawal. Periode cahaya yang berlebih atau kurang dari 11 jam menghasilkan jumlah bunga primordia yang lebih kecil.

Cahaya dan Reaksi Gelap

Proses fotosintesis pada tanaman terdiri dari serangkaian reaksi biokimia yang kompleks. Ini mengubah CO2 menjadi karbohidrat yang melibatkan reduksi karbon dengan H2O sebagai reduktan. Pengurangan adalah reaksi kimia yang menghasilkan keuntungan elektron, atau kenaikan hidrogen dan kehilangan oksigen. Reaksi terbalik disebut oksidasi yang melibatkan menghilangnya elektron dari atom, ion, senyawa, atau penghilangan hidrogen dan perolehan oksigen.

Pengurangan zat juga melibatkan oksidasi

Ringkasan keseluruhan proses fotosintesis biasanya ditunjukkan oleh persamaan kimia yang diberikan di bawah ini.
6CO2 + 6H2O + energi cahaya → C6H12O6 + 6O2

atau, tanpa mengacu pada glukosa dan untuk menunjukkan asal-usul oksigen dalam karbohidrat dan oksigen bebas,
CO2 + 2H2O + energi cahaya → [CH2O] + H2O + O2

Reaksi di atas menunjukkan bahwa karbohidrat (CH2O) disintesis dari CO2 dan H2O di hadapan sinar matahari. Warna juga memberikan informasi tentang asal usul penyusun produk. Ini menunjukkan bahwa karbon (dalam oranye) dan oksigen (dalam warna merah) dalam CH2O berasal dari CO2 sedangkan oksigen yang terbebaskan (berwarna biru) berasal dari air atau H2O.

Namun, energi ringan tidak dimanfaatkan secara langsung untuk menggerakkan reaksi. Demikian pula H2O tidak secara langsung mengurangi CO2 menjadi karbohidrat. Proses penyisipan pada tanaman terjadi di dalam sel organel terstruktur tinggi yang disebut kloroplas (plastid). Setiap kloroplas memiliki membran ganda yang mengelilingi stroma. Stroma adalah ruang pusat besar yang mengandung cairan yang kaya akan enzim yang mengurangi CO2 menjadi CH2O.

Di dalam stroma adalah grana. Setiap granum terdiri dari struktur seperti karung atau cakram yang disebut thylakoids yang mengandung pigmen klorofil dan pigmen kuning oranye ringan yang disebut karotenoid. Klorofil adalah pigmen hijau yang menyerap cahaya selama fotosintesis. Pigmen fotosintesis yang paling penting, memiliki rumus empiris C55H72O5N4Mg. Ada juga pigmen aksesori yang menyerap foton cahaya oleh klorofil a dan mentransmisikan energi tersebut ke klorofil a.

Yang paling umum pada tanaman adalah klorofil b (C55H70O6N4Mg) dan karotenoid. Ada dua komponen rangkaian reaksi yang terjadi secara berurutan: reaksi ringan dan reaksi gelap. Reaksi ringan adalah reaksi komponen dalam proses fotosintesis yang terjadi pada tilakoid sementara reaksi gelap juga disebut reaksi biokimia, bebas cahaya dan reaksi Blackman, terjadi pada stroma kloroplas.

Reaksi Ringan Fotosintesis

Reaksi cahaya dari fotosintesis yang disebut reaksi fotokimia dan reaksi Hill merupakan reaksi yang bergantung pada cahaya. Reaksi ini melibatkan penangkapan energi matahari sehingga istilah “bebas cahaya,” tidak sensitif terhadap perubahan suhu. Ini merupakan tahap pertama dalam proses fotosintesis dimana energi matahari dalam bentuk energi radiasi terjebak dan beberapa dilestarikan dalam bentuk kimia yang stabil.

Dua sistem pemanenan cahaya atau fotosistem, terlibat dalam penangkapan cahaya yang sangat penting bagi reaksi cahaya fotosintesis. Fotosistem I (PS I) mengandung pusat reaksi klorofil (P700) dan menyerap panjang gelombang cahaya sampai 700 nm. Sistem pemanenan cahaya kedua, disebut fotosistem 2 (PSII), memiliki pusat reaksi yang disebut P680 dan menyerap cahaya hingga 680 nm.

Begitu foton cahaya diserap oleh fotosistem apapun, ia disalurkan ke pusat reaksi klorofil (PS700 atau PS680) yang kemudian diubah menjadi keadaan tereksitasi dan menjadi zat pereduksi yang sangat baik. Elektron tereksitasi (dari air) kemudian dipindahkan ke rantai transpor elektron. Dua substrat terlibat dalam proses fotosintesis yang bergantung pada cahaya. Yang pertama dilakukan oleh fotosistem II, yang kedua oleh fotosistem I.

H2O dioksidasi menjadi oksigen dengan menggunakan energi dari sinar matahari yang ditangkap oleh klorofil. Ini juga disebut fotolisis air atau pemisahan molekul H20 yang menghasilkan elektron yang tereksitasi. Pada saat yang sama, zat pengoksidasi NADP + dikurangi menjadi NADPH dan oksigen dilepaskan ke atmosfer. Fotolisis H2O terjadi pada fotosistem II. Namun, elektron dari air belum mencapai NADPH. Di sinilah fotosistem saya mengambil alih.

2H2O + energi cahaya → 4H + 4e- + O2
4e- + 2H + 2NADP + → 2NADPH
Reaksi fotokimia ini dirangkum dalam persamaan kimia berikut ini:
2H2O + 2NADP + → 2H + + O2 + 2NADPH
Kedua, fosforilasi terjadi yang mengarah pada pembentukan ATP. Ini melibatkan penangkapan beberapa bagian energi radiasi oleh ADP fosforilasi untuk menghasilkan ATP.
H2O + ADP + Pi + NADP + + energi cahaya → O2 + ATP + NADPH + H +

Reaksi Gelap Fotosintesis

Reaksi gelap disebut dengan reaksi biokimia dan Blackman adalah reaksi bergantung suhu namun bebas cahaya dalam proses fotosintesis. Ketersediaan cahaya tidak penting untuk reaksi ini yang dapat terjadi baik dalam cahaya atau gelap. Namun, ATP, NADPH2 dan CO2 harus ada. Ini menjelaskan pengurangan karbon dioksida tetap menjadi karbohidrat. Persamaan ringkasan diberikan di bawah ini.

CO2 + ATP + NADPH + H + → karbohidrat + ADP + Pi + NADP +

  • I. C3 Fotosintesis

Fotosintesis C3 Jenis fotosintesis ini hanya menggunakan Siklus C3 dimana karbon dioksida mengalami reaksi kimia untuk membentuk karbohidrat. Reaksi siklik C3 juga mencakup regenerasi substrat kimia akseptor CO2. Tanaman yang memamerkan mekanisme fotosintesis ini disebut tanaman C3.

Siklus C3 dapat dibagi menjadi tiga tahap: Fiksasi CO2, Reduksi, dan Regenerasi.

1. Pada Fiksasi CO2, CO2 yang berdifusi ke dalam stroma kloroplas dalam sel mesofil ditambahkan (terikat secara kovalen) ke akseptor lima karbon ribulosa-1,5-bisfosfat (RuBP, C5H12O11P2), yang juga disebut ribulosa-1, 5-difosfat (RuDP), menghasilkan produk menengah enam-karbon.

Ringkasan reaksi ditunjukkan di bawah ini:

Rubisco

CO2 + RuBP ———————————-> 2 3-PGA

Produk stabil pertama ini (3-PGA), menjadi senyawa tiga karbon, adalah alasan mengapa mekanisme fotosintesis ini disebut Siklus C3.

2. Tahap Pengurangan Karbon berikut. Masing-masing dari dua molekul 3-PGA mengalami reaksi lebih lanjut untuk menghasilkan gliseraldehid-fosfat glukosa gliseraldehid tiga-karbon trioksida (G3P, C3H7O6P), yang juga disebut phosphoglyceraldehyde (PGAL). Molekul G3P pertama kali terfosforilasi oleh ATP, menghasilkan 1,3-bifosfogliserat yang kemudian dikurangi menjadi G3P dengan NADPH sebagai zat pereduksi.

3. Tahap Regenerasi melengkapi siklus. Beberapa molekul G3P mengalami reaksi lebih lanjut yang berakibat pada reformasi RuBP, akseptor CO2 dalam siklus C3.

  • II. Fotosintesis C4

Fotosintesis C4 Mekanisme fotosintesis ini terjadi pada dua jenis sel yang bersebelahan, sel sel mesofil dan bundel pada spesies tanaman yang disebut tanaman C4. Siklus C3 dan C4 keduanya beroperasi dalam reaksi fotosintesis yang tidak ringan atau gelap namun secara spasial, yaitu di sel yang berbeda: C4 di sel mesofil segera diikuti siklus C3 pada sel selubung bundel.

(1) Hidrasi CO2 (enzim pengkatalisis adalah karbonat anhidrase):

CO2 + H2O ————> H2CO3 ———-> HCO3- + H +

(2) Karboksilasi HCO3- (enzim pengkatalisis adalah PEPcase):

HCO3- + PEP ———-> OAA

Ringkasan reaksi umumnya ditulis seperti yang ditunjukkan di bawah ini dimana reaksi hidrasi yang mengarah pada pembentukan HCO3- dan karboksilasinya dilewati:

PEPcase

CO2 + PEP ————————————–> OAA

  • III. CAM Fotosintesis

Proses Photosynthetic CAM

CO2 dari atmosfer pertama kali memasuki daun di malam hari melalui stoma saat terbuka. Ini berdifusi ke dalam sitoplasma sel mesofil, mengalami hidrasi dengan katalis karbonat anhidrase (CA) sebagai katalis dan mengubahnya menjadi bikarbonat (HCO3-).

HCO3 – kemudian ditetapkan oleh enzim phosphoenulpyruvate carboxylase (PEPcase atau PEPC atau PEPCO), menambahkannya ke substrat phosphoenolpyruvate (PEP, C3H5O6P), asam tiga karbon. Produknya adalah oksaloasetat empat karbon (OAA, C4H4O5). OAA dengan cepat dikurangi menjadi asam organik (misalnya asam malat) dan disimpan sementara di dalam vakuola sel.

Peran Signifikan

Mitigasi Perubahan Iklim

Fotosintesis relevan dalam mitigasi perubahan iklim. Dengan meningkatnya kekhawatiran tentang pemanasan global dan dampak kausalnya terhadap perubahan iklim, penting untuk memperkaya pemahaman seseorang tentang fotosintesis dan aplikasinya dalam mengurangi perubahan iklim.

Peningkatan konsentrasi CO2 di atmosfer karena aktivitas manusia, seperti penggunaan batubara di industri dan penggunaan bahan bakar petrokimia di lokomotif, sebagian besar diakui bertanggung jawab atas pemanasan global melalui efek rumah kaca.

Pemanasan global adalah peristiwa alam yang terjadi setiap 1.500 tahun. Mereka juga mengklaim bahwa setiap kepanikan terhadap dampak bencana yang dirasakan dari pemanasan global terhadap kelangsungan hidup tumbuhan dan hewan serta keanekaragaman hayati salah tempat, dengan alasan bahwa organisme hidup memiliki kemampuan alami untuk beradaptasi.

Inilah yang di terapkan dalam perkembangan tentang fotosintesis. Yang berperan aktif terhadap pertumbuhan tanaman dan bahkan manusia juga. Sekarang telah banyak mengalami perubahan. Bagaimana menurut pendapat anda tentang ini? Semoga ada manfaat artikel ini bagi Anda.