Fotosintesis

Apa Itu Fotosintesis?

Menurut ilmu biologi, fotosintesis adalah proses mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia kemudian menyimpannya dalam bentuk glukosa (gula atau karbohidrat). 

Dari pengertian diatas, kita bisa mengambil kesimpulan. Proses fotosintesis menghasilkan glukosa dan hanya terjadi pada tumbuhan dan beberapa ganggang/alga (Kingdom Protista). 

Tumbuhan memerlukan cahaya, CO2, dan H2O untuk membuat glukosa. Proses fotosintesis terjadi didalamsel tumbuhan, tepatnya di bagian kloroplas, lebih khususnya menggunakan klorofil yaitu pigmen hijau yang terdapat banyak di daun pada tumbuhan.

Fotosintesis tidak hanya terjadi pada daun tumbuhan, tapi fotosintesis juga terjadi pada bagian tumbuhan yang lain. Contohnya batang. 

Bagian daun terdiri dari epidermis atas dan bawah, mesofil daun, pembuluh angkut dan stomata. Sel-sel epidermis atas dan bawah tidak memiliki kloroplas sehingga fotosintesis tidak terjadi di sana. 

Epidermis atas berperan sebagai pelindung bagi bagian dalam daun. 

Stomata memiliki lubang yang diapit oleh dua sel penjaga. Fungsi stomata adalah untuk pertukaran udara, yaitu membiarkan CO2 masuk dan mengeluarkan O2. 

Pembuluh angkut teridiri dari xylem dan floem. Pembuluh ini merupakan bagian dari sistem transportasi tumbuhan.

Fungsi xylem adalah untuk mengangkut air dan zat hara ke daun dan fungsi xylem adalah untuk mengangkut nutrisi dari daun kemudian diedarkan ke seluruh bagian tumbuhan.

Jaringan mesofil daun tersusun atas banyak kloroplas dan disinilah proses fotosintesis terjadi.


Gambar mesofil bisa kita lihat pada gambar dibawah.

Gambar bagian-bagian daun terdiri atas kutikula, mesofil, stoma, sel penyangga, xilem dan floem.

Klorofil

Struktur dari kloroplas terdiri dari membran luar dan dalam, ruang intermembran, stroma dan tilakoid yang ditumpuk pada grana. Sementara bagian dari klorofil hanya terdiri dari membran dari tilakoid.

Klorofil terlihat hijau karena berfungsi untuk menyerap cahaya merah dan biru, dengan begitu warna-warna tersebut tidak dapat dilihat oleh mata kita. Warna hijau pada klorifil adalah cahaya hijau yang tidak diserap oleh daun dan akhirnya sampai pada mata kita. Itulah kenapa daun tampak hijau. 

Gambar klorofil dan bagian-bagiannya

Namun, cahaya merah dan biru adalah energi yang diserap untuk melakukan fotosintesis. Cahaya hijau yang bisa kita lihat merupakan cahaya yang tidak dapat diserap oleh tumbuhan, dengan demikian tidak dapat digunakan untuk melakukan fotosintesis.

Dalam proses fotosintesis perubahan energi yang terjadi adalah karbondioksida dan air diubah menjadi glukosa oksigen dengan bantuan cahaya matahari dan klorofil. Reaksi kimia yang keseluruhan yang terlibat dalam fotosintesis adalah: 

 6CO2 + 6H2O (+ energi cahaya) -> C6H12O6 + 6O2.

Jadi, tumbuhan mendapatkan energi cahaya matahari, karbon dioksida, dan air untuk proses fotosintesis dan mengubahnya menjadi energi dalam bentuk glukosa.

Oksigen (O2) yang dihasilkan tumbuhan adalah O2 yang kita hirup. Oleh karena itu tumbuhan disebut sebagai sumber kehidupan, karena tanpanya kita tidak bisa hidup. Maka sangat penting bagi kita untuk tetap menjaga kelestarian hutan dan tumbuhan disekitar kita.

Proses Fotosintesi

Proses fotosintesis terdiri dari reaksi terang dan reaksi gelap, untuk pembahasan lebih lanjut dapat dilihat pada paragraph dibawah ini.

Proses fotosintesis di dalam kloroplas

Proses fotosintesis di dalam kloroplas dibagi menjadi dua, yaitureaksi gelap dan terang.

Reaksi Terang

Reaksi terang terjadi dalam membran tilakoid dan mengubah energi cahaya menjadi energi kimia. Karena membutuhkan cahaya, reaksi kimia ini harus terjadi pada siang hari. 

Klorofil dan pigmen lain diantaranya beta-karoten yang berada dalam kelompok membran dalam tilakoid terlibat dalam reaksi terang. 
Masing-masing pigmen yang berbeda warna dapat menyerap warna yang sedikit berbeda dari cahaya dan menghasilkan energi ke molekul klorofil pusat untuk melakukan fotosintesis. 

Bagian tengah dari struktur kimia dari molekul klorofil adalah cincin porfirin, yang terdiri dari cincin beberapa karbon dan nitrogen dengan ion magnesium di tengah.

Energi yang dihasilkan melalui reaksi terang disimpan dengan membentuk zat kimia yang disebut ATP (adenosin trifosfat). 

ATP adalah suatu senyawa yang digunakan oleh sel untuk penyimpanan energi. Senyawa kimia ini terbuat dari adenin nukleotida yang terikat pada gula ribosa dan yang terikat dengan tiga gugus fosfat. Molekul ini sangat mirip dengan blok bangunan untuk DNA kita.

Reaksi gelap

Reaksi gelap terjadi di stroma dalam kloroplas, dan mengubah CO2 menjadi gula. Reaksi ini tidak memerlukan cahaya secara langsung, tapi membutuhkan produk dari hasil reaksi terang (ATP dan zat kimia lain yang disebut NADPH).  

Diagram proses reaksi gelap atau siklus calvin

Reaksi gelap melibatkan siklus yang disebut siklus Calvin dimana CO2 dan energi dari ATP digunakan untuk membentuk gula. Perhatikan baik-baik bahwa produk pertama fotosintesis adalah senyawa tiga karbon yang disebut gliseraldehida 3-fosfat. Dua di antaranya bergabung untuk membentuk molekul glukosa.

Tumbuhan C3, C4 dan CAM

Untuk mengatasi kondisi suhu yang sangat panas, cuaca kering, gurun dan menghemat air. 

Beberapa tumbuhan (misalnya kaktus dan nanas) yang hidup di habitat sangat panas atau daerah kering seperti gurun hanya membuka stomata mereka pada malam hari ketika cuaca dingin.

Kenapa?

Dengan menutup stomata pada siang hari, tumbuhan gurun tidak akan kehabisan cadangan air.

Tapi..

Tumubuhan gurun tidak punya kesempatan untuk mendapatkan CO2 yang dibutuhkan untuk reaksi gelap pada siang hari. 

Solusinya, pada malam hari ketika tumbuhan jenis ini dapat membuka stomata mereka dan menyerap CO2, tumbuhan ini menggabungkan CO2 menjadi senyawa organik di berbagai tempat penyimpanannya.

Pada siang hari, ketika reaksi terang terjadi dan ATP tersedia (tapi stomata-stomata harus tetap tertutup), mereka mengambil CO2 dari senyawa organik dan memasukkannya ke dalam siklus Calvin. 

Tumbuhan seperti ini disebut tumbuhan CAM. CAM merupakan singkatan dari metabolisme asam crassulacean. Proses ini terjadi setelah kelompok tumbuhan Crassulaceae diteliti dan proses ini pertama kali ditemukan.

Selain tumbuhan CAM, ada juga tumbuhan lain yang disebut tumbuhan C3 da C4.

Tumbuhan C3 adalah adalah tumbuhan yang umumnya berada di wiliyah dingin. Jenis tumbuhan ini bisa melakukan fotosintesis lebih baik dari tumbuhan C4 di bawah suhu 25 C. Fiksasi CO2 pada tumbuhan C3 terjadi secara langsung oleh siklus Calvin. 

Contoh tumbuhan C3 adalah gandum, pada dan kedelai. 

Tumbuhan C4 adalah adalah tumbuhan yang hampir memiliki cara kerja yang sama dengan tumbuhan C3 tapi harus membentuk molekul C4 terlebih dahulu sebelum terjadi fiksasi Co2. 

Contoh tumbuhan C4 adalah jagung dan tebu.
Itulah perbedaan tumbuhan C3, C4 dan CAM.