Klorofil dan Fotosintesis

Klorofil dan Fotosintesis

Zat Hijau Daun (Klorofil) 

 

Zat hijau daun atau klorofil ini sebenarnya cukup mudah dicari. Hampir semua sayuran berdaun hijau mengandung klorofil, seperti brokoli, kangkung, bayam, seledri, maupun selada. Namun, karena pola makan harian orang Indonesia minim serat dan zat hijau daun, tidak ada salahnya mencoba suplemen ekstrak klorofil yang saat ini banyak ditawarkan.
Klorofil juga menghambat pertumbuhan bakteri, infeksi jamur, dan luka di saluran pencernaan. Zat antibakteri inilah yang mampu mengatasi bau mulut dan bau badan, serta mencegah kerusakan gigi maupun gusi.
Karena mudah diubah menjadi hemoglobin (struktur kimiawi keduanya identik), tentu akan membantu pembentukan sel-sel darah merah. Sebagai pendongkrak stamina atau daya tahan tubuh, klorofil mampu merangsang produksi sel-sel darah putih yang bertugas melawan serangan mikroorganisme penyakit dan memperkuat sistem kekebalan tubuh dengan pasokan zat antitumor, antikuman, dan antioksidan.

Lebih lanjut, kloforil mampu menjadi penguat dan penenang pikiran alami karena kadar asam nukleat dan asam amino pada klorofil dapat memenuhi kebutuhan otak akan protein, terutama neuropeptida (bagian otak yang mengolah pikiran dan emosi positif). Sebagai sumber energi, klorofil mampu mensintesis oksigen dan karbohidrat. Proses detoksifikasi (pengeluaran racun) inilah yang mampu meringankan kerja hati dalam membuang zat-zat kimia sintetis dari aliran darah. Selain itu, klorofil dapat membuang lendir dan kerak di dalam paru-paru, mineral dan kristal asam yang ada di dalam persendian, serta kolesterol dan lemak jenuh yang mengendap di arteri, si penyebab gangguan jantung.

Dari struktur kimiawinya, klorofil dan hemoglobin sangat mirip. Perbedaan keduanya hanya satu atom, sehingga enzim yang ada dalam darah sangat mudah mengubah klorofil menjadi hemoglobin untuk mengatasi lemah, letih, lesu, kurang darah, dan sakit kepala. Klorofil (zat hijau daun) adalah bahan utama yang menghasilkan warna hijau. Klorofil, suatu bahan yang sangat penting, adalah sebuah pigmen yang terkandung dalam kloroplas yang tersebar dalam sitoplasma (cytoplasm) sel-sel tanaman. Pigmen-pigmen ini menyerap cahaya yang berasal dari matahari dengan mudah, tetapi hanya memantulkan warna hijau. Selain memberi warna hijau pada daun, hal ini juga menyebabkan terpenuhinya kelangsungan sebuah proses yang sangat menentukan, yang dikenal dengan nama "fotosintesis".

Fotosintesis

Seorang fisiologis berkebangsaan Inggris, F. F. Blackman, mengadakan percobaan dengan melakukan penyinaran secara terus-menerus pada tumbuhan Elodea Sejenis tanaman hias hidrofit

• Ternyata, ada saat dimana laju fotosintesis tidak meningkat sejalan dengan meningkat nya penyinaran. 
• Akhirnya, Blackman menarik kesimpulan bahwa paling tidak ada dua proses berlainan yang terlibat dalam fotosintesis
• Ada reaksi yang memerlukan cahaya dan ada reaksi yang tidak memerlukan cahaya.
• Baru kemudian hari muncul Reaksi terang dan Reaksi gelap fotosintesis 
• Yang terakhir meskipun dinamai reaksi gelap, namun dapat berlangsung terus saat keadaan terang.
• Teori ini diperkuat dengan mengulangi percobaan pada temperatur yang agak lebih tinggi. Seperti diketahui, kebanyakan reaksi kimia berjalan lebih cepat pada suhu lebih tinggi (sampai suhu tertentu). Pada suhu 35°C, laju fotosintesis tidak menurun sampai ada intensitas cahaya yang lebih tinggi. 
• Hal ini menunjukkan bahwa reaksi gelap kini berjalan lebih cepat. 
• Faktor bahwa pada intensitas cahaya yang rendah laju fotosintesis itu tidak lebih besar pada 35°C dibandingkan pada 20°C juga menunjang gagasan bahwa yang menjadi pembatas pada proses ini adalah reaksi terang. 
• Reaksi terang ini tidak tergantung pada suhu, tetapi hanya tergantung pada intensitas penyinaran. 
• Laju fotosintesis yang meningkat dengan naiknya suhu tidak terjadi jika suplai CO₂ terbatas. 
• Jadi, konsentrasi CO₂ harus ditambahkan sebagai faktor ketiga yang mengatur laju fotosintesis itu berlangsung.

Jadi, secara umum fotosintesis terbagi menjadi dua tahap reaksi:
1.Reaksi Terang, yang membutuhkan cahaya
2.Reaksi Gelap, yang tidak membutuhkan cahaya

REAKSI TERANG 

• Reaksi yang merupakan tahapan  awal dari system fotosintesis 
• Reaksi ini memerlukan bahan utama molekul air (H2O)
• Reaksi sangat bergantung kepada ketersediaan energi dari foton / sinar matahari.
• Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen fotosintetik chlorofil sebagai antena / akseptor cahaya.
• Sinar matahari yang berupa foton yang terbaik adalah sinar merah dan ungu
• Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna ungu (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600  nanometer).
• Untuk cahaya hijau (550 nm) akan dipantulkan oleh daun dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa daun berwarna hijau.
• Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. 
• Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak energi.

• Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpul kan pada pusat-pusat reaksi
• Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid berupa pigmen yang terdiri dari sistem cahaya yang disebut fotosistem

FOTOSISTEM ( PHOTOSYSTEM)

• Ada dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi 
• Pusat reaksi yang sekaligus sebagai akseptor foton itu disebut fotosistem 
• Fotosistem yang ada kemudian dikenal dengan fotosistem II dan fotosistem I.
• Fotosistem I dan II ini mempunyai katakter bisa sebagai sistem pembawa elektron terdapat perangkat komplek protein pembentuk ATP berupa enzim ATP sintase.dan sistem reseptor cahaya (antena) penangkap cahaya / foton 
• Fotosistem I antenanya mampu menangkap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm   dan PSII antenanya mampu menangkap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm 

FOTOSISTEM I

• Fotosistem  I mampu menangkap dengan baik foton dengan panjang gelombang 700 nanometer yang kemudian disebut P = 700 ( P= Photosistem), tidak terlibat pada proses pelepasan O2.
• Fotosistem-I merupakan suatu partikel yang disusun sekitar 200 molekul Klorofil-a, 50 molekul Klorofil-b, 50-200 karotenoid, dan 1 molekul penerima energi matahari yang disebut dengan P700.
• Energi matahari (foton) yang ditangkap oleh pigmen, dipindahkan melalui beberapa molekul pigmen, yang akhirnya diterima oleh P700
• Fotosistem I ini menghasilkan ATP saja 

LATERAL VIEW

FOTOSISTEM 1 SIKLIK

FOTOSISTEM II

• Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, yang kemudian dikenal dengan P 680
• Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat pencahayaan
• Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II(P.680)
• Fotosistem II melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron.
• Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP , satuan pertukaran energi dalam sel.
• Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti.
• Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil.
• Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen.
• Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida
• Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH

Jadi Kesimpulan yang didapat dari data 

1. Photosistem I (P 700) menhasilkan ATP , Photosistem 1 ini bersifat siklik 
2. Phoyosistem II (P 680) menghasilkan Oksigen dan NADPH2 , non sikllik

• Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan ATP dari ADP dan NADP⁺ menjadi energi pembawa ion H + menjadi NADPH2.maka dua sumber energi ini kemudian di transfer ke reaksi lainnya
• Jadi ATP dan NADPH2 inilah yang nanti akan digunakan sebagai energi dalam reaksi gelap di stroma kloroplast 
• Perlu diketahui pusat Reaksi terang pada kloroplast ini terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas.
• Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana

Fotofosforilasi Siklik

• Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. yang bisa menangkap foton 700 nm (P 700)
• Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I , namun ada elektron yang terlontar mendukung Potosistem 2 
• Fotofosforilasi siklik ini menghasilkan ATP 

• Pertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari  menyentuh daun , foton ini membuat klorofil pada perangkat fotosistem I teraktivasi sehingga terbentuk elektron-elektron di P700 , elektron terus terbentuk dan menjadi menjadi terakumulasi . karena rangsangan dari luar
• elektron yang terbentuk itu kemudian keluar atau tereksitasi menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron.
• Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya.
• Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron pada fotosistem P 700 itu
• Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H⁺ melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP.
• Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya lagi
• Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.

Fotofosforilasi Nonsiklik

• Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. 
• Dalam fotofosforilasi nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.

• Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H⁺ + 1/2O₂ + 2e^-.
• Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II,
• Sedang ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain
• dan O₂ akan dilepaskan ke udara bebas.
• Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer.
• Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi.
• Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700.
• Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan "skema Z".
• Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.
• Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari.
• Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP⁺ dan H⁺, yang berasal dari penguraian air.

• Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP⁺, H⁺, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:
• NADP⁺ + H⁺ + 2e^- —> NADPH
• NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap.

Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikut

Reaksi Gelap

• Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis.
• Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma.
• Energi reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan bahan reaksi gelap adalah CO_{2 yang diikat oleh RuBP yang ada di daun  melalui stoma , CO2 ini  berasal dari udara bebas.}
• Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C₆H₁₂O₆), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme.
• Untuk membentuk molekul Glucosa (dengan 6 C) diperlukan 6 molekull CO2 , 12 ATP dan 12 atom H yang diikat oleh koenzim NADP menjadi 12 NADPH 
• Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.
• Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat.
• Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP/ RuBP). Ribulosa difosfat / biphospat  ini yang nantinya akan mengikat CO₂ dalam reaksi gelap.
• Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi. dan tentu sintesa untuk membentuk Glukosa OK

• Pada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO₂ dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil
• 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil itu kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA).
• Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat (PGA 1.3 biphosphat).
• Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H⁺ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP⁺, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C.
• Selanjutnya terjadi sintesa , 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C₆H₁₂O₆).
• 10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat.(RDP/RuBP)
• Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP),
• RDP/RuBP kemudian kembali akan mengikat CO₂ lagi , begitu seterusnya.

• Dalam fotosynthesis kebutuhan karbon dioksida (CO2) pada reaksi gelap , akan dipenuhi dari udara yang masuk melalui stomata tanaman

• Pada kebanyakan tanaman, fotosintesis berfluktuasi sepanjang hari sebagai stomata membuka dan menutup.
• Biasanya, stomata terbuka di pagi hari, menutup pada tengah hari, membuka kembali di sore hari, dan ditutup untuk baik di malam hari.
• Karbon dioksida yang berlimpah di udara, sehingga tidak menjadi faktor pembatas dalam pertumbuhan tanaman.
• Pada sistem penanaman tanaman dengan Greenhouse tertutup rapat mungkin tidak cukup memungkinkan udara luar untuk masuk dan dengan demikian mungkin kurangnya karbon dioksida yang cukup untuk pertumbuhan tanaman.
• Karbon dioksida generator digunakan untuk menghasilkan CO2 di rumah kaca untuk tanaman komersial seperti mawar, anyelir, dan tomat.
• Dalam rumah kaca rumah yang lebih kecil, es kering adalah sumber yang efektif dari CO2.