Deskripsi: Pengertian, tujuan dan reaksi proses Fotosintesis.
Sumber energi utama untuk hampir semua kehidupan adalah matahari. Energi sinar matahari dimasukkan ke biosfer melalui proses yang dikenal sebagai fotosintesis.
Proses fotosintesis sendiri terjadi pada tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri.
Fotosintesis dapat didefinisikan sebagai proses fisika-kimiawi yang mana organisme fotosintesis menggunakan energi cahaya untuk mendorong sintesis senyawa organik.
Lalu bagaimana sih sebenarnya proses dari fotosintesis pada sebuah tanaman?
Definisi Fotosintesis
Fotosintesis didefinisikan sebagai proses yang digunakan oleh tumbuhan hijau dan bakteri fotosintetik. Radiasi elektromagnetik diubah menjadi energi kimia menggunakan energi cahaya untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat dan oksigen.
Proses fotosintesis bergantung pada sekumpulan molekul protein kompleks yang terletak di dalam dan di sekitar membran yang sangat terorganisir.
Melalui serangkaian reaksi transduksi energi, mesin fotosintesis mengubah energi cahaya menjadi bentuk yang dapat bertahan selama ratusan juta tahun.
Pada tumbuhan, alga, dan jenis bakteri tertentu, proses fotosintesis menghasilkan pelepasan oksigen molekuler dan pembuangan karbon dioksida dari atmosfer yang digunakan untuk mensintesis karbohidrat (fotosintesis oksigenik).
Jenis bakteri lain menggunakan energi cahaya untuk membuat senyawa organik tetapi tidak menghasilkan oksigen (fotosintesis anoksigenik).
Fotosintesis menyediakan energi dan pengurangan karbon yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup hampir semua kehidupan di planet ini serta oksigen molekuler yang diperlukan untuk kelangsungan hidup organisme pemakan oksigen.
Meskipun fotosintesis terjadi pada sel atau organel yang biasanya hanya berukuran beberapa mikron, proses tersebut berdampak besar pada atmosfer dan iklim bumi.
Setiap tahun lebih dari 10% dari total karbon dioksida atmosfer direduksi menjadi karbohidrat oleh organisme fotosintetik.
Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis
Blackman adalah seorang ilmuwan yang merumuskan hukum faktor pembatas sambil mempelajari faktor-faktor yang mempengaruhi laju fotosintesis.
Hukum ini menyatakan bahwa kecepatan suatu proses fisiologis akan dibatasi oleh faktor yang paling sedikit persediaannya.
Dengan cara yang sama, laju fotosintesis juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu sebagai berikut.
1. Cahaya
Ketika intensitas cahaya meningkat, laju reaksi fotosintesis akan bergantung pada cahaya sehingga akan meningkatkan laju fotosintesis.
Dengan meningkatnya intensitas cahaya, jumlah foton yang jatuh pada daun juga ikut meningkat. Efeknya adalah akan ada lebih banyak molekul klorofil terionisasi, dan lebih banyak ATP dan NADPH yang dihasilkan.
Selain itu, panjang gelombang cahaya juga mempengaruhi laju fotosintesis. Sistem fotosintesis yang berbeda menyerap energi cahaya dengan lebih efektif pada panjang gelombang yang berbeda.
2. Karbon Dioksida
Peningkatan konsentrasi karbon dioksida meningkatkan kecepatan karbon dimasukkan ke dalam karbohidrat dalam reaksi fotosintesis yang tidak bergantung cahaya.
Jadi, peningkatan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer dengan cepat bisa membuat laju fotosintesis semakin tinggi.
3. Suhu
Reaksi fotosintesis yang tidak bergantung cahaya dipengaruhi oleh perubahan suhu karena dikatalisis oleh enzim, sedangkan reaksi yang bergantung pada cahaya tidak.
Laju reaksi meningkat ketika enzim mencapai suhu optimumnya, setelah itu laju reaksi mulai menurun karena enzim cenderung mengalami denaturasi.
Proses Fotosintesis
Keseluruhan proses fotosintesis secara objektif dapat dibagi menjadi empat langkah atau proses, di antaranya adalah sebagai berikut.
1. Penyerapan Cahaya
Langkah pertama dalam fotosintesis adalah penyerapan cahaya oleh klorofil yang menempel pada protein di tilakoid kloroplas.
Energi cahaya yang diserap kemudian digunakan untuk menghilangkan elektron dari donor elektron seperti air, membentuk oksigen.
Elektron selanjutnya ditransfer ke akseptor elektron primer, quinin (Q) yang mirip dengan CoQ dalam rantai transfer elektron.
2. Transfer Elektron
Elektron selanjutnya dipindahkan dari akseptor elektron primer melalui rantai molekul transfer elektron yang ada di membran tilakoid ke akseptor elektron terakhir, yang biasanya disebut Nikotinamid Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP).
Saat elektron ditransfer melalui membran, proton dipompa keluar dari membran, menghasilkan gradien proton melintasi membran.
3. Adenosin Trifosfat (ATP)
Pergerakan proton dari lumen tilakoid ke stroma melalui kompleks F0F1 menghasilkan ATP dari (Adenosin Difosfat) ADP dan Pi.
Langkah ini identik dengan langkah pembentukan ATP dalam rantai transpor elektron.
4. Fiksasi Karbon
NADPH dan ATP yang dihasilkan pada langkah 2 dan 3 menyediakan energi, dan elektron mendorong proses pengurangan karbon menjadi molekul gula enam karbon.
Tiga langkah pertama fotosintesis secara langsung bergantung pada energi cahaya dan dengan demikian disebut reaksi terang, sedangkan reaksi dalam langkah ini tidak bergantung pada cahaya dan dengan demikian disebut reaksi gelap.
Jenis-Jenis Fotosintesis
Setidaknya ada 2 jenis fotosintesis yang dikenal sebagai fotosintesis oksigenik dan anoksigenik, bergantung pada apakah oksigen diproduksi dalam reaksi.
1. Fotosintesis Oksigen
Jenis fotosintesis yang paling umum adalah fotosintesis oksigenik, yang biasa terlihat pada alga, tumbuhan, dan cyanobacteria. Dalam proses ini, energi dari cahaya digunakan untuk mentransfer elektron dari molekul H2O menjadi karbon dioksida (CO2).
Setelah itu karbon dioksida berkurang karena menerima elektron sedangkan air dioksidasi karena kehilangan elektron. Sebagai hasil dari reaksi tersebut, oksigen dan karbohidrat diproduksi.
Fotosintesis oksigenik berfungsi untuk menyeimbangkan transfer energi yang terjadi selama proses respirasi.
Semua organisme yang hidup dan bernapas menghirup oksigen dari udara untuk menghasilkan energi dan menghembuskan karbon dioksida ke atmosfer.
Fotosintesis oksigenik menggantikan oksigen di udara dengan bantuan energi dari sinar matahari. Dengan tidak adanya fotosintesis oksigenik, oksigen atmosfer pada akhirnya akan habis.
Fotosintesis oksigenik sendiri merupakan proses yang kompleks karena ada banyak langkah. Namun, keseluruhan proses tersebut dapat diringkas menggunakan persamaan kimia berikut:
6CO2 + 12H2O + Energi Cahaya à C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Dalam reaksi lengkap, 6 molekul karbon dioksida bergabung dengan 12 molekul air di hadapan sinar matahari, yang menyediakan energi untuk terjadinya reaksi.
Hasilnya, 1 molekul glukosa, 6 molekul oksigen, dan 6 molekul air terbentuk.
2.Fotosintesis Anoksigenik
Fotosintesis anoksigenik menggunakan elektron dari molekul selain air untuk menciptakan energi kimia dari cahaya. Proses ini biasanya terjadi pada jenis bakteri tertentu, seperti pada bakteri sulfur hijau dan bakteri ungu.
Hal yang perlu digarisbawahi adalah, oksigen tidak diproduksi selama fotosintesis anoksigenik. Produk akhir bergantung pada molekul yang merupakan donor elektron.
Sebagai contoh, bakteri dapat mengambil elektron dari dan mengoksidasi molekul seperti hidrogen sulfida (H2S) untuk menghasilkan energi dan sulfur padat (S) sebagai produk sampingan.
Mirip dengan fotosintesis oksigenik, dalam proses fotosintesis satu ini melalui beberapa langkah yang kompleks. Berikut adalah ringkasan proses yang dapat diringkas dengan persamaan kimia:
CO2 + 2H2A + Energi Cahaya à CH2O + 2A + H2O
Dalam persamaan ini, “A” adalah variabel yang dapat mewakili elemen apa pun dalam molekul donor elektron. Sebagai contoh, ‘A’ mungkin belerang dalam reaksi untuk mengubah satu molekul karbon dioksida dan dua molekul hidrogen sulfida menjadi produk akhir.
Proses fotosintesis akhirnya menghasilkan energi yang kemudian disimpan di dalam molekul karbohidrat sampai dibutuhkan.
Molekul karbohidrat nantinya dapat dimanfaatkan sebagai energi oleh organisme dengan proses kimiawi contohnya respirasi, yang akan menghasilkan produk lain seperti karbon dioksida dan air.
Baca juga: Manfaat Energi Matahari bagi Makhluk Hidup
