BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Tujuan
Tujuan
dilaksanakannya praktikum ini adalah sebagai berikut.
-
Membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan
karbohidrat berupa amilum.
-
Membuktikan bahwa dalam proses fotosintesis
diperlukan cahaya matahari dan fotosintesis berlangsung pada bagian tumbuhan
yang berklorofil.
1.2
Dasar
Teori
Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimiawi untuk
mengubah zat-zat yang menghasilkan energi maupun memerlukan energi yang terjadi
di dalam sel-sel tubuh. Proses metabolisme yang terjadi di dalam sel-sel tubuh
makhluk hidup dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu katabolisme dan
anabolisme. Katabolisme merupakan reaksi penguraian senyawa-senyawa kompleks
menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana dan menghasilkan energi (reaksi
eksergonik). Senyawa kompleks yang diuraikan dapat berupa karbohidrat, lemak,
dan protein. Sementara itu, anabolisme merupakan kebalikannya, yaitu reaksi
penyusunan dari senyawa-senyawa sederhana menjadi senyawa yang lebih kompleks
dan memerlukan energi (endergonik). Di dalam sel tubuh, terjadi ribuan reaksi
metabolisme yang sangat kompleks.
Penyusunan senyawa kompleks organik dari
senyawa-senyawa sederhana membutuhkan sejumlah energi yang berasal dari cahaya
atau reaksi kimia. Jika sumber energinya berasal dari cahaya disebut
fotosintesis, sedangkan jika sumber energinya adalah zat kimia disebut
kemosintesis.
Fotosintesis adalah reaksi penyusunan
senyawa-senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks organik dengan menggunakan
energi dari cahaya. Fotosintesis
berasal dari kata foto yang
artinya cahaya dan sintesis yang
artinya penyusunan. Senyawa sederhana yang dibutuhkan berupa zat anorganik,
yaitu karbon dioksida (CO2), air (H2O), dan garam-garam
mineral yang terlarut. Sementara itu, senyawa yang dihasilkan berupa glukosa,
oksigen (O2), dan air (H2O). Energi cahaya dapat berasal
dari sinar matahari atau cahaya lain yang memiliki intensitas setingkat
matahari. Fotosintesis hanya dapat terjadi pada tumbuhan yang
memiliki klorofil, yaitu pigmen yang memiliki fungsi sebagai penangkap energi cahaya matahari.
Tumbuhan yang mampu melakukan fotosintesis termasuk tumbuhan
dalam kelompok fotoautotrof yang berarti tidak bergantung pada mahkluk hidup
lain karena mampu menyediakan bahan organik sendiri dari bahan anorganik.
Karena proses pengubahan itu memerlukan cahaya, asimilasi zat karbon disebut
fotosintesis dimana energi cahaya akan diubah menjadi energi kimia dengan
bantuan klorofil pada daun. Secara sederhana, reaksi yang terjadi yaitu sebagai
berikut.
Energi cahaya matahari Klorofil
Melalui
proses fotosintesis, CO2 dan air akan diubah menjadi glukosa dengan
bantuan cahaya matahari. Karbohidrat yang dihasilkan berguna sebagai sumber
energi utama bagi setiap organisme yaitu untuk
menyusun dinding sel glikolipid dan glikoprotein pada membran sel. Tumbuhan memproduksi karbohidrat
lebih banyak daripada kebutuhannya sehingga kelebihan hasil produksi disimpan
dalam bentuk amilum atau pati.
Fotosintesis
terjadi pada kloroplas. Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang
berwarna hijau, seperti daun, batang, ranting, kelopak bunga, dan buah yang
belum matang. Pada daun, kloroplas banyak ditemukan di jaringan tiang (jaringan
palisade). Pada umumnya, permukaan atas dari daun tampak lebih hijau
dibandingkan permukaan bawahnya karena kloroplas lebih banyak terdapat di
jaringan palisade daripada jaringan spons. Terdapat kira-kira setengah juta
kloroplas pada setiap milimeter persegi permukaan daun. Pada setiap klorofil,
diperkirakan terdapat 30-40 kloroplas. Kloroplas terdiri dari selubung luar
yang merupakan membran rangkap (membran luar dan membran dalam yang dipisahkan
oleh ruang antarmembran), tilakoid (sistem membran yang berbentuk
kantung-kantung pipih, berisi klorofil dan pigmen-pigmen fotosintetik lainnya,
tempat terjadinya reaksi terang fotosintesis), grana (tumpukan tilakoid),
stroma (cairan koloid di luar tilakoid yang mengandung enzim-enzim dan
bahan-bahan kimia,
seperti gula dan asam-asam organik tempat terjadinya reaksi gelap fotosintesis),
ribosom, dan DNA.
Di dalam
membran tilakoid, terdapat fotosistem yang merupakan unit yang mampu menangkap
energi cahaya matahari. Fotosistem terdiri atas antena, protein, dan molekul
organik lainnya. Kompleks antena berperan sebagai pengumpul energi dan tersusun
dari kumpulan molekul pigmen, yaitu klorofil a, klorofil b, dan molekul
karotenoid. Klorofil a dapat menyerap cahaya merah dan biru-ungu. Klorofil b
dapat menyerap cahaya biru dan jingga. Sementara itu, karotenoid menyerap
cahaya biru-hijau. Perbedaan klorofil a dengan klorofil b adalah klorofil a
berwarna hijau, sedangkan klorofil b berwarna kuning hingga jingga.
Klorofil
a berperan langsung dalam reaksi terang fotosintesis (reaksi yang menggunakan
cahaya). Kedudukannya di dalam fotosistem sebagai pusat reaksi, tempat terjadi
reaksi kimia pertama fotosintesis yang menggunakan cahaya. Dalam reaksi
reduksi-oksidasi, klorofil a yang menyerap cahaya akan mentransfer satu
elektronnya ke akseptor elektron primer. Selanjutnya, melalui siklus elektron,
klorofil yang kehilangan satu elektron tersebut akan menangkap elektron kembali
sehingga klorofil menjadi normal.
Fotosistem dapat
dibedakan menjadi dua jenis, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Klorofil a
dalam fotosistem I disebut P700 karena sensitif dan dapat menyerap energi
cahaya dengan panjang gelombang 700 nm. Klorofil a dalam fotosistem II disebut
P680 karena sensitif dan dapat menyerap energi cahaya dengan panjang gelombang
680 nm. Kedua fotosistem tersebut bekerja bersama-sama dalam reaksi terang
dengan menggunakan cahaya untuk menghasilkan ATP dan NADH.
Proses
fotosintesis merupakan rangkaian reaksi yang diawali dari penyerapan cahaya
hingga dihasilkannya senyawa organik glukosa. Fotosintesis terdiri atas dua
tahapan, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.
1. Reaksi
Terang.
Reaksi
terang adalah reaksi fotosintesis yang memerlukan cahaya. Reaksi terang
merupakan reaksi ketika energi matahari digunakan oleh pigmen fotosintesis dan
terjadi di grana atau tumpukan tilakoid. Jadi, reaksi ini bergantung pada
cahaya matahari. Pada reaksi ini terjadi pemecahan molekul-molekul air menjadi
hidrogen, oksigen, dan sejumlah energi. Pada reaksi terang, terjadi
pengubahan energi cahaya matahari menjadi energi kimia. Energi yang terbentuk
kemudian disimpan dan dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk reaksi gelap.
Reaksi
terang merupakan tahap awal serangkaian reaksi yang mengubah energi cahaya
menjadi energi kimia dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Phosphat) dan NADPH
(Nicotinamida Adenin Dinucleotid Phosphat). Selain itu, dibebaskan juga O2.
Reaksi terang membutuhkan H2O dan ADP.
Untuk
menangkap sinar matahari (foton), tumbuhan menggunakan seperangkat alat yaitu
fotosistem. Fotosistem merupakan molekul protein yang tertanam pada membran
tilakoid. Ada dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II.
Tahapan dalam reaksi terang adalah
sebagai berikut.
·
Penangkapan
cahaya matahari oleh fotosistem. Ketika sinar foton mengenai fotosistem, salah
satu elektronnya tereksitasi keluar. Dan ketika elektron kembali pada kedudukan
semula, elektron tersebut mangeluarkan energi.
·
Setelah
fotosistem menyerap energi matahari, energi ini digunakan untuk fotolisis,
yaitu pemecahan molekul air.
·
Air
akan pecah menjadi ion hidrogen (2 H+), gas oksigen (O2) dan elektron (e-).
·
Ion
hidrogen 2H+ ditangkap oleh NADP+ dan diubah menjadi NADPH.
·
Gas
oksigen O2 dilepas ke udara.
·
Elektron
bebas yang terbentuk akan mengalami pemindahan atau transfer elektron melalui
fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Foton dari cahaya matahari yang
mengenai fotosistem akan menyebabkan elektron tereksitasi dan keluar dari
fotosistem. Elektron yang dihasilkan ini akan keluar dan masuk ke sistem
transfer elektron. Reaksi transfer elektron ini dapat dibedakan menjadi aliran
elektron nonsiklik dan aliran elektron siklik.
a)
Aliran
Elektron Nonsiklik.
Pada
jalur transfer elektron nonsiklik, dihasilkan ATP dan NADPH. Elektron yang
tereksitasi bergerak dari fotosistem II ke sistem transfer elektron kemudian ke
fotosistem I lalu ke sistem transfer elektron baru dan berakhir pada reaksi
pembentukan NADPH. Di sini, elektron tidak kembali ke fotosistem II.
Reaksi
ini dimulai ketika kompleks pigmen fotosistem II (P680) menyerap energi cahaya
dan menyebabkan terksitasinya elektron. Elektron yang dihasikan memiliki energi
yang tinggi. Kemudian elektron berenergi tinggi ini meninggalkan molekul pusat
reaksi (klorofil a) sehingga fotosistem II kehilangan elektron. Selanjutnya,
fotosistem II mengambil elektron dari hasil penguraian air (fotolisis) melalui
reaksi berikut.
H2O à 2 H+ + 2 e– + 1/2 O2
Oksigen
hasil fotolisis dilepas oleh kloroplas sebagai gas oksigen meninggalkan sel.
Sementara itu, ion hidrogen (H+) untuk sementara
waktu tinggal di ruang tilakoid. Elektron-elektron berenergi tinggi
meninggalkan fotosistem II dan ditangkap oleh akseptor elektron dan kemudian
dikirim ke sistem transfer elektron. Pada sistem transfer elektron, elektron
ini dibawa oleh pembawa elektron plastoquinone (Pq), kompleks sitokrom (Cty),
dan plastosianin (Pc). Selama proses transfer elektron tersebut, elektron
melepaskan energi yang kemudian ditangkap oleh ADP menjadi ATP. Selanjutnya,
elektron mencapai fotosistem I. Pada reaksi ini, elektron yang dilepas
fotosistem II tidak kembali lagi ke fotosistem II. Pembentukan ATP dari reaksi
nonsiklik ini disebut juga fotofosforilasi
nonsiklik.
Ketika
fotosistem I menyerap energi cahaya, elektron- elektron berenergi tinggi
meninggalkan pusat reaksi (klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron.
Elektron yang terlepas dari fotosistem I segera digantikan oleh elektron dari
fotosistem II.
Sistem
transfer elektron memindah elektron- elektron ini melalui pembawa
elektron feredoksin (Fd).
Selanjutnya, elektron ditransfer ke NADP+. Tahap
berikutnya NADP+ mengikat ion H+ membentuk NADPH2, seperti reaksi
berikut.
NADP+ + 2e– + 2H+ à NADPH + H+
Elektron
tersebut digunakan untuk mereduksi NADP+ (Nicotinamide
Adenine Dinucleotide Phosphate) menjadi NADPH. Dengan demikian, jalur elektron
nonsiklis menghasilkan ATP dan NADPH. Energi ATP dan NAPDH yang
dihasilkan dalam elektron nonsiklik akan digunakan dalam reaksi tahap kedua
proses sintesis karbohidrat, yaitu pada tahap reaksi gelap.
b) Aliran Elektron Siklik.
Pada
jalur transfer elektron siklik, hanya dihasilkan ATP. Elektron bergerak
berputar dalam siklus dari fotosistem I ke sistem transfer elektron dan kembali
ke fotosistem I. Jalur elektron siklik dimulai setelah kompleks pigmen
fotosistem I menyerap energi matahari. Energi foton menyebabkan elektron
tereksitasi. Elektron tereksitasi memiliki energi yang tinggi
Pada
jalur ini, elektron berenergi tinggi (e–) meninggalkan
pusat reaksi fotosistem I, tetapi akhirnya elektron itu kembali lagi. Elektron
berenergi (e–) meninggalkan fotosistem I (dari pusat reaksi
klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron kemudian meneruskannya ke
sistem transfer elektron dan akhirnya kembali ke fotosistem I. Elektron
yang kembali ini akan segera menggantikan elektron yang tereksitasi akibat
foton sinar matahari.
Pada
sistem transfer elektron, pembawa elektron (electron
carrier) mengalirkan atau memindahkan elektron dari satu pembawa elektron
ke pembawa elektron berikutnya, yaitu dari feredoksin (Fd), plastoquinon (Pq), komplek sitokrom (Cty), dan terakhir
ke plastosianin (Pc). Ketika
bergerak dalam sistem transfer elektron tersebut, elektron akan melepaskan
energi yang kemudian energi akan digunakan untuk pembentukan ATP. ATP terbentuk
karena adanya penambahan gugus fosfat P pada senyawa ADP (Adenosin Di Phosphat)
seperti reaksi berikut.
ADP
+ P à ATP
Pembentukan
ATP yang terjadi melalui rute transfer elektron siklis disebut dengan fotofosforilasi siklis.
Fotosistem I ini umumnya ditemukan pada bakteri dan mikroorganisme autotrof
lainnya.
2.
Reaksi
Gelap.
Reaksi gelap disebut juga siklus
Calvin Benson. Reaksi gelap adalah reaksi yang tidak tergantung atau memerlukan
cahaya secara langsung. Dalam reaksi gelap, berlangsung serangkaian reaksi
pembentukan gula dengan menggunakan gas CO2 dan
hidrogen dari air. Reaksi ini berlangsung dengan bantuan ATP dan NADPH yang
dihasilkan dari reaksi terang. Hasil dari reaksi gelap adalah molekul karbon
berenergi tinggi, seperti glukosa.
Proses pembentukan glukosa dari CO2 melalui siklus Calvin berlangsung dalam tiga
tahap, yaitu tahap fiksasi, tahap reduksi, dan tahap regenerasi.
a) Tahap
Fiksasi Karbondioksida.
Gas
CO2 dari lingkungan akan berdifusi ke dalam daun
dan akan difiksasi (bergabung untuk bereaksi) oleh RuBP (ribulose Biphosphat),
suatu molekul yang mengandung atom 5-C hingga terbentuk molekul fosfogliserat
(PGA = 3-fosfogliserat atau 3-phosphoglycerate). PGA ini memiliki tiga karbon.
Penambahan
enam CO2 oleh enam RuBP akan menghasilkan dua belas
PGA. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ribulose bifosfat karboksilase
(Rubisco). Adapun reaksinya adalah sebagai berikut.
6
CO2 + 6 RuBP à 12 PGA
b) Tahap
Reduksi PGA.
Pada
tahap ini, setiap molekul PGA menerima gugus fosfat dari ATP serta ion hidrogen
H+ dan elektron dari NADPH. ATP yang digunakan
pada reaksi ini adalah ATP dari reaksi terang.
Reaksi
reduksi PGA oleh NADPH ini akan membentuk 12 PGAL (glyceraldehyde-3-phosphat
atau glukosa 3-fosfat, G3P).
Dua
PGAL di antaranya bergabung dan membentuk satu molekul glukosa enam karbon.
Kemudian, glukosa masuk ke reaksi untuk membentuk karbohidrat lain, seperti sukrosa dan kanji.
c) Tahap
Regenerasi.
Tahap regenerasi adalah tahap
pembentukan kembali RuBP. Sepuluh PGAL yang tersisa dari tahap reduksi akan
menerima gugus fosfat dari ATP dan membentuk RuBP. Dengan terbentuknya RuBP,
reaksi penambatan CO2 dapat berlangsung lagi
sehingga siklus Calvin berjalan kembali.
Pada tahun 1860, seorang ahli botani yang berasal dari negara
Jerman, Julius von Sach membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan amilum.
Dalam percobaannya, ia menggunakan daun segar yang sebagian dibungkus dengan
kertas timah kemudian daun tersebut direbus, dimasukkan ke dalam alkohol dan
ditetesi dengan iodium.
Bagian yang tidak terkena sinar tidak akan menghasilkan
amilum, sedangkan bagian yang tidak ditutup alumunium
foil/daun kontrol akan menghasilkan amilum. Setelah daun dibiarkan selama
beberapa jam di bawah terik matahari, kemudian daun direbus alkohol. Hal ini
bertujuan untuk melarutkan klorofil yang ada pada daun, namun amilum yang ada
tidak akan ikut larut karena amilum tidak dapat larut oleh alkohol. Ternyata
daun berubah warna menjadi lebih transparan atau kekuningan. Setelah semua
klorofil larut, semua bagian daun ditetesi larutan iodium. Warna daun yang
semula transparan akan berubah menjadi ungu gelap. Hal ini menandakan adanya
amilum pada daun tersebut, karena reaksi iodium dalam amilum menimbulkan warna
biru kehitam-hitaman. Sedangkan pada daun yang ditutup alumunium foil akan berwarna coklat. Ia menyimpulkan bahwa warna
biru kehitaman pada daun yang tidak ditutupi kertas timah menandakan adanya
amilum.
1.3
Rumusan Masalah
Rumusan
masalah dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.
1.
Apakah fotosintesis menghasilkan
karbohidrat berupa amilum?
2. Bagaimana
peran cahaya matahari pada proses fotosintesis?
BAB II
METODE PRAKTIKUM
2.1 Waktu dan Tempat
Praktikum
Praktikum ini dilaksanakan pada:
Hari, Tanggal :
Jumat, 4 Oktober 2019
Waktu :
10.20 WIB-12.20 WIB
Tempat :
SMA Stella Maris BSD
2.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini
adalah sebagai berikut.
|
Alat |
Jumlah |
|
Gelas beker
500 mL |
1 |
|
Tabung reaksi |
6 |
|
Rak tabung
reaksi |
1 |
|
Pipet tetes |
2 |
|
Cawan petri |
2 |
|
Gunting |
1 |
|
Isolasi
plastik |
Secukupnya |
|
Pemanas |
1 |
|
Kertas aluminium foil |
Secukupnya |
|
Penjepit |
1 |
|
Pinset |
1 |
|
Spatula |
1 |
|
Bahan |
Jumlah |
|
Daun yang
berfotosintesis |
1 |
|
Daun yang
tidak berfotosintesis |
1 |
|
Alkohol 70% |
Secukupnya |
|
Larutan Lugol
(iodin) |
Secukupnya |
|
Air |
Secukupnya |
2.3 Prosedur Kerja
Prosedur
kerja dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.
1. Persiapkan tanaman segar yang memiliki daun yang tidak begitu
tebal.
2. Pilih
satu daun yang akan ditutup menggunakan kertas aluminium foil dengan rapat dan diisolasi bagian pinggirnya untuk
memastikan tidak ada bagian yang terbuka. Biarkan daun tetap menempel pada
batangnya selama dua hari.
3. Petik
daun yang sudah tertutup selama dua hari dan satu daun segar yang tidak ditutup
dari satu pohon yang sama.
4. Buka
tutup daun lalu gunting kedua daun dengan bentuk yang berbeda (misalnya bentuk
segitiga untuk daun yang terbuka dan segiempat untuk daun yang tertutup)
sebagai penanda.
5. Panaskan
air ke dalam gelas beker 500 mL menggunakan pemanas heater dan masukkan kedua potongan daun dan rebus sekitar 5 menit.
6. Angkat
daun lalu masukan kedua potongan daun tersebut ke dalam tabung reaksi terpisah
dan tambahkan alkohol 70% secukupnya
7. Masukkan
tabung reaksi yang berisi daun dan alkohol ke dalam gelas beker berisi air.
Panaskan hingga daun tampak berwarna putih pucat (klorofil pada kedua potongan
daun luntur memudar karena alkohol).
8. Ambil
kedua daun yang sudah dipanaskan dan letakkan di dalam cawan petri secara
terpisah.
9. Teteskan
larutan lugol pada kedua daun tersebut, lalu amati perubahan warnanya.
10. Catat
datanya ke dalam tabel.
BAB III
HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
3.1
Hasil Pengamatan
Hasil pengamatan dalam praktikum ini adalah sebagai
berikut.
|
Daun |
Pengamatan
Perubahan Warna |
Keterangan |
|||
|
Awal |
Setelah
Direbus |
Uji Lugol |
Kandungan
Amilum |
||
|
Terbuka |
Hijau |
Hijau muda |
Biru kehitaman |
Ada |
|
|
Tertutup |
Hijau |
Hijau muda |
Biru kehitaman |
Ada |
|
3.2
Pembahasan
Fotosintesis
adalah reaksi penyusunan senyawa-senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks
organik dengan menggunakan energi dari cahaya. Fotosintesis berasal dari kata foto yang artinya cahaya dan sintesis yang artinya
penyusunan. Senyawa sederhana yang dibutuhkan berupa zat anorganik, yaitu
karbon dioksida (CO2), air (H2O), dan garam-garam mineral
yang terlarut. Sementara itu, senyawa yang dihasilkan berupa glukosa, oksigen
(O2), dan air (H2O). Energi cahaya dapat berasal dari
sinar matahari atau cahaya lain yang memiliki intensitas setingkat matahari.
Reaksi fotosintesis secara sederhana dituliskan sebagai berikut.
Energi cahaya matahari Klorofil
Fotosintesis
merupakan cara tumbuhan untuk menghasilkan makanan dan energi. Fotosintesis hanya akan terjadi jika
tumbuhan mempunyai klorofil, yaitu pigmen yang berfungsi sebagai penangkap
energi cahaya matahari lalu mengkonversikannya menjadi energi kimia yang terikat
dalam molekul karbohidrat. Karena
kemampuannya membuat makanan sendiri, tumbuhan hijau dikenal sebagai organisme fotoautotrof.
Proses
fotosintesis merupakan rangkaian reaksi yang diawali dari penyerapan cahaya
hingga dihasilkannya senyawa organik glukosa. Proses ini terdiri atas dua tahapan, yaitu reaksi
terang dan reaksi gelap.
1. Reaksi
Terang.
Reaksi
terang adalah reaksi fotosintesis yang memerlukan cahaya. Reaksi terang
merupakan reaksi ketika energi matahari digunakan oleh pigmen fotosintesis dan
terjadi di grana atau tumpukan tilakoid. Jadi, reaksi ini bergantung pada
cahaya matahari. Pada reaksi ini terjadi pemecahan molekul-molekul air menjadi
hidrogen, oksigen, dan sejumlah energi. Pada reaksi terang, terjadi
pengubahan energi cahaya matahari menjadi energi kimia. Energi yang terbentuk
kemudian disimpan dan dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk reaksi gelap.
Reaksi
terang merupakan tahap awal serangkaian reaksi yang mengubah energi cahaya
menjadi energi kimia dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Phosphat) dan NADPH
(Nicotinamida Adenin Dinucleotid Phosphat). Selain itu, dibebaskan juga O2.
Reaksi terang membutuhkan H2O dan ADP.
Untuk
menangkap sinar matahari (foton), tumbuhan menggunakan seperangkat alat yaitu
fotosistem. Fotosistem merupakan molekul protein yang tertanam pada membran
tilakoid. Ada dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II.
Tahapan dalam reaksi terang adalah
sebagai berikut.
·
Penangkapan
cahaya matahari oleh fotosistem. Ketika sinar foton mengenai fotosistem, salah
satu elektronnya tereksitasi keluar. Dan ketika elektron kembali pada kedudukan
semula, elektron tersebut mangeluarkan energi.
·
Setelah
fotosistem menyerap energi matahari, energi ini digunakan untuk fotolisis,
yaitu pemecahan molekul air.
·
Air
akan pecah menjadi ion hidrogen (2 H+), gas oksigen (O2) dan elektron (e-).
·
Ion
hidrogen 2H+ ditangkap oleh NADP+ dan diubah menjadi NADPH.
·
Gas
oksigen O2 dilepas ke udara.
·
Elektron
bebas yang terbentuk akan mengalami pemindahan atau transfer elektron melalui
fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Foton dari cahaya matahari yang
mengenai fotosistem akan menyebabkan elektron tereksitasi dan keluar dari
fotosistem. Elektron yang dihasilkan ini akan keluar dan masuk ke sistem
transfer elektron. Reaksi transfer elektron ini dapat dibedakan menjadi aliran
elektron nonsiklik dan aliran elektron siklik.
a)
Aliran
Elektron Nonsiklik.
Pada
jalur transfer elektron nonsiklik, dihasilkan ATP dan NADPH. Elektron yang
tereksitasi bergerak dari fotosistem II ke sistem transfer elektron kemudian ke
fotosistem I lalu ke sistem transfer elektron baru dan berakhir pada reaksi
pembentukan NADPH. Di sini, elektron tidak kembali ke fotosistem II.
Reaksi
ini dimulai ketika kompleks pigmen fotosistem II (P680) menyerap energi cahaya
dan menyebabkan terksitasinya elektron. Elektron yang dihasikan memiliki energi
yang tinggi. Kemudian elektron berenergi tinggi ini meninggalkan molekul pusat
reaksi (klorofil a) sehingga fotosistem II kehilangan elektron. Selanjutnya,
fotosistem II mengambil elektron dari hasil penguraian air (fotolisis) melalui
reaksi berikut.
H2O à 2 H+ + 2 e– + 1/2 O2
Oksigen
hasil fotolisis dilepas oleh kloroplas sebagai gas oksigen meninggalkan sel.
Sementara itu, ion hidrogen (H+) untuk sementara
waktu tinggal di ruang tilakoid. Elektron-elektron berenergi tinggi
meninggalkan fotosistem II dan ditangkap oleh akseptor elektron dan kemudian
dikirim ke sistem transfer elektron. Pada sistem transfer elektron, elektron
ini dibawa oleh pembawa elektron plastoquinone (Pq), kompleks sitokrom (Cty),
dan plastosianin (Pc). Selama proses transfer elektron tersebut, elektron
melepaskan energi yang kemudian ditangkap oleh ADP menjadi ATP. Selanjutnya,
elektron mencapai fotosistem I. Pada reaksi ini, elektron yang dilepas
fotosistem II tidak kembali lagi ke fotosistem II. Pembentukan ATP dari reaksi
nonsiklik ini disebut juga fotofosforilasi
nonsiklik.
Ketika
fotosistem I menyerap energi cahaya, elektron- elektron berenergi tinggi
meninggalkan pusat reaksi (klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron.
Elektron yang terlepas dari fotosistem I segera digantikan oleh elektron dari
fotosistem II.
Sistem
transfer elektron memindah elektron- elektron ini melalui pembawa
elektron feredoksin (Fd).
Selanjutnya, elektron ditransfer ke NADP+. Tahap
berikutnya NADP+ mengikat ion H+ membentuk NADPH2, seperti reaksi
berikut.
NADP+ + 2e– + 2H+ à NADPH + H+
Elektron
tersebut digunakan untuk mereduksi NADP+ (Nicotinamide
Adenine Dinucleotide Phosphate) menjadi NADPH. Dengan demikian, jalur elektron
nonsiklis menghasilkan ATP dan NADPH. Energi ATP dan NAPDH yang
dihasilkan dalam elektron nonsiklik akan digunakan dalam reaksi tahap kedua
proses sintesis karbohidrat, yaitu pada tahap reaksi gelap.
b) Aliran Elektron Siklik.
Pada
jalur transfer elektron siklik, hanya dihasilkan ATP. Elektron bergerak
berputar dalam siklus dari fotosistem I ke sistem transfer elektron dan kembali
ke fotosistem I. Jalur elektron siklik dimulai setelah kompleks pigmen
fotosistem I menyerap energi matahari. Energi foton menyebabkan elektron
tereksitasi. Elektron tereksitasi memiliki energi yang tinggi
Pada
jalur ini, elektron berenergi tinggi (e–) meninggalkan
pusat reaksi fotosistem I, tetapi akhirnya elektron itu kembali lagi. Elektron
berenergi (e–) meninggalkan fotosistem I (dari pusat reaksi
klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron kemudian meneruskannya ke
sistem transfer elektron dan akhirnya kembali ke fotosistem I. Elektron
yang kembali ini akan segera menggantikan elektron yang tereksitasi akibat
foton sinar matahari.
Pada
sistem transfer elektron, pembawa elektron (electron
carrier) mengalirkan atau memindahkan elektron dari satu pembawa elektron
ke pembawa elektron berikutnya, yaitu dari feredoksin (Fd), plastoquinon (Pq),
komplek sitokrom (Cty), dan terakhir
ke plastosianin (Pc). Ketika
bergerak dalam sistem transfer elektron tersebut, elektron akan melepaskan
energi yang kemudian energi akan digunakan untuk pembentukan ATP. ATP terbentuk
karena adanya penambahan gugus fosfat P pada senyawa ADP (Adenosin Di Phosphat)
seperti reaksi berikut.
ADP
+ P à ATP
Pembentukan
ATP yang terjadi melalui rute transfer elektron siklis disebut dengan fotofosforilasi siklis.
Fotosistem I ini umumnya ditemukan pada bakteri dan mikroorganisme autotrof
lainnya.
2.
Reaksi
Gelap.
Reaksi gelap disebut juga siklus
Calvin Benson. Reaksi gelap adalah reaksi yang tidak tergantung atau memerlukan
cahaya secara langsung. Dalam reaksi gelap, berlangsung serangkaian reaksi
pembentukan gula dengan menggunakan gas CO2 dan
hidrogen dari air. Reaksi ini berlangsung dengan bantuan ATP dan NADPH yang
dihasilkan dari reaksi terang. Hasil dari reaksi gelap adalah molekul karbon
berenergi tinggi, seperti glukosa.
Proses pembentukan glukosa dari CO2 melalui siklus Calvin berlangsung dalam tiga
tahap, yaitu tahap fiksasi, tahap reduksi, dan tahap regenerasi.
a) Tahap
Fiksasi Karbondioksida.
Gas
CO2 dari lingkungan akan berdifusi ke dalam daun
dan akan difiksasi (bergabung untuk bereaksi) oleh RuBP (ribulose Biphosphat),
suatu molekul yang mengandung atom 5-C hingga terbentuk molekul fosfogliserat
(PGA = 3-fosfogliserat atau 3-phosphoglycerate). PGA ini memiliki tiga karbon.
Penambahan
enam CO2 oleh enam RuBP akan menghasilkan dua belas
PGA. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ribulose bifosfat karboksilase
(Rubisco). Adapun reaksinya adalah sebagai berikut.
6
CO2 + 6 RuBP à 12 PGA
b) Tahap
Reduksi PGA.
Pada
tahap ini, setiap molekul PGA menerima gugus fosfat dari ATP serta ion hidrogen
H+ dan elektron dari NADPH. ATP yang digunakan
pada reaksi ini adalah ATP dari reaksi terang.
Reaksi
reduksi PGA oleh NADPH ini akan membentuk 12 PGAL (glyceraldehyde-3-phosphat
atau glukosa 3-fosfat, G3P).
Dua
PGAL di antaranya bergabung dan membentuk satu molekul glukosa enam karbon.
Kemudian, glukosa masuk ke reaksi untuk membentuk karbohidrat lain, seperti sukrosa dan kanji.
c) Tahap
Regenerasi.
Tahap regenerasi adalah tahap
pembentukan kembali RuBP. Sepuluh PGAL yang tersisa dari tahap reduksi akan
menerima gugus fosfat dari ATP dan membentuk RuBP. Dengan terbentuknya RuBP,
reaksi penambatan CO2 dapat berlangsung lagi
sehingga siklus Calvin berjalan kembali.
Jadi, untuk menghasilkan glukosa, suatu tumbuhan harus melewati proses
fotosintesis yang meliputi dua tahap, baik reaksi terang maupun reaksi gelap.
Reaksi terang akan mengubah H2O dan ADP menjadi NADPH, ATP, dan
pembebasan O2 dengan bantuan cahaya matahari. Kemudian, NADPH dan
ATP yang dihasilkan dari reaksi terang ditambah dengan CO2 akan
digunakan untuk reaksi gelap yang akan menghasilkan glukosa. Artinya, jika
reaksi terang tidak berlangsung, reaksi gelap juga tidak akan berlangsung
karena zat-zat yang dibutuhkannya tidak tersedia.
Salah satu tanda terjadinya proses fotosintesis adalah dihasilkannya
karbohidrat. Hal ini kemudian dibuktikan oleh Julius von Sachs, seorang ahli
botani asal Jerman pada tahun 1860. Di dalam percobaannya, ia berhasil
mengambil kesimpulan bahwa fotosintesis menghasilkan amilum (zat tepung). Amilum
(zat tepung) merupakan polimer glukosa rantai panjang. Seperti yang kita
ketahui, proses fotosintesis menghasilkan glukosa. Dengan menunjukkan adanya
glukosa pada proses fotosintesis, dapat menunjukkan pula adanya amilum pada
hasil proses fotosintesis. Untuk mengetahui kandungan amilum, daun diuji
dengan menggunakan lugol.
Variabel-variabel dalam percobaan ini adalah sebagai berikut.
-
Variabel
bebas : Penutupan dengan
aluminium foil.
-
Variabel
terikat : Hasil
fotosintesis (amilum).
-
Variabel
kontrol : Jenis tumbuhan,
alkohol, larutan Lugol, dan
air.
Percobaan dimulai dengan menutup
daun menggunakan kertas aluminium foil.
Proses ini dilakukan saat daun masih
berada di pohon. Nantinya, kita akan melihat bagaimana keadaan daun yang telah
ditutup sebagian ini. Proses
ini bertujuan untuk melihat pengaruh
cahaya pada proses fotosintesis. Daun
yang sudah tertutup alumunium foil dibiarkan
sesaat untuk memberi kesempatan pada tumubuhan melakukan proses fotosintesis. Nantinya, dapat dibandingkan daun yang terkena
cahaya (melakukan fotosintesis) dan daun lain yang tidak terkena cahaya (tidak
melakukan fotosintesis). Daun yang kami gunakan ditutup selama satu hari.
Setelah
dibiarkan dalam waktu tertentu, daun yang sudah dilepas kertas aluminium foil-nya maupun yang tidak
ditutup oleh kertas aluminium foil kemudian
direbus dalam air mendidih selama beberapa. Glukosa yang terbentuk pada reaksi
gelap fotosintesis terjadi di stroma. Di situ pula glukosa disimpan sementara
sebelum didistribusikan ke seluruh bagian tanaman. Stroma terletak di
kloroplas. Proses perebusan ini berfungsi untuk merusak sel-sel daun. Sel-sel
daun yang rusak akan memecah kloropas (amiloplas pada tumbuhan) yang menyimpan
glukosa. Dengan begitu, glukosa akan tersebar sehingga larutan iodium akan
lebih mudah menampakkan warna birunya saat pengujian nanti.
Setelah
sel-sel daun rusak, daun tersebut akan direbus lagi di dalam alkohol. Tujuan
dari tahap ini adalah untuk melarutkan klorofil-klorofil di dalam daun sehingga
warna daun menjadi lebih pucat.
Proses
selanjutnya adalah menguji keberadaan glukosa pada daun. Komponen penyusun
glukosa yaitu karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Komponen tersebut
merupakan komponen yang sama dengan komponen penyusun amilum. Untuk menguji
keberadaan amilum, digunakan lugol (iodin). Sebelum uji amilum dilakukan, daun
dicuci menggunakan akuades terlebih dahulu sehingga tidak ada sisa alkohol yang
mungkin mengganggu proses pengujian amilum nantinya. Setelah itu, daun ditetesi
dengan lugol (iodin). Layaknya percobaan uji amilum pada makanan, sample akan berubah warna menjadi biru
kehitaman (biru London) jika terdapat amilum dalam sample.
Daun
yang terkena cahaya dan daun yang tidak terkena cahaya yang sudah direbus di
dalam air (sel-selnya sudah rusak) dan direbus di dalam alkohol (klorofilnya
sudah larut) berubah warna menjadi lebih tua daripada sebelum direbus.
Daun-daun tersebut diletakkan di atas cawan petri. Kemudian, daun-daun tersebut
ditetesi oleh larutan Lugol secukupnya. Setelah beberapa saat, tidak terlihat
ada perubahan warna pada kedua daun. Agar hasil praktikum lebih akurat, kami
menunggu beberapa hari untuk mengamati kembali perubahan warna yang terjadi.
Setelah
beberapa hari dibiarkan, warna daun yang terkena
cahaya dan daun yang tidak terkena cahaya berubah menjadi biru kehitaman.
Namun, tidak ada perbedaan warna antara daun yang terkena cahaya dan daun yang
tidak terkena cahaya. Artinya, baik pada daun yang terkena cahaya maupun daun
yang tidak terkena cahaya, keduanya sama-sama mengalami fotosintesis dan
menghasilkan amilum.
Hasil ini dapat dikatakan tidak sesuai dengan teori
yang ada. Berdasarkan teori yang ada, fotosintesis dipengaruhi oleh cahaya
matahari. Cahaya matahari digunakan sebagai sumber energi untuk reaksi terang
yang menghasilkan ATP dan NADPH. ATP dan NADPH ini nantinya digunakan untuk
reaksi gelap yang menghasilkan glukosa. Jika tidak mendapatkan cahaya matahari,
berarti tidak dihasilkan ATP dan NADPH yang diperlukan untuk reaksi gelap. Artinya,
tumbuhan pun tidak melakukan fotosintesis secara sempurna dan pasti tidak
menghasilkan glukosa. Seharusnya, daun yang terkena cahaya akan mengalami
fotosintesis secara sempurna dan menghasilkan glukosa karena daun tersebut
mengalami reaksi terang yang menghasilkan ATP dan NADPH yang dibutuhkan dalam
reaksi gelap untuk menghasilkan glukosa, sedangkan daun yang tidak terkena
cahaya tidak akan mengalami fotosintesis secara sempurna dan tidak akan
menghasilkan glukosa.
Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan hasil
praktikum ini tidak sesuai dengan teori yang ada. Pertama, waktu penutupan daun
yang kurang lebih hanya satu hari dan penutupan daun dilaksanakan pada sore
hari. Berdasarkan prosedur kerja, seharusnya daun ditutup selama dua hari. Hal
ini membuat daun kemungkinan besar masih melakukan reaksi terang di siang hari
sehingga masih dihasilkan NADPH dan ATP yang dibutuhkan dalam reaksi gelap
untuk menghasilkan amilum. Kedua, waktu perebusan daun di dalam alkohol yang
kurang lama sehingga belum semua klorofil larut. Hal ini dapat dilihat dari
kedua daun yang warnanya belum berubah menjadi pucat sekali setelah dilakukan perebusan
di dalam alkohol (warna daun hanya berubah menjadi lebih muda daripada
sebelumnya). Ketiga, kekurangtelitian kami dalam melaksanakan percobaan ini
sehingga hasilnya menjadi tidak maksimal.
BAB IV
PENUTUP
4.1
Kesimpulan
Berdasarkan hasil praktikum di atas, dapat disimpulkan
bahwa:
1. Metabolisme
adalah reaksi-reaksi kimiawi untuk mengubah zat-zat yang menghasilkan energi
maupun memerlukan energi yang terjadi di dalam sel-sel tubuh. Proses
metabolisme yang terjadi di dalam sel-sel tubuh makhluk hidup dapat dibedakan
menjadi dua macam, yaitu katabolisme dan anabolisme.
2. Fotosintesis
adalah reaksi penyusunan senyawa-senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks
organik dengan menggunakan energi dari cahaya. Senyawa sederhana yang dibutuhkan berupa zat anorganik,
yaitu karbon dioksida (CO2), air (H2O), dan garam-garam
mineral yang terlarut. Sementara itu, senyawa yang dihasilkan berupa glukosa,
oksigen (O2), dan air (H2O).
3. Fotosintesis
terdiri atas dua tahapan, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang memerlukan H2O, ADP, dan
cahaya matahari untuk menghasilkan NADPH, ATP, dan pembebasan O2. Sementara itu, reaksi gelap memerlukan
ATP dan NADPH untuk menghasilkan glukosa, ADP, dan NADP+.
4. Julius von Sach berhasil membuktikan
bahwa fotosintesis menghasilkan amilum.
5. Daun yang ditutup dengan aluminium foil seharusnya tidak
mengalami fotosintesis sehingga tidak menghasilkan amilum (warna daun menjadi
coklat saat diuji menggunakan larutan Lugol).
6. Daun yang tidak ditutup dengan aluminium foil akan mengalami
fotosintesis sehingga menghasilkan amilum (warna daun menjadi biru kehitaman
saat diuji menggunakan larutan Lugol).
No comments:
Post a Comment