Proses Fotosintesis Pada Tumbuhan Lengkap

Proses Fotosintesis Pada Tumbuhan Lengkap – Untuk kali ini kami akan bagi materi mengenai Proses Fotosintesis yang dalam hal meliputi seperti pengertian, reaksi, rumus, mekanisme dan faktor, kalau begitu simaka saja uraian dibawah ini.

Pengertian Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi.

Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

Reaksi Fotosintesis

Keseluruhan reaksi yang terlibat dalam fotosintesis adalah sebagai berikut:

Sejarah Fotosintesis

Meskipun masih ada langkah-langkah dalam fotosintesis yang belum dipahami, persamaan umum fotosintesis telah diketahui sejak tahun 1800-an. Pada awal tahun 1600-an, seorang dokter dan ahli kimia, Jan van Helmont, seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia), melakukan percobaan untuk mengetahui faktor apa yang menyebabkan massa tumbuhan bertambah dari waktu ke waktu.

Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa massa tumbuhan bertambah hanya karena pemberian air. Namun, pada tahun 1727, ahli botani Inggris, Stephen Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain selain air yang berperan. Ia mengemukakan bahwa sebagian makanan tumbuhan berasal dari atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam proses tertentu. Pada saat itu belum diketahui bahwa udara mengandung unsur gas yang berlainan.

Pada tahun 1771, Joseph Priestley, seorang ahli kimia dan pendeta berkebangsaan Inggris, menemukan bahwa ketika ia menutup sebuah lilin menyala dengan sebuah toples terbalik, nyalanya akan mati sebelum lilinnya habis terbakar. Ia kemudian menemukan bila ia meletakkan tikus dalam toples terbalik bersama lilin, tikus itu akan mati lemas.

Dari kedua percobaan itu, Priestley menyimpulkan bahwa nyala lilin telah “merusak” udara dalam toples itu dan menyebabkan matinya tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yang telah “dirusak” oleh lilin tersebut dapat “dipulihkan” oleh tumbuhan. Ia juga menunjukkan bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples tertutup asalkan di dalamnya juga terdapat tumbuhan.

Baca juga: Metabolisme Protein dan Peran Fungsi Protein

Pada tahun 1778, Jan Ingenhousz, dokter kerajaan Austria, mengulangi eksperimen Priestley. Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat “memulihkan” udara yang “rusak”. Ia juga menemukan bahwa tumbuhan juga ‘mengotori udara’ pada keadaan gelap sehingga ia lalu menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah kemungkinan meracuni penghuninya.

Akhirnya di tahun 1782, Jean Senebier, seorang pastor Perancis, menunjukkan bahwa udara yang “dipulihkan” dan “merusak” itu adalah karbon dioksida yang diserap oleh tumbuhan dalam fotosintesis. Tidak lama kemudian, Theodore de Saussure berhasil menunjukkan hubungan antara hipotesis Stephen Hale dengan percobaan-percobaan “pemulihan” udara.

Ia menemukan bahwa peningkatan massa tumbuhan bukan hanya karena penyerapan karbon dioksida, tetapi juga oleh pemberian air. Melalui serangkaian eksperimen inilah akhirnya para ahli berhasil menggambarkan persamaan umum dari fotosintesis yang menghasilkan makanan (seperti glukosa).

Fotosintesis Pada Alga dan Nakteri

Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi.

Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain. salain itu ada lagi proses perkembangan pada tumbuhan.

Fotosintesis Pada Tumbuhan

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung. dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa berikut ini:

6H₂O + 6CO₂ + cahaya → C₆H₁₂O₆ (glukosa) + 6O₂

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.

Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun.

Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.

Proses Fotosintesis Pada Tumbuhan

Hingga sekarang fotosintesis masih terus dipelajari karena masih ada sejumlah tahap yang belum bisa dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak yang diketahui tentang proses vital ini. Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri.

Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.

Di dalam kloroplas terdapat pigmen klorofil yang berperan dalam proses fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran. Membran stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli.

Di dalam stroma juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana (kumpulan granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid. Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa komponen seperti protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid.

Secara keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun perak (Cu). Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid. Sedangkan, pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma. Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.

Baca juga: Pengertian Usus Halus Secara Lengkap

Pembentukan klorofil pada tumbuhan dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu gen cahaya, air serta unsur nitrogen, magnesium dan besi. Bila gen untuk sintesis tidak dimiliki oleh tumbuhan maka tumbuhan tersebut tidak dapat membuat korofil. Beberapa tumbuhan memerlukan cahaya dalam sintesis klorofil. Bila kekurangan air akan terjadi desintegrasi klorofil. Unsur nitrogen, magnesium dan besi merupakan unsur pembentuk dan katalis dalam sintesis klorofil.

Jan Ingenhousz (1799), membuktikan bahwa pada proses fotosintesis dilepaskan O₂(oksigen). Hal ini dibuktikan dalam percobaanya menggunakan tanaman air Hydrilla verticillatadi dalam gelas beker di bawah corong terbalik yang ujungnya diletakkan subuah taung reaksi.

Untuk menguji bahwa gas yang dihasilkan adalah O₂, digunakan bara api. Jika bara api lebih terang membara, berarti gas tersebut adalah oksigen (O₂). Dengan modifikasi percobaan Ingenhousz, hal-hal sebagai berikut dapat dibuktikan:

1. Pengaruh CO₂ terhadap fotosintesis, dengan sedikit menambahkan soda kue (NaHCO₃= natrium hidrogen karbonat) pada airnya. Larutan NaHCO₃akan meningkatkan kadar CO₂dalam air. Laju fotosintesis naik, sehingga volume O₂pun meningkat.
2. Jenis spektrum cahaya matahari yang mempunyai pengaruh terbesar pada fotosintesis, dengan membuat 4 perangkat percobaan yang masing-masing dibalut plastik berwarna yang berbeda (merah, hijau, biru, dan putih).
3. Pengaruh suhu terhadap fotosintesis, dengan perangkat percobaan yang suhu airnya berbeda. Gunakan es untuk menurunkan airnya,  atau air panas untuk menaikkan suhu. Suhu air tersebut diukur dengan termometer. Percobaan-percobaan di atas dilakukan dan hasl fotosintesisnya dibandinngkan dengan melihat volume O₂pada percobaan modifikasi.

Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).

Proses Fotosintesis Menurut Para Ahli

• Pada awal 1600-an, seorang dokter dan ahli kimia, Jan van Helmont, seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia), melakukan percobaan untuk mengetahui faktor-faktor apa saja yang menyebabkan massa tumbuhan bertambah dari waktu ke waktu.
• Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa massa tumbuhan bertambah hanya karena pemberian air. Namun, pada tahun 1727, ahli botani Inggris, Stephen Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain yang berperan di samping air. Ia berpendapat bahwa beberapa tanaman pangan berasal dari atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam proses tertentu. Pada waktu itu belum diketahui bahwa udara mengandung unsur gas yang berbeda.
• Pada 1771, Joseph Priestley, seorang ahli kimia dan pendeta Inggris, menemukan bahwa ketika ia menutupi Candle dengan botol terbalik, api akan mati sebelum lilin terbakar. Ia kemudian ditemukan saat ia meletakkan mouse di jar terbalik bersama lilin, tikus akan mati lemas. Dari percobaan, Priestley menyimpulkan bahwa nyala lilin itu “merusak” udara dalam toples dan menyebabkan kematian tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yang telah “dirusak” oleh lilin dapat “dipulihkan” oleh tanaman. Ia juga menunjukkan bahwa tikus bisa bertahan dalam botol tertutup di dalamnya selama ada juga tanaman.
• Pada 1778, Jan Ingenhousz, Austria tabib istana, mengulangi eksperimen Priestley. Ia menunjukkan bahwa efek sinar matahari pada tanaman yang dapat “mengembalikan” udara yang “rusak”. Ia juga menemukan bahwa tanaman juga ‘tercemar’ dalam gelap sehingga ia kemudian menyarankan bahwa tanaman dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah kemungkinan meracuni penduduk.
• Akhirnya, pada tahun 1782, Jean Senebier, seorang imam Perancis, menunjukkan bahwa udara yang “dipulihkan” dan “merusak” itu adalah karbon dioksida yang diserap oleh tumbuhan dalam fotosintesis. Tak lama kemudian, Theodore de Saussure berhasil menunjukkan hubungan antara hipotesis Stephen Hale dengan percobaan “pemulihan” udara.
• Cornelis Van Niel menghasilkan penemuan-penemuan penting yang menjelaskan proses kimia fotosintesis. Dengan mempelajari bakteri sulfur ungu dan bakteri hijau, dia menjadi ilmuwan pertama yang menunukkan bahwa fotosintesis merupakan reaksi redoks yang bergantung pada cahaya, di mana hidrogen mengurangi karbondioksida.
• Robert Emerson menemukan dua reaksi cahaya oleh produktivitas tanaman pengujian menggunakan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Dengan hanya lampu merah, reaksi terang dapat ditekan. Bila lampu biru dan merah digabungkan, hasilnya menjadi lebih. Dengan demikian, ada dua protosistem, mana yang menyerap hingga panjang gelombang 600 nm, yang lain hingga 700 nm.
• Robert Hill berpikir bahwa kompleks reaksi terdiri dari perantara untuk kitokrom b6 (sekarang plastokinon), yang lain dari kitokrom f ke satu tahap dalam mekanisme penghasilan karbohidrat. Semua itu dihubungkan oleh plastokinon, yang membutuhkan energi untuk mengurangi kitokrom f karena merupakan reduktor yang baik.

A. Pigmen

Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung dalam setiap sel, dan hanya pada sel yang terdapat kandungan pigmen fotosintetik. Sel yang tidak memiliki pigmen fotosintetik tidak mampu melakukan proses fotosintesis. Pada sidang Jan Ingenhousz, dapat dilihat bahwa intensitas cahaya mempengaruhi berjalanya fotosintesis yang terjadi pada tumbuhan. ini dapat terjadi karena adanya perbedaan energi yang dihasilkan oleh masing-masing dari spektrum cahaya.

Di dalam ada mesofil daun yang terdiri dari jaringan spons dan jaringan pagar. Dalam kedua jaringan ini, ada kloroplas yang mengandung pigmen hijau klorofil. Pigmen ini adalah salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan penting dalam menyerap energi matahari.

Dari semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang gelombang tertentu yang tanaman yang digunakan untuk fotosintesis, yang merupakan panjang gelombang dalam kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi menjadi lampu merah (610-700 nm), hijau kuning (510-600 nm), biru (410-500 nm) dan violet (<400 nm).

Masing-masing jenis efek cahaya pada fotosintesis. Hal ini terkait dengan sifat pekerjaan ringan penangkap pigmen dalam fotosintesis. Pigmen yang terkandung dalam membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. kloroplas berisi beberapa pigmen.

Sebagai contoh, klorofil cahaya biru terutama menyerap dan merah-violet, sedangkan klorofil b menyerap cahaya biru dan mencerminkan cahaya oranye dan kuning-hijau.

Klorofil peran langsung dalam reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan dalam reaksi terang. Proses penyerapan energi cahaya menyebabkan pelepasan elektron berenergi tinggi dari klorofil a, yang kemudian akan didistribusikan dan ditangkap oleh akseptor elektron. Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi fotosintesis.

B. Kloroplas

Kloroplas ditemukan di semua bagian hijau tanaman, termasuk batang dan buah yang belum matang. Pada kloroplas pigmen klorofil yang terlibat dalam proses fotosintesis. kloroplas memiliki bentuk disk dengan ruang yang disebut stroma stroma ini ditutupi oleh dua lapisan membran. ini disebut membran tilakoid stroma, di mana ada ruang antara membran disebut lokuli.

Dalam stroma juga adalah lamella-lamella ditumpuk untuk membentuk grana (koleksi granum). Granum sendiri terdiri dari membran tilakoid adalah situs reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang antara membran tilakoid. Ketika granum yang disayat maka akan ditemukan beberapa komponen seperti protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid.

Secara keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA, fosfat gula, ribosom, vitamin, serta ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), dan tembaga (Cu). pigmen fotosintetik hadir dalam membran tilakoid.

Sementara itu, konversi energi cahaya menjadi energi kimia terjadi di tilakoid yang produk akhir berupa glukosa yang terbentuk dalam stroma. Klorofil sendiri hanya bagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.

Mekanisme Fotosintesis

Proses fotosintesis yang terjadi di kloroplas melalui dua tahap reaksi, yaitu:

1. Reaksi Terang

Terjadi bila terdapat sinar, misalkan sinar matahari.Selama tahap ini klorofil didalam membran gana menyerap sinar merah dan nila yang bergelombang panjang pada spectrum sinar.Energi yang ditangkap oleh klorofil digunakan untuk memecah molekul air.Pemecahan ini disebut fotolisis.Fotolisis mengakibatkan molekul air pecah menjadi hydrogen dan oksigen. Reaksi fotolisis dapat ditulis dengan persamaan:

H2 yang terlepas ditampung oleh koenzim NADP.Dalam hal ini, NADP bertindaksebagai akseptor H2, bentuknya berubah menjadi NADPH2 dan O2tetap dalam keadaan bebas.

NADP (Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat) merupakan koenzim yang penting peranannya dalam kegiatan oksidasi reduksi dan banyak terdapat dalam sel hidup.Selama proses tersebut dihasilkan ATP.

2. Reaksi Gelap

Blackman (1905) adalah seorang ahli membuktikan bahwa reduksi dari CO2 ke CHO berlangsung tanpa sinar. Sehingga reaksi gelap disebut pula sebagai reaksi blackman atau reduksi CO. Bila reaksi terang (Hill) dan reaksi gelap (blackman) digabung maka reaksinya sebagai berikut:

• Hill:

2 H20 ——> 2 NADPH2 + O2

• Balckman:

CO2 + 2 NADPH2 + O2——>NADP + H2 + CO + O + H2 +O2

• Penggabungan:

2 H2O + CO——>CH2O + H2O +O2

Bila baris terakhir ini dikalikan 6 , maka kita akan memperoleh:

12H20 + 6C02 (CH2O) 6 + 6H2 + 602’

Faktor yang Mempengaruhi Proses Fotosintesis

Proses fotosintesis dipengaruhi beberapa faktor yaitu faktor yang dapatmemengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan maupun faktor yang tidak memengaruhi secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi organ yang penting bagi proses fotosintesis.Proses fotosintesis sebenarnya peka terhadap beberapa kondisi lingkungan meliputi kehadiran cahaya matahari, suhu lingkungan, konsentrasi karbondioksida (CO2).

Faktor lingkungan tersebut dikenal juga sebagai faktor pembatas dan berpengaruh secara langsung bagi laju fotosintesis.Faktor pembatas tersebut dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimum meskipun kondisi lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya faktor-faktor pembatas tersebut sangat memengaruhi laju fotosintesis yaitu dengan mengendalikan laju optimum fotosintesis.

Selain itu, faktor-faktor seperh translokasi karbohidrat, umur daun, serta ketersediaan nutrisi memengaruhi fungsi organ yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak Iangsung ikut memengaruhi laju fotosintesis.

Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis:

1. Intensitas cahaya

Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.

2. Konsentrasi karbon dioksida

Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.

3. Suhu

Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.

4. Kadar air

Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.

5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)

Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai ienuh, laju fotosintesis akan berkurang.

6. Tahap pertumbuhan

Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa.Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.