Pengertian Fotosintesis
Lingkungan fisik menyediakan nutrien-nutrien anorganik. Semua zat anorganik yang diambil makhluk hidup akan dikembalikan lagi pada lingkungannya.Ada yang dikembalikan dalam bentuk ekskret yang dihasilkan oleh makhluk hidup waktu bereksresi, dan sisa-sisa makhluk hidup akan diuraikan (dekomposisi = demineralisasi) oleh makhluk pengurai (dekomposer) seperti cendawan dan bakteri kembali menjadi zat-zat anorganik.
Fotosintesis adalah peristiwa penyusunan zat organik (gula) dari zat anorganik (air, karbon dioksida) dengan pertolongan energi cahaya.Fotosintesis dilakukan oleh tumbuhan dan makhluk hidup yang mempunyai klorofil. Komponen-komponen yang diperlukan dalam fotosintesis adalah: CO2, H2O, cahaya dan klorofil.
Proses Terjadinya Fotosintesis pada Tumbuhan
Karbon dioksida diambil dari udara, H2O diambil dari tanah. Peranan klorofil dalam fotosintesis adalah untuk menyerap cahaya dan sumber elektron. Cahaya yang paling efektif digunakan untuk mendapatkan hasil fotosintesis yang maksimum adalah cahaya merah dan biru.Proses pembentukan karbohidrat ini berlangsung secara bertingkat. Zat yang stabil yang mula-mula terbentuk adalah gula sederhana. Kelebihan molekul-molekul gula sederhana akan disimpan dalam bentuk zat tepung (pati) melalui proses biosintesis dengan melepaskan nH2O.
Untuk pembentukan 1 gram gula ternyata sama dengan jumlah energi yang diperlukan dalam pembakaran 1 gram gula yaitu 675 kilo kalori. Inilah jumlah energi yang diperlukan dalam fotosintesis.
Menurut percobaan setiap 1 m2 luas daun/jam dapat menyerap ±200 kilo kalori, sementara di dalam daun dapat terbentuk 1-2 gram gula. Jadi dapat dihitung bahwa energi yang jatuh pada daun hanya 2% yang digunakan untuk fotosintesis.
Hasil lain fotosintesis, O2 dibebaskan ke udara dan ini berasal dari H2O. Ini dapat diketahui berdasarkan uji menggunakan isotop oksigen yang dilakukan oleh Ruben dan Van Niel. Bagian tubuh tumbuhan yang melakukan asimilasi C (karbon) adalah bagian yang mengandung zat hijau daun.
Persamaan Reaksi Kimia Fotosintesis
Secara singkat, persamaan reaksi fotosintesis yang terjadi di alam dituliskan sebagai berikut:
Macam-macam Percobaan tentang Fotosintesis
Fotosintesis merupakan suatu proses yang penting bagi kehidupan makhluk hidup di bumi. Dengan fotosintesis, tumbuhan menyediakan makanan bagi makhluk hidup lain baik secara langsung maupun tidak langsung. Banyak ilmuwan yang melakukan penelitian tetang fotosintesis, diantaranya adalah:1. Percobaan Fotosintesis Ingenhousz
Orang yang peatama sekali menemukan fotosintesis adalah Jan Ingenhousz (1730-1799). Beliau memasukkan tumbuhan air Hydrila verticilata ke dalam bejana yang diisi air. Bejana gelas itu ditutup dengan corong terbalik dan diatasnya diberi tabung reaksi yang berisi air hingga penuh.Bejana itu diletakkan di terik matahari. Tak lama kemudian muncul gelembung udara dari tumbuhan air. Setelah diuji, ternyata gelembung tersebut adalah oksigen. Ingenhousz menyimpulkan fotosintesisis menghasilkan oksigen.
2. Percobaan Fotosintesis T W Engelman
Pada tahun 1822, T W Engelmann melakuakn percobaan menggunakan gangang Spyrogyra. Ganggang ini mempunyai kloroplas seperti spiral. Hanya kloroplas yang terkena cahaya yang mengeluarkan oksigen.Kloroplas yang tidak kena cahaya tidak mengeluarkan oksigen. Hal ini dibuktikan dengan banyaknya bakteri suka oksigen yang berkerumun di bagian kloroplas yang terkena cahaya. Kesimpulan akhirnya adalah:
- Fotosintesis dilakukan oleh kloroplas
- kloroplas hanya berfotosintesis jika terkena cahaya
3. Percobaan Fotosintesis Sachs
Pada tahun 1860, Sachs membuktikan bahwa proses fotosintesis menghasilkan amilum. Daun yang sebagian dibungkus kertas timah (kertas bungkus rokok) dipetik di sore hari, setelah terkena matahari sejak pagi hari, daun tersebut direbus untuk dimatikan sel-selnya.Selanjutnya daun tersebut dimasukkan ke dalam alkohol, agar klorofilnya larut sehingga daun tersebut menjadi pucat. Saat daun itu ditetesi dengan iodium, bagian yang tertutup oleh ketas timah tetap pucat, sedangkan bagian daun yang tidak tertutup warnanya menjadi biru kehitaman. Warna biru kehitaman menandakan bahwa di bagian daun tersebut terdapat amilum.
4. Percobaan Fotosintesis Hill dan FF Blackman
Hill pada tahun 1937 berhasil membuktikan bahwa energi sinar yang diterima digunakan untuk memecah molekul air menjadi H+ dan O2. Peristiwa ini dikenal sebagai fotolisis yang merupakan tahap awal dari fotosintesis.Reaksi Terang dan Reaksi Gelap Fotosintesis
Fotolisis berlangsung dengan bantuan cahaya matahari sehingga disebut reaksi terang (lihat Gambar di bawah ini!)Pada reaksi terang, molekul air (H2O) terurai menjadi molekul oksigen (O2), proton (H+) dan elektron. Elektron tersebut akan mengalami transport elektron melalui reaksi redoks.
Pada akhir transport elektron elektron tersebut bersama dengan H+ akan ditangkap oleh NADP+ sehingga terbentuk NADPH. Selain NADPH, reaksi terang juga menghasilkan ATP.
 |
| Gambar: Reaksi Terang dan Reaksi Gelap Fotosintesis |
Persamaan reaksi terang adalah sebagai berikut:
12 H2O + ATP + 24 NADP+ → 6 O2 + ATP + 24 NADPHReaksi terang terjadi pada membran tilakoid di grana. Grana berupa tumpukan tilakoid, terdapat di dalam kloroplas,. Tilakoid adalah membran pipih berbentuk cakram yang membrannya mengandung klorofil, pigmen fotosntesis.
Blackman mengemukakan adanya reaksi gelap yang terjadi di stroma, merupakan matriks kloroplas tak berwarna yang mengandung grana. Reaksi gelap tidak memerlukan cahaya. Dalam reaksi gelap, ATP dan NADPH yang terbentuk pada reaksi terang digunakan untuk pembentukan glukosa dari karbon dioksida (lihat Gambar di atas!).
Persamaan reaksi gelap adalah sebagai berikut:
6 O2 + ATP + NADPH → (CH2O)6 + 6 H2OJika reaksi terang dan reaksi gelap tersebut digabungkan akan menghasilkan persamaan reaksi sebagai berikut:
6 O2 + 12 H2O + energi → C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2Jadi, reaksi gelap hanya berlangsung jika tersedia energi kimia (ATP dan NADPH) serta proton (H+) yang dihasilkan oleh reaksi terang. Tanpa didahului reaksi terang, reaksi gelap tidak akan berlangsung.
Proses pembentukan karbohidrat terutama glukosa dilakukan melalui beberapa langkah. Di dalam stroma terdapat senyawa ribulosa bifosfat, suatu senyawa dengan 5 atom C. ribulosa bifosfat mengikat CO2 sehingga terbentuk senyawa 6C, tetapi tidak stabil sehingga terpecah menjadi 2 molekul masing-masing dengan 3 atom (asam fosfogliserat). Asam fosfogliserat diubah nenjadi gliseraldehid.
Gliseraldehid mengikat fosfat membentuk gliseraldehid 3 fosfat, yang kemudian diubah menjadi dihidroksi aseton fosfat. Senyawa ini berikatan dengan gliseraldehid 3 fosfat membentuk fruktosa 1.6 difosfat, kemudian akhirnya akan membentuk glukosa.
Sebagian dari gula triosa fosfat diubah kembali menjadi ribulose difosfat sehingga membentuk siklus yang dinamakan siklus Calvin (untuk menghargai penemunya, yaitu Melvin Calvin).
Baca juga: Proses yang Terjadi pada Respirasi Anaerob
