Mengetahui Proses Fotosintesis pada Tumbuhan Serta Faktor yang Mempengaruhinya

Proses fotosintesis – Kata fotosintesis berasal dari bahasa Yunani. Foto berarti cahaya dan synthesis yang berarti penggabungan. Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan karbohidrat dari bahan anorganik yang dilakukan oleh tumbuhan, terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun, yaitu klorofil.

Selain organisme yang mengandung zat penghijauan, ada juga organisme yang melakukan fotosintesis yaitu alga dan beberapa jenis bakteri yang menggunakan nutrisi, karbon dioksida, air dan perlu menggunakan energi matahari.

Hampir semua makhluk hidup bergantung pada energi yang dihasilkan selama fotosintesis. Akibatnya, fotosintesis sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga dikreditkan dengan memproduksi sebagian besar oksigen di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (Photos berarti cahaya) disebut fototrof.

Fotosintesis merupakan sarana asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 terikat (tetap) dengan gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang digunakan organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh beberapa bakteri belerang.

Pelajaran fotosintesis biasanya diberikan ketika seseorang memasuki Sekolah Menengah Pertama (SMP). Namun, tak ada salahnya jika materi ini ditelaah kembali karena erat kaitannya dengan kehidupan sehari-hari. Dirangkum dari beberapa sumber, berikut penjelasan tentang apa itu fotosintesis dan bagaimana proses alami ini terjadi pada tumbuhan. Jadi baca penjelasan fotosintesis sampai habis ya, Sobat Grameds.

Pengertian Fotosintesis

Dalam KBBI, pengertian fotosintesis adalah penggunaan energi matahari (sinar matahari buatan) oleh tumbuhan atau bakteri berdaun hijau untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat. Fotosintesis adalah proses biokimia yang menggunakan sinar matahari dan hanya terjadi pada organisme yang memiliki klorofil.

Contohnya adalah tumbuhan dan fitoplankton. Kondisi ini merupakan kombinasi dari dua senyawa CO2 (karbon dioksida) dan H2O (air) untuk menghasilkan energi kimia menggunakan energi cahaya dan klorofil. Dari berbagai definisi di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa fotosintesis adalah proses menghasilkan makanan dengan menggunakan karbon dioksida, air, sinar matahari dan klorofil.

Namun, fotosintesis tidak hanya dilakukan oleh tumbuhan. Beberapa spesies bakteri, protozoa, dan alga juga mampu melakukan fotosintesis. Organisme ini mampu melakukan fotosintesis karena memiliki pigmen warna yang mampu menyerap sinar matahari, mulai dari ungu hingga merah. Pigmen warna tidak hanya hijau, tetapi juga xantofil (oranye) dan karoten (kuning). Organisme yang mampu melakukan fotosintesis disebut autotrof.

Proses Fotosintesis

Dalam proses transformasi kimia ini, sangat membutuhkan 4 hal ini: air, karbondioksida, klorofil dan yang terakhir adalah sinar matahari. Berikut dibawah ini terjadinya proses fotosintesis:

Tumbuhan mengambil air dari tanah, kemudian diambil oleh akar, dan dari akar dimetabolisme oleh sistem transportasi yaitu jaringan xilem dan floem. Didistribusikan ke seluruh organ tubuh tumbuhan, termasuk daun.
Karbon dioksida diperoleh dari udara yang masuk melalui stomata. Tempatkan stomata di bagian bawah daun.
Fotosintesis terjadi ketika klorofil di daun menerima sinar matahari dan kemudian cahaya digunakan untuk mengubah air dan karbon dioksida menjadi gula dan oksigen.
Gula yang dihasilkan dapat digunakan langsung oleh tanaman, atau dapat disimpan di organ tanaman lain, seperti buah-buahan.
Selain dengan gula, oksigen yang terbentuk lolos melalui stomata dan kemudian ke udara. Oksigen inilah yang digunakan manusia untuk bernafas.
Melalui polimerisasi, glukosa atau gula yang dihasilkan dari proses ini akan diubah menjadi pati atau amilum. Esensinya atau zat pati akan tersimpan di akar

Jenis Reaksi Proses Terjadinya Fotosintesis

Sampai saat ini fotosintesis masih terus dipelajari karena masih ada beberapa tahapan yang belum dijelaskan, walaupun banyak yang diketahui tentang proses penting ini. Proses fotosintesis itu kompleks karena melibatkan semua cabang utama ilmu alam, seperti fisika, kimia, dan biologi.

Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun secara umum, semua sel dengan kloroplas mampu melakukan reaksi ini. Organel ini merupakan tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya di dalam buffer. Hasil fotosintesis (dikenal sebagai fotosintesis) biasanya dikirim terlebih dahulu ke jaringan terdekat.

Pada dasarnya, rantai reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama:

reaksi terang (karena membutuhkan cahaya) dan reaksi gelap (yang tidak membutuhkan cahaya tetapi membutuhkan karbon dioksida). Reaksi terang terjadi di grana (tunggal: partikel), sedangkan reaksi gelap terjadi di stroma. Pada reaksi terang, energi cahaya diubah menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2).

Sedangkan pada reaksi gelap, terjadi serangkaian reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan penyusun CO2 dan energi (ATP dan NADPH). Energi yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang. Selama reaksi gelap, sinar matahari tidak diperlukan. Reaksi hitam untuk mengubah senyawa yang mengandung atom karbon menjadi molekul gula.

Reaksi Terang

Reaksi terang adalah reaksi yang menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini membutuhkan molekul air dan sinar matahari. Prosesnya dimulai dengan penangkapan foton oleh pigmen yang bertindak sebagai antena.

Reaksi terang melibatkan dua sistem optik yang beroperasi bersama, yaitu sistem fotosistem I dan II. Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti fotosistem menyerap cahaya secara optimal pada 700 nm, sedangkan fotosistem II (PS II) berisi fotosistem II (PS II).Respon P680 dan penyerapan cahaya optimal pada 680 nm .

Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap di mana fotosistem II menyerap cahaya Matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Molekul air akan dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim. Hal ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid.

Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H+ yang disebut sitokrom b6-f kompleks. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II adalah:

2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 + 2PQH2

Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC). Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah:

2PQH2 + 4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H+ (lumen)

Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I. Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tetapi mengandung kompleks inti terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari H2O melalui kompleks inti PS II lebih dahulu. Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I berfungsi mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin. Reaksi keseluruhan pada PS I adalah:

Cahaya + 4PC(Cu+) + 4Fd(Fe3+) → 4PC(Cu2+) + 4Fd(Fe2+)

Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP+ dan membentuk NADPH.[21] Reaksi ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase.[21] Reaksinya adalah:

4Fd (Fe2+) + 2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+) + 2NADPH

Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam ATP sintase.[1] ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan pengangkutan elektron dan H+ melintasi membran tilakoid. Masuknya H+ pada ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi) menjadi ATP. Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang adalah sebagai berikut:

Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O → ATP + NADPH + 3H+ + O2

Reaksi Gelap

Reaksi gelap dikenal sebagai siklus Calvin-Benson. Dalam gelap, reaksi atau reaksi Calvin tidak memerlukan sinar matahari untuk menghasilkan gula dan oksigen. Reaksi gelap terjadi setelah reaksi terang. Reaksi gelap adalah proses dimana ATP dan NADPH dibuahi oleh CO2 dan kemudian diubah menjadi gula. Substrat adalah tempat terjadinya reaksi gelap. Pada buffer terjadi proses imobilisasi, reduksi dan regenerasi. Tahapan tersebut antara lain : 4.444 ikatan CO2 (bonding) – Reduksi – Pembentukan RuBP (Ribulose Bisphosphate).

Reaksi gelap terbagi melalui beberapa proses, yaitu:

Karbondioksida diikat oleh RuBp melahirkan fosfogliserat (PGA).
PGA direduksi melahirkan PGAL (fosfogliseraldehid).
PGAL akan diregenaris menjadi glukosa dan RuBp.

Fotosintesis pada Tumbuhan

Tumbuhan adalah organisme autotrof. Autotrof berarti bahwa mereka dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tanaman menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang mereka butuhkan untuk makanan. Energi untuk melakukan proses ini berasal dari fotosintesis. Berikut adalah persamaan reaksi fotosintesis yang menghasilkan glukosa:

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

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan juga dapat digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi pada hewan dan tumbuhan. Secara umum, reaksi yang terjadi pada respirasi sel adalah kebalikan dari persamaan di atas. Selama respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.

Tanaman menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen ini memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat pada organel yang disebut kloroplas. Klorofil menyerap cahaya untuk digunakan dalam fotosintesis.

Meskipun semua bagian hijau dari tubuh tumbuhan mengandung kloroplas, sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesoderm yang mengandung setengah juta kloroplas per milimeter persegi.

Cahaya akan melewati kutikula transparan yang tidak berwarna, ke dermis, dimana sebagian besar fotosintesis berlangsung, permukaan daun biasanya ditutupi oleh kutikula kedap lilin untuk mencegah penyerapan sinar matahari atau penguapan air yang berlebihan.

Fotosintesis pada Alga dan Bakteri

Alga berkisar dari alga multiseluler seperti rumput laut hingga alga mikroskopis yang terdiri dari satu sel. Meskipun ganggang tidak memiliki struktur kompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada kedua spesies terjadi dengan cara yang sama.

Hanya karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, panjang gelombang cahaya yang mereka serap juga lebih bervariasi. Semua alga menghasilkan oksigen dan sebagian besar bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil yang heterotrof, artinya mereka bergantung pada bahan yang dibuat oleh organisme lain.

Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Proses fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu yang dapat mempengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan dan faktor yang tidak berpengaruh secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi organik yang penting untuk fotosintesis. Fotosintesis sebenarnya sensitif terhadap sejumlah kondisi lingkungan termasuk keberadaan sinar matahari, suhu lingkungan, dan konsentrasi karbon dioksida (CO2). Faktor lingkungan ini juga dikenal sebagai faktor pembatas dan memiliki efek langsung pada laju fotosintesis.

Faktor pembatas ini dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimal bahkan ketika kondisi fotosintesis lain telah membaik, itulah sebabnya faktor pembatas ini mempengaruhi laju fotosintesis dengan mengendalikan laju fotosintesis yang optimal. Selain itu, faktor-faktor seperti translokasi karbohidrat, umur daun, dan ketersediaan hara mempengaruhi fungsi organ-organ penting dalam fotosintesis dan dengan demikian secara tidak langsung mempengaruhi laju fotosintesis.

Keberhasilan tumbuhan dan autotrof dalam membuat makanan melalui fotosintesis dipengaruhi dan dibutuhkan oleh beberapa

faktor, yaitu:

1. Cahaya

Cahaya adalah bahan utama untuk fotosintesis yang baik.

A. Intensitas Cahaya

Setiap tanaman memiliki kebutuhan cahaya yang berbeda. Tanaman C3 (kacang, kapas, kedelai, kentang, gandum) memiliki toleransi cahaya yang rendah, sehingga saat menghadapi intensitas cahaya tinggi fotosintesis tidak meningkat. Sedangkan toleransi cahaya tanaman C4 (tebu, jagung dan sorgum) tinggi. Pada intensitas cahaya yang tinggi akan meningkatkan intensitas fotosintesis.

B. Panjang Gelombang Cahaya

Setiap spektrum warna memiliki panjang gelombang yang berbeda. Namun, klorofil dapat menyerap lebih banyak warna merah dan biru karena panjang gelombang cahaya sangat efisien.

2. Suhu

Semua tanaman membutuhkan suhu yang berbeda. Untuk tanaman C3, suhu optimum yang dibutuhkan adalah sekitar 20-26 . Sedangkan untuk tanaman C4, suhu optimum yang diperlukan untuk fotosintesis adalah sekitar 35-40 .

3. Umur Tanaman

Ketika tanaman sudah dewasa, jaringan-jaringan akan terbentuk semakin sempurna, hal ini membantu meningkatkan efektifitas dan laju proses fotosintesis.

4. Konsentrasi Karbon Dioksida (CO2) dan Oksigen (O2)

Karbondioksida sangat mempengaruhi fotosintesis. Semakin tinggi konsentrasi karbon dioksida di udara akan meningkatkan laju fotosintesis. Berbeda dengan karbon dioksida, semakin banyak konsentrasi O2 akan membuat intensitas fotosintesis menurun.

5. Air dan Kandungan Hara

Fotosintesis akan terganggu jika tanaman kekurangan air. Begitu juga dengan air yang melimpah juga menghambat fotosintesis. Klorofil sebenarnya membutuhkan unsur Mg (magnesium) dan Nitrogen n). Bila kedua unsur tersebut kurang, maka laju fotosintesis akan menurun.

Manfaat Fotosintesis

1. Menghasilkan Oksigen bagi Makhluk Hidup

Selama fotosintesis, tumbuhan juga melepaskan oksigen sebagai produk sampingan. Oksigen diperlukan makhluk hidup untuk bernafas. Selain itu, selama perubahan kimia ini, tumbuhan akan menyerap karbon dioksida dari polusi. Saat karbon dioksida diserap, udara di sekitar tumbuhan menjadi lebih bersih dan lebih sejuk.

2. Membentuk Buah dan Umbi pada Tumbuhan

Buah dan umbi merupakan cadangan makanan yang dihasilkan oleh proses kimia ini. Buah-buahan dan umbi-umbian juga dapat dimanfaatkan oleh manusia dan hewan sebagai sumber makanan. Buah dan umbi-umbian mengandung banyak vitamin dan senyawa yang bermanfaat bagi tubuh manusia.

3. Menghasilkan Glukosa

Selain oksigen, buah mengandung glukosa. Glukosa pada tumbuhan digunakan sebagai bahan bakar untuk membuat zat makanan lain. Seperti lemak atau protein. Kedua zat tersebut sama-sama penting bagi hewan dan manusia. Protein sangat baik untuk tubuh. Protein dapat memperbaiki sel dan meningkatkan kekebalan tubuh manusia.

4. Melembabkan Udara di Lingkungan Sekitar

Kelembaban alami 10% disebabkan oleh tumbuh-tumbuhan. Kelembaban udara yang meningkat berdampak pada manusia yaitu membantu sedasi, mengatasi kelelahan dan membantu orang tidur lebih nyenyak.

5. Menghasilkan Bahan Makanan

Fungsi utama fotosintesis adalah menghasilkan makanan. Contohnya adalah buah-buahan, umbi-umbian dan glukosa. Komposisi nutrisi tumbuhan sangat bermanfaat bagi manusia dan hewan. Inilah sebabnya mengapa kemampuan tanaman untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia (nutrisi) selalu menjadi mata rantai dalam rantai makanan.

Penutup

Berdasarkan semua penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa fotosintesis adalah proses penyusunan senyawa yang sederhana menjadi senyawa kompleks, pada bagian tumbuhan yang kemudian mengandung klorofil.

Proses fotosintesis juga akan membantu menghasilkan produk utama berupa simpanan karbohidrat sebagai makanan, termasuk buah. Proses ini juga akan membutuhkan bantuan sinar matahari. Ketika buah dimakan oleh organisme lain, akan ada terjadinya transfer energi.

Jika Anda sedang mencari buku tentang tumbuhan atau air, Anda bisa mendapatkannya di Gramedia.com. Membaca banyak buku dan artikel tidak akan merugikan Anda karena Grameds akan mendapatkan #LainnyaDenganMembaca informasi dan pengetahuan.

Penulis: Ziaggi Fadhil Zahran

Mengetahui Proses Fotosintesis pada Tumbuhan Serta Faktor yang Mempengaruhinya

Pengertian Fotosintesis

Proses Fotosintesis