pengertian potosintetis
Fotosintesis merupakan fenomena biologi yang jauh lebih penting di bumi. Melalui fotosintesis semua bahan organik yang berguna yang tersedia di muka bumi telah diproduksi. Tingkat bahan organik dari persediaan makanan nyata bagi kita dan hewan lainnya sebagai sumber energi utama, disimpan dalam tempat penyimpanan bahan bakar, dan kurang nyatanya bahan mentah untuk sintesis dan produksi sintesis serat, plastik, poliester, dan bahan berguna lainnya. Yang paling penting dari karbon ditentukan pada tanaman tahunan sangat mengejutkan. Diperkirakan bahwa ada sekitar 1,55x1011 ton dari tiap-tiap bahan kering yang diproduksi oleh fotosintesis tanaman, sekitar 60% diproduksi pada dataran dan sisanya dalam larutan dan selanjutnya air dalam tubuh (Ting, 1982).
Hubungan fotosintesis dengan manusia bukan saja penting ditinjau dari segi makanan, tetapi juga penting karena manusia tergantung pada proses ini untuk sebagian besar kepentingan ekonominya. Banyak bahan dasar industri secara langsung atau tidak langsung berasal dari fotosintesis. Pembuatan alkohol dan produk-produk fermentasi lainnya sebagian bergantung pada suplai molasa (tetes) dan biji serealia, serat tekstil, tumbuhan dan hewan, kayu gelondongan, produk pulpa (bubur kayu), lemak nabati, getah, dan damar, semuanya bergantung pada aktivitas fotosintesis tumbuhan hijau (Tjitrosomo, 1999).
Daun berfungsi sebagai organ utama fotosintesis pada tumbuhan tingkat tinggi. Evolusi daun telah mengembangkan suatu struktur yang akan menahan kekerasan lingkungan, namun juga efektif dalam penyerapan cahaya dan cepat dalam penambilan CO2 untuk fotosintesis. Kebanyakan daun tanaman budidaya mempunyai (1) permukaan luar yang luas dan datar; (2) lapisan pelindung permukaan atas dan bawah; (3) banyak stomata per satuan luas; (4) permukaan dalam yang luas dan datar; (5) sejumlah besar kloroplas dalam setiap sel; dan (6) hubungan yang erat antara ikatan pembuluh dan sel-sel fotosintesis (Gardner, dkk., 1991).
Fotosintesis dan respirasi selular dapat dianggap sebagai dua proses yang berlawanan, meskipun saling bergantung.
a. Fotosintesis melibatkan konversi energi cahaya, karbondioksida, dan air menjadi mekanisme yang paling penting untuk menghasilkan oksigen. Oksigen dibutuhkan untuk tahap akhir respirasi selular
b. Respirasi selular melibatkan konversi glukosa dan gula lain menjadi senyawa fosfat berenergi tinggi, karbondioksida, dan air. Fotosintesis mencegah okumulasi karbondioksida mencapai kadar toksinya di atmosfer
(Bresnick, 2003).
HAKEKAT FOTOSINTESIS
Fotosintesis pada hakikatnya merupakan satu-satunya mekanisme masuknya energi ke dalam dunia kehidupan. Satu-satunya kekecualian terjadi pada bakteri kemosintetik, yang memperoleh energi dengan mengoksidasi substrat anorganik seperti ion besi dan belerang terlarut dari kerak bumi, atau mengoksidasi H2S yang berasal dari kegiatan gunung berapi. Selain itu, arus panas di dasar lautan memasukkan energi ke sistem biologi dalam bentuk bahan (Salisbury dan Ross, 1992).
Fotosintesis menyediakan nutrisi bagi hampir semua makhluk hidup, baik secara langsung maupun tak langsung
1. Fotoautotrof menggunakan fotosintesis secara langsung untuk menyintesis molekul organik. Fotoautotrof meliputi:
a. Tumbuh-tumbuhan
b. Alga multiselular (misalnya, ganggang, kolam, kelp)
c. Beberapa protista uniselular (misalnya euglena)
d. Beberapa prokariotik (misalnya cyanobacteria)
2. Heterotrof tidak dapat memproduksi molekul organik makanannya sendiri, tetapi mendapat nutrisi dengan memakan organisme lain atau produknya. Heterotrof meliputi
a. Eukariota multiselular (misalnya bunga karang, serangga, ikan, amfibi, mamalia)
b. Fungi, makan dengan mendekomposisi zat organik
c. Beberapa prokariota (misalnya bakteri uniselular yang bertindak sebagai dekomposer)
(Bresnick, 2003).
Pada tumbuhan tinggi, klorofil terdiri dari dua jenis pigmen: klorofil a (C55H72O5N4Mg) yang berwarna hijau-biru, dan klorofil b (C55H70O6N4Mg) yang berwarna hijau-kuning. Proporsi dari kedua pigmen ini agak berbeda pada berbagai tumbuhan, tetapi rata-rata pada tumbuhan bunga nisbah kandungan kedua pigmen ini sekitar tiga bagian klorofil a dan satu bagian klorofil b. Dengan perkecualian beberapa jenis bakteri berpigmen, klorofil a selalu ada dalam tumbuhan hijau.Klorofil b terdapat bersama-sama dengan klorofil a pada ganggang hijau dan semua tumbuhan tinggi. Klorofil c dan d terdapat sebagai pengganti klorofil b dan jenis-jenis ganggang tertentu, klorofil c pada ganggang coklat dan diatom, dan klorofil d pada ganggang merah (Tjitrosomo, 1999).
Daun dari kebanyakan spesies menyerap lebih dari 90% cahaya ungu dan biru demikian pula untuk cahaya jingga dan merah. Hampir seluruh penyerapan ini dilakukan oleh pigmen-pigmen kloroplast. Pada membran tilakoid setiap foton dapat mengoksidasi satu elektron dari pigmen karatenoid atau klorofil. Klorofil berwarna hijau merupakan bukti bahwa pigmen ini tidak efektif untuk menyerap cahaya hijau (Lakitan, 1996).
Dalam proses sintesis ini membuat karbohidrat sederhana seperti glukosa dari bahan mentah anorganik. Dalam proses ini molekul air dan karbondioksida dipecah dan atom-atom digabungkan kembali ke dalam senyawa baku dan energi perlu dikeluarkan. Dalam reaksi ini, kandungan energi dari produk akhir lebih besar daripada bahan mentah tadi. Energi dari produk akhir lebih besar daripada bahan mentah tadi. Energi perlu disediakan dari luar. Keperluan energi disediakan oleh cahaya matahari. Energi dari matahari disimpan dalam bentuk senyawa organik energi kimia oleh tanaman hijau. Dalam proses ini hanya terjadi dalam sel tumbuhan yang memiliki pigmen hijau. Proses pembuatan makanan, pada dasarnya terdiri dari sintesis karbohidrat sederhana dari air dan karbondioksida dalam kehadiran cahaya matahari oleh tanaman hijau. Proses ini dikenal sebagai fotosintesis (Pradhan, 1997).
Tanaman hijau, alga, dan beberapa bakteri mampu menyerap energi cahaya matahari dan kemudian merubahnya dalam energi kimia, dimana mereka menyimpan untuk kegunaan bekal sehingga senyawa organik karbon, cahaya,merangsang anabolisme karbondioksida yang dihubungkan dengan fotosintesis dan organisme mampu mengangkut proses ini sebagai fotoautotrof yang sebenarnya (Foyer, 1984).
Proses fotosintesis secara umum dapat digambarkan dengan persamaan reaksi berikut ini:
6CO2 + H2O + 672 kkal → C6H12O6 + 6O2
Karbondioksida air energi radiasi glukosa oksigen
(Tjitrosomo, 1999)
Fotosintesis adalah evolusi O2 yang digerakkan cahaya dai air dan penyimpanan tenaga reduksi yang dihasilkan dalam berbagai komponen karbon yang membentuk jasad hidup, Klorofil a dan pigmen-pigmen pelengkap, yang menyerap kira-kira separuh dari radiasi matahari (λ < 700 nm), membuat peka dua buah perubahan energi primer di dalam dua fotosintesis yang berlainan (Wilkins, 1992).
Asimilasi dari CO2 adalah tidak kompetitif bagi tanaman hijau. Semua aspek dari fungsi fisiologi adalah mengerjakan itu. Kadang produksi dari biji merupakan sebuah strategi untuk menstabilkan fiksasi dari karbon (Hopkins, 1995).
Pada fotosintesis dilepaskan O2. Hal ini dibuktikannya dengan percobaannya yang menggunakan tanaman air Hydrilla verticulata di bawah corong terbalik. Jika tanaman tersebut kena sinar, maka timbullah gelembung-gelembung gas yang akhirnya mengumpul di dasar tabung reaksi. Gas ini ternyata oksigen (Dwidjoseputro, 1994).
Agar dapat mengerti bagaimana berbagai faktor berperan terhadap kecepatan fotosintesis, perlu dipelajari pengetahuan tentang apa yang disebut oleh faktor pembatas. Blackman mengajukan prinsip faktor pembatas sebagai berikut: “Jika kecepatan suatu dipengaruhi oleh sejumlah faktor terpisah, kecepatan itu dibatasi oleh langkah faktor yang paling lambat. Prinsip Blackmann telah diulas dengan mengingat hubungan antara konsentrasi karbondioksida dengan kecepatan fotosintesis, tetapi akan sama baiknya jika diulas dengan cara menggambarkan kecepatan fotosintesis itu sebagai fungsi intensitas cahaya pada berbagai konsentrasi karbondioksida. Di sini keadaanya akan terjadi sebaliknya. Fotosintesis akan penuh cahaya jika karbondioksida menjadi faktor pembatas (Loveless, 1991).
Sebagai hasil penyelidikan-penyelidikan modern, maka fotosintesis dapat dibagi dalam dua kelompok reaksi. Kelompok pertama disebut reaksi cahaya, yaitu reaksi-reaksi yang memerlukan cahaya. Kelompok kedua disebut reaksi gelap, yaitu reaksi-reaksi yang tidak memerlukan cahaya. Pada kelompok pertama. Cahaya matahari digunakan untuk memecahkan (menguraikan) molekul-molekul air menjadi oksigen (gas) dan hidrogen. Gas oksigen selanjutnya dilepaskan ke udara, sedangkan hidrogen ditangkap oleh molekul-molekul penerima hidrogen, yaitu nikotin adenin dinukleotide fosfat (NADP). Reaksi fotosintesis penguraian molekul air ini disebut reaksi fotosintesis air, atau sering disebut reaksi Hill.
cahaya
2H2O + 4NADP 4NADPH + O2
Gas oksigen
Diperoleh bukti bahwa seluruh gas oksigen yang terbentuk berasal dari molekul air, dan bahwa dalam proses fotosintesis terbentuk molekul-molekul air yang baru. Reaksi penguraian air mengakibatkan peningkatan suplai hidrogen yang mudah digunakan (NADPH) untuk reaksi-reaksi kimiawi pada tahap selanjutnya dalam proses fotosintesis (reaksi gelap) (Tjitrosomo, 1999).
Salah satu dari dua fungsi penting cahaya dalam fotosintesis adalah mengangkut elektron dari H2O untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH. Fungsi lainnya adalah menyediakan energi untuk membentuk ATP dari ADP dan Pi. ATP disintesis dalam kloroplas yang diisolasi hanya pada waktu ada cahaya, dan proses tersebut dinamakan fosforilasi fotosintetik atau fotofosforilasi (Salisbury dan Ross, 1992).
Dengan tersedianya NADPH dan ATP maka tahap selanjutnya, yaitu tahap sintetik atau reaksi-reaksi gelap dalam proses fotosintesis, dapat berlangsung. Jadi secara ringkas, energi matahari diserap oleh klorofil dan digunakan untuk menguraikan molekul air, membentuk gas oksigen dan mereduksi molekul NADP menjadi NADPH. Energi cahaya juga difunakan untuk membentuk molekul-molekul ATP, NADPH, dan ATP digunakan untuk reaksi-reaksi yang akhirnya menghasilkan glukosa (Tjitrosomo, 1999).
Cahaya dengan intensitas yang rendah yang diberikan selama periode gelap sudah cukup efektif untuk menghambat pembungaan tanaman hari pendek, sebaliknya interupsi malam akan merangsang pembungaan tanaman hari panjang. Dalam fenomena interupsi malam, yang lebih menentukan adalah total energi cahaya yang diterima, bukan intensitas cahaya yang diberikan (Lakitan, 1996).
Pengaruh utama dari perubahan dalam kerapatan pengaliran terjadi pada proses yang menggunakan cahaya sebagai suatu sumber energi fotosintesis dan bukannya pada penggunaan cahaya sebagai suatu inikator lingkungan. Untuk kebanyakan tanaman, fotosintesis menjadi jenuh cahaya pada kerapatan pengaliran yang jauh di bawah meksimum yang biasa dialamnya sebagian besar karena masalah penyediaan CO2, tetapi di daerah beriklim sedang dan daerah kutub, kebalikannya sering terjadi dimana fotosintesis dibatasi oleh intensitas cahaya yang rendah (Fitter dan Hay, 1991).
Pada umumnya, pada daun tumbuhan yang habitat normalnya itu cahaya matahari terang, laju fotosintesisnya cenderung sebanding dengan intensitas cahaya yang diterima oleh daun. Titik yang padanya terdapat peningkatan intensitas lebih lanjut namun tidak meningkatkan laju fotosintesis dinamakan titik jenuh cahaya. Bila cahaya, air, dan faktor-faktor lain optimum, maka konsentrasi karbondioksida pada umumnya menjadi faktor pembatas laju fotosintesis baik pada tumbuhan liar maupun pada tanaman pertanian. Seharusnya mungkin untuk meningkatkan foosintesis dengan meningkatkan konsentrasi karbondioksida dalam udara sekitar daun (Tjitrosomo, 1999).
Untuk mengetahui bagaimana cahaya menyebabkan terjadinya fotosintesis, perlu diketahui terlebih dahulu sifat-sifat cahaya. Cahaya memiliki sifat gelombang (wave nature) dan sifat partikel (particle nature). Cahaya mencakup bagian dari energi matahari dengan panjang gelombang antara 390 nm sampai 760 nm, dan tergolong cahaya tampak. Kisaran ini merupakan porsi kecil dari kisaran spektrum elektromagnetik (Lakitan, 1996)
Umur daun dan keadaan mineral mempengaruhi fotosintesis : proses penuaan menyebabkan kelembaban proses fotosintesis. Faktor utama yang mempengaruhi laju penuaan ialah kandungan nutriea mineral daun. Masukan nutriea mineral yang cukup memungkinkan daun muda maupun tua memenuhi kebutuhan mereka (Gardner, dkk., 1991).
Tanaman berhijau daun menyerap energi matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia melalui proses yang dikenal sebagai fotosintesis tergantung pada:
a. Faktor luar: hara, mineral, air, CO2, suhu dan energi
b. Faktor dalam: pigmen, tingkat organisasi
(Dartius, 1991).
daftar pustaka
Dartius, 1991. Biologi Umum. USU-Press, Medan
Dwidjoseputro, D., 1994. Pengantar Fisiologi Tumbuhan. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta
Fitter, A.H dan R.K.M.Hay., 1991. Fisiologi Lingkungan Tanaman. UGM-Press, Yogyakarta
Foyer, C.H., 1984. Photosynthesis. A Wiley-Interscience Publication John Wiley and Sons, New York
Gardner, F.P., R.B.Pearce., dan R.L.Mitchell., 1991. Fisiologi Tanaman Budidaya. UI-Press, Jakarta
Hopkins, W.G., 1995. Introduction to Plant Physiology. A Wiley-Interscience Publication John Wiley and Sons, New York
Lakitan, B., 1996. Fisiologi Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman. PT RajaGrafindo Persada, Jakarta
Loveless, A.R., 1991. Prinsip-Prinsip Biologi Tumbuhan Untuk Daerah Tropik. PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta
Pradhan, S., 1997. Plant Physiology. Har-Anand Publications Pvt Ltd, New Delhi
Salisbury, F.B dan C.W.Ross., 1992. Fisiologi Tumbuhan. Jilid Dua Biokimia Tumbuhan. Edisi Keempat. ITB, Bandung
Ting, I.P.,1982. Plant Physiology. Addison-Wesley Publishing Company, Philippines
Tjitrosomo, S.U., 1999. Botani Umum 2. Penerbit Angkasa, Bandung
Wilkins, M.B., 1992. Fisiologi Tanaman. Bumi Aksara, Jakarta
Tidak ada komentar:
Posting Komentar