Memahami pentingnya proses metabolisme pada organisme

Mendeskripsikan proses anabolisme karbohidrat

STANDAR KOMPETENSI

KOMPETENSI DASAR

INDIKATORINDIKATOR

• Menjelaskan komponen fotosintesis• Menunjukkan tempat terjadinya reaksi terang dan

gelap pada gambar kloroplas• Mendeskripsikan reaksi terang• Mendeskripsikan reaksi gelap• Menjelaskan hubungan reaksi terang dan reaksi

gelap

FFOTOSOTOSIINTESISNTESIS• Hampir semua tumbuhan adalah autotrof Fotosintetik,

juga beberapa bakteri dan protista– Mereka menghasilkan materi organik sendiri melalui

fotosintesis

(a) Mosses, ferns, andflowering plants

(b) Kelp

(c) Euglena (d) Cyanobacteria

• Persamaan Umum Fotosintesis

Lightenergy

Carbondioxide

Water

Photosynthesis

Glucose Oxygengas

STARCH

Lintasan Atom dalam Lintasan Atom dalam FotosintesisFotosintesis……

oxidized

reduced

H+ and e-

6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Photosynthesis

Fotosintesis Dapat Terjadi Fotosintesis Dapat Terjadi Apabila Tersedia:Apabila Tersedia:

• H2O

• CO2

• Chloroplast• Cahaya

• Donor hidrogen dan elektron• Diserap akar dari dalam tanah• Cahaya matahari untuk memisahkan

H2O 2H + 2e- + 1/2 O2

• Sumber kabon untuk pembentukan karbohidrat

• Masuk ke dalam tumbuhan melalui stomata

H2O

CO2

Cahaya dan pigmen penyerap cahaya penting Cahaya dan pigmen penyerap cahaya penting untuk fotosintesisuntuk fotosintesis

Cahaya menyediakan energi untuk :Cahaya menyediakan energi untuk :

Memindahkan elektron dari Memindahkan elektron dari HH22OO ke NADP+ ke NADP+

membentuk NADPHmembentuk NADPH

Menghasilkan ATPMenghasilkan ATP

ATP dan NADPH menyediakan energi dan ATP dan NADPH menyediakan energi dan elektron untuk mereduksi karbondioksida (elektron untuk mereduksi karbondioksida (COCO22) )

menjadi molekul organikmenjadi molekul organik

CAHAYA DAN CHLOROPLASTCAHAYA DAN CHLOROPLAST

• Tempat berlangsungnya proses fotosintesis• Memiliki membran ganda• Terdiri dari tilakoid yang tersusun bertumpuk membentuk grana • Ruangan dalam tilakoid sumber (H+) untuk produksi ATP

Chloroplast

Meso-phyll

Vein

Stomata

Leaf cross section Mesophyll cell

Chloroplast

Innermembrane

Outermembrane

GranaStroma ThylakoidThylakoidspace

CAHAYASifat cahaya : Sebagai gelombang Sebagai partikel (photon)Setiap photon berisi sejumlah energi ~ quantumEnergi dikirim dalam paket diskret tidak kontinuEnergi tergantung frekuensi

Sinar matahari – hujan photon

Cahaya yang digunakan untuk proses fotosintesis berada dalam spektrum radiasi elektromagnetikspektrum radiasi elektromagnetik, dengan panjang gelombang 400-700 nm. Sensitivitas tertinggi berada pada kisaran λ 550 nm

SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK

SINAR TAMPAKSINAR TAMPAK

380nm 380nm 450nm 450nm 500nm 500nm 600nm 600nm 650nm 650nm 700nm700nm 750nm 750nm Panjang gPanjang geellomombbangang bertambah bertambah

Energi bertambahEnergi bertambah

SINAR SINAR SINAR INFRA GLB GLB gamma X U.V merah mikro radio

Laju fotosintesis tergantung laju absorpsi photon

Photon yang berguna untuk fotosintesis 400 – 700nm disebut Photosynthetically Active Radiation (PAR) atau Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD).

Pigmen utama fotosintesis:Pigmen utama fotosintesis: Khlorofil menyerap sinar ultraviolet, biru dan merah, memantulkan Khlorofil menyerap sinar ultraviolet, biru dan merah, memantulkan

cahaya hijau. Pada tumbuhan ditemukan 2 bentuk khlorofil cahaya hijau. Pada tumbuhan ditemukan 2 bentuk khlorofil (a merupakan kelompok metil dan b merupakan kelompok aldehid)(a merupakan kelompok metil dan b merupakan kelompok aldehid) Karotenoid pigmen yang terlihat berwarna merah kuning/jinggaKarotenoid pigmen yang terlihat berwarna merah kuning/jingga Fikobilin pigmen yang ditemukan pada cyanobacteria & beberapa Fikobilin pigmen yang ditemukan pada cyanobacteria & beberapa

alga merahalga merah

Pigmen FotosintetikPigmen Fotosintetik Pigmen senyawa yang menyerap cahayaPigmen senyawa yang menyerap cahaya

HUKUM STARK – EINSTEINTiap molekul klorofil, hanya dapat menyerap satu foton, dan

foton ini hanya dapat menyebabkan tereksitasinya satu elektron.

Untuk mengatasi Untuk mengatasi kebutuhan kebutuhan elektron dibutuhkan elektron dibutuhkan sejumlah energisejumlah energi

Karena satu molekul klorofil hanya dapat menangkap satu foton, sedang kebutuhan foton cukup besar, maka harus ada mekanisme pengumpulan energi pada pusat reaksi yang dinamakan RESONANSI INDUKTIF

Pigmen terdapat pada grana, berupa tumpukan membran tilakoid dalam khloroplas, tempat reaksi fotosintesis berlangsung

250- 400 molekul pigmen terorganisir ke dalam FOTOSISTEM Pada saat khlorofil menyerap cahaya, elektron dipindahkan ke

tingkat energi yang lebih tinggi dan energi ditangkap dalam bentuk ikatan kimia

Fotosistem memiliki 2 komponen• Komplek antena ; molekul pigmen yang menyatukan

energi matahari dan membawanya ke pusat reaksi• Pusat reaksi; komplek molekul protein dan pigmen yang

mampu mengubah energi cahaya menjadi energi kimiawi

2 tipe fotosistem :Fotosistem I adalah P 700 (peka terhadap cahaya panjang gelombang 700 nm)Fotosistem II adalah p 680 (peka terhadap cahaya panjang gelombang 680 nm)

DUA TAHAP PROSES FOTOSINTESIS

1. Reaksi terang Terjadi di grana (kumpulan membran tilakoid) dalam kloroplast Prosesnya terdiri dari • Fotolisis ; proses pemecahan H2O 2H, 2e- dan ½ O2

• Fotofosforilasi ; proses pembentukan ATP dan NADPH, terdiri dari 2 mekanisme, yaitu: Siklik dan nonsiklikSiklik dan nonsiklik

Light Light

To Calvin Cycle

Stroma

Thylakoidmembrane

Electron transport chain ATPsynthase

Inside thylakoid11//22

NADPADP + P

Reaksi terang

2. Reaksi Gelap• Berlangsung di stroma

• Memerlukan CO2 dari lingkungan

• Memerlukan ATP dan ion H dari reaksi terang

• Menghasilkan gula berkarbon 3

• Selanjutnya dirubah menjadi gula berkarbon 6 dan untuk bahan biosintesis lain

6NADPH2 6NADP + 12H

6CO2 C6H12O6

Input

3 CO2

6 3-PGA

6

6 ADP + 6

6

6 NADP

6 G3P

Glucose andother compoundsOutput

5 G3P

3

3 ADP

3 RuBP

Calvincycle

1 G3P

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LAJU FOTOSINTESIS

• Faktor dalam : Kandungan klorofil, morfologi dan anatomi daun, frekuensi dan distribusi stomata serta akumulasi produk fotosintesis

• Faktor luar antara lain; 1. Cahaya : a. intensitas tinggi laju fotosintesis menurun karena

terjadi foto-oksidasi klorofil & kerusakan enzim.b. Intensitas cahaya rendah : menurun karena dapat terjadi titik konpensasi cahaya artinya laju fotosintesis = laju respirasi

2. Kadar CO2

• Kadar CO2 tinggi dapat menurunkan laju fotosintesis karena berpengaruh pada pH cairan sel.

• Kadar CO2 rendah laju fotosintesis menurun karena dapat terjadi titik konpensasi CO2 , laju fotosintesis sama besarnya dengan laju respirasi, berarti produk fotosintesis habis terpakai untuk keperluan tumbuhan sendiri.

• Kadar O2 tinggi : laju fotosintesis menurun karena terjadi fotorespirasi , yaitu proses oksidasi hasil Fotosintesis dalam bentuk asam glikolat menjadi CO2 dan H2O dengan tidak menghasilkan energi metabolisme

• Fotorespirasi dilakukan oleh organella sel glioksisom.• Foto respirasi dapat berlangsung pada tanaman C3 sehingga dapat

menurunkan produksi

Why do we need the O2?..

Fotosintesis memiliki dampak yang sangat besar di atmosfer Proses fotosintesis mengubah CO2

di atmosfer menjadi O2

MANFAAT FOTOSINTESISMANFAAT FOTOSINTESIS

Fotosintesis menghasilkan Glukosa Sebagai bahan makanan (polimer alpha glukosa) dan

materi struktural (polimer betha glukosa)Oksigen Fotosintesis menghasilkan 21 % oksigen di atmosfer Sebagian oksigen bereaksi dengan cahaya matahari

menghasilkan ozon (O3) yang melindungi kita dari radiasi sinar matahari yang membahayakan

Sunlightenergy

Ecosystem

Photosynthesis(in chloroplasts)

Glucose

Oxygen

Carbon dioxide

Cellular respiration(in mitochondria)

Water

for cellular work

Heat energy

KAITAN KAITAN ANABOLISME ANABOLISME

DAN DAN KATABOLISMEKATABOLISME

KEMOSINTESIS• Kemosintesis : Anabolisme yang menggunakan energi kimia.• Kemampuan untuk melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh

beberapa jenis mikroorganisme. Mis : bakteri autotrof• Bakteri nitrit dari genus Nitrosomonas dan Nitrosococcus reaksi pembentukan senyawa nitrit oleh bakteri nitrit disebut

Nitrifikasi 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 158 kal Nitrosomonas/Nitrosococcus• Nitratasi : pembentukan senyawa nitrat oleh bakteri nitrat 2HNO3 + O2 2HNO3 + 36 kal

Nitrobacter• Peristiwa nitritasi yang dilanjutkan dengan Nitratasi disebut

Nitrifiksi

TANAMAN C.41.Terdapat 2 jaringan fotosintetis yaitu:• Sel mesofil1. Fiksasi CO2 oleh enzim PEP karboksilase

menjadi asam malat( C4).2. Asam malat terurai menjadi as.piruvat dan

CO2

• Sel seludang berkas pembuluh3. CO2 yang dikirim melalui plasmodesma

dari mesofil ke sel seludang berkas pembuluh, ke siklus Calvin

Adaptasi ini mempertahankan konsentrasi CO2 yang ada di seludang untuk jalur fotosintesis

• Contoh tanaman C4 adalah tebu, jagung dan famili gramineae.

VARIASI DALAM FOTOSINTESIS

FOTOSINTESIS C 4

Tanaman CAMTanaman CAM (Crassulacean Acid Metabolism) (Crassulacean Acid Metabolism)

• Adaptasi terhadap intensitas cahaya tinggi , stomata menutup siang hari dan membuka malam hari.

• Pengambilan CO2 pada malam hari untuk disintesis menjadi asam krassulasen.

• Pada siang hari setelah reaksi terang menghasilkan ATP dan NADH , CO2 dilepas dari asam krassulasen untuk dimasukkan ke siklus Calvin

• Tumbuhan yang hanya menggunakan siklus calvin dinamakan tumbuhan C3 dan prosesnya berlangsung didalam mesofil daun

• Enzim RuBP karboksilase/oksigenase bekerja secara berbeda tergatung pada konsentrasi relatif CO2

• Pada kadar CO2 tinggi, enzim ini akan membantu memfiksasi CO2 (karboksilase)

• Pada kadar CO2 rendah, enzim ini berfungsi sebagai oksigenase yang akan mengkonsumsi O2 dan membebaskan CO2

FOTORESPIRASIFOTORESPIRASI

FOTORESPIRASI• Menurunkan hasil fotosintesis • Terjadi jika intensitas cahaya sangat tinggi, stomata

tertutup sehingga CO2 menurun.• Rubisko mengikat O2 sebagai pengganti CO2 , dan

ditambahkan ke siklus calvin sehingga produknya terpotong menjadi senyawa berkarbon 2, kemudian memecahnya menjadi CO2.

• Fotorespirasi tidak menghasilkan ATP maupun makanan bagi tumbuhan.

• Beberapa tumbuhan tertentu dapat beradaptasi dengan kondisi panas terik , meskipun stomata tertutup tidak terjadi fotorespirasi. Contoh : tanaman C4 dan CAM

FotorespirasiFotorespirasi