1

• STRUKTUR ULTRA KLOROPLAS

• JALUR FOTOFOSFORILASI

• DNA KLOROPLAS

• BIOGENESIS KLOROPLAS

KLOROPLAS

2

3

• Merupakan tempat berlangsungnya fotosintesis

• Terbungkus oleh dua lapis membran (luar dan dalam)

• Tersusun atas membran internal yang disebut thylakoid; dan stroma

4

• Membran thylakoid terdiri dari lamela grana (bertumpuk) dan lamela

stroma (tidak bertumpuk)

• Klorofil terletak di membran thylakoid, sehingga reaksi terang

fotosintesis berlangsung di membran thylakoid

5

• Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh enzim-enzim yang larut dalam air,

berlangsung di stroma

• Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid

6

GAMBAR SKEMATIK KLOROPLAS

lumen

7

ORGANISASI DALAM MEMBRAN THYLAKOID

• Pusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan antena klorofil dan

protein-protein yang berperan dalam transport elektron, terletak terutama di

lamela grana

8

• Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan antena klorofil dan

protein-protein yang berperan dalam transport elektron; dan enzim-ezsim untuk sintesis ATP (coupling factor

enzymes) terletak terutama di lamela stroma dan di sudut-sudut lamela grana

9

• Kompleks sitokrom b6f, yang menghubungkan dua sistem tersebut,

tersebar merata.

10

DIAGRAM ORGANISASI MEMBRAN THYLAKOID

11

• Fotosintesis: adalah sebuah proses dimana energi cahaya dirubah

menjadi energi kimia (ATP) dan disimpan dalam bentuk ikatan kimia

karbohidrat

• 6CO2 + 6 H20 6O2 + C6H12O6

FOTOFOSFORILASI

12

1. Penyerapan cahaya

• 2H2O O2 + 4H+ +4 e-

2. Transport elektron

• 2H2O + 2NADP+ 2H+ + 2

NADPH + O2

cahaya

cahaya

13

3. Pembentukan ATP

• H+ + ADP 3- + Pi 2- ATP 4- + H2O

4. Fiksasi CO2 menjadi karbohidrat

14

KONSEP-KONSEP DASAR

•Ketika klorofil a (atau sembarang molekul) menyerap cahaya tampak, energi cahaya yang diserap menaikkan e- chl a ke

tingkat energi yang lebih tinggi (excited state)

15

KONSEP DASAR TRANSFER ENERGI SELAMA FOTOSINTESIS

Antena

Pusat reaksi

Molekul pigmen Acceptor e -

Donor e -

Cahaya

Transfer eksitasi

Transfer elektron

16

ORGANISASI SISTEM ANTENA PENYERAP CAHAYA

• Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena

• Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena

• Ukuran antena: 200-300 chl/rc di tanaman tingkat tinggi

17

MEKANISME TRANSPORT ELEKTRON DAN PROTON DALAM

FOTOSINTESIS

• Reaksi terang fotosintesis tersusun atas : PSII, sitokrom b6F, PSI dan ATP

synthase.

• Organisasi kedua fotosistem dikenal dengan skema Z (Z scheme)

BIOSEL 2006 18

Gambaran skematik Z scheme

19

• PSI yang menyerap cahaya merah panjang (700 nm) menghasilkan reduktan

kuat, yang mampu mereduksi NADP + menjadi NADPH di membran dekat

stroma; dan menghasilkan pula oksidan lemah

20

• PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2 di lumen thylakoid; serta

menghasilkan reduktan lemah

•ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen

ke stroma

21

SKEMA TRANSPORT ELEKTRON DAN PROTON

22

•P680+ merupakan oksidan biologi paling kuat, yang cukup kuat untuk

mengoksidasi air

• Oksigen dioksidasi di dalam PSII (fotolisis air)

• 2H2O O2 + 4H+ + 4 e-

BIOSEL 2006 23

• Proton yang terbentuk dari oksidasi air dilepaskan ke lumen thylakoid dan

tidak secara langsung ke stroma

• Pada akhirnya proton akan dilepaskan dari lumen ke stroma

melalui sintesis ATP

24

Pembentukan ATP

• Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi yang diserap disimpan dalam bentuk NADPH, sebagian lain dari energi photon digunakan untuk

membentuk ATP

• Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi

25

• Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kimoosmotik

• Mekanisme kimoosmotik (chemiosmotic mechanism) didasarkan

pada prinsip: bahwa perbedaan konsentrasi ion dan potensial elektrik

diantara membran, merupakan sumber energi bebas

26

• ATP dibentuk oleh kompleks enzim yang dikenal memiliki beberapa nama: ATP

synthase, Coupling-Factor, ATPase, CFo - CF1

• Enzim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan bagian yang mencuat keluar membran disebut CF1

BIOSEL 2006 27

• CFo membentuk saluran menyeberangi membran, dimana proton mampu

melewatinya

• CF1 merupakan bagian dari kompleks enzim yang membentuk ATP

28

• Karena perbedaan konsentrasi proton antara lumen dan stroma, maka akan

timbul sebuah tenaga (proton motive force)

• Proton motive force akan mengakibatkan terjadinya perpindahan

proton dari lumen melalui CFo dan kemudian akan dilepaskan ke stroma

melalui CF1

29

• Sisi katalisis dari ATP synthase terletak di CF1, dimana pada saat sintesis ATP, sisi

ini akan berputar.

30

ß

Gambaran skematik ATP synthase

ADP +Pi

ATP

31

DNA KLOROPLAS

• DNA kloroplas berbentuk sirkuler dan terdiri dari 120.000 - 160.000 bp

• Terdapat sekitar 120 gen dalam DNA kloroplas

BIOSEL 2006 32

• 60 gen berperan pada proses transkripsi dan translasi, termasuk gen

untuk rRNA, tRNA, sub unit pada RNA polimerase

• 20 gen mengkode subunit pada kompleks transport elektron, ATPase dan Rubisco.

33

• Semua plastida (termasuk kloroplas) terbentuk dari proplastida, dan

semuanya mengandung DNA kloroplas yang sama.

• Proplastida hanya tersusun atas: membran luar, membran dalam,

sebuah ruangan stroma kecil yang didalamnya terdapat DNA kloroplas.

BIOGENESIS KLOROPLAS

BIOSEL 2006 34

• Kloroplas merupakan satu-satunya plastida yang mengandung membran

thylakoid.

• Cahaya merangsang sintesis protein-protein kloroplas dan ekspansi membran internal proplastida.

35

• Ekspansi membran internal proplastida akan mengakibatkan terbentuknya tunas vesikula membran.

• Membran tersebut akan mengatur diri dengan cara bertumpuk.

• Membran vesikula akan mengikat protein dan klorofil untuk membentuk vesikula thylakoid dewasa.

36

• Bergantung pada jenis jaringan dan lingkungannya, proplastida akan berkembang menjadi kloroplas,

kromoplas, amiloplas dan elaioplas.