Fotosintesis

1.      Perbedaan Fotosistem  I dan Fotosistem II:

Fotosistem dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan fotosistem II.

1.      Fotosistem I

• Penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm sehingga klorofil a disebut juga P700.
• Fotosistem I mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan menerima electron dari penguraian H2O dari Fotosistem II
• Berdasarkan aliran elektron, fotosistem I bersifat siklis.
• Energi yang diperoleh P700 ditransfer dari kompleks antena.
• Ketika terjadinya proses fotosistem atau penyerapan energi cahaya, klorofil yang dapat diserap adalah klorofil a (P700), yaitu klorofil yang mampu menyerap terutama cahaya merah dan biru-ungu.

2. Fotosistem II

• penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap panjang gelombang 680 nm sehingga disebut P680.
• P680 yang teroksidasi merupakan agen pengoksidasi yang lebih kuat daripada P700.
• Berdasarkan aliran elektron, fotosistem II bersifat nonsiklis.
• Dengan potensial redoks yang lebih besar, akan cukup elektron negatif untuk memperoleh elektron dari molekul-molekul air.
• Terdapat ATP sintase yang bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi) menjadi ATP.

2.      Perbedaan reaksi gelap dan reaksi terang dalam fotosintesis:

Reaksi Terang :

Tahap pertama dari system fotosintesis adalah reaksi terang. Reaksi ini memerlukan molekul air . Reaksi ini sangat bergantung kepada ketersediaan sinar matahari. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena. Sinar matahari yang berupa foton yang terbaik adalah sinar merah dan ungu  Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna ungu (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600
nanometer). Cahaya hijau ini akan dipantulkan dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa daun berwarna hijau. Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak energi. Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi. Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid berupa pigmen yang terdiri dari sistem cahaya yang disebut fotosistem.

Dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem I dan II sebagai sistem pembawa electron Fotosistem terdapat perangkat komplek protein pembentuk ATP berupa enzim ATP sintase. Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang
gelombang 680 nanometer, sedangkan fotosistem I 700 nanometer. Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat.

Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II(P.680). Fotosistem II melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP , satuan pertukaran energi dalam sel.  Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti. Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen. Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH.

Jadi P 700 ( Photosistem I ) menghasilkan NADPH2 , sedang Phoyosistem II (P 680) menghasilkan Oksigen dan ATP . Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP⁺ menjadi energi pembawa ATP dan NADPH2. ATP dan NADPH2 inilah yang nanti akan digunakan sebagaienergi dalam reaksi gelap. Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas.  Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.

Reaksi Gelap :

Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma. Bahan reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO₂, yang berasal dari udara bebas. Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C₆H₁₂O₆), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson. Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat. Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP). Ribulosa difosfat ini yang nantinya akan mengikat CO₂ dalam reaksi gelap.

Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi. Pada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO₂ dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil. 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil itu kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA).  Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat (PGA 1.3 biphosphat).  Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H⁺ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP⁺, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C.

Selanjutnya terjadi sintesa , 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C₆H₁₂O₆). 10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat.(RDP/RuBP). Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP),  RDP/RuBP kemudian kembali akan mengikat CO₂ lagi , begitu setrusnya.

Tabel Perbedan Reaksi terang dan Reaksi gelap secara mendasar:

	Reaksi Terang	Reaksi Gelap
Tempat	membran tilakoid kloroplas	stroma kloroplas
Kebutuhan Cahaya	membutuhkan cahaya	tidak membutuhan cahaya
Sistem	fotosistem 1 dan fotosistem 2	siklus Calvin
Proses	eksitasi elektron, fotolisis, fosforilasi siklik dan non siklik.	fiksasi CO2, reduksi,dan Regenerasi senyawa RuBP (menyerap CO2 dari lingkungan dengan enzim Rubisco)
In put	H20 dan klorofil	ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO2, yang berasal dari udara bebas
Out Put	1.   ATP dan NADPH2 yang dibutuhkan untuk reaksi gelap 2.   Oksigen dihasilkan sebagai zat sampingan (dilepaskan ke lingkungan)	senyawa karbohidrat (amilum atau glukosa)

3.      Siklus Calvin:

Siklus Calvin terdiri atas dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang akan menghasilkan produk akhir berupa ATP dan NADPH2 dan reaksi gelap akan menghasilkan gula (karbohidrat), kedua reaksi tersebut terjadi dalam kloroplas yang terdapat di dalam daging daun (mesofil). Tahapan reaksi siklus Calvin adalah karboksilasi, reduksi dan regenerasi sebagai berikut.

Gambar Siklus Calvin

1)   Karboksilasi (Fiksasi) CO₂

CO2 diikat (fiksasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memiliki atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat satu atom C (C-1) maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).

2)   Reduksi

Selanjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) bereaksi dengan ATP, membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2

berasal dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil akhir yaitu 6 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).

3)   Regenerasi

Regenerasi atau pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) digunakan untuk mengikat CO₂. Pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) dan pecah menjadi 2 senyawa (G3P) bereaksi dengan ATP membentuk asam fosfogliseraldehid dan NADPH2. Siklus reaksinya berjalan 3 kali, dan kembali regenerasi lagi. Jadi untuk membentuk 1 molekul glukosa maka dibutuhkan sebanyak 6 kali siklus (siklus Calvin) dengan menangkap sebanyak 6 molekul 6CO2, reaksinya sebagai berikut.

6CO₂ + 6H₂O ———> C6H₁₂O6 + 6O₂