Contoh reaksi anabolisme adalah sintesis (termasuk fotosintesis dan kemosintesis)
Dalam fotosintesis, dihasilkan glukosa yang disimpan dalam bentuk amilum (karbohidrat dan dilepaskan oksigen). Untuk bisa melakukan fotosintesis, diperlukan karbondioksida (CO2) diambil dari udara melalui stomata dan air (H2O) diambil dari tanah oleh akar kemudian lewat xilem yang didistribusikan ke daun. Selain glukosa, proses fotosintesis juga menghasilkan oksigen (O2), yang kita perlukan tiap hari untuk bernapas.
Cahaya menjadi faktor penting dalam proses berlangsungnya fotosintesis, sementara fotosintesis merupakan proses yang menjadi kunci dapat berlangsungnya proses metabolisme yang lain di dalam tanaman. Hasil fotosintesis berupa amilum di daun yang kemudian ditransportasikan ke tempat cadangan makanan itu tentu untuk menyediakan makanan bagi seluruh kehidupan di bumi baik secara langsung atau tidak langsung.
Ternyata, fotosintesis tidak hanya terjadi dalam satu kali proses saja. Fotosintesis memiliki dua langkah untuk menghasilkan produk fotosintesis, yang pertama adalah reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang terjadi pada grana (granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di dalam stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2).
Mekanisme Reaksi Terang
Proses berlangsungnya fotosintesis melibatkan beberapa spektrum warna. Tidak semua spektrum warna bisa efektif digunakan dalam fotosintesis. Adapun spektrum warna yang efektif dan sesuai dengan serapa pigmen fotosintesis adalah spektrum cahaya merah dan biru.
Nah, pigmen fotosintesis dibagi menjadi dua, yaitu klorofil a dan klorofil b. Kedua klorofil tersebut mampu membentuk suatu kelompok yang disebut fotosistem. Fotosistem dibagi menjadi dua, yaitu sebagai berikut.
1. Fotosistem I
Fotosistem I memuat klorofil a dan klorofil b dengan perbandingan 12 : 1. Panjang gelombang cahaya yang mampu ditangkap oleh fotosistem I ini adalah 700 nm. Itulah sebabnya fotosistem I biasa disebut P700.
2. Fotosistem II
Fotosistem II memuat klorofil a dan klorofil b dengan perbandingan 1 : 2. Panjang gelombang cahaya yang mampu ditangkap oleh fotosistem ini adalah 680 nm. Oleh karena itu, fotosistem II disebut juga P680.
Tahapan Reaksi Terang
1. Aktivasi klorofil
Aktivasi klorofil diawali dengan penangkapan foton dari cahaya matahari oleh klorofil. Hal itu akan memicu pelepasan elektron (eksitasi) dari klorofil. Akibatnya, klorofil menjadi tidak stabil.
2. Fotolisis air
Fotolisis air merupakan proses pecahnya molekul air oleh elektron yang berasal dari fotosistem II. Pemecahan ini menghasilkan terbentuknya ion H+, elektron, dan O2. Untuk O2 selanjutnya akan dilepaskan ke udara.
3. Sistem transpor elektron siklik dan nonsiklik
Suatu rantai transpor elektron yang melibatkan fotosistem I dan fotosistem II disebut sebagai sistem transpor elektron siklik dan nonsiklik. Kedua sistem transpor ini akan menghasilkan ATP dan ADP. Sistem transpor elektron siklik dan nonsiklik biasa disebut fotofosforilasi siklik dan nonsiklik. Untuk pembahasan masing-masing transpor elektron, simak ulasan berikut.
a. Transpor elektron siklik
Transpor elektron siklik diawali dengan terangkutnya P700 oleh beberapa akseptor dan kembali lagi ke P700. Itulah mengapa, proses ini hanya melibatkan fotosistem I. Transpor elektron siklik menghasilkan ATP. Adapun serangkaian proses yang terjadi dalam transpor elektron siklik adalah sebagai berikut.
- Fotosistem I menerima cahaya, sehingga elektron di dalamnya mengalami eksitasi. Proses ini dikenal sebagai aktivasi klorofil.
- Elektron dari P700 ditransfer ke akseptor elektron, lalu kembali lagi ke P700. Proses ini dikenal sebagai transpor elektron.
- Elektron dari akseptor masuk ke dalam kompleks sitokrom. Masuknya elektron ke dalam kompleks sitokrom ini mengakibatkan peningkatan energi, sehingga mampu mengubah ADP menjadi ATP.
b. Transpor elektron nonsiklik
Pada transpor elektron nonsiklik, fotosistem yang dilibatkan adalah fotosistem I dan fotosistem II. Elektron dari P680 diangkut melalui beberapa akseptor menuju P700. Namun, elektron tidak akan kembali, sehingga prosesnya dikenal sebagai nonsiklik.
Transpor elektron nonsiklik menghasilkan oksigen (O2), ATP, dan NADPH. Adapun serangkaian proses yang terjadi pada transpor elektron nonsiklik adalah sebagai berikut.
- Fotosistem II menerima energi dalam bentuk cahaya, sehingga elektron di dalamnya mengalami eksitasi. Proses ini dikenal sebagai aktivasi klorofil.
- Elektron dari fotosistem II mampu memecahkan molekul air, sehingga dihasilkan ion H+, O2, dan elektron. Proses ini dikenal sebagai fotolisis air.
- Elektron dari P680 ditransfer menuju P700 melalui beberapa akseptor.
- Elektron dari akseptor elektron masuk ke dalam komplek sitokrom, sehingga terbentuk ATP. Tidak hanya itu, elektron dari akseptor elektron juga akan diterima oleh NADP. Oleh karena NADP mengikat ion H+ hasil dari fotolisis air, maka NADP berubah menjadi NADPH.
Agar kalian lebih paham, simak bagan berikut ini.
Secara ringkas, urutan reaksi terang berdasarkan bagan di atas adalah sebagai berikut.
- Fotosistem I menangkap foton. Hal itu mengakibatkan elektron di dalamnya tereksitasi.
- Terbentuk ion H+, elektron, dan O2. Kemudian, O2 akan dilepaskan ke udara.
- Elektron hasil pemecahan molekul air masuk dalam fotosistem II, lalu diterima oleh akseptor elektron.
- Elektron diangkut menuju kompleks sitokrom, sehingga terjadi peningkatan energi. Energi tersebut digunakan untuk mengubah ADP menjadi ATP.
- Elektron dari sitokrom diangkut menuju fotosistem I, lalu ke akseptor elektron berikutnya.
- Elektron akan diterima oleh senyawa NADP. Hal ini mengakibatkan terikatnya ion H+ hasil fotolisis air oleh NADP. Pengangkutan elektron inilah yang disebut transpor elektron nonsiklik.
- Elektron dari fotosistem I akan diangkut menuju akseptor elektron menuju kompleks sitokrom lalu kembali lagi ke fotosistem I. Proses ini berlaku jika kebutuhan ATP kurang mencukupi.
Dari beberapa penjelasan di atas, diperoleh hasil akhir dari reaksi terang, yaitu sebagai berikut.
REAKSI GELAP
Reaksi gelap merupakan lanjutan dari reaksi terang dan terjadi di dalam stroma. Sesuai dengan namanya, reaksi gelap tidak memerlukan bantuan cahaya sebagai sumber energi.
Reaksi gelap juga dikenal sebagai siklus Calvin-Benson. Meski dalam proses ini tidak memerlukan cahaya, bukan berarti proses ini tidak bisa berjalan ketika ada cahaya. Pada reaksi gelap, yang akan terjadi adalah pengikatan karbondioksida (CO2) di stroma (bagian dalam kloroplas). CO2 ketika ditangkap akan diikat oleh RuBP. Masih ingat energi ATP dan NADPH yang dihasilkan dari reaksi terang? Dalam reaksi gelap, mereka akan digunakan sebagai energinya.
Nah, dari pengikatan CO2 terbentuklah senyawa yang disebut Phospho Gliserat Acid (PGA). PGA dengan mendapatkan H+ dari NADPH dan energi dari pembongkaran ATP, kemudian terbentuklah senyawa PGAL (Phospo Gliser Aldehide). PGAL digunakan untuk membentuk glukosa dalam sintesa dan PGAL juga membentuk RuBP kembali supaya bisa mengikat CO2 kembali yang dikenal dengan regenerasi.
Reaksi Gelap berlangsung dalam tiga tahapan, yaitu sebagai berikut.
1. Fiksasi CO2
Tahap fiksasi ini diawali dengan pengikatan (fiksasi) karbondioksida dan senyawa ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim rubisco. Pengikatan ini akan mengakibatkan terbentuknya molekul 6 atom karbon yang tidak stabil. Kemudian, molekul ini pecah menjadi 12 molekul asam fosfogliserat (PGA).
2. Reduksi senyawa PGA
Tahap reduksi senyawa PGA, fosfat akan diterima PGA dari ATP. Hal itu mengakibatkan terbentuknya senyawa 1,3 bifosfogliserat. Lalu, senyawa 1,3 bifosfogliserat akan direduksi oleh NADPH menjadi senyawa fosfo gliseraldehid-3P (PGAL). PGAL yang terbentuk akan digunakan sebagai bahan baku glukosa dan pembentukan RuBP.
3. Regenerasi RuBP
Senyawa PGAL yang menerima fosfat dari ATP akan diubah kembali menjadi RuBP.
Untuk lebih jelasnya, simak bagan berikut.
Untuk rangkuman lebih mudahnya adalah sebagai berikut.
- 6 molekul RuBP memfiksasi 6 molekul CO2 dengan bantuan enzim rubisco. Akibatnya, terbentuk 6 molekul dengan 6 atom C yang tidak stabil. Ke-6 molekul inilah kemudian pecah menjadi 12 molekul 3-fosfogliserat (PGA).
- 12 molekul PGA akan mendapatkan 12 gugus fosfat dari 12 ATP. Hal ini mengakibatkan terbentuknya 12 molekul 1,3 bifosfogliserat.
- 12 molekul 1,3 bifosfogliserat akan menerima ion H+ dari NADPH, sehingga tereduksi menjadi 12 molekul fosfogliseraldehid-3P (PGAL).
- Setelah menerima 6 gugus fosfat dari 6 ATP, 10 molekul PGAL akan beregenerasi menjadi RuBP kembali.
- 2 molekul PGAL lainnya saling bergabung membentuk 1 molekul glukosa (C6H12O6).
Jelaslah bahwa hasil akhir reaksi gelap adalah glukosa.
Selain fotosintesis, ternyata ada proses lain yang terjadi. Namanya kemosintesis. Sama seperti fotosintesis, kemosintesis merupakan proses pembentukan (anabolisme). Meski begitu, perlu diingat bahwa proses ini tidak terjadi di dalam tumbuhan, Squad. Proses penyusunan bahan organik yang menggunakan sumber energi dengan cara pengoksidasian (pemecahan) senyawa kimia. Kemosintesis dapat kamu temukan dalam:
1. pembentukan sulfat oleh bakteri sulfur (Thiobacillus, Bagiatoa)
2. pembentukan nitrat oleh bakteri nitrat dan bakteri nitrit (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter).
Bakteri-bakteri tersebut memperoleh energi dari hasil oksidasi senyawa-senyawa tertentu. Misalnya bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri). Bakteri Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3, tepatnya amonium karbonat menjadi asam nitrit dengan reaksi berikut ini:
Organisme yang melakukannya disebut kemoautotrof. Bakteri kemoautotrof ini akan mengoksidasi senyawa-senyawa tertentu dan energi yang dihasilkan tersebut akan digunakan untuk asimilasi karbon.
Beberapa bakteri kemosintesis ini mempunyai kemampuan seperti organisme berklorofil, yaitu mampu membuat karbohidrat dari bahan mentah anorganik, tetapi mereka tidak menggunakan energi cahaya untuk melakukan hal itu. Pengubahan karbondioksida menjadi karbohidrat dapat pula terjadi dalam sel-sel hewan seperti pada sel-sel tumbuhan. Bakteri pelaku kemosintesis memperoleh energi dan elektron-elektron dengan melaksanakan oksidasi beberapa substansi tereduksi yang ada di alam sekitarnya. Energi bebas tersedia oleh oksidasi ini kemudian digunakan untuk pembuatan karbohidrat.
Energi yang telah didapat tersebut dipakai untuk mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat dengan cara yang sama seperti yang dilakukan bakteri belerang fotosintetik. Mereka menyelesaikan oksidasi senyawa besi yang teroksidasi sebagian dan mampu merangkaikan energi yang dihasilkan oksidasi ini untuk mensintesis karbohidrat. Oksidasi ini menghasilkan energi untuk mendorong reaksi sintesis bakteri tersebut. Nitrat yang dihasilkan menyediakan keperluan nitrogen bagi tumbuhan. Untuk mudahnya, kamu bisa lihat di bagan ini, Squad.
Bagan Proses Kemosintesis (Sumber: scienceandenvironmentyear3.com).
LATIHAN
SOAL PILIHAN GANDA
1.Fotosistem yang diperlukan dalam proses fotosintesis merupakan…
- Kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat menangkap cahaya pada panjang gelombang tertentu.
- Kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
- Kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat menyusun zat makanan berupa gula.
- Kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat membentuk ATP.
- Kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat membentuk oksigen.
- ATP dan O2
- ATP dan CO2
- NADPH dan ATP
- NADPH dan O2
- NADPH dan CO2
- berlangsung pada malam hari
- hanya berlangsung pada siang hari
- tidak memerlukan energi dari cahaya matahari
- tidak bisa menyerap spektrum cahaya biru dan merah
- terjadi di luar kloroplas
- RuBP -> PGA -> PGAL -> glukosa
- PGA -> PGAL -> glukosa -> RuBP
- PGAL -> PGA -> RuBP -> glukosa
- Glukosa -> PGA -> PGAL -> RuBP
- RuBP -> PGA -> glukosa -> PGAL
Bagian yang ditunjukkan oleh nomor 1, 2, dan 3 berturut-turut adalah…
- PGAL, senyawa karbon labil, dan ADP
- PGAL, senyawa karbon labil, dan CO2
- PGAL, ATP, dan senyawa karbon labil
- senyawa karbon labil, ADP, dan PGAL
- senyawa karbon labil, PGAL, dan ATP
0 komentar:
Posting Komentar