BIOLOGI Kelas XII IPA : Pertemuan 6 : Enzim dan Metabolisme Sel

 Anabolisme

Kalian suka makan ubi jalar atau kentang rebus? Ubi jalar dan kentang sama-sama mengandung karbohidrat dalam bentuk amilum. Amilum yang terdapat dalam umbi ubi jalar dan kentang berasal dari proses fotosintesis yang dilakukan oleh tanaman ubi jalar dan kentang. Tahukah kalian, bahwa fotosintesis merupakan contoh proses anabolisme?

Anabolisme atau biosintesis atau asimilasi merupakan reaksi penyusunan senyawa kompleks dari senyawa-senyawa sederhana, misalnya sintesis asam lemak, sintesis asam amino atau sintesis berbagai metabolit sekunder llainnya.

Berdasarkan sumber energi yang dipakai, reaksi anabolisme dapat dibedakan menjadi fotosintesis dan kemosintesis. Fotosintesis menggunakan energi cahaya sebagai sumber energi, sedangkan sumber energi untuk kemosintesis adalah energi kimia.

1. Fotosintesis

Fotosintesis merupakan peristiwa penyusunan senyawa karbon organik (glukosa) dari senyawa karbon anorganik (karbon dioksida) dan air dengan bantuan energi cahaya. Reaksi fotosintesis dapat diringkas dengan persamaan berikut.

Pengertian fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan seperti karbohidrat yang dilakukan oleh tumbuhan, terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil.

Sementara arti fotosintesis menurut KBBI adalah pemanfaatan energi cahaya matahari oleh tumbuhan berhijau daun atau bakteri untuk mengubah karbondioksida dan air menjadi karbohidrat.

Definisi fotosintesis secara umum adalah proses tumbuhan dalam membuat makanan sendiri dengan memanfaatkan cahaya matahari.

Sebelum proses fotosintesis dilakukan, hanya tumbuhan hijau saja yang bisa melakukannya karena memiliki klorofil. Selain itu fotosintesis hanya bisa dilakukan siang hari saat ada cahaya matahari. Tumbuhan juga membutuhkan air dan karbondioksida untuk melakukan reaksi kimia fotosintesis.

Tumbuhan bisa mendapatkan karbondioksida (CO2) di udara yang masuk ke daun tumbuhan lewat stomata atau mulut daun. Sementara air (H2O) bisa didapatkan lewat akar tumbuhan yang kemudian disalurkan ke daun melalui batang tumbuhan.

Saat sinar matahari jatuh ke permukaan daun, klorofil menangkap energi dari cahaya matahari tersebut. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna atau transparan, kemudian diteruskan menuju mesofil. Di mesofil inilah sebagian besar proses fotosintesis terjadi.

Energi tersebut kemudian digunakan untuk mengubah air menjadi gula/glukosa (C6H12O6) dan oksigen (O2). Setelah itu dari proses fotosintesis akan menghasilkan makanan bagi tumbuhan.

Sementara oksigen yang dihasilkan dikeluarkan oleh tumbuhan lewat stomata. Oksigen ini kemudian berada di udara bebas untuk dihirup oleh makhluk hidup lain yaitu manusia dan hewan.

a. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Ada 4 faktor faktor yang mempengaruhi fotosintesis yang dibutuhkan oleh tumbuhan untuk dapat melakukan proses terjadinya fotosintesis di antaranya adalah klorofil, cahaya matahari, air dan karbondioksida. Berikut merupakan penjelasan komponen fotosintesis dan pengertiannya.

Klorofil 

Untuk melakukan proses fotosintesis, tumbuhan harus memiliki klorofil atau biasa dikenal sebagai zat hijau daun. Pengertian klorofil menurut KBBI adalah  zat penghijau tumbuhan (terutama pada daun) yang terpenting dalam proses fotosintesis.

Organisme atau tumbuhan yang tidak memiliki klorofil tidak bisa melakukan proses fotosintesis. Sementara tumbuhan yang memiliki klorofil bersifat autotrof yaitu organisme yang bisa menghasilkan makanan sendiri lewat proses fotosintesis.

Cahaya Matahari

Salah satu faktor fotosintesis yang paling penting adalah adanya cahaya matahari. Jika tidak ada cahaya matahari maka tumbuhan hijau tidak dapat melakukan fotosintesis. Hal inilah yang membuat proses fotosintesis hanya bisa terjadi pada waktu siang hari saat matahari bersinar.

Intensitas cahaya matahari akan sangat berpengaruh dalam proses fotosintesis. Semakin tinggi intensitas cahaya matahari maka energi yang dihasilkan akan semakin banyak sehingga proses fotosintesis akan semakin cepat dan juga sebaliknya.

Air (H2O)

Dalam melakukan reaksi fotosintesis, tumbuhan membutuhkan air atau H2O sebagai salah satu bahannya. Tidak adanya air dapat menghambat proses fotosintesis yang akan dilakukan oleh tumbuhan. Air bisa didapatkan oleh akar yang menyerap air melalui tanah.

Kekurangan air saat kekeringan dapat menyebabkan stomata pada tumbuhan tertutup. Hal ini dapat menyebabkan penyerapan karbondioksida akan menurun dan bisa menghambat proses fotosintesis. Untuk itu air sangat dibutuhkan dalam fotosintesis.

Karbondioksida (CO2)

Selain air, tumbuhan juga memerlukan karbondioksida atau CO2 untuk melakukan proses fotosintesis. Karbondioksida menjadi komponen fotosintesis yang penting. Tumbuhan bisa mendapatkan karbondioksida di udara bebas lewat stomata, termasuk dari hasil sisa respirasi oleh manusia dan hewan.

Semakin banyak karbondioksida di udara, maka semakin banyak jumlah bahan karbondioksida yang dapat digunakan tumbuhan untuk melakukan fotosintesis.

Reaksi Fotosintesis

Secara umum tumbuhan menggunakan karbondioksida dan air untuk menghasilkan glukosa/gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya dalam proses fotosintesis dengan bantuan cahaya matahari. Berikut ini adalah persamaan reaksi fotosintesis.

b. Tempat Berlangsungnya fotosintesis

Di dalam kloroplast terdapat butiran-butiran yang disebut granum. Antara granum satu dengan yang lain dihubungkan oleh suatu lamela yang disebut lamela antargranum. Satu granum tersusun oleh unit yang disebut tilakoid. Klorofil a dan klorofil b terdapat di dalam membran tilakoid tersebut. Grana terdapat di dalam cairan yang disebut stroma.

Pigmen penyerap cahaya yang tersusun atas klorofil a serta klorofil b terdapat pada membran tilakoid dan membentuk kelompok-kelompok yang disebut fotosistem. Fotosistem merupakan satuan fungsional penagkap cahaya. Satu fotosistem tersusun oleh sekitar 200 molekul klorofil. Fotosistem ada 2 yaitu fotosistem I (FS I) dan fotosistem II (FS II).

Fotosistem I  sebagian besar tersusun oleh klorofil a sehingga menyerap cahaya dengan panjang gelombang antara 600-700 nm. Fotosistem II tersusun oleh lebih banyak klorofil b sehingga menyerap cahaya dengan panjang gelombang 400-500 nm. Di dalam fotosistem terdapat molekul pigmen khusus berupa klorofil a yang dikombinasikan dengan proteein khusus yang disebut pusat reaksi (gambar atas). Klorofil lainnya selain pusat reaksi, disebut penangkap cahaya atau molekul antena. Sesuai dengan namanya, pigmen-pigmen ini  berfungsi untuk menyerap energi cahaya dan mengirimkannya ke pusat reaksi untuk diubah menjadi energi kimia.

c. Tahap-Tahap Fotosintesis

Fotosintesis dilakukan dalam 2 reaksi yang berkesinambungan, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Dilansir dari PEDIAA, reaksi terang dan reaksi gelap adalah dua jenis reaksi yang terjadi pada fotosintesis yang dibedakan berdasarkan kebutuhannya terhadap cahaya. Jadi, fotosintesis yang pertama berlangsung adalah reaksi gelap, setelahnya barulah reaksi terang. Gambar menunjukkan isi dari kloroplas, sebelah kiri berlangsung reaksi terang (light-dependent reactions) dan sebelah kanan menunjukkan reaksi gelap (calvin cycle).

Reaksi Terang

Reaksi terang merupakan fotosintesis yang terjadi pada membran tilakoid kloroplas. Reaksi terang adalah reaksi fotosintesis yang telah lama kita kenal, yaitu proses pembuatan karbohidrat dari air, karbon dioksida dan tentunya cahaya Matahari.

Reaksi terang sangat bergantung pada Matahari, dan reaksinya menghasilkan ATP, NADPH, dan oksigen yang dilepaskan ke udara. Reaksi terang berlangsung terlebih dulu dan hasilnya digunakan sebagai energi pada reaksi gelap.

Reaksi Gelap 

Reaksi gelap adalah reaksi fotosintesis yang terjadi pada stroma kloroplas. Reaksi gelap seperti namanya, tidak membutuhkan cahaya dalam prosesnya, dan tentunya tidak menggunakan pigmen klorofil juga. Karena klorofil merupakan pigmen yang menangkap cahaya. Reaksi gelap menggunakan ATP dan NADH hasil reaksi terang merupakan sumber energi untuk reaksi gelap. Reaksi gelap memiliki jalur reaksi yang disebut sebagai siklus Calvin. Pada siklus Calvin, NADPH dan karbon dioksida bereaksi menghasilkan karbohidrat dalam bentuk gula.

Dilansir dari Biology Dictionary, gula tersebut nantinya akan digunakan untuk membuat glukosa, pati, dan selulosa untuk membangun struktur tumbuhan.

Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap yaitu fiksasi karbon, reduksi 3-PGA, dan juga regenerasi. Fiksasi karbon yaitu penggabungan bentuk anorganik CO2 (karbon dioksida) kedalam molekul organik 3-fosfogliserat (3-PGA). Setelah karbon difiksasi, 3-fosfogliserat akan direduksi menggunakan energi dari reaksi terang yaitu ATP dan NADPH. Dilansir dari Biology Dictionary, tahap reduksi adalah pengubahan 3-fosfogliserat (3-PGA) menjadi gula sederhana gliseraldehida-3 fosfat (G3P). Tahap terakhir siklus Calvin reaksi gelap adalah tahap regenerasi ribulosa-1,5-bifosfat (RuBP). Hanya satu molekul 3-fosfogliserat yang dibuang keluar untuk sintesis molekul organik, sisanya akan diregenerasi kembali menjadi RuBP untuk mengulang siklus Calvin.

Pengertian Kemosintesis 

Kemosintesis adalah proses anabolisme yang mirip seperti fotosintesis. Bedanya, kemosintesis tidak dilakukan oleh tumbuhan atau organisme berklorofil lainnya, melainkan oleh bakteri-bakteri tertentu. 

Bakteri yang melakukan kemosintesis disebut dengan bakteri kemoautotrof. Selain jenis organisme, perbedaannya juga terletak pada sumber energi yang digunakan. Pada kemosintesis, sumber energi utamanya bukanlah sinar matahari layaknya fotosintesis, tapi berasal dari reaksi kimia berupa oksidasi. Kemosintesis biasanya dilakukan oleh organisme yang tidak tersentuh oleh cahaya matahari, misalnya bakteri yang hidup di laut dalam. Contoh bakterinya adalah bakteri sulfur (Thiobacillus), bakteri nitrit (Nitrosomonas, Nitrosococcus), serta bakteri nitrat (Nitrobacter). 

Bakteri-bakteri ini kemudian akan memproses senyawa organik di sekitarnya untuk menghasilkan energi kimia. Misalnya Thiobacillus yang menghasilkan sulfur dengan cara mengoksidasi hidrogen sulfida. Energi kimia yang dihasilkan dari oksidasi inilah yang kemudian digunakan untuk pembentukan karbohidrat. 

Perbedaan Fotosintesis dan Kemosintesis 

1. Jenis organisme 

Fotosintesis: organisme berklorofil (tumbuhan, alga, bakteri) 

Kemosintesis: organisme kemoautotrof (bakteri sulfur, bakteri nitrat, bakteri nitrit) 

2. Sumber energi 

Fotosintesis: cahaya matahari yang digunakan dalam proses pembentukan ATP dan NADPH Kemosintesis: reaksi kimia berupa oksidasi yang menghasilkan energi 

3. Bahan/ senyawa yang digunakan 

Fotosintesis: karbon dioksida (CO2) dan air (H­2O) 

Kemosintesis: senyawa organik, karbon dioksida (CO2), air (H­2O) 

4. Produk akhir 

Fotosintesis: glukosa yang disimpan dalam bentuk amilum 

Kemosintesis: karbohidrat sederhana dan nitrat.

Pertanyaan :

1. Apa fungsi cahaya dalam proses fotosintesis?

2. Apakah hasil fotosintesis?

3. Dari gambar dibawah, berikan kesimpulan yang berhubungan dengan gambar tersebut! 

Sumber : 

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhignS9RAxaSJ_h3HtXD-9mxLROJ7c_IFra-Hrx28KjvGZFOeRvThS3ilYMijxDxhoU88d5DjPfEYhXpsA8_91S6fethJDY2BliwFLOOWKQmCKuD34Q8wG9NAyYkaQvljDYChMihBTroPw/w400-h269/Perbedaan-antara-reaksi-terang-dan-gelap.png

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjo2_DafMAqeerK5xjQ1JsasYDD0A9Fvsz3PREC1OgxC1qLTL5pTA3wG6Zj5JQIQ8lzmnnmj0cN5_7eVqVnwgPk7OW1VNaK8alyK3Uqq5Fyxvv-hu4xwh8gB-1ZcPLGjbvGIjY1CJb0eKI/w400-h334/reaksi+gelap.jpg

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEi6uwnQ8tcUvFw1Y8uJkM6aFF3zfhS6bd7hbUeKuuq65FQosYRKvAxOAwa_cZnsHbR79H27co37W4QO-mN4PsKtu1579Ru39wqYBQSJZtBsmX5RbtDYaaR0-Wh7OXn-l_9vKUPBLsFGXF0/w400-h268/39222cabad251898c8a8dcb934e90a98.jpeg

Menjelajah dunia biologi_Platinum_Sri Pujiyanto

https://tirto.id/arti-fotosintesis-dan-kemosintesis-apa-saja-perbedaannya-f8iq

https://www.kompas.com/skola/read/2020/10/28/155611969/perbedaan-reaksi-terang-dan-reaksi-gelap?page=all