Proses dan Tahapan Fotosintesis pada Tanaman

Hai apa kabar para kawan-kawan.
Setelah sebelumnya kita mempelajari dan membahas tentang sejarah ditemukannya fotosintesis pada postingan sebelumnya (Bagaimana dan Kapan Fotosintesis ditemukan?), Kali ini kita akan membahas tentang tahapan reaksi dalam fotosintesis. SEMOGA BERMANFAAT

Tanaman melakukan fotosintesis dengan menggunakan 2 fotosistem yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosintesis pada tanaman seringkali disebut dengan fotofosforilasi non-siklik. Disebut dengan fotofosforilasi non-siklik karena elektron yang tereksitasi dari fotosistem I maupun fotosistem II tidak akan kembali pada fotosistem. Terakhir elektron pada fotofosforilasi non-siklik digunakan untuk membentuk NADPH dari NADP⁺ dan H⁺ yang selanjutnya masuk ke dalam siklus calvin.

Berikut adalah tahapan fotosintesis pada tanaman :

Proses fotosintesis; reaksi terang

1. Fotosintesis pada tanaman diawali dengan pemecahan molekul air (H₂O) menjadi oksigen (O₂) dan hidrogen (H⁺) oleh enzim yang berada dalam fotosistem II. Elektron yang dilepaskan oleh reaksi tersebut akan ditangkap oleh fotosistem II. Ketika terkena sinar matahari, foton pada fotosistem II menyebabkan elektron tersebut tereksitasi.

2. Elektron yang telah tereksitasi dari fotosistem II akan diterima dan dibawa oleh akseptor elektron yang disebut dengan plastoquinone. Plastoquinone membawa elektron melewati b₆-f complex, sebuah protein pemompa proton yang berada pada membran tilakoid dan mengakibatkan proton terpompa ke dalam tilakoid. Setelah melewati b₆-f complex, elektron dibawa oleh akseptor elektron yang disebut dengan plastocyanin menuju fotosistem I.

Konsentrasi proton (H⁺) yang berada dalam tilakoid lebih besar dari pada di dalam stroma karena dalam tilakoid terjadi pemecahan air (H₂O) menjadi oksigen (O₂) dan proton (H⁺) serta terjadi pemompaan proton dari stroma ke dalam tilakoid saat elektron melewati b₆-f complex. Proton (H⁺) tersebut kemudian akan kembali ke stroma melewati melalui sebuah protein channel ATP synthase. Ketika proton (H⁺) melintas, protein channel mensintesis ATP dari ADP dan Pi.

Chemiosmosis : pembentukan ATP  dalam fotosintesis

3. Elektron yang dibawa oleh plastocyanin menuju fotosistem I memiliki energi yang rendah namun foton yang ditangkap oleh fotosistem I menyebabkan elektron tersebut berenergi tinggi lagi kemudian tereksitasi. Elektron yang tereksitasi kemudian ditangkap oleh suatu akseptor elektron yang disebut dengan ferredoxin. Ferredoxin kemudian memberikan elektronnya pada NADP⁺ dan ion H⁺ sehingga membentuk NADPH. Reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim NADP reductase yang berada dalam membran tilakoid. NADPH dan ATP selanjutkan akan digunakan untuk sintesis senyawa organik dalam siklus calvin.

            Jika dalam kondisi membutuhkan ATP lebih, beberapa tanaman mampu mengubah tahapan fotosintesis menjadi fotofosforilasi siklik dengan cara elektron yang tereksitasi dari fotosistem I kembali lagi pada b₆-f complex sehingga b₆-f complex mempompakan proton (H+) dari stroma ke dalam tilakoid. Proton yang telah berada dalam tilakoid kemudian akan kembali ke stroma melalui sebuah protein channel ATP synthase dan dihasilkan ATP seperti yang telah disebutkan dalam tahapan fotosintesis sebelumnya. Namun jika kebutuhan ATP sudah tercukupi, fotosintesis kembali pada fotofosforilasi non-siklik.

4. Siklus Calvin

Siklus calvin adalah rangkaian fotosintesis yang di dalamnya terjadi proses sintesis senyawa organik dari  karbon dioksida (CO₂). Selain karbon dioksida (CO₂), siklus calvin memerlukan ATP dan NADPH keduanya didapatkan dari tahapan fotosintesis sebelumnya. Berikut adalah persamaan reaksi dalam Siklus calvin :

3 CO₂ + 9 ATP + 6 NADPH + Air —→ glyceraldehyde 3-phosphate + 8 Pi + 9 ADP + 6 NADP⁺

Fotosintesis yang terjadi dalam kloroplast dan katabolisme dalam mitokondria saling terkait. Hasil dari katabolisme dalam mitokondria yaitu air (H₂O) dan karbon dioksida (CO₂) merupakan komponen yang diperlukan dalam fotosintesis. Sebaliknya hasil dari fotosintesis yaitu oksigen (O₂) dan pyruvate merupakan komponen yang diperlukan dalam katabolisme untuk menghasilkan ATP. Berikut gambaran selengkapnya :

Hubungan Fotosintesis dan katabolisme sukrosa

Siklus calvin diawali dengan pengikatan karbon dioksida (CO₂) oleh Ribulose 1,5-bisphosphate (RuBP) yang dikatalisis oleh enzim ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase atau yang sering disebut dengan rubisco membentuk phosphoglycerate (PGA). Enzim rubisco bekerja sangat lambat, yaitu hanya memproses 3 RuBP perdetik sementara reaksi enzimatis biasanya dapat memproses hingga 1000 substrat perdetik. Oleh karena itu dibutuhkan rubisco yang banyak sehingga lebih dari 50% protein daun adalah rubisco, bahkan rubisco diperkirakan merupakan enzim terbanyak di bumi.

Melewati serangkain reaksi Phosphoglycerate (PGA) kemudian menggunakan ATP dan NADPH untuk membentuk Glyceraldehyde 3-phosphate. Sebagian glyceraldehyde 3-phosphate diubah menjadi glukosa dan sebagian digunakan untuk membentuk RuBP kembali. Berikut gambaran siklus calvin selengkapnya :

 

Reaksi gelap dalam fotosintesis yang sering disebut dengan siklus calvin