FOTOSINTESIS

Tahapan Fotosintesis dan Faktor-Faktor yang Mempengaruhinya

Fotosintesis adalah serangkaian reaksi biokimia yang digunakan autotrof fotosintesis untuk mengubah energi matahari menjadi energi potensial, dan itu melibatkan dua tahap.

Pada tahap pertama, yang disebut reaksi bergantung cahaya, autotrof menangkap energi dari sinar matahari. Dan pada tahap kedua, reaksi terang-independen atau gelap , energi matahari yang ditangkap diubah menjadi energi potensial, yang ada di autotrof sebagai ikatan kimia dalam makromolekul.

Sebagian besar makromolekul yang disintesis dari fotosintesis adalah karbohidrat, tetapi autotrof juga dapat menghasilkan protein dan lipid. Makromolekul ini dikonsumsi oleh autotrof dalam reaksi metabolisme mereka dan digunakan oleh heterotrof sebagai makanan dan produk non-makanan lainnya.

Glosarium
Kloroplas	Sebuah organel membran ganda pada eukariota fotosintesis seperti tanaman di mana fotosintesis berlangsung.
Granum (jamak grana)	Tumpukan struktur seperti kantung pipih yang disebut tilakoid di dalam kloroplas.
Proplastida	Organel yang belum matang ditemukan pada autotrof eukariotik yang tidak mengandung pigmen, yang matang dan berdiferensiasi menjadi kloroplas dan plastida lainnya.
foton	Partikel elementer atau kuantum cahaya yang menampilkan sifat-sifat gelombang dan partikel. Ini dianggap sebagai jumlah cahaya terkecil.
Fosforilasi	Proses kimia pengikatan gugus fosfat dalam sel. Kebalikan dari reaksi ini disebut defosforilasi.
Fotoreseptor	Kompleks protein peka cahaya yang merasakan dan merespon keberadaan cahaya.
Fotofosforilasi	Reaksi kimia seluler yang mensintesis ATP dari fosforilasi ADP menggunakan energi matahari.
Tilakoid	Struktur berbentuk cakram berongga yang terikat membran di kloroplas tempat fotosintesis pada eukariota berlangsung.
Stroma	Cairan yang mengisi bagian dalam membran dalam kloroplas.

Apa itu Fotosintesis?

Fotosintesis terjadi pada autotrof , yaitu organisme yang mampu menghasilkan makanannya sendiri. Mereka termasuk archaea, prokariota seperti bakteri ungu, acidobacteria, dan cyanobacteria, dan eukariota seperti ganggang dan tanaman darat.

Fotosintesis dapat berupa anoksigenik atau oksigenik. Fotosintesis anoksigenik tidak memerlukan air atau menghasilkan O2 , dan selain cyanobacteria, fotosintesis pada non-eukariota _bersifat anoksigenik .

Fotosintesis oksigenik dianggap sebagai pembalikan glikolisis dalam-dalam respirasi seluler. Ini menangkap energi dari sinar matahari dan menggunakannya untuk mengubah CO ₂ menjadi gula dan oksigen dengan adanya air.

 Ada dua tahap fotosintesis, yang dapat diringkas sebagai berikut: ^[1,2]  

  (CO) ₂  + nH ₂ O →(CH ₂ O) _n  +O ₂ ;

dimana n menyatakan jumlah molekul.

Pada tahap pertama ( tergantung cahaya) , fotoreseptor memanen energi dari sinar matahari, dan energi yang dipanen mengoksidasi air menjadi oksigen (O ₂ ) dan memicu transfer elektron. Hal ini menyebabkan reduksi n icotinamide a denine d inucleotide p hosphate (NADP ⁺ ) dan sintesis denosin t riphos p benci (ATP) dari fosforilasi denosin d iphos p benci (ADP) , dalam reaksi yang disebut fotofosforilasi.  

Tahap kedua, reaksi tergantung cahaya , adalah bagian dari siklus Calvin . Reaksi terjadi tanpa keterlibatan langsung sinar matahari. Sebaliknya, ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam reaksi terang dikonsumsi untuk mensintesis gula dari karbon dioksida (CO ₂ ). ADP dan NADP ⁺ yang dihasilkan didaur ulang untuk memasok transfer elektron dalam reaksi yang bergantung pada cahaya. ^[1]

Fotosintesis pada Eukariota Terjadi di Kloroplas

Fotosintesis pada eukariota terjadi di kloroplas, organel yang secara genetik mirip dengan cyanobacteria, yang mengarah ke hipotesis endosimbiotik yang mengatakan bahwa asal usul kloroplas sebanding dengan mitokondria.

Secara khusus, kloroplas berasal dari eukariota heterotrofik yang mengambil cyanobacteria fotosintesis. Setelah endosimbiosis, bakteri kehilangan kemampuan untuk hidup mandiri, mengubah eukariota inang dari heterotrof menjadi autotrof . ^[3]  

Gambar 1: Fitur Struktural Kloroplas pada Autotrof Fotosintetik 

Mirip dengan mitokondria, kloroplas memiliki dua lapisan membran, membran luar dan dalam. Membran luar membungkus stroma , yang mengandung beberapa grana dan protein lainnya. Setiap granum terdiri dari tumpukan tilakoid , struktur seperti kantung pipih, dan ruang berair di setiap tilakoid disebut lumen tilakoid ; namun, lingkungan di dalam lumen tilakoid bersifat asam (Gambar 1) . 

Kloroplas hadir dalam sel dan jaringan yang terlibat dalam fotosintesis, misalnya, sel penjaga dan mesofil di epidermis daun. Mereka dibedakan dari plastida tidak berwarna yang belum matang, yang disebut proplastida, dan mengandung pigmen yang didominasi klorofil , yang memberi warna hijau pada tumbuhan. ^[1,2]

Pigmen fotosintesis menangkap foton.

Matahari memancarkan energi sebagai gelombang elektromagnetik, terdiri dari beberapa panjang gelombang yang berbanding terbalik dengan tingkat energi. Unit energi terkecil yang dibawa oleh cahaya dikuantifikasi dalam bentuk kuanta cahaya atau foton . Fotosintesis di sebagian besar autotrof menggunakan cahaya tampak, yang panjang gelombangnya berkisar antara 350 hingga 800 nanometer. ^[4]  

Klorofil berfungsi sebagai pigmen utama yang menyerap cahaya dan menangkap foton dalam alga, cyanobacteria, dan tumbuhan. Mereka memiliki cincin porfirin yang terdiri dari empat pirol yang berkoordinasi dengan satu ion magnesium (Mg ²⁺ ) di tengahnya.

Cincin tersebut memiliki rantai samping hidrokarbon yang panjang dengan satu ikatan karbon-karbon ganda yang memungkinkan klorofil dilarutkan dalam lipid dan tertanam dalam membran tilakoid. ^[1]     

Dua spesies klorofil yang dominan ditemukan pada tumbuhan dan alga: ^[1]  

1. Klorofil a dibedakan oleh gugus metil yang melekat pada salah satu dari empat cincin pirol. Ini adalah spesies klorofil yang paling umum pada tumbuhan dan satu-satunya yang ada di pusat reaksi fotosintesis . Klorofil a menyerap cahaya paling banyak pada 372 dan 642 nanometer, masing-masing sesuai dengan cahaya ungu-biru dan oranye. ^[1,4]   
2. Klorofil b dicirikan oleh gugus formil yang melekat pada cincin porfirin pada posisi yang sama dengan gugus metil pada klorofil a. Substitusi gugus formil menggeser rentang penyerapan cahaya optimal dalam klorofil b menjadi 392 dan 626 nanometer, masing-masing sesuai dengan lampu biru dan merah. ^[1,4]      

Selain klorofil , pigmen aksesori lain juga ada dalam sel fotosintesis. Pigmen aksesori ini menyerap cahaya tampak dari panjang gelombang yang berbeda, mendukung proses penangkapan energi. Pigmen aksesori dapat mencegah cahaya yang intens atau berlebihan dari kerusakan klorofil dan komponen fotosintesis dengan mengurangi radikal bebas. ^{[1, 2]}    

Contoh pigmen aksesori adalah: ^[1,2]  

• Karotenoid adalah pigmen yang menyerap cahaya biru-hijau dan ungu, sesuai dengan 400 hingga 500 nanometer. Mereka memberi ganggang dan tanaman warna kuning, oranye, dan merah. Contohnya adalah karoten yang merupakan karotenoid hidrokarbon tak jenuh, dan xantofil yang merupakan karotenoid teroksigenasi.
• Phycobilins adalah pigmen merah yang menyerap cahaya dalam kisaran 550 hingga 630 nanometer. Tidak seperti karotenoid, fikobilin hanya ditemukan pada alga merah dan beberapa alga uniseluler (seperti cryptomonads) tetapi tidak pada tumbuhan atau alga hijau.

Karena semua pigmen fotosintesis menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda, aksi penyerapan cahaya gabungan dari semua pigmen akan memungkinkan organisme untuk memaksimalkan penangkapan foton. ^[1]  

Mekanisme Fotosintesis

Mekanisme fotosintesis dapat dibagi menjadi dua tahap berdasarkan kebutuhan cahaya. Kedua tahap fotosintesis dihubungkan oleh dua molekul berenergi tinggi, ATP dan NADPH (Gambar 2) . Baik ATP dan NADPH dikonsumsi pada tahap kedua ketika gula heksosa disintesis. Gula heksosa adalah blok bangunan untuk sintesis karbohidrat kompleks .

Gambar 2: Mekanisme fotosintesis — Ringkasan dua tahapnya: reaksi bergantung cahaya dan siklus Calvin. Tahap pertama terdiri dari pemanenan cahaya, transfer elektron dan fotofosforilasi. Foton diambil dari cahaya oleh fotoreseptor di fotosistem I dan II, memicu transfer elektron antara dua fotosistem dan kompleks protein, sitokrom b ₆ f . Transfer elektron menghasilkan gradien proton, yang mendorong fotofosforilasi, seperti yang digambarkan oleh panah merah tua. Fotofosforilasi non-siklik, yang dikenal sebagai skema Z, dihasilkan dari transfer elektron yang ditunjukkan oleh panah biru muda, dan fotofosforilasi siklik dihasilkan dari transfer elektron yang diwakili oleh panah ungu. Reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH yang dikonsumsi dalam siklus Calvin ketika gula heksosa (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) dihasilkan.

Kredit: (Dimodifikasi dari Boyer, 2006 dan Heldt, 2005 ). ^{[1, 2]}

A. Reaksi Tergantung Cahaya

Seperti yang ditunjukkan dalam namanya, reaksi fotosintesis bergantung pada cahaya terjadi ketika ada cahaya. Pada eukariota, reaksi bergantung cahaya berlangsung di membran tilakoid dalam tiga langkah (Gambar 2) : ^[1]

1. Memanen Foton dari Cahaya

Pada langkah ini, klorofil, pigmen aksesori, dan protein terkait klorofil bertindak sebagai fotoreseptor untuk memanen foton dari cahaya. Fotoreseptor dirakit menjadi kelompok fungsional yang terdiri dari pusat reaksi fotosintesis , pemanenan cahaya (LHC) , dan kompleks antena inti .

 

Pigmen aksesori dan protein yang terikat klorofil membentuk antena inti dan kompleks LHC. Mereka mendukung pusat reaksi fotosintesis dengan bertindak sebagai antena yang menangkap foton dari cahaya berbagai panjang gelombang. Foton yang ditangkap dipindahkan satu per satu hingga mencapai pusat reaksi fotosintesis .

 

Tumbuhan, ganggang hijau, dan cyanobacteria memiliki dua pusat reaksi fotosintesis. Mereka diatur bersama-sama dan terhubung melalui kompleks sitokrom b ₆ f.

Pusat reaksi fotosintesis pertama, fotosistem I (PSI) , menggunakan klorofil a sebagai fotoreseptor utama. Ia dapat dieksitasi oleh cahaya pada panjang gelombang maksimum 700 nanometer (P700) . ^{[2, 5]}

 

Pusat reaksi kedua, fotosistem II (PSII) , menggunakan klorofil a dan b untuk menyerap energi foton. PSII dapat menyerap foton dari cahaya hingga panjang gelombang 680 nanometer (P680) . ^{[2, 5]}

2. Transfer Elektron

Memanen foton menghasilkan pemisahan muatan yang diinduksi foto. Ini menggairahkan elektron fotoreseptor ke tingkat energi yang lebih tinggi, membentuk radikal bermuatan negatif.

 

Ketidakstabilan keadaan tereksitasi mengendap dalam transfer elektron spontan ke molekul akseptor terdekat, yang meninggalkan fotoreseptor bermuatan positif. Akhirnya, fotoreseptor diisi ulang dengan elektron dari air atau rantai transfer elektron lainnya. ^{[1-2, 5]}

 

Perpindahan elektron terjadi pada fotosistem dan kompleks sitokrom b6f (Cyt-b ₆ f) sebagai berikut: ^{[1, 2, 5]}

• PSI (Plastosianin-feredoksin oksidoreduktase)
• PSII (Air-plastoquinine oksidoreduktase)
• Kompleks sitokrom b6f (Plastoquinone-plastocyanin oxidoreductase)

PSI (Plastocyanin-Ferredoxin Oxidoreductase)

Ketika foton dipanen mencapai pusat reaksi (P700) , elektron tereksitasi ditransfer ke plastocyanin (PC) .

Setelah itu, PC teroksidasi menyumbangkan elektron ke akseptor berikutnya yang tersedia. Setelah elektron mencapai sisi stroma membran tilakoid, elektron mengoksidasi ferredoxin (Fd), sementara NADP ⁺ di stroma secara bersamaan direduksi menjadi NADPH.

NADPH yang diproduksi di PSI selanjutnya digunakan dalam sintesis karbohidrat. P700 yang bermuatan positif disuplai kembali dengan elektron yang ditransfer dari Cyt-b ₆ f .

PSI (Plastocyanin-Ferredoxin Oxidoreductase)

Di PSII, foton yang dipanen menggairahkan P680, memicu transfer elektron. P680 bermuatan negatif secara berurutan menyumbangkan elektron ke pheophytin ( Phe ) dan plastoquinone (PQ) . Setelah menerima elektron, PQ direduksi menjadi plastosemiquinone (PQH) dan plastoquinol (PQH ₂ ) , yang kemudian berdifusi ke Cyt-b ₆ f.

 

P680 yang bermuatan positif diisi ulang dengan elektron dari air. Kompleks pemecah air , juga disebut kompleks o xygen-evolving (OEC) , mengkatalisis reaksi ini.

 

OEC adalah metaloenzim yang terletak di sisi luminal membran tilakoid. Ini mengandung ion mangan di pusat katalitiknya dan menggunakannya sebagai kofaktor untuk memulai oksidasi air. Akibatnya, O ₂ dihasilkan dan dilepaskan ke atmosfer, elektron membatalkan P680, dan proton sisa (H ⁺ ) terakumulasi dalam lumen tilakoid.

Kompleks sitokrom b6f (Plastoquinone-Plastocyanin Oxidoreductase)

Kompleks sitokrom b ₆ f (Cyt-b ₆ f) -menghubungkan transfer elektron antara fotosistem. Akibatnya, aliran elektron antara PSII dan PSI adalah linier dan mengikuti apa yang disebut skema Z.

 

Di sini, plastoquinol (PQH ₂ ) membawa elektron dari PSII ke Cyt-b ₆ f. Oksidasi PQH ₂ terjadi secara berurutan, dan elektron akhirnya ditransfer ke plastocyanin ( PC ). PQ yang dihasilkan mengisi ulang PSII, sedangkan PC yang tereduksi membawa elektron untuk mengisi kembali PS700 yang bermuatan positif di PSI.

 

Karena PQH ₂ dihasilkan di sisi stroma yang menghadap ke tilakoid di PSII, oksidasi PQ di Cyt-b ₆ f   melibatkan transfer elektron ke sisi luminal membran tilakoid. Jadi, transfer elektron dalam Cyt-b ₆ f   digabungkan dengan transfer proton melintasi membran tilakoid. Ini mengarah pada pembentukan gradien proton, yang menyediakan energi untuk fotofosforilasi .

3. Fotofosforilasi[1, 2]

Jalur skema Z (fotofosforilasi non-siklik)

Transfer elektron setelah pemanenan cahaya menghasilkan gradien proton melintasi membran tilakoid.

 

Proton disimpan dalam lumen tilakoid dalam skema Z selama reaksi oksidasi air dan plastoquinol (PQH ₂ ) . Akumulasi proton menghasilkan potensi elektrokimia yang mendorong sintesis ATP melalui fosforilasi ADP melalui ATP-H ⁺ sintase.

 

Dengan demikian, skema Z dapat diringkas sebagai:

nH ₂ O + nNADP ⁺ + (n+⅟n)ADP + (n+⅟n)P _i —> n2O ₂ + nNADPH + (n+⅟n)ATP;

dimana n menyatakan jumlah molekul.

Fotofosforilasi siklik

Alternatif untuk skema Z , ATP dapat disintesis tanpa mengurangi NADP ⁺ dalam aliran elektron siklik .

 

Di sini, aliran elektron dibatasi antara PSI dan Cyt-b ₆ f . Elektron tereksitasi di P700 ditransfer ke PC dan ferredoxin (Fd). Namun, Fd teroksidasi tidak menyumbangkan elektron ke NADP ⁺ . Sebaliknya, Fd teroksidasi diarahkan ke Cyt-b ₆ f, di mana elektron masing-masing disumbangkan ke plastoquinol dan plastocyanin, sedangkan PC tereduksi menyumbangkan elektronnya untuk mengisi ulang PS700.

 

Seperti skema Z, aliran elektron dalam Cyt-b ₆ f   digabungkan dengan transfer proton, menghasilkan gradien proton melintasi membran tilakoid yang mendorong konversi ADP menjadi ATP.

B. Siklus Calvin(-Benson-Bassham)

Tahap kedua fotosintesis membutuhkan NADPH dan ATP dari reaksi yang bergantung pada cahaya untuk beberapa reaksi dalam siklus Calvin.

 

Siklus Calvin adalah jalur pentosa fosfat reduktif berdasarkan sifat reaksi dan reaktan (pentosa) . Reaksi dalam siklus terjadi di stroma tanpa keterlibatan langsung cahaya. Makanya, julukan reaksi gelap .

 

Siklus tersebut terdiri dari tahapan sebagai berikut: ^[2]

1. Asimilasi Karbon Dioksida

_CO2 atmosfer difiksasi dan dimasukkan ke dalam ribulosa-1,5-bifosfat (RuBP) , molekul gula lima karbon. Penggabungan menghasilkan pembentukan dua molekul 3-fosfogliserat .

 

Asimilasi CO2 _ke RuBP sangat eksergonik , menunjukkan bahwa itu hampir ireversibel. Reaksi dikatalisis oleh enzim ribulosa-1,5-bifosfat karboksilase/oksigenase (RubisCO) . RubisCO adalah satu-satunya enzim yang diketahui hingga saat ini yang mampu memfiksasi CO2 _dari atmosfer. Ini juga merupakan enzim yang paling melimpah pada tanaman dan salah satu yang terbesar. ^[2]

2. Sintesis Pentosa Reduktif

Dua molekul 3-fosfogliserat yang dihasilkan dari asimilasi CO2 _mengalami reaksi reduktif berturut-turut, mengubahnya menjadi tiga karbon gliseraldehida-3-fosfat (G3P) dan isomernya, dihidroksiaseton fosfat (DHAP) . Reaksi ini mengkonsumsi ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam reaksi terang. ^[1-2]

 

Pada titik ini, seperenam molekul G3P dan DHAP dipadatkan untuk membentuk molekul gula fosfat enam karbon, fruktosa-1,6-bifosfat (FbisP) . Kemudian, FbisP dihidrolisis secara ireversibel menjadi fruktosa-6-fosfat, berfungsi sebagai reaktan dalam biosintesis pati dan selulosa atau diubah menjadi glukosa. ^[1] Mayoritas G3P dan DHAP digunakan untuk meregenerasi RuBP. ^[3]

3. Regenerasi Molekul Akseptor Karbon

Pada tahap terakhir, dua molekul DHAP dan tiga G3P melalui serangkaian reaksi enzimatik untuk meregenerasi tiga molekul pentosa fosfat.

 

Setiap pentosa fosfat mengandung lima molekul karbon dan satu gugus fosfat. ATP memfosforilasi ketiga pentosa fosfat menjadi RuBP untuk putaran berikutnya dari siklus Calvin .

 

Reaksi-reaksi dalam siklus Calvin dapat diringkas sebagai berikut: ^[1]

6CO ₂ + 12NADPH + 12H ⁺ + 18ATP + 12H ₂ O —-> C ₆ H ₁₂ On + 12NADP ⁺ + 18ADP + 18P _i

 

Berdasarkan ringkasan, secara kasar dapat diperkirakan bahwa fiksasi satu molekul CO2 mengkonsumsi dua molekul NADPH dan tiga molekul ATP.

Fotorespirasi adalah Calvin Cycle Bad Company

RubisCO memiliki aktivitas karboksilase dan oksigenase. Untuk alasan ini, enzim dapat memfiksasi O2 _dan memasukkannya ke dalam RuBP . Akibatnya, senyawa dua karbon, fosfoglikolat dan senyawa tiga karbon, 3-fosfogliserat (3PGA) , dihasilkan sebagai pengganti dua molekul 3-fosfogliserat .

3PGA yang dihasilkan dapat memasuki siklus Calvin dan mensintesis gula heksosa, sedangkan metabolit dua karbon pertama-tama diangkut ke peroksisom untuk dimodifikasi. Metabolit yang dimodifikasi diangkut ke mitokondria dan didekarboksilasi, melepaskan satu molekul _CO2 . Kemudian, metabolit diangkut kembali ke peroksisom dan diubah menjadi gliserat , yang dapat diubah menjadi 3PGA yang dapat memasuki siklus Calvin. ^[2]

Konversi fosfoglikolat menjadi 3PGA dianggap sebagai proses yang sia-sia. Tidak hanya CO2 yang _hilang , tetapi ATP dan NADPH juga dikonsumsi dalam proses tersebut. Namun demikian, diperkirakan bahwa fotorespirasi dapat mencegah kerusakan foto dengan mengonsumsi kelebihan ATP dan NADPH . ^[2]

Untuk menghindari fotorespirasi, metode asimilasi CO2 alternatif _telah dikembangkan untuk mengurangi aktivitas RubisCO. Misalnya, tanaman C4 dan CAM menggunakan enzim fosfoenolpiruvat karboksilase , atau PEP karboksilase, untuk menangkap CO2 _dalam sel khusus. ^[1]

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Laju fotosintesis tergantung pada efisiensi dan efektivitas kedua tahapnya. Berdasarkan mekanismenya, beberapa faktor lingkungan dan internal mempengaruhi dua tahap fotosintesis, antara lain:

1. Kualitas dan Kuantitas Cahaya

Cahaya dapat memulai fotosintesis hanya ketika fotoreseptor dirangsang oleh foton. Karena fotoreseptor hanya menangkap cahaya dengan rentang terbatas, tidak semua cahaya akan berkontribusi pada fotosintesis, dan kapasitas untuk memulai fotosintesis juga berbeda untuk setiap panjang gelombang.

 

Selain itu, fotoreseptor adalah protein yang hanya dapat menahan tingkat energi tertentu sebelum didenaturasi secara permanen. Misalnya, sedikit peningkatan intensitas cahaya, yaitu jumlah foton, dapat meningkatkan laju fotosintesis.

 

Namun, peningkatan intensitas cahaya yang signifikan dapat menyebabkan kerusakan foto yang menghancurkan fotoreseptor dan mesin fotosintesis lainnya. Kelebihan foton juga dapat memicu fotoinhibisi , menyebabkan terganggunya transfer elektron pada PSII.

2. Ketersediaan Air

Air adalah prasyarat untuk reaksi yang bergantung pada cahaya dan siklus Calvin. Dengan demikian, penurunan air akan mempengaruhi produksi ATP dan NADPH dalam reaksi yang bergantung pada cahaya dan sintesis gula heksosa dalam siklus Calvin.

 

Kekurangan air dapat menunda atau mengganggu aliran elektron di PSII karena air berfungsi sebagai akseptor elektron yang mengisi kembali P680 yang bermuatan. Demikian pula, reaksi dalam siklus Calvin juga terganggu karena penurunan jumlah air yang dapat berpartisipasi atau pengurangan ATP dan NADPH yang tersedia dari reaksi terang.

3. Konsentrasi Karbon Dioksida

Sebagai salah satu reaktan dari siklus Calvin, peningkatan CO2 di atmosfer _dapat mempercepat sintesis karbohidrat dan mengurangi fotorespirasi.

 

Meskipun demikian, CO2 tetap _pada stomata sel penjaga, di mana transpirasi juga terjadi. Dengan kata lain, fiksasi _CO2 terjadi dengan mengorbankan ketersediaan air, membatasi sejauh mana CO2 _dapat merangsang laju fotosintesis.

4. Suhu

Suhu dapat bekerja pada mesin fotosintesis seperti fotoreseptor dan enzim dalam siklus Calvin. Struktur 3 dimensi dan aktivitas katalitiknya sedikit berbeda ketika suhu berubah. Namun, perubahan suhu yang ekstrem di kedua ujungnya dapat secara signifikan mengubah struktur dan aktivitas mesin fotosintesis.

Selain itu, perubahan suhu juga dapat mempengaruhi laju transpirasi , menyiratkan perubahan ketersediaan air. Seperti dibahas sebelumnya, air memainkan peran langsung dalam transfer elektron fotosintesis, mempengaruhi sintesis ATP, NADPH dan karbohidrat.

5. Predisposisi Genetik

Selain faktor lingkungan, efisiensi fotosintesis juga tergantung pada faktor internal organisme yang diinginkan. Faktor-faktor ini adalah kecenderungan genetik, yang menentukan kerja sistem biologis.

Misalnya, variasi genetik pada fotoreseptor dan enzim terkait dapat diterjemahkan ke dalam perbedaan fungsi dan kemampuan katalitiknya. Pada skala yang lebih besar, beberapa spesies ganggang hijau dan tumbuhan telah mengembangkan mekanisme baru yang meminimalkan proses yang sia-sia dan meningkatkan efisiensi fotosintesis.

Kesimpulannya

Secara keseluruhan, fotosintesis adalah proses biokimia kompleks yang menangkap energi matahari untuk produksi makanan. Dua tahap fotosintesis termasuk reaksi tergantung cahaya di mana fotoreseptor memanen foton, memicu serangkaian transpor elektron. Tahap pertama melepaskan oksigen ke atmosfer dan menghasilkan ATP dan NADPH untuk tahap kedua.

Karbohidrat dan makromolekul lainnya disintesis dari reaksi konsumsi ATP dan NADPH dalam siklus Calvin (tahap kedua). Makromolekul ini tidak hanya memberi makan autotrof tetapi juga dikonsumsi dan digunakan oleh organisme lain dalam ekosistem.

Dengan demikian, fotosintesis adalah proses yang menyediakan organisme dalam ekosistem dengan udara untuk bernafas, makanan untuk dimakan, dan bahan baku untuk pembuatan produk non-makanan.

Referensi:

1. Boyer R, Konsep dalam Biokimia, edisi ke-3. New Jersey: John Wiley & Sons; 2006.
2. Dimiliki H-Wa. Biokimia Tumbuhan. edisi ke-3 San Diago, California: Pers Akademik; 2005.
3. Martin WF, Garg S, Zimorski V. Teori endosimbiotik untuk asal eukariota. Philos Trans R Soc B Biol Sci. 2015;370(1678):20140330. doi:10.1098/rstb.2014.0330
4. Milne BF, Toker Y, Rubio A, Nielsen SB. Mengungkap Warna Intrinsik Klorofil. Angew Chemie Int Ed. 2015;54(7):2170-2173. doi:10.1002/anie.201410899
5. Gao J, Wang H, Yuan Q, Feng Y. Struktur dan Fungsi Fotosistem Superkompleks. Ilmu Tanaman Depan. 2018;9. doi:10.3389/fpls.2018.00357