FOTOSINTESIS - · PDF fileadaptasi fotosintet ik fotosintes is dan global warming. ......
Transcript of FOTOSINTESIS - · PDF fileadaptasi fotosintet ik fotosintes is dan global warming. ......
4/18/2015
1
FOTOSINTESIS
BY :I GEDE
SUDIRGAYASA
FOTOSINTESIS
REAKSITERANG
SIKLUSCALVIN
ADAPTASIFOTOSINTET
IK
FOTOSINTESIS DAN
GLOBALWARMING
4/18/2015
2
• FOTOSINTESIS MERUPAKAN PROSES YANGMENGUBAH ENERGI MATAHARI MENJADIENERGI KIMIA• SECARA LANGSUNG MAUPUN TIDAK
LANGSUNG, FOTOSINTESIS MENYEDIAKANMAKANAN BAGI HAMPIR SELURUHKEHIDUPAN DI DUNIA• TUMBUHAN DAN ORGANISME AUTOTROF
LAINNYA MERUPAKAN PRODUSEN BIOSFER• HAMPIR SELURUH TUMBUHAN
MERUPAKAN FOTOAUTOTROF,MENGGUNAKAN ENERGI SINAR MATAHARIUNTUK MEMBUAT MOLEKUL ORGANIK• ORGANISME HETEROTROF MERUPAKAN
KONSUMEN BIOSFER, TIDAK MAMPUMEMBUAT MAKANAN MEREKA SENDIRI
The biosphere
EcosystemsTissues
Organs andorgan systems
Communities
Populations
Organisms
OrganellesCells
Atoms
Molecules
4/18/2015
3
Hewan memakanDaun dan buahDari tumbuhan
Daun mengambilKarbon dioksidaDan melepaskanoksigen
Sinar matahari
CO2
O2
Siklusnutrisikimia
Daun gugur ketanah dan diuraiOleh mikroorganisme, yang mengembalikanmineral ke tanah
Air dan mineral tanahdiserap olehtumbuhanmelaluiakarnya
Daun menyerapSinar matahari
(a) Tumbuhan(b) Alga
multiseluler
(c) Protista uniseluler(d) Cyanobacteria
(e) Bakteri sulfurungu
10 m
1 m
40 m
4/18/2015
4
• SECARA UMUMFOTOSINTESIS TERJADIPADA DAUN• SELURUH BAGIAN
TUMBUHAN YANGBERWARNA HIJAU MAMPUBERFOTOSINTESIS
Mesophyll
Potongan melintang daunChloroplasts Berkas pembuluh
Stomata
Chloroplast Selmesofil
CO2 O2
20 m
Membranluar
RuangantarmembranMembrandalam
1 m
RuangThylakoid
ThylakoidGranumStroma
4/18/2015
5
Membranluar
RuangantarmembranMembrandalam
1 m
Ruangtilakoid
TilakoidGranumStroma
Kloroplas
6 CO2 + 12 H2O + Light energy C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Reactants:
Products:
6 CO2
6 H2O 6 O2
12 H2O
C6H12O6
REAKSI KIMIA
4/18/2015
6
•REAKSI TERANGDAN SIKLUS CALVINBEKERJASAMAMENGUBAH ENERGICAHAYA MENJADIENERGI KIMIAWIBERUPA MAKANAN
Gambaran umum
Membrantilakoid
ADP + P
NADP+
NADPH
ATP
Sikluscalvin
Reaksiterang
EnergiMatahari
H2O CO2
CH2OO2
stroma
4/18/2015
7
• REAKSI TERANG (PADAMEMBRAN TILAKOID)•MEMECAH AIR (H2O)•MELEPAS O2•MEREDUKSI NADP+
MENJADI NADPH•MEMBENTUK ATP DARI ADP
MELALUI FOTOFOSFORILASI
• SIKLUS CALVIN (PADA STROMA)• MEMBENTUK GULA DARI CO2,
MENGGUNAKAN ATP DANNADPH HASIL REAKSI TERANG• SIKLUS CALVIN DIMULAI
DENGAN FIKSASI KARBON,MENGGABUNGKAN CO2 KEDALAM MOLEKUL ORGANIK
4/18/2015
8
• REAKSI TERANG MENGUBAHENERGI MATAHARI MENJADIENERGI KIMIAWI BERUPAATP DAN NADPH• FIGMEN DALAM KLOROPLAS
MENYERAP SPEKTRUMCAHAYA DENGAN PANJANGGELOMBANG TERTENTU
( LANGKAH I ) REAKSI TERANG
• Chloroplasts are solar-powered chemicalfactories
• Their thylakoids transform light energy into thechemical energy of ATP and NADPH
Cahaya
ReaksiTerang
Kloroplas
ATP
NADPH
NADP
ADP+ P i
H2O
O2
4/18/2015
9
SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK
4/18/2015
10
• PIGMEN KLOROPLAS MENYERAP CAHAYA BIRUDAN MERAH( WARNA PALING EFEKTIF DALAMFOTOSINTESIS• FIGMEN TERSEBUT MEMANTULKAN ATAU
MENERUSKAN WARNA HIJAU, SEHINGGA DAUNTAMPAK BERWARNA HIJAU• PIGMEN KLOROPLAS YAITU KLOROFIL a YANG
BERPERAN LANGSUNG DALAM REAKSI TERANG• PIGMEN KLOROPLAS YANG LAIN CONTOHNYA
KLOROFIL b, KAROTENOID, DLL
© 201 Pearson Education, Inc.
PIGMEN FOTOSINTETIK (RESEPTOR CAHAYA)
Kloroplas
Cahaya Cahaya yangdipantulkan
Cahaya yangdiserap
Cahaya yangditeruskan
Granum
4/18/2015
11
STRUKTUR KLOROFIL
Ekor hidrokarbon
Cincin porfirinYang menyerapcahaya
Kumpulanklorofil
Granum
• EKSITASI KLOROFIL OLEH CAHAYA• KETIKA PIGMEN MENYERAP CAHAYA,
MENYEBABKAN PERALIHAN MOLEKUL KLOROFILDARI KEADAAN DASAR KE KEADAANTEREKSITASI (ELEKTRON MELOMPAT KE ORBITALLEBIH LUAR) YANG TIDAK STABIL• KARENA TIDAK STABIL, ELEKTRON CENDERUNG
KEMBALI KE ORBIT SEMULA DENGANMELEPASKAN ENERGI PANAS DAN PANCARANPOTON/CAHAYA ( FLUORESENSI)
4/18/2015
12
Keadaantereksitasi
Panas
e
Poton(fluoresen)
Keadaandasar
Photon
Molekulklorofil
Ener
gi e
lekt
ron
(a) Fotoeksitasi klorofil terisolasi (b) Fluoresen (berpendar)
FOTOEKSITASI KLOROFIL
• FOTOSISTEM• FOTOSISTEM TERDIRI DARI KOMPLEKS PENGUMPUL
CAHAYA DAN KOMPLEKS PUSAT REAKSI PADAMEMBRAN TILAKOID• KOMPLEK PENGUMPUL CAHAYA TERSUSUN DARI
RATUSAN KLOROFIL a, KLOROFIL b, DAN MOLEKULKAROTENOID• KOMPLEKS PUSAT REAKSI TERDIRI DARI KLOROFIL a
KUSUS DAN MOLEKUL AKSEPTOR ELEKTRON PRIMER• AKSEPTOR ELEKTRON PRIMER PADA PUSAT REAKSI
AKAN MENERIMA ELEKTRON YANG TEREKSITASIDARI KLOROFIL a KUSUS ( KUSUS DI SINI HANYAKUSUS DALAM HAL POSISI)• ADA 2 JENIS FOTOSISTEM ( I DAN II ) SESUAI
URUTAN DITEMUKANNYA.• PERBEDAANNYA PADA PUSAT REAKSI YANG
BERIKATAN DENGAN PROTEIN KAS. KLOROFIL PUSATFOTOSISTEM I PALING BAIK MENYERAP CAHAYADENGAN PANJANG GELOMBANG 700 nm (SANGATMERAH) SELANJUTNYA DISEBUT P700, FOTOSISTEMII MENYERAP SINAR DENGAN PANJANGGELOMBANG 680 nm (MERAH) P680
4/18/2015
13
Figure 10.13a
(a) Cara potosistem memanen cahaya
Mem
bran
Tila
koid
PhotonPhotosystem STROMA
KomplekPengumpulcahaya
KomplekPusatreaksi
AkseptorElektronprimer
TransferEnergi
Pasangan kususmolekulchlorophyll a
Molekulpigmen
Ruang dalam tilakoid
e
FOTOSISTEM I FOTOSISTEM II
P 700 P 680
4/18/2015
14
STROMA(konsentrasi H rendah)
STROMA(konsentrasi H rendah)
Ruang tilakoid(konsentrasi H tinggi)
cahayaPhotosystem II
Kompleksitokrom Photosystem Icahaya
NADP
reductase
NADP + H
KesiklusCalvin
ATPsynthase
Membrantilakoid
21
3
NADPH
Fd
Pc
Pq
4 H+
4 H++2 H+
H+
ADP+P i
ATP
1/2H2O O2
MODEL SEMENTARA REAKSI TERANG
STROMA(konsentrasi H rendah)
STROMA(konsentrasi H rendah)
Ruang tilakoid(konsentrasi H tinggi)
cahayaPhotosystem II
Kompleksitokrom Photosystem Icahaya
NADP
reductase
NADP + H
KesiklusCalvin
ATPsynthase
Membrantilakoid
21
3
NADPH
Fd
Pc
Pq
4 H+
4 H++2 H+
H+
ADP+P i
ATP
1/2H2O O2
ALIRAN ELEKTRON LINIER (NONSIKLIK)DAN ALIRANELEKTRON SIKLIK PADA REAKSI TERANG
4/18/2015
15
• POTON(PARTIKEL CAHAYA) MENUMBUKPIGMEN FOTOSISTEM II DAN MENTRANSFERENERGINYA SAMPAI P680 TEREKSITASIELEKTRON YANG TEREKSITASI DARI P680DITANGKAP OLEH AKSEPTOR ELEKTRONPRIMER
• AIR DIPECAH OLEH ENZIM KEMUDIANELEKTRON DARI ATOM HIDROGENDITRANSFER UNTUK MENGISI KEKOSONGANELEKTRON P680 (MEREDUKSI P680)
• OKSIGEN DILEPASKAN SEBAGAI PRODUKDARI REAKSI TERSEBUT
• SELANJUTNYA ELEKTRON DARI PS II JATUHKE PS I MELALUI RANTAI TRANSPOR ELKTRONYANG MENGGERAKKAN SINTESIS ATP
• DILAIN PIHAK PADA PS I SAMA SEPERTI PS IIELEKTRONNYA TEREKSITASI AKIBAT ENERGIPOTON
• KEKOSONGAN ELEKTRONNYA SEKARANGDIISI OLEH ELEKTRON YANG MENGALIR DARIPSII MELALUI RANTAI TRANSPOR ELEKTRON
• SELANJUTNYA ELEKTRON DARI PS I JATUH KEPROTEIN FEREDOKSIN YANG KEMUDIANDITRANSFER UNTUK MEREDUKSI NADP+ JADINADPH
Akseptorprimer
P680
Cahaya
Molekulpigmen
Photosystem II(PS II)
1
2e
ALIRAN ELEKTRON NONSIKLIK/ LINIER
4/18/2015
16
Akseptorprimer
H2O
O2
2 H
+1/2
P680
Cahaya
Molekulpigmen
Photosystem II(PS II)
1
2
3
e
e
e
ALIRAN ELEKTRON NONSIKLIK
Kompleksitokrom
Akseptorprimer
H2O
O2
2 H
+1/2
P680
Cahaya
Molekulpigmen
Photosystem II(PS II)
Pq
Pc
ATP
1
2
3
5
e
e
e
4
ALIRAN ELEKTRON NONSIKLIK
4/18/2015
17
Akseptorprimer
H2O
O2
2 H
+1/2
P680
Photosystem II(PS II)
Photosystem I(PS I)
Pq
Pc
ATP
1
2
3
5
6
P700Cahaya
e
e
4
e
e
ALIRAN ELEKTRON NONSIKLIK
Kompleksitokrom
Akseptorprimer
Cahaya
Molekulpigmen
Akseptorprimer
H2O
O2
2 H
+1/2
P680
Photosystem II(PS II)
Photosystem I(PS I)
Pq
Pc
ATP
1
2
3
5
6
7
8
P700
+ HNADP
NADPH
NADP
reductase
Fd
e
e
ee
4
e
e
ALIRAN ELEKTRON NONSIKLIK
Akseptorprimer
Cahaya
Kompleksitokrom
Cahaya
Molekulpigmen
4/18/2015
18
Akseptorprimer
Akseptorprimer
Kompleksitokrom
NADP
reductase
Photosystem IIPhotosystem IATP
Pq
Pc
FdNADP
+ H
NADPH
H2O
O2
ALIRAN ELEKTRON LINIER (RINGKASAN)
Photosystem II Photosystem I
kincirATP
ATP
NADPH
e
e
e
ee
e
eANALOGI
4/18/2015
19
STROMA(konsentrasi H rendah)
STROMA(konsentrasi H rendah)
Ruang tilakoid(konsentrasi H tinggi)
cahayaPhotosystem II
Kompleksitokrom Photosystem Icahaya
NADP
reductase
NADP + H
KesiklusCalvin
ATPsynthase
Membrantilakoid
21
3
NADPH
Fd
Pc
Pq
4 H+
4 H++2 H+
H+
ADP+P i
ATP
1/2H2O O2
ALIRAN ELEKTRON SIKLIK PADA REAKSI TERANG
Photosystem I
Akseptorprimer
Kompleksitokrom
Fd
Pc
ATP
Primaryacceptor
Pq
Fd
NADPH
NADP
reductase
NADP
+ H
Photosystem II
ALIRAN ELEKTRON SIKLIK
4/18/2015
20
Animasi
Please note that due to differingoperating systems, some animationswill not appear until the presentation isviewed in Presentation Mode (SlideShow view). You may see blank slidesin the “Normal” or “Slide Sorter” views.All animations will appear after viewingin Presentation Mode and playing eachanimation. Most animations will requirethe latest version of the Flash Player,which is available athttp://get.adobe.com/flashplayer.
Animasi
Please note that due to differingoperating systems, some animationswill not appear until the presentation isviewed in Presentation Mode (SlideShow view). You may see blank slidesin the “Normal” or “Slide Sorter” views.All animations will appear after viewingin Presentation Mode and playing eachanimation. Most animations will requirethe latest version of the Flash Player,which is available athttp://get.adobe.com/flashplayer.
4/18/2015
21
(LANGKAH II) SIKLUS CALVIN
• SIKLUS CALVIN MENGGUNAKAN ATP DANNADPH HASIL REAKSI TERANG UNTUKMENGUBAH CO2 MENJADI GULA• UNTUK HASIL BERSIH 1 G3P (GULA
SEDERHANA BERCARBON 3), SIKLUS HARUSBERLANGSUNG 3 KALI DENGANMEMFIKSASI 3 MOLEKUL CO2• SIKLUS CALVIN TERJADI DALAM 3 PASE• PASE FIKSASI KARBON (DIKATALISIS OLEH
ENZIM RUBISKO)• PASE REDUKSI• PASE REGENERASI AKSEPTOR CO2
(RuBP)
4/18/2015
22
Gambaran umum
Membrantilakoid
ADP + P
NADP+
NADPH
ATP
Sikluscalvin
Reaksiterang
EnergiMatahari
H2O CO2
CH2OO2
stroma
Input3 (Entering one
at a time)CO2
Phase 1: fiksasi karbon
Rubisco
3 P P
P6
Short-livedintermediate
3-Phosphoglycerate3 P P
Ribulose bisphosphate(RuBP)
4/18/2015
23
Input3 (Entering one
at a time)CO2
Phase 1: fiksasi karbon
Rubisco
3 P P
P6
Short-livedintermediate
3-Phosphoglycerate6
6 ADP
ATP
6 P P1,3-Bisphosphoglycerate
CalvinCycle
6 NADPH
6 NADP
6 P i
6 PPhase 2:Reduksi
Glyceraldehyde 3-phosphate(G3P)
3 P PRibulose bisphosphate
(RuBP)
1 PG3P
(a sugar)Output
Glucose andother organiccompounds
Input3 (Entering one
at a time)CO2
Phase 1: fiksasi karbon
Rubisco
3 P P
P6
Short-livedintermediate
3-Phosphoglycerate6
6 ADP
ATP
6 P P1,3-Bisphosphoglycerate
CalvinCycle
6 NADPH
6 NADP
6 P i
6 PPhase 2:Reduksi
Glyceraldehyde 3-phosphate(G3P)
P5G3P
ATP
3 ADP
Phase 3:Regenerasiakseptor CO2(RuBP)
3 P PRibulose bisphosphate
(RuBP)
1 PG3P
(a sugar)Output
Glucose andother organiccompounds
3
4/18/2015
24
Animasi
Please note that due to differingoperating systems, some animationswill not appear until the presentation isviewed in Presentation Mode (SlideShow view). You may see blank slidesin the “Normal” or “Slide Sorter” views.All animations will appear after viewingin Presentation Mode and playing eachanimation. Most animations will requirethe latest version of the Flash Player,which is available athttp://get.adobe.com/flashplayer.
•MEKANISMEALTERNATIF UNTUKFIKSASI KARBON TELAHBERKEMBANG PADATUMBUHAN DIDAERAH YANGBERIKLIM PANAS DANKERING
4/18/2015
25
• CUACAPANAS &KERING
1
• STOMATADITUTUP,KURANGIPENGUAPAN
2• STOMATA
TERTUTUPMEMBATASIPEMASUKAN CO2
3
• HASILFOTOSINTESISBERKURANG
4
DILEMA TUMBUHAN
ADAPTASI FOTOSINTETIK
•TUMBUHAN C3
•TUMBUHAN C4
•TUMBUHAN CAM
4/18/2015
26
• TUMBUHAN C3• HASIL FIKSASI PERTAMA ADALAH
SENYAWA BERCARBON 3• CONTOH : PADI, GANDUM DAN KEDELAI• ENZIM RUBISCO UNTUK FIKSASI/ IKAT
CO2• AFINITAS ENZIM RUBISCO TERHADAP
C02 RENDAH• HASIL FOTOSINTESIS MENURUN JIKA
CUACA PANAS ( TUMBUHAN MERANA)• TERJADI FOTORESPIRASI JIKA CUACA
PANAS ( MEMPERPARAHPENGURANGAN HASIL FOTOSINTESIS)
4/18/2015
27
• TUMBUHAN C4• HASIL FIKSASI PERTAMA ADALAH
SENYAWA BERCARBON 4• CONTOH : TEBU, JAGUNG, RUMPUT• MODIFIKASI ANATOMI DAUN ( ADA
SELUDANG BERKAS PEMBULUH )• ENZIM PEP KARBOKSILASE UNTUK
FIKSASI CO2• AFINITAS PEP. KARBOKSILASE TERHADAP
C02 TINGGI• MAMPU HIDUP SUBUR DI DAERAH
KERING DAN PANAS
C4 vs. C3
Daun C3 Daun C4
Seludang berkaspembuluh
Seludang berkasPembuluh
Sel-selmesofil
Berkaspembuluh
Berkas pembuluh
stomastoma
4/18/2015
28
Anatomi daun tumbuhan C4
Sel fotosintetikTumbuhan C4
Sel mesofil
SelSeludangBerkaspembuluh
Berkas pembuluh
Stoma
Jalur C4
Sel mesofilPEP carboxylase
CO2
Oxaloacetate (4C) PEP (3C)
Malate (4C)
Pyruvate (3C)
CO2
SelSeludangb. pembuluh
CalvinCycle
Sugar
JaringanPembuluh(floem)
ADP
ATP
4/18/2015
29
• TUMBUHAN CAM• STOMATA TERBUKA MALAM HARI DAN
TERTUTUP SIANG HARI• MALAM HARI MENYERAP CO2 DAN
MENYIMPANNYA DALAM BENTUKSENYAWA ORGANIK• CARA FIKSASI CO2 TERSEBUT DISEBUT
CRASSULACEAN ACID METABOLISM(CAM)/ METABOLISME ASAMKRASULASEA• CONTOH KAKTUS, NENAS, TUMBUHAN
PENYIMPAN AIR• MIRIP C4
Sugarcane ?
Selmesofil
SelSeludangB.P
C4 CO2
Organic acid
CO2
CalvinCycle
gula(a) Spatial (b) temporal
CO2
Organic acid
CO2
CalvinCycle
gula
Siang hari
Malam hari
CAM
Pineapple ?
Fiksasi CO2
CO2 dikirimke siklusCalvin
2
1
4/18/2015
30
• FOTOSINTESIS MERUPAKANDASAR METABOLIK BIOSFER• BAGAIMANA NASIB PRODUK
FOTOSINTESIS?• SENYAWA ORGANIK YANG
DIASILKAN OLEH FOTOSINTESISMENYEDIAKAN ENERGI DANMATERI PEMBANGUN UNTUKEKOSISTEM.
Cahaya
ReaksiTerang :
Photosystem IIRantai transpor elektron
Photosystem IRantai transpor elektron
NADP
ADP+ P i
RuBP
ATP
NADPH
3-Phosphoglycerate
SiklusCalvin
G3PPati(simpanan)
Sukrosa
Chloroplast
H2O CO2
O2
4/18/2015
31
•PENINGKATANCO2 DIATMOSFERBERDAMPAKGLOBALWARMING
4/18/2015
32
?
4/18/2015
33
FOTOSINTESIS
REAKSITERANG
SIKLUSCALVIN
ADAPTASIFOTOSINTET
IK
FOTOSINTESIS DAN
GLOBALWARMING