FISIOLOGI POHON Pengertian dan Proses Fakultas Kehutanan Universitas

FISIOLOGI POHON Pengertian dan Proses Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada

PENGERTIAN FOTOSINTESIS • Proses yang menghasilkan gula dari dua bahan mentah sederhana yaitu karbodioksida (CO 2) dan air (H 2 O) di dalam khlorofil (zat hijau daun pada tumbuhan) • Proses fisika biokimiawi yang menghasilkan bahan organik dari bahan anorganik stabil dengan bantuan cahaya matahari • Pembentukan senyawa yang mengandung C (gula= C 6 H 12 O 6) dari CO 2 dan H 2 O oleh tumbuhan hijau dengan adanya cahaya matahari dan sebagai hasil sampingnya adalah O 2

Reaksi Fotosintesis 6 CO 2 + 6 H 2 O cahaya matahari khlorofil C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Keterangan : - Enam molekul karbondioksida bereaksi dengan enam molekul air untuk membentuk satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen

Yang terlibat dalam reaksi fotosintesis 1. Karbondioksida (CO 2) - Diserap dari atmosfer melalui mulut daun - Pada permukaan tanah kandungan karbondioksida lebih besar daripada di atas tajuk 2. Air - Diperoleh dari dalam tanah 3. Glukosa - Dikenal juga sebagai dextrose (karbohidrat) disusun oleh elemen karbon, hidrogen dan oksigen

4. Oksigen - Produk fotosintesis yang dilepaskan ke udara digunakan oleh semua mahluk hidup di dunia 5. Cahaya Matahari - Digunakan sebagai sumber tenaga dalam melakukan fotosintesis - Besar kecilnya intensitas yang diterima dipengaruhi oleh morfologi daun (Fitter & hay, 1991)

5. Khlorofil - Zat hijau daun, berperan untuk mengkonversi energi sinar menjadi energi kimia - Jumlah dan penyebarannya bervariasi menurut spesies, lingkungan dan umur daun - Pada tumbuhan tingkat tinggi t. d. 2 pigment: 1. blue-green chlorophyll a (C 55 H 72 O 5 N 4 Mg) 2. yellow-green chlorophyll b (C 55 H 70 O 6 N 4 Mg) - Proporsi kedua pigmen bervariasi pada jenis tumbuhan yang berbeda. Secara umum tumbuhan berbunga memiliki perbandingan 3: 1

Struktur Molekul Klorofil

Struktur Kloroplast Bentuk : ovoid, disk, piring Diameter 5 µm; tebal 2 -3 µm Kloroplast berisi - Stroma (proteinaceous matrix) - tdp enzim utk fiksasi C - Grana (cylindrical bodies) - t. a. kumpulan struktur membran berbentuk disk yg disebut lamellae atau thylakoid - Klorofil melekat pd lamellae - Grana 1 dg lainnya dihub oleh intergrana lamellae - Tdp pigmen dan enzim utk reaksi terang

(Lamellae)

Faktor-faktor Pembentukan Khlorofil 1. Faktor Internal A. Potensial genetik - Pembentukan khlorofil diatur oleh suatu gen di dalam khromosom DNA dlm inti dan kloroplast - Mutasi gen klorofil tdk terbentuk Albino B. Suply karbohidrat - Defisit karbohidrat menyebabkan tidak terbentuknya khlorofil (Kramer & Kozlowski, 1979)

2. Faktor Lingkungan A. Cahaya - Cahaya esensial utk pembentukan klorofil - Tanaman dlm gelap protoklorofil Reduksi klorofil Cahaya - Cahaya terlalu tinggi klorofil didekomposisi - Cahaya terang equilibrium sintesis dan dekomposisi klorofil tjd pd konsentrasi yg rendah - shg daun ternaung biasanya memiliki konsentrasi khlorofil lebih besar. B. Suhu – Sintesis khlorofil biasa terjadi pada range suhu yang lebar. – Suhu 3 -480 C kondisi yang baik untuk pembentukan khlorofil

C. Mineral Klorosis tjd karena defisiensi unsur hara, - N (terpenting) karena merupakan penyusun klorofil - Fe (merupakan kofaktor prekursor klorofil) - Mg (merupakan penyusun klorofil) D. Air - Stress air yg moderat memperlambat pembentukan khlorofil - Stress air parah kerusakan klorofil E. Oksigen Tanpa oksigen seedling tidak akan membentuk khlorofil. Oksigen perlu untuk mensuply energi metabolik dalam pembentukan khlorofil

MEKANISME FOTOSINTESIS NADPH : Nikotinamid adenin dinukleotid fosfat, ATP : Adenosin trifosfat, energi dalam sistem biologi Reaksi gelap 1. Penangkapan cahaya matahari oleh khloroplas (zat hijau daun) 2. Pemisahan molekul air diiringi pelepasan elektron berenergi tinggi dan penghasilan O 2 3. Transfer elektron yg menyebabkan pembentukan energi kimia (ATP) dan tenaga pereduksi (NADPH 2) 4. Penggunaan ATP dan NADPH 2 untuk fiksasi CO 2 menjadi Karbohidrat kompleks spt sukrosa, pati, sellulosa, hemisellulosa Reaksi terang Urutan proses fotosintesis

• Reaksi terang (Fotofosforilasi) 1. Penangkapan energi cahaya oleh khloroplas 2. Pemecahan H 2 O dengan hasil energi dan oksigen (O 2) Fotolisis 2 H 2 O 4 e - + 4 H+ + O 2 3. Pembentukan ATP dan reducing power (NADPH 2) e- fotofosforilasi 2 NADP 2 H 2 O + 4 H+ reduksi ATP 2 NADPH 2 + O 2 + ATP

• Reaksi gelap (Fiksasi CO 2) 1. Penggunaan ATP dan NADPH untuk fiksasi CO 2 2. Reduksi CO 2 menjadi KH kompleks 6 CO 2 + 12 NADPH 2 + 18 ATP C 6 H 12 O 6 + 12 NADP + 18 ADP + 8 Pi + 6 H 2 O - Keterlibatan enzim misal: RUBP dan PEP carboxilase

ADP + Pi NADP+ H 2 O ENZIM CAHAYA O 2 (CH 2 O)n ATP NADPH 2 CO 2 Fotofosforilasi Fiksasi CO 2 (Reaksi terang) (Reaksi gelap)

• Reaksi gelap (Fiksasi CO 2) - Dikenal jenis tanaman berdasarkan jalur fiksasi CO 2 Tanaman C 3 (sebagian besar tumbuhan) Tanaman C 4 (jagung, tebu) Tanaman CAM (Crassulacean Acid Metabolism) (Tumbuhan gurun: kaktus)

• C 3 (Siklus Calvin-Benson) 1. Senyawa pertama terbentuk adalah senyawa dg 3 atom C yaitu PGA (Phospho Glyceric Acid) 2. Ru. BP (Ribulose mono-P) + CO 2 Ru. BP carboxilase 2 PGA 3. Enzim Ru. BP Carboxilase (RUBISCO) 4. Ru. BP Carboxilase dihambat secara kompetitif oleh O 2, shg jika O 2 meningkat fotosintesis turun 5. Titik kompensasi CO 2 tinggi 6. Fotorespirasi tinggi (respirasi oleh jaringan fotosintetik; tergantung pd cahaya [light dependent]; pemecahan KH yg baru dibentuk dr proses fotosintesis) 7. Khlorofil ada di mesofil 8. Sel bundle sheath sedikit/tidak punya 9. Siklus Calvin

Siklus Calvin-Benson (Fiksasi CO 2 tanaman C 3)

Mekanisme fotosintesis tanaman C 3

• C 4 (Siklus Hatch-Slack) 1. Senyawa pertama terbentuk: senyawa dg 4 atom C spt asam aspartat, malat dan oksaloasetat 2. PEP (Phosphoenol Piruvat) + CO 2 PEP Carboxylase As Oksaloasetat 3. Enzim PEP Carboxylase mempunyai afinitas yang sangat besar thd CO 2 shg tidk tergantung pd konsentrasi oksigen 4. Titik kompensasi CO 2 rendah 5. Fiksasi CO 2 awal tjd pd mesofil, lalu asam yg terbentuk ditransport ke sel bundle sheath. Di sel bundle sheath asam didekarboksilasi melepaskan CO 2 yang akan masuk ke siklus Calvin peningkatan konsentrasi CO 2 PEP kembali masuk siklus Hatch-Slack 6. Banyak sel bundle sheath 7. Fotorespirasi rendah CO 2 hasil respirasi dimanfaatkan lagi dalam siklus Hatch. Slack dan Siklus Calvin 8. Siklus Hatch-Slack dan Siklus Calvin 9. Enzim RUBISCO dan PEP-Carboxylase

Jalur Hatch Slack (Fiksasi CO 2 tanaman C 4)

Mekanisme fotosintesis tanaman C 4

Mekanisme fotosintesis tanaman C 4

C 4: Hatch-Slack pathway & Calvin cycle

Mekanisme fotosintesis tanaman C 4 Next

• Sel bundle sheath

• Penampang melintang anatomi daun C 3 (a) dan C 4 (b)

Penampang melintang anatomi daun C 4

• CAM (Crassulacean Acid Metabolism) 1. Mekanisme fiksasi CO 2 mirip C 4 yaitu - tdp siklus Hatch-Slack dan Calvin - enzim PEP dan Ru. BPcarboxilase 2. Perbedaan tanaman C 4 dan CAM C 4 : tjd pada ruang yang berbeda CAM: tjd pada waktu yang berbeda 3. Pada malam hari: Stomata membuka Fiksasi CO 2 membentuk asam oksaloasetat dan malat oleh enzim PEP karboksilase 4. Siang hari Stomata menutup (mengurangi transpirasi) Dekarboksilase melepaskan CO 2 yg selanjutnya digunakan (masuk) pada siklus Calvin 5. Tumbuhan sukulen

CAM Stomata open

Perbedaan mekanisme fotosintesis tanaman C 4 dan CAM Next

SEKIAN