KLOROPLAS (Adnan, UNM)

Click here to load reader

  • date post

    12-Jun-2015
  • Category

    Documents

  • view

    5.858
  • download

    40

Embed Size (px)

description

1Adnan dan Nasaruddin (Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar Dosen Pertanian UNHAS)KLOROPLAS DAN FOTOSINTESISA. PENDAHULUANSemua energi yang digunakan makhluk hidup (tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme) berasal dari matahari. Energi cahaya dari matahari diasorbsi oleh tumbuhan hijau dan selanjutnya dikonversi menjadi energi kimia pada proses fotosintesis. Fotosintesis adalah suatu mekanisme penyusunan energi pada tanaman berklorofil dengan bantuan cahaya melalui reaksi oksidasi

Transcript of KLOROPLAS (Adnan, UNM)

1

Adnan dan Nasaruddin (Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar Dosen Pertanian UNHAS)

KLOROPLAS DAN FOTOSINTESIS

A. PENDAHULUAN

Semua energi yang digunakan makhluk hidup (tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme) berasal dari matahari. Energi cahaya dari matahari diasorbsi oleh tumbuhan hijau dan selanjutnya dikonversi menjadi energi kimia pada proses fotosintesis. Fotosintesis adalah suatu mekanisme penyusunan energi pada tanaman berklorofil dengan bantuan cahaya melalui reaksi oksidasi-reduksi.

Gambar 12. 1. Hukum Termodinamika. http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture4metabolism.ppt

Hukum termodinamika pertama menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, misalnya energi matahari dapat diubah menjadi energi kimia, dan energi kimia dapat diubah menjadi energi gerak. Sedangkan hukum termodinamika kedua menjelaskan bahwa jika energi

mengalami perubahan bentuk, maka sebagian energi dilepaskan dalam bentuk panas (gambar 12.1) Pada tumbuhan hijau terdapat sejumlah plastida, misalnya kloroplas, amiloplas, dan elaioplas. Diantara plastida tersebut, kloroplas merupakan plastida yang sangat penting di dalam proses fotosintesis. Kloroplas pada sel tumbuhan dijumpai pada sel-sel parenkim, utamanya parenkim palisade dan bunga karang yang terdapat pada jaringan mesofil daun. Kloroplas merupakan salah satu organel yang dibatasi oleh membrane ganda, yaitu membrane luar dan membran dalam. Membran dalam mengalami sejumlah mdifikasi membentuk tilakoid-tilakoid dan grana. Pada membrane tilakoid dang ran terdapat pigmen klorofil yang sangat peka terhadap cahaya. Pigmen tersebut memegang peranan yang sangat penting di dalam proses fotosintesis. Bagian dalam kloroplas dinamakan stroma, di dalamnya terdapat DNA dan ribosom. Pada peristiwa fotosintesis berlangsung proses perubahan bahan-bahan anoganik (air dan karbondioksida) menjadi bahan organik (karbohidrat) dengan bantuan cahaya dan klorofil. Fotosintesis terdiri atas dua fase, yaitu fase terang atau fase cahaya dan fase gelap atau fase fiksasi CO2. Fase terang berlangsung pada membran tilakoid/grana, sedangkan fase gelap berlangsung di dalam stroma. Reaksi fotosintesis adalah :

Gambar 12.2. Lokasi Berlangsungnya Fotosintesis. http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture4metabolism.ppt

3

B. STRUKTUR KLOROPLAS

Kloroplas merupakan organel tempat berlangsungnya fotosisintesis Bentuk koloroplas pada berbagai jenis tuimbuhan cukup bervariasi, antara lain berbentuk mang-kuk, bentuk pita, hingga bentuk menyerupai lensa. Pada tumbuhan rendah seperti chlamydomonas, kloroplas berbentuk mangkuk, dan pada spyrogyra bentuknya menyerupai bangun pita. Pada tumbuhan tinggi, kloroplas berbentuk menyerupai lensa. Ukuran kloroplas pada tumbuhan tinggi panjangnya berkisar 510 um, dan jumlahnya berkisar 50 200/sel. Bentuk dan struktur kloroplas ditunjukkan pada gambar 12.3 dan 12.4. Kloroplas merupakan organel berbatas membran ganda. Setiap membran memiliki ketebalan berkisar 70o-80o. Membran kloroplas terdiri atas membran luar dan membran dalam yang dipisahkan oleh ruang antar membran dengan lebar kurang lebih 10 nm. Ruang antar membran mengandung molekul-molekul nutrien sitosol.

Gambar 12.3 Penampakan kloroplas pada tumbuhan tinggi bila dilihat dari samping dan atas (Thorpe, 1984).

Membran luar permiabel terhadap sejumlah senyawa dengan berat molekul rendah seperti nukleotida, fosfat organik, derivat-derivat fosfat, asam karboksilat dan sukrosa. Membran dalam bekerja sebagai pembatas fungsional antara sitosol dan stroma. Membran dalam tidak permiabel terhadap sukrosa, sorbitol, dan berbagai anion, misalnya di dan trikarboksilat, fosfat, dan senyawa-senyawa seperti nukleotida dan gula fosfat, namun demikian bersifat permiabel terhadap CO2, asam-asam monokarboksilat tertentu seperti asam asetat, asam gliserat, dan asam glikolat. Pada membran dalam terdapat sejumlah

protein pembawa tertentu untuk mengangkut fosfat, fosfogliserat, dihidroksi aseton fosfat, dikarboksilat, dan ATP. Membran bagian dalam terdiri atas kantung-kantung membran berbentuk pipih yang dinamakan tilakoid. Tilakoid terdapat di dalam stroma. Tilakoid terdiri dari dua bentuk, yaitu bentuk cakram pipih dan bentuk lamella. Tumpukan beberapa tilakoid yang berbentuk cakram pipih disebut grana., dan masing-masing tilakoidnya disebut tilakoid grana (grana lamella). Tilakoid yang memanjang ke arah stroma dinamakan tilakoid stroma (grana lamella) yang menghubungkan tilakoid grana. Setiap tilakoid memiliki ruang dalam yang dinamakan lokulus.

Gambar 12.4. Struktur daun dan kloroplas http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture4metabolism.ppt

Pada membran tilakoid terdapat enzim-enzim untuk melaksnakan reaksi fotosintesis yang bergantung cahaya. Klorofil, pembawa elektron, dan faktor-faktor yang menggabungkan transpor elektron dengan fosforilasi terdapat pada membran tilakoid. Bagian dalam kloroplas terdapat stroma yang mengandung enzim-enzim yang penting bagi assimilasi CO2 dan mengubahnya menjadi karbohidrat. Selain itu, pada stroma juga dijumpai butir pati, plastoglobulin (tempat menyimpan lipida, terutama plastokuinon dan tokoforilkuinon), ribosom, dan DNA.

5

C. KOMPOSISI KIMIA KLOROPLAS

Membran tilakoid terdiri atas lipida kurang lebih 50%. Kurang lebih 10% lipida terdiri atas fosfolipida. Lipida yang khas bagi klorofil yaitu galaktolipida dan sulfolipida yang terdiri adas masing-masing 45 % dan 4% dari total lipida. Selain itu juga terdapat molekul-molekul lipida seperti klorofil kira-kira 20% dari total membran tilakoid, karotenoid, dan plastokuinon

Tabel 12.1 Komponen utama tilakoid grana dan tilakoid stroma (Sheeler dan Bianchii, 1983)

Tilakoid StromaTotal klorofil 278* Klorofil a 238 Klorofil b 40 P700 2,5 21 - karoten Lutein 10 Violaxanthin 15 Neoxanthin 8 Fosfolipida 76 Monogalaktosil digliserida 231 Digalaktosil digliserida 172 Sulfolipida 65 Sitochrom b ( total) 1,0 Sitokhrom f 0,5 Manganese 0,3 *Nilai dalam mikromol pergram komponen protein membran.

Tilakoid Grana401 281 130 0,6 17 29 20 16 66 214 185 59 3,4 0,7 3,2

Klorofil merupakan pigmen fotosintesis yang sangat penting. Di alam dikenal ada sembilan jenis klorofil, yaitu klorofil a, b, c, d, e, bakterioklorofil a, bakterioklorofil b, klorobium klorofil 650 dan klorobium. Klorofil pada tanaman pembuluh dan briophyta terdapat di dalam kloroplas, yaitu di dalam membran tilakoid. Klorofil tidak efektif mengabsorbsi cahaya hijau sehingga lebih banyak direfleksikan (dipantulkan) dan ditransmisikan (diteruskan). Hal inilah yang menyebabkan mengapa klorofil tampak berwarna hijau. Bagian dari spectrum cahaya yang diserap oleh klorofil selama proses fotosintesa dapat ditentukan dengan menempatkan suatu larutan klorofil di dalam alkohol diantara suatu sumber cahaya dan suatu prisma kaca. Spektrum yang terbentuk berbeda dengan spektrum cahaya putih yang tidak melewati klorofil. Spektrum cahaya yang

melewati larutan klorofil, panjang gelombang yang diserap terlihat sebagai pita-pita gelap dan dinamakan pita-pita serapan. Posisi pita-pita gelap dalam spektrum klorofil menunjukkan panjang gelombng mana yang diserap. Terlihat bahwa banyak dari cahaya merah, bitu dan violet yang diserap yang merupakan panjang gelombang yang banyak digunakan dalam fotosintesis. Sebagian merah dan sebagian besar kuning, jingga dan hijau tidak diserap sama sekali (Arbaya dan Sasmitamihardja, 1982),

Gambar 12.4 Struktur Kimia Klorofil http://www.ualr.edu/~botany/photosynthrxns.gif

Proses fotosintesis berlangsung dalam plastida dari organisme sel yang disebut kloroplas. Di dalam kloroplas mengandung pigmen klorofil yang berwarna hijau sebagai pigmen utama penyerap cahaya dan karotenoid sebagai pigmen pelengkap. Tumbuhan tinggi mengandung dua macam klorofil yaitu klorofil a dan b, sedang karotenoid yang paling banyak terdapat dalam tumbuhan adalah b karoten dan lutein. Karotenoid adalah senyawa hidrokarbon yang terdistribusi dalam tanaman dengan kisaran warna kuning, dijumpai di dalam kloroplas dan kromatofor lain. Seperti halnya dengan klorofil, beberapa karotenoid mengirim energi eksitasinya ke pusat reaksi. Pigmen karotenoid ( karoten dan lutein) hanya mengabsorbsi cahaya biru dan ungu, sedang cahaya hijau, kuning, orange dan merah dipantulkan. Karotenoid bagi tanaman juga berperan untuk melindungi

7

klorofil dari kerusakan akibat oksidasi pada intensitas cahaya tinggi. Apabila kita bandingkan pengaruh berbagai panjang gelombang terhadap laju fotosintesis, maka akan diperoleh spektrum Action pada kisaran panjang gelombang daerah cahaya tampak (visible light). Karotenoid alami dapat berupa likopene berwarna merah pada tomat dan -karoten, berwarna kuning. Karotenoid pada tanaman berfungsi untuk melindungi klorofil dari fotooksidasi dan dapat menyerap serta memindahkan energi cahaya ke klorofil a.

Gambar 12.5 Struktur Kimia Karoten

D. Struktur dan Sifat Genom KloroplasSeperti halnya mitokondria, kloroplas memiliki molekul DNA (ct DNA) yang berbentuk melingkar (sirkuler). DNA biasanya terdapat dalam kopi berganda sebanyak 20 hingga 60 ctDNA per kloroplas. Berat ct DNA berkisar 85-140 x 106 dalton dengan panjang berkisar 45 um 60 um, hal ini bergantung pada speciesnya. ct DNA mengkode lebih dari 150 protein dengan berat molekul berkisar 50.000 dalton, kurang lebih sama dengan jumlah protein yang terdapat di dalam kloroplas. Namun demikian tidak semua protein dikode oleh Ct DNA. Replikasi dan differensiasi dikontrolsebagian oleh genom inti dan sebagian lagi oleh ctDNA. Protein stroma dan protein membran tilakoid yang dikode oleh DNA inti dan dibentuk oleh ribosom sitoplasmik, yaitu sub unit kecil enzim ribulosa difosfat karboksilase, enzim-enzim lain daur Calvin, asam nukleat polimerase, dan aminoasil