Struktur dan Fungsi Sel Tumbuhan

Pengertian Struktur dan Fungsi Sel. Sel merupakan unit fungsional dan struktural dasar dari suatu makhluk hidup. Secara struktural, sel dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik. Penamaan eukariot dan prokariot ini didasari oleh ada tidaknya membran pada nukleus.

Organisme yang tidak memiliki membran nucleus disebut organisme prokariot, sedangkan organisme yang memiliki membran nucleus disebut organisme eukariot.

Kata prokariot berasal dari bahasa Yunani, yaitu pro dan karyon. Pro artinya sebelum dan karyon artinya inti sel. Demikian pula istilah eukariot berasal dari kata eu dan karyon. Eu artinya sebenarnya dan karyon artinya inti sel.

Pada sel eukariotik yang memiliki membran nukleus, cairan dalam intinya (nukleoplasma) terpisah dengan cairan yang berada di luar nukleus (sitoplasma).

Fungsi Struktur Susunan Sel
Fungsi Struktur Susunan Sel

Membran Plasma-Membran Sel

Membran sel berupa selaput tipis, disebut juga plasmalema. Tebal membran antara 5-10 nm (1nm = 1×109 m). Membran sel merupakan bagian terluar sel dan tersusun secara berlapis lapis.

Bahan penyusun membran sel yaitu lipoprotein yang merupakan gabungan antara lemak dan protein. Membran sel mengandung kira-kira 50% lipid dan 50% protein. Lipid yang menyusun membran sel terdiri atas fosfolipid dan sterol.

Fosfolipid memiliki bentuk tidak simetris dan berukuran panjang. Salah satu ujung fosfolipid bersifat mudah larut dalam air (hidrofilik), yang disebut dengan ujung polar.

Bagian sterol bersifat tidak larut dalam air (hidrofobik) yang disebut dengan ujung nonpolar. Fosfolipid tersusun atas dua lapis.

Protein membrane sel dibedakan menjadi Protein Ekstrinsik (Perifer) dan Protein Intrinsik (Integral).

Protein Ekstrinsik (Perifer)

Protein ini letaknya tersembul di antara dua lapis fosfolipid. Protein ekstrinsik bergabung dengan permukaan luar membran dan bersifat hidrofilik yaitu mudah larut dalam air.

Protein Intrinsik (Integral)

Protein ini letaknya tenggelam di antara dua lapis fosfolipid. Protein intrinsik bergabung dengan membran dalam dan bersifat hidrofobik yaitu tidak mudah larut dalam air.

Sifat hidrofilik pada kedua sisi membran plasma menyebabkan membran plasma bersifat selektif permeabel sehingga ada molekul-molekul yang hanya dapat melewati membran dari luar ke dalam sel, atau hanya dapat melewati membran dari dalam ke luar sel saja. Namun, ada pula molekul yang dapat melewati membran dari dalam ke luar sel maupun sebaliknya.

Jadi Sifat dari membran sel ini adalah selektif permiabel artinya adalah dapat dilalui oleh air dan zat-zat tertentu yang terlarut di dalamnya.

Penyusun membran sel yang berupa karbohidrat berikatan dengan molekul protein yang bersifat hidrofilik sehingga disebut dengan glikoprotein.

Adapun karbohidrat yang berikatan dengan lipid yang bersifat hirofilik disebut dengan glikopolid.

Sifat dari membran sel ini adalah selektif permiabel artinya adalah dapat dilalui oleh air dan zat-zat tertentu yang terlarut di dalamnya.

Fungsi Membran Sel Membran Plasma

Membran sel memiliki beberapa fungsi diantaranya adalah sebagai pelindung sel, mengendalikan pertukaran zat, dan tempat berlangsunya reaksi kimia.

Fungsi utama membran plasma, yaitu sebagai pengatur lalu lintas berbagai zat yang keluar dan zat yang masuk dari dan ke dalam sel secara selektif permeabel.

Membran plasma berfungsi juga sebagai pembatas yang memisahkan bagiam dalam sel dengan cairan ekstraseluler yang mengelilinginya untuk memelihara homeostatis sehingga dapat melindungi sel.

Inti Sel (Nukleus)

Nukleus merupakan organel terbesar sel, dengan ukuran diameter antara 10-20 nm. Nukleus memiliki bentuk bulat atau lonjong. Nukleus dibatasi oleh dua lapisan membran yang disebut membrane inti.

Membran inti memiliki fungsi sebagai pelindung inti sel dan sebagai tempat pertukaran zat antara materi inti dan sitoplasma. Inti sel memiliki bagian-bagian di dalamnya, seperti berikut ini.

Fungsi Nukleus

Nukleus merupakan organel sel yang berfungsi mengendalikan atau mengatur seluruh aktivitas yang terjadi di dalam sel.

Cairan Inti (Nukleoplasma Matrik Inti)

Nukleoplsma adalah plasma yang terdapat di dalam nucleus. Nukleoplasma atau Cairan inti merupakan suatu cairan kental berbentuk jeli. Cairan inti ini mengandung senyawa kimia yang sangat kompleks.

Nukeloplasma tersusun dari asam inti yaitu DNA dan RNA, Protein inti yaitu nucleoprotein, dan enzim. Di dalam nukleoplama terdapat benang benang kromatin.

Anak Inti (Nukleolus)

Nukleolus atau Anak inti adalah suatu struktur berbentuk bulat yang tersusun atas filamen-filamen dan butiran-butiran. Nukleolus berukuran antara 3 – 5 milimikron.. Secara kimiawi, anak inti mengandung DNA, RNA, dan protein. Nukleolus berperan dalam pembentukan RNA ribosom.

Kromatin

Kromatin adalah struktur berupa benang- benang halus yang mengandung DNA (deoxyribonucleic acid) yang terikat pada protein dasar yang disebut Histon. DNA merupakan bahan atau substansi genetik dari suatu organisme. Pada saat pembelahan sel, kromatin akan memendek dan melingkar membentuk kromosom.

Sitoplasma

Sel memiliki suatu cairan yang berada di antara membran sel dan inti sel. Cairan tersebut dinamakan dengan sitoplasma. Sitoplasma merupakan cairan koloid kompleks tempat terletaknya organel- organel sel dan substansi sel yang tidak hidup.

Di dalam sitoplasma terlarut molekul-molekul kecil seperti garam, gula, asam amino, asam lemak, nukleotida, vitamin, dan gas-gas tertentu, serta ion dan sejumlah besar protein. Bahan cair sitoplasma ini, disebut sitosol. Sejumlah enzim yang diperlukan untuk metabolisme sel juga terdapat di sitoplasma.

Di dalam sitoplasma berlangsung beberapa proses metabolisme sel, seperti sintesis protein dan respirasi sel. Di dalam sitoplasma terdapat organel- organel, seperti mitokondria, ribosom, reticulum endoplasma, badan Golgi, lisosom, mikrobodi, dan sentriol.

Organel Sel

Organel sel terdapat di dalam sitoplasma diantaranya adalah mitokondria, ribosom, reticulum endoplasma, badan Golgi, lisosom, mikrobodi, dan sentriol

Retikulum Endoplasma (RE)

Retikulum endoplasma merupakan sistem yang sangat luas, membrane di dalam sel berupa saluran-saluran dan tabung pipih. Membran ini lebih tipis dari membran plasma. Retikulum endoplasma tersusun dari lipoprotein.

Retikulum endoplasma ada dua macam, yaitu retikulum endoplasma kasar dan retikulum endoplasma halus.

Retikulum Endoplasma Kasar (REK)

Retikulum endoplasma kasar ditempeli dengan ribosom yang tersebar merata pada permukaannya. Ribosom merupakan tempat sintesis protein.

Protein yang sudah terbentuk kemudian akan diangkut ke bagian dalam retikulum endoplasma, dan kemudian disimpan di dalam membran yang berkantong yang disebut vesikula.

Retikulum Endoplasma Halus (REH)

Retikulum endoplasma halus tidak ditempeli oleh ribosom. Permukaan REH ini menghasilkan enzim yang dapat mensintesis fosfolipid, glikolipid, dan steroid.

Fungsi retikulum endoplasma antara lain:

Penghubung selaput luar inti dengan sitoplasma, sehingga menjadi penghubung materi genetik antara inti sel dengan sitoplasma, berfungsi sebagai Transport protein yang disintesis dalam ribosom; dan Biosintesis  fosfolipid, glikolipid, dan sterol.

Ribosom

Ribosom tersusun dari RNA (tRNA) dan protein. Ribosom merupakan butiran halus yang tersebar dalam sitoplasma atau melekat pada reticulum endoplasma kasar. Fungsi ribosom adalah untuk sintesis protein.

Lisosom

Lososom merupakan organel berbentuk kantong yang terbungkus oleh selapis membrane. Lisosom mengandung enzim hidrolitik yang disebut lisozim. Lososom banyak terdapat pada sel sel yang melakukan fagositosis, seperti leukosit, monosit, dan limfosit. Fungsi lisosom adalah mencerna materi yang diambil secara endositosis. Menghancurkam selnya sendiri dengan melepaskan semua isi lisosom dalam sel (autolisis). Menghancurkan organel sel yang sudah tidak berfungsi lagi (autofage).

Sentrosom

Sentrosom adalah suatu daerah yang agak padat di dalam protoplasma, terletak di dekat inti sel. Di bagian tengah sentrosom terdapat dua buah benda kecil seperti titik, berbentuk tongkat, atau benda-benda seperti huruf V yang disebut sentriol. Fungsi memegang peranan penting dalam pembelahan sel.

Mitokondria

Mitokondria merupakan organela penghasil energi dalam suatu sel. Mitokondria memiliki bentuk bulat tongkat dan berukuran panjang antara 0,2-5 mikrometer dengan diameter 0,5 mikrometer.

Fungsi Struktur Susunan Organel Sel Mitokondria
Fungsi Struktur Susunan Organel Sel Mitokondria

Mitokondria disusun oleh bahan- bahan antara lain fosfolipid dan protein. Mitokondria mempunyai dua lapisan membran, yaitu membran luar dan membran dalam. Permukaan pada membran luar halus, sedangkan pada membran dalam banyak terdapat lekukan- lekukan ke dalam yang disebut krista. Lekukan- lekukan ini akan memperluas bidang permukaannya.

Krista berfungsi dalam penyerapan oksigen untuk respirasi. Proses respirasi akan menghasilkan energi. Mitokondria berfungsi untuk tempat respirasi sel atau sebagai tempat pengahasil energi.

Di dalam krista terdapat enzim untuk sistem transmite electron yang sangat penting dalam mengubah energi potensial dari bahan makanan menjadi energi potensial yang disimpan di dalam ATP.

ATP sebagai bahan bakar yang merupakan sumber energi untuk melakukan proses kegiatan pada  makhluk  hidup.

Plastida

Salah satu organel yang khas pada tumbuhan adalah plastida. Plastida merupakan organel menyerupai kantung yang dibatasi oleh dua lapis membran. Plastida terdapat beberapa macam, yaitu kloroplas, kromoplas, dan leukoplas.

Kloroplas

Kloroplas memiliki pigmen- pigmen fotosintesis, di antaranya klorofil (zat hijau daun) dan karotenoid (zat warna kuning atau oranye). Pigmen pigmen tersebut berperan penting dalam proses fotosintesis, yaitu sebagai penangkap gelombang cahaya.

Fungsi Struktur Susunan Organel Sel Kloroplas
Fungsi Struktur Susunan Organel Sel Kloroplas

Klorofil beserta enzim- enzim yang berperan dalam reaksi terang (satu dari dua reaksi pada fotosintesis) berada di dalam struktur membran yang disebut grana (tunggal: granum). Granum terbentuk dari tilakoid, yang merupakan kantung- kantung pipih yang bertumpuk.

Sementara itu, stroma adalah matriks cairan di bagian luar sistem membran grana. Pada stroma terdapat enzim-enzim yang berperan dalam reaksi gelap pada fotosintesis.

Kromoplas

Kromoplas merupakan plastida yang mengandung pigmen warna selain hijau. Biasanya kromoplas berwarna kuning, merah, oranye, atau cokelat.

Sejauh ini, masih belum ditemukan fungsi yang pasti dari kromoplas, terutama pada tanaman tinggi. Diperkirakan, kromoplas yang banyak terdapat di bunga dapat menarik serangga untuk mendatangi bunga dan menyerbukinya.

Sementara itu pada tumbuhan rendah, seperti alga, pigmen pada kromoplas berfungsi sebagai pigmen fotosintetik.

Leukoplas

Leukoplas merupakan plastida yang tidak memiliki zat warna. Berbeda dengan dua tipe plastida yang lain, leukoplas tidak menyimpan pigmen, tetapi menyimpan bahan-bahan makanan cadangan.

Umumnya, berupa pati (karbohidrat) atau minyak. Leukoplas banyak terdapat di bagian tumbuhan yang tidak terkena cahaya, seperti akar dan umbi.

Vakuola.

Vakuola merupakan organel yang terdapat di tumbuhan. Vakuola berisi air yang mengandung berbagai mineral, gula, asam- asam organik dan bahan- bahan lain. Sel sel muda memiliki beberapa vakuola yang berukuran kecil.

Namun, pada sel dewasa satu vakuola yang berukuran besar terkadang mendominasi sel. Pada umumnya, sel- sel hewan tidak memiliki vakuola. Akan tetapi, protozoa dapat membentuk vakuola makanan, tempat makanan diperoleh dan dicerna. Sisa makanan ditampung dalam vakuola kontraktil untuk dibuang.

Dinding Sel

Salah satu struktur yang hanya dimiliki oleh sel tumbuhan adalah dinding sel. Dinding sel berada di bagian luar membran sel. Ketika sel menyerap air, dinding sel berfungsi mencegah sel menggembung melewati batas maksimum.

Umumnya dinding sel tersusun dari dua lapis senyawa selulosa, di antara kedua lapisan selulosa tadi terdapat rongga yang dinamakan lamela tengah yang dapat terisi oleh zat- zat penguat seperti lignin, kitin, pektin, suberin, dan lain-lain.

Tidak seperti membran sel, dinding sel memiliki pori yang dapat melewatkan berbagai jenis zat. Pada beberapa jenis tumbuhan dewasa, selnya membentuk dinding sekunder.

Selain itu, pada dinding sel tumbuhan kadang- kadang terdapat celah yang disebut noktah. Pada noktah atau pit sering terdapat penjuluran sitoplasma yang disebut plasmodesma yang berfungsi menghubungkan sel satu dengan yang lain.

Mikrotubulus

Mikrotubulus adalah pipa- pipa yang panjang dan halus yang telah ditemukan pada berbagai jenis sel, baik tumbuh- tumbuhan maupun hewan. Mikrotubulus terdiri dari protein.

Fungsi Mikrotubulus untuk mempertahankan bentuk sel hewan dan mengarahkan gerakan komponen- komponen sel, selain itu juga membantu dalam pembelahan sel mitosis.

Badan Golgi

Badan golgi terdiri dari suatu jaringan tak teratur dari benda- benda seperti batang, bulat, atau berbutir- butir pada sel- sel hewan, yang sering terpusat di sekitar nucleus.

Badan golgi banyak terdapat pada sel -sel kelenjar dan saraf, tetapi hanya sedikit pada sel -sel otot.

Fungsi badan golgi adalah untuk ekskresi sel, pembentukan dinding sel, dan pembentukan lisosom.

Secara garis besar, perbedaan antara struktur hewan dengan tumbuhan bisa dilihat pada Tabel berikut.

Daftar Pustaka:

  1. Starr, Cecie. Taggart, Ralph. Evers, Christine. Starr, Lisa, 2012, “Biologi Kesatuan dan Keragaman Makhluk Hidup”, Edisi 12, Buku 1, Penerbit Salemba Teknika, Jakarta.
  2. Fatehiyah. Arumingtyas, Laras, Estri. Widyarti, Sri. Rahayu, Sri, 2011, “Biologi Molekular, Prinsip Dasar Analisis”, PT Penerbit Erlangga Jakarta.
  3. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri,1983, “Biologi”, Jilid 1, Edisi Kelima, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  4. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri. 1983, “Biologi”, Jilid 2, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta.
  5. Schlegel, H.G., 1994, “Mikrobiologi Umum”, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
  6. Hartanto, L.N., 2004, “Biologi Dasar”, Edisi Ketiga, Penerbit Penebar Swadaya, Yogyakarta.
  7. Ardra.Biz, 2019, “Struktur dan Fungsi Sel, Beda sel prokariotik dan sel eukariotik, Fungsi eukariot, Fungsi prokariot, Contoh Organisme tidak punya membran nucleus, Fungsi Membran Plasma, Susunan Struktur Membran Sel, Ukuran Membran sel, Fungsi Struktur plasmalemma pada sel,
  8. Ardra.Biz, 2019, “Bahan penyusun membran sel, Jenis Protein membrane sel, Protein Ekstrinsik (Perifer), Protein Intrinsik (Integral), Pengertian Membran Sel selektif permeable, Yang menyebabkan membran selektif permeable, Fungsi Protein Ekstrinsik (Perifer), Fungsi Protein Intrinsik (Integral),Pengertian Sifat Hidrofilik Hidrofobik Fosfolipid, Fungsi Membran Sel Membran Plasma, cairan ekstraseluler,
  9. Ardra.Biz, 2019, “homeostatis, Fungsi Inti Sel (Nukleus), Ukuran inti sel  Nukleus, Fungsi membrane inti, Susunan Struktur Inti Sel, Fungsi Cairan Inti (Nukleoplasma Matrik Inti), Penyusun Nukleoplasma, Anak Inti (Nukleolus), ukuran Nukleolus atau Anak inti, Penyusun Anak Inti, Kandungan anak inti,
  10. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Kromatin, Fungsi Kromatin, Struktur Penyusun kromatin, Pengertian Histon kromatin, Pengertian Sitoplasma, Fungsi sitoplasma, Struktur penyusun sitoplasma, kandungan sitoplasma, Pengertian sitosol, Fungsi sitosol, Pengertian Organel Sel, Contoh Organel sel, Retikulum Endoplasma (RE), Fungsi Retikulum endoplasma,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Susunan Retikulum Endoplasma, Jenis Retikulum Endoplasma, Fungsi retikulum endoplasma kasar, Fungsi retikulum endoplasma halus, Pengertian Retikulum Endoplasma Kasar (REK), Fungsi  vesikula, Pengertian Retikulum Endoplasma Halus (REH), Enzim Retikulum Endoplasma, Fungsi Ribosom,
  12. Ardra.Biz, 2019, “Struktur Susunan Ribosom,  Fungsi Lisosom, Struktur susunan lisosom, Kandungan lisosom, Pengertian endositosis autolisis autofage, Pengertian Sentrosom, Fungsi sentrosom, penyusun sentrosom, Fungsi Mitokondria, Struktur penyusun Mitokondria, ukuran mitokrondria,
  13. Ardra.Biz, 2019, “kandungan mitokrondria, Fungsi krista mitokrondria, enzim sistem transmite electron, Pengertian Plastida,  fungsi plastida, Jenis Plastida, Fungsi kloroplas, Fungsi kromoplas, Fungsi  leukoplas, Penyusun Kloroplas, Fungsi klorofil zat hijau daun, Fungsi karotenoid (zat warna kuning atau oranye), Fungsi pigmen- pigmen kloroplas,
  14. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian dan Fungsi grana, Penyusun Granum, Fungsi tilakoid, Fungsi Granum, Fungsi stroma, Pengertian dan Fungsi Stroma, Pengertian Fungsi Kromoplas, Warna kromoplas, Pengertian dan Fungsi Leukoplas, Kandungan leukoplas, penyususn Leukoplas, Pengertian dan Fnngsi Vakuola, Kandungan Penyusun Vakuola, Pengertian dan Fungsi Dinding Sel,
  15. Ardra.Biz, 2019, “Struktur penyusun dinding sel, kandungan dinding sel, Fungsi noktah pada dinding sel, Fungsi plasmodesma, Fungsi Mikrotubulus, Fungsi Badan Golgi,

Tahapan Reaksi Terang Gelap Proses Fotosintesis Tumbuhan.

Pengertian Fotosintesis. Dengan adanya energi cahaya atau matahari tumbuhan hijau dapat membuat makanannya sendiri. Pembuatan makanan ini hanya terjadi pada bagian tumbuhan yang mengandung klorofil.

Pada tumbuhan tingkat tinggi seperti tumbuhan paku dan tumbuhan biji,  klorofil terdapat pada sel batang muda, buah yang belum matang, dan pada daun.
Organ- organ tumbuhan tersebut merupakan tempat terjadinya proses fotosintesis. Karena tumbuhan mampu membuat makanan sendiri, maka tumbuhan disebut sebagai organisme autotrof.

Fotosintesis merupakan proses penyusunan atau pembentuk senyawa organic karbohidrat dengan bantuan cahaya matahari. Komponen – komponen yang terlibat selama proses fotosintesis berlangsung adalah cahaya matahari, gas karbondioksida, molekul air, dan pigmen fotosintesis.

Fotosintesis terjadi pada sel yang mempunyai klorofil atau pigmen hijau. Klorofil terdapat pada kloroplas. Kloroplas merupakan organel utama dalam proses fotosintesis.

Bentuk kloroplas berlembar- lembar dan dibungkus oleh membran. Bagian di sebelah dalam membran dinamakan stroma, yang berisi enzim-enzim yang diperlukan untuk proses fotosintesis.

Di dalam kloroplas terdapat lembaran- lembaran datar yang saling berhubungan, disebut tilakoid. Beberapa tilakoid bergabung membentuk suatu tumpukan yang disebut grana.

Reaksi total yang terjadi selama proses fotosintesis adalah:

6 CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Reaksi Fotosintesis
Fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan, berlangsung melalui dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Gambar berikut dapat memberikan penjelasan yang lebih sederhana.

Reaksi Terang Gelap Fotosintesis, Siklus Calvin Benson
Reaksi Terang Gelap Fotosintesis, Siklus Calvin Benson

Reaksi Terang Pada Fotosintesis

Reaksi terang, yaitu reaksi fotosintesis yang memerlukan cahaya. Reaksi terang merupakan reaksi ketika energy matahari digunakan oleh pigmen fotosintesis dan terjadi di grana atau tumpukan tilakoid. Jadi reaksi ini bergantung pada cahaya matahari.

Pada reaksi ini terjadi pemecahan molekul- molekul air menjadi hidrogen, oksigen, dan sejumlah energi. Pada reaksi terang, terjadi  pengubahan energi cahaya matahari menjadi energi kimia.

Energi yang terbentuk kemudian disimpan dan dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk reaksi gelap.

Reaksi terang merupakan tahap awal serangkaian reaksi yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Phosphat) dan NADPH (Nicotinamida Adenin Dinucleotid Phosphat).

Jadi Reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH. Untuk menangkap sinar matahari (foton), tumbuhan menggunakan seperangkat alat yaitu fotosistem. Fotosistem merupakan molekul protein yang tertanam pada membrane tilakoid.

Ada dua macam fotosistem yaitu fotosistem I dan fotosistem II.

Fotosistem I.

Di  dalam fotosistem I terdapat molekul klorofil yang terletak pada pusat reaksi dari fotosistem I dan dinamakan P700. Disebut dengan P700 karena sangat baik dalam menyerap energy cahaya matahari dengan panjang gelombang 700 nanometer.

Fotosistem II

Di dalam fotosistem II terdapat molekul klorofil yang terletak pada pusat reaksi fotosistem II dan dinamakan P680. Disebut P680 karena sangat baik dalam menyerap energy cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer.

Tehapan Reaksi Terang

  • Penangkapan cahaya matahari oleh fotosistem. Ketika sinar foton mengenai fotosistem, salah satu elektronnya tereksitasi keluar. Dan ketika electron kembali pada kedudukan semula, electron tersebut mangeluarkan energy.
  • Setelah fotosistem menyerap energy matahari, energy ini digunakan untuk fotolisis yaitu memecah molekul air.
  • Air akan pecah menjadi ion hydrogen (2H+), gas oksigen (O2) dan electron (e).
  • Ion hydrogen 2H+ ditangkap NADP+ menjadi NADPH.
  • Gas Oksigen O2 dilepas ke udara
  • Elektron bebas yang terbentuk akan mengalami pemindahan atau transfer electron melalui fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik

Foton dari Cahaya matahari yang mengenai fososistem akan menyebabkan elektron tereksitasi dan keluar dari fotosistem.

Elektron yang dihasilkan ini akan keluar dan masuk ke sistem transfer elektron. Reaksi transfer elektron ini dapat dibedakan menjadi reaksi nonsiklik dan reaksi siklik

Jalur Reaksi Transfer Elektron Siklik

Pada jalur transfer electron siklik hanya dihasilkan ATP. Electron bergerak berputar dalam siklus dari fotosistem I ke system transfer electron dan kembali ke fotosistem I.

Gambar berikut dapat menjelaskan perputaran electron dalam siklus dan pembentukan energi ATP dengan lebih sederhana. Istilah Tranfer electron terkadang disebut juga transport electron.  Istilah system kadang diganti dengan istilah rantai. Yang sebenarnya digunakan untuk pengertian yang sama.

Rantai Transpor Elektron Siklik Reaksi Terang Fotosintesis
Rantai Transpor Elektron Siklik Reaksi Terang Fotosintesis

Jalur elektron siklik dimulai setelah kompleks pigmen fotosistem I menyerap energi matahari. Energi foton menyebabkan electron tereksitasi. Electron tereksitasi memiliki energi yang tinggi

Pada jalur ini, elektron berenergi tinggi (e) meninggalkan pusat reaksi fotosistem I, tetapi akhirnya elektron itu kembali lagi.

Elektron berenergi (e) meninggalkan fotosistem I (dari pusat reaksi klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron kemudian meneruskannya ke system transfer elektron dan akhirnya kembali ke fotosistem I.  Electron yang kembali ini akan segera menggantikan electron yang tereksitasi akibat foton sinar matahari.

Pada sistem transferr elektron, pembawa electron (electron carrier) mengalirkan atau memindahkan elektron dari satu pembawa electron ke pembawa electron berikutnya, yaitu dari Feredoksin (Fd), Plastoquinon (Pq), Komplek Sitokrom (Cty), dan terakhir ke  Plastosianin (Pc).

Ketika bergerak dalam system transfer electron tersebut, electron akan melepaskan energi yang kemudian energi akan digunakan untuk pembentukan ATP.

ATP terbentuk karena adanya penambahan gugus fosfat P pada senyawa ADP ( Adenosin Di Phosphat) seperti reaksi berikut.

ADP + P –>ATP

Pembentukan ATP yang terjadi melalui rute transfer electron siklis disebut dengan Fotofosforilasi Siklis. Fotosistem I ini umumnya ditemukan pada bakteri dan mikroorganisme autotrof lainnya.

Jalur Reaksi Transfer Elektron Nonsiklik

Pada jalur transfer electron nonsiklik dihasilkan ATP dan NADPH. Electron yang tereksitasi bergerak dari fotosistem II ke system transfer electron kemudian ke fotosistem I lalu ke sistem transfer electron baru dan berakhir pada reaksi pembentukan NADPH. Disini electron tidak kembali ke fotosistem II.

Gambar berikut menjelaskan pergerakan electron dalam jalur nonsiklus yang disertai pembentukan energi ATP dn NADPH dengan cara yang lebih sederhana.

Rantai Transpor Elektron Nonsiklik Reaksi Terang Fotosintesis
Rantai Transpor Elektron Nonsiklik Reaksi Terang Fotosintesis

Reaksi ini dimulai ketika kompleks pigmen fotosistem II (P 680) menyerap energi cahaya dan menyebabkan terksitasinya electron. Electron yang dihasikan memiliki energi yang tinggi. Kemudian elektron berenergi tinggi ini meninggalkan molekul pusat reaksi (klorofil a) sehingga Fotosistem II kehilangan electron.

Selanjutnya, Fotosistem II mengambil elektron dari hasil penguraian air (fotolisis) melalui reaksi berikut.

H2O –> 2H+ + 2e + 1/2 O2

Sedangkan Oksigen hasil fotolisis dilepas oleh kloroplas sebagai gas oksigen meninggalkan sel. Sementara itu, ion hidrogen (H+) untuk sementara waktu tinggal di ruang tilakoid.

Elektron- elektron berenergi tinggi meninggalkan fotosistem II dan ditangkap oleh akseptor elektron dan kemudian dikirim ke sistem transfer elektron. Pada system transfer electron, electron ini dibawa oleh pembawa electron plastoquinone (pq), Komplek sitokrom (Cty ), dan plastosianin (pc).

Selama proses transfer electron tersebut, electron melepaskan energi yang kemudian ditangkap oleh ADP menjadi ATP. Selanjutnya elektron mencapai fotosistem I.

Pada reaksi ini, elektron yang dilepas fotosistem II tidak kembali lagi ke fotosistem II. Pembentukan ATP dari reaksi nonsiklik ini disebut juga Fotofosforilasi Nonsiklik.

Ketika fotosistem I menyerap energi cahaya, elektron- elektron berenergi tinggi meninggalkan pusat reaksi (klorofil a) dan ditangkap oleh akseptor elektron. Elektron yang terlepas dari fotosistem I segera digantikan oleh elektron dari fotosistem II.

System transfer electron memindah elektron- elektron ini melalui pembawa electron Feredoksin (Fd). Selanjutnya Electron ditransfer ke NADP+. Tahap berikutnya NADP+ mengikat ion H+ membentuk NADPH2, seperti reaksi berikut.

NADP+ + 2e + 2H+ –> NADPH + H+

Electron tersebut digunakan untuk mereduksi NADP+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate) menjadi NADPH.

Dengan demikian jalur elektron nonsiklis menghasilkan ATP, dan NADPH. Energi ATP  dan NAPDH yang dihasilkan dalam elektron nonsiklik akan digunakan dalam reaksi tahap kedua proses sintesis karbohidrat yaitu pada tahap reaksi gelap.

Catatan: Ion ion hydrogen H+ yang berada dalam kompartemen tilakoid bergerak melalui bagian interior ATP sintase. Gerakan aliran ini disebabkan oleh adanya gradien kosentarasi dari ion hydrogen tersebut.

Aliran ion H+ menyebabkan ATP sintase mengikatkan gugus fosfat P ke ADP sehingga terbentuk ATP.

Reaksi Gelap Pada Fotosintesis.

Reaksi gelap disebut juga reaksi Siklus Calvin Benson. Reaksi gelap adalah reaksi yang tidak tergantung atau memerlukan cahaya secara langsung. Dalam reaksi gelap berlangsung serangkaian reaksi pembentukan gula dengan menggunakan gas karbondioksida CO2 dan hidrogen dari air.

Reaksi ini berlangsung dengan bantuan ATP dan NADPH yang dihasilkan dari reaksi terang. Hasil dari reaksi gelap adalah molekul karbon berenergi tinggi seperti glukosa, fruktosa, dan amilum.

Siklus Calvin Benson

Proses pembentukan glokosa dari CO2 melalui Siklus Calvin berlangsung dalam tiga tahap, yaitu tahap fiksasi, tahap reduksi, dan tahap regenerasi.

Gambar berikut menjelaskan reaksi reaksi yang terjadi pada pembentukan Glukosa melalui siklus Calvin- Benson dengan cara yang lebih sederhana.

Reaksi Pembentukan Glukosa Melalui Siklus Calvin Benson Fotosintesis
Reaksi Pembentukan Glukosa Melalui Siklus Calvin Benson Fotosintesis

Tahapan Reaksi Gelap.

  • Tahap Fiksasi Karbondioksida.

Gas CO2 dari lingkungan akan berdifusi ke dalam daun dan akan difiksasi (bergabung untuk bereaksi) oleh RuBP (ribulose Biphosphat), suatu molekul yang mengandung atom 5-C hingga terbentuk molekul fosfogliserat (PGA = 3-fosfogliserat atau 3-phosphoglycerate). PGA ini memiliki tiga karbon.

Penambatan enam CO2 oleh enam RuBP akan menghasilkan dua belas PGA. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ribulose bifosfat karboksilase (Rubisco). Adapun Reaksinya adalah sebagai berikut:

6 CO2 +6  RuBP –> 12 PGA

  • Tahap Reduksi PGA

Pada tahap ini, tiap molekul PGA menerima gugus fosfat dari ATP serta ion hydrogen H+ dan electron dari NADPH. ATP yang digunakan pada reaksi ini adalah ATP dari reaksi terang.

Reaksi reduksi PGA oleh NADPH ini akan membentuk dua belas PGAL (glyceraldehyde-3-phosphat atau glukosa 3-fosfat, G3P).

Dua PGAL diantaranya bergabung dan membentuk satu molekul glukosa enam karbon. Kemudian Glukosa masuk ke reaksi untuk membentuk karbohidrat lain seperti sukrosa dan kanji.

  • Tahap Regenerasi

Tahap regenerasi adalah tahap pembentukan kembali RuBP. Sepuluh PGAL yang tersisa dari tahap reduksi akan menerima gugus fosfat dari ATP dan membentuk RuBP.

Dengan terbentuknya RuBP, maka reaksi penambatan CO2 dapat berlangsung lagi, sehingga siklus Calvin berjalan kembali.

Contoh Soal Ujian Reaksi Terang dan Gelap Fotosintesis

Soal 1. Di antara pernyataan di bawah ini yang benar adalah ….
a. fotosintesis merupakan proses pemecahan air
b. fotosintesis memerlukan karbohidrat dan air
c. fotosintesis dapat berlangsung tanpa adanya klorofil
d. fotosintesis membentuk

Soal 2. Pernyataan di bawah ini yang tidak berhubungan dengan reaksi gelap, yaitu ….
a. reaksi fotosintesis yang tidak memerlukan cahaya
b. reaksi yang disebut juga dengan siklus Calvin
c. reaksi fotosintesis yang memerlukan cahaya
d. serangkaian reaksi pembentukan gula dengan menggunakan CO2 dan hidrogen dari air

Soal 3. Faktor dari dalam tubuh tumbuhan yang mempengaruhi laju fotosintesis, yaitu ….
a. ketersediaan air
b. cahaya
c. suhu
d. umur daun

Daftar Pustaka:

  1. Starr, Cecie. Taggart, Ralph. Evers, Christine. Starr, Lisa, 2012, “Biologi Kesatuan dan Keragaman Makhluk Hidup”, Edisi 12, Buku 1, Penerbit Salemba Teknika, Jakarta.
  2. Ardra.Biz, 2019, “Kata dalam artikel. Contoh Soal Ujian Fotosintesis Pada Tumbuhan dengan Pengertian Fotosintesis. Pengertian Fotosistem atau Pengertian Reaksi Terang dan Gelap.
  3. Arumingtyas, Laras, Estri. Widyarti, Sri. Rahayu, Sri, 2011, “Biologi Molekular, Prinsip Dasar Analisis”, PT Penerbit Erlangga Jakarta.
  4. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri,1983, “Biologi”, Jilid 1, Edisi Kelima, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  5. Ardra.Biz, 2019, “Tahapan siklus reaksi terang secara singkat. Pengertian Fotosistem I dan II dengan  Contoh Reaksi terang dan gelap Fotosintesis.  
  6. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri. 1983, “Biologi”, Jilid 2, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta.
  7. Schlegel, H.G., 1994, “Mikrobiologi Umum”, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
  8. Hartanto, L.N., 2004, “Biologi Dasar”, Edisi Ketiga, Penerbit Penebar Swadaya, Yogyakarta.
  9. Ardra.Biz, 2019, “Kata dalam artikel. Contoh Soal Ujian Fotosintesis Pada Tumbuhan dengan Pengertian Fotosintesis. Pengertian Fotosistem atau Pengertian Reaksi Terang dan Gelap.
  10. Ardra.biz, 2019, “Pengertian Tahap Regenerasi Pada Fotosintesis dengan Tahap Reduksi PGA. Tahapan Reaksi Terang dan Gelap pada Proses Fotosintesis Tumbuhan.
  11. Ardra.Biz, 2019, “Tahapan siklus reaksi terang secara singkat. Pengertian Fotosistem I dan II dengan  Contoh Reaksi terang dan gelap Fotosintesis.  Tahap Fiksasi Karbondioksida dengan  tempat terjadinya reaksi gelap terang fotosintesis.
  12. Ardra.Biz, 2019, “Jalur Reaksi Transfer Elektron Siklik Fotosintesis, Produk Transpor Elektron Siklik, Gambar Sistem Rantai Transfer Elektron Siklik, Pengertian Fungsi Fotosistem, Beda Fotosistem I dan II, Fungsi Energi Foton Fotosintesis, Fungsi Akseptor Elektron, Fungsi Rantai Transpor Elektron,
  13. Ardra.Biz, 2019, “Jenis Pembawa Elektron Fotosintesis, Electron Carrier Feredoksin (Fd), Electron Carrier Plastoquinon (Pq), Electron Carrier Komplek Sitokrom (Cty), Electron Carrier Plastosianin (Pc), Fungsi Electron Carrier Fotosintesis, Fungsi Gugus Fosfat Fotosintesis, Pengertian Fotofosforilasi Siklis, Contoh Tumbuhan dangan Fotosistem I,
  14. Ardra.Biz, 2019, “Jalur Reaksi Transfer Elektron Nonsiklik, Produk dari system transfer electron nonsiklik, Fungsi air pada reaksi nonsiklik, Fungsi NADPH, Gambar Rantai Transpor Elektron Nonsiklik, Fungsi Pusat Reaksi Fotosistem, Pengertian P680 dan P700, Pengertian fotolisis,
  15. Ardra.Biz, 2019, “reaksi fotolisis fotosintesis, Reaksi Pembentukan ATP adenosin trifosfat, Tempat reaksi fotosintesis, fungsi tilakoid, fungsi grana, Fungsi ADP pada rantai transfer electron, Pengertian Fotofosforilasi Nonsiklik,
  16. Ardra.Biz, 2019, “Fungsi pembawa electron Feredoksin (Fd), Reaksi reduksi pembentukan NADPH, Fungsi ATP sintase pada fotosintesis,
  17. Ardra.Biz, 2019, “Gambar Siklus Calvin, Reaksi Siklus Calvin, Fungsi Enzim ribulose bifosfat karboksilase (Rubisco), Reaksi Tahap Fiksasi Karbon Dioksida, Tahap Reduksi Siklus Calvin, Fungsi NADPH pada siklus Calvin, Reaksi reduksi Siklus Calvin, Reaksi Tahap Regenerasi Siklus Calvin,