perolehan energi pada sel

PEROLEHAN ENERGI PADA SEL

Sel membutuhkan masukan energi dari sumber luar.Energy memasuki sebagian ekosistem dalam bentuk cahaya matahari, sumber energi bagi tumbuhan dan organisme bagi fotosintetik lainnya.Sel memamen energi kimiawi yang tersimpan dalam molekul organik dan menggunakannya untuk ATP, molekul yang menggerakan sebagian besar kerja seluler.Fotosintesis menyediakan makanan bagi hampir seluruh kehidupan di dunia bagi secara langsung ataupun tidak langsung.

Autotrof memberi dirinya sendiri dengan menelan molekul organik.Fotoautotrof menggunakan energi matahari untuk mensintesis molekul organik dari CO₂dan H₂O.heterotrof menelan molekul organik dari organisme lain untuk memperoleh energi dan karbon. Pada eukariota autrofik, fotosintesis terjadi dalam kloroplas, organel yang mengandung membran tilakoid dari stroma kloroplas.

Cahaya merupakan suatu bentuk energy elektromagnetik, yang merambat sebagai gelombang.Warna yang kita lihat sebagai cahaya-tampak merupakan bagian spektum elektromagnetik.Pigmen merupakan bahan yang menyerap cahaya tampak dengan panjang gelombang tertentu. Kerja spectrum fotosintesis tidak benar-benar sama dengan spectrum absorpsi klorofil a, suatu pigmen fotosintetik utama dalam tumbuhan, kerja pigmen aksesoris (klorofil bdan berbagai karatenoid) menyerap panjang gelombangcahaya yang berbeda dan member energinya ke klorofil a.

Reaksi terang dalam grana menghasilkan ATP dan menguraikan air, melepas O₂dan membentuk NADPH dengan mentransfer electron dari air ke NADP⁺.Siklus Kelvin dalam stroma membentuk gula dan CO_2, dengan menggunakan ATP untuk energi dan NADPH untuk pereduksi.

Siklus Kelvin merupakan jalur metabolisme dalam stroma kloroplas. Suatu enzim (rubisjko) menggabungkan CO₂dengan ribulosa bisfosfat (RUBP), gula berkarbon lima. Kemudian, dengan menggunakan electron dari NADPH dan energy dari ATP, siklus ini mensintesis gula berkarbon-tiga gliseraldehida 3-fosfat.

A.  Fotosintesis mengubah energi cahaya menjadi energy kimia dalam makanan

Enzim-enzim fotositesis dan molekul-molekul lain dikelompokan bersama dalam membran biologis,memungkinkan terlaksananya serangkaian reaksi kimia yang dibutuhkan dengan efisien.Proses fotosintesis kemungkinan besar bermula dalam sekelompok bakteri yang memiliki wilayah-wilayah membran plasma yang melipat ke dalam dan mengandung kumpulan molekul semacam itu:Pada bakteri fotosintetik yang masih ada,membran fotosintetik yang melipat ke dalam berfungsi mirip dengan membran internal kloroplas,organel eukariotik.

Kloroplas: Tempat Fotosintesis pada Tumbuhan

Seluruh bagian hijau tumbuhan,termasuk batang hijau dan buah yang belum matang,memiliki kloroplas,namun daun merupakan tempat utama fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan.Warna daun berasal dari klorofil (chlorophyll),pigmen hijau yang terletak di dalam kloroplas.Energi cahaya yang diabsorsi (diserap)oleh kloropil menggerakan sintesis molekul organik dalam kloroplas.Kloroplas terutama ditemukan

dalam sel masofil(mesophyll), jaringan di interior daun. Karbon dioksida memasuki daun,dan oksigen keluar, melalui pori-pori makroskopik yang disebut stomata (tunggal stoma;dari kata Yunani yang berarti ‘mulut’). Air yang siserap akan diangkut kedaun melalui pembuluh.Daun juga menggunakan oembuluh untuk mengekspor gula ke akar dan bagian-bagian nonfotosintetik lainnya dari tumbuhan.

Sel mesofil biasanya memiliki sekitar 30 sampai 40 kloroplas,yang masing-masing berukuran sekitar 2-4 um . Selaput yang terdiri dari dua membran yang menyelubungi stoma,cairan kental didalam kloroplas. Suatu sistem rumit yang terdiri dari kantong-kantong bermembran yang saling terhubung yang disebuttilakoid(thylakoid), memisahkan stoma dari kompartemen lain, yaitu interior tilakoid,atauruang tilakoid.

Menyusuri Perjalanan Atom dalam Fotosintesis:Peneliti Ilmiah

Selama beradab-adab ilmuan telah berusaha untuk memahami proses pembuatan makanan oleh tumbuhan.Jika ada cahaya,bagian-bagian hijau dari tumbuhan menghasilkan senyawa-senyawa organik dan oksigen dari karbon dioksida dan air.Dengan menggunakan rumus-rumus molekul,kita dapat merangkum serangkaian reaksi kimia yang kompleks dalam fotosintesis dengan persamaan kimia ini:

6CO₂ + 12 H₂O + Energi cahaya C₆ H₁₂ + O₆ + 6 O₂ + 6 H₂ O

Kita dapat melihat bahwa perubahan kimia keseluruhan selama fotosintesis merupakan kebalikan dari perubahan kimia keseluruhan yang terjadi dalam respirasi selular.

Penguraian Air

            Salah satu petunjuk pertama dari mekanisme fotosintesis berasal dari penemuan bahwa O₂ yang dilepas oleh tumbuhan berasal dari H₂ O,bukan dari CO₂ .Kloroplas memecah air menjadi hidrogen dan oksigen.Sebelum penemuan ini, hipotesis yang mendominasi adalah bahwa fotosintesis memecah karbon dioksida (CO_{2 -} C + O₂ ) dan kemudian menambahkan air ke karbon (CO_2 - C + H₂ O [CH₂ O] ). Hipotesis ini mempediksi bahwa O₂ yang dilepas selama fotosintesis berasal dari CO₂.Beberapa percobaan menunjukan bahwa O₂ dari tumbuhan berlabel¹⁸O hanya jika air merupakan sumber perunut (percobaan 1). Jika ¹⁸ diintroduksi ke tumbuhan dalam bentuk CO₂ ,label itu tidak muncul dalam O₂ yang dilepaskan (percobaan 2).

Fotosintesis sebagai Proses Redoks

            Selama respirasi seluler,energi dilepaskan dari gula ketila elektron yang berasosiasi dengan hidrogen dilihat oleh molekul pembawa ke oksigen, membentuk air sebagai produk sampingan .Elektron kehilangan energi potensial saat ‘jatuh’ menuruni rantai transpor  elektron menuju oksigen yang elektronegatif ,dan mitokondria memanfaatkan energi tersebut untuk mengintesis ATP.Fotosintesis membalik arah aliran elektron. Air dipecah, dan elektron ditransfer bersama-sama ion hidrogen dari air ke karbion dioksida, yang mereduksinya menjadi gula. Karena elektron mengalami peningkatan energi potensial saat bergerak dari air  ke gula, proses ini membutuhkan energi, atau dengan kata lain bersifat endorgenik. Dorongan energi ini disediakan oleh cahaya matahari.

Dua Tahap Fotosintesis: Pendahuluan

            Sebenarnya,fotosintesis bukanlah sutu proses tunggal,melaikan dua proses,yang masing-masing terdiri dari banyak langkah. Kedua tahap fotosintesis dikenal sebagai reaksi terang (light reaction,bagianfoto dari fotosintesis) dan siklus Calvin (Calvin cyle,bagian sintesis)

Sumber  : campbell et al. 1999

Reaksi terang merupakan tahap-tahap fotosintesis yang mengubah energi surya menjadi energi kimia. Air dipecah,menyediakan sumber elektron dan proton (ion hidrogen  H⁺ ) serta melepaskan O₂sebagai produk sampingan.Reaksi terang menggunakan tenaga surya untuk mereduksi NADP⁺  menjadi NADPH dengan cara menambahkan sepasang elektron bersama-sama dengan H⁺. Reaksi terang juga menghasilkan ATP,memenggunakan kemiosmosis untuk memberikan tenaga dari penambahan gugus fosfat ke ADP, proses yang disebut fotofosforisasi

(photophosphorylation ). Perhatikan bahwa reaksi terang tidak menghasilkan gula; pembentukan gula terjadi pada tahap kedua fotosintesis ,yaitu siklus Calvin.Siklus Celvin diawali dengan penggabungan CO₂dari udara ke dalam molekul organik yang sudah ada dalam kloroplas. Penggabungan karbon ke dalam senyawa organik pada awal siklus ini disebut fiksasi karbon (carbon fixation ). Siklus Calvin kemudian mereduksi karbon yang terfiksasi menjadi karbohidrat melalui penambahan elektron. Tenaga pereduksi disediakan oleh NADPH,yang menerima muatan elektronnya dalam dalam reaksi terang. Langkah-langkah metabolik pada siklus Calvin terkadang disebut sebagai reaksi gelap,atau reaksi tak-bergantung-cahaya,sebab tidak ada satu pun dari langkah itu yang membutuhkan cahaya secara langsung. Bagaimana pun juga, siklus Calvin pada sebadgian besar tumbuhan terjadi pada siang hari,karena hanya pada itulah reaksi terang dapat menyediakan NADPH dan ATP yang dibutuhkan oleh siklus Calvin.

            Seperti yang diindikasikan oleh peraga,tilokoid kloroplas merupakan tempat berlangsungnya reaksi terang,sedangkan siklus Calvin terjadi dalam stoma. Dalam tilakoid, molekul NADP⁺  mengambil elektron, sedangkan ADP mengandung fosfat . NADP dan ATP kemudian dilepaskan ke stroma, tempat kedua molekul tersebut memaikan peran krusial dalam siklum Calvin.Kedua tahap fotosintesis dalam peraga tersebut diperlakukan sebagai modul metabolik yang mengambil bahan penyusun dan menghasilkan produk. Langkah kita berikutnya untuk memahami fotosintesis adalah dengan mempelajari lebih dekat bagaimana kedua tahap itu bekerja,diawali dengan reaksi terang.

B.   Reaksi terang mengubah energy matahari menjadi energy kimiawi berupa ATP dan NADPH

Tilakoid kloroplas mengubah energy cahaya menjadi energy kimiawi dalam bentuk ATP dan NADPH .untuk memahami pengubahan ini dengan lebih baik, terlebih dulu kita perlu mempelajari sifat-sifat penting cahaya.

Sifat-Sifat Alami Cahaya Matahari

Cahaya merupakan bentuk energy yang dikenal sebagai energy elektromagnetik atau disebut radiasi.Jarak anatr puncak-puncak gelombang elekromagnetik disebut panjang gelombang.Panjang gelombang berkisar antara kurang dari satu nanometer ( untung sinar gamma) hingga lebih dari kilometer (untuk gelombang radio) . keseluruhan kisaran radiasi disebut spectrum elektromagnetik.

Sumber : campbell et al.

Segmen yang paling penting bagi kehidupan adalah pita sempit yang panjang gelombangnya berkisar antara kira-kira 380-750 nm.Radiasi ini disebut cahaya tampak.  Model cahaya sebagai gelombang menerangkan banyak sifat-sifta cahaya . Tetapi dalam hal tertentu cahaya itu berperilaku seperti tersusun atas partikel-partikel diskret , yang disebut foton.  Foton bukanlah objek kasat mata, tetapi foton itu bertindak seperti objek  yang memiliki jumlah energy yang tetap.

Bagain spectrum yang dapat kita lihat-cahaya-tampak- juga merupakan radiasi yang menggerakkan fotosintesis.Biru dan merah, dua panjang gelombang yang paling efektif diserap oleh klorofil, merupakan warna yang paling bermanfaat sebagi energy untuk reaksi terang.

Pigmen Fotosintetik; Reseptor Cahaya

Bahan-bahan yang menyerap cahaya-tampak disebut pigmen. Pigmen yang berbeda akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda, dan panjang gelombang yang diserapakan menghilang. Jika suatu pigmen diterangi dengan cahaya putih, warn ayang kita lihat ialah warna yang paling dipantulkan atau diteruskan oleh pigmen yang bersangkutan. Misalnya kita melihat warna hijau saat kita melihat daun karena klorofil menyerap cahaya merah dan biru ketika diteruskan dan memantulkan cahaya hijau.

Sumber : Campbell et al. 1999

Pigmen-pigmen penangkap cahaya diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu klorofil, karotenoid, dan fikobilin.

Klorofil mengabsorpsi cahaya dengan panjang gelombnag 400-500nm ( violet dan cahaya biru) dan 600-700 nm (orange dan cahaya merah). Pigmen ini menyebabkan warna hijau pada tumbuhan.

Karotenoid mengabsorpsi cahay, terutama dengan panjang gelombnag 400-500 nm.Kuning, oranye, dan merah merupakn warna yang direflesikan oleh karotenoid sehingga memberikan warna tersebut pada wortel, jeruk, tomat, dan daun tumbuhan tertentu.

Fikobilin hanya ditemukan pada sianobakteri fotosintetik dan alga merah.Pigmen tersebut mengabsorpsi cahay dengan panjang gelombang 450-650 nm.( Sudjadi, bagod.2006;49)

Fotoeksitansi Klorofil

Warna yang bersesuaian dengan panjang gelombnag yang diserap akan menghilang dari spectrum cahaya yang diteruskan dan dipantulkan, tetapi energinya tidak hilang. Ketika molekul menyerap suatu foton, salh satu electron molekul dinaikkan ke suatu orbital di mana electron tersebut memilki energy potensial yang lebih tinggi. Ketika electron berada pada orbital normalnya, molekul pigmen dikatakan  berada dalam keadaan dasarnya. Setelah penyerapan foton mendorong electron ke orbital yang energinya lebih tinggi, molekul pigmen dikatakan dalam keadaan tereksitasi. Satu-satunya foton yang diserap ialah foton yang energinya tepat sama dengan perbedaan energy antara keadaan dasar dan keadaan tereksitasi, dan selisih energy ini beragam dari satu jenis atom atau molekul ke jenis lainnya. Dengan demikian, senyawa tertentu menyerap hanya foton yang bersesuaian dengan panjang gelombnag tertentu, karena itulah setipa pigmen memiliki spectrum absorpsi yang unik.

Energy dari foton yang diserap diubah menjadi energy potensial electron yang dinaikkan dari keadaan dasar keadaan  tereksitasi. Tetapi  elektron  ini tidak dapat menetap di sana terlalu lama karena keadaan ynag tereksitasi, seperti semua keadaan berenergi tinggi lainnya, bersifat tidak stabil.

Sebagia pigmen, termasuk krofil, selain memnacrakan panas juga memancarkan cahaya setelah menyerap foton.Electron melompat ke keadaan energy yang lebih tinggi, dan ketika electron itu kembali ke keadaan dasrnya, foton dilepas.Pasca-pijar ini disebut fluoresensi. Jika larutan klorofil yang diisolasi dari klorofil diterangi, larutan ini akan berfluoresensi ( berpendar) dalam bagian merah spectrum dan juga melepas panas. Fotosistem: Kompleks Pengumpul – Cahaya dari Membran Tilakoid

Pada lingkungan aslinya dalam membrane tilakoid, klorofil tersususn bersama protein dan molekul organic yang lebih kecil lainnya menjadi fotosistem .fotosistem memilki “kompleks antena” pengumpul – cahaya yang tersusun atas suatu kumpulan dari beberapa ratus klorofil α ,dan b , dan molekul karotenoid.

Ketika setiap molekul  antenna menyerap foton, energinya disalurkan dari molekul pigmen ke molekul pigmen lain sehingga energy tentang molekul klorofil α  terentu. Hanya molekul klorofil ini yang ditempatkan di dearah fotosistem yang disebut pusat reaksi.Di mana terjadi reaksi kimiawi pertama fotosintesis yang digerakkan – cahaya.Dalam reaksi reduksi-oksidasi molekul klorofil α di pusat reaksi kehilangan salah satu elektronnya yang berpindah ke akseptor electron primer.Reaksi redks terjadi apabila cahaya mengeksitasi electron ke tingkat energy yang lebih tinggi dalam klorofil dan akseptor elektrob itu dapat kembali ke keadaan dasar dalam molekul klorofil.Klorofil yang terisolasi berfluotesensi karena tidak ada lagi aksepor electron untuk mencegah agar electron dari klorofil terfotoeksitasi tidak turun kembali ke keadaan dasar. Dalam kloroplas,molekul akseptor berfubgsi seperti bendungan yang mencegah kemerosotan tiba-tiba elektrob berebergi-tinggi ini kembali ke keadaan dasarnya.

Membrane tilakoid dipenuhi oleh dua jenis fotosistem yang bekerja secara bersama dalam reaksi terang fotosintesis .kedua jenis itu disebut fotosistem I dan fotoistem II. Masing –masing memiliki  pusat reaksi yang khas.

Klorofil pusat-reaksi fotosistem I dikenal sebagai P700 karena pigmen ini paling baik dalam menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang 700nm (bagian spectrum yang sangat merah0. Klorofil pada pusat reaksi fotosistem II  disebut P680 karena spectrum absorpsi memiliki puncak pada 680 nm (juga bagian spectrum merah). Kedua pigmen ini, P700 dan P680, sebenarnya merupakan molekul klorofil α yang identic. Akan tetapi, keterkaitan dengan protein yang berbeda dalam membrane tilakoid mempengaruhi distribusi electron dalam molekul klorofil dan menjadi penyebab adanya sedikit perbedaan pada sifat penyerapan-penyerapan.

Selama reaksi terang fotosintesis , terdapat dua kemungkinan rute untuk aliran electron. Yaitu ;

1.      Aliran electron non siklik

2.      Aliran electron siklik

Aliaran electron nonsiklik

SIKLIK

NON SIKLIK

Ø  Cahaya diabsorpsi oleh pigmen di dalam FS I. Ø  Electron berenergi yang berasal dari P700 diteruskan ke suatu akseptor electron. Ø  Electron berenergi dipancarkan mellaui system traspor electron dan dikembalikan ke pusat reaksi P700. Ø  ATP diperbarui kemiosmosis sebagi hasil dari aliran electron siklik.

Ø  Cahaya diabsorpsi oleh pigmen di dalam FS I dan II. Ø  Electron berenergi berasal dari P680 dan P700 FS I. Ø   Fotolisis terhadap air mengisi kekosongan electron di dalam P680 , proton dan ksigen dilepaskan. Ø  Aksepor electron  berenergi  meneruskan electron berenergi ke system traspor electron yang memancarkan ke pusat reaksi P700 FS I. Ø  Akseptor electron untuk P700 meneruskan electron berenergi ke rantai transport electron yang lain dan memutar NADP +  membentukNADPH. Ø  ATP diperbarui oleh kmiosmosis sebagai hasil dari aliaran electron nonsiklik serta melepaskan proton hasil fotolisis.

Aliaran electron siklik 

C.      Siklus Calvin menggunakan ATP  dan NADPH untuk mengubah CO₂ menjadi gula

Siklus Calvin merupakan jalur metabolisme yang serupa dengan siklus Krebs yang berarti bahwa materi awal diregeneasi setelah molekul memasuki dan meninggalkan siklus ini.Siklus Calvin merupakan jalur metabolisme dalam stroma kloroplas.

Karbon memasuki siklus Calvin dalam bentuk CO₂ dan keluar dalam bentuk gula, tetapi sebenarnya bukan glukosa melainkan gula berkarbon tiga yang dinamai gliseraldehida3-fosfat.Siklus ini menggunakan ATP sebagai sumber energi dan mengkonsumsi NADPH sebagai tenaga pereduksi untuk penambahan electron berenergi-tinggi untuk membuat gula.

Untuk selisih sintesis satu molekul gula ini, siklus ini harus terjadi tiga kali, yang mengikat (memfiksasi) tiga molekul CO₂.

Proses siklus kelvin ;

 

Terdapat 3 fase dalam Siklus Calvin :

Fase 1 : Fiksasi Carbon

Siklus Calvin memasukkan setiap molekul CO₂ dengan menautkannya pada gula berkarbon lima yang dinamai ribosa bifosfat (RuBP), dengan bantuan enzim RuBP karboksilase atau rubisko yang berfungsi mengkatalis langkah pertama ini.

Produk reaksi ini ialah intermediet berkarbon enam yang demikian tidak stabilnya sehingga terurai separuhnya untuk membentuk dua molekul 3-fosfogliserat (untuk setiap CO₂).

Fase 2 : Reduksi

Setiap molekul 3-fosfogliserat menerima gugus fosfat baru. Suatu enzim mentransfer gugus fosfat dari ATP, membentuk 1,3-bisfosfogliserat sebagai produknya. Selanjutnya, sepasang electron yang disumbangkan NADPH mereduksi 1,3-bisfosfogliserat menjadi G3P.

Perhatikan gambar di atas, untuk setiap tiga molekul CO2, terdapat enam molekul G3P.Tetapi hanya satu molekul dari gula berkarbon-tiga ini dapat dihitung sebagai selisih perolehan karbohidrat. Siklus ini mulai dengan 15 karbon dari karbohidrat dalam bentuk tiga molekul gula berkarbon lima dalam RuBP. Sekarang terdapat nilai 18 karbon karbohidrat dalam bentuk enam molekul G3P. Satu molekul keluar siklus untuk digunakan oleh sel tumbuhan, tetapi lima molekul lainnya harus didaur-ulang untuk meregenerasi tiga molekul RuBP.

Fase 3 : Regenerasi akseptor CO2 (RuBP)

Dalam suatu rangkaian reaksi yang rumit, rangka karbon yang terdiri atas lima molekul G3P disusun-ulang oleh langkah terakhir siklus Calvin menjadi tiga molekul RuBP. Untuk menyeleseikan ini, siklus menghabiskan tiga molekul ATP. RuBP sekarang siap untuk menerima CO2 kembali, dan siklusnya berlanjut.

Untuk selisih sintesis satu molekul G3P, siklus Calvin ini secara keseluruhan mengkonsumsi Sembilan molekul ATP dan enam molekul NADPH. 

FootNote :

·         Siklus Calvin : Tahapan kedua dari dua tahapan utama fotosintesis (setelah reaksi terang), melibatkan fiksasi CO2 atmosferik dan reduksi karbon hasil fiksasi tersebut menjadi karbohidrat.

·         ATP : Nukleosida trifosfat mengandung adenine yang mengeluarkan energy bebas ketika ikatan fosfatnya dihidrolisis. Energi ini digunakan untuk menggerakkan reaksi endergonik (yang memerlukan energi) dalam sel.

·         Rubisko : enzim yang berfungsi mengkatalisis fiksasi karbon.

·         Fiksasi Karbon : Penggabungan karbon dari CO2 ke dalam suatu senyawa organic oleh organisme autotrofik (tumbuhan, organisme fotosintetik lainnya, atau bakteri kemoautotrofik)

·         Reduksi : Perolehan electron olehsuatu substansi yang terlibat dalam reaksi redoks.

D.   Mekanisme alternatif untuk fiksasi karbon telah berevolusi di daerah beriklim panas dan kering

Fotorespirasi: Relik Evolusi?

Pada sebagian besar tumbuhan, fiksasi awal karbon terjadi melalui rubisko, enzim siklus Calvin yang menambahkan CO₂ ke ribulosa bifosfat.Tumbuhan semacam itu disebut tumbuhan C₃ (C₃ plant) karena produ organic pertama dari fiksasi karbon merupakan senyawa berkarbon tiga, 3-fosfogliserat.Rubisko dapat mengikat O₂sebagai sebagai ganti CO₂.Fotorespirasi merupakan jalur metabolic yang mengonsumsi oksigen dan ATP, melepaskan CO₂, dan menurunkan keluaran fotosintetik.Fotorespirasi umumnya terjadi pada hari yang panas, kering, dan terang, saat stomata menutup dan konsentrasi oksigen dalam daun melebihi CO₂.

Fotorespirasi merupakan bawaan evolusi relic metabolic dari masa terdahulu ketika atmosfer mengandung lebih sedikit O₂ dan lebih banyak CO₂ daripada saat ini.Pada beberapa kasus, fotorespirasi memainkan peran pelindung pada tumbuhan.Tumbuhan yang memiliki kelainan dalam hal kemampuannya melakukan fotorespirasi (akibat gen yang cacat) lebih rawan terhadap kerusakan yang dipicu oelh cahaya berlebihan.Pada banyak tipe tumbuhan termasuk berbagai jenis tanaman pangan fotorespirasi menghabiskan hingga 50 % karbon yang difiksasi oleh siklus Calvin.

                Anomali pemanfaatan oksigen oleh kloroplas.Gangguan karboksilasi akibat adanya interaksi antara RUBISCO dengan oksigen. Proses yang mengarah pada pembentukan hanya satu molekul PGA pada reaksi gelap dalam kloroplas. Rubisco – ribulosa bifosfat karboksilase/ oksigenas.e Rubisco mengkatalisis reaksi pengikatan O₂pada RuBP.2‐fosfoglikolat. Glikolat (peroksisom).Glisin (mitokondria)

Sumber :www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespiras

Sumber :www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespirasi.

Tumbuhan C₄

Anatomi daun yang unik berkorelasi dengan mekanisme fotosintesis C₄. Pada tumbuhan C₄ ada dua tipe sel fotosintetik yang berbeda: sel seludang berkas-pembuluh dan sel mesofil. Sel seludang berkas-pembuluh(bundle-sheath cell) tersusun menjadi seludang-seludang yang di kemas rapat di sekitar urat daun.Di antara seludang berkas-pembuluh dan permukaan daun terdapat sel mesofil(mesophyll cell) tersusun lebih longgar.Siklus Calvin hanya berlangsung di kloroplas sel seludang berkas-pembuluh.Akan tetapi, siklus tersebut di dahului oleh penggabungan CO₂ ke dalam senyawa organikdi dalam sel mesofil.

1.                  Langkahpertama di lakukan oleh sejenis enzim yang hanya terdapat dalam sel mesofil, disebut PEP Karboksilase (PEP Carboxylase). Enzim ini menambah CO₂ ke fosfoenolpiruvat (PEP), membentuk produk berkarbon empat , oksaloasetat. Oleh karena itu, PEP karboksilase dapat memfikasi karbon secara efisien ketika rubiskoyidak bias yaitu saat hari panas dan kering, dan stomata tertutup sebagian, menyebabkan konsentrasi CO₂ di daun turun dan konsetrasi O₂ naik.

2.                  Setelah tumbuhan C₄ memfikasi karbon dari CO₂, sel mesofil mengekspor produk karbon empat yang di hasilkannya.

3.                  Dalam sel seludang berkas-pembuluh, senyawa berkarbon-empat ini melepaskan CO₂, yang diasmilasi kembali kedalam materi organik oleh rubisko dan siklus Calvin. Reaksi yang sama meregenerasi piruvat, yang transport ke sel mesofil.     

Sumber :www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespirasi.

Tumbuhan CAM

Tanaman gurun.Adaptasi fotosintetik kedua terhadap kondisi kering telah berevaluasi pada banyak tumbuhan sukulen (penyimpanan air), berbagai macam kaktus, nanas, dan anggota beberapa family tumbuhan lain. Tumbuhan-tumbuhan  ini membuka stomatanya pada malam hari dan menutup pada siang hari, berlawanan pada tumbuhan lain. Stomata yang tertutup pada siang hari membantu tumbuhan gurun mempertahankan air, namun juga mencegah CO₂ memasuki daun.Pada malam hari, ketika stomatanya terbuka, tumbuhan ini mengambil CO₂dan menggabungkannya kedalam berbagai asam organic. Mode fikasi karbon ini disebut metabolisme asam krasulasea (crassulacean acid metabolisme) atau CMA, berdasarkan family tumbuhan Crassulaceae, tumbuhan sukulen tempat proses ini pertama kali di temukan. Dalam tumbuhan C4, langkah-langkah awal fiksasi karbon terpisah secara stuktural dari siklus Calvin, sedangkan dalam tumbuhan CAM, kedua langkah terjadi pada saat yang berbeda

Sumber :www.scribd.com/doc/24801320/2/Fotorespirasi.

GLIKOLISIS

 Proses glikolisis terjadi pada semua organisme. Proses ini berfungsi untuk menukarkan glukosa menjadi piruvat dan akan menghasilkan ATP tanpa menggunakan oksigen. Glikolisis dimulai dengan satu molekul glukosa yang memiliki 6 atom karbon pada rantainya (C6H12O6) dan akan dipecahkan menjadi dua molekul piruvat yang masing-masing memiliki 3 atom karbon (C3H3O3) yang merupakan hasil akhir bagi proses ini (Irawan, 2007). Glikolisis berlangsung di sitosol, merupakan proses pemecahan molekul glukosa yang memiliki 6 atom C menjadi dua molekul asam piruvat yang memiliki 3 atom C. Reaksi yang berlangsung di sitosol ini menghasilkan 2 NADH dan 2 ATP.

Sepanjang proses glikolisis ini akan terbentuk beberapa senyawa, seperti Glukosa 6-fosfat, Fruktosa 6-fosfat, Fruktosa 1,6-bisfosfat, Dihidroksi aseton fosfat, Gliseraldehid 3-fosfat, 1,3-Bisfosfogliserat, 3-Fosfogliserat, 2-Fosfogliserat, Fosfoenol piruvat dan piruvat. Selain itu, proses glikolisis ini juga akan menghasilkan molekul ATP dan NADH (di mana 1 NADH menghasilkan 3 ATP). Sejumlah 4 molekul ATP dan 2 molekul NADH (6 molekul ATP) akan dihasilkan dan pada tahap awal proses ini memerlukan 2 molekul ATP. Sebagai hasil akhir, 8 molekul ATP akan terbentuk (Marks et al., 2005).

Keterangan:

1.         Glukosa yang masuk ke dalam sel difosforilasi oleh enzi heksokinase. Produk berupa glukosa-6-fosfat.

2.        Glukosa-6-fosfat diubah menjadi bentuk isomernya, yaiu fruktosa-6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoglukoisomerase. Isomer tersebut memiliki bentuk dan jumlah atom yang sama, tetapi memiliki struktur dan susunan yang berbeda.

3.        Penambahan ATP dalam glikolisis, enzim fosfofruktokinase mentransfer satu grup fosfat dari ATP ke glukosa-6-fosfat menghasilkan fruktosa-1, 6-bifosfat.

4.        Pembentukan PGAL dari fruktosa-1, 6-difosfat melibatkan 2 enzim, yaitu enzim aldolase yang memisahkan molekul gula menjadi PGAL dan isomernya, yaitu dihidrosiakseton fosfat dan enzim isomerase bekerja secara bolak balik terhadap PGAL dan isomernya. PGAL menjadi substrat glikolisis berikutnya.

5.        Enzim gliseraldehida-3-P-dehidrogenase mengkatalisis reaksi pembentukan 1, 3-bifosfogliserat dan NADH dari PGAL.

6.        Akhirnya, terbentuk ATP kelompok fosfat berenergi ditransfer dari 1, 3-bifosfogliserat ke ADP, dibantu oleh enzim fosfogliserokinase. Setiap molekul glukosa menghasilkan 2 molekul ATP. Pada langkah ini terbentuk 3-fosfogliserat.

7.        Enzim fosfogliseromutase menempatkan kembali grup fosfat dari 3-fosfogliserat ke bentuk 2-fosfogliserat yang menjadi substrat reaksi selanjutnya.

8.        Enzim enolase membnetuk ikatan ganda pada substrat melalui ekstraksi molekul air dari 2-fosfogliserat ke bentuk PEP (fosfoenolpiruvat).

9.        Akhir reaksi glikolisis menghasilkan ATP melalui fosforilasi tingkat substat dari PEP ke ADP dengan bantuan enzim piruvatkinase.

10.     Senyawa intermediate berupa piruvat menjadi substrat bagi reaksi selanjutnya.

untuk lebih jelasnya bisa dilihat proses tahapan glikolisis terjadi di dalam sel melalui vidio di bawah ini ...... silahkan .... !!!!       

Pembentukan Asetil Koenzim A

Sebelum memasuki siklus Kreb, piruvat yang terhasil dari proses glikolisis harus dioksidasikan terlebih dahulu di dalam mitokondria menjadi asetil koenzim A dan karbon dioksida. Setelah piruvat memasuki mitokondria, enzim piruvat dehidrogenase akan menukarkan piruvat kepada acetyl group dengan melepaskan karbon dioksida. Semasa proses ini juga, terjadi reduksi pada NAD+ menjadi NADH dengan mengambil H+ yang dilepaskan oleh piruvat. Acetyl group akan berikatan dengan koenzim A, maka terhasil asetil koenzim A (asetil-KoA) (Tortora and Derrickson, 2009).

Gambar Skema Proses Pembentukan Asetil Koenzim A

Siklus Kreb

Dalam proses metabolisme energi dari glukosa, siklus Kreb merupakan tahapan yang terakhir. Proses ini berlaku di dalam mitokondria dan berlangsung secara aerobik. Molekul asetil-KoA yang merupakan produk akhir dari proses konversi piruvat kemudian akan masuk ke dalam siklus Kreb. Perubahan yang terjadi dalam siklus ini adalah mengubah 2 atom karbon yang terikat didalam molekul asetil-KoA menjadi 2 molekul karbon dioksida (CO2), membebaskan koenzim A serta memindahkan energi dari siklus ini ke dalam senyawa NADH, FADH2 dan GTP. Untuk melanjutkan proses metabolisme energi, molekul NADH dan FADH2 yang dihasilkan dalam siklus ini akan diproses kembali secara aerobik di dalam membran sel mitokondria melalui proses Rantai Transpor Elektron untuk menghasilkan produk akhir berupa ATP dan air (Ganong, 2005).

Gambar Skema Proses Siklus Kreb

untuk lebih jelasnya bisa ko dengan melihat vidio ini..... yaitu: vidio proses siklus krbs!!

Rantai Transpor Elektron

Proses ini juga dikenal sebagai proses fosforilasi oksidatif. Di dalam proses ini, NADH dan FADH2 yang mengandung elektron akan melepaskan elektron tersebut ke dalam akseptor utama yaitu oksigen. Pada akhir dari proses ini, akan terhasil 3 molekul ATP dari 1 molekul NADH dan 2 molekul ATP dihasilkan dari 1 molekul FADH2 (Irawan, 2007). Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H⁺ yang dibawa sebagai NADH₂ (NADH ⁺ H⁺ + 1 elektron) dan FADH₂, sehingga di dalam

mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi selain CO2. Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi. Ketiga proses respirasi yang penting tersebut dapat diringkas sebagai berikut:

untuk lebih jelas bisa diperjelas dengan media vidio proses Electron transport system ATP !!

PROSES                                  AKSEPTOR            ATP

1). Glikolisis
Glukosa ——> 2 asam          piruvat	2 NADH		2 ATP
2). Siklus Krebs:
2 asetil piruvat ——> 2 asetil KoA + 2 C02	2 NADH		2 ATP
2 asetil KoA ——> 4 CO2	6 NADH		2 FADH2
3). Rantai transnpor elektron respirator:
10 NADH + 502 ——> 10 NAD+ + 10 H20		30 ATP
2 FADH2 + O2 ——> 2 PAD + 2 H20		4 ATP
Total		38 ATP