Fotosintesis Dijelaskan: Bagaimana Tumbuhan Mengubah Cahaya Matahari Menjadi Energi Kimia

Fotosintesis adalah proses biologis yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia yang tersimpan dalam gula. Menurut Pendidikan National Geographic, tumbuhan menggunakan cahaya matahari, air, dan karbon dioksida untuk menciptakan oksigen dan energi dalam bentuk gula, mengambil karbon dioksida dan air serta melepaskan oksigen sambil menyimpan energi dalam molekul glukosa.

Di mana ini terjadi: di dalam kloroplas

Proses ini terjadi di dalam kloroplas, organel yang ditemukan dalam sel tumbuhan dan alga, menurut Pendidikan National Geographic. Kloroplas mengandung dua wilayah utama yang dijelaskan dalam referensi biologi di bio.libretexts.org: membran tilakoid, di mana reaksi yang bergantung pada cahaya terjadi, dan stroma, ruang berair di mana reaksi yang tidak bergantung pada cahaya dari siklus Calvin terjadi.

Klorofil, pigmen hijau yang dikemas ke dalam membran tilakoid, menyerap energi terutama dari panjang gelombang cahaya biru dan merah sambil memantulkan cahaya hijau, itulah mengapa sebagian besar daun tampak hijau, mencatat Pendidikan National Geographic.

Tahap satu: reaksi yang bergantung pada cahaya

Di membran tilakoid, energi cahaya yang diserap oleh klorofil dalam struktur yang disebut fotosistem II digunakan untuk memisahkan molekul air, menurut bio.libretexts.org. Pemisahan itu melepaskan dua elektron, dua atom hidrogen, dan satu atom oksigen; oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan, yang merupakan sumber oksigen yang dilepaskan tumbuhan.

Elektron yang dibebaskan berjalan melalui rantai transportasi elektron dari fotosistem II melalui kompleks yang disebut sitokrom b6f ke fotosistem I, kehilangan energi di sepanjang jalan dan diaktifkan kembali oleh cahaya yang diserap di fotosistem I, per bio.libretexts.org. Saat elektron bergerak melalui sitokrom b6f, ion hidrogen dipompa melintasi membran tilakoid, membangun gradien konsentrasi. Gradien itu mendorong kemiosmosis, di mana ATP sintase menambahkan kelompok fosfat ke ADP untuk membentuk ATP. Di fotosistem I, elektron berenergi tinggi pada akhirnya digunakan untuk mengubah NADP+ menjadi NADPH.

Hasil bersih dari tahap ini, seperti yang dirangkum oleh bio.libretexts.org, adalah reaksi: 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi → O2 + 2 NADPH + 3 ATP. ATP dan NADPH yang dihasilkan di sini membawa energi kimia ke tahap kedua.

Tahap dua: siklus Calvin

Siklus Calvin terjadi di dalam stroma dan tidak memerlukan cahaya secara langsung, menurut bio.libretexts.org. Ini berjalan dalam tiga tahap. Pertama, dalam fiksasi karbon, enzim RuBisCO menggabungkan karbon dioksida dengan molekul lima karbon yang disebut RuBP, menghasilkan dua molekul asam 3-fosfoglomerat (3-PGA) untuk setiap CO2 yang difiksasi.

Kedua, dalam pengurangan, ATP dan NADPH yang dibuat selama reaksi yang bergantung pada cahaya mengubah 3-PGA menjadi gliseraldehida 3-fosfat (G3P), blok bangunan yang digunakan tumbuhan untuk membuat glukosa dan karbohidrat lainnya. Ketiga, dalam regenerasi, sebagian besar G3P yang diproduksi digunakan untuk membangun kembali RuBP, menggunakan ATP tambahan, sehingga siklus dapat berlanjut, per bio.libretexts.org.

Menghasilkan satu molekul G3P memerlukan tiga putaran siklus, mengkonsumsi tiga molekul CO2, sembilan ATP, dan enam NADPH; membangun satu molekul glukosa memerlukan enam putaran siklus, menurut bio.libretexts.org.

Mengapa fotosintesis penting di luar tanaman

Pendidikan National Geographic menyatakan bahwa sebagian besar kehidupan di Bumi bergantung pada fotosintesis: herbivora mendapatkan energi dengan makan tumbuhan, dan karnivora mendapatkannya secara tidak langsung dengan makan herbivora, menjadikan fotosintesis titik masuk energi ke sebagian besar rantai makanan. Proses ini juga merupakan sumber utama oksigen atmosfer.

Tumbuhan darat bukan satu-satunya fotosintesis yang penting bagi pasokan oksigen planet ini. Menurut Layanan Samudra Nasional NOAA, sekitar setengah oksigen Bumi berasal dari laut, yang dihasilkan oleh fitoplankton — tumbuhan hanyut, alga, dan beberapa bakteri yang mampu fotosintesis. NOAA menyoroti Prochlorococcus, dijelaskan sebagai organisme fotosintetik terkecil di Bumi, sebagai spesies yang sendiri menghasilkan hingga 20% oksigen di seluruh biosfer, lebih banyak daripada semua hutan hujan tropis bersama-sama.

NOAA juga mencatat peringatan penting: di laut, kira-kira banyak oksigen yang dihasilkan oleh fotosintesis karena dikonsumsi oleh kehidupan laut melalui respirasi dan dekomposisi, jadi samudra berfungsi lebih sebagai siklus oksigen yang seimbang daripada keuntungan atmosfer bersih.

Dua tahap sekilas