Fotosintesis Dijelaskan: Bagaimana Tumbuhan Mengubah Sinar Matahari Menjadi Energi Kimia

Fotosintesis adalah proses biologis yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia yang disimpan dalam molekul gula. Menurut National Geographic Education, tumbuhan menggunakan sinar matahari, air dan karbon dioksida untuk menciptakan oksigen dan energi dalam bentuk glukosa, suatu proses yang mendukung sebagian besar kehidupan di Bumi.

Earth Observatory NASA menjelaskan transformasi yang sama dalam istilah kimia: tumbuhan menyerap karbon dioksida dan air dan, menggunakan energi surya, mengubahnya menjadi karbohidrat sambil melepaskan oksigen sebagai produk sampingan. Reaksi keseluruhan biasanya ditulis sebagai CO2 + H2O + energi cahaya → CH2O (karbohidrat) + O2.

Di mana hal ini terjadi: kloroplas

Pada tumbuhan, fotosintesis terjadi di dalam kloroplas, struktur khusus yang ditemukan terutama di sel daun. Kloroplas mengandung sistem membran internal yang disebut tilakoid, di mana reaksi penangkapan cahaya terjadi, dan cairan sekitarnya yang disebut stroma, di mana karbon diubah menjadi gula, seperti dijelaskan oleh National Geographic Education.

Peran klorofil

Klorofil adalah pigmen hijau di dalam kloroplas yang menyerap energi cahaya untuk memulai proses. Earth Observatory NASA mencatat bahwa klorofil kuat menyerap cahaya tampak dalam spektrum surya untuk digunakan dalam fotosintesis, sementara struktur sel daun merefleksikan cahaya inframerah dekat. Karena klorofil menyerap panjang gelombang merah dan biru tetapi mencerminkan cahaya hijau, daun tampak hijau, menurut National Geographic Education.

Tahap satu: reaksi yang bergantung pada cahaya

Tahap pertama terjadi di membran tilakoid dan memerlukan sinar matahari. Energi cahaya merangsang elektron dalam klorofil, dan energi ini digunakan untuk memisahkan molekul air, melepaskan oksigen sebagai produk sampingan. Energi yang ditangkap pada tahap ini disimpan sementara dalam molekul ATP dan NADPH, yang kemudian digunakan pada tahap berikutnya, seperti diringkas oleh National Geographic Education.

Tahap dua: siklus Calvin

Tahap kedua, yang dikenal sebagai siklus Calvin atau reaksi bebas cahaya, terjadi di stroma dan tidak memerlukan cahaya secara langsung. Sebaliknya, ia menggunakan ATP dan NADPH yang dihasilkan pada tahap pertama untuk mengubah karbon dioksida menjadi glukosa dan karbohidrat lain yang digunakan tumbuhan untuk pertumbuhan dan penyimpanan energi.

Mengapa hal ini penting di luar tumbuhan

Fotosintesis adalah dasar dari sebagian besar rantai makanan di Bumi: herbivora mendapatkan energi dengan memakan tumbuhan, dan karnivora mendapatkannya secara tidak langsung dengan memakan herbivora, seperti dicatat oleh National Geographic Education. Earth Observatory NASA menambahkan bahwa tumbuhan darat dan fitoplankton laut bersama-sama membentuk dasar apa yang disebut ilmuwan sebagai siklus karbon cepat atau biologis, menarik karbon dioksida atmosfer saat mereka tumbuh.

Earth Observatory NASA juga menyatakan bahwa tumbuhan saat ini menyerap kira-kira 25 persen karbon dioksida berlebih yang dilepaskan oleh aktivitas manusia, meskipun kapasitas ini dibatasi oleh ketersediaan air, nutrisi dan suhu yang meningkat. Karena fotosintesis menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer secara musiman, para ilmuwan dapat melacak musim tumbuh Belahan Bumi Utara melalui penurunan terukur dalam CO2 atmosfer setiap musim semi, menurut sumber yang sama.

Penginderaan jarak jauh dan pemantauan dunia nyata

Cara yang berbeda di mana klorofil menyerap cahaya tampak sementara struktur daun mencerminkan cahaya inframerah dekat memungkinkan satelit seperti instrumen MODIS NASA untuk memperkirakan kepadatan vegetasi dan kesehatan tanaman dari orbit, Earth Observatory NASA menjelaskan. Aplikasi penginderaan jarak jauh ini adalah penggunaan langsung dan praktis dari prinsip penyerapan cahaya dasar yang mendorong fotosintesis.