Setiap makhluk hidup di planet ini membutuhkan makanan atau energi untuk bertahan hidup. Beberapa organisme memakan makhluk lain, sementara yang lain dapat menghasilkan nutrisi sendiri. Mereka menghasilkan makanannya sendiri, glukosa, dalam proses yang disebut fotosintesis.

Fotosintesis dan respirasi saling berhubungan. Hasil fotosintesis adalah glukosa, yang disimpan sebagai energi kimia di dalamnya. Energi kimia yang tersimpan ini dihasilkan dari konversi karbon anorganik (karbon dioksida) menjadi karbon organik. Proses pernapasan melepaskan energi kimia yang tersimpan.

Selain produk yang dihasilkannya, tanaman juga membutuhkan karbon, hidrogen, dan oksigen untuk bertahan hidup. Air yang diserap dari tanah menghasilkan hidrogen dan oksigen. Selama fotosintesis, karbon dan air digunakan untuk mensintesis makanan. Tumbuhan juga membutuhkan nitrat untuk membuat asam amino (asam amino merupakan bahan pembuatan protein). Selain itu, mereka membutuhkan magnesium untuk menghasilkan klorofil.

Catatan: Makhluk hidup yang bergantung pada makanan lain disebut. Herbivora seperti sapi dan tumbuhan pemakan serangga merupakan contoh hewan heterotrof. Makhluk hidup yang menghasilkan makanannya sendiri disebut. Tumbuhan hijau dan alga adalah contoh autotrof.

Pada artikel ini Anda akan mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana fotosintesis terjadi pada tumbuhan dan kondisi yang diperlukan untuk proses ini.

Pengertian fotosintesis

Fotosintesis adalah proses kimia dimana tumbuhan, beberapa alga, menghasilkan glukosa dan oksigen dari karbon dioksida dan air, hanya menggunakan cahaya sebagai sumber energi.

Proses ini sangat penting bagi kehidupan di Bumi karena melepaskan oksigen, yang menjadi sandaran seluruh kehidupan.

Mengapa tumbuhan membutuhkan glukosa (makanan)?

Seperti halnya manusia dan makhluk hidup lainnya, tumbuhan juga memerlukan nutrisi untuk dapat bertahan hidup. Pentingnya glukosa bagi tanaman adalah sebagai berikut:

• Glukosa yang dihasilkan oleh fotosintesis digunakan selama respirasi untuk melepaskan energi yang dibutuhkan tanaman untuk proses vital lainnya.
• Sel tumbuhan juga mengubah sebagian glukosa menjadi pati, yang digunakan sesuai kebutuhan. Oleh karena itu, tumbuhan mati digunakan sebagai biomassa karena menyimpan energi kimia.
• Glukosa juga diperlukan untuk membuat bahan kimia lain seperti protein, lemak, dan gula nabati yang diperlukan untuk mendukung pertumbuhan dan proses penting lainnya.

Fase fotosintesis

Proses fotosintesis dibagi menjadi dua fase: terang dan gelap.

Fase terang fotosintesis

Seperti namanya, fase cahaya membutuhkan sinar matahari. Dalam reaksi bergantung cahaya, energi dari sinar matahari diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia yang tersimpan dalam bentuk molekul pembawa elektron NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) dan molekul energi ATP (adenosine triphosphate). Fase terang terjadi pada membran tilakoid di dalam kloroplas.

Fase gelap fotosintesis atau siklus Calvin

Pada fase gelap atau siklus Calvin, elektron tereksitasi dari fase terang memberikan energi untuk pembentukan karbohidrat dari molekul karbon dioksida. Fase yang tidak bergantung pada cahaya kadang-kadang disebut siklus Calvin karena sifat siklus prosesnya.

Meskipun fase gelap tidak menggunakan cahaya sebagai reaktan (dan akibatnya dapat terjadi pada siang atau malam hari), fase gelap memerlukan produk reaksi yang bergantung pada cahaya agar dapat berfungsi. Molekul yang tidak bergantung pada cahaya bergantung pada molekul pembawa energi ATP dan NADPH untuk membuat molekul karbohidrat baru. Setelah energi ditransfer, molekul pembawa energi kembali ke fase cahaya untuk menghasilkan elektron yang lebih energik. Selain itu, beberapa enzim fase gelap diaktifkan oleh cahaya.

Diagram fase fotosintesis

Catatan: Artinya fase gelap tidak akan berlanjut jika tanaman kekurangan cahaya terlalu lama, karena mereka menggunakan produk dari fase terang.

Struktur daun tumbuhan

Kita tidak dapat mempelajari fotosintesis sepenuhnya tanpa mengetahui lebih banyak tentang struktur daun. Daun diadaptasi untuk memainkan peran penting dalam proses fotosintesis.

Struktur luar daun

• Persegi

Salah satu ciri tumbuhan yang paling penting adalah luas permukaan daunnya yang besar. Kebanyakan tumbuhan hijau memiliki daun lebar, datar, dan terbuka yang mampu menangkap energi matahari (sinar matahari) sebanyak yang diperlukan untuk fotosintesis.

• Vena sentral dan tangkai daun

Urat tengah dan tangkai daun menyatu dan membentuk pangkal daun. Tangkai daun memposisikan daun sedemikian rupa sehingga menerima cahaya sebanyak mungkin.

• Bilah daun

Daun sederhana mempunyai satu helai daun, sedangkan daun kompleks mempunyai beberapa helai daun. Helaian daun merupakan salah satu komponen terpenting pada daun yang terlibat langsung dalam proses fotosintesis.

• Pembuluh darah

Jaringan urat pada daun mengangkut air dari batang ke daun. Glukosa yang dilepaskan juga dikirim ke bagian lain tanaman dari daun melalui pembuluh darah. Selain itu, bagian daun ini menopang dan menjaga helaian daun tetap rata untuk menangkap sinar matahari lebih banyak. Susunan urat (venasi) tergantung pada jenis tanaman.

• Pangkal daun

Pangkal daun merupakan bagian paling bawah yang bersendi dengan batang. Seringkali di pangkal daun terdapat sepasang ketentuan.

• Tepi daun

Tergantung pada jenis tanamannya, tepi daun dapat mempunyai bentuk yang berbeda-beda, antara lain: utuh, bergerigi, bergerigi, berlekuk, crenate, dll.

• Ujung daun

Seperti halnya tepi daun, ujungnya juga bermacam-macam bentuknya, antara lain: lancip, membulat, tumpul, memanjang, berlarut-larut, dan lain-lain.

Struktur bagian dalam daun

Di bawah ini adalah diagram struktur internal jaringan daun:

• Kutikula

Kutikula berperan sebagai lapisan pelindung utama pada permukaan tanaman. Biasanya lebih tebal di bagian atas daun. Kutikula ditutupi dengan zat seperti lilin yang melindungi tanaman dari air.

• Kulit ari

Epidermis merupakan lapisan sel yang menjadi jaringan penutup daun. Fungsi utamanya adalah melindungi jaringan bagian dalam daun dari dehidrasi, kerusakan mekanis dan infeksi. Ini juga mengatur proses pertukaran gas dan transpirasi.

• Mesofil

Mesofil adalah jaringan utama tumbuhan. Di sinilah proses fotosintesis terjadi. Pada sebagian besar tumbuhan, mesofil terbagi menjadi dua lapisan: lapisan atas adalah palisade dan lapisan bawah adalah bunga karang.

• Kandang pertahanan

Sel penjaga adalah sel khusus di epidermis daun yang digunakan untuk mengontrol pertukaran gas. Mereka melakukan fungsi pelindung stomata. Pori-pori stomata menjadi besar ketika air tersedia secara bebas, jika tidak, sel-sel pelindung menjadi lamban.

• perut

Fotosintesis bergantung pada penetrasi karbon dioksida (CO2) dari udara melalui stomata ke dalam jaringan mesofil. Oksigen (O2), yang dihasilkan sebagai produk sampingan fotosintesis, meninggalkan tanaman melalui stomata. Ketika stomata terbuka, air hilang melalui penguapan dan harus digantikan melalui aliran transpirasi dengan air yang diserap oleh akar. Tanaman dipaksa untuk menyeimbangkan jumlah CO2 yang diserap dari udara dan hilangnya air melalui pori-pori stomata.

Kondisi yang diperlukan untuk fotosintesis

Berikut syarat-syarat yang dibutuhkan tumbuhan untuk melakukan proses fotosintesis:

• Karbon dioksida. Gas alam yang tidak berwarna, tidak berbau, ditemukan di udara dan memiliki nama ilmiah CO2. Ini terbentuk selama pembakaran karbon dan senyawa organik, dan juga terjadi selama respirasi.
• Air. Bahan kimia cair bening yang tidak berbau dan tidak berasa (dalam kondisi normal).
• Lampu. Meskipun cahaya buatan juga baik untuk tanaman, sinar matahari alami umumnya memberikan kondisi fotosintesis yang lebih baik karena mengandung radiasi ultraviolet alami yang berdampak positif pada tanaman.
• Klorofil. Ini adalah pigmen hijau yang ditemukan pada daun tanaman.
• Nutrisi dan mineral. Bahan kimia dan senyawa organik yang diserap akar tanaman dari tanah.

Apa yang dihasilkan dari fotosintesis?

• Glukosa;
• Oksigen.

(Energi cahaya ditampilkan dalam tanda kurung karena bukan materi)

Catatan: Tumbuhan memperoleh CO2 dari udara melalui daunnya, dan air dari tanah melalui akarnya. Energi cahaya berasal dari Matahari. Oksigen yang dihasilkan dilepaskan ke udara dari daun. Glukosa yang dihasilkan dapat diubah menjadi zat lain, seperti pati, yang digunakan sebagai penyimpan energi.

Jika faktor-faktor yang mendorong fotosintesis tidak ada atau jumlahnya tidak mencukupi, tanaman dapat terkena dampak negatif. Misalnya, kurangnya cahaya menciptakan kondisi yang menguntungkan bagi serangga yang memakan daun tanaman, dan kekurangan air memperlambat pertumbuhannya.

Dimanakah terjadinya fotosintesis?

Fotosintesis terjadi di dalam sel tumbuhan, di plastida kecil yang disebut kloroplas. Kloroplas (kebanyakan terdapat pada lapisan mesofil) mengandung zat hijau yang disebut klorofil. Di bawah ini adalah bagian lain sel yang bekerja dengan kloroplas untuk melakukan fotosintesis.

Struktur sel tumbuhan

Fungsi bagian sel tumbuhan

• : memberikan dukungan struktural dan mekanis, melindungi sel, memperbaiki dan menentukan bentuk sel, mengontrol laju dan arah pertumbuhan, dan memberi bentuk pada tanaman.
• : menyediakan platform untuk sebagian besar proses kimia yang dikendalikan enzim.
• : bertindak sebagai penghalang, mengendalikan pergerakan zat masuk dan keluar sel.
• : seperti dijelaskan di atas, mengandung klorofil, zat hijau yang menyerap energi cahaya melalui proses fotosintesis.
• : rongga di dalam sitoplasma sel yang menyimpan air.
• : mengandung tanda genetik (DNA) yang mengontrol aktivitas sel.

Klorofil menyerap energi cahaya yang dibutuhkan untuk fotosintesis. Penting untuk dicatat bahwa tidak semua panjang gelombang warna cahaya diserap. Tumbuhan terutama menyerap panjang gelombang merah dan biru - mereka tidak menyerap cahaya dalam kisaran hijau.

Karbon dioksida selama fotosintesis

Tumbuhan menyerap karbon dioksida dari udara melalui daunnya. Karbon dioksida bocor melalui lubang kecil di bagian bawah daun – stomata.

Bagian bawah daun memiliki sel-sel yang berjarak longgar untuk memungkinkan karbon dioksida mencapai sel-sel lain di daun. Hal ini juga memungkinkan oksigen yang dihasilkan oleh fotosintesis dengan mudah meninggalkan daun.

Karbon dioksida hadir di udara yang kita hirup dalam konsentrasi yang sangat rendah dan merupakan faktor penting dalam fase gelap fotosintesis.

Cahaya selama fotosintesis

Daun biasanya memiliki luas permukaan yang besar sehingga mampu menyerap banyak cahaya. Permukaan atasnya dilindungi dari kehilangan air, penyakit dan paparan cuaca oleh lapisan lilin (kutikula). Bagian atas lembaran adalah tempat cahaya menerpa. Lapisan mesofil ini disebut palisade. Ia beradaptasi untuk menyerap cahaya dalam jumlah besar, karena mengandung banyak kloroplas.

Selama fase cahaya, proses fotosintesis meningkat seiring dengan semakin banyaknya cahaya. Lebih banyak molekul klorofil yang terionisasi dan lebih banyak ATP dan NADPH yang dihasilkan jika foton cahaya terkonsentrasi pada daun hijau. Meskipun cahaya sangat penting dalam fotofase, perlu diperhatikan bahwa jumlah cahaya yang berlebihan dapat merusak klorofil dan mengurangi proses fotosintesis.

Fase cahaya tidak terlalu bergantung pada suhu, air, atau karbon dioksida, meskipun semuanya diperlukan untuk menyelesaikan proses fotosintesis.

Air selama fotosintesis

Tumbuhan memperoleh air yang dibutuhkan untuk fotosintesis melalui akarnya. Mereka memiliki rambut akar yang tumbuh di dalam tanah. Akar dicirikan oleh luas permukaan yang besar dan dinding tipis, sehingga air dapat melewatinya dengan mudah.

Gambar menunjukkan tumbuhan dan selnya yang mempunyai cukup air (kiri) dan kekurangan air (kanan).

Catatan: Sel akar tidak mengandung kloroplas karena biasanya berada dalam kegelapan dan tidak dapat berfotosintesis.

Jika tanaman tidak menyerap cukup air, tanaman akan layu. Tanpa air, tanaman tidak akan dapat berfotosintesis dengan cepat dan bahkan mungkin mati.

Apa pentingnya air bagi tanaman?

• Menyediakan mineral terlarut yang mendukung kesehatan tanaman;
• Merupakan media transportasi;
• Menjaga stabilitas dan kejujuran;
• Mendinginkan dan menjenuhkannya dengan kelembapan;
• Memungkinkan terjadinya berbagai reaksi kimia dalam sel tumbuhan.

Pentingnya fotosintesis di alam

Proses biokimia fotosintesis menggunakan energi dari sinar matahari untuk mengubah air dan karbon dioksida menjadi oksigen dan glukosa. Glukosa digunakan sebagai bahan penyusun tanaman untuk pertumbuhan jaringan. Jadi, fotosintesis adalah metode pembentukan akar, batang, daun, bunga dan buah. Tanpa adanya proses fotosintesis, tumbuhan tidak akan dapat tumbuh atau berkembang biak.

• Produser

Karena kemampuan fotosintesisnya, tumbuhan dikenal sebagai produsen dan menjadi dasar hampir setiap rantai makanan di Bumi. (Alga setara dengan tumbuhan di). Semua makanan yang kita makan berasal dari organisme yang bersifat fotosintetik. Kita memakan tumbuhan tersebut secara langsung atau memakan hewan seperti sapi atau babi yang mengkonsumsi makanan nabati.

• Basis rantai makanan

Dalam sistem perairan, tumbuhan dan alga juga membentuk dasar rantai makanan. Alga berfungsi sebagai makanan, yang pada gilirannya bertindak sebagai sumber nutrisi bagi organisme yang lebih besar. Tanpa fotosintesis di lingkungan perairan, kehidupan tidak akan mungkin terjadi.

• Penghapusan karbon dioksida

Fotosintesis mengubah karbon dioksida menjadi oksigen. Selama fotosintesis, karbon dioksida dari atmosfer memasuki tumbuhan dan kemudian dilepaskan sebagai oksigen. Di dunia saat ini, dimana tingkat karbon dioksida meningkat pada tingkat yang mengkhawatirkan, setiap proses yang menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer sangatlah penting bagi lingkungan.

• Siklus nutrisi

Tumbuhan dan organisme fotosintetik lainnya memainkan peran penting dalam siklus nutrisi. Nitrogen di udara diikat di jaringan tanaman dan tersedia untuk pembuatan protein. Unsur hara mikro yang ditemukan di tanah juga dapat dimasukkan ke dalam jaringan tanaman dan tersedia bagi herbivora di rantai makanan.

• Ketergantungan fotosintesis

Fotosintesis tergantung pada intensitas dan kualitas cahaya. Di daerah khatulistiwa, dimana sinar matahari berlimpah sepanjang tahun dan air bukan merupakan faktor pembatas, tanaman mempunyai tingkat pertumbuhan yang tinggi dan dapat tumbuh cukup besar. Sebaliknya, fotosintesis lebih jarang terjadi di bagian laut yang lebih dalam karena cahaya tidak menembus lapisan tersebut, sehingga mengakibatkan ekosistem menjadi lebih tandus.

Bagaimana energi sinar matahari diubah dalam fase terang dan gelap fotosintesis menjadi energi ikatan kimia glukosa? Jelaskan jawabanmu.

Menjawab

Pada fase cahaya fotosintesis, energi sinar matahari diubah menjadi energi elektron tereksitasi, kemudian energi elektron tereksitasi diubah menjadi energi ATP dan NADP-H2. Pada fase gelap fotosintesis, energi ATP dan NADP-H2 diubah menjadi energi ikatan kimia glukosa.

Apa yang terjadi selama fase terang fotosintesis?

Menjawab

Elektron klorofil, tereksitasi oleh energi cahaya, berjalan sepanjang rantai transpor elektron, energinya disimpan dalam ATP dan NADP-H2. Fotolisis air terjadi dan oksigen dilepaskan.

Proses utama apa yang terjadi selama fase gelap fotosintesis?

Menjawab

Dari karbon dioksida yang diperoleh dari atmosfer dan hidrogen yang diperoleh pada fase cahaya, glukosa terbentuk karena energi ATP yang diperoleh pada fase cahaya.

Apa fungsi klorofil pada sel tumbuhan?

Menjawab

Klorofil terlibat dalam proses fotosintesis: pada fase cahaya, klorofil menyerap cahaya, elektron klorofil menerima energi cahaya, putus dan mengikuti rantai transpor elektron.

Apa peran elektron molekul klorofil dalam fotosintesis?

Menjawab

Elektron klorofil, tereksitasi oleh sinar matahari, melewati rantai transpor elektron dan menyerahkan energinya untuk pembentukan ATP dan NADP-H2.

Pada tahap fotosintesis manakah oksigen bebas terbentuk?

Menjawab

Pada fase terang, selama fotolisis air.

Pada fase fotosintesis manakah sintesis ATP terjadi?

Menjawab

Fase pra-cahaya.

Zat apa yang berfungsi sebagai sumber oksigen selama fotosintesis?

Menjawab

Air (oksigen dilepaskan selama fotolisis air).

Laju fotosintesis bergantung pada faktor pembatas, termasuk cahaya, konsentrasi karbon dioksida, dan suhu. Mengapa faktor-faktor ini membatasi reaksi fotosintesis?

Menjawab

Cahaya diperlukan untuk merangsang klorofil, ia memasok energi untuk proses fotosintesis. Karbon dioksida diperlukan dalam fase gelap fotosintesis, glukosa disintesis darinya. Perubahan suhu menyebabkan denaturasi enzim dan memperlambat reaksi fotosintesis.

Dalam reaksi metabolisme apa pada tumbuhan karbon dioksida merupakan bahan awal sintesis karbohidrat?

Menjawab

Dalam reaksi fotosintesis.

Proses fotosintesis terjadi secara intensif di daun tumbuhan. Apakah penyakit ini terjadi pada buah matang dan buah mentah? Jelaskan jawabanmu.

Menjawab

Fotosintesis terjadi di bagian hijau tanaman yang terkena cahaya. Jadi, fotosintesis terjadi pada kulit buah hijau. Fotosintesis tidak terjadi di dalam buah atau di kulit buah matang (bukan hijau).

Fotosintesis dan respirasi adalah dua proses yang mendasari kehidupan. Keduanya berlangsung di dalam sel. Yang pertama - pada tumbuhan dan beberapa bakteri, yang kedua - pada hewan, tumbuhan, jamur, dan bakteri.

Kita dapat mengatakan bahwa respirasi sel dan fotosintesis adalah proses yang berlawanan satu sama lain. Ini sebagian benar, karena yang pertama menyerap dan melepaskan oksigen, dan yang kedua, sebaliknya. Namun, tidak tepat untuk membandingkan kedua proses ini, karena keduanya terjadi di organel yang berbeda dengan menggunakan zat yang berbeda. Tujuan penggunaannya juga berbeda: fotosintesis diperlukan untuk memperoleh nutrisi, dan respirasi sel diperlukan untuk menghasilkan energi.

Fotosintesis: di mana dan bagaimana terjadinya?

Ini adalah reaksi kimia yang bertujuan untuk menghasilkan zat organik dari zat anorganik. Prasyarat terjadinya fotosintesis adalah adanya sinar matahari, karena energinya bertindak sebagai katalis.

Sifat fotosintesis tumbuhan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

• 6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Artinya, dari enam molekul karbon dioksida dan jumlah molekul air yang sama dengan adanya sinar matahari, tumbuhan dapat memperoleh satu molekul glukosa dan enam oksigen.

Ini adalah contoh fotosintesis yang paling sederhana. Selain glukosa, tumbuhan dapat mensintesis karbohidrat lain yang lebih kompleks, serta zat organik dari kelas lain.

Berikut adalah contoh produksi asam amino dari senyawa anorganik:

• 6CO 2 + 4H 2 O + 2SO 4 2- + 2NO 3 - + 6H + = 2C 3 H 7 O 2 NS + 13O 2.

Respirasi seluler aerobik merupakan karakteristik semua organisme lain, termasuk hewan dan tumbuhan. Itu terjadi dengan partisipasi oksigen.

Pada perwakilan fauna, respirasi sel terjadi pada organel khusus. Mereka disebut mitokondria. Pada tumbuhan, respirasi sel juga terjadi di mitokondria.

Tahapan

Respirasi seluler terjadi dalam tiga tahap:

1. Tahap persiapan.
2. Glikolisis (proses anaerobik, tidak memerlukan oksigen).
3. Oksidasi (tahap aerobik).

Tahap persiapan

Tahap pertama adalah penguraian zat-zat kompleks dalam sistem pencernaan menjadi zat-zat yang lebih sederhana. Jadi, asam amino diperoleh dari protein, asam lemak dan gliserol diperoleh dari lipid, dan glukosa diperoleh dari karbohidrat kompleks. Senyawa ini diangkut ke dalam sel dan kemudian langsung ke mitokondria.

Glikolisis

Itu terletak pada kenyataan bahwa di bawah aksi enzim, glukosa dipecah menjadi asam piruvat dan atom hidrogen. Dalam hal ini terbentuklah proses ini, proses ini dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

• C 6 H 12 O 6 = 2C 3 H 3 O 3 + 4H + 2ATP.

Jadi, dalam proses glikolisis, tubuh dapat memperoleh dua molekul ATP dari satu molekul glukosa.

Oksidasi

Pada tahap ini, terbentuk selama glikolisis di bawah aksi enzim, bereaksi dengan oksigen, menghasilkan pembentukan atom karbon dioksida dan hidrogen. Atom-atom ini kemudian diangkut ke krista di mana mereka dioksidasi untuk membentuk air dan 36 molekul ATP.

Jadi, dalam proses respirasi sel, total 38 molekul ATP terbentuk: 2 pada tahap kedua dan 36 pada tahap ketiga. Asam adenosin trifosfat adalah sumber energi utama yang disuplai mitokondria ke sel.

Struktur mitokondria

Organel tempat berlangsungnya respirasi terdapat pada hewan, tumbuhan, dan tumbuhan, berbentuk bulat dan berukuran sekitar 1 mikron.

Mitokondria, seperti kloroplas, memiliki dua membran yang dipisahkan oleh ruang antar membran. Apa yang ada di dalam membran organel ini disebut matriks. Ini berisi ribosom, DNA mitokondria (mtDNA) dan mtRNA. Glikolisis dan tahap oksidasi pertama terjadi di matriks.

Lipatan yang mirip dengan tonjolan terbentuk dari membran bagian dalam. Mereka disebut krista. Tahap kedua dari tahap ketiga respirasi sel terjadi di sini. Selama itu, sebagian besar molekul ATP terbentuk.

Asal usul organel membran ganda

Para ilmuwan telah membuktikan bahwa struktur yang menjamin fotosintesis dan respirasi muncul di dalam sel melalui simbiogenesis. Artinya, mereka pernah menjadi organisme yang terpisah. Hal ini menjelaskan fakta bahwa mitokondria dan kloroplas memiliki ribosom, DNA, dan RNA sendiri.

Fotosintesis- sintesis senyawa organik dari senyawa anorganik dengan menggunakan energi cahaya (hv). Persamaan keseluruhan untuk fotosintesis adalah:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Fotosintesis terjadi dengan partisipasi pigmen fotosintetik, yang memiliki sifat unik dalam mengubah energi sinar matahari menjadi energi ikatan kimia dalam bentuk ATP. Pigmen fotosintesis adalah zat mirip protein. Yang paling penting di antaranya adalah pigmen klorofil. Pada eukariota, pigmen fotosintetik tertanam pada membran dalam plastida; pada prokariota, pigmen tersebut tertanam pada invaginasi membran sitoplasma.

Struktur kloroplas sangat mirip dengan struktur mitokondria. Membran bagian dalam tilakoid grana mengandung pigmen fotosintesis, serta protein rantai transpor elektron dan molekul enzim ATP sintetase.

Proses fotosintesis terdiri dari dua fase: terang dan gelap.

Fase cahaya Fotosintesis hanya terjadi pada cahaya di membran tilakoid grana. Pada fase ini, klorofil menyerap kuanta cahaya, menghasilkan molekul ATP, dan fotolisis air.

Di bawah pengaruh kuantum cahaya (hv), klorofil kehilangan elektron, berpindah ke keadaan tereksitasi:

Chl → Chl + e -

Elektron ini ditransfer oleh pembawa ke luar, mis. permukaan membran tilakoid menghadap matriks, tempat mereka terakumulasi.

Pada saat yang sama, fotolisis air terjadi di dalam tilakoid, yaitu. penguraiannya di bawah pengaruh cahaya

2H 2 O → O 2 +4H + + 4e —

Elektron yang dihasilkan ditransfer oleh pembawa ke molekul klorofil dan mereduksinya: molekul klorofil kembali ke keadaan stabil.

Proton hidrogen yang terbentuk selama fotolisis air terakumulasi di dalam tilakoid, menciptakan reservoir H+. Akibatnya permukaan bagian dalam membran tilakoid bermuatan positif (akibat H+), dan permukaan luar bermuatan negatif (akibat e -). Ketika partikel bermuatan berlawanan terakumulasi di kedua sisi membran, beda potensial meningkat. Ketika beda potensial mencapai nilai kritis, gaya medan listrik mulai mendorong proton melalui saluran ATP sintetase. Energi yang dilepaskan dalam hal ini digunakan untuk memfosforilasi molekul ADP:

ADP + P → ATP

Pembentukan ATP selama fotosintesis di bawah pengaruh energi cahaya disebut fotofosforilasi.

Ion hidrogen, yang berada di permukaan luar membran tilakoid, bertemu elektron di sana dan membentuk atom hidrogen, yang berikatan dengan molekul pembawa hidrogen NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate):

2H + + 4e - + NADP + → NADP H 2

Jadi, selama fase terang fotosintesis, terjadi tiga proses: pembentukan oksigen akibat penguraian air, sintesis ATP, dan pembentukan atom hidrogen dalam bentuk NADP H2. Oksigen berdifusi ke atmosfer, ATP dan NADP H2 berpartisipasi dalam proses fase gelap.

Fase gelap fotosintesis terjadi dalam matriks kloroplas baik dalam terang maupun gelap dan mewakili serangkaian transformasi berurutan CO2 yang berasal dari udara dalam siklus Calvin. Reaksi fase gelap dilakukan dengan menggunakan energi ATP. Dalam siklus Calvin, CO 2 berikatan dengan hidrogen dari NADP H 2 membentuk glukosa.

Dalam proses fotosintesis, selain monosakarida (glukosa, dll.), monomer senyawa organik lainnya juga disintesis - asam amino, gliserol, dan asam lemak. Jadi, berkat fotosintesis, tumbuhan menyediakan zat organik dan oksigen yang diperlukan bagi dirinya dan semua makhluk hidup di Bumi.

Karakteristik perbandingan fotosintesis dan respirasi eukariota diberikan dalam tabel:

Ciri-ciri perbandingan fotosintesis dan respirasi eukariota

Tanda	Fotosintesis	Napas
Persamaan reaksi	6CO 2 + 6H 2 O + Energi cahaya → C 6 H 12 O 6 + 6O 2	C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + Energi (ATP)
Bahan awal	Karbon dioksida, air
Produk reaksi	Bahan organik, oksigen	Karbon dioksida, air
Pentingnya dalam siklus zat	Sintesis zat organik dari zat anorganik	Penguraian zat organik menjadi zat anorganik
Konversi energi	Konversi energi cahaya menjadi energi ikatan kimia zat organik	Konversi energi ikatan kimia zat organik menjadi energi ikatan ATP berenergi tinggi
Tahapan Penting	Fase terang dan gelap (termasuk siklus Calvin)	Oksidasi tidak sempurna (glikolisis) dan oksidasi sempurna (termasuk siklus Krebs)
Lokasi proses	Kloroplas	Hyaloplasma (oksidasi tidak sempurna) dan mitokondria (oksidasi sempurna)

Sesuai dengan namanya, fotosintesis pada dasarnya adalah sintesis alami zat organik, mengubah CO2 dari atmosfer dan air menjadi glukosa dan oksigen bebas.

Hal ini memerlukan kehadiran energi matahari.

Persamaan kimia untuk proses fotosintesis secara umum dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Fotosintesis memiliki dua fase: gelap dan terang. Reaksi kimia fotosintesis fase gelap berbeda secara signifikan dengan reaksi fase terang, tetapi fase fotosintesis gelap dan terang bergantung satu sama lain.

Fase terang dapat terjadi pada daun tanaman secara eksklusif di bawah sinar matahari. Untuk kegelapan, keberadaan karbon dioksida diperlukan, itulah sebabnya tanaman harus terus-menerus menyerapnya dari atmosfer. Semua karakteristik komparatif fase gelap dan terang fotosintesis akan diberikan di bawah ini. Untuk tujuan ini, tabel perbandingan “Fase Fotosintesis” telah dibuat.

Fase terang fotosintesis

Proses utama pada fase cahaya fotosintesis terjadi di membran tilakoid. Ini melibatkan klorofil, protein transpor elektron, ATP sintetase (enzim yang mempercepat reaksi) dan sinar matahari.

Lebih lanjut, mekanisme reaksi dapat digambarkan sebagai berikut: ketika sinar matahari mengenai daun hijau tanaman, elektron klorofil (muatan negatif) tereksitasi dalam strukturnya, yang, setelah masuk ke keadaan aktif, meninggalkan molekul pigmen dan berakhir di di luar tilakoid, yang membrannya juga bermuatan negatif. Pada saat yang sama, molekul klorofil teroksidasi dan molekul yang sudah teroksidasi tereduksi, sehingga mengambil elektron dari air yang ada pada struktur daun.

Proses ini mengarah pada fakta bahwa molekul air terurai, dan ion-ion yang tercipta sebagai hasil fotolisis air melepaskan elektronnya dan berubah menjadi radikal OH yang mampu melakukan reaksi lebih lanjut. Radikal OH reaktif ini kemudian bergabung untuk menciptakan molekul air dan oksigen yang lengkap. Dalam hal ini, oksigen bebas keluar ke lingkungan luar.

Akibat semua reaksi dan transformasi ini, membran tilakoid daun di satu sisi bermuatan positif (akibat ion H+), dan di sisi lain bermuatan negatif (akibat elektron). Ketika perbedaan antara muatan di kedua sisi membran mencapai lebih dari 200 mV, proton melewati saluran khusus enzim ATP sintetase dan karena ini, ADP diubah menjadi ATP (sebagai hasil dari proses fosforilasi). Dan atom hidrogen, yang dilepaskan dari air, mengembalikan pembawa spesifik NADP+ menjadi NADP·H2. Seperti yang dapat kita lihat, sebagai hasil dari fase cahaya fotosintesis, terjadi tiga proses utama:

1. sintesis ATP;
2. pembuatan NADP H2;
3. pembentukan oksigen bebas.

Yang terakhir dilepaskan ke atmosfer, dan NADP H2 dan ATP mengambil bagian dalam fase gelap fotosintesis.

Fase gelap fotosintesis

Fase gelap dan terang fotosintesis ditandai dengan pengeluaran energi yang besar pada tumbuhan, tetapi fase gelap berlangsung lebih cepat dan membutuhkan lebih sedikit energi. Reaksi fase gelap tidak memerlukan sinar matahari, sehingga dapat terjadi siang dan malam.

Semua proses utama fase ini terjadi di stroma kloroplas tanaman dan mewakili rantai unik transformasi karbon dioksida dari atmosfer. Reaksi pertama dalam rantai tersebut adalah fiksasi karbon dioksida. Untuk mewujudkannya lebih lancar dan cepat, alam menyediakan enzim RiBP-karboksilase, yang mengkatalisis fiksasi CO2.

Selanjutnya terjadi seluruh siklus reaksi, yang penyelesaiannya adalah konversi asam fosfogliserat menjadi glukosa (gula alami). Semua reaksi ini menggunakan energi ATP dan NADP H2, yang diciptakan dalam fase cahaya fotosintesis. Selain glukosa, fotosintesis juga menghasilkan zat lain. Diantaranya berbagai asam amino, asam lemak, gliserol, dan nukleotida.

Fase fotosintesis: tabel perbandingan

Kriteria perbandingan	Fase cahaya	Fase gelap
sinar matahari	Diperlukan	Tidak dibutuhkan
Tempat reaksi	Grana kloroplas	Stroma kloroplas
Ketergantungan pada sumber energi	Tergantung pada sinar matahari	Tergantung pada ATP dan NADP H2 yang terbentuk pada fase cahaya dan jumlah CO2 dari atmosfer
Bahan awal	Klorofil, protein transpor elektron, ATP sintetase	Karbon dioksida
Hakikat fase dan apa yang terbentuk	O2 bebas dilepaskan, ATP dan NADP H2 terbentuk	Pembentukan gula alami (glukosa) dan penyerapan CO2 dari atmosfer

Fotosintesis - video