Definisi Beberapa konsep dalam fotosintesis Reaksi terang fotosintesis (reaksi thylakoid)

1. FOTOSINTESIS (pada tanaman tingkat tinggi) • Definisi • Beberapa konsep dalam fotosintesis • Reaksi terang fotosintesis (reaksi thylakoid) • Reaksi karbon fotosintesis (reaksi fiksasi karbon)

2. Definisi • Fotosintesis adalah sebuah proses perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP dan disimpan sebagai ikatan kimia karbohidrat • Produk utama proses fotosintesis adalah sebuah polimer gula 6 karbon (biasanya dalam bentuk sukrosa atau pati) • 6CO2 + 6 H20 6O2 + C6H12O6

3. nH2O + nCO2 + light (CH2O)n + nO2

4. Beberapa konsep dalam fotosintesis • Cahaya memiliki sifat baik sebagai sebuah partikel maupun sebuah gelombang • Gelombang dicirikan oleh panjang gelombang () dan frekuensi ()

5. Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi: • c = 

6. Sebagai sebuah partikel, cahaya disebut foton • Setiap foton mengandung sejumlah energi yang disebut quantum • Besarnya energi dari sebuah foton tergantung pada frekuensinya (Hk Planck)

7. Hukum Planck: •  = h  •  = h c/ • dimana : h = konstanta Planck (6,626 x 10 –34 Js) • Sehingga, energi sebuah foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya

8. Ketika klorofil a (atau sembarang molekul) menyerap cahaya, energi cahaya yang diserap menaikkan e- ke tingkat energi yang lebih tinggi (excited state) • Chl + h  Chl*

9. Struktur Aparatus Fotosintesis

11. Kloroplas

12. Merupakan tempat berlangsungnya fotosintesis • Terbungkus oleh dua lapis membran (luar dan dalam) • Tersusun atas membran internal (yang disebut thylakoid) dan stroma

13. Membran thylakoid terdiri dari lamela grana (bertumpuk) dan lamela stroma (tidak bertumpuk) • Klorofil terletak di membran thylakoid, sehingga reaksi terang fotosintesis berlangsung di membran thylakoid

14. Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh ensim-ensim yang larut dalam air, berlangsung di stroma • Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid

15. Gambar Skematik Kloroplas lumen

16. Klorofil merupakan pigmen utama dalam fotosintesis, dan berperan sebagai penangkap cahaya. • Semua pigmen yang aktif dalam fotosintesis, terletak di dalam kloroplas

17. Klorofil tersusun atas sebuah cincin seperti phorphyrin dengan inti Mg, dan sebuah ekor panjang yang berfungsi untuk melekatkan diri pada lingkungannya

19. 1. Penyerapan cahaya 2H2O O2 + 4H+ +4 e- 2. Transport elektron 2H2O + 2NADP+ 2H+ + 2 NADPH + O2 cahaya cahaya Proses fotosintesis

20. 3. Pembentukan ATP H+ + ADP 3- + Pi 2- ATP 4- + H2O 4. Fiksasi CO2 menjadi karbohidrat

21. Fotosintesis terjadi dalam sebuah kompleks yang terdiri dari antena-antena penangkap cahaya dan pusat-pusat reaksi fotokimia

22. Molekul pigmen Acceptor e - Pusat reaksi Donor e - Transfer elektron Transfer eksitasi Cahaya Antena

23. REAKSI TERANG FOTOSINTESIS

24. Organisme yang melepaskan oksigen (melalui fotosintesis) memiliki dua fotosistem (II & I) yang bekerja secara berturutan yang dikenal sebagai skema Z (zigzag)

25. Gambaran skematik Z scheme

28. PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2 di lumen thylakoid; serta menghasilkan reduktan lemah • P680* merupakan oksidan biologi paling kuat yang pernah ditemukan

29. PSI yang menyerap cahaya merah panjang (700 nm) mengasilkan reduktan kuat, yang mampu mereduksi NADP + menjadi NADPH di membran dekat stroma; dan menghasilkan pula oksidan lemah

30. ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen ke stroma • Perbandingan antara PSII dan PSI secara umum adalah 1,5 : 1

31. Organisasi Dalam Membran Thylakoid • Pusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron, terletak terutama di lamela grana

32. Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron; dan ensim-ensim untuk sintesis ATP (coupling factor enzymes) terletak terutama di lamela stroma dan di sudut-sudut lamela grana

33. Kompleks sitokrom b6f, yang menghubungkan dua sistem tersebut, tersebar merata.

34. Diagram Organisasi Membran Thylakoid

35. Organisasi Sistem Antena Penyerap Cahaya • Beberapa pigmen secara bersama berperan sebagai antena • Energi ditangkap dan disalurkan ke pusat reaksi (rc) oleh sistem antena • Ukuran antena: 200-300 chl/rc di tanaman tingkat tinggi

36. Mekanisme transfer energi dari chl ke rc adalah transfer resonansi, dimana energi eksitasi dipindahkan oleh proses non radiasi • effisiensi transfer energi 95 - 99 %

37. Mekanisme Transport Elektron Dan Proton Dalam Fotosintesis • Reaksi terang fotosinthesis tersusun atas : PSII, sitokrom b6F, PSI dan ATP synthase.

38. Appressed thylakoids Non-appressed thylakoids

39. STRUKTUR PSII • PSII terdiri atas inti pusat reaksi (core reaction centre), antena (dengan beberapa LHC), dan pigment-pigment tambahan • Inti pusat reaksi terdiri dari dua buah membran protein (D1 & D2)

40. Klorofil (klorofil a) pusat reaksi PSII menyerap cahaya maksimal 680 nm (P680/Pigment 680)

41. Struktur Skematik PSII

42. Ketika PSII menyerap sebuah foton dengan panjang gelombang < 680 nm, akan memacu lepasnya elektron dari molekul chl a P680 dan menghasilkan P680*

43. P680* merupakan oksidan biologi paling kuat, yang cukup kuat untuk mengoksidasi air • Oksigen dioksidasi di dalam PSII melalui fotolisis air • 2H2O O2 + 4H+ + 4 e-

44. P680* kemudian akan melepaskan elektronnya, dan diterima oleh pheophytin • Pheophytin (Pheo) adalah sebuah klorofil dimana inti Mg disubstitusi dengan 2 atom H, berperan sebagai akseptor elektron awal di PSII

45. Kemudian, elektron dipindahkan dari Pheo ke quinon pertama dan segera dipindahkan ke quinon kedua (untuk ditahan) • (2 buah plastoquinon terletak sangat berdekatan dengan pheo) • Pada saat yang bersamaan P680+ mendapatkan e- kembali dari hasil fotolisis air, melalui Yz

46. Thyrosin (Yz) berfungsi untuk menghubungkan Oxygen-evolving complex dengan P680 • Yz terletak pada Protein D1 dari pusat reaksi PSII

47. Sebuah elekron kedua di pindahkan dari Q1 ke Q2 • Dengan mengambil 2 proton dari media, maka terbentuk hidroquinon (QH2)

48. Hidroquinon (QH2) kemudian terdisosiasi dan melepaskan elektron-elektronya ke kompleks sitokrom b6f

49. Mekanisme Tranfer Elektron Dan Proton Di Kompleks Sitokrom B6F

50. Cyt b6f terdiri dari cyt b dan cyt c (cyt f/ Rieske Fe-S (FeSR)) • QH2 dioksidasi dekat lumen, kemudian elektron dilepaskan ke FeSR dan ke cyt b, dan secara simultan melepaskan dua proton ke lumen.