STRUKTUR ULTRA KLOROPLAS JALUR FOTOFOSFORILASI DNA KLOROPLAS BIOGENESIS KLOROPLAS

1. KLOROPLAS • STRUKTUR ULTRA KLOROPLAS • JALUR FOTOFOSFORILASI • DNA KLOROPLAS • BIOGENESIS KLOROPLAS

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

4. 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

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

6. GAMBAR SKEMATIK KLOROPLAS lumen

7. 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

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

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

10. DIAGRAM ORGANISASI MEMBRAN THYLAKOID

11. FOTOFOSFORILASI • Fotosintesis: adalah sebuah proses dimana energi cahaya dirubah menjadi energi kimia (ATP) dan disimpan dalam bentuk ikatan kimia karbohidrat • 6CO2 + 6 H20 6O2 + C6H12O6

12. 1. Penyerapan cahaya • 2H2O O2 + 4H+ +4 e- • 2. Transport elektron • 2H2O + 2NADP+ 2H+ + 2 • NADPH + O2 cahaya cahaya

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

14. KONSEP-KONSEP DASAR • Ketika klorofil a (atau sembarang molekul) menyerap cahaya tampak, energi cahaya yang diserap menaikkan e- chl a ke tingkat energi yang lebih tinggi (excited state)

15. KONSEP DASAR TRANSFER ENERGI SELAMA FOTOSINTESIS Transfer eksitasi Transfer elektron Cahaya Molekul pigmen Acceptor e - Pusat reaksi Donor e - Antena

16. 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

17. MEKANISME TRANSPORT ELEKTRON DAN PROTON DALAM FOTOSINTESIS • Reaksi terang fotosintesis tersusun atas : PSII, sitokrom b6F, PSI dan ATP synthase. • Organisasi kedua fotosistem dikenal dengan skema Z (Z scheme)

18. Gambaran skematik Z scheme BIOSEL 2006

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

20. PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2 di lumen thylakoid; serta menghasilkan reduktan lemah • ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen ke stroma

21. SKEMA TRANSPORT ELEKTRON DAN PROTON

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

23. Proton yang terbentuk dari oksidasi air dilepaskan ke lumen thylakoid dan tidak secara langsung ke stroma • Pada akhirnya proton akan dilepaskan dari lumen ke stroma melalui sintesis ATP BIOSEL 2006

24. Pembentukan ATP • Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi yang diserap disimpan dalam bentuk NADPH, sebagian lain dari energi photon digunakan untuk membentuk ATP • Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi

25. Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kimoosmotik • Mekanisme kimoosmotik (chemiosmotic mechanism) didasarkan pada prinsip: bahwa perbedaan konsentrasi ion dan potensial elektrik diantara membran, merupakan sumber energi bebas

26. ATP dibentuk oleh kompleks enzim yang dikenal memiliki beberapa nama: ATP synthase, Coupling-Factor, ATPase, CFo - CF1 • Enzim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan bagian yang mencuat keluar membran disebut CF1

27. CFo membentuk saluran menyeberangi membran, dimana proton mampu melewatinya • CF1 merupakan bagian dari kompleks enzim yang membentuk ATP BIOSEL 2006

28. Karena perbedaan konsentrasi proton antara lumen dan stroma, maka akan timbul sebuah tenaga (proton motive force) • Proton motive force akan mengakibatkan terjadinya perpindahan proton dari lumen melalui CFo dan kemudian akan dilepaskan ke stroma melalui CF1

29. Sisi katalisis dari ATP synthase terletak di CF1, dimana pada saat sintesis ATP, sisi ini akan berputar.

30. Gambaran skematik ATP synthase ADP +Pi ß ATP

31. DNA KLOROPLAS • DNA kloroplas berbentuk sirkuler dan terdiri dari 120.000 - 160.000 bp • Terdapat sekitar 120 gen dalam DNA kloroplas

32. 60 gen berperan pada proses transkripsi dan translasi, termasuk gen untuk rRNA, tRNA, sub unit pada RNA polimerase • 20 gen mengkode subunit pada kompleks transport elektron, ATPase dan Rubisco. BIOSEL 2006

33. BIOGENESIS KLOROPLAS • Semua plastida (termasuk kloroplas) terbentuk dari proplastida, dan semuanya mengandung DNA kloroplas yang sama. • Proplastida hanya tersusun atas: membran luar, membran dalam, sebuah ruangan stroma kecil yang didalamnya terdapat DNA kloroplas.

34. Kloroplas merupakan satu-satunya plastida yang mengandung membran thylakoid. • Cahaya merangsang sintesis protein-protein kloroplas dan ekspansi membran internal proplastida. BIOSEL 2006

35. Ekspansi membran internal proplastida akan mengakibatkan terbentuknya tunas vesikula membran. • Membran tersebut akan mengatur diri dengan cara bertumpuk. • Membran vesikula akan mengikat protein dan klorofil untuk membentuk vesikula thylakoid dewasa.

36. Bergantung pada jenis jaringan dan lingkungannya, proplastida akan berkembang menjadi kloroplas, kromoplas, amiloplas dan elaioplas.