Fotosintesis

1. FOTOSINTESIS Proses yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia

2. Leaf cross section Vein Mesophyll CO2 O2 Stomata • Fotosintesisterjadidikloroplas • Daunpadatanamanmerupakantempatutamaterjadinyafotosintesis

3. Light energy ECOSYSTEM Photosynthesisin chloroplasts Organicmolecules CO2 + H2O + O2 Cellular respirationin mitochondria ATP powers most cellular work Heatenergy Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem sebagai cahaya matahari dan meninggalkannya dalam bentuk panas

4. Fotosintesis • Prosesdimanaorganisme yang memilikikloroplasmengubahenergicahayamataharimenjadienergikimia • Melibatkan 2 lintasanmetabolik • Reaksiterang: mengubahenergimataharimenjadienergiseluler • Siklus Calvin: reduksi CO2menjadiCH2O

5. Light Chloroplast NADP RuBP ADP + P 3-PGA Calvin cycle Light reactions Electrons G3P Cellular respiration Cellulosse Starch Other organic compounds

6. Persamaan Fotosintesis • Fotosintesis6CO2 +6H20 + light  C6H1206 + 6O2

7. Pada fotosintesis Reduksi CO2 menjadi karbohidrat melalui oksidasi carrier energi (ATP, NADPH) Reaksi terang memberi energi pada carrier Reaksi gelap (siklus Calvin) menghasilkan PGAL (phosphoglyceraldehyde) Fotosintesis terdiri dari dua proses yaitu -Reaksi terang -Siklus Calvin

9. Mesophyll Chloroplast 5 µm Outer membrane Thylakoid Intermembrane space Thylakoid space Granum Stroma Inner membrane 1 µm Struktur kloroplas • Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang). Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma • Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas • Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat terjadi siklus Calvin

10. cahaya • Energielektromagnetikbergerakdalambentukgelombang • Terdapathubungan yang berbalikantarapanjanggelombangdenganenergi • Panjanggelombangtinggimakaenergirendah

11. Spektrum tampak • -termasuk warna-warna cahaya yang dapat kita lihat • -termasuk panjang gelombang yang menjalankan fotosintesis

12. Pigmen • -Substansi yang menyerap cahaya tampak • -Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi paling sedikit menyerap panjang gelombang hijau • Pigmen • Klorofil a • Klorofil b • Karotenoid • Karotene • Xantofil

14. Rate of photosynthesis (measured by O2 release) Action spectrum. Plot antara kecepatan fotosintesis vs panjang gelombang. Sepktrum aksi mewakili spektrum absorpsi klorofil a tetapi tidak benar-benar tepat. Hal ini karena penyerapan cahaya oleh pigmen aksesoris seperti klorofil b dan karotenoid. • Spektrum aksi pigmen • Efektivitas relatif panjang gelombang yang berbeda dalam menjalankan fotosintesis

15. Aerobic bacteria Filament of alga 500 600 700 400 Engelmann‘s experiment. Tahun 1883, Theodor W. Engelmann menyinari alga filamen dengan cahaya yang telah dilewatkan ke prisma, sehingga segmen yang berbeda dari alga mendapat panjang gelombang yang berbeda. Digunakan bakteri aerob yang terkonsentrasi dekan sumber oksigen untuk menentukan segmen alga yang paling banyak mengeluarkan O2. Bakteri berkumpul dalam jumlah besar disekitar alga yang mendapat cahaya biru-violet dan merah. cahaya biru-violet dan merah paling efektif dalam fotosintesis • Spektrum aksi fotosintesis • Ditunjukkan oleh Theodor W. Engelmann

16. Klorofil a • Klorofil a adalah pigmen yang secara langsung berpartisipasi dalam reaksi terang • Pigmen lain menambahkan energi ke klorofil a • Penyerapan cahaya meningkatkan elektron ke orbital energi yang lebih tinggi

17. Excited state e– Heat Energy of election Photon (fluorescence) Ground state Chlorophyll molecule Photon • Klorofil tereksitasi oleh cahaya • Saat pigmen menyerap cahaya • Klorofil tereksitasi dan menjadi tidak stabil

18. Fotosistem • Kumpulan pigmendan protein yang berasosiasidenganmembrantilakoid yang memanenenergidarielektron yang tereksitasi • Energi yang ditangkapditransferantaramolekulfotosistemsampaimencapaimolekulklorofilpadapusatreaksi

19. Pada pusat reaksi terdapat 2 molekul • Klorofil a • Akseptor elektron primer • Pusat reaksi klorofil dioksidasi dengan hilangnya elektron melalui reduksi akseptor elektron primer • Terdapat fotosistem I dan II • Membran tilakoid • Terdapat 2 tipe fotosistem yaitu fotosistem I dan II

20. Aliran elektron • Terdapat dua rute jalur elektron yang tersimpan pada akseptor elektron primer • Kedua jalur • Dimulai dengan penangkapan energi foton • Menggunakan rantai transport elektron dengan sitokrom untuk kemiosmosis • Aliran elektron nonsiklik • Menggunakan fotosistem II dan I • Elektron dari fotosistem II dihilangkan dan diganti oleh elektron yang didonasikan oleh air • Mensintesis ATP dan NADPH • Donasi elektron mengkonversi air O2 dan 2H+ • Aliran elektron siklik • Hanya menggunakan fotosistem I • Elektron dari fotosistem I di-recycle • Mensintesis ATP

21. Nonsiklik Menghasilkan NADPH, ATP, dan oksigen

22. Aliran siklik • Hanya fotosistem I yang digunakan • Hanya ATP yang dihasilkan

23. H2O CO2 LIGHT NADP+ ADP CALVIN CYCLE LIGHT REACTOR ATP NADPH STROMA (Low H+ concentration) O2 [CH2O] (sugar) Cytochrome complex Photosystem II Photosystem I NADP+ reductase Light 2 H+ 3 NADP+ + 2H+ Fd NADPH + H+ Pq Pc 2 H2O 1⁄2 O2 THYLAKOID SPACE (High H+ concentration) 1 2 H+ +2 H+ To Calvin cycle ATP synthase Thylakoid membrane STROMA (Low H+ concentration) ADP ATP P H+ Reaksi terang dan kemiosmosis: Organisasi membran tilakoid

24. Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi CO2 menjadi gula • Siklus calvin • Terjadi di stroma • Siklus Calvin memiliki 3 tahap • Fiksasi karbon • Reduksi • Regenerasi akseptor CO2

25. H2O Input CO2 Light 3 (Entering one at a time) NADP+ CO2 ADP CALVINCYCLE LIGHTREACTION ATP NADPH Rubisco O2 [CH2O] (sugar) 3 P P Short-livedintermediate P 6 3 P P Ribulose bisphosphate(RuBP) 3-Phosphoglycerate 6 ATP 6 ADP CALVIN CYCLE 3 ADP 6 P P 3 ATP 1,3-Bisphoglycerate 6 NADPH 6 NADPH+ 6 P P 5 (G3P) 6 P Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) P 1 Glucose andother organiccompounds G3P(a sugar)Output Siklus Calvin Phase 1: Carbon fixation Phase 3:Regeneration ofthe CO2 acceptor(RuBP) Phase 2:Reduction

26. Siklus Calvin • Dimulai dari CO2 dan menghasilkan Glyceraldehyde 3-phosphate • Tiga bagian siklus Calvin menghasilkan 1 produk molekul • Tiga tahap • Fiksasi karbon • Reduksi CO2 • Regenerasi RuBP

27. Sebuah molekul CO2 dikonversi dari bentuk inorganiknya menjadi molekul organik (fixation) melalui pengikatan ke gula 5C (ribulose bisphosphate atau RuBP). • Dikatalisasi oleh enzim RuBP carboxylase (Rubisco). • Bentuk gula 6C pecah menjadi 3-phosphoglycerate

28. Tiap molekul 3-phosphoglycerate menerima tambahan grup fosfat membentuk 1,3-Bisphosphoglycerate (fosforilasi ATP) • NADPH dioksidasi dan elektron yang ditransfer ke 1,3-Bisphosphoglycerate memecah molekul dengan tereduksi menjadi Glyceraldehyde 3-phosphate

29. Tahap terakhir dari siklus ini adalah regenerasi RuBP • Glyceraldehyde 3-phosphate dikonversi menjadi RuBP melalui sebuah seri reaksi yang melibatkan fosforilasi molekul oleh ATP

30. Tanaman C4 • Tanaman C4 meminimalkan keperluan fotorespirasi • dengan cara menggabungkan CO2 ke dalam senyawa empat karbon di sel mesofil • Senyawa empat karbon tersebut • Dieksport ke sel berkas pembuluh, dimana CO2 dilepaskan yang digunakan dalam siklus Calvin

31. Mesophyll cell Mesophyll cell Photosynthetic cells of C4 plant leaf PEP carboxylase Bundle- sheath cell CO2 CO2 PEP (3 C) Oxaloacetate (4 C) ADP Vein (vascular tissue) Malate (4 C) ATP C4 leaf anatomy Pyruate (3 C) Bundle- Sheath cell CO2 Stoma CALVIN CYCLE Sugar Vascular tissue • Anatomi daun C4 dan jalur C4

32. Tanaman CAM • Membuka stomatanya pada malam hari, menggabungkan CO2 ke dalam asam organik • Selama siang hari, stomata tertutup • CO2 dilepaskan dari asam organik untuk digunakan dalam siklus Calvin

33. 2 1 Pineapple Sugarcane C4 CAM CO2 CO2 Mesophyll Cell Night CO2 incorporated into four-carbon organic acids (carbon fixation) Organic acid Organic acid Bundle- sheath cell (b) Temporal separation of steps. In CAM plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in the same cellsat different times. Day (a) Spatial separation of steps. In C4 plants, carbon fixation and the Calvin cycle occur in different types of cells. Organic acids release CO2 to Calvin cycle CALVINCYCLE CALVINCYCLE Sugar Sugar • Jalur CAM mirip dengan jalur C4