Proses Fotosintesis, Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

Fotosintesis adalah proses menghasilkan karbohirat dengan bahan karbondioksida dan air serta bantuan cahaya matahari. Fotosintesis terjadi di kloroplas dan terjadi dalam 2 tahap reaksi yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

Reaksi terang terjadi di grana sedangkan reaksi gelap terjadi di stroma. Grana adalah bagian kloroplas yang berupa lekukan-lekukan membran. Sedangkan stroma adalah bagian matriks atau cairan di sekitar grana.

Struktur kloroplas

Reaksi terang terjadi saat ada cahaya matahari karena tanpa cahaya reaksi terang tidak dapat berlangsung. Sedangkan reaksi gelap berlangsung tanpa bantuan cahaya.

Persamaan fotosintesis secara sederhana adalah sebagai berikut.

6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2

Dibutuhkan 6 molekul karbondioksida dan 6 molekul air untuk menghasilkan 1 molekul karbohidrat dan 6 molekul oksigen.

Jalannya fotosintesis melalui reaksi terang dan reaksi gelap adalah sebagai berikut.

Reaksi terang fotosintesis

Reaksi terang terjadi di grana dan hasil utamanya adalah NADPH dan ATP. Pada reaksi terang ini juga dihasilkan oksigen sebagai hasil sampingan. Oksigen merupakan hasil dari fotolisis air, dimana molekul air dipecah untuk diambil elektonnya dan melepaskan oksigen. 

Oksigen akan dilapaskan ke lingkungan karena tidak digunakan dalam reaksi gelap. Sedangkan NADPH dan ATP akan digunakan dalam reaksi gelap untuk menghasilkan karbohidrat.

Aliran elektron non siklik

Jalannya reaksi terang adalah sebagai berikut.

• Cahaya matahari akan ditangkap oleh klorofil dalam fotosistem II sehingga elektron di pusat fotosistem naik ke tingkat energi yang lebih tinggi dan ditangkap oleh akseptor primer. Elektron tersebut akan mengalir turun untuk menuju tingkat energi awalnya namun melewati beberapa molekul sebagai akseptornya (penerima elektron).
• Elektron yang telah naik menyebabkan pusat fotosistem II kekurangan elektron, untuk mengisi kekosongan tersebut suatu enzim akan memecah H2O menjadi 2 molekul H+ dan 1 molekul O- dan mendonorkan elektronnya pada pusat fotosistem II. Dua molekul O- akan bersatu dan akhirnya berubah menjadi O2 yang akan dilepaskan tumbuhan.
• Elektron dari fotosistem II yang naik dan ditangkap akseptor primer tadi akan dialirkan menuju sederetan protein yang meliputi Pq (plastoquinon), kompleks sitokrom, dan Pc (plastosianin) yang akan mengantarkan elektron tersebut kembali ke tingkat energi semula. Ketika ditangkap oleh protein-protein tersebut, elektron akan melepaskan sebagian energinya sehingga dapat digunakan untuk membentuk ATP.
• Disamping itu, elektron pada fotosistem I juga telah tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi karena menangkap energi cahaya matahari. Elektron dari fotosistem II akan turun dari kompleks protein dan mengisi kekosongan yang terjadi di fotosistem I.
• Sedangkan elektron dari fotosistem I yang naik akan ditangkap oleh akseptor primer kemudian diteruskan menuju Fd (ferredoksin), yang menjadi perantara sebelum elektron tersebut menuju enzim NADP+ reduktase. Enzim tersebut akan menggunakan elektron untuk reaksi reduksi membentuk NADPH.

Hasil dari aliran elektron tersebut adalah molekul ATP dan NADPH yang akan digunakan dalam reaksi gelap fotosintesis. Dalam reaksi terang terdapat 2 jenis aliran elektron, yaitu aliran elektron non siklik dan aliran elektron siklik. Aliran elektron yang dijelaskan seperti di atas adalah aliran elektron non siklik.

Aliran elektron siklik

Sedangkan aliran elektron siklik terjadi apabila produksi ATP pada aliran elektron non siklik tidak mencukupi untuk berlangsungnya reaksi gelap fotosintesis. Kekurangan ATP ini akan dicukupi dengan menjalankan aliran elektron siklik yang hanya menghasilkan ATP saja. Jalannya aliran elektron siklik adalah sebagai berikut.

• Energi cahaya akan menggerakkan elektron pada fotosistem I sehingga naik ke tingkat energi yang lebih tinggi.
• Elektron yang naik tersebut akan ditangkap oleh akseptor primer kemudian disalurkan menuju Fd, kompleks sitokrom, dan Pc sebelum kembali ke tempatnya semula di fotosistem I.
• Saat bergerak dari Fd, kompleks sitokrom, dan Pc, elektron akan melepaskan energi yang akan digunakan untuk membuat ATP melalui chemiosmosis.

ATP dan NADPH yang dihasilkan akan menuju stroma untuk menjalani reaksi gelap. Sedangkan Oksigen yang dihasilkan akan dilepaskan ke lingkungan melalui stomata.

Reaksi gelap fotosintesis

Reaksi gelap juga disebut dengan istilah siklus Calvin. Reaksi gelap terjadi di stroma dan hasil utamanya adalah molekul karbohidrat. Pada tahap ini karbondioksida ditangkap dan diproses bersama dengan NADPH untuk menghasilkan karbohidrat. Pada proses tersebut dibutuhkan energi yang sumbernya dari ATP yang dihasilkan dari reaksi terang.

Reaksi gelap atau siklus calvin

Jalannya reaksi gelap terbagi menjadi 3 fase, yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.

Fase pertama: fiksasi karbon

Karbondioksida akan ditangkap dan disatukan dengan ribulosa bifosfat (RuBp) oleh enzim rubisco. Rubisco adalah protein enzim yang paling banyak terdapat di dalam kloroplas. Dalam tahap ini ribulosa bifosfat akan mengikat karbondioksida dan hasilnya adalah molekul dengan 6 karbon yang tidak stabil dan segera pecah menjadi dua molekul 3-fosfogliserat.

Dalam sekali siklus terdapat 3 molekul ribulosa bifosfat yang menangkap 3 molekul karbondioksida dan akan menghasilkan 6 molekul 3-fosfogliserat.

Fase kedua: reduksi

Masing-masing molekul 3-fosfogliserat akan menerima fosfat dari ATP sehingga berubah menjadi 1,3-difosfogliserat. Dibutuhkan 6 ATP untuk mengubah 6 molekul 3-fosfogliserat menjadi 6 molekul 1,3-difosfogliserat.

Molekul 1,3-difosfogliserat akan mengalami reduksi oleh NADPH sehingga berubah menjadi gliseraldehida 3-fosfat (G3P), dibutuhkan 6 molekul NADPH dalam sekali siklus Calvin. Hasil dari tahap reduksi adalah 6 molekul gliseraldehida 3-fosfat dengan 1 molekul tersebut akan dikeluarkan untuk bahan baku glukosa sehingga tersisa 5 molekul G3P.

Fase ketiga: regenerasi

Tahapan ini merupakan pembuatan kembali ribulosa bifosfat (molekul dengan 5 atom C) dari sisa gliseraldehida 3-fosfat (molekul dengan 3 atom C). Pada tahapan ini 5 molekul gliseraldehida 3 fosfat akan diubah menjadi 3 molekul ribulosa bifosfat yang dapat digunakan kembali untuk menangkap karbondioksida. Dalam reaksi ini terdapat 3 molekul ATP yang mendonorkan fosfatnya.

Reaksi gelap terjadi pada bagian stroma kloroplas. Reaksi gelap disebut siklus karena reaksi-reaksi yang berlangsung berjalan berputar-putar dan kembali menjadi molekul asalnya. Disebut reaksi gelap karena dalam tahap-tahap reaksinya tidak membutuhkan cahaya matahari sebagai sumber energi.

Karbohidrat yang dihasilkan akan digunakan untuk membentuk sel-sel baru maupun sebagai cadangan makanan bagi tumbuhan. Bila disimpan sebagai cadangan makanan kadang karbohidrat dimanfaatkan oleh manusia dan hewan sebagai bahan makanan.

Kesimpulan :

Reaksi terang terjadi di grana.

Reaksi terang menghasilkan NADPH dan ATP dan hasil sampingan berupa oksigen.

Reaksi gelap terjadi di stroma.

Reaksi gelap menghasilkan karbohidrat dari bahan karbondioksida yang diproses bersama NADPH dan energi dari ATP.