Biologi Kelas 12 | Proses Anabolisme - Dewanto, S.Pd.

Konten [Tampil]

Anabolisme adalah proses penyusunan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks. Proses ini membutuhkan energi sehingga disebut reaksi endergonik. Anabolisme dapat ditemukan pada proses fotosintesis dan kemosintesis.

A. Fotosintesis

Fotosintesis berasal dari kata foton = cahaya dan sintesis = penyusunan, merupakan reaksi penyusunan senyawa sederhana berupa zat anorganik menjadi senyawa organik kompleks dengan menggunakan cahaya matahari. Bahan-bahan anorganik yang diperlukan untuk berlangsungnya fotosintesis yaitu karbon dioksida dan air.

Organisme

Organisme-organisme yang dapat melakukan fotosintesis disebut organisme fotoautotrof. Fotoautotrof yaitu organisme yang mampu memanfaatkan energi cahaya matahari untuk mengubah sekumpulan senyawa anorganik menjadi senyawa organik guna untuk memperoleh makanannya sendiri. Organisme-organisme tersebut antara lain tumbuhan hijau, bakteri berklorofil dan bakteri ungu.

Kloroplas

Struktur Kloroplas [sumber: commons.wikimedia.org]

Struktur dari kloroplas antara lain:

Selubung luar yang merupakan membran ganda (membran luar dan membran dalam) yang dipisahkan oleh ruang antar-membran.
Tilakoid merupakan sistem membran yang berbentuk kantung-kantung pipih, berisi klorofil dan pigmen-pigmen fotosintetik lainnya serta tempat ini merupakan tempat terjadinya reaksi terang.
Grana merupakan tumpukan dari tilakoid
Stroma merupakan cairan koloid di luar tilakoid yang mengandung enzim-enzim dan bahan-bahan kimia seperti gula dan asam-asam organik dan tempat ini merupakan tempat terjadinya reaksi gelap.
DNA dan ribosom sehingga membuat organel ini disebut sebagai organel semiotonom karena telah bisa mengatur aktivitas yang terjadi di dalam kloroplas.

Fotosistem

Fotosistem adalah unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari. Fotosistem terdiri dari protein, anthena dan molekul organik. Anthena atau kompleks antena berperan dalam pengumpulan energi dan terdiri dari pigmen-pigmen, seperti klorofil a, klorofil b dan karotenoid. Terdapat 2 macam fotosistem, yaitu fotosistem I (PS I) dan fotosistem II (PS II).

Fotosistem I (PS I) adalah fotosistem yang mengandung klorofil a yang mampu menyerap energi cahaya matahari dengan panjang gelombang 700 nm (1 nm = 1 x 10 ̄ ⁹ m). Fotosistem I juga disebut sebagai P700.
Fotosistem II (PS II) adalah fotosistem yang mengandung klorofil a yang mampu menyerap energi cahaya matahari dengan panjang gelombang 680 nm (1 nm = 1 x 10 ̄ ⁹ m). Fotosistem II juga disebut sebagai P680.

Tahapan Reaksi Fotosintesis

Tahapan reaksi fotosintesis terdiri dari 2 tahapan secara berurutan mulai dari reaksi terang dan reaksi terang. Reaksi terang berlangsung dengan adanya bantuan sinar matahari sedangkan reaksi gelap tidak memerlukan adanya cahaya matahari.

Reaksi Terang

Reaksi terang pertama kali ditemukan oleh C. B. Van Niel tahun 1930an dengan meneliti peranan cahaya pada proses fotosintesis bakteri belerang ungu. Pada penelitiannya mendapatkan kesimpulan bahwa proses fotosintesis pada bakteri belerang ungu membutuhkan CO₂ dan cahaya matahari serta memerlukan unsur H dari senyawa H₂S.

Pada penelitian Niel, ia menyatakan bahwa proses fotosintesis pada organisme autototrof membutuhkan Hidrogen (H) untuk membuat gula, pada tumbuhan unsur H diperoleh dari molekul H₂O sedangkan pada bakteri belerang ungu unsur H diperoleh dari H₂S. Reaksi terang adalah reaksi yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia berupa ATP dan NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosfat hydrogen).

Pigmen-pigmen yang dihasilkan dalam fotosistem berfungsi untuk menangkap energi cahaya. Energi tersebut akan digunakan oleh pusat reaksi (klorofil a) untuk melepaskan elektronnya. Ada dua macam aliran elektron yaitu jalur elektron siklik (fotofosforilasi siklik ) dan jalur elektron nonsiklik (fotofosforilasi non-siklik).

Fotofosforilasi siklik dan non-siklik

FOTOFOSFORILASI SIKLIK

Elektron yang dilepaskan oleh fotosistem I (P700) akan ditangkap oleh akseptor elektron. Akseptor elektron selanjutnya akan diteruskan menuju sistem feredoksin (Fd) → kompleks sitokrom → Plastosianin (Pc) → fotosistem I (P700). Perlu diketahui tujuan dari fotofosforilasi siklik ini bertujuan untuk menghasilkan ATP tetapi tidak memproduksi NADPH.

FOTOFOSFORILASI NON-SIKLIK

Reaksi ini dimulai ketika fotosistem II (P680) menyerap energi cahaya matahari yang ditangkap oleh klorofil guna untuk memecah molekul air atau disebut fotolisis. Kemudian elektron yang dihasilkan dari fotolisis akan diteruskan ke akseptor elektron → sistem transpor elektron (Plastoguinon/Pq, Kompleks Sitokrom, dan Plastosianin/Pc) → terbentuk ATP dan bersamaan dengan itu fotosistem I menyerap energi cahaya matahari juga hingga melepaskan elektron → akseptor elektron → sistem transpor elektron (Ferodoksin/ Fd) → elektron akan ditangkap dan diikat oleh NADP+ dengan bantuan NADP+ reduktase membentuk NADPH₂.

Berdasarkan penjelasan tentang fotofosforilasi baik siklik maupun non-siklik sangat dibutuhkan dalam proses reaksi terang, sehingga dapat disimpulkan bahwa pada

Fotofosforilasi siklik bertujuan untuk menghasilkan ATP.
Fotofosforilasi non-siklik terjadi peristiwa fotolisis dan pembentukan NADPH₂.

Reaksi Gelap (Siklus Calvin)

Reaksi gelap dikemukakan pertama kali oleh Dr. Melvin Calvin bersama Andrew Benson tahun 1961 sehingga disebut juga sebagai siklus Calvin. Reaksi ini berlangsung di stroma (cairan di luar tilakoid) dengan bahan utama yang diperlukan untuk reaksi gelap yaitu CO₂, ATP dan NADPH. Perlu kamu ketahui bahwa ATP dan NADPH tersebut berasal dari hasil produk reaksi terang sebelumnya. Hasil akhir yang diperoleh dari reaksi ini adalah gliseraldehid 3-fosfat, ADP dan NADP+.

Reaksi Gelap (Siklus Calvin) [sumber: id.wikipedia.org]

Tahap Fiksasi ditandai CO₂ berikatan dengan ribulosa bifosfat (RuBP) membentuk 2 molekul 3-fosfogliserat (PGA) dengan bantuan enzim RuBP Karboksilase (rubisco).
Tahap Reduksi ditandai dengan PGA diubah menjadi DPGA (1,3-difosfogliserat) melalui penambahan gugus fosfat dari ATP. Selanjutnya NADPH mereduksi DPGA menjadi fosfogliseraldehid (PGAL atau G3P).
Tahap Regenerasi ditandai molekul PGAL disusun ulang menjadi molekul 3 molekul RuBP yang menghabiskan 3 ATP serta PGAL sisa lainnya digunakan untuk membentuk glukosa. Pada tahap ini terdapat 12 PGAL yang masing-masing terdiri 10 PGAL akan membentuk RuBP dan 2 PGAL akan disintesis menjadi molekul glukosa.

Faktor yang Memengaruhi Fotosintesis antara lain sebagai berikut:

Intensitas cahaya berpengaruh terhadap laju fotosintesis. Intensitas cahaya yang tinggi akan meningkatkan laju fotosintesis, tetapi apabila terlalu tinggi akan merusak klorofil dan menyebabkan sel-sel yang ada di daun mengalami dehidarasi serta daun akan cepat menguning juga mudah rontok. Pada kelompok rumput-rumputan, daun-daun akan mengulung apabila terpapar intensitas cahaya yang terlalu tinggi.
Panjang gelombang cahaya berpengaruh terhadap fotosintesis dengan sumber cahaya tampak ataupun tak tampak. Infra merah dan ultra ungu adalah cahaya tidak tampak, sedangkan cahaya tampak terdiri dari merah, jingga, kuning, hijau, biru dan ungu. Proses fotosintesis akan maksimal apabila berada pada cahaya tampak biru-ungu ( 𝝀 = ± 450 nm) dan cahaya merah ( 𝝀 = ± 680 nm).
Konsentrasi CO₂ diperlukan dalam jumlah yang cukup. Peningkatan jumlah CO₂ yang berlebihan tidak berarti bagi laju fotosintesis. Melainkan, dapat menghambat proses respirasi tumbuhan.
Suhu digunakan untuk mengaktifkan enzim-enzim metabolisme. Suhu optimum untuk proses fotosintesis yaitu 25-39 derajat Celsius. Peningkatan suhu di atas suhu optimum akan membuat enzim tidak dapat bekerja secara maksimal bahkan hingga rusak. Pada tumbuhan dengan 4 musim, tumbuhan akan berhenti berfotosintesis selama musim dingin yang menyebabkan daun akan mengalami perubahan warna menjadi merah hingga cokelat dan akhirnya gugur.
Ion anorganik yang dibutuhkan oleh tumbuhan beberapa di antaranya yaitu N, Cl, Fe, B, Mn, Zn, S, Cu, Mo dan Mg. Salah satu akibat kekurangan ion anorganik tersebut ialah mengalami klorosis.
Zat inhibitor antara lain SO₂, hujan asam dan zat pembasmi tumbuhan liar (herbisida) yang berperan dalam menghambat proses fotosintesis.

Percobaan tentang Fotosintesis

Percobaan tentang fotosintesis dilakukan untuk membuktikan bahwa tumbuhan sebagai organisme autotrof (organisme yang dapat memproduksi makanannya sendiri) serta membuktikan bahwa fotosintesis itu menghasilkan produk berupa oksigen dan karbohidrat, misalnya amilum.

Percobaan oleh Jan Ingenhouz berhasil membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen dari percobaan terhadap tanaman air Hydrilla sp.
Percobaan oleh T. W. Engelman berhasil membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen dan terjadi pada sel yang mengandung klorofil dari percobaan terhadap ganggang Spirogyra sp. dan bakteri aerob.
Percobaan oleh Julios von Sachs berhasil membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan karbohidrat berupa amilum.

Kelompok tumbuhan berdasarkan reaksi pengikatan terhadap CO₂ dari udara dibedakan menjadi tanaman C3, tanaman C4 dan tanaman CAM.

TANAMAN C3

Tanaman C3 adalah adalah tanaman yang memiliki kemampuan hidup pada lingkungan dengan kadar karbon dioksida atmosfer tinggi. Contoh tanaman C3 adalah gandum, padi, bayam, kangkung, kedelai, Leguminosae, aglonema, durian dan Gymnospermae.

TANAMAN C4

Tanaman C4 adalah tanaman yang mampu menyesuaikan diri dengan lingkungan panas maupun kering. Contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum, dan tebu.

TANAMAN CAM

Tanaman CAM atau Crassulacen Acid Metabolism adalah tanaman yang mengambil karbon dioksida pada malam hari tetapi penggunaannya pada siang hari (fotosintesis). Hal ini dikarenakan jenis tanaman ini memiliki stomata yang tidak aktif (tertutup) pada siang hari. Contoh tanaman CAM adalah kaktus, nanas dan bunga lili.

B. Kemosintesis

Kemosintesis adalah bentuk asimilasi karbon dimana reduksi karbon dioksida berlangsung dalam gelap (tanpa cahaya), menggunakan energi murni hasil oksidasi. Salah satu hal penting dari kemosintesis yaitu energi hasil reaksi oksidasi digunakan bakteri dalam fosforilasi dan selanjutnya mereduksi karbon dioksida menjadi senyawa organik. Jadi dapat diartikan bahwa kemosintesis adalah proses penyusunan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks yang memanfaatkan energi dari hasil oksidasi senyawa organik dari lingkungan.

Kemosintesis bakteri nitrifikasi yang terdiri dari bakteri Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter dan Bactoderma. Kelompok ini terdiri dari bakteri nitrit (mengoksidasi amonia menjadi nitrit) dan bakteri nitrat (mengoksidasi nitrit menjadi nitrat). Bakteri jenis ini pun berperan penting dalam proses daun nitrogen pada tumbuhan hijau.

Bakteri nitrit: Nitrosomonas dan Nitrosococcus
Bakteri nitrat: Nitrobacter dan Bactoderma

Kemosintesis bakteri belerang dengan mengoksida logam sulfida menjadi sulfur, kemudian jika sulfida sudah habis, maka endapan sulfur akan dioksida menjadi sulfat. Contohnya yaitu Beggiatoa dan Thiospirillum.

Kemosintesis bakteri besi dengan mengoksidasi ion ferro menjadi ion ferri. Contohnya Leptothrix, Crenothrix, Cladothrix, Galionella, Spiruphyllum dan Ferrobacillus.

Kemosintesis bakteri hidrogen dengan hidrogen dengan membebaskan energi. Contohnya Bacillus panctotrophus yang dapat tumbuh dalam medium anorganik dengan kandungan hidrogen, karbon dioksida hingga oksigen.

Kemosintesis bakteri metana dengan mengoksidasi metana menjadi karbon dioksida. Contohnya Methanonas.

Latihan Mandiri

Referensi:

Kimball, John W. (2017). Biologi Jilid 1. Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga.
Irnaningtyas (2015). Biologi untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.
Sembiring, Langkah & Sudjino (2009). Biologi untuk Kelas XII SMA/MA. Jakarta: Depdiknas RI.