Mekanisme Fotosintesis
Fotosintesis meliputi dua tahap reaksi, yakni tahap reaksi terang yang
diikuti dengan tahap reaksi gelap. Reaksi terang membutuhkan cahaya
matahari, sedangkan reaksi gelap tidak membutuhkan cahaya. Secara
keseluruhan, fotosintesis berlangsung dalam kloroplas.
a) Reaksi Terang
Reaksi terang merupakan salah satu langkah dalam fotosintesis untuk
mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Reaksi terang ini
berlangsung di dalam grana. Perlu diingat bahwa cahaya juga memiliki energi
yang disebut foton. Jenis pigmen klorofil berbeda-beda karena pigmen
tersebut hanya dapat menyerap panjang gelombang dengan besar
energi foton yang berbeda.
Klorofil berfungsi menangkap foton dari cahaya matahari
dan mengubahnya menjadi energi penggerak elektron. Pada
proses ini, terjadi pemecahan molekul air oleh cahaya sehingga
dilepaskan elektron, hidrogen dan oksigen. Proses ini dinamakan
fotolisis.
(1) Reaksi Siklik
Pada fotosistem I (P700), terjadi perputaran elektron yang
dihasilkan dan ditangkap oleh akseptor sebagai hasil dari reaksi
reduksi dan oksidasi. Elektron yang dieksitasikan oleh P700 akan
dipindahkan ke setiap akseptor hingga akhirnya kembali ke
sistem P700. Beberapa akseptor elektron yang terlibat dalam
fotosistem adalah feredoksin (fd), plastoquinon (pq), sitokrom
(cyt), dan plastosianin (pc). Proses ini menghasilkan ATP sebagai
hasil penambahan elektron pada ADP atau dikenal dengan nama
fotofosforilasi. Perputaran elektron pada fotosistem I ini disebut
sebagai fotofosforilasi siklik. Fotosistem I ini umumnya ditemukan pada
bakteri dan mikroorganisme autotrof lainnya. Sistem fotosintesis dengan
menggunakan fotofosforilasi siklik diduga sebagai awal berkembangnya
proses fotosintesis yang lebih kompleks
(2) Reaksi Nonsiklik
Reaksi nonsiklik ini memerlukan tambahan berupa fotosistem II (P680).
Sumber elektron utama diperoleh dari fotolisis air yang akan digunakan
oleh klorofil pada fotosistem II (P680). Reaksi ini menghasilkan dua elektron
dari hasil fotolisis air. Elektron ini akan diterima oleh beberapa akseptor
elektron, yakni plastoquinon (pq), sitokrom (cyt), dan plastosianin (pc).
Akhirnya, pompa elektron menggerakan satu elektron H+ yang akan
digunakan pada pembentukan ATP dari ADP atau fotofosforilasi. Pembentukan
ATP ini dibantu dengan adanya perbedaan elektron pada membran
tilakoid.
Beberapa akseptor elektron juga terlibat dalam fotosistem II, seperti
ferodoksin (fd) untuk menghasilkan NADPH dari NADP. Dengan demikian,
pada proses ini akan dihasilkan energi berupa satu ATP dan satu NADPH.
b) Reaksi Gelap (Fiksasi CO2)
Reaksi gelap merupakan tahap sebenarnya dalam pembuatan bahan
makanan pada fotosintesis. Energi yang telah dihasilkan selama reaksi terang
akan digunakan sebagai bahan baku utama pembentukan karbohidrat proses
fiksasi CO2 di stroma.
Tumbuhan mengambil karbon dioksida melalui stomata. Anda tentu masih
ingat fungsi utama stomata dalam pertukaran gas pada tumbuhan. Karbon
dioksida diikat oleh suatu molekul kimia di dalam stroma yang bernama
ribulosa bifosfat (RuBP). Karbon dioksida akan berikatan dengan RuBP yang
mengandung 6 gugus karbon dan menjadi bahan utama dalam pembentukan
glukosa yang dibantu oleh enzim rubisko. Reaksi ini pertama kali diamati
oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson sehingga reaksi ini disebut juga
dengan siklus Calvin-Benson.
RuBP yang berikatan dengan karbon dioksida akan menjadi molekul yang
tidak stabil sehingga akan membentuk fosfogliserat (PGA) yang memiliki 3
gugus C. Energi yang berasal dari ATP dan NADPH akan digunakan oleh
PGA menjadi fosfogliseraldehid (PGAL) yang mengandung 3 gugus C. Dua
molekul PGAL ini akan menjadi bahan utama pembentukan glukosa yang
merupakan produk utama fotosisntesis, sedangkan sisanya akan kembali
menjadi RuBP dengan bantuan ATP. Jadi, reaksi gelap terjadi dalam tiga tahap,
yakni fiksasi CO2, reduksi, dan regenerasi.
