Proses Fotosintesis Pada Membran Tilakoid

PROSES FOTOSINTESIS PADA MEMBRAN TILAKOID

Setiap makhluk hidup baik manusia, hewan dan tumbuhan memiliki sel di dalam tubuhnya. Sel merupakan unit struktur dan fungsi terkecil yang menyusun suatu makhluk hidup. Unit terkecil ini memiliki organel-organel sel didalamnya, diantaranya yaitu kloroplas. Kloroplas hanya ada pada sel tumbuhan sehingga tidak terdapat pada sel manusia dan hewan. Kloroplas berperan penting dalam proses fotosintesis.

Kloroplas memiliki struktur meliputi membran dalam atau tilakoid, mebran luar, ruang antar membran dan stroma. Kloroplas memiliki membran ganda yang berfungsi dalam keluar masuknya ion atau senyawa lain ke dan dari dalam kloroplas. Pada membran internal yang disebut tilakoid berbentuk bulat pipih kantong yang pada posisi tertentu akan menumpuk rapi  membentuk struktur yang disebut granum. Seluruh granum yang ada pada kloroplas disebut grana. Pada kloroplas terdapat rongga yang berisi air dan garam-garam yang terlarut dalam air yang disebut stroma. Tilakoid yang memanjang dan menghubungkan granum satu dengan yang lain di dalam stroma disebut lamela (Susilowarno, R dkk., 2008 )

            Kloroplas merupakan plastida yang mengandung RNA dan DNA. Pigmen penyusun kloroplas yaitu klorofil. Kloroplas banyak ditemukan pada tumbuhan dan ganggang. Jumlah kloroplas antara sel yang satu dengan yang lain berbeda-beda, berkisar antara 20-40 buah. Kloroplas hanya dapat dilihat menggunakan mikroskop elektron dengan diameter 5µm-10µm dan ketebalan 2µm-3µm. Bentuk dari kloroplas sendiri bervariasi juga sangat dipengaruhi oleh jenis tumbuhannya mulai dari spiral, bintang, bikonveks, filamen dan oval. Kloroplas tersusun dari karbohidrat, protein, lemak, klorofil, karotenoid, DNA dan RNA. Kloroplas juga mengandung Fe, Cu, Zn dan Mg. Kloroplas berperan dalam proses fotosintesis yaitu dalam reaksi gelap dan terang juga dalam sintesis protein (Kramana, O., 2008)

            Kloroplas merupakan plastida yang mengandung pigmen hijau yaitu klorofil. Menururt Ai, N dan Y. Banyo., 2011 klorofil memiliki fungsi utama yaitu dalam memanfaatkan energi matahari, memicu fiksasi CO2 unruk menghasilkan karbohidrat dan meyediakan energi bagi ekosistem secara keseluruhan. Klorofil terletak pada membran internal yaitu tilakoid yang dibedakan menjadi klorofil a dan b. Klorofil a merupakan pigmen hijau rumput yang mampu menyerap cahaya merah dan biru-keunguan yang sangat berperan dalam reaksi gelap pada proses fotosintesis. Klorofil b merupakan pigmen hijau-kebiruan yang mampu menyerap cahaya biru dan merah kejinggaan. Selain pigmen klorogil a dan b, pada tilakoid juga terdapat pigmen karotenoid, antosianin dan fikobilin. Karotenoid mampu menyerap cahaya biru kehijauan dan biru keunguan serta mampu memantulkan cahaya merah, jingga dan kuning sedangkan antosianin dan fikobilin merupakan pigmen merah dan biru (Aryulina, D dkk., 2004)   

Reaksi terang terjadi pada tilakoid yaitu struktur cakram yang terbentuk pelipatan membran dalam kloroplas. Pada reaksi ini sangat bergantung pada ketersediaan cahaya matahari. Reaksi ini melibatkan dua pusat reaksi fotokimia yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I merupakan kompleks protein yang dapat menyerap cahaya maksimum pada panjang gelombang 700 nm sedangkan pada fotosistem II dapat menyerap cahaya maksimum pada panjang gelombang 680 nm. Pada setiap fotosistem memiliki pengumpul cahaya yang disebut kompleks antenna yang tersusun atas beberapa ratus klorofil a, b, dan karotenoid. Pada reaksi ini klorofil pada fotosistem II akan menyerap cahaya yang mengakibatkan elektron pada fotosistem II tereksitasi dan ditangkap oleh akseptor elektron dan mengalir menuju fotosistem I. Pada saat yang bersamaan, elektron yang hilang pada fotosistem  II akan digantikan melalui proses fotolisis dimana memecah air H2O menjadi 2H+ + 2e + ½ O2. Oksigen yang dihasilkan akan dilepaskan ke lingkungan sedangkan elektronnya akan mengganti kekuranagan elektron pada fotosistem II. Pada saat itu fotosistem I juga menyerap cahaya dan elektron akan terekpitasi yang akan ditangkap oleh akseptor elektron. Elektron tersebut akan ditangkap oleh NADP+ juga ion hidrogen dari hasil fotolisis akan membentuk NADPH2. Reaksi ini dapat disebut dengan fotofosforilasi nonsiklik (Sukmawati, N., 2016). Berikut merupakan gambar reaksi terang pada membran tilakoid.

            Aliran elektron pada reaksi terang memiliki dua siklus yaitu fotofosforilasi siklik dan non siklik. Fotofosforilasi non siklik melibatkan fotosistem I dan II seperti dijelaskan sebelumnya sedangkan fotofosforilasi siklik hanya melibatkan fotosistem I. Pada fotofosforilasi siklik, kompleks antenna pada fotosistem I akan menyerap cahaya yang kemudian menyebabkan elektron tereksitasi kemudian ditangkap oleh akseptor elektron primer. Melalui aliran elektron dan komples sitokrom, elektron akan kembali pada fotosistem I. Pada fotofosforilasi ini siklik tidak terjadi fotolisis air dan tidak terbentuk NADPH2, dan hanya terbentuk ATP saja (Santoso, B., 2007)

            Pembentukan ATP dipengaruhi oleh aliran elektron di sepanjang mebran tilakoid. Aliran elektron akan memompa proton dari daerah stroma ke ruang tilakoid. Energi dari terjadinya gradien konsentrasi proton antara stroma dan ruang tilakoid ini dapat mengarahkan sintesis ATP melalui ATP-sintase yang terletak dalam membran tilakoid. Pada akhirnya ATP-sintase akan menggabungkan ADP (Adenosine phosphate) dan P menjadi ATP (Adenosine Triphosphate) (Santoso, B., 2007)

            Reaksi gelap terjadi pada bagian stroma. Reaksi gelap tidak membutuhkan menjadi cahaya dan energi dari reaksi gelap yaitu ATP daan NADPH2 yang dihasilkan pada reaksi terang. Pada reaksi ini meliputi tiga tahapan yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi. Pada tahap fiksasi, Ribulosa difosfat yang beratom lima dibantu oleh enzim RuBP (Ribulosa Bifosfat) akan mengikat CO2 yang berasal dari udara bebas menjadi 6 karbon yang tidak stabil. Akibat tidak stabil, enam karbon ini akan terurai menjadi asam 3-fosfoglliserat. Tahap reduksi dimulai dengan fosforilasi  menjadi asam 3-fosfoglliserat menjadi 1,3 difosfogliserat yang akan direduksi oleh NADPH2 membentuk Gliseraldehida-3-fosfat. Gliseraldehida-3-fosfat merupakan suatu senyawa dengan tiga karbon tangdapat digunakan untuk membentuk karbohidrat, sedangkan dua Gliseraldehida-3-fosfat dapat digunakan untuk membentuk  satu molekul glukosa. Tahap terakhir yaitu regenerasi yang terjadi saat sebagian Gliseraldehida-3-fosfat melalui sederan reaksi membentuk Ribulosa fosfat. Ribulosa fosfat ini nantinya akan difosforilasi oleh ATP Ribulosa difosfat (Santoso, B., 2007)