Fotosintesis: Pengertian, Rumus, Gambar dan Reaksinya

Kalimat.ID – Fotosintesis adalah proses dimana tanaman hijau dan organisme tertentu lainnya berubah dari energi cahaya menjadi energi kimia. Selama fotosintesis pada tanaman hijau, energi cahaya ditangkap dan digunakan untuk mengkonversi air, karbon dioksida, dan mineral menjadi oksigen dan senyawa organik yang kaya energi .

fotosintesis
image by 2.bp.blogspot.com

Jika fotosintesis berhenti, akan segera ada sedikit makanan atau bahan organik lainnya di Bumi. Sebagian besar organisme akan menghilang, dan pada waktunya atmosfer Bumi akan menjadi hampir tanpa oksigen gas.

Satu-satunya organisme yang dapat hidup dalam kondisi seperti itu adalah bakteri kemosintetik, yang dapat memanfaatkan energi kimia dari senyawa anorganik tertentu dan karenanya tidak bergantung pada konversi energi cahaya.

Energi yang dihasilkan oleh fotosintesis yang dilakukan oleh tanaman jutaan tahun lalu bertanggung jawab untuk itu bahan bakar fosil (yaitu, batubara , minyak , dan gas ) yang memberi daya pada masyarakat industri .

Pendahuluan

Di masa lalu, tanaman hijau dan organisme kecil yang memakan tanaman meningkat lebih cepat daripada yang dikonsumsi, dan sisa-sisa mereka disimpan di kerak bumi oleh sedimentasi dan proses geologi lainnya. Di sana, terlindung dari oksidasi , sisa-sisa organik ini secara perlahan dikonversi menjadi bahan bakar fosil.

Bahan bakar ini tidak hanya menyediakan banyak energi yang digunakan di pabrik, rumah, dan transportasi tetapi juga berfungsi sebagai bahan baku untuk plastik dan bahan sintetis lainnya.produk. Sayangnya, dalam beberapa abad peradaban modern menghabiskan kelebihan produksi proses tersebut yang terakumulasi selama jutaan tahun.

Akibatnya, karbon dioksida yang telah dikeluarkan dari udara untuk membuat karbohidrat dalam proses tersebut selama jutaan tahun dikembalikan dengan kecepatan yang luar biasa cepat.

Konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi meningkat tercepat yang pernah ada dalam sejarah Bumi, dan fenomena ini diharapkan memiliki implikasi besar pada iklim Bumi Persyaratan untuk makanan, bahan, dan energi di dunia di mana populasi manusia berkembang pesat telah menciptakan kebutuhan untuk meningkatkan jumlah fotosintesis dan efisiensi mengubah keluaran fotosintesis menjadi produk yang bermanfaat bagi manusia.

Satu respons terhadap kebutuhan itu yang disebut Revolusi Hijau, dimulai pada perbaikan besar abad ke-dicapai pertengahan ke-20 di hasil pertanian melalui penggunaan bahan kimia pupuk, hama dan Ditanam penyakit kontrol, pemuliaan tanaman, dan mengolah mekanik, panen, dan pengolahan tanaman.

Upaya ini terbatas parah kelaparan untuk beberapa wilayah di dunia meskipun penduduk yang cepat pertumbuhan, tetapi tidak menghilangkan meluas kekurangan gizi .

Terlebih lagi, mulai awal 1990-an, laju peningkatan hasil panen utama mulai menurun. Ini terutama berlaku untuk berasdi Asia. Meningkatnya biaya yang terkait dengan mempertahankan tingkat produksi pertanian yang tinggi, yang membutuhkan input pupuk dan pestisida yang terus meningkat dan pengembangan varietas tanaman baru secara terus-menerus, juga menjadi masalah bagi petani di banyak negara.

Sebuah kedua revolusi pertanian , berdasarkan pada tanamanrekayasa genetika , diperkirakan akan mengarah pada peningkatan produktivitas tanaman dan dengan demikian mengurangi sebagian malnutrisi.

Sejak tahun 1970-an, ahli biologi molekuler telah memiliki sarana untuk mengubah bahan genetik tanaman (asam deoksiribonukleat, atau DNA ) dengan tujuan mencapai peningkatan dalam penyakit dan ketahanan terhadap kekeringan , hasil dan kualitas produk, essifat tahan banting, dan properti yang diinginkan lainnya.

Namun, sifat-sifat seperti itu pada dasarnya kompleks, dan proses membuat perubahan pada tanaman tanaman melalui rekayasa genetika ternyata lebih rumit daripada yang diantisipasi.

Di masa depan, rekayasa genetika semacam itu dapat menghasilkan perbaikan dalam proses fotosintesis, tetapi pada dekade pertama abad ke-21, ia belum menunjukkan bahwa ia dapat secara dramatis meningkatkan hasil panen.

Daerah lain yang menarik dalam studi fotosintesis adalah penemuan bahwa hewan-hewan tertentu mampu mengubah energi cahaya menjadi energi kimia. Siput laut hijau zamrud (Elysia chlorotica ), misalnya, memperoleh gen dan kloroplas dari Vaucheria litorea, alga yang dikonsumsi, memberikan kemampuan terbatas untuk menghasilkan klorofil.

Ketika kloroplas yang cukup berasimilasi, siput dapat melupakan konsumsi makanan. Itukacang kutu ( Acyrthosiphon pisum ) dapat memanfaatkan cahaya untuk memproduksi senyawa kaya energi adenosine triphosphate (ATP); kemampuan ini telah dikaitkan dengan pembuatan pigmen karotenoid aphid.

Pentingnya Proses Ini

Fotosintesis sangat penting untuk keberadaan sebagian besar kehidupan di Bumi. Ini adalah cara di mana hampir semua energi di biosfer tersedia untuk makhluk hidup. Sebagai produsen utama, organisme fotosintetik membentuk dasar dari jaring makanan Bumi dan dikonsumsi secara langsung atau tidak langsung oleh semua bentuk kehidupan yang lebih tinggi.

Selain itu, hampir semua oksigen di atmosfer disebabkan oleh proses fotosintesis. Jika fotosintesis berhenti, akan segera ada sedikit makanan atau bahan organik lainnya di Bumi, sebagian besar organisme akan menghilang, dan atmosfer bumi pada akhirnya akan menjadi hampir tanpa oksigen gas.

Rumus Fotosintesis Dasar

rumus
image by ilmudasar.id

Proses fotosintesis umumnya ditulis sebagai: 6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 . Ini berarti bahwa reaktan, enam molekul karbon dioksida dan enam molekul air, dikonversi oleh energi cahaya yang ditangkap oleh klorofil (tersirat oleh panah) menjadi molekul gula dan enam molekul oksigen, produk. Gula digunakan oleh organisme, dan oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan.

Kemampuan berfotosintesis ditemukan pada organisme eukariotik dan prokariotik. Contoh yang paling terkenal adalah tanaman, karena semua spesies parasit atau mikoheterotrofik sangat sedikit mengandung klorofil dan menghasilkan makanan mereka sendiri.

Alga adalah kelompok dominan lainnya dari organisme fotosintesis eukariotik. Semua ganggang, yang termasuk rumput laut besar dan diatom mikroskopis, adalah produsen utama yang penting. Cyanobacteriadan bakteri sulfur tertentu adalah prokariota fotosintesis, di mana fotosintesis berevolusi.

Tidak ada hewan yang dianggap mampu melakukan fotosintesis secara mandiri, meskipun siput laut hijau zamrud dapat secara temporer memasukkan kloroplas ganggang dalam tubuhnya untuk produksi makanan.

Karakteristik Umum

Studi fotosintesis dimulai pada 1771 dengan pengamatan yang dilakukan oleh pendeta dan ilmuwan Inggris Joseph

Priestley . Priestley telah membakar lilin dalam wadah tertutup sampai udara di dalam wadah tidak bisa lagi mendukung pembakaran . Dia kemudian meletakkan setangkai tanaman mint dalam wadah dan menemukan bahwa setelah beberapa hari mint telah menghasilkan beberapa zat (kemudian dikenal sebagai oksigen) yang memungkinkan udara terbatas untuk kembali mendukung pembakaran.

Pada 1779 dokter BelandaJan Ingenhousz memperluas karya Priestley, menunjukkan bahwa pabrik harus terkena cahaya jika zat yang mudah terbakar (yaitu, oksigen) harus dikembalikan. Dia juga menunjukkan bahwa proses ini membutuhkan keberadaan jaringan hijau tanaman.

Pada tahun 1782 ditunjukkan bahwa gas pendukung pembakaran (oksigen) dibentuk dengan mengorbankan gas lain, atau “udara tetap,” yang telah diidentifikasi tahun sebelumnya sebagai karbon dioksida.

Eksperimen pertukaran gas pada 1804 menunjukkan bahwa pertambahan bobot tanaman yang ditumbuhkan dalam pot yang ditimbang dengan hati-hati dihasilkan dari penyerapan karbon, yang seluruhnya berasal dari karbon dioksida yang diserap, dan air diambil oleh akar tanaman; keseimbangannya adalah oksigen, dilepaskan kembali ke atmosfer.

Hampir setengah abad berlalu sebelum konsep energi kimia telah berkembang cukup untuk memungkinkan penemuan (pada tahun 1845) bahwa energi cahaya dari matahari disimpan sebagai energi kimia dalam produk yang terbentuk selama fotosintesis.

Reaksi keseluruhan fotosintesis

Dalam istilah kimia, fotosintesis adalah energi cahaya proses oksidasi-reduksi . (Oksidasi mengacu pada penghilangan elektron dari molekul; reduksi mengacu pada perolehan elektron oleh molekul.) Dalam fotosintesis tanaman, energi cahaya digunakan untuk menggerakkan oksidasi air (H 2 O), menghasilkan gas oksigen ( O 2 ),ion hidrogen (H + ), danelektron .

Sebagian besar elektron dan ion hidrogen yang dipindahkan pada akhirnya ditransfer ke karbon dioksida (CO 2 ), yang direduksi menjadi produk organik. Elektron dan ion hidrogen lainnya digunakan untuk mereduksinitrat dansulfat menjadi gugus amino dan sulfhidril di Indonesiaasam amino , yang merupakan bahan penyusun protein .

Di sebagian besar sel hijau ,karbohidrat — terutama pati dan sukrosa gula — adalah produk organik fotosintesis langsung utama. Reaksi keseluruhan di mana karbohidrat — diwakili oleh rumus umum (CH 2 O) —dibentuk selama fotosintesis tanaman dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut:

Persamaan kimia.

Persamaan ini hanyalah pernyataan ringkasan, karena proses fotosintesis sebenarnya melibatkan banyak reaksi yang dikatalisis oleh enzim ( katalis organik ). Reaksi-reaksi ini terjadi dalam dua tahap: tahap “cahaya”, terdiri darireaksi fotokimia (yaitu, menangkap cahaya); dan tahap “gelap”, terdiri dari reaksi kimia yang dikendalikan olehenzim .

Selama tahap pertama, energi cahaya diserap dan digunakan untuk menggerakkan serangkaian transfer elektron, menghasilkan sintesisATP dan pengurangan donor-elektronnikotin adenin dinukleotida fosfat (NADPH). Selama tahap gelap, ATP dan NADPH yang terbentuk dalam reaksi penangkapan cahaya digunakan untuk mengurangi karbon dioksida menjadi senyawa karbon organik. Asimilasi karbon anorganik ini menjadi senyawa organik disebut fiksasi karbon.

Selama abad ke-20, perbandingan antara proses fotosintesis pada tanaman hijau dan dalam fotosintesis tertentu bakteri sulfur memberikan informasi penting tentang mekanisme fotosintesis. Penggunaan bakteri beleranghidrogen sulfida (H 2 S) sebagai sumberatom hidrogen dan menghasilkansulfur bukan oksigen selama fotosintesis. Reaksi keseluruhannya adalah

Persamaan kimia.

Pada tahun 1930-an ahli biologi Belanda Cornelis van Niel mengakui bahwa pemanfaatan karbon dioksida untuk membentuk senyawa organik serupa dalam dua jenis organisme fotosintesis.

Menyarankan bahwa ada perbedaan dalam tahap tergantung cahaya dan dalam sifat senyawa yang digunakan sebagai sumber atom hidrogen, ia mengusulkan bahwa hidrogen dipindahkan dari hidrogen sulfida (dalam bakteri) atau air (pada tanaman hijau) ke akseptor yang tidak diketahui ( disebut A), yang direduksi menjadi H 2 A.

Selama reaksi gelap, yang mirip pada bakteri dan tanaman hijau, akseptor tereduksi (H 2 A) bereaksi dengan karbon dioksida (CO 2 ) untuk membentuk karbohidrat (CH 2 O ) dan untuk mengoksidasi akseptor yang tidak diketahui menjadi A. diduga ini Reaksi dapat direpresentasikan sebagai:

Persamaan kimia.

Usulan Van Niel penting karena teori yang populer (tetapi tidak tepat) adalah bahwa oksigen dihilangkan dari karbon dioksida (bukan hidrogen dari air, melepaskan oksigen) dan karbon itu kemudian digabungkan dengan air untuk membentuk karbohidrat (daripada hidrogen dari penggabungan air) dengan CO 2 untuk membentuk CH 2 O).

Pada 1940 ahli kimia menggunakan isotop berat untukikuti reaksi fotosintesis. Air yang ditandai dengan isotop oksigen ( 18 O) digunakan dalam percobaan awal.

Tumbuhan yang berfotosintesis di hadapan air yang mengandung H 2 18 O menghasilkan gas oksigen yang mengandung 18 O; yang difotosintesis di hadapan air normal menghasilkan gas oksigen normal. Hasil ini memberikan dukungan pasti untuk teori van Niel bahwa gas oksigen yang dihasilkan selama fotosintesis berasal dari air.