Proses Katabolisme dan Anabolisme Karbohidrat
Tahukah kalian mengapa tumbuhan dapat menghasilkan bahan makanan? Tumbuhan dapat menghasilkan makanan yang kita butuhkan dari peristiwa fotosintesis. Peristiwa fotosintesis merupakan proses anabolisme.
Pada saat sapi sedang memakan rumput. Dengan jalan fotosintesis, rumput menghasilkan bahan-bahan makanan untuk kepentingannya sendiri.
Sapi juga memperoleh manfaat dari makanan dalam rumput. Setelah memakannya, sapi itu mengubah rumput menjadi energi untuk hidup dan menjadi daging.
Manusia secara tidak langsung “memakan” rumput ketika mereka memakan daging sapi atau minum susu yang dihasilkan sapi. Itu adalah satu contoh betapa pentingnya fotosintesis bagi kelangsungan hidup semua organisme.
Di dalam setiap sel hidup terjadi proses metabolisme. Salah satu proses tersebut adalah katabolisme. Katabolisme disebut pula disimilasi, karena dalam proses ini energi yang tersimpan ditimbulkan kembali atau dibongkar untuk menyelenggarakan proses-proses kehidupan.
Katabolisme merupakan reaksi pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana disertai dengan pembebasan energi dalam bentuk ATP. Contoh katabolisme, yaitu proses respirasi.
Hidrogen yang berenergi bergabung dengan akseptor hidrogen untuk dibawa ke transfer elektron, energinya dilepaskan dan hidrogen diterima oleh O2 menjadi H2O. Di dalam proses respirasi sel, bahan bakarnya adalah gula heksosa.
Dalam respirasi, gula heksosa mengalami pembongkaran dengan proses yang sangat panjang. Pertama kali, glukosa sebagai bahan bakar mengalami proses fosforilasi, yaitu proses penambahan fosfat kepada molekul- molekul glukosa hingga menjadi fruktosa -1,6 difosfat.
Pada fosforilasi, ATP dan ADP memegang peranan penting sebagai pengisi fosfat.
Adapun pengubahan fruktosa -1,6 difosfat hingga akhirnya menjadi CO2 dan H2O dapat dibagi menjadi 4 tahap, yaitu glikolisis, (dekarboksilasi oksidatif), siklus krebs, dan transfer elektron.
Sifat-sifat glikolisis ialah:
1) Berlangsung secara anaerob.
2) Dalam glikolisis terdapat kegiatan enzimatis dan ATP serta ADP (Adenosin Diphosfat).
3) ADP dan ATP berperan dalam pemindahan fosfat dari molekul satu ke molekul yang lain.
Skema di atas merupakan urutan molekul pembawa elektron dalam rantai pernapasan.
Respirasi anaerob disebut pula fermentasi atau respirasi intramolekul merupakan reaksi yang tidak memerlukan oksigen bebas dari udara.
Tujuan fermentasi sama dengan respirasi aerob, yaitu mendapatkan energi. Hanya saja energi yang dihasilkan dalam respirasi anaerob jauh lebih sedikit daripada respirasi aerob.
Respirasi anaerob dapat berlangsung di dalam udara bebas, tetapi proses ini tidak menggunakan O2 yang tersedia di udara.
Fermentasi sering pula disebut sebagai peragian alkohol atau alkoholisasi. Pada respirasi aerob maupun anaerob, asam piruvat hasil proses glikolisis merupakan substrat.
Asam piruvat yang dihasilkan pada proses glikolisis dapat dimetabolisasi menjadi senyawa yang berbeda bergantung pada tersedia atau tidaknya oksigen.
Pada kondisi aerob (ada oksigen) sistem enzim mitokondria mampu mengatalisis oksidasi asam piruvat menjadi CO2 dan H2O serta membebaskan energi.
Pada kondisi anaerob, sel dan jaringan tumbuhan dapat mengubah asam piruvat menjadi CO2 dan etil alkohol serta membebaskan energi.
Dapat juga asam piruvat di dalam sel otot menjadi CO2 dan asam laktat serta, membebaskan energi. Bentuk respirasi ini lazim dikenal dengan fermentasi.
Pada respirasi anaerob, jalur yang ditempuh meliputi:
a. Lintasan glikolisis.
b. Pembentukan alkohol (fermentasi alkohol) atau pembentukan asam laktat (fermentasi asam laktat).
c. Akseptor elektron terakhir bukan oksigen, tetapi molekul alkohol dan atau asam laktat.
d. Energi dihasilkan hanya 2 molekulATP untuk setiap molekul glukosa.
Proses fermentasi alkohol merupakan suatu pemborosan, karena sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam molekul glukosa masih terdapat di dalam molekul, inilah yang menyebabkan etanol dapat dipakai sebagai bahan bakar alternatif.
Proses fermentasi asam laktat merupakan suatu pemborosan karena sebagian besar energi bebas masih berada dalam 2 molekul asam laktat (± 639 kkal dari 686 kkal yang terkandung di dalam 1 molekul glukosa).
Anabolisme merupakan penyusunan senyawa kompleks (organik) dari senyawa sederhana dengan menggunakan energi. Contohnya adalah proses fotosintesis.
Yaitu faktor yang berasal dari luar tumbuhan, terdiri dari
1) Karbondioksida (CO2) diambil dari udara.
2) Air (H2O) diambil dari dalam tanah.
3) Spektrum cahaya.
4) Suhu, pada umumnya fotosintesis dapat berlangsung pada suhu 5°C–42°C, pada suhu 35°C kecepatan fotosintesis meningkat dan pada suhu di atas 40°C kecepatan fotosintesis menurun.
1) Pigmen, klorofil merupakan komponen terpenting dari tumbuhan yang melakukan fotosintesis.
2) Enzim, berfungsi sebagai biokatalisator.
Berdasarkan peranannya dalam membantu reaksi kimia anabolisme enzim dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu:
a) Enzim yang berkaitan dengan fungsi oksidasi reduksi
Enzim ini mengatalisis reaksi pemindahan hidrogen dari suatu substrat menuju ke substrat yang lain.
Contoh: sitokrom, nikotinamid adenin dinukleotida pospat (NAD), flavin mononukleotida (FMN), ferodoksin, ketoglutarat dehidrogenase, suksinat dehidrogenase.
b) Enzim yang tidak terkait dengan reaksi oksidasi reduksi.
Enzim ini akan mengatalis reaksi pengubahan substrat menjadi bentuk yang lain tanpa diikuti dengan pelepasan hidrogen.
Contoh: enzim karboksilase, fumarase, akonitase.
Struktur kloroplas:
a. Pipih, panjang rata-rata 7 milimikron dan lebar 3 – 4 milimikron.
b. Terdiri 2 membran, yaitu stroma dan lamela.
c. Pada membran terdapat lapisan lipid bilayer yang mengandung protein intrinsik dan enzim. Stroma (membran luar) melingkupi fluida. Lamela (membran dalam) terlipat berpasangan. Lamela akan membesar, membentuk gelembung pipih yang terbungkus membran yang disebut tilakoid, tumpukan tilakoid disebut grana.
d. Mengandung klorofil dan beberapa karotenoid.
e. Terdiri dari 2 fraksi, yaitu grana yang mengandung pigmen fotosintetik dan stroma yang tidak mengandung pigmen tetapi mengandung enzim-enzim.
Reaksi terang terjadi di dalam membran tilakoid, tepatnya pada kloroplas. Unit pengumpul cahaya pada membran tilakoid disebut fotosistem.Ada dua macam fotosistem yang terdapat di membran tilakoid yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Reaksi terang terjadi ketika fotosistem I dan fotosistem II terkena cahaya matahari.
Reaksi terang dibagi menjadi 2 tahapan yaitu:
1) Fotofosforilasi siklik
Berlangsung di fotosistem I, di fotosistem I terdapat klorofil a yang peka terhadap panjang gelombang 700 nm sehingga disebut p700. Cahaya yang mengenai klorofil akan menyebabkan klorofil teraktifasi sehingga melepaskan elektronnya. Elektron yang dilepaskan oleh klorofil ini akan ditransfer dari satu enzim ke enzim yang lain, dan sebagian dari energinya akan diserap oleh ADP untuk mengikat phospat sehingga terbentuk ATP.
2) Fotofosforilasi nonsiklik
Fotosistem I yang terkena cahaya matahari akan melepaskan elektronnya yang kemudian elektron ini akan segera mengikuti rantai transfer elektron. Sebagian energi yang ada pada reaksi transfer elektron ini digunakan untuk membentuk ATP dari ADP. Bersamaan dengan peristiwa ini terjadi penguraian molekul air menjadi O2, ion hidrogen dan elektron, NADP akan mengambil elektron yang berasal dari fotosistem I untuk mengikat ion hidrogen sehingga terbentuk NADPH.
Fotosistem I yang telah kehilangan elektronnya akan segera menyedot elektron dari fotosistem II (p680) yang terkena cahaya. Fotosistem II yang kekurangan elektron akan segera mengambil elektron yang dihasilkan oleh penguraian air.
ATP dan NADPH yang dihasilkan pada reaksi terang ini akan dimanfaatkan untuk membentuk glukosa pada reaksi gelap, sedangkan O2 yang dihasilkan akan segera dikeluarkan sebagai hasil samping fotosintesis.
Tahap I
6 molekul CO2 dari udara bereaksi dengan 6 molekul ribulosa 1,5 difosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa difosfat karboksilase menghasilkan 12 molekul 3 fosfogliserat.
Tahap II
12 Molekul 3 fosfogliserat dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase dan gliseraldehida fosfat dehidrogenase akan terbentuk 12 molekul gliseraldehida 3 fosfat dengan bantuan 12 ATP dan 12 NADPH.
Tahap III
12 gliseraldehida 3 fosfat akan diubah menjadi 3 molekul fruktosa-6-fosfat untuk selanjutnya fruktosa 6 fosfat diubah menjadi glukosa.
Secara garis besar hubungan antara reaksi terang dengan reaksi gelap adalah energi matahari yang ditangkap oleh fotosistem I dan II dalam fasa terang cahaya diubah menjadi energi kimia NADPH dan ATP.
Tiga macam reaksi sintesis yang sudah diidentifikasi pada tumbuhan adalah C3,C4 dan CAM.
1) Daur C4
Daur C4 disebut juga jalur metabolisme Hatch-Slack, yaitu jalur metabolisme penambatan CO2 yang pada tahap reaksi pertamanya melibatkan pembentukan asam dikarboksinat beratom karbon empat, yaitu oksaloasetat, malat, dan asam aspartat. Daur C4 ini terjadi pada tumbuhan golongan C, seperti jagung, rumput-rumputan, dan tumbuhan padang pasir.
2) Daur C3
Daur C3 terjadi pada tanaman polong-polongan, gandum, padi. Daur ini diawali dengan fiksasi CO2, yaitu menggabungkan CO2 dengan sebuah molekul akseptor karbon. Tetapi dalam daur ini CO2 difiksasi ke gula berkarbon lima, yaitu ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim karboksilase RuBP (rubisko). Molekul berkarbon 6 yang terbentuk tidak stabil dan segera terpisah menjadi 2 molekul fosfogliserat (PGA).
3) CAM
CAM (Crassulacean Acid Metabolism) merupakan mekanisme yang paling sedikit terjadi di antara ketiga daur (C3, C4, CAM).
Daur ini terjadi pada tanaman nanas, kaktus, bunga lili, agave, dan beberapa jenis anggrek.
Secara biokimia, daur CAM identik dengan daur C4, kecuali tidak adanya pemisahan reaksi sintesis antara mesofil dengan berkas sel seludang. Bahkan, semua reaksi dipisahkan oleh waktu, suatu faktor yang sangat penting bagi kelangsungan hidup tanaman CAM pada lingkungan yang kering.
Untuk membuktikan adanya molekul-molekul yang dibutuhkan dan yang dihasilkan dalam peristiwa fotosintesis dapat dilakukan dengan percobaan sebagai berikut.
Membuktikan bahwa pada fotosintesis akan dihasilkan zat tepung.
a) Daun yang sudah beberapa saat terkena cahaya matahari dipetik.
b) Daun dimasukkan pada air yang mendidih.
c) Kemudian daun dimasukkan pada alkohol panas.
d) Setelah itu ditetesi dengan larutan iodium (lugol).
Hasilnya daun akan berwarna biru tua. Hal ini membuktikan bahwa setelah terbentuk glukosa hasil fotosintesis segera diubah menjadi zat tepung.
Membuktikan bahwa pada fotosintesis dihasilkan O2.
a) Beberapa batang tanaman Hydrilla verticillata dimasukkan ke dalam corong.
b) Corong ditempatkan ke dalam beker glass yang berisi air dalam keadaan terbalik (air harus penuh) dan dikaitkan dengan kawat penyangga.
c) Pipa ditutup dengan tabung reaksi yang berisi air secara terbalik.
d) Perangkat percobaan ditempatkan ditempat yang terkena sinar matahari langsung.
Hasilnya pada tabung reaksi terdapat gelembung-gelembung air.
Untuk membuktikan apakah gas yang muncul itu O2 dapat diuji dengan memasukkan lidi yang membara. Apabila terbentuk nyala api, maka gas yang muncul tersebut O2.
a) Van Helmont menempatkan 200 pon tanah yang telah dikeringkan di dalam pot besar.
b) Tanah tersebut disiram dengan air dan di dalamnya ditanam pucuk tanaman “willow” seberat 5 pon.
c) Pot dimasukkan ke dalam tanah dan menutupi tepinya dengan plat besi yang berlubang-lubang.
d) Selama 5 tahun Van Helmont menyirami tanamannya dengan air hujan atau air suling.
e) Pohon dicabut dan ditimbang ternyata beratnya menjadi 164 pon 3 ons(beratini tidak termasuk berat daunyang berguguran+5 tahun).
f) Tanah dikeringkan lagi dan ditimbang, ternyata beratnya hanya berkurang 2 ons dari berat semula.
g) Kesimpulan : penambahan berat pohon “willow” itu hanya berasal dari air.
ATP yang dihasilkan pada respirasi aerob dan anaerob berfungsi sebagai sumber energi bagi semua aktivitas organisme.
Aktivitas ini dibagi menjadi empat golongan, yaitu:
1) Kerja mekanis
Selalu terjadi jika otot berkontraksi. Energi yang diperlukan organ otot agar dapat berkontraksi disediakan oleh ATP.
2) Transpor aktif
ATP digunakan untuk mengaktifkan ion atau molekul yang akan ditranslokasikan ke dalam sel.
3) Produksi panas
Umumnya terjadi sebagai hasil sampingan dari proses transformasi energi lain dalam sel, karena tidak ada produksi panas. Transformasi energi yang 100% efisien.
4) Anabolisme
Yaitu proses sintesis molekul organik dari molekul anorganik. ATP merupakan sumber energi bagi aktivitas anabolik di dalam sel.
Pada saat sapi sedang memakan rumput. Dengan jalan fotosintesis, rumput menghasilkan bahan-bahan makanan untuk kepentingannya sendiri.
Sapi juga memperoleh manfaat dari makanan dalam rumput. Setelah memakannya, sapi itu mengubah rumput menjadi energi untuk hidup dan menjadi daging.
Manusia secara tidak langsung “memakan” rumput ketika mereka memakan daging sapi atau minum susu yang dihasilkan sapi. Itu adalah satu contoh betapa pentingnya fotosintesis bagi kelangsungan hidup semua organisme.
Di dalam setiap sel hidup terjadi proses metabolisme. Salah satu proses tersebut adalah katabolisme. Katabolisme disebut pula disimilasi, karena dalam proses ini energi yang tersimpan ditimbulkan kembali atau dibongkar untuk menyelenggarakan proses-proses kehidupan.
Katabolisme merupakan reaksi pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana disertai dengan pembebasan energi dalam bentuk ATP. Contoh katabolisme, yaitu proses respirasi.
1. Tahap-Tahap Proses Katabolisme
Dalam bab ini proses katabolisme karbohidrat yang dimaksud adalah respirasi sel. Respirasi sel berlangsung di dalam mitokondria melalui proses glikolisis, dilanjutkan dengan proses dekarboksilasi oksidatif kemudian siklus Krebs, di mana pada setiap tingkatan proses ini dihasilkan energi berupa ATP (Adenosin Tri Phosphat) dan hidrogen.Hidrogen yang berenergi bergabung dengan akseptor hidrogen untuk dibawa ke transfer elektron, energinya dilepaskan dan hidrogen diterima oleh O2 menjadi H2O. Di dalam proses respirasi sel, bahan bakarnya adalah gula heksosa.
Dalam respirasi, gula heksosa mengalami pembongkaran dengan proses yang sangat panjang. Pertama kali, glukosa sebagai bahan bakar mengalami proses fosforilasi, yaitu proses penambahan fosfat kepada molekul- molekul glukosa hingga menjadi fruktosa -1,6 difosfat.
Pada fosforilasi, ATP dan ADP memegang peranan penting sebagai pengisi fosfat.
Adapun pengubahan fruktosa -1,6 difosfat hingga akhirnya menjadi CO2 dan H2O dapat dibagi menjadi 4 tahap, yaitu glikolisis, (dekarboksilasi oksidatif), siklus krebs, dan transfer elektron.
a. Glikolisis
Glikolisis merupakan rangkaian reaksi pengubahan molekul glukosa menjadi asam piruvat dengan menghasilkan NADH dan ATP.Sifat-sifat glikolisis ialah:
1) Berlangsung secara anaerob.
2) Dalam glikolisis terdapat kegiatan enzimatis dan ATP serta ADP (Adenosin Diphosfat).
3) ADP dan ATP berperan dalam pemindahan fosfat dari molekul satu ke molekul yang lain.
b. Dekarboksilasi oksidatif (reaksi transisi atau reaksi antara)
Setiap asam piruvat hasil glikolisis akan bereaksi dengan Nikotinamide Adenin Dinukleotida (NAD+ ) dan koenzim A (Ko-A) membentuk Asetil Ko-A dalam reaksi yang berlangsung dalam mitokondria ini akan terjadi pengurangan satu atom C dalam bentuk CO2. Piruvat hanya akan berlanjut ke daur Kerbs jika di dalam sel cukup oksigen.c. Daur asam sitrat (siklus Krebs)
Dikenal dengan nama siklus TCA (trikarboksilat) karena asam sitrat merupakan salah satu senyawa intermediet yang terdiri dari 3 gugus asam karboksilat.d. Rantai transpor elektron
Skema rantai transpor elektron:Skema di atas merupakan urutan molekul pembawa elektron dalam rantai pernapasan.
2. Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob
Respirasi aerob merupakan suatu proses pernapasan yang membutuhkan oksigen dari udara.Respirasi anaerob disebut pula fermentasi atau respirasi intramolekul merupakan reaksi yang tidak memerlukan oksigen bebas dari udara.
Tujuan fermentasi sama dengan respirasi aerob, yaitu mendapatkan energi. Hanya saja energi yang dihasilkan dalam respirasi anaerob jauh lebih sedikit daripada respirasi aerob.
Respirasi anaerob dapat berlangsung di dalam udara bebas, tetapi proses ini tidak menggunakan O2 yang tersedia di udara.
Fermentasi sering pula disebut sebagai peragian alkohol atau alkoholisasi. Pada respirasi aerob maupun anaerob, asam piruvat hasil proses glikolisis merupakan substrat.
Asam piruvat yang dihasilkan pada proses glikolisis dapat dimetabolisasi menjadi senyawa yang berbeda bergantung pada tersedia atau tidaknya oksigen.
Pada kondisi aerob (ada oksigen) sistem enzim mitokondria mampu mengatalisis oksidasi asam piruvat menjadi CO2 dan H2O serta membebaskan energi.
Pada kondisi anaerob, sel dan jaringan tumbuhan dapat mengubah asam piruvat menjadi CO2 dan etil alkohol serta membebaskan energi.
Dapat juga asam piruvat di dalam sel otot menjadi CO2 dan asam laktat serta, membebaskan energi. Bentuk respirasi ini lazim dikenal dengan fermentasi.
Pada respirasi anaerob, jalur yang ditempuh meliputi:
a. Lintasan glikolisis.
b. Pembentukan alkohol (fermentasi alkohol) atau pembentukan asam laktat (fermentasi asam laktat).
c. Akseptor elektron terakhir bukan oksigen, tetapi molekul alkohol dan atau asam laktat.
d. Energi dihasilkan hanya 2 molekulATP untuk setiap molekul glukosa.
a. Fermentasi alkohol
Terjadi pada beberapa mikroorganisme seperti jamur (ragi).Proses fermentasi alkohol merupakan suatu pemborosan, karena sebagian besar dari energi yang terkandung di dalam molekul glukosa masih terdapat di dalam molekul, inilah yang menyebabkan etanol dapat dipakai sebagai bahan bakar alternatif.
b. Fermentasi asam laktat
Terjadi karena sel-sel otot yang bekerja terlalu berat, energi yang tersedia tidak seimbang dengan kecepatan pemanfaatan energi karena kadar oksigen yang ada tidak cukup untuk respirasi aerob atau respirasi sel, sehingga proses perombakan molekul glukosa untuk menghasilkan ATP (energi) tidak dapat berlangsung secara aerob.Proses fermentasi asam laktat merupakan suatu pemborosan karena sebagian besar energi bebas masih berada dalam 2 molekul asam laktat (± 639 kkal dari 686 kkal yang terkandung di dalam 1 molekul glukosa).
Anabolisme merupakan penyusunan senyawa kompleks (organik) dari senyawa sederhana dengan menggunakan energi. Contohnya adalah proses fotosintesis.
Fotosintesis
Robert Meyer (1845) mengemukakan bahwa fotosintesis merupakan proses biokimia yang sangat penting karena selama proses tersebut energi radiasi dikonversi menjadi energi kimia yang bermanfaat bagi proses kehidupan.Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis
a. Faktor eksternal
Yaitu faktor yang berasal dari luar tumbuhan, terdiri dari1) Karbondioksida (CO2) diambil dari udara.
2) Air (H2O) diambil dari dalam tanah.
3) Spektrum cahaya.
4) Suhu, pada umumnya fotosintesis dapat berlangsung pada suhu 5°C–42°C, pada suhu 35°C kecepatan fotosintesis meningkat dan pada suhu di atas 40°C kecepatan fotosintesis menurun.
b. Faktor internal
Yaitu faktor yang berasal dari dalam tumbuhan itu sendiri, terdiri dari1) Pigmen, klorofil merupakan komponen terpenting dari tumbuhan yang melakukan fotosintesis.
2) Enzim, berfungsi sebagai biokatalisator.
Berdasarkan peranannya dalam membantu reaksi kimia anabolisme enzim dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu:
a) Enzim yang berkaitan dengan fungsi oksidasi reduksi
Enzim ini mengatalisis reaksi pemindahan hidrogen dari suatu substrat menuju ke substrat yang lain.
Contoh: sitokrom, nikotinamid adenin dinukleotida pospat (NAD), flavin mononukleotida (FMN), ferodoksin, ketoglutarat dehidrogenase, suksinat dehidrogenase.
b) Enzim yang tidak terkait dengan reaksi oksidasi reduksi.
Enzim ini akan mengatalis reaksi pengubahan substrat menjadi bentuk yang lain tanpa diikuti dengan pelepasan hidrogen.
Contoh: enzim karboksilase, fumarase, akonitase.
Tahap Reaksi Fotosintesis
Fotosintesis terjadi di kloroplas.Struktur kloroplas:
a. Pipih, panjang rata-rata 7 milimikron dan lebar 3 – 4 milimikron.
b. Terdiri 2 membran, yaitu stroma dan lamela.
c. Pada membran terdapat lapisan lipid bilayer yang mengandung protein intrinsik dan enzim. Stroma (membran luar) melingkupi fluida. Lamela (membran dalam) terlipat berpasangan. Lamela akan membesar, membentuk gelembung pipih yang terbungkus membran yang disebut tilakoid, tumpukan tilakoid disebut grana.
d. Mengandung klorofil dan beberapa karotenoid.
e. Terdiri dari 2 fraksi, yaitu grana yang mengandung pigmen fotosintetik dan stroma yang tidak mengandung pigmen tetapi mengandung enzim-enzim.
a. Reaksi terang fotosintesis
Reaksi terang terjadi di dalam membran tilakoid, tepatnya pada kloroplas. Unit pengumpul cahaya pada membran tilakoid disebut fotosistem.Ada dua macam fotosistem yang terdapat di membran tilakoid yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Reaksi terang terjadi ketika fotosistem I dan fotosistem II terkena cahaya matahari.Reaksi terang dibagi menjadi 2 tahapan yaitu:
1) Fotofosforilasi siklik
Berlangsung di fotosistem I, di fotosistem I terdapat klorofil a yang peka terhadap panjang gelombang 700 nm sehingga disebut p700. Cahaya yang mengenai klorofil akan menyebabkan klorofil teraktifasi sehingga melepaskan elektronnya. Elektron yang dilepaskan oleh klorofil ini akan ditransfer dari satu enzim ke enzim yang lain, dan sebagian dari energinya akan diserap oleh ADP untuk mengikat phospat sehingga terbentuk ATP.
2) Fotofosforilasi nonsiklik
Fotosistem I yang terkena cahaya matahari akan melepaskan elektronnya yang kemudian elektron ini akan segera mengikuti rantai transfer elektron. Sebagian energi yang ada pada reaksi transfer elektron ini digunakan untuk membentuk ATP dari ADP. Bersamaan dengan peristiwa ini terjadi penguraian molekul air menjadi O2, ion hidrogen dan elektron, NADP akan mengambil elektron yang berasal dari fotosistem I untuk mengikat ion hidrogen sehingga terbentuk NADPH.
Fotosistem I yang telah kehilangan elektronnya akan segera menyedot elektron dari fotosistem II (p680) yang terkena cahaya. Fotosistem II yang kekurangan elektron akan segera mengambil elektron yang dihasilkan oleh penguraian air.
ATP dan NADPH yang dihasilkan pada reaksi terang ini akan dimanfaatkan untuk membentuk glukosa pada reaksi gelap, sedangkan O2 yang dihasilkan akan segera dikeluarkan sebagai hasil samping fotosintesis.
b. Reaksi gelap (siklus Calvin-Benson)
Jalur metabolisme reaksi pembentukan glukosa dari CO2 disebut daur Calvin. Dalam penambahan CO2 terjadi beberapa tahap reaksi, yaitu:Tahap I
6 molekul CO2 dari udara bereaksi dengan 6 molekul ribulosa 1,5 difosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa difosfat karboksilase menghasilkan 12 molekul 3 fosfogliserat.
Tahap II
12 Molekul 3 fosfogliserat dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase dan gliseraldehida fosfat dehidrogenase akan terbentuk 12 molekul gliseraldehida 3 fosfat dengan bantuan 12 ATP dan 12 NADPH.
Tahap III
12 gliseraldehida 3 fosfat akan diubah menjadi 3 molekul fruktosa-6-fosfat untuk selanjutnya fruktosa 6 fosfat diubah menjadi glukosa.
Secara garis besar hubungan antara reaksi terang dengan reaksi gelap adalah energi matahari yang ditangkap oleh fotosistem I dan II dalam fasa terang cahaya diubah menjadi energi kimia NADPH dan ATP.
Tiga macam reaksi sintesis yang sudah diidentifikasi pada tumbuhan adalah C3,C4 dan CAM.
1) Daur C4
Daur C4 disebut juga jalur metabolisme Hatch-Slack, yaitu jalur metabolisme penambatan CO2 yang pada tahap reaksi pertamanya melibatkan pembentukan asam dikarboksinat beratom karbon empat, yaitu oksaloasetat, malat, dan asam aspartat. Daur C4 ini terjadi pada tumbuhan golongan C, seperti jagung, rumput-rumputan, dan tumbuhan padang pasir.
2) Daur C3
Daur C3 terjadi pada tanaman polong-polongan, gandum, padi. Daur ini diawali dengan fiksasi CO2, yaitu menggabungkan CO2 dengan sebuah molekul akseptor karbon. Tetapi dalam daur ini CO2 difiksasi ke gula berkarbon lima, yaitu ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim karboksilase RuBP (rubisko). Molekul berkarbon 6 yang terbentuk tidak stabil dan segera terpisah menjadi 2 molekul fosfogliserat (PGA).
3) CAM
CAM (Crassulacean Acid Metabolism) merupakan mekanisme yang paling sedikit terjadi di antara ketiga daur (C3, C4, CAM).
Daur ini terjadi pada tanaman nanas, kaktus, bunga lili, agave, dan beberapa jenis anggrek.
Secara biokimia, daur CAM identik dengan daur C4, kecuali tidak adanya pemisahan reaksi sintesis antara mesofil dengan berkas sel seludang. Bahkan, semua reaksi dipisahkan oleh waktu, suatu faktor yang sangat penting bagi kelangsungan hidup tanaman CAM pada lingkungan yang kering.
Bukti-bukti peristiwa fotosintesis
Untuk membuktikan adanya molekul-molekul yang dibutuhkan dan yang dihasilkan dalam peristiwa fotosintesis dapat dilakukan dengan percobaan sebagai berikut.
1) Percobaan Sachs
Membuktikan bahwa pada fotosintesis akan dihasilkan zat tepung.a) Daun yang sudah beberapa saat terkena cahaya matahari dipetik.
b) Daun dimasukkan pada air yang mendidih.
c) Kemudian daun dimasukkan pada alkohol panas.
d) Setelah itu ditetesi dengan larutan iodium (lugol).
Hasilnya daun akan berwarna biru tua. Hal ini membuktikan bahwa setelah terbentuk glukosa hasil fotosintesis segera diubah menjadi zat tepung.
2) Percobaan Engelmann
Membuktikan bahwa dalam fotosintesis diperlukan cahaya dan klorofil. Dari hasil pengamatan di bawah mikroskop terhadap Spirogyra dan bakteri termo, ternyata bila dijatuhkan seberkas cahaya yang mengenai kloroplas Spirogyra, maka tampak bakteri termo berkerumun pada daerah yang berkloroplas yang terkena cahaya tersebut. Namun bila seberkas cahaya tidak mengenai kloroplas, maka tidak banyak ditemukan bakteri termo.
3) Percobaan Ingenhouz
Membuktikan bahwa pada fotosintesis dihasilkan O2.a) Beberapa batang tanaman Hydrilla verticillata dimasukkan ke dalam corong.
b) Corong ditempatkan ke dalam beker glass yang berisi air dalam keadaan terbalik (air harus penuh) dan dikaitkan dengan kawat penyangga.
c) Pipa ditutup dengan tabung reaksi yang berisi air secara terbalik.
d) Perangkat percobaan ditempatkan ditempat yang terkena sinar matahari langsung.
Hasilnya pada tabung reaksi terdapat gelembung-gelembung air.
Untuk membuktikan apakah gas yang muncul itu O2 dapat diuji dengan memasukkan lidi yang membara. Apabila terbentuk nyala api, maka gas yang muncul tersebut O2.
4) Percobaan Van Helmont
Membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan air.a) Van Helmont menempatkan 200 pon tanah yang telah dikeringkan di dalam pot besar.
b) Tanah tersebut disiram dengan air dan di dalamnya ditanam pucuk tanaman “willow” seberat 5 pon.
c) Pot dimasukkan ke dalam tanah dan menutupi tepinya dengan plat besi yang berlubang-lubang.
d) Selama 5 tahun Van Helmont menyirami tanamannya dengan air hujan atau air suling.
e) Pohon dicabut dan ditimbang ternyata beratnya menjadi 164 pon 3 ons(beratini tidak termasuk berat daunyang berguguran+5 tahun).
f) Tanah dikeringkan lagi dan ditimbang, ternyata beratnya hanya berkurang 2 ons dari berat semula.
g) Kesimpulan : penambahan berat pohon “willow” itu hanya berasal dari air.
ATP yang dihasilkan pada respirasi aerob dan anaerob berfungsi sebagai sumber energi bagi semua aktivitas organisme.
Aktivitas ini dibagi menjadi empat golongan, yaitu:
1) Kerja mekanis
Selalu terjadi jika otot berkontraksi. Energi yang diperlukan organ otot agar dapat berkontraksi disediakan oleh ATP.
2) Transpor aktif
ATP digunakan untuk mengaktifkan ion atau molekul yang akan ditranslokasikan ke dalam sel.
3) Produksi panas
Umumnya terjadi sebagai hasil sampingan dari proses transformasi energi lain dalam sel, karena tidak ada produksi panas. Transformasi energi yang 100% efisien.
4) Anabolisme
Yaitu proses sintesis molekul organik dari molekul anorganik. ATP merupakan sumber energi bagi aktivitas anabolik di dalam sel.