FOTOSINTESIS DITINJAU DARI ILMU BIOLOGI, FISIKA, DAN KIMIA

FOTOSINTESIS DITINJAU DARI ILMU BIOLOGI, FISIKA, DAN KIMIA

Di dalam tubuh makhluk hidup terjadi proses metabolisme, yaitu seluruh proses biokimia yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup. Metabolisme terbagi 2 yaitu anabolisme dan katabolisme. Anabolisme merupakan reaksi pembentukan senyawa-senyawa kompleks sedangkan katabolisme merupakan reaksi penguraian senyawa kompleks. Salah satu contoh anabolisme adalah fotosintesis.

Kehidupan di bumi digerakkan oleh energi matahari. Kloroplas tumbuhan menangkap energi cahaya yang dikeluarkan oleh matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia yang disimpan dalam gula dan molekul organik lainnya.proses seperti ini disebut fotosintesis. Fotosintesis sangat penting karena hampir semua makhluk hidup tergantung pada proses ini.

Daun merupakan tempat utama berlangsungnya fotosintesis. Terdapat kira-kira setengah juta kloroplas tiap millimeter persegi permukaan daun. Warna daun berasal dari klorofil yaitu pigmen warna hijau daun yang terdapat di dalam kloropas. Fotosintesis hanya dapat terjadi jika ada cahaya dan kloroplas. Dengan keberadaan cahaya bagian-bagian tumbuhan yang berwarna hijau akan menghasilkan bahan organic dan oksigen dari karbondioksida dan air. Dengan menggunakan rumus molekul proses fotosintesis dirangkum dalam persamaan berikut:

6 CO₂ + 6 H₂O + energi cahayaà C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

(Campbell Reece & Mitchell, 1974: 181)

1.    Tinjauan proses fotosintesis dari ilmu Biologi

Proses fotosintesis terjadi pada mahluk hidup yang memiliki klorofil, meliputi tumbuhan, beberapa jenis alga, dan beberapa jenis bakteri. Seperti yang dinyatakan di atas, fotosintesis merupakan proses analobisme, yaitu pembentukan senyawa kompleks dari senyawa sederhana. Senayawa kompleks yang akan terbentuk adalah karbohidrat, sedangkan senyawa sederhana adalah karbondioksida, uap air, dan klorofil.

Proses fotosintesis terjadi dalam rangka pembentukan karbohidrat yang merupakan zat yang paling penting bagi manusia dan hewan. Fotosintesis juga terjadi untuk menghasilkan oksigen yang penting bagi proses pernafasan makhluk hidup lainnya.

Proses fotosintesis sebagian besar terjadi di dalam daun. Daun memiliki kloroplas yang mengandung klorofil. Kloroplas ditemukan terutama dalam sel mesofil, yaitu jaringan yang terdapat di bagian dalam daun. Sel mesofil memiliki 30 sampai 40 kloroplas. Satu kloroplas mendung tilakoid. Klorofil sendiri terletak di dalam tilakoid. Tumpukan tilakoid yang berbentuk kolom disebut grana.

Karbondioksida masuk ke dalam daun, dan oksigen keluar, melalui pori mikroskopik yang disebut stomata. Air yang diserap oleh akar dialirkan ke daun melalui berkas pembuluh. Daun juga menggunakan berkas pembuluh untuk mengirimkan gula ke akar dan bagian tumbuhan yang tidak berfotosintesis.

2.    Tinjauan proses fotosintesis dari ilmu Fisika

a.    Sifat-sifat cahaya matahari

Cahaya merupakan energy dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Jarak Antara puncak-puncak gelombang elektromagnetik disebut panjang gelombang. Panjang gelombnag berkisar antara kurang dari 1 nm sampai 1 km. keseluruhan kisaran radiasi ini dikenal sebagai spektrum elektromagnetik. Walaupun matahari meradiasikan spektrum penuh dari energy elektromagnetik, atmosfer menyaring sebagian besar radiasi untuk tidak sampai ke bumi. Cahaya tampak merupakan spektrum matahari yang sampai ke bumi dan berperan dalam proses fotosintesis. Cahaya tampak yang mempunyai panjang gelombang 680 nm dan 700 nm akan diserap oleh klorofil dan berperan dalam reaksi terang.

Cahaya dapat diserap, dipantulkan, dan diteruskan. Di dalam fotosintesis bahan-bahan yang menyerap cahaya disebut pigmen. Pigmen yang berbeda akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda, dan panjang gelombang yang diserap akan menghilang. Sebagai contoh, klorofil akan menyerap spektrum yang berwarna merah dan biru, kemudian memantulkan spektrum berwarna hijau sehingga kita melihat daun berwarna hijau.

Dalam hal ini berlaku hukum kekekalan energi, bahwa energi tidak bisa diciptakan, juga tidak bisa dimusnahkan. Walaupun warna dari spektrum yang diserap oleh klorofil menghilang, energinya tidak hilang. Energi dari foton yang diserap diubah menjadi energi potensial elektron yang dinaikkan dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi. Apabila pigmen kembali menyerap cahaya maka elektron akan kembali jatuh ke keadaan dasar dan melepaskan kembalu energi dalam bentuk panas dan cahaya (fluoresensi).

b.    Hukum kekekalan energi

Energi radiasi sinar matahari ditangkap oleh klorofil kemudian diubah menjadi energy kimia melalui proses fotosintesis. Dalam hal ini tidak ada energi yang musnah. Energy kimia tersebut digunakan untuk mensintesis CO₂ dan H₂O menjadi glukosa dan senyawa kompleks lainnya yang tersimpan dalam bentuk senyawa karbohidrat (bahan makanan). Bahan makanan bila dikonsumsi oleh makhluk hidup lainnya akan diubah menjadi energi kinetik, dan begitu seterusnya sebab energy tidak bisa diciptakan juga tidak bisa dimusnahkan.

3.    Tinjauan proses fotosintesis dari ilmu Kimia

Dalam fotosintesis berlangsung beberapa reaksi kimia. Prinsip reaksi kimia adalah massa zat sebelum reaksi sama dengan massa zat sesudah reaksi. Secara sederhananya, jumlah suatu atom sebelum reaksi sama dengan jumlahnya setelah reaksi, contih:

a.    Penguraian air

Air yang diserap oleh akar tumbuhan akan diuraikan oleh kloroplas menjadi hydrogen dan oksigen dengan reaksi sebagai berikut:

H₂Oà H⁺ + ½ O₂

b.    Pembentukan uap air dan karbohidrat

Uap air terbentuk dari penggabungan atom H⁺ (produk penguraian air) dengan atom O dari CO₂ yang diserap oleh tumbuhan. Sedangkan atom C dari CO₂ akan membentuk karbohidrat.

Secara ringkas reaksi penggabungan dari penguraian air dengan penyerapan CO₂ dapat dituliskan sebagai berikut:

6 CO₂ + 12 H₂O + energi cahayaà C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

Dengan menghitung selisih molekul uap air yang dibutuhkan, reaksi di atas dapt juga ditulis:

6 CO₂ + 6 H₂O + energi cahayaà C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Dari reaksi di atas kita kita dapat melihat berlakunya hukum kekekalan massa, yaitu massa zat sebelum reaksi sama dengan massa zat sesudah reaksi.

c.    Reaksi redoks

Di dalam proses fotosintesis berlaku proses redoks (reduksi oksidasi). Ketika air terurai, elektron ditransfer bersama dengan ion hidrogen dari air ke karbondioksida dan mereduksinya menjadi gula. Elektron bertabah energi potensialnya ketika berpindah dari air ke gula, kebutuhan energi ini disediakan oleh cahaya.

d.    Sifat elektron

Elektron bisa keluar dari orbitalnya jika diberikan energi. Ketika molekul menyerap suatu foton salah satu elektron molekul dinaikkan ke suatu orbital dimana elektron tersebut memiliki energi potensial yang lebih tinggi. Ketika elektron berada pada orbital normalnya molekul pigmen dikatakan berada dalam keadaan dasarnya. Setelah penyerapan foton mendorong elektron ke orbital yang energinya lebih tinggi, molekul pigmen dikatakan dalam keadaaan tereksitasi. 

sumber Rani Oktavia, mahasiswi pasca sarjana upi