Dalam bidang ilmu biologi istilah fotosintesis merupakan suatu peristiwa penggabungan karbon dioksida (CO2) dan air (H2O) secara kimiawi dalam klorofil dengan bantuan cahaya matahari untuk membentuk karbohidrat. Dengan bantuan cahaya matahari, tumbuhan memerlukan karbondioksida dan air sebagai bahan baku fotosintesis. Karbondioksida akan digunakan sebagai sumber karbon untuk karbohidrat, sedangkan air merupakan penyumbang elektron dalam reaksi tersebut.
Fotosintesis terjadi di kloroplas, dan terjadi dalam 2 tahap reaksi, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang terjadi di bagian grana sedangkan reaksi gelap terjadi di stroma. Tahapan pertama fotosintesis disebut reaksi terang karena memerlukan cahaya matahari sebagai energi penggeraknya. Energi matahari akan menggerakkan elektron dalam fotosistem sehingga proses fotosintesis dapat berlangsung.
Struktur kloroplas
Fotosistem adalah pusat reaksi fotosintesis, di dalamnya terdapat pigmen-pigmen klorofil yang akan menangkap energi cahaya matahari. Tumbuhan memiliki dua jenis fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Kedua fotosistem tersebut dibedakan dari kemampuannya menangkap cahaya dari panjang gelombang yang berbeda. Fotosistem I paling baik menangkap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm, sedangkan fotosistem II paling baik menangkap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm.
Aliran elektron non siklik
Cahaya matahari akan menyebabkan elektron pada fotosistem tereksitasi dan naik ke tingkat energi yang lebih tinggi. Elektron yang tereksitasi akan berusaha turun kembali menuju tingkat energi awalnya disertai dengan pelepasan energi yang akan dimanfaatkan untuk membuat ATP. Elektron yang mengalir dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi awalnya dinamakan dengan aliran elektron.
Proses aliran elektron dalam reaksi terang fotosintesis
- Cahaya matahari akan ditangkap oleh klorofil dalam fotosistem II sehingga elektron di pusat fotosistem naik ke tingkat energi yang lebih tinggi dan ditangkap oleh akseptor primer. Elektron tersebut akan mengalir turun untuk menuju tingkat energi awalnya namun melewati beberapa molekul sebagai akseptornya (penerima elektron).
- Elektron yang telah naik menyebabkan pusat fotosistem II kekurangan elektron, untuk mengisi kekosongan tersebut suatu enzim akan memecah H2O menjadi 2 molekul H+ dan 1 molekul O- dan mendonorkan elektronnya pada pusat fotosistem II. Dua molekul O- akan bersatu dan akhirnya berubah menjadi O2 yang akan dilepaskan tumbuhan.
- Elektron dari fotosistem II yang naik dan ditangkap akseptor primer tadi akan dialirkan menuju sederetan protein yang meliputi Pq (plastoquinon), kompleks sitokrom, dan Pc (plastosianin) yang akan mengantarkan elektron tersebut kembali ke tingkat energi semula. Ketika ditangkap oleh protein-protein tersebut, elektron akan melepaskan sebagian energinya sehingga dapat digunakan untuk membentuk ATP.
- Elektron pada fotosistem I juga telah tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi karena menangkap energi cahaya matahari. Elektron dari fotosistem II akan turun dari kompleks protein dan mengisi kekosongan yang terjadi di fotosistem I.
- Dan elektron dari fotosistem I yang naik akan ditangkap oleh akseptor primer kemudian diteruskan menuju Fd (ferredoksin), yang menjadi perantara sebelum elektron tersebut menuju enzim NADP+ reduktase. Enzim tersebut akan menggunakan elektron untuk reaksi reduksi membentuk NADPH.
Hasil dari aliran elektron tersebut adalah molekul ATP dan NADPH yang akan digunakan dalam reaksi gelap fotosintesis. Dalam reaksi terang terdapat 2 jenis aliran elektron, yaitu aliran elektron non siklik dan aliran elektron siklik. Aliran elektron yang dijelaskan seperti di atas adalah aliran elektron non siklik.
Aliran elektron siklik
Sedangkan aliran elektron siklik terjadi apabila produksi ATP pada aliran elektron non siklik tidak mencukupi untuk berlangsungnya reaksi gelap fotosintesis. Kekurangan ATP ini akan dicukupi dengan menjalankan aliran elektron siklik yang hanya menghasilkan ATP saja. Jalannya aliran elektron siklik adalah sebagai berikut.
- Energi cahaya akan menggerakkan elektron pada fotosistem I sehingga naik ke tingkat energi yang lebih tinggi.
- Elektron yang naik tersebut akan ditangkap oleh akseptor primer kemudian disalurkan menuju Fd, kompleks sitokrom, dan Pc sebelum kembali ke tempatnya semula di fotosistem I.
- Saat bergerak dari Fd, kompleks sitokrom, dan Pc, elektron akan melepaskan energi yang akan digunakan untuk membuat ATP melalui chemiosmosis.
Kesimpulan dari reaksi terang fotosintesis
- Reaksi terang menggunakan cahaya matahari sebagai energi penggerak elektron.
- H2O yang digunakan sebagai pendonor elektron akan dipecah dan menghaslkan oksigen. Oleh karena itu, reaksi terang disebut juga fotolisis air.
- Aliran elektron non siklik menghasilkan ATP dan NADPH
- Aliran elektron siklik menghasilkan ATP
- ATP dan NADPH digunakan untuk menjalankan reaksi gelap fotosintesis yang terjadi di stroma.
