Fotosintesis (anabolisme karbohidrat), adalah proses anabolisme yang menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Tahapan fotosintesis adalah reaksi terang dan reaksi gelap.
Reaksi terang (light-depending reaction)
Adalah reaksi yang bergantung pada cahaya, dan terjadi dalam tilakoid (grana). Reaksi terang secara singkat: H2O à O2 + NADP+ H+ e + ATP (reaksi tidak setara).
Tahapan reaksi terang:
- Cahaya diterima oleh fotosistem II menyebabkan fotoeksitasi 4e darinya.
- Fotolisis air adalah proses pemecahan molekul air oleh cahaya menurut reaksi: 2H2O d O2 + 4e + 4H+ O2 yang dihasilkan dibuang ke lingkungan atau digunakan untuk respirasi aerob, dan 4e digunakan untuk menetralkan fotosistem II.
- 4e yang difotoeksitasi dari fotosistem II dibawa berjalan-jalan melalui plastokuinon, kompleks sitokrom dan plastosianin (aliran non-siklik), sehingga ruang tilakoid bermuatan negatif dan memacu pembentukan ATP (fotofosforilasi). Hal tersebut juga menyebabkan proton (H+ ) dari fotolisis air dipompa keluar membran tilakoid.
- Cahaya diterima fotosistem I menyebabkan fotoeksitasi 2e darinya.
- 4e dari fotosistem II yang telah dibawa berjalan-jalan:
- 2e nya digunakan untuk menetralkan fotosistem I.
- 2e lainnya bersama dengan 2e dari fotosistem I bergerak menuju kompleks ferredoksin.
- 2e yang digunakan untuk menetralkan fotosistem I akan berputar-putar di sekitar fotosistem I dan kompleks sitokrom (aliran siklik).
- Hasil dari aliran elektron:
a. Aliran elektron non-siklik: Melibatkan fotosistem II dan I, memacu pembentukan ATP pada plastosianin dan NADPH oleh NADP+ reduktase pada kompleks ferredoksin.
b. Aliran elektron siklik: Melibatkan fotosistem I, memacu pemompaan proton (H+) kembali ke ruang tilakoid dari kompleks sitokrom. Proton lalu bergerak melalui ATP-sintase memacu pembentukan ATP.
Jika perlakuan diberikan kepada fotosistem:
- Isolasi fotosistem I masih memungkinkan pembentukan O2, dan menyebabkaN peningkatan NADPH dan penurunan ATP.
- Isolasi fotosistem II tidak memungkinkan pembentukan O2 dan NADPH, dan menyebabkan penurunan ATP.
Reaksi gelap (light-independent reaction)
Adalah reaksi yang tidak bergantung pada cahaya, dan terjadi dalam stroma pada mesofil. Reaksi gelap dilakukan apabila telah terjadi reaksi terang.
RuBP + CO2 + NADPH + ATP d C6H12O6 + NADP+ (reaksi tidak setara)
Reaksi gelap dapat berlangsung menurut empat macam jalur:
-
Jalur C3 (siklus Calvin) Jalur C3 dilakukan oleh tumbuhan pada umumnya. Pada jalur C3, fiksasi CO2 menghasilkan PGA (atom karbon 3). Siklus Calvin terjadi pada mesofil.
-
Jalur C4 (jalur Hatch-Slack) Jalur C4 dilakukan oleh tumbuhan yang hidup di lahan terbuka tidak teduh. Tumbuhan C4 tidak dapat membuka stomatanya secara penuh pada siang hari, sehingga CO2 ditimbun terlebih dahulu menjadi oksaloasetat (atom karbon 4) baru kemudian mengalami siklus Calvin. Pada tumbuhan C4, penimbunan terjadi pada mesofil, sedangkan siklus Calvin terjadi di jaringan penyokong vaskuler.
-
Jalur CAM (Crassulacean Acid Metabolism) Jalur CAM dilakukan oleh tumbuhan yang hidup di iklim gurun/kering atau epifit, contohnya famili Crassulaceae, Agavaceae dan Cactaceae. Tumbuhan CAM tidak dapat membuka stomatanya sama sekali pada siang hari, sehingga CO2 ditimbun seperti jalur C4 pada malam hari, namun siklus Calvin baru terjadi pada siang hari keesokannya.
-
Jalur C2/fotorespirasi (jalur Glikolat) Jalur C2 terjadi apabila tumbuhan mendapat intensitas cahaya yang terlalu tinggi. Akibat intensitas cahaya terlalu tinggi: a. Konsentrasi O2 dalam daun menjadi tinggi, sehingga CO2 tidak dapat masuk. b. O2 akan diikat oleh RuBP (fotorespirasi). c. Tidak terjadi fotosintesis (menurunkan produksi glukosa).
