Penjelasan Tentang Mekanisme Fotosintesis - Pada awal abad ke-20, para ilmuwan menyadari bahwa fotosintesis dapat dibedakan
menjadi dua proses reaksi yang memerlukan cahaya dan reaksi yang tidak
memerlukan cahaya. Reaksi yang memerlukan cahaya disebut juga reaksi terang.
Reaksi ini secara langsung berhubungan dengan pigmen dan tilakoid di kloroplas.
Adapun reaksi yang tidak memerlukan cahaya disebut juga reaksi gelap, terjadi di
stroma dan matriks klorofil.
 |
| Reaksi terang dan reaksi gelap pada kloroplas |
Reaksi Terang
Proses dari reaksi terang adalah pusat fotosintesis. Pusat reaksi tersusun
atas molekul klorofil yang dikelilingi oleh molekul lain yang mampu menerima
elektron. Pusat reaksi terang disebut fotosistem yang terdiri atas kompleks
protein, klorofil, dan pigmen lain yang menyerap cahaya. Fotosistem ini terdapat
di membran tilakoid.
Pada tumbuhan dan alga terdapat dua pusat reaksi yang bekerja secara teratur.
Pusat reaksi ini ditemukan karena memiliki penyerapan panjang gelombang cahaya
yang berbeda. Fotosistem I memiliki penyerapan cahaya maksimum 700 nm, karena
pada fotosistem I terdapat pigmen yang dapat menyerap panjang gelombang maksimum
700 nm (p700). Fotosistem II memiliki penyerapan cahaya maksimum 680 nm dengan
pigmen yang dapat menyerap panjang gelombang maksimum 680 nm (p680). Meskipun
fotosistem I ditemukan lebih dahulu, reaksi transfer elektron berawal dari
fotosistem II. Elektron bergerak dari fotosistem II ke fotosistem I.
Ketika cahaya matahari (foton) mengenai fososistem II, akan menyebabkan
elektronnya tereksitasi (keluar). Elektron ini akan digantikan oleh elektron
hasil hidrolisis dari molekul air. Peristiwa pemecahan molekul air pada
fotosintesis ini disebut fotolisis.
Dapat Anda lihat bahwa fotolisis menyediakan elektron (e–). Selain
itu juga, proses ini menghasilkan oksigen (O2) dan pasangan proton
bebas (H+) di dalam tilakoid. Pada reaksi inilah sumber oksigen di
bumi dihasilkan.
Bagaimanakah proses fotosintesis selanjutnya? Elektron yang dihasilkan akan
memasuki sistem transfer elektron. Reaksi transfer elektron ini dapat dibedakan
menjadi reaksi nonsiklik dan reaksi siklik.
Reaksi nonsiklik
Elektron yang tereksitasi dari fotosistem II bergerak melalui rangkaian
akseptor elektron, seperti plastoquinon, sitokrom f, dan plastosianin. Pada
proses tersebut dilepaskan energi yang ditangkap oleh ADP menjadi ATP.
Selanjutnya elektron mencapai fotosistem I.
Seperti fotosistem II, fotosistem I merupakan molekul kompleks yang dapat
melepaskan elektron yang dipicu oleh cahaya matahari. Elektron yang terlepas
dari fotosistem I segera digantikan oleh elektron dari fotosistem II.
Elektron berenergi tinggi yang dilepaskan fotosistem I akan bergerak melalui
rangkaian akseptor elektron baru. Pada akhirnya, elektron tersebut digunakan
untuk mereduksi NADP (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate) menjadi
NADPH.
 |
Reaksi nonsiklik
|
Pada reaksi ini, elektron yang dilepas fotosistem I tidak kembali lagi ke
fotosistem I. Pembentukan ATP dari reaksi nonsiklik ini disebut juga
fotofosforilasi nonsiklik.
Reaksi siklik
Pada beberapa kasus, terjadi pola pergerakan elektron yang berbeda. Pola ini
disebut reaksi siklik, karena elektron yang dilepaskan fotosistem I selalu
kembali pada fotosistem I. Ketika elektron melalui beberapa akseptor elektron,
energi yang dilepaskan digunakan untuk membentuk ADP menjadi ATP.
 |
| Reaksi siklik |
Pembentukan ATP melalui reaksi siklik disebut juga fotofosforilasi siklik.
Reaksi ini dilakukan jika ATP yang dibuat kurang dan banyak terjadi pada bakteri
fotoautototrof.
Reaksi Gelap
Reaksi gelap merupakan langkah selanjutnya setelah reaksi terang. Reaksi ini
terjadi di stroma kloroplas. Reaksi terang telah menyediakan energi kimia pada
stroma kloroplas dalam bentuk ATP dan NADPH. Energi ini akan digunakan untuk
menghasilkan glukosa, yaitu hasil akhir reaksi fotosintesis.
Reaksi gelap memerlukan ATP, NADPH, CO2, rangkaian enzim, serta
kofaktor yang dapat ditemukan pada stroma kloroplas. Reaksi ini dijelaskan
pertama kali oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson. Oleh karena itu, reaksi ini
disebut juga siklus Calvin-Benson. Perhatikan gambar berikut.
 |
| Siklus Calvin-Benson |
Fase Fiksasi
Berdasarkan gambar tersebut, langkah pertama siklus Calvin-Benson adalah
fiksasi CO2 dari udara oleh ribulosa bifosfat (RuBP) dengan bantuan
enzim rubisko. Fiksasi ini membentuk senyawa beratom C6. Hasil yang tidak stabil
tersebut dipecah menjadi 2 senyawa C3 (3-fosfogliserat). Oleh karena itu, setiap
3 molekul CO2 yang masuk akan menghasilkan enam molekul
3-fosfogliserat.
Fase Reduksi
Pada fase reduksi, NADPH mereduksi 3-fosfogliserat menjadi
3-fosfogliseraldehid (G3P) dengan bantuan ATP. Untuk membuat 1 molekul G3P,
siklus tersebut memerlukan atom karbon dari tiga molekul CO2.
Sebenarnya siklus ini mengambil satu karbon setiap satu siklusnya. Namun pada
awal reaksi, digunakan 3 molekul CO2 sehingga satu siklus reaksi ini
menghasilkan 1 molekul G3P utuh.
Pelepasan satu molekul G3P
Lima molekul G3P dari langkah kedua tetap berada dalam siklus. Satu molekul
G3P yang dilepaskan dari siklus merupakan hasil bersih fotosintesis. Sel
tumbuhan menggunakan dua molekul G3P untuk membentuk satu molekul glukosa.
Fase regenerasi RuBP
Rangkaian reaksi kimia menggunakan energi ATP untuk menyusun kembali atom
pada lima molekul G3P (total 15 atom C). Hal tersebut untuk membentuk tiga
molekul RuBP yang akan digunakan kembali dalam siklus Calvin-Benson.