FASE CAHAYA FOTOSINTESIS: MEKANISME DAN PRODUK - BIOLOGI - 2025

The fase terang fotosintesis adalah bagian dari proses fotosintesis yang membutuhkan kehadiran cahaya. Jadi, cahaya memulai reaksi yang menghasilkan transformasi sebagian energi cahaya menjadi energi kimia.

Reaksi biokimia terjadi di tilakoid kloroplas, tempat pigmen fotosintesis ditemukan yang tereksitasi oleh cahaya. Ini adalah klorofil a, klorofil b, dan karotenoid.

Fase terang dan fase gelap. Maulucioni, dari Wikimedia Commons

Beberapa elemen diperlukan agar reaksi bergantung cahaya terjadi. Sumber cahaya dalam spektrum tampak diperlukan. Begitu juga dengan keberadaan air sangat dibutuhkan.

Produk akhir dari fase cahaya fotosintesis adalah pembentukan ATP (adenosine triphosphate) dan NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate). Molekul-molekul ini digunakan sebagai sumber energi untuk fiksasi CO ₂ di fase gelap. Demikian juga, selama fase ini, O ₂ dilepaskan , produk pemecahan molekul H ₂ O.

Persyaratan

Agar reaksi tergantung cahaya dalam fotosintesis terjadi, diperlukan pemahaman tentang sifat-sifat cahaya. Demikian juga, perlu diketahui struktur pigmen yang terlibat.

Cahaya

Cahaya memiliki sifat gelombang dan partikel. Energi yang datang ke Bumi dari matahari dalam bentuk gelombang dengan panjang berbeda, yang dikenal sebagai spektrum elektromagnetik.

Sekitar 40% cahaya yang mencapai planet ini adalah cahaya tampak. Ini ditemukan dalam panjang gelombang antara 380-760 nm. Ini mencakup semua warna pelangi, masing-masing dengan panjang gelombang yang khas.

Panjang gelombang yang paling efisien untuk fotosintesis adalah dari ungu ke biru (380-470 nm) dan dari merah-oranye ke merah (650-780 nm).

Cahaya juga memiliki sifat partikel. Partikel-partikel ini disebut foton dan dikaitkan dengan panjang gelombang tertentu. Energi setiap foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Semakin pendek panjang gelombangnya, semakin tinggi energinya.

Ketika sebuah molekul menyerap foton energi cahaya, salah satu elektronnya diberi energi. Elektron dapat meninggalkan atom dan diterima oleh molekul akseptor. Proses ini terjadi pada fase cahaya fotosintesis.

Pigmen

Di dalam membran tilakoid (struktur kloroplas) terdapat berbagai pigmen dengan kemampuan menyerap cahaya tampak. Pigmen yang berbeda menyerap panjang gelombang yang berbeda. Pigmen ini adalah klorofil, karotenoid, dan fikobilin.

Karotenoid memberi warna kuning dan oranye yang ada pada tanaman. Phycobilins ditemukan di cyanobacteria dan alga merah.

Klorofil dianggap pigmen fotosintetik utama. Molekul ini memiliki ekor hidrokarbon hidrofobik yang panjang, yang membuatnya tetap melekat pada membran tilakoid. Selain itu, ia memiliki cincin porfirin yang mengandung atom magnesium. Energi cahaya diserap di cincin ini.

Ada berbagai jenis klorofil. Klorofil a adalah pigmen yang paling langsung mengintervensi dalam reaksi terang. Klorofil b menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda dan mentransfer energi ini ke klorofil a.

Dalam kloroplas, klorofil a ditemukan sekitar tiga kali lebih banyak daripada klorofil b.

Mekanisme

-Fotosistem

Molekul klorofil dan pigmen lainnya diatur dalam tilakoid menjadi unit fotosintesis.

Setiap unit fotosintesis terdiri dari 200-300 molekul klorofil a, sejumlah kecil klorofil b, karotenoid, dan protein. Ada area yang disebut pusat reaksi, yang merupakan tempat yang menggunakan energi cahaya.

Gambar: Fase cahaya fotosintesis. Penulis: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_3.svg

Pigmen lain yang ada disebut kompleks antena. Mereka memiliki fungsi menangkap dan melewatkan cahaya ke pusat reaksi.

Ada dua jenis unit fotosintesis yang disebut fotosistem. Mereka berbeda karena pusat reaksinya terkait dengan protein yang berbeda. Mereka menyebabkan sedikit pergeseran dalam spektrum absorpsi mereka.

Dalam fotosistem I, klorofil a yang berasosiasi dengan pusat reaksi memiliki puncak serapan 700 nm (P ₇₀₀ ). Pada fotosistem II puncak serapan terjadi pada 680 nm (P ₆₈₀ ).

-Fotolisis

Selama proses ini terjadi pemecahan molekul air. Fotosistem II berpartisipasi. Sebuah foton cahaya mengenai molekul P ₆₈₀ dan mendorong elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Elektron tereksitasi diterima oleh molekul pheophytin, yang merupakan akseptor perantara. Selanjutnya, mereka melintasi membran tilakoid di mana mereka diterima oleh molekul plastoquinone. Elektron akhirnya dipindahkan ke P ₇₀₀ fotosistem I.

Elektron yang dilepaskan oleh P ₆₈₀ digantikan oleh elektron lain dari air. Protein yang mengandung mangan (protein Z) diperlukan untuk memecah molekul air.

Ketika H ₂ O rusak , dua proton (H ⁺ ) dan oksigen dilepaskan. Dibutuhkan dua molekul air untuk dibelah agar satu molekul O _{2 dapat dilepaskan} .

-Fotofosforilasi

Ada dua jenis fotofosforilasi, bergantung pada arah aliran elektron.

Fotofosforilasi non-siklik

Baik fotosistem I dan II terlibat di dalamnya. Ini disebut non-siklik karena aliran elektron hanya mengalir ke satu arah.

Ketika eksitasi molekul klorofil terjadi, elektron bergerak melalui rantai transpor elektron.

Ini dimulai di fotosistem I ketika foton cahaya diserap oleh molekul P ₇₀₀ . Elektron tereksitasi ditransfer ke akseptor primer (Fe-S) yang mengandung besi dan sulfida.

Kemudian berlanjut ke molekul ferredoxin. Selanjutnya, elektron menuju ke molekul transpor (FAD). Ini memberikannya ke molekul NADP ⁺ yang mereduksinya menjadi NADPH.

Elektron yang ditransfer oleh fotosistem II dalam fotolisis akan menggantikan elektron yang ditransfer oleh P ₇₀₀ . Ini terjadi melalui rantai transpor yang terdiri dari pigmen yang mengandung besi (sitokrom). Selain itu, plastosianin (protein yang menghadirkan tembaga) juga terlibat.

Selama proses ini, molekul NADPH dan ATP diproduksi. Untuk pembentukan ATP, enzim ATPsyntetase mengintervensi.

Fotofosforilasi siklik

Ini hanya terjadi pada fotosistem I. Ketika molekul pusat reaksi P ₇₀₀ tereksitasi, elektron diterima oleh molekul P ₄₃₀ .

Selanjutnya, elektron dimasukkan ke dalam rantai transpor antara dua fotosistem. Dalam prosesnya, molekul ATP diproduksi. Tidak seperti fotofosforilasi non-siklik, NADPH tidak diproduksi dan O ₂ tidak dilepaskan .

Pada akhir proses transpor elektron, elektron kembali ke pusat reaksi fotosistem I. Oleh karena itu, disebut fotofosforilasi siklik.

Produk akhir

Pada akhir fase cahaya, O ₂ dilepaskan ke lingkungan sebagai produk sampingan dari fotolisis. Oksigen ini keluar ke atmosfer dan digunakan dalam respirasi organisme aerobik.

Produk akhir lain dari fase terang adalah NADPH, koenzim (bagian dari enzim non-protein) yang akan berpartisipasi dalam fiksasi CO ₂ selama siklus Calvin (fase gelap fotosintesis).

ATP adalah nukleotida yang digunakan untuk mendapatkan energi yang diperlukan dalam proses metabolisme makhluk hidup. Ini dikonsumsi dalam sintesis glukosa.

Referensi

1. Petroutsos D. R Tokutsu, S Maruyama, S Flori, A Greiner, L Magneschi, L Cusant, T Kottke. M Mittag, P Hegemann, G Finazzi dan J Minagaza (2016) Fotoreseptor cahaya biru menengahi regulasi umpan balik fotosintesis. Alam 537: 563-566.
2. Salisbury F dan C Ross (1994) Fisiologi Tumbuhan. Grupo Editorial Iberoamérica. Meksiko DF. 759 hal.
3. Solomon E, L Berg dan D Martín (1999) Biologi. Edisi kelima. Editor Interamericana MGraw-Hill. Meksiko DF. 1237 hal.
4. Stearn K (1997) Pengantar biologi tanaman. Penerbit WC Brown. PENGGUNAAN. 570 hal.
5. Yamori W, T Shikanai dan A Makino (2015) Fotosistem I aliran elektron siklik melalui kloroplas NADH dehydrogenase-like complex melakukan peran fisiologis untuk fotosintesis pada cahaya rendah. Laporan Ilmiah Alam 5: 1-12.