Reaksi Terang & Gelap ( BIOLOGI)

Reaksi Terang

Tahap pertama dari sistem fotosintesis adalah reaksi terang, yang sangat bergantung kepada ketersediaan sinar matahari. Reaksi terang merupakan penggerak bagi reaksi pengikatan CO2 dari udara. Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid yang terdiri dari sistem cahaya (fotosistem I dan II), sistem pembawa elektron, dan komplek protein pembentuk ATP (enzim ATP sintase). Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP+ menjadi energi pembawa ATP dan NADPH.

Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas . Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.

Secara ringkas, reaksi terang pada fotosintesis ini terbagi menjadi dua, yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi adalah reaksi penambahan gugus fosfat kepada senyawa organik untuk membentuk senyawa fosfat organik. Pada reaksi terang, karena dibantu oleh cahaya, fosforilasi ini disebut juga fotofosforilasi.

Reaksi Gelap

Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma. Bahan reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO2, yang berasal dari udara bebas. Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.

Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat. Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP). Ribulosa difosfat ini yang nantinya akan mengikat CO2 dalam reaksi gelap. Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.

Bagan Reaksi Gelap, klik disini untuk bagan yang lebih besarPada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO2 dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil yang kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA). Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat. Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H+ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP+, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C. Selanjutnya, 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C6H12O6). 10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat. Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP), yang kemudian kembali mengikat CO2 dan menjalani siklus reaksi gelap. (Lihat Bagan)

Reaksi gelap ini menghasilkan APG (asam fosfogliserat), ALPG (fosfogliseraldehid), RDP (ribulosa difosfat), dan glukosa (C6H12O6).

2.1.       Definisi  Dari Tanaman C3, C4 dan CAM

Tanaman C3 adalah tanaman yang mempunyai lintasan atau siklus PCR (Photosynthetic Carbon Reduction) atau sering disebut siklus calvin yang dapatmenghasilkan asam organik yang mengandung 3 atom C dan jaringan yangterlibat dalam proses fotosintesis adalah jaringan mesofil. Lintasan itu dimulaidari pengikatan CO2 dengan RBP dan RuBP.(Sitompul, 1995).

   Tanaman C4 adalah tanaman yang memiliki lintasan tambahan di samping lintasan C3 yaitu dikenal dengan nama lintasan PCR yang menghasilkan asam organic yang mengandung 4 atom C, yang terpindah dari sel bunga karang, yang merupakan tempat siklus PCR dan lintasan ini dimulai dari peningkatan CO2 kepada DEP (phodperol piruvat). (Sitompul, 1995)

Tanaman CAM adalah tanaman yang membuka pada malam hari dan menutup pada siang hari, memiliki laju fotosintesis yang rendah bila dibandingkan dengan tanaman C3 dan C4. (Lakitan, 1995). Tanaman CAM adalah tanaman yang tumbuh di kawasan gurun dan mengambilCO2 di atmosfer dan membentuk sebagian 4 karbon juga.

2.2.       Perbedaan tanaman C3, C4 dan CAM

Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok besar, yaitu C3, C4, dan CAM (crassulacean acid metabolism). Perbedaan tersebut dapat dilihat pada table di bawah ini.

C3	C4	CAM (crassulacean acid metabolism)
lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi	adaptif di daerah panas dan kering	adaptif di daerah panas dan kering
enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi	CO2 diikat oleh PEP yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2	Pada malam hari asam malat tinggi, pada siang hari malat rendah Lintasan
karbon dioxida masuk ke siklus calvin secara langsung.	tidak mengikat karbon dioksida secara langsung	tidak mengikat karbon dioksida secara langsung
Disebut tumbuhan C3 karena senyawa awal yang terbentuk berkarbon 3 (fosfogliserat)	Sel seludang pembuluh berkembang dengan baik dan banyak mengandung kloroplas	Umumnya tumbuhan yang beradaptasi pada keadaan kering seperti kaktus, anggrek dan nenas
Sebagian besar tumbuhan tinggi masuk ke dalam kelompok tumbuhan C3	Fotosintesis terjadi di dalam sel mesofil dan sel seludang pembuluh	Reduksi karbon melalui lintasan C4 dan C3 dalam sel mesofil tetapi waktunya berbeda
Apabila stomata menutup akibat stress terjadi peningkatan fotorespirasi pengikatan O2 oleh enzim Rubisco	Pengikatan CO2di udara melalui lintasan C4 di sel mesofil dan reduksi karbon melalui siklus Calvin (siklus C3) di dalam sel seludang pembuluh	Pada malam hari terjadi lintasan C4 pada siang hari terjadi su

2.3.       Siklus tanaman C3, C4 dan CAM

Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan Substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari) . Jika konsentrasi CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah besar.

Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel epidermis daun). CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel "bundle sheath" (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentasi CO2 pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil and G sangat rendah, PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. , laju assimilasi tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2.

Jalur CAM serupa dengan jalur C₄ dalam hal karbon dioksida terlebih dahulu dimasukkan kedalam senyawa organic intermediet sebelum karbon dioksida ini memasuki siklus Calvin. Perbedaannya ialah bahwa pada tumbuhan C₄, kedua langkah ini terjadi pada ruang yang terpisah. Langkah ini terpisahkan pada dua jenis sel. Pada tumbuhan CAM, kedua langkah dipisahkan untuk sementara. Fiksasi karbon terjadi pada malam hari, dan siklus calvin berlangsung selama siang hari. (Hopkins, 2004)

2.4.       Morfologi dan anatomi tanaman C3, C4 dan CAM

Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam 3 kelompok besar yaitu C3, C4, dan CAM. Secara morfologis, anatomis, dan biokimia, tanaman C3 dan C4 berbeda. Umumnya daun tanaman C4 berbentuk memanjang sempit, memiliki ruang antar sel kecil-kecil dengan vena rapat dan sel-sel berkas pengangkut besar berisi banyak kloroplas. Pada tanaman C3 kloroplas terdapat pada semua sel mesofil, masing-masing berisi enzim fotosintetik yang mengikat sebagian CO2 yang berdifusi ke dalam daun. Pada tanaman C4 ada 2 tipe sel fotosintesis, sel-sel berkas pengangkut yang besar di sekitar vena dan sel-sel mesofil sekitar berkas pengangkut.

Tumbuhan CAM stomatanya membuka pada malam hari dan menutup pada siang hari. Tumbuhan yang yang tergolong CAM banyak mengandung air (sukulen), asam organik terutama asam malat dan asam isositrat tumpul pada daun di malam hari, tetapi akan hilang pada siang hari. Perubahan ini dapat mudah diperlihatkan dengan jalan tetrasi cairan sel yang ekstrak dari daun berdaging.

Tumbuhan C4 dan CAM lebih adaptif di daerah panas dan kering dibandingkan dengan tumbuhan C3. Namun tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi. Sehingga dengan meningkatnya CO2 di atmosfer, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2 ya

laporan Tanaman C3, C4, dan CAM

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok besar, yaitu C3, C4 dan CAM (crassulacean acid metabolism). Sekitar 80% tumbuhan menggunakan cara sintesis C3 untuk membentuk glukosa, misalnya tumbuhan leguminosaea, gandum, dan padi. Untuk tanaman C4 contohnya yaitu tanaman tebu, jagung, sorgum, dan berbagai jenis rumput pakan ternak. Struktur daun pada tanaman C4 dikenal juga sebagai daun dengan anatomi kranz. Jalur fotosintesis pada tanaman C4 juga dikenal dengan jalur Hatch-Slack. CAM terjadi pada tumbuhan jenis sukulen seperti kaktus, nanas, bunga lili, dan beberapa jenis anggrek.

Ada beberapa perbedaan dalam fotosintesis tumbuhan C3, C4 dan CAM. Jalur CAM serupa dengan jalur C₄ dalam hal karbon dioksida terlebih dahulu dimasukkan kedalam senyawa organic intermediet sebelum karbon dioksida ini memasuki siklus Calvin. Perbedaannya ialah bahwa pada tumbuhan C₄, kedua langkah ini terjadi pada ruang yang terpisah. Langkah ini terpisahkan pada dua jenis sel. Pada tumbuhan CAM, kedua langkah dipisahkan untuk sementara. Fiksasi karbon terjadi pada malam hari, dan siklus calvin berlangsung selama siang hari. Untuk lebih jelasnya, maka akan dipelajari lebih detail mengenai tanaman C3, C4 dan CAM.

1.2  Tujuan

-     Untuk mengetahui pengertian tanaman C3, C4 dan CAM

-     Untuk mengetahui perbedaan tanaman C3, C4 dan CAM

-     Untuk mengetahui karakteristik tanaman CAM

-     Untuk mengetahui siklus tanaman C3, C4 dan CAM

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1    Definisi Tanaman C3

Tanaman C3 adalah tanaman yang mempunyai lintasan atau siklus PCR (Photosynthetic Carbon Reduction) atau sering disebut siklus calvin yang dapatmenghasilkan asam organik yang mengandung 3 atom C dan jaringan yangterlibat dalam proses fotosintesis adalah jaringan mesofil. Lintasan itu dimulaidari pengikatan CO₂ dengan RBP dan RuBP

(Sitompul, 1995)

Tanaman C3 adalah kelompok tumbuhan yang menghasilkan senyawa phosphogliseric acid yang memiliki 3 atom C pada proses fiksasi CO₂ oleh ribolusadiphosphat.

(Sinaga, 2010)

C3 plant is A plant that produces the 3-carbon compound phosphoglyceric acidas the first stage of photosynthesis.

(Anonymous,a.  2010)

2.2    Definisi Tanaman C4

Tanaman C4 adalah tanaman yang menghasilkan asam 4 karbon sebagai produk utama penambahan CO2.

(Salisburry, 1998)

Tanaman C4 adalah kelompok tumbuhan yang melakukan persiapan reaksigelap fotosintesis melalui jalur 4 karbon / 4C (jalur hatch- slack) sebelummemasuki siklus calvin, untuk meminimalkan keperluan fotorespirasi.

(Jati, 2007)

C4 plant are plants that produces the 3-carbon compound phosphoglyceric acidas the first stage of photosynthesis.

(Anonymous, b.  2010)

2.3  Definisi Tanaman CAM

Tanaman CAM adalah tanaman yang dapat berubah seperti tanaman C3 padasaat pagi hari (suhu rendah) dan dapat berubah seperti tanaman C4 pada sianghari dan malam hari

(Gardner, 1991) 

 Tanaman CAM adalah tanaman yang tumbuh di kawasan gurun dan mengambilCO₂ di atmosfer dan membentuk sebagian 4 karbon juga

 (Jati, 2007)

A plant that utilizes the Crassulacean acid metabolism (CAM) as an adaptation for arid conditions. CO2 entering the stomata during the night is converted into organic acids, which release CO2 for the Calvin Cycle during the day, when the stomata are closed.

(anonymous^a.2010)

2.4  Perbedaan Tanaman C3, C4, dan CAM

(Anonymous, c. 2011)

2.5  Karakteristik Tanaman CAM

Kelompok ini terutama dijumpai pada tumbuhan sukulen, yang memiliki daun atau batang berdaging. Tumbuhan ini beradaptasi terhadap keadaan kering dengan transpirasi (evaporasi dari permukaan tumbuhan) rendah yang amat diperlukan agar dapat bertahan.  Dalam kondisi kelembaban rendah, stomata terbuka pada malam hari untuk menyerap CO2, dan tertutup pada siang hari untuk mengurangi beban transpirasi tumbuhan. Hanya ada beberapa tumbuhan CAM yang termasuk tanaman budidaya, yaitu antara lain nanas,agave, dan buah pir berduri. Ciri-ciri tanaman CAM yaitu :

-        Fotosintesis terjadi pada mesofil

-        Fiksasi CO₂ terjadi pada malam hari

-        Siklus calvin (reaksi gelap) terjadi pada siang hari

-        Biasanya tumbuh di daerah gurun

-        Stomata membuka pada malam hari dan menutup pada siang hari

-        Membentuk senyawa 4-carbon (oksaloasetat) untuk menyimpan CO₂

 (Sinaga, 2011)

2.6  Siklus Pada Tanaman C3, C4, dan CAM

Sintesis C3 dimulai dengan memfiksasi CO₂ ke dalam gula berkarbon lima, yaitu ribulose biphosphate (RuBp). RuBp bersifat tidak stabil sehingga akan segera terpisah menjadi dua molekul phosphoglicerate acid (PGA). Enzim yang erperan adalah RuBp-karboksilase yang disebut enzim rubisco.

Molekul PGA merupakan molekul tidak berenergi tinggi berkarbon tiga yang pertama kali terbentuk.selanjutnya PGA akan diredukdi oleh ATP dan NADPH₂ yang dihasilkan dari reaksi terang menjadi molekul phopoglyceraldehide (PGAL) yang berenergi tinggi

Pada tanaman C4 yang pertama kali terbentuk adalah molekul berkarbon empat, yaitu asam oksaloasetat (AOA). Sintesis C4 dimulai dengan memfiksasi CO₂ kedalam gula berkarbon tiga, yaitu phosphoenol piruvat (PEP) dengan perantara enzim PEP-karboksilase. AOA diubah menjadi asam malat atau asam asparat yang bertujuan agar CO₂ dipindah ke diklud Calvin. Asam malat berubah menjadi asam piruvat. Asam piruvat akan menjadi PEP setelah difosforilasi oleh ATP.

Hanya sekitar 5% tumbuhan menggunakan cara sintesis CAM. Pada CAM asam malat dan asam organic lainnya berkumpul pada malam hari dan akan hilang pada siang hari. Pada malam hari stomata terbuka sehingga CO₂ dapat berdifusi kedalam daun. CO₂ akan diikat oleh PEP-karboksilase membentuk oksalo-asetat dan asam malat. Pada siang hari stomata menutup asam malat mengalami dekarrboksilase menjadi asam piruvat dan CO_2. Sintesis CAM membantu tumbuhan untuk menghemat persediaan air dengan memisahkan waktu fiksasi CO₂ , reaksi terang dan siklus Calvin.

(Jati, 2007)

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous,a . 2011. http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis Diakses tanggal 13 November 2011

.Anonymous, b. 2010. http://agrimaniax.blogspot.com/2010/05/klasifikasi-perban yakan-tanaman.html Diakses tanggal 11 November 2011

Anonymous, c. 2010. http://iman56.blogspot.com/2010/10/perbedaan-tanaman-c3-c4-dan-cam.html  Diakses tanggal 12 November 2011

Gardner, Franklin. 1991. Fisiologi Tanaman Budidaya. Jakarta : UI Press.

Jati, Wijaya. 2007. Biologi Interaktif. Jakarta : Ganeca Exact.

Salisburry, Frank B. 1998. Photosynthesis 6 thEdition. Cambridge University Press.London

Sitompul, SM. 1995. Fisiologi Tanaman Tropis. Lombok : Universitas Mataram.

Sinaga, Agustina & Jekson Ninggolan 2010. Sukses SNMPTN. Jakarta : Mizan Publika.

Di