Analisis Evolusi Fotosintesis Pada Tumbuhan

BAB 1. PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Kehidupan manusia sedikit dan banyak  memerlukan bahan makanan, bahan bakar, serat melalui fotosintesis. Fotosintesis adalah proses sintesis karbohidrat dari bahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O) pada tumbuhan berpigmen  dengan bantuan energi cahaya matahari.  Fotosintesis terdiri atas 2 fase, yaitu fase I yang berlangsung pada grana dan menghasilkan  ATP dan NADPH2 serta fase II yang berlangsung pada stroma dan menghasilkan karbohidrat.. CO dan H2O merupakan substat dalam reaksi fotosintesis dengan bantuan cahaya matahari membentuk pigmen klorofil dan pigmen pigmen lainya akan menghasilkan karbohidrat dan melepaskan oksigen. Matahari memiliki cahaya warna yang lengkap terdiri dari warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu tetapi tidak semua gelombang cahaya panjang diserap dan diabsorpsi oleh pigmen fotosintesis. Atom O pada karbohidrat berasal dari CO2 dan H berasal dari H2O itu menuru ( Sasmitamihardja dan Siregar, 1996). Gelombang yang panjang ialah gelombang biru dan ungu, jingga dan merah (lembayung) ialah gelombang yang kurang panjang untuk mengabsorpsi gelombang hijau, dan kuning  hijau(500-600 nm).

Sintesis klorofil dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain cahaya, gula atau karbohidrat, air, temperatur, faktor genetik, unsur hara. Komplek protein-klorofil merupakan komponen fotosintesis yang penting. terlibat dalam pembentukan kompleks protein-klorofil adalah distribusi klorofil yang baru disintesis dan redistribusi klorofil yang sudah ada. Klorofil b adalah hasil biosintesis dari klorofil a dan berperan penting dalam reorganisasi fotosistem selama adaptasi terhadap kualitas dan intensitas cahaya. Oleh sebab itu hilangnya klorofil a dan b berpengaruh negatif  terhadap efisiensi fotosintesis menurut  VAN DER MESCHT ET AL pada tahun 1999. Fotosintesis mengalami evolusi sehingga dikenal adanya tumbuhan C3, C4 dan CAM yang dapat diamati sebagai variasi dalam fotosintesis fase II atau reaksi fiksasi CO2.

B.Rumusan Masalah

a.Tumbuhan C3, C4, dan CAM

b.Evolusi fotosintesis

c.Evolusi dan distribusi tanaman C4

C.Tujuan Penulisan

Tugas ini selain untuk syarat mendapatkan nilai mata kuliah Fisiologi Tumbuhan untuk memberikan pengertian tentang Evolusi Fotosintesis kepada pembaca agar lebih memahami tentang bagaimana terjadinya fotosintesis. Dan bisa sebagai bahan acuan kita untuk kelangsungan hidup manusia yang sangat ketergantungan dengan tumbuhan sebagai penyedia Oksigen.

D.Metode Penelitian

a.Refensi

b.Browshing

c.Jurnal penelitian Nio Song Ai dengan judul :  EVOLUSI FOTOSINTESIS PADA TUMBUHAN

BAB II. PEMBAHASAN

A.Tumbuhan C3, C4, dan CAM

Menurut Sasmitamihardja Dan Siregar pada tahun 1996 dan juga Warahadikusumah, pada hatun 1985 bahwa Fotosintesis pada tumbuhan tingkat tinggi terdiri atas 2 fase demikian lah penjabaranya:

a.Fase I: reaksi fotokimia, reaksi fotolisis, reaksi Hill, reaksi fotofosforilasi, reaksi terang Reaksi ini berlangsung di grana dan membutuhkan  cahaya. Energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap cahaya dan diubah menjadi bentuk energi kimia, yaitu ATP dan senyawa pereduksi, yaitu NADPH. Atom hidrogen dari molekul H2O dipakai untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dan O2  dilepaskan sebagai hasil  sampingan reaksi fotosintesis. Reaksi juga dirangkaikan dengan reaksi pembentukan ATP dari ADP dan Pi. Fase ini dapat ditulis sebagai persamaan reaksi:  energi matahari

H2O + NADP+ + ADP + Pi   →

O2 + H++ NADPH + ATP
Pembentukan ATP dari ADP dan Pi merupakan mekanisme penyimpanan energi matahari yang diserap dan kemudian diubah menjadi energi kimia, sehingga fase ini disebut fotofosforilasi.
Fase I ini melibatkan 2 tipe kelompok pigmen fotosintesis, yaitu

1.Pigmen utama (pigmen primer, pusat reaksi): bentuk-bentuk klorofil a,
seperti klorofil a 680 (P680) dan klorofil a 700 (P700),

2.Pigmen tambahan/pigmen antena (accessory pigment): berperan meneruskan energi cahaya ke pigmen utama, seperti klorofil a lainnya, klorofil b (λ 455-640 nm), karotenoid (λ 430-490 nm)

b.Fase II:  reaksi termokimia,  reaksi fiksasi/reduksi CO2, reaksi gelap Reaksi ini berlangsung di stroma dan sering kali disebut reaksi gelap, karena reaksi ini dapat berlangsung tanpa adanya cahaya, walaupun  tidak  harus berlangsung dalam keadaan  gelap. Hal ini disebabkan karena enzim-enzim stroma kloroplas tidak membutuhkan cahaya untuk aktivitasnya, tetapi membutuhkan  ATP dan NADPH2.  Fase II fotosintesis ini berlangsung pada stroma dan menghasilkan karbohidrat. Dalam reaksi ini  senyawa kimia. berenergi tinggi  yang dihasilkan pada fase I, yaitu NADPH dan ATP dipakai untuk reaksi reduksi CO2  yang menghasilkan glukosa dengan persamaan reaksi: CO2  + NADP  + + ATP

glukosa  + + ADP  + Pi

Ada  4 macam reaksi fiksasi CO2 menurut (Sasmitamihardja dan Siregar, 1996), yaitu:

1.Daur C3 (daur Calvin) Daur reaksi ini disebut daur C3  karena senyawa yang  pertama kali dihasilkan adalah senyawa dengan 3 atom    karbon yaitu asam fosfogliserat dari CO2; ribulosa-1,5-bifosfat  dan  H2O. Tumbuhan yang melaksanakan daur tersebut disebut tumbuhan C3. Dalam daur ini satu molekul fosfogliseraldehida (PGAL) dibentuk dari fiksasi 3 molekul CO2. Reaksi keseluruhan adalah sebagai berikut:

3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH2 →

PGAL + 9 ADP + 8 iP + 6 NADP

Selanjutnya PGAL akan diubah menjadi glukosa. Daur  ini terjadi pada gandum, padi dan bambu.

2.Daur C4 (daur Hatch dan Slack) Daur reaksi ini disebut daur C4  karena sebagian besar senyawa yang pertama kali dihasilkan adalah senyawa dengan 4 atom karbon yaitu asam malat dan asam aspartat dan tumbuhan yang melaksanakan daur tersebut disebut tumbuhan C4. Yang termasuk tumbuhan C4 adalah beberapa spesies Gramineae di daerah tropis termasuk jagung, tebu, sorghum.  Anatomi daun tumbuhan C4 unik yang dikenal dengan anatomi Kranz, yaitu terdapat   sel-sel seludang parenkim yang mengelilingi ikatan pembuluh dan memisahkannya dengan  sel-sel mesofil. Pada tumbuhan C4  terdapat  pembagian kerja antara sel-sel  mesofil dan sel-sel seludang parenkim, yaitu pembentukan asam malat dan aspartat  dari CO2  terjadi di sel-sel mesofil, sedangkan daur  Calvin berlangsung di sel-sel  seludang parenkim.

3.Daur CAM (Crassulacean Acid Metabolism) Daur CAM merupakan fiksasi CO2 pada spesies sukulen anggota famili Crassulaceae  (misalnya kaktus, nenas) yang hidup di daerah kering, mempunyai daun tebal dengan  rasio permukaan terhadap volume rendah, laju transpirasi rendah, sel-sel daun mempunyai vakuola relatif besar dan lapisan sitoplasma yang tipis. Fiksasi yang  menghasilkan asam malat terjadi pada malam hari pada  saat stomata terbuka dan daur  Calvin yang menghasilkan glukosa terjadi pada siang hari pada saat stomata   tertutup. Jadi fiksasi CO2  pada tumbuhan CAM mirip dengan tumbuhan C4,  perbedaannya pada tumbuhan C4  terjadi pemisahan tempat sedangkan pada tumbuhan CAM terjadi pemisahan waktu.

Hampir semua tanaman melaksanakan daur CAMnya ditentukan oleh genetik tanaman tersebut. Umumnya CAM berlangsung

lebih cepat pada siang hari yang panas dengan tingkat cahaya yang tinggi dan malam hari yang dingin dan tanah yang kering  seperti di gurun. Fiksasi CO2  pada beberapa tumbuhan CAM dapat beralih ke daur C3 setelah hujan atau suhu malam hari yang lebih tinggi daripada biasanya karena stomata terbuka lebih lama pada pagi hari ini menurut Campbell Et Al pada tahun 2006.

4.Menurut Sasmitamihardja dan Siregar pada tahun 1996, Daur C2 (daur glikolat atau fotorespirasi) Selain bereaksi dengan CO2, enzim ribulosa  bifosfat karboksilase yang mengkatalisis pembentukan fosfogliserat dalam daur C3, juga dapat  bereaksi dengan O2, sehingga  pada kondisi demikian enzim ini  disebut ribulosa bisfosfat oksigenase. Aktivitas ribulosa bifosfat  oksigenase adalah mengubah satu molekul ribulosa bifosfat menjadi satu molekul asam fosfoglikolat dan satu molekul asam fosfogliserat, bukan menjadi dua molekul  asam fosfogliserat jika CO2  yang difiksasi.  Dengan demikian digunakan nama enzim rubisco (ribulosa bifosfat karboksilase oksigenase) untuk menyatakan keterlibatan enzim tersebut dalam fiksasi CO2  dan O2. Ada 4 hal  penting  yang perlu  diperhatikan dalam jalur glikolat, yaitu:

a.Jalur glikolat terjadi pada 3 tempat, yaitu kloroplas, peroksisom dan mitokondria.

b.Reaksi oksidasi ini membentuk glikolat dan produk sampingan H2O2 dan oksidan kuat yang beracun ini diuraikan oleh katalase dalam peroksisom.

c.Asam amino glisin dan serin dihasilkan.

d.Satu molekul CO2  dihasilkan dan satu molekul O2  diserap untuk tiap dua molekul glikolat yang dioksidasi. Oleh sebab itu daur glikolat disebut juga fotorespirasi  karena terjadi pengambilan O2  dan pembentukan CO2 oleh jaringan yang berfotosintesis pada saat ada cahaya.

B.Evolusi Fotosintesis

Dari pandangan kasat mata bukti bukti gelogis evolusi fotosintesis memang sedikit. Tapi fotosintesis memang di gambarkan mengalami evolusi. Maka dari itu fotosintesis merupakan proses biokimia yang melibatkan protein dan molekul-molekul organik lain yang cepat mengalami dekomposisi.

Kondisi tanpa O2  ini sangat penting untuk evolusi kehidupan karena O2 merusak molekul-molekul organik. Atmosfir bumi primitif juga tidak mengandung ozon yang merupakan lapisan tipis di atmosfir bagian atas dan berfungsi untuk menyerap sinar ultra violet (UV). Radiasi, temperatur tinggi dan berbagai macam gas yang terlibat dalam aktivitas vulkanik, memungkinkan terjadinya sintesis molekul-molekul organik. Cara kerja sistem biologi yang memperbanyak diri pada kondisi tersebut belum banyak diketahui. Tetapi fakta menunjukkan adanya organisme dengan ukuran dan struktur sel yang mirip dengan bakteri pada batuan yang berumur 3,5 x 109 tahun. Sejenis metabolisme yang melibatkan cahaya mungkin berlangsung pada masa itu karena  derivat karotenoid terdeteksi pada batuan  di  zaman tersebut. Kemungkinan organisme primitif tersebut

mensintesis ATP dengan proton yang digerakkan oleh cahaya seperti halnya pada bakteri  Halobacterium halobium. Karbon organik dari deposit pada masa tersebut menunjukkan diskriminasi terhadap isotop 13C dan hal ini membuktikan bahwa fotosintesis terjadi pada awal evolusi. Organisme tersebut mampu menyediakan ATP sendiri dengan mengeksploitasi sumber energi yang berlimpah itu dekemukakan langsung oleh Lawlor, pada tahun 1993.

Tetapi molekul air tidak dipecah dalam fotosintesis primitif tersebut sampai 3,5 x 109 tahun yang lalu, sehingga tidak ada O2  yang dihasilkan dalam fotosintesis dan atmosfir tereduksi. Setelah terjadinya evolusi proses pemecahan molekul air yang memerlukan energi cahaya melalui 2

fotosistem, air dapat teroksidasi dan O2 dilepaskan ke atmosfir.

Oksigen yang dihasilkan oleh pemecahan molekul H2O oleh sinar UV terlalu sedikit untuk memungkinkan terjadinya penurunan Fe2+ yang drastis. Uraninit (UO2) adalah bijih uranium yang tidak larut dalam kondisi dengan konsentrasi O2 di atas 1% dan deposit UO2 yang berumur

lebih muda dari 2 x 109 tahun yang lalu tidak ditemukan. Jadi, antara 3,5 x 109dan 3,0 x 109 tahun yang lalu fotosintesis berkembang dengan menggunakan H2O sebagai reduktan dan O2 di atmosfir meningkat. Eukariot yang terdiri dari sel-sel bernukleus, mungkin berkembang  dalam kehidupan bumi tahap awal, berdasarkan bukti adanya steran (molekul-molekul turunan sterol yang diperkirakan hanya dibuat oleh sel-sel bernukleus seperti eukariot) di batuan pada 1,7 x 109 tahun yang lalu.

Eukariot ini berkembang pesat sejak 1 x 109 tahun yang lalu dan membentuk organisme-organisme makroskopis dan multinukleat (baik tumbuhan maupun hewan). Proses perkembangan ini mungkin berkaitan dengan perubahan iklim sekitar 900-600 juta tahun yang lalu akibat aktivitas tektonik dan vulkanik, hilangnya sejumlah besar  karbon dengan terkubur sebagai sedimen serta dimulainya perubahan iklim global termasuk terbentuknya sungai es. Bukti dari struktur dan fungsi asam nukleat pada kloroplas dan mitokondria tumbuhan tingkat tinggi menunjukkan bahwa organel-organel ini merupakan bakteri dan alga hijau biru yang masuk ke dalam sel-sel eukariotik yang tidak berfotosintesis.

Fotosintesis berkembang menjadi lebih kompleks secara biokimia dan terjadi pemisahan antara respirasi dan fotosintesis beserta regulasinya. Fotosintesis membentuk biosfir baik secara langsung maupun melalui

pengaruhnya pada iklim dan geologi bumi. Unsur  karbon  dari fotosintesis menyusun minyak, batu bara dan gas, sehingga CO2  di

atmosfir menurun dan rasio O2/CO2 meningkat. Kondisi ini mungkin tidak menguntungkan bagi fotosintesis karena enzim ribulosa bifosfat karboksilase yang mengfiksasi CO2  bekerja kurang efisien. Di daratan hilangnya air dari tumbuhan yang dicegah dengan adanya kutikula yang tebal, juga  mengurangi persediaan CO2. Evolusi tipe-tipe fotosintesi seperti C4  dan CAM mungkin merupakan respons terhadap menurunnya rasio CO2/O2 dan atmosfir yang lebih kering dengan radiasi yang intensif.

Aktivitas manusia pada saat ini meningkatkan konsentrasi CO2  di atmosfir dengan membakar bahan bakar fosil.Hal ini mungkin memperbaiki pertumbuhan tumbuhan dalam waktu singkat dan juga akan

mempengaruhi iklim dunia.

C.Evolusi Dan Distribusi Tanaman C4

Tumbuhan tingkat tinggi yang ada di bumi terdiri dari 5%  tumbuhan C4, 85% tumbuhan C3  dan 10% tumbuhan CAM. Fotosintesis C4  pertama kali ditemukan pada rumput-rumputan 24-35 tahun yang lalu dan pada tumbuhan dikotil 15-21 juta tahun yang lalu. Konsentrasi CO2 di udara yang menurun  sangat berpengaruh terhadap evolusi tumbuhan C4. Penurunan konsentrasi CO2 di udara disebabkan oleh aktivitas fotosintesis

dan perubahan tektonik yang diikuti oleh perubahan geokimia. Tabrakan daratan India mengakibatkan terangkatnya Plateau Tibet, sehingga bagian kerak bumi yang terpapar pada udara bebas menjadi lebih luas. Reaksi kimia yang terjadi pada kerak bumi ialah CaSiO3 + CO2                  CaCO3 + SiO2. Reaksi ini menyebabkan penurunan konsentrasi CO2 di udara yang menyolok dan kondisi ini menguntungkan bagi tumbuhan C4.

Di samping konsentrasi CO2  yang rendah di udara, faktor-faktor lingkungan lain juga menentukan evolusi dan distribusi tumbuhan C4. Analisis komposisi karbon isotop pada komponen lapisan lilin daun menunjukkan bahwa iklim regional menentukan kepadatan relatif tumbuhan C3 dan C4. Faktor-faktor lingkungan yang dimaksud antara lain daerah kering dengan latituda (garis lintang) rendah, temperatur tinggi dengan kondisi kering dan kadar garam tinggi akibat pemanasan global dan kebakaran. Tumbuhan C4  banyak ditemukan di daerah tropis dengan altituda rendah (ketinggian dari permukaan laut), padang rumput di dataran rendah baik di daerah tropis maupun  daerah  temperata dengan

curah hujan tinggi di musim panas.

BAB III.  PENUTUP

A.Kesimpulan

Fotosintesis ialah proses pembuatan energi pada tanaman dengan bantuan sinar matahari dengan bahan baku CO2 dan H2O untuk membentuk suatu karbohidrat atau gula. Fotosintesis terdiri atas 2 fase, yaitu fase I yang berlangsung pada grana dan menghasilkan  ATP dan NADPH2 serta fase II yang berlangsung pada stroma dan menghasilkan karbohidrat.  Molekul air tidak dipecah dalam fotosintesis primitif dan setelah evolusi molekul air dipecahkan melalui 2 fotosistem sehingga O2 dilepaskan ke atmosfir. Fotosintesis berkembang menjadi lebih kompleks secara biokimia sampai terjadinya pemisahan antara respirasi dan fotosintesis beserta regulasinya. Evolusi tipe-tipe fotosintesis seperti C4  dan CAM merupakan akibat menurunnya rasio CO2/O2  dan radiasi yang intensif pada atmosfir.

B.Saran.

Fotosintesis ialah penyedia satu satunya oksigen di bumi yang paling terjadi dengan sendirinya. Ketersesedianya oksigen di bumi melelui proses potosintesisyang berlangsung secara evolusi. Sehingga ketersediaan oksigen ada terus menerus. Tertapi sebelum di keluarkan nya oksigen dari daun melewati stomata ada tahap tahap yang harus terjadi yaitu penyerapan Karbondioksida (CO2) dan Air (H2O) dengan bantuan sinar matahari langsung dan diproses di dalam pigmen daun klorofil atau pigmen lainya sehingga menghasilkan energi yang digunakan tumbuhan sebagai melangsungkan hidupnya dan ada juga yang di keluarkan dengan bentuk Oksigen (O2). Maka dari itu kita perlu menyadari tentang pentingnya tumbuhan di lingkungan kita karena semakin banyak tumbuhan di lingkungan kita semakan banyak ketersediaaan oksigen di udara.

Saran saya tetaplah menjaga dan melestarikan lingkungan dengan membudidayakan tanaman penghasil oksigen yang tinggi dan tanaman itu juga bisa menghasilkan nilai ekonomi yang baik bagi kita. Dengan demikian dari sudut pandang ekonomi kita mendapatkan hasil yang baik tetapi dari sudut pandang pelestarian lingkungan juga sungguh baik. Dan saya mau mengucapkan terimaksih kepada pembaca tulisan ini karena menurut saya ini sangat bermanfaat bagi wawasan kita kedepanya.

DAFTAR PUSTAKA

1.Jurnal penelitian Nio Song Ai dengan judul :  EVOLUSI FOTOSINTESIS PADA TUMBUHAN

2.Dr.djukri.MS . 2004.  Diktat kuliah fisiologi tumbuhan dasar oleh.Yogyakarta

3.Salisbury, Frank B dan Ross, Cleon W. 2003. Fisiologi tumbuhan jilid 1. ITB bandung: bandung

4.Lakitan, benyamin. 2011 dasar dasar fisiologi tumbuhan. Rajawali pers:

http://fotosintesispadatanaman.com