Reaksi Kimia Proses Fotosintesis dan Respirasi beserta Penjelasannya Lengkap — Reaksi fotosintesis merupakan salah satu reaksi yang paling penting bagi makhluk hidup.

Produk yang dihasilkan dari proses fotosintesis yang berupa gas yaitu oksigen sangat dibutuhkan pada sistem respirasi sel makhluk hidup.

Pada kesempatan ini, Mamikos akan menjelaskan mengenai reaksi kimia proses fotosintesis dan respirasi yang wajib kamu ketahui.

Sekilas Mengenai Fotosintesis

Sebelum kita membahas mengenai reaksi kimia proses fotosintesis dan respirasi yang terjadi, maka kita akan membahas mengenai fotosintesis secara umum terlebih dahulu ya.

Fotosintesis adalah proses yang digunakan oleh tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk glukosa (gula), yang dapat digunakan sebagai sumber energi.

Selama fotosintesis, organisme menangkap cahaya matahari dan menggunakan energi tersebut untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen.

Persamaan umum fotosintesis adalah:

6CO₂​+6H₂​O+energi cahaya⟶C₆​H_12​O₆​+6O₂​

Artinya, enam molekul karbon dioksida dan enam molekul air, dengan menggunakan energi cahaya, menghasilkan satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen.

Baca Juga :

4 Jenis Sifat Koligatif Larutan beserta Rumus dan Contoh Soal Lengkap

Reaksi Kimia Proses Fotosintesis dan Respirasi

Di segmen ini, kita akan membahas mengenai reaksi kimia proses fotosintesis dan respirasi secara mendetail dan satu persatu.

Untuk bahasan pertama, kita akan membahas mengenai reaksi kimia dalam proses fotosintesis terlebih dahulu ya!

Reaksi-reaksi Kimia dalam Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses di mana tanaman, ganggang, dan beberapa bakteri mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, menghasilkan glukosa dan oksigen sebagai hasil utama. Tahapan reaksi ini yaitu:

Reaksi Terang

Hal yang dibahas selanjutnya dalam reaksi kimia proses fotosintesis dan respirasi adalah reaksi terang.

Reaksi terang dari fotosintesis sangat penting untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia dalam bentuk ATP dan NADPH, yang nantinya akan digunakan dalam Siklus Calvin untuk menghasilkan glukosa.

Reaksi ini terjadi di membran tilakoid pada kloroplas dan dipicu oleh cahaya. Mari kita lihat lebih detail setiap langkahnya:

a. Fotolisis Air

Salah satu proses paling penting dalam reaksi terang adalah fotolisis, yaitu pemecahan molekul air, yang terjadi di Fotosistem II.

Sistem ini mengandung molekul pigmen, terutama klorofil, yang menyerap cahaya. Ketika klorofil menyerap cahaya, ia menjadi tereksitasi, melepaskan elektron.

Namun, elektron ini harus diganti agar proses dapat berlanjut, inilah peran fotolisis.

Reaksi: 2H₂​O⟶4H⁺+4e⁻+O_2​

Di mana Molekul air (H₂O) dipecah menjadi:

• Proton (H⁺)
• Elektron (e⁻)
• Oksigen (O₂)

Oksigen yang dihasilkan dilepaskan sebagai produk sampingan dan menyebar keluar dari tanaman ke atmosfer. Elektron yang dihasilkan menggantikan elektron yang hilang dari molekul klorofil di Fotosistem II saat tereksitasi oleh sinar matahari. Tanpa penggantian ini, reaksi terang tidak bisa berlanjut.

Proton (H⁺) yang dihasilkan digunakan kemudian untuk berkontribusi pada gradien proton di membran tilakoid, yang penting untuk produksi ATP.

b. Rantai Transpor Elektron (ETC) dan Sintesis ATP

Setelah elektron dikeluarkan dari Fotosistem II, mereka bergerak melalui rangkaian protein yang terdapat di membran tilakoid, yang dikenal sebagai rantai transpor elektron (ETC).

Saat elektron bergerak melalui rantai ini, mereka kehilangan energi di setiap langkah, yang digunakan untuk memompa proton ke dalam lumen tilakoid, menciptakan gradien proton.

Transport Elektron:

Elektron yang mengalami eksitasi bergerak dari Fotosistem II ke molekul plastoquinon (PQ) yang kemudian mengangkutnya ke kompleks yang disebut sitosom b6-f.

Dari sitosom b6-f, elektron diteruskan ke plastosianin (PC), sebuah protein yang membawa mereka ke Fotosistem I.

Gradien Proton dan Produksi ATP:

Energi dari pergerakan elektron digunakan untuk memompa proton (H⁺) dari stroma (di luar tilakoid) ke dalam lumen tilakoid (di dalam tilakoid).

Ini menciptakan konsentrasi proton yang tinggi di dalam lumen tilakoid dibandingkan dengan stroma, menciptakan gradien elektrokimia.

Proton kemudian mengalir kembali ke stroma melalui ATP synthase, sebuah protein yang berfungsi seperti turbin.

Ketika proton melintasi ATP synthase, energi tersebut dimanfaatkan untuk membentuk ATP dari ADP dan fosfat anorganik melalui proses yang disebut kemiosmosis.

Reaksi: ADP+P_i​+H⁺⟶ATP

ATP ini nantinya akan digunakan sebagai sumber energi selama Siklus Calvin untuk membantu mensintesis glukosa dari karbon dioksida.

Baca Juga :

24 Contoh Unsur Logam dan Non Logam beserta Tabel, Sifat, dan Perbedaannya

c. Pembentukan NADPH

Setelah elektron melewati ETC, mereka mencapai Fotosistem I. Pada titik ini, mereka telah kehilangan sebagian besar energinya. Di Fotosistem I, elektron diaktifkan kembali oleh cahaya.

Re-eksitasi di Fotosistem I:

Cahaya mengenai Fotosistem I, dan molekul klorofilnya menyerap energi, kembali mengaktifkan elektron.

Elektron yang telah diaktifkan ini akan dipindahkan ke ferredoksin.

Pembentukan NADPH:

Elektron berenergi tinggi diteruskan dari ferredoxin ke enzim NADP⁺ reductase, yang mengkatalisis reaksi pengurangan NADP⁺ (nikotinamida adenin dinukleotida fosfat) menjadi NADPH.

Reaksi: NADP⁺+2e⁻+H⁺⟶NADPH

Elektron dari Fotosistem I bergabung dengan NADP⁺ dan proton (H⁺) untuk membentuk NADPH, sebuah agen pereduksi yang nantinya akan digunakan dalam Siklus Calvin untuk fiksasi karbon.

Reaksi Gelap (Siklus Calvin)

Reaksi Gelap (Siklus Calvin) adalah tahap kedua dari fotosintesis, yang terjadi di stroma kloroplas.

Siklus ini memanfaatkan ATP dan NADPH yang dihasilkan selama reaksi terang untuk mengubah karbon dioksida (CO₂) menjadi glukosa (C₆H₁₂O₆) melalui serangkaian langkah biokimia.

Siklus Calvin terdiri dari tiga fase utama: Fiksasi Karbon, Reduksi, dan Regenerasi RuBP.

a. Fiksasi Karbon

Langkah pertama dari Siklus Calvin adalah fiksasi karbon dioksida (CO₂) ke dalam molekul organik.

Langkah ini dikatalisis oleh enzim RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase), salah satu enzim paling melimpah di Bumi.

RuBisCO mengkatalisis reaksi antara CO₂ dan RuBP (Ribulose-1,5-bisphosphate):

RuBP ialah gula berkarbon 5 yang berperan sebagai molekul awal untuk fiksasi karbon.

Ketika CO₂ bergabung dengan RuBP, terbentuk senyawa enam karbon yang tidak stabil, yang segera terpecah menjadi dua molekul 3-fosfogliserat (3-PGA), masing-masing mengandung tiga atom karbon.

Reaksi: CO₂​+RuBP⟶23-PGA

Dalam fase ini, karbon anorganik dari CO₂ “difikasikan” menjadi molekul organik (3-PGA), yang nantinya akan diolah lebih lanjut untuk akhirnya membentuk gula.

Baca Juga :

22 Contoh Unsur Non Logam beserta Lambang dan Penjelasannya

b. Fase Reduksi

Pada fase kedua, molekul 3-PGA mengalami serangkaian reaksi reduksi yang didukung oleh ATP dan NADPH untuk membentuk glyceraldehyde-3-phosphate (G3P), gula berkarbon tiga.

Pada langkah ini energi dari reaksi terang digunakan untuk mengubah karbon menjadi bentuk yang lebih kaya energi.

ATP menyediakan energi untuk reaksi dengan memfosforilasi 3-PGA.

NADPH menyumbangkan elektron berenergi tinggi, mengurangi 3-PGA yang telah difosforilasi menjadi G3P (glyceraldehyde-3-phosphate).

Reaksi: 63-PGA+6ATP+6NADPH⟶6G3P

Pada proses ini, 6 molekul 3-PGA akan diubah sehingga terbentuklah 6 molekul G3P. Namun, hanya 1 molekul G3P yang digunakan untuk mensintesis glukosa atau senyawa organik lainnya.

Sementara itu, 5 molekul yang tersisa akan didaur ulang pada fase selanjutnya untuk meregenerasi RuBP.

G3P sebagai Prekursor Glukosa:

Satu dari enam molekul G3P yang dihasilkan dalam Siklus Calvin akan dimanfaatkan untuk membentuk glukosa dan karbohidrat lain.

Molekul G3P ini akan keluar dari siklus dan digunakan untuk membentuk gula yang lebih kompleks, seperti glukosa, melalui jalur biokimia lebih lanjut.

c. Regenerasi RuBP

Tahap terakhir dari Siklus Calvin adalah regenerasi RuBP, molekul yang memungkinkan siklus ini terus berlanjut. Ini diperlukan agar lebih banyak CO₂ dapat difiksasi pada siklus berikutnya.

Regenerasi RuBP dari G3P:

Lima molekul G3P yang tersisa digunakan dalam serangkaian reaksi untuk meregenerasi RuBP, gula berkarbon lima yang memulai siklus ini.

Proses regenerasi ini membutuhkan tambahan ATP untuk mengatur ulang karbon dari G3P menjadi RuBP.

Reaksi: 5G3P+3ATP⟶3RuBP

Regenerasi RuBP sangat penting agar Siklus Calvin dapat terus memfiksasi lebih banyak CO₂. Proses ini mengonsumsi ATP tetapi tidak memerlukan NADPH, karena hanya melibatkan pengaturan ulang atom karbon.

Proses Respirasi

Untuk melengkapi pembahasan kita mengenai reaksi kimia proses fotosintesis dan respirasi maka kita akan membahas mengenai respirasi di segmen ini, simak ya!

Respirasi pada tumbuhan adalah proses biologis penting di mana tumbuhan mengubah energi yang tersimpan dalam glukosa (yang dihasilkan selama fotosintesis) menjadi energi yang dapat digunakan dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat).

Berbeda dengan fotosintesis yang hanya terjadi saat ada cahaya, respirasi pada tumbuhan berlangsung terus-menerus, baik siang maupun malam.

Proses ini sangat penting bagi tumbuhan untuk tumbuh, memperbaiki jaringan, dan menjalankan berbagai aktivitas seluler.

Respirasi pada tumbuhan terdiri dari beberapa tahap, yang melibatkan reaksi biokimia khusus dan terjadi di berbagai bagian sel, terutama di sitoplasma dan mitokondria.

Reaksi keseluruhan dari respirasi ini sebenarnya merupakan kebalikan dari fotosintesis:

C₆​H₁₂​O₆​+6O₂​⟶6CO₂​+6H₂​O+Energi (ATP)

Tahapan Respirasi pada Tumbuhan

Hal yang dibahas selanjutnya dalam reaksi kimia proses fotosintesis dan respirasi adalah tahapan respirasi.

Respirasi dibagi menjadi tiga tahap utama: Glikolisis, Siklus Krebs (Siklus Asam Sitrat), dan Rantai Transpor Elektron (ETC). Mari kita jelaskan secara detail setiap tahapan ini.

1. Glikolisis

Glikolisis merupakan tahapan paling awal dari respirasi, reaksi ini terjadi di sitoplasma sel tumbuhan. Proses ini tidak memerlukan oksigen, sehingga disebut sebagai proses anaerobik.

Dalam glikolisis, satu molekul glukosa (C₆H₁₂O₆) dipecah menjadi dua molekul piruvat (C₃H₄O₃).

Saat proses pemecahan ini terjadi, sebagian energi dilontarkan dan dipakai untuk membentuk 2 molekul ATP.

Selain itu, NAD⁺ (nikotinamida adenin dinukleotida) direduksi menjadi NADH, molekul pembawa elektron yang akan mengangkut elektron ke tahap respirasi berikutnya.

Reaksi: C₆​H₁₂​O₆​⟶2C₃​H₄​O₃​+2ATP+2NADH

Pada akhir glikolisis, molekul piruvat yang kaya energi berpindah ke mitokondria, di mana tahap respirasi selanjutnya berlangsung jika oksigen tersedia (kondisi aerobik).

2. Siklus Krebs (Siklus Asam Sitrat)

Siklus Krebs, juga dikenal sebagai Siklus Asam Sitrat atau Siklus Asam Trikarboksilat (TCA), terjadi di matriks mitokondria.

Siklus ini memerlukan oksigen, dan merupakan tahap di mana sebagian besar karbon dioksida dilepaskan.

Sebelum beranjak ke Siklus Krebs, 2 molekul piruvat dari glikolisis diubah menjadi asetil-KoA (asetil koenzim A) melalui proses yang disebut oksidasi piruvat. Reaksi ini menghasilkan CO₂ dan NADH.

Reaksi (Oksidasi Piruvat): 2C₃​H₄​O₃​+2NAD+⟶2C₂​H₃​OCoA+2CO₂​+2NADH

Dalam Siklus Krebs, setiap molekul asetil-KoA bergabung dengan oksaloasetat untuk membentuk sitrat yang kemudian dikonversi kembali menjadi oksaloasetat melalui serangkaian proses.

Proses tersebut kemudian menghasilkan CO₂, ATP, NADH, dan FADH₂ (molekul yang membawa elektron).

Siklus Krebs berlangsung selama dua kali untuk setiap molekul glukosa.

Reaksi (Siklus Krebs): 2C₂​H₃​OCoA⟶4CO₂​+2ATP+6NADH+2FADH_2​

Pada akhir Siklus Krebs, sebagian besar energi tersimpan dalam bentuk NADH dan FADH₂, yang membawa elektron berenergi tinggi ke rantai transpor elektron.

3. Rantai Transpor Elektron (ETC) dan Fosforilasi Oksidatif

Rantai Transpor Elektron (ETC) adalah tahap akhir dari respirasi dan berlangsung di membran dalam mitokondria.

Pada tahap ini, sebagian besar ATP dihasilkan, menjadikannya tahap respirasi yang paling efisien dalam hal produksi energi.

Transport Elektron:

NADH dan FADH₂ menyumbangkan elektronnya ke ETC, serangkaian kompleks protein yang tertanam dalam membran mitokondria.

Ketika elektron melintasi rantai ini, mereka akan melontarkan energi untuk memompa proton (H⁺) agar keluar dari matriks menuju ruang antar membran untuk membentuk gradien proton.

Gradien Proton dan Produksi ATP:

Proton masuk kembali ke matriks mitokondria melalui ATP synthase, sebuah protein yang menggunakan gradien proton untuk menghasilkan ATP dari ADP dan fosfat anorganik (P_i). Proses ini disebut fosforilasi oksidatif.

Reaksi: 10NADH+2FADH₂​+O₂​⟶H₂​O+34ATP

Oksigen sebagai Akseptor Elektron Terakhir:

Pada akhir ETC, elektron bersatu bersama oksigen (O₂) dan proton (H⁺) untuk membentuk molekul air (H₂O).

Oksigen adalah akseptor elektron terakhir, dan tanpa oksigen, ETC tidak dapat berfungsi, sehingga menghentikan produksi ATP.

Baca Juga :

15+ Manfaat Penerapan Nanoteknologi dalam Bidang Pertanian, Industri, Kesehatan dan Berbagai Bidang Lainnya

Respirasi Anaerobik (Fermentasi)

Ketika oksigen tidak tersedia, tumbuhan dapat beralih ke respirasi anaerobik, atau fermentasi, untuk menghasilkan energi. Ini terjadi di sitoplasma dan hanya melibatkan glikolisis.

Saat tidak ada oksigen, asam piruvat akan diubah menjadi etanol dan CO₂ (hal ini terjadi pada tumbuhan serta ragi) atau dikonversi menjadi asam laktat pada hewan.

Namun, respirasi anaerobik menghasilkan jauh lebih sedikit energi, hanya menghasilkan 2 ATP per molekul glukosa dibandingkan dengan 36-38 ATP pada respirasi aerobik.

Reaksi Fermentasi pada Tumbuhan: C₆​H₁₂​O₆​⟶2C₂​H₅​OH+2CO₂​+2ATP

Penutup

Dari pembahasan reaksi kimia proses fotosintesis dan respirasi di atas semoga membawa wawasan baru untuk proses belajar kamu.

Apabila kamu butuh informasi mengenai reaksi kimia lainnya seperti reaksi redoks dan lain-lain, kamu bisa menemukannya di blog Mamikos ini ya.

Untuk hal-hal lain yang belum sempat terjawab oleh uraian di atas, bisa kamu cek di FAQ di bawah ini!

FAQ

Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu:

Kost Dekat UGM Jogja

Kost Dekat UNPAD Jatinangor

Kost Dekat UNDIP Semarang

Kost Dekat UI Depok

Kost Dekat UB Malang

Kost Dekat Unnes Semarang

Kost Dekat UMY Jogja

Kost Dekat UNY Jogja

Kost Dekat UNS Solo

Kost Dekat ITB Bandung

Kost Dekat UMS Solo

Kost Dekat ITS Surabaya

Kost Dekat Unesa Surabaya

Kost Dekat UNAIR Surabaya

Kost Dekat UIN Jakarta

The post Reaksi Kimia Proses Fotosintesis dan Respirasi beserta Penjelasannya Lengkap appeared first on Blog Mamikos.