Fotosintesis

LAPORAN FISIOLOGI TUMBUHAN
FOTOSINTESIS
A. Tujuan praktikum
Adapun tujuan dari praktikum ini yaitu :
1. Membuktikan bahwa di dalam proses fotosintesis cahaya, klorofil dan CO2 sangat diperlukan .

B. Pelaksanaan Kegiatan Praktikum
Hari : Senin, 30 Maret 2009
Waktu : 10.20 – 12.00
Tempat : Laboratorium Fisiologi FPMIPA UPI

C. Landasan Teori
Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang (wikipedia, 2009).
Fotosintesis terjadi di kloroplast. Membran dalam kloropas, membran tilakoid ada penerusan dari lapisan fosfolipid bilayer yang diatur menjadi kantung-kantung pipih yang ditumpuk jadi satu. Struktur tumpukan ini dinamakan grana. Stroma adalah lingka=ungan di sekitar tilakoid berisi cairan semi-liquid. Grana dan membran tilakoid mengandung klorofil sedangkan stroma mengandung banyak enzimuntuk reaksi pembentukan senyawa organik. Pada membran tilakoid, pigmen fotosintesis dijajarkan bersama membentuk fotosistem.
Fotosintesis terbagi atas 2 reaksi yaitu reaksi terang atau reaksi bergantung cahaya dan reaksi gelap atau reaksi tidak bergantung cahaya.
Reaksi terang terjadi di grana, persisnya di membran tilakoid. Reaksi terang menggunakan 2 fotosistem yang berhubungan. Fotosistem I menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm maka disebut P700, berfungsi untuk menghasilkan NADPH. Fotosistem II menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm maka disebut P680, berfungsi untuk membuat potensial oksidasi cukup tinggi sehingga bisa memecah air. Bila bekerja bersama, 2 fotosistem ini melakukan proses fotofosforilasi non-siklik yang menghasilkan ATP dan NADPH. Fotosistem I mentransfer elektron ke NADP+ untuk membentuk NADPH. Kehilangan elektron digantikan oleh elektron dari fotosistem II. Fotosistem II dengan potensial oksidasinya yang tinggi dapat memecah air untuk menggantikan elektron yang ditransfer ke fotosistem I. Kedua fotosistem ini dihubungkan oleh kompleks pembawa elektron yang disebut sitokrom/komplek b6-f. Kompleks ini menggunakan energi dari pemindahan elektron untuk memindahakan proton dan mengaktifkan gradien proton yang digunakan oleh enzim ATP sintase.
Saat pusat reaksi Fotosistem II menyerap foton, elektron tereksitasi pada molekul klorofil P680, yang mentransfer elektron ini ke akseptor elektron. P680 teroksidasi melepaskan elektron dari kulit terluar atom Mg. Atom Mg yang teroksidasi dengan bantuan enzim pemecah air, melepaskan elektron dari atom oksigen dari 2 molekul air. Proses ini membuat P680 menyerap 4 foton untuk melengkapi oksidasi 2 molekul air dan mengahsilkan 1 oksigen. Elektron yang tereksitasi dibawa oleh plastoquinon dan kemudian diterima oleh kompleks b6-f. Kehadiran elektron menyebabkan kompleks memompa proton ke celah tilakoid, kemudian elektron dibawa oleh plastosianin ke fotosistem I.
Pusat reaksi fotosistem I menyerap foton maka elektronnya tereksitasi. ”Lobang” yang ditinggal elektron segera ditempatin olek elektron dari Fotosistem II, sedangkan elektron yang tereksitasi tersebut ditanggap oleh ferredoxin. Ferredoxin tereduksi membawa elektron dengan potensial yang tinggi kemudian ditangkap oleh NADP+ untuk membentuk NADPH.Reaksi ini dikatalisasi oleh enzim NADPH reduktase. Enzim ATP sintase menggunakan gradien proton yang tercipta saat tranpor elektron untuk mensintesis ATP dari ADP + Pi.
Reaksi gelap adalah reaksi pembentukan gula dari CO2 yang terjadi di stroma. Berbeda dengan reaksi terang, reaksi gelap atau reaksi tidak bergantung cahaya bisa terjadi pada saat siang dan malam, namun pada siang hari laju reaksi gelap tentu lebih rendah dari laju reaksi terang.
Reaksi gelap dimulai dengan pengikatan atau fiksasi 6 molekul CO2 ke 6 molekuk gula 5 karbon yaitu ribulosa 1,5 bifosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase/oksigenase(rubisco) yang kemudian membentuk 6 molekul gula 6 karbon. Molekul 6 karbon ini tidak stabil maka pecah menjadi 12 molekul 3 karbon yaitu 3 fosfogliserat. 3 fosfogliserat kemudian difosforilasi oleh 12 ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. 1,3 bifosfogliserat difosforilasi lagi oleh 12 NADPH membentuk 12 molekul gliseradehida 3 fosfat/PGAL. 2 PGAL digunakan untuk membentuk 1 molekul glukosa atau jenis gula lainnya, sedangkan 10 molekul lainnya difosforilasi oleh 6 ATP untuk kembali membentuk 6 molekul Ribulosa 1,5 bifosfat. Proses pengikatan CO2 ke RuBP disebut fiksasi, proses pemecahan molekul 6 karbon menjadi molekul 3 karbon disebut reduksi dan proses pembentukan kembali RuBP dari PGAL disebut regenerasi.
Fotosintesis ini disebut mekanisme C3, karena molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah molekul berkarbon 3. Kebanyakan tumbuhan menggunakan fotosintesis C3 disebut tumbuhan C3.
Untuk beberapa tumbuhan, mereka terpaksa melakukan fotosintesis dengan cara yang sedikit berbeda karena kondisi lingkungan. RuBP, alih-alih mengikat CO2, justru mengikat O2 sehingga berubah menjadi glikolat dan terurai. Proses ini disebut fotorespirasi. Saat fiksasi karbon, CO2 dan O2 berkompetisi untuk berikatan dengan RuBP. Pada kondisi normal bersuhu 25 C, 20% fiksasi karbon untuk fotosintesis hilang karena fotorespirasi. Kemungkinan makin meningkat saat kondisi panas, kering dan stomata menutup di siang hari untuk menyimpan air. Kondisi ini menyebabkan CO2 tidak bisa masuk dan O2 tidak bisa keluar sehingga terjadi fotorespirasi. Untuk menanggulangi hal tersebut, maka tanaman mengikatkan CO2 ke fosfoenolpiruvat(PEP), dikatalisis oleh PEP karboksilase dan membentuk senyawa 4 karbon, biasanya oksaloasetat. Mekanisme ini disebut mekanisme C4. Pengikatan ini terjadi disel mesofil. Oksaloasetat kemudian berubah menhadi malat yang memasuki sel seludang dan disanalah malat melepaskan CO2 untuk memulai siklus Calvin. Mala berubah menjadi piruvat yang keluar menuju sel mesofil, berubah menjadi PEP untuk berikatan lagi dengan CO2. Contoh tumbuhan C4 yaitu jagung.
Mekanisme fotosintesis lainnya yaitu CAM (Crassulacean Acid Metabolism). Tumbuhan CAM melakukan persis sama yang dilakukan tumbuhan C4 namun peristiwanya terjadi di sel mesofil dan fiksasi CO2 menggunakan PEP di malam hari dan sikuls Calvin terjadi di siang hari (Sherenity, 2009)
Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis:
1. Intensitas cahaya
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
2. Konsentrasi karbon dioksida
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3. Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
4. Kadar air
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
6. Tahap pertumbuhan
Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh (wikipedia2, 2009).

D. Alat dan Bahan

1. Daun Caladium ( Talas hias ) yang berbintik putih
2. Tanaman Hidrilla
3. Tanaman lain yang berdaun agak lebar
4. Aluminium
5. Kristal KOH / NaOH
6. Larutan Iodine atau Lugol
7. Lampu spirtus
8. Beker glass
9. Kantung plastik transparan
10. Kertas tissue
11. Alkohol 95 %
12. Pipet U
13. Tabung reaksi
14. Bak plastik ukuran 25 x 40 cm
15. Klep dan kayu penyangga
16. Gelas Erlenmeyer
17. Benang kasur
18. Penggaris
19. Pengaduk kaca
20. Pirogalol
21. Air
22. Penangas Air
23. Kain kassa
24. Kertas selofan


E. Cara kerja
a. Percobaan 1 ( Peranan klorofil dalam fotosintesis )

1. Ambilah daun Caladium yang berintik putih , usahakan daun tersebut telah terkena cahaya matahari.

2. Dengan segera masukan daun tersebut kedalam air yang mendidih hingga layu

3. Pindahkan daun tadi kedalam tabung reaksi yang telah berisi alkohol 95 % dan panaskan tabung reaksi tersebut di dalam air yang mendidih ( jangan sekali-kali memanaskan tabung reaksi berisi alkohol di atas api secara langsung ) , panaskan hingga daun tampak pucat.

4. Angkat daun bila tampak pucat, cuci bersih lalu bentangkan di atas kertas tissue dan tetesi dengan larutan iodine / lugol

5. Amati apa yang terjadi pada bintik putih yang ditetesi lugol / iodine, bandingkan dengan bagian yang tidak berbintik.
b. Percobaan 2 ( Peranan cahaya dan panjang gelombang cahaya dalam
fotosintesis)
1. Pilihlah tanaman yang berdaun agak lebar ( seperti orok-orok, dsb ). Usahakan daun dengan posisi pada tanaman terkena cahaya matahari.


2. Tutuplah bagian tengah daun dengan aluminium foil dan biarkan daun tersebut selama beberapa jam.


3. Petiklah daun-daun yang ditutup aluminium foil tadi dan langsung masukan ke dalam air yang mendidih hingga layu , selanjutnya lakukan seperti langkah ketiga dan keempat pada percobaan 1


4. Amati perubahan yang terjadi pada bagian daun yang ditutup aluminium foil dan bagian daun yang tidak ditutup , apakah ada perbedaan. ?
5. Ulangi percobaan dengan mengganti aluminium foil dengan kertas selofan merah, biru, hijau dan kuning , lalu bandingkan hasilnya . apakah ada perbedaan daun yang ditutupi kertas selofan merah, biru, hijau , kuning dan Alaminium foil. ?


c. Percobaan 3 ( Peranan CO2¬ dalam fotosintesis )
1. Pilihlah tanaman yang berdaun tegak lebar dan tandai dua buah ranting yang berdaun sehat .


2. Tutuplah kedua ranting tersebut dengan menggunakan kantong plastik transparan , untuk ranting pertama gunakan kantong plastik yang diisi KOH / NaOH yang dibungkus kain kassa , biarkan ranting-ranting tersebut terkena cahaya matahari selama 5 jam ( lebih lama lebih baik )

3. Petiklah ranting-ranting tadi dan dengan segera daun-daunnya masukan kedalam air mendidih . pisahkan untuk daun dari ranting yang ditutup kantong plastik dengan KOH / NaOH dari daun yang berasal dari ranting yang ditutup kantong plastik tanpa KOH / NaOH




4. Selanjutnya , perlakukan seluruh daun-daun tadi seperti pada langkah 3 dan 4 pada percobaan.

5. Amati percobaan yang terjadi pada seluruh daun. Bandingkan , apakah ada perbedaan antara daun dari ranting yang ditutup kantong plastik yang diberi KOH / NaOH dengan daun dari ranting yang ditutupi kantong plastik tanpa KOH / NaOH

F. Hasil Pengamatan
Kelompok Caladium Manihot
Putih Merah Hijau Merah Kuning Hijau Biru Aluminium foil KOH Tanpa KOH
1 - + +++ ++ - ++ + - - -
2 - ++ + +++++ +++ - ++++ - - +
3 - + + +++ + - ++ - - -
4 - + +++ + + - + - - -
5 - + ++ +++ ++ - - - - -
6 - + +++ +++ ++ - - - - +
Tebel hasil pengamatan fotosintesis

Ket. : (-) berarti tidak ada amilum (tidak terjadi Fotosintesis)
(+) berarti ada amilum (terjadi Fotosintesis)


G. Pembahasan
Pada paktikum ini, mencoba membktikan bahwa proses fotosintesis diperlukan cahaya, klorofil dan gas CO2. Untuk membuktikan hal ini telah dilakukan 3 perlakuan praktikum yaitu peranan klorofil dalam fotosintesis, peranan cahaya dan panjang gelombang cahaya dalam fotosintesis, dan peran CO2 dalam fotosintesis.
Dalam percobaan peranan klorofil dalam fotosintesis, digunakan daun Caladium karena daun ini memiliki 3 bagian yaitu bagian daun yang berwarna hijau , merah dan bagian daun yang berwarna putih. Sehingga dengan demikian dapat diketahui bagian daun tempat terjadinya proses fotosintesis.
Daun Caladium yang diambil adalah daun Caladium yang sudah terkena cahaya matahari. Ini dimaksudkan agar daun tersebut sempat melaksanakan fotosintesis. Kemudian daun tersebut di rebus dalam air mendidih hingga layu yang dimaksudkan agar sel dan jaringan daun tersebut mati. Selanjutnya daun tesebut direbus dalam alkohol 95% yang bertujuan untuk melarutkan klorofil daun sehingga memudahkan dalam pengamatan pada saat pengetesan dengan lugol.
Kelompok Caladium
Putih Merah Hijau
1 - + +++
2 - ++ +
3 - + +
4 - + +++
5 - + ++
6 - + +++






Dari hasil percobaan diketahui bahwa bagian daun yang berwarna merah dan hijau bereaksi positif dengan lugol yang di tandai dengan bagian daun tersebut berwarna ungu. Ini berarti pada bagian tersebut terjadi proses fotosintesis yang ditandai dengan adanya amilum. Sedangkan pada bagian daun yang berwarna putih tidak terjadi proses fotosintesis karena bagian tersebut tetap berwarna putih yang berarti pada bintik putih tersebut tidak terdapat amilum hasi fotosintesis.
Selain tiu, dapat diketahui pula adanya perbedaan jumlah amilum yang dihasilkan pada bagian daun yang berwarna merah dan hijau. Ini dapat dilihat dari intensitas warna ungu yang dihasilkan pada saat pengujian. Data diatas menunjukkan bahwa bagian daun yang berwarna hijau menghasilkan amilum yang lebih banyak dabandingkan bagian daun yang berwarna merah. Hasil ini bertentangan dengan teori karena seharusnya bagian yang berwarna merahlah yang lebih banyak menghasilkan amilum karena proses fotosintesis optimal terjadi pada cahaya yang berwarna merah.
Pada percobaan peranan cahaya dan panjang gelombang cahaya dalam fotosintesis, dialkukan penutupan bagian tengah daun dengan bergai bahan dengan maksud menyeleksi panjang gelombang cahaya yang mengenai daun. Dengan demikian dapat dibandingkan proses fotosintesis yang terjadi pada bagian yang ditutup dan yang tidak di tutup pada daun yang sama. Berikut ini akan disajikan tabel hasil pengamatan :
Kelompok Manihot
Merah Kuning Hijau Biru Aluminium foil
1 ++ - ++ + -
2 +++++ +++ - ++++ -
3 +++ + - ++ -
4 + + - + -
5 +++ ++ - - -
6 +++ ++ - - -

Berdasarkan data kelas diatas dapat diketahui bahwa daun yang ditutup oleh aluminium foil tidak terdapat amilum yang berarti bahwa pada bagian daun ini tidak terjadi fotosintesis. Fenomena ini terjadi karena aluminium foil telah menghambat masuknya cahaya matahari sehingga kloroplas tidak dapat melakukan fotosintesis untuk menghasilkan amilum. Sedangkan pada daunyang dibalut dengan kertas selofon merah, data hasil percobaan semua kelompok menyatakan bahwa fotosintesis terjadi dengan baik. Hal ini disebabkan karena pada panjang gelombang ini kloroplas dapa melakukan proses fotosintesi dengan optimal.
Berbeda halnya dengan daun yang dilapisi dengan kertas silofon hijau, pada panjang gelombang ini cahaya yang masuk merupakan panjang gelombang cahaya hijau, sedangkan pada panjang gelombang ini proses fotosintesis sangat minim terjadi. Akan tetapi data menarik dihasilkan oleh kelompok satu yang menyatahkan bahwa pada pada panjang gelombang hijau akan terjadi fotosintesis, Hasil ini tidak sesuai dengan teori yang ada, hal ini kemungkinan dikarenakan pada saat pengamatan yang diamati adalah bagian yang dikenai cahaya matahari secara langsung bukan pada bagian yang diseleksi panjang golombang cahayanya.
Pada perlakuan dengan kertas yang berwarna biru, hanya kelompok 5 dan 6 yang menyatakan tidak terjadi proses fotosintesis pada bagian daun perlakuan. Ini bertentangan dengan teori yang ada karena seharusnya para panjang gelombang warna hijau terjadi proses fotosintesis yang optimal. Hal ini disebabkan karena penjemuran tidak dilakukan dengan sempurna selama 5 jam, sehingga pada bagian perlakukan tidak sempat melakukan fotosintesis dan tidak menghasilkan amilum.
Sedangkan pada perlakukan yang dilapisi dengan kertas kuning sebagian data besar kelompok menyatakan pada panjang gelombang ini fotosintesis terjadi dengan baik kecuali kelompok 1. Berdasarkan analisis kkelompok 1, hal itu disebabkan karena pada saat dijemur daun perlakuan terletak dipaling bawah sehingga tidak terpapar cahaya matahari secara optimal yang pada akhiryang tidak dapat melakukan fotosinntesis.
Pada percobaan peranan CO2 pada proses fotosintesis, dilakukan dengan menempatkan daun Manihot didalam kertas trasparan. Ini dilakukan dengan maksud agar cahaya matahari dapat masuk mengenai daun. Dilakukan dua jenis perlakuan, perlakuan pertama kedalam kertas bening tadi dimasukkan NaOH yang dibungkus dengan kain kasa dan perlakukan yang kedua tidak ada NaOH. Penambahan NaOH pada perlakuan pertama bertujuan untuk mengingat gas CO2, sehingga pada pada praktikum ini hanya diamati pengaruh CO2 terhadap proses fotosintesis. Berikut ini akan disajikan tabel hasil pengamatana pengaruh CO2 terhadap proses fotosintesis :
Kelompok NaOH Tanpa NaOH
1 - -
2 - +
3 - -
4 - -
5 - -
6 - +



Berdasarkan data hasil pengamatan di atas dapat kita ketahui bahwa pada perlakuan pertama (dengan penambahan NaOH), semua kelompok menyimpulkan tidak terjadi fotosintesis. Hal ini karena NaOH yang ditambahkan di dalam kertas wadah mengikat CO2, sedangkan fotosintesis tidak akan terjadi apabila tidak terdapat CO2 sebagai sumber karbonnya. Oleh karena itu sangat masuk akal jika didak dideteksi amilum sebagai hasil fotosintesis. Sedangkan pada perlakuan kedua, seharusnya terjadi proses fotosintesis, namunhanya dua kelompok yang menyatakan demikian, sebab ketiadaan NaOH mengakibatkan daun dapat memanfaatkannya sebagai sumber carbon.
Jikan kita lihat data hasil percobaan terdapat banyak sekali data yang tidak sesuai dengan teori, ini bukan berarti praktikum ini gagal, perbedaan itu hanya berupa variasi data hasil pengamatan. Sehingga untuk menarik kesimpulan yang benar maka data yang digunakan haruslah lebih banyak.

H. Jawaban Pertanyaan

1. Bila bintik putih pada daun Caladium tidak menunjukkan reaksi positif maka ini mengindisikan bahwa tidak terdapat amilum yang menunjukkan tidak terjadi proses fotosintesis karena tidak terdapat kloroplas pada daerah daun tersebut.
2. Daun yang ditutup dengan aluminium foil juga tidak dideteksi adanya amilum sebagai hasil fotosintesis karena daun tidak terpapar oleh cahaya akibat terhalang oleh aluminium foil. Sedangkan daun yang di beri NaOH juga tidak terdapat amilum sebagai hasil fotosintesis karena NaOH mengikat salah satu konponen penting dalam fotosinteis yaitu gas CO2.
3. Lugol berfungsi untuk mendeteksi ada tidaknya amilum dalam suatu bahan, NaOH berfungsi sebagai bahan yang dapat mengikat gas CO2 sedangkan alkohol 95% fungsi untuk melarutkan klorofil.
4. Fotosintesis dapat saja terjadi walaupun tanpa cahaya matahari, asalkan ada cahaya dengan panjang gelombang yang dapat mendukung terjadinya proses fotosintesis seperti cahaya lampu neon.
5. Kemampuan tumbuhan untuk melakukan fotosintesis menjadikan tumbuhan memegang peran penting dalam ekosistem karena tumbuhanlah yang dapat mensistesis bahan organ organik dari senyawa anorganik. Bahan organik yang dihasilkan dari proses fotosintesis dapat dimafaatkan oleh organisme lain sebagai sumber makanan. Selain tiu fotosintesis juga menghasilkan oksigen yang dibutuhkan oleh organisme lain untuk bernafas dan tak kalah penting tumbuhan hijau memanfaatkan CO2 sebagai sumber karbon sehingga dampak pemanasan matahari dapat tetap stabil.

I. Kesimpulan
Berdasarkan data hasil percobaan dan pengamatan dapat di ambil kesimpulan bahwa cahaya, CO2, dan klorofil sangat diperlukan dalam proses fotosintesis tumbuhan.


Daftar Pustaka
Sherenity, Fransiska Lovianette Valentine. 2009. Mekanisme fotosintesis. Diakses dari : www. Awalbarri.com
Wikipedia. 2009. Fotosintesis. Diakses dari : www.wikipedia.org/fotosintesis
Wikipedia2. 2009. Faktor Fotosintesis. Diakses dari : www.wikipedia.org/faktor_fotosintesis