Jika hewan dan manusia mendapatkan energi dari makhluk hidup lain lewat makanan, tumbuhan merupakan organisme yang mampu menyediakan makanannya sendiri. Proses tersebut dinamakan dengan fotosintesis.
Kita pernah belajar kalau klorofil pada tumbuhan yang memungkinkan mereka untuk berfotosintesis. Fotosintesis merupakan proses anabolisme, yaitu proses penyusunan atau sintesis molekul kompleks dari berbagai molekul sederhana. Karenanya, anabolisme juga disebut dengan istilah asimilasi atau sintesis. Selain fotosintesis, proses anabolisme lain adalah kemosintesis.
Walaupun hanya sebagian organisme saja yang memiliki klorofil, tapi proses fotosintesis sangat penting bagi ekosistem karena tumbuhan merupakan sumber utama dari semua makanan di Bumi. Energi matahari yang ditangkap oleh organisme autotrof akan diproses menjadi makanan. Fotosintesis juga melepaskan oksigen ke atmosfer, sehingga makhluk hidup, termasuk manusia, mampu bernapas.
Bagaimana Fotosintesis terjadi?
Tapi, bagaimana proses fotosintesis terjadi? Dari namanya, foto berarti menggunakan cahaya, sementara sintesis berarti menghasilkan. Artinya, molekul sederhana kemudian diubah menjadi molekul kompleks menggunakan energi matahari.
Proses fotosintesis mengubah karbon dioksida dan air menjadi energi berupa karbohidrat dan oksigen menggunakan klorofil dan cahaya matahari.
Proses ini terjadi di daun hijau, yaitu di sel mesofil. Pada sel mesofil, terdapat kloroplas dan di dalamnya ada grana. Fotosintesis juga terjadi di batang hijau dan beberapa bagian bunga.
Pada permukaan daun, terdapat setengah juta kloroplas per meter persegi. Karbon dioksida mencapai kloroplas melalui stomata, sementara air melalui urat daun. Berikut adalah bagan dari kloroplas beserta organel-organelnya.
Fotosintesis hanya dapat berlangsung pada organisme yang memiliki klorofil. Klorofil adalah pigmen tumbuhan yang terdapat pada kloroplas dan dapat berupa bakterioklorofil a, b, c, d, e, dan bakterioviridin. Klorofil a dan b hanya ditemukan di tumbuhan tingkat tinggi. Tabel di bawah ini menunjukkan perbedaan klorofil a dan b.
Proses fotosintesis melibatkan dua rangkaian reaksi yang berurutan, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Seperti namanya, reaksi terang bergantung pada cahaya, disebut juga dengan reaksi Hill. Sementara itu, reaksi gelap tidak bergantung pada cahaya dan disebut sebagai siklus Calvin-Benson.
Tahapan pada reaksi terang meliputi penyerapan cahaya dan transpor elektron, pemecahan air, dan pembentukan energi tinggi intermediet ATP (fotofosforilasi). Hasil dari reaksi terang kemudian dimanfaatkan dalam reaksi gelap, yaitu fase biosintetik.
Reaksi gelap adalah bagian sintesis dari fotosintesis, artinya pembentukan energi terjadi di reaksi gelap. Reaksi gelap terjadi di stroma oleh serangkaian enzim katalis. Reaksi gelap memfiksasi CO2 dan menyintesis karbohidrat atau gula. Reaksi gelap juga bergantung pada hasil dari reaksi terang, yaitu ATP dan NADPH.
Reaksi gelap juga merupakan jalur fiksasi karbon dalam gelap melalui senyawa intermediet yang menyebabkan pembentukan gula dan pati. Melvin Calvin dan rekannya menggunakan radioaktif-14 CO2 dalam fotosintesis Clorella sp. (alga hijau uniseluler). Jalur fiksasi karbon kemudian terdeteksi dengan bantuan teknik pelacakan radioaktif. Hal ini rupanya terjadi pada semua tumbuhan yang berfotosintesis. Berikut adalah bagan reaksi gelap atau siklus Calvin.
