FOTOSINTESIS

Secara harfiah, fotosintesis berasal dari dua kata, yaitu foto dan sintesis. Foto berarti cahaya dan sintesis berarti pembuatan. Dengan demikian, fotosintesis adalah suatu proses pembuatan senyawa organik dari bahan-bahan anorganik dengan mengunakan energi utama cahaya matahari yang berlangsung di daun. Menurut Mimbar (1991), fotosintesis adalah adalah pembuatan gula dari dua bahan mentah sederhana, yaitu karbondioksida dan air, yang dibantu dengan adanya klorofil, dan dengan cahaya matahari sebagai sumber energi. Persamaan kimia fotosintesis biasanya dituliskan:

6 CO₂ + 6 H₂O + 672 kcal               C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

            Energi cahaya                         glukosa

         

Dari pengertian di atas, ada tiga poin penting yang dapat diambil dari fotosintesis. Yang pertama adalah pemanfaatan cahaya matahari, proses mengubah bahan anorganik menjadi bahan organik, dan daun sebagai tempat berlangsungna fotosintesis. Dalam Lakitan (1993), prinsip dasar penyerapan cahaya adalah bahwa setiap molekul hanya dapat menyerap satu foton pada waktu tertentu dan foton ini menyebabkan terjadinya eksitasi pada satu electron dalam satu molekul. Untuk terjadiya fotosintesis, energi dalam bentuk elektron yang tereksitasi pada berbagai pigmen harus dialirkan ke pigmen yang lain yang berperan sebagai pengumpul energy yang disebut sebagai pusat reaksi. Pusat reaksi tersebut adalah pigmen reaksi 1 (PS 1) dan pigmen reaksi 2 (PS 2). PS 1 tersusun atas klorofil a, klorofil b dan karotenoid serta menyerap cahaya maksimal pada pajang gelombang 683 nm sehingga sering diberi simbol P 700. PS 2 tersusun atas karetonoid, klorofil a, klorofil b serta pikobili protein dan menyerap cahaya maksimal pada panjang gelombang 673 nm sehingga sering diberi simbol P 673.

Yang kedua adalah proses pengubahan bahan anorganik menjadi bahan organik. Dalam proses ini secara umum ada dua reaksi yang dilibatkan, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. 

Reaksi terang merupakan reaksi yang terjadi karena adanya bantuan cahaya matahari. Reaksi terang merupakan reaksi pemecahan molekul air menjadi energy kimia dalam bentuk NADPH dan ATP. Selama terdapat cahaya, yang terjadi selama ada cahaya adalah peyerapan cahaya oleh klorofil, transfer electron, dan fotofosforilasi. Secara sederhana, transfer electron merupakan pemindahan electron hasil peruraian air ke NADP+ dengan menghasilkan oksigen dan energy berbentuk NADPH. Transfer electron terjadi pertama kali di pusat reaksi baik pada fotosistem 1 dan juga fotosistem 2. Selanjutnya adalah fotofosforilasi. Fotofosforilasi merupakan pemecahan air menjadi O2 dan menghasilkan ATP. ATP ini bersama dengan NADPH menjadi sumber energy dalam reaksi gelap (pembentukan karbohidrat dengan menggunakan CO2). 

Reaksi gelap merupakan reaksi fiksasi CO2 menjadi karbohidrat dengan menggunakan ATP dan NADPH yang dihasilakn dari reaksi terang sebagai sumber energy utama, tidak menggunakan energy dari cahaya matahari lagi. Berdasarkan jumlah rantai C yang dihasilkan dari fiksasi pertama karbondioksida, maka reaksi fiksasi karbon dapat dikelompokkan menjadi fiksasi karbondioksida spesies C-3 (siklus calvin), fiksasi karbondioksida spesies C-4 (siklus hatch and slack), dan tanaman spesies CAM. 

Secara sederhana, pada tanaman C-3, karbondioksida direduksi menjadi molekul dengan 3 atom C, yaitu 3-PGA. Siklus calvin pada tanaman C-3 berlangsung di dalam stroma kloroplas. Pada tanaman C-4, hasil pertama fotosintesis dalam mesofil daun merupakan molekul asam dengan 4 atom C. Molekul dengan 4 atom C ini yang nantinya masuk dalam siklus calvin yang berlangsung di bundle sheet cell dan menghasilkan karbondioksida. Pada tanaman CAM, secara prinsip, fiksasi karbon hampir sama dengan tanaman C-4. Yang membedakan hanya waktu berlangsungya fotosintesis. Pembentukan asam dengan 4 rantai karbon berlangsung pada malam hari ketika stomata membuka, sementara siklus calvin untuk mengubah asam dengan 4 rantai C menjadi karbohidrat berlangsung pada siang hari. 

Terdapat dua faktor utama yang mempengaruhi besarnya laju fotosintesis. Faktor genetis dan faktor lingkungan. Faktor genetis meliputi perbedaan antar spesies, pengaruh umur daun, tahanan daun terhadap asimilasi, dan pengaruh laju translokasi fotosintat. Faktor lingkungan yang berpengaruh adalah ketersediaan air, karbondioksida, cahaya, nutrisi, dan temperatur.