soal kloroplas

Pertanyaan kunci :

1.      jelaskan struktur umum kloroplas ! mencakup batasan konseptual dan semua komponennya!

2.      bedakan antara thylakoid kecil dan thylakoid besar ?

3.      di dalam kloroplas , pigmen klorofil berada/ menempati tempat sebagai struktur apa?

4.      Struktur cairan/ isi dalam kloroplas yang analog/identik dengan struktur dan fungsi sitosol dalam membran sel, disebut sebagai struktur apa?

5.      Jelaskan apa fungsi dari kloroplas di dalam sel!

6.      Tuiskan reaksi kimia sederhana dari proses fotosintesis yang terjadi dalam kloroplas?

7.      Jelaskan komposisi dari membran kloroplas khususnya membran thylakoid !

8.      Pada reaksi fotosintesis yang detail dengan kedalaman informasi kompleks dari proses reaksi kimia berantai, tergambar 2 reaksi kimia dasar yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Berikut ini jelaskan konsep terkait didalamnya!

a.       Tujuan reaksinya apa?

b.      Bahan dasar atau substrat yang dibutuhkan apa?

c.       Tempat terjadinya dimana/ organel apa?

d.      Proses reaksi kimia yang  terjadi bagaimana?

1)      Mekanisme/ urutan reaksi kimia dari reaksi terang?

2)      Mekanisme /urutan reaksi kimia dari  reaksi gelap?

e.       Hasil reaksinya apa?

Lebih mudahnya dapat dijelaskan dengan bagan, tabel dan keterangan singkat dari deskripsi bagan atau tabel.

9.      Jelaskan hubungan keterkaitan  yang saling membutuhkan pada setiap reaksi kimia dalam sel antara mitokondria dan kloroplas !

1.     Kloroplas adalah organel sel, yang fungsi utamanya adalah untuk mengubah energi yang berasal dari sinar matahari menjadi energi kimia yang tersimpan dalam glukosa. Mereka termasuk jenis organel sel, yang secara kolektif dikenal sebagai plastida. Plastida adalah organel kunci dalam sel eukariotik dan tanaman lainnya, yang merupakan situs untuk penciptaan dan penyimpanan senyawa kimia penting.

Kloroplas adalah plastid, yang bertanggung jawab atas eksekusi lengkap dari proses fotosintesis. Struktur unik kloroplas seharusnya telah berevolusi dari cyanobacteria endosymbiotic (ganggang hijau biru) selama jutaan tahun.

Ukuran kloroplas

Kloroplas adalah organel berbentuk piringan pipih yang biasanya 2-10 m dengan diameter ketebalan sekitar 1 m. Pada tanaman terestrial, diameter mereka biasanya 5 um dan ketebalan sekitar 2,3 m. Mereka yang terkandung dalam sel-sel parenkim pada tanaman terestrial, masing-masing memiliki sekitar seratus kloroplas. Mari kita lihat pada struktur, dengan mempertimbangkan setiap satu dari bagian-bagian penyusunnya.

Membran kloroplas

Kloroplas ditutupi oleh tebal lipid membran bi-layer, yang mengontrol pengangkutan bahan ke dalam dan keluar dari sel ini organel.

Stroma

Di dalam membran adalah cairan berair yang menembus semua interior kloroplas dan dikenal sebagai stroma. Ini berisi enzim, ribosom dan helai melingkar DNA (Asam Deoxyriboenucleic). Stroma adalah situs untuk siklus Calvin, yang merupakan proses fiksasi karbon pada tanaman. Sintesis protein dapat terjadi di lokasi ribosom dalam stroma.

Tilakoid adalah struktur dalam stroma, yang situs yang sebenarnya fotosintesis. Mereka adalah piringan pipih berbentuk sub-organel kloroplas, yang ditumpuk vertikal satu sama lain. Setiap tumpukan tilakoid disebut granum a. Ini grana tersebar di seluruh stroma chroloplast itu. Setiap tilakoid memiliki membran yang menutupi dan proses fotosintesis berlangsung pada permukaannya.

Antena Kompleks

Fungsi utama dari kloroplas adalah penyerapan cahaya dan yang dieksekusi oleh mekanisme membran tilakoid. Membran tilakoid berisi struktur pengumpulan cahaya disebut kompleks antena, yang terdiri dari pigmen menyerap cahaya seperti klorofil dan karotenoid, bersama dengan protein yang gel mereka bersama-sama. Ada lamellae stroma, yang menghubungkan berbagai tumpukan tilakoid dan membuat kerangka yang menopang seluruh struktur.

Kompleks antena menyebar, untuk memperluas luas permukaan paparan foton matahari. Hal ini memungkinkan untuk molekul klorofil dan karotenoid untuk menangkap foton dari berbagai panjang gelombang. Melalui proses yang disebut 'Resonansi Energi transfer', energi matahari diserap ditransfer ke pusat-pusat reaksi fotosintesis dalam bentuk elektron bersemangat. Energi yang dibuat dalam reaksi ini digunakan untuk daya siklus Calvin dalam stroma.

Kloroplas memang mekanisme pengumpulan cahaya yang canggih, yang membentuk 'dapur' tanaman, di mana karbon dioksida dan air diproses untuk membuat gula seperti glukosa melalui konversi energi matahari menjadi energi kimia. Sebagai produk sampingan dari reaksi fotosintesis yang terjadi di dalam struktur, oksigen dilepaskan yang penting untuk kelangsungan hidup semua organisme hidup.

Kecanggihan struktur kloroplas dalam dan fungsinya adalah membingungkan ketika Anda menyadari betapa tepatnya semuanya diletakkan di tempat untuk proses fotosintesis terjadi. Mesin biokimia yang membuat proses kerja, kerdil prestasi teknik yang paling canggih manusia!

2.    Tilakoid kecil terbentuk seperti cakram atau uang logam yang bertumpuk membentuk suatu struktur yang dinamakan granum (jamak – grana). Tilakoid besar berbentuk saluran-saluran yang saling berhubungan dan membentuk anyaman di dalam stroma. Tilakoid besar juga berfungsi sebagai penghubung anatargrana.

3.    Struktur sistem membran bagian dalam kloroplas.

4.    Struktur membran dalam

5.    Kloroplas memiliki fungsi yaitu mensintesis energi berupa ATP dan NADPH melalui jalur fosforilasi dan metabolisme karbon melalui fotosintesis.

6.    6 CO₂ + 6 H₂0 + cahaya             C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

7.    Komposisi Membran plasma : Membran tilakoid kira – kira 50% terdiri atas lipida, kurang lebih 10% dari padanya adalah fosfolipid. Lipida yang khas bagi klorofil adalah galaktolipida dan sulfolipida, yang masing – masing 45% dan 4% dari total lipid. Selain itu terdapat molekul – molekul dari lipida seperti klorofil, karotenoid dan plastokinon. Jumlah klorofil kiraa – kira 20% dari lipida total membran tilakoid.

8.    A. Reaksi terang bertujuan untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH₂. Reaksi gelap bertujuan untuk membentuk molekul gula

B. reaksi terang : H₂O reaksi gelap : ATP dan NADPH

C. reaksi terang : di grana , reaksi gelap : pada stroma

D. 1. Pada reaksi terang, energi yang berasal dari matahari ( energi cahaya) akan diserap oleh klorofil dan diubah menjadi energi kimia (untuk mensintesis NADPH dan ATP) di dalam kloroplas. Reaksi terang terjadi di dalam grana. Salah satu pigmen yang berperan secara langsung dalam reaksi terang adalah klorofil a. Di dalam membran tilakoid, klorofil bersama-sama dengan protein dan molekul organik berukuran kecil lainnya membentuk susunan yang disebut fotosistem. Beberapa ratus klorofil a, klorofil b, dan karotenoid membentuk suatu kumpulan sebagai “pengumpul cahaya” yang disebut kompleks antena. Sebelum sampai ke pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesis pertama kalinya.

Di dalam membran tilakoid terdapat 2 macam fotosistem berdasarkan urutan penemuannya, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Setiap fotosistem tersebut mempunyai klorofil pusat reaksi yang berbeda, tergantung dari kemampuan menyerap panjang gelombang cahaya. Klorofil pusat reaksi pada fotosistem I disebut P700, karena mampu menyerap panjang gelombang cahaya 700 nm (spektrumnya sangat merah), sedangkan pada fotosistem II disebut P680 (spektrum merah).

Gambar 2. Kerja fotosistem

Kalian tentu masih ingat bahwa di dalam fotosistem terdapat ratusan antena atau klorofil. Oleh karena itu, aliran elektron pada reaksi terang akan mengikuti suatu rute tertentu. Selanjutnya, bagaimanakah proses aliran elektron pada reaksi terang? Ada 2 kemungkinan aliran elektron pada reaksi terang. Nah, untuk menjawab hal tersebut simaklah uraian berikut.

1) Aliran Elektron Non-siklik

Langkah awal dari reaksi terang adalah transfer elektron tereksitasi dari klorofil pusat reaksi menuju molekul khusus yang disebut akseptor elektron primer. Air (H2O) diuraikan menjadi 2 ion hidrogen dan 1 atom oksigen kemudian melepaskan O2  Elektron yang berasal dari air (H2O) menggantikan elektron yang hilang pada P680. Sebagaimana sistem transportasi elektron pada respirasi aerobik, transport elektron pada reaksi terang ini melalui rantai transport elektron menuju fotosistem I (P700). Secara berturut-turut, rantai elektron tersebut yiatu: plastokuinon (Pq), merupakan pembawa elektron; kompleks sitokrom; dan plastosianin (Pc), merupakan protein yang mengan dung tembaga. Adanya aliran elektron ini akan menghasilkan energi- energi yang kemudian tersimpan sebagai ATP. Pembentukan ATP yang menggunakan energi cahaya melalui aliran elektron non siklis pada reaksi terang ini disebut fotofosforilasi non siklis.

Setelah elektron mencapai fotosistem I (P700), elektron ditangkap oleh akseptor primer fotosistem I. Elektron melalui rantai transport elektron ke-dua, yaitu melalui protein yang mengandung besi atau feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase mentransfer elektron ke NADP+ sehingga membentuk NADPH yang menyimpan elektron berenergi tinggi dan berfungsi dalam sintesis gula dalam siklus berikutnya yaitu siklus Calvin. Dengan demikian, reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH.

Gambar 3. Aliran elektron nonsiklik reaksi terang

2) Aliran elektron siklik

Pada aliran elektron siklis ini, elektron dari akseptor primer fotosistem I dikembalikan ke fotosistem I (P700) melalui feredoksin, kompleks sitokrom, dan plastosianin. Oleh karena itu, pada aliran siklis ini menyebabkan produksi ATP bertambah tetapi tidak terbentuk NADPH serta tidak terjadi pelepasan molekul O2. Proses pembentukan ATP melalui aliran siklis ini disebut fotofosforilasi siklis. Perhatikan Gambar 4.

Gambar 4. Aliran elektron siklik reaksi terang

2. 1) Fiksasi Karbon

Pada tahap ini, gula berkarbon 5 yang disebut ribulosa 1,5 bisfosfat (RuBP) mengikat CO2 membentuk senyawa interme diate yang tidak stabil, sehingga terbentuk 3-fosfogliserat. Pembentukan tersebut dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase atau rubisko. Sebagian besar tumbuhan dapat melakukan fi ksasi karbon dan menghasilkan senyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fos fo gliserat. Oleh karena itu, tumbuhan yang dapat memfi ksasi CO2 ini disebut tumbuhan C3. Contohnya adalah tanaman padi, gandum, dan kedelai. Pada beberapa tumbuhan, fiksasi karbon mendahului siklus Calvin dengan cara membentuk senyawa berkarbon 4 se ba gai produk pertamanya. Tumbuhan seperti ini disebut tumbuhan C4. Contohnya adalah tebu, jagung, dan anggota rumput-rumputan.

Tidak seperti pada tumbuhan C3 dan C4, tumbuhan kaktus dan nanas membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Pada saat stomata terbuka, tumbuhan mengikatkan CO2 pada berbagai asam organik. Cara fiksasi karbon ini pertama kali dtiemukan pada tumbuhan famili Crassulaceae (tumbuhan penyimpan air) dan disebut metabolisme asam krasulase (Crassulacean Acid Metabolism) sehingga tumbuh annya disebut tumbuhan CAM. Asam organik (senyawa intermediate) yang dibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel mesofi l sampai pagi hari. Pada siang hari (stomata tertutup), reaksi terang dapat memasok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asam organik melepaskan CO2 dan memasuki molekul gula (RuBP) dalam kloroplas. Dengan demikian, baik tumbuhan C3, C4, maupun CAM akan menggunakan siklus Calvin setelah fiksasi CO2, untuk membentuk molekul gula dari karbondioksida.

Gambar 5. Masuknya produk reaksi terang ke siklus Calvin

2) Reduksi

Setiap molekul 3-PGA menerima gugus fosfat dari ATP sehingga terbentuk 1,3 bisfosfogliserat. Elektron dari NADPH mereduksi 1,3 bisfosfogliserat dan terbentuk 6 molekul gliseraldehid 3-fosfat (G3P), yang dikatalisis oleh G3P dehidrogenase. Satu molekul G3P akan keluar sebagai molekul gula atau glukosa dan senyawa organik lain yang diperlukan tumbuhan, sedangkan 5 molekul G3P yang lain akan masuk ke tahapan regenerasi.

3) Pembentukan kembali (regenerasi) RuBP

Pada tahapan terakhir siklus Calvin ini, RuBP sebagai pengikat CO2 dibentuk kembali oleh 5 molekul G3P. RuBP siap untuk mengikat CO2 kembali dan siklus Calvin dapat berlanjut kembali. Dengan demikian, molekul gula tidak akan terbentuk hanya dengan reaksi terang atau siklus Calvin saja. Oleh karena itu, kedua

proses tersebut merupakan gabungan proses untuk terjadinya fotosintesis. Pada materi sebelumnya, kalian telah mempelajari bahwa fotosintesis menghasilkan molekul gula. Gula yang dibuat dalam kloroplas tersebut akan digunakan untuk proses respirasi tumbuhan atau menyusun senyawa organik lainnya dalam sel tumbuhan. Gula tersebut akan diedarkan ke seluruh bagian tumbuhan, dalam bentuk gula sederhana seperti glukosa. Molekul-molekul gula berlebih yang terbentuk selama fotosintesis dan tidak diedarkan, akan menumpuk atau disimpan di dalam plastida sebagai sumber cadangan energi dalam bentuk amilum atau pati (polisakarida).

Gambar 6. Tahapan siklus Calvin

E. reaksi terang menghasilkan ATP dan NADPH, pada reaksi gelap  menghasilkan CO₂

9.    Pada mitokondria membentuk ATP melalui fosfiiriilasi oksidatif dan pada kloropas mensisntesis energi berupa ATP dan NADPH melalui jalur fosforilasi dan metabolisme karbon melalui fotosintesis