Proses fotosintesis melibatkan dua tahapan yaitu tahap cahaya dan gelap. Pada tahap cahaya, energi matahari ditangkap pigmen dan diubah menjadi ATP dan NADPH. Kemudian pada tahap gelap, ATP dan NADPH digunakan untuk mengikat CO2 menjadi glukosa melalui siklus Calvin.

1. BAGIAN X
FOTOSINTESIS
I. Pendahuluan
1.1 Cakupan Materi Pembelajaran
Pengertian fotosintesis, energi solar,pigmen fotosintesis,transfer elektron,dansiklusCalvin,
1.2 Sasaran Pembelajaran
Menjelaskan tentang proses fotosintesis meliputi:energi solar,pigmen fotosintesis,transfer
elektron,dansiklus Calvin,
1.3 Prilaku Awal Mahasiswa
Mahasiswa telah mampu menuliskan reaksi kimia organik dan reaksi enzimatik.
1.4 Manfaat Pembelajaran
Memberikan pengetahuan kepada mahasiswa tentang proses fotosintesis meliputi:energi
solar,pigmen fotosintesis,transfer elektron,dansiklus Calvin,
1.5 Urutan Pembahasan
(1) pengertian fotosintesis,
(2) energy solar,
(3) pigmen fotosintesis,
(4) transfer elektron,
(5) siklus Calvin,
1.6 Petunjuk Belajar
Mahasiswa dianjurkan untuk banyak mendalami reaksi-reaksi enzimatikdalam proses
fotosintesis.
II Penyajian
2.1 Pengertian Fotosintesis
Semua kehidupan di atas bumi ini, pada hakekatnya tergantung pada adanya proses
asimilasi CO2 menjadi senyawa kimia organik dengan energi matahari, di mana energi foton ini
ditangkap dan diubah menjadi energi kimia dengan proses yang dikenal sebagai fotosintesis.
Proses fotosintesis ini terjadi atau berlangsung di dalam jasad berfotosintesis, seperti
jasad tumbuhan tinggi, tumbuhan palus, lumut, ganggang (ganggang hijau, merah, dan coklat),

2. berbagai jasad renik (protozoa golongan Euglena, bakteri, belerang ungu (Thiorhodaceae) dan
bakteri belerang biru (chlorobacteriaceae).
2.2 Energi Solar
Energi matahari yang ditangkap oleh proses fotosintesis lebih dari 90 % sumber energi
yang dipakai oleh manusia untuk pemanasan, cahaya dan tenaga.
E. Solar
Kurang dari 1 % ditangkap klorofil yang terdapat dalam tumbuhan hijau dan beberapa jasad
Dalam proses fotosintesis energi solar  energi kimia.
Keseluruhan proses fotosintesis dapat dituliskan dalam persamaan reaksi :
6CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2
Sedangkan dalam bakteri berfotosintesis, H2O diganti dengan zat pereduksi yang lebih
kuat seperti H2, H2S, dan H2R (R adalah gugus organik). Ini dapat dilihat pada persamaan reaksi
:
2 CO2 + 2 H2 R 2 CH2O + O2 + 2 R
Karbohidrat
Proses reaksi fotosintesis dalam tumbuhan tinggi dibagi dalam dua tahap yaitu:
Tahap pertama (reaksi terang cahaya), energi matahari ditangkap oleh pigmen penyerap
cahaya dan diubah menjadi energi kimia, ATP, dan senyawa produksi, NADPH. Pada tahap ini
atom hidrogen (H2O) digunakan untuk mereduksi NADP+
 NADPH dan O2 dilepaskan sebagai
hasil samping fotosintesis, dengan demikian reaksi ini termasuk reaksi endergonik pembentukan
ATP dari ADP + Pi
H2O + NADP+
+ ADP + Pi O2 + H+
+ NADPH + ATP
hv
Energi
matahari

3. Karena energi matahari ini diubah menjadi bentuk energi kimia, maka proses ini disebut
fosforilasi atau foto fosforilasi.
Tahap kedua (reaksi gelap cahaya), senyawa kimia berenergi tinggi NADPH dan ATP
yang dihasilkan pada reaksi terang cahaya, digunakan untuk reaksi reduksi CO2 menjadi glukosa
dengan persamaan reaksi :
CO2 + NADPH + H+
ATP glukosa + NADP+
+ ADP + Pi
2.3 Pigmen Fotosintesis
Sel fotosintesis mengandung satu atau lebih pigmen klorofil (warna hijau), dan beberapa
lainnya seperti ganggang dan bakteri mengandung pigmen pelengkap di samping klorofil seperti
karotenoid (kuning, merah, atau ungu) dan fikobilin (biru atau merah).
Gambar 1:Struktur umum klorofil
6
5
1
4
2
3
7
8
CH3
18
9
10
11
12
13
14
15
15'
14'
13'
CH3
20'
12'
11'
10'
9'
CH3
19'
8'
7'
C
H3
17
CH3
16
CH3
19
CH3
20
1'
6' 2'
3'
5'
4'
C
H3
18'
C
H3
16'
CH3
17'
Gambar 2: Struktur -karoten (yang terperinci)

4. Gambar 3:Struktur Pigmen Pelengkap Karotenoid
Gambar 4:Struktur pigmen pelengkap fikobilin
2.4 Transfer Elektron
Reaksi terang cahaya merupakan proses transfer elektron ini yang diakibatkan oleh
penyerapan energi matahari oleh klorofil di mana dilepaskan O2, yang terdiri dari dua bagian :
a. Fotosistem I :
- Menyerap energi matahari pada λ : 700 nm tidak melibatkan proses pelepasan O2
- Satu partikel yang disusun dari sekitar :
200 molekul klorofil a
50 molokul klorofil b

5. 50 – 200 pigmen korotenoid dan satu molekul penerima energi matahari yang disebut P
700
b. Fotosistem II :
- Menyerap energi matahari λ : 680 nm, melibatkan proses pembentukan O2 dan H2O
- Satu partikel yang terdiri dari klorofil a, klorofil b dan xantofil
- Penerima energi matahari P 680
Energi matahari (foton) yang ditangkap oleh pigmen pelengkap, dipindahkan melalui
beberapa molekul pigmen, disebut proses perpindahan elektron yang akhirnya diterima oleh P
700. Akibatnya P 700 melepaskan elektron yang mempunyai energi tinggi, proses ini
berlangsung sangat cepat dan dipengaruhi oleh suhu. Dengan mekanisme yang sama proses ini
terjadi pula pada fotosistem II. Partikel kedua fotosistem ini (I dan II) terdapat dalam membrane
kantong tilakoid secara terpisah.
Fotosistem I dan II adalah komponen penyalur energi dalam rantai pengangkutan
elektron fotosintesis, dari molekul air (donor elektron) ke NADP+
(akseptor elektron).
Gambar 5: Perbandingan transfer electron pada proses fotosintesis dan rantai pernapasan
Gambar ini menunjukkan pengangkutan elektron dalam bentuk linier untuk
membandingkan dengan pengangkutan elektron dari proses pernapasan dalam mitokondria.
1. Pada fotosintesis, elektron mengalir dari molekul H2O ke NADP+
sedangkan pada
pernapasan elektron mengalir dari NAD+
ke O2.
2. Pada fotosintesis terdapat dua system pigmen (fotosintesis I dan II) yang berperan sebagai
pendorong aliran elektron dengan bantuan energi matahari dari H2O ke NADP+
sedang pada
pernafasan tidak demikian halnya.
3. Pada fotosintesis menghasilkan molekul O2 sedangkan pada pernapasan menggunakan
molekul O2.

6. Kedua rantai pengangkutan elektron ini menghasilkan ATP (energi kimia) dan
melibatkan sederetan molekul pembawa elektron.
Pengangkutan elektron pada fotosintesis ada dua jalur yaitu :
1. Pengangkutan tak mendaur
Fotosistem II menyerap sinar matahari sehingga P 680 tereksitasi dan melepaskan
elektron ke molekul penerima elektron pertamanya (C550). Kekurangan elektron pada P 680+
dipenuhi oleh reaksi oksidasi molekul H2O menjadi O2. Satu molekul H2O melepaskan dua
elektron yang diperlukan untuk mereduksi satu molekul NADP+
menjadi NADPH, dirangkaikan
dengan pembentukan ATP dari ADP + Pi, ini disebut proses fotofosforilasi atau fosforilasi dalam
fotosintesis.
H2O + NADP+
+ Pi + ADP ½ O2 + NADPH + H+
+ ATP
Elektron dari F.S II melalui molekul menerima elektron seperti dalam diagram di atas
sampai pada P 700 (FS I), sementara elektron yang telah tereksitasi di FS I dialirkan berturut-
turut ke molekul substrat feredoksin (feredokxin reducing substrate = FRS), feredoksin (Fd),
feredoksin reduktase (FP) dan akhirnya ke NADP+
, di mana molekul ini tereduksi menjadi
NADPH.
2. Pengangkutan mendaur
Dalam keadaan tertentu, elektron yang tereksitasi di FSI tidak dialirkan ke NADP+
, tetapi
kembali ke P 700 melalui molekul penerima elektron lainnya seperti dalam diagram di atas.
Mekanisme pengangkutan elektron ini disebut juga jalur aliran elektron siklik.
E.m.
h
FS I
FS II

7. 2.5 Siklus Calvin
Reaksi gelap cahaya (dark reaction) ini, menggunakan energi (NADPH dan ATP) yang
dihasilkan dalam tahap reaksi terang cahaya (light reaction) untuk reaksi sintesis glukosa dari
CO2, yang kemudian dipakai dalam reaksi pembentukan senyawa pati, selulosa dan polisakarida
lainnya sebagai hasil akhir proses fotosintesis pada tumbuhan.
Dalam siklus Calvin atau daur Calvin terjadi reaksi sebagai berikut (reaksi keseluruhan)
6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H+
+ 12 H2O
glukosa + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+
Pada siklus Calvin atau daur Calvin terjadi proses penambatan CO2 dan mekanisme siklik
sintesis glukosa dengan melibatkan 12 enzim yaitu :
- 7 enzim yang berasal dari proses glikolisis
- 3 enzim yang berasal dari proses jalur metabolisme fosfoglukoronate.
- 1 enzim ribulosadifosfat karboksilase yang mengkatalisis reaksi ribulosa 1,5 difosfat dengan
CO2 dengan H2O menjadi fosfogliserat (E1).
- 1 enzim fosforibulosa kinase yang mengkatalisis reaksi ribulosa-5 fosfat menjadi rebulosa –
1,5 difosfat dengan bantuan ATP (E12).
Skema ringkasan keseluruhan jalur metabolism daur Calvin (siklus calvin) dapat dilihat
seperti gambar berikut ini.
E1 = ribulosa difosfat karboksilase
E2 = fosfogliserat kinase
E3 = gliseral dehida fosfat dehidrogenase
E12 = fosforibulokinase

8. Dalam siklus ini dapat dilihat pada tahap reaksi mana yang memerlukan energi (ATP atau
NADPH) dan berapa energi yang dibutuhkan untuk pembentukan satu molekul glukosa.
Dengan demikian hubungan antara tahap terang cahaya dan tahap gelap cahaya dalam proses
fotosintesis ini dapat digambarkan secara ringkas seperti berikut:
Energi matahari (hv) yang ditangkap oleh FS I dan FS II dalam fasa terang cahaya diubah
menjadi energi kimia NADPH dan ATP. Kedua macam energi ini dipakai untuk penambatan
CO2 dalam proses pembentukan glukosa sebagai hasil fotosintesis dalam siklus Calvin.
III Penutup
3.1 Rangkuman
Reaksi kimia yang melibatkan proses oksidasi dan reduksi merupakan inti dari metabolisme.
Energi yang berasal dari oksidasi karbohidrat digabungkan untuk sintesis ATP melalui
serangkaian reaksi redoks,yakni rantai transport electron mitokondria.Sebagian besar kehidupan
di bumi tergantung pada serangkaian reaksi redoks dalam fotosintesis, yakni proses penggunaan
energy matahari untuk menghasilkan ATP dan O2 serta mensintesis karbohidrat dari CO2.
3.2 Test Formatif
Bila suspensi alga hijau disinari di ruang tanpa CO2 dan kemudian dinkubasi dengan14
CO2 diruang gelap, 14
CO2 diubah menjadi 14
C-glukosa dalam waktu singkat. Apa arti dari
pengamatan dalam kaitannya dengan dua fase fotosintesis? Mengapa pengubahan 14
CO2 menjadi
14
C-glukosa terhenti setelah waktu yang singkat tersebut?
3.4 Kunci Jawaban
Pengamatan ini menunjukkan bahwa ATP dan NADPH diproduksi dalam keadaan ada
sinar, pengubahan dihentikan pada saat jumlah ATP dan NADPH.
3.5 Daftar pustaka
a. Harvey, R.A. 1994. Lippincott’s Illustrated Riviews: Biochemistry 5th Edition. Lippincot
Williams and Wilkins.

9. b. Lehninger. A.L., 1982. Dasar-Dasar Biokimia Jilid I. Erlangga. Jakarta
c. Murray, R.K., Granner, D.K., Rodwell, V.W., 2006. Biokimia Harper Edisi 27. Buku
Kedokteran.
d. Ngili, Y. 2013. Protein dan Enzim. Rekayasa Sains. Bandung
e. Patong, A.R., Salama, D., Karim, A., Dali, S., Arfah. R., 2010. Biokimia Dasar. Dua satu
Pres. Makassar.