Fotosintesis merupakan kata yang berasal dari bahasa Yunani, yakni foto dan synthesis. Foto sendiri diartikan sebagai cahaya sedangkan synthesis merupakan kata yang bermakna menggabungkan atau penggabungan. Kata fotosintesis sering digunakan dala lingkup kajian ilmu biologi. Apa sebenarnya fotosintesis tersebut? Secara sederhana, ia bisa diartikan sebagai proses pembuatan makanan yang dilakukan oleh tumbuhan berwarna hijau dengan melibatkan cahaya matahari di dalamnya. Selain matahari, proses fotosintesis ini juga melibatkan beberapa enzim. Proses fotosintesis ini biasa dilakukan oleh tumbuh-tumbuhan, beberapa jenis alga dan juga bakteri dalam rangka menghasilkan energi yang akan digunakan dalam berbagai aktifitas. Energi tersebut biasa juga disebut dengan nutrisi.

Daun pada tumbuhan memiliki fungsi utama yakni sebagai tempat terjadinya proses fotosintesis. Sebenarnya, fotosintesis tak hanya penting bagi tumbuhan tetapi juga bagi semua makhluk hidup yang menghuni bumi. Mengapa? Sebab oksigen yang ada di bumi ini sebagian besar diproduksi oleh tumbuhan. Hal inilah yang menjadikan pepohonan sering dijuluki paru-paru planet bumi. Organisme yang melakukan proses fotosintesis dikenal dengan nama fototrof. Fotosintesis sebenarnya merupakan salah satu cara asimilasi karbon sebab pada proses fotosintesis , karbon bebas kemudian diikat sehingga menjadi gula. Proses fotosintesis pada terdapat pada tumbuhan hijau yang bersifat autotrof yakni bisa menyusun makanannya sendiri. Melalui daun, tumbuhan menyerap molekul karbondioksida juga air dalam rangka menghasilkan gula dan juga oksigen. Kedua senyawa tersebut kemudian akan digunakan sebagai penyokong pertumbuhannnya.

Adapun persamaan rekaksi yang terjadi dalam proses fotosintesis adalah sebagai berikut:

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

Tumbuhan yang melakukan proses fotosintesis memerlukan bantuan cahaya matahari. Mereka mampu menyerap cahaya tersebut sebab mereka memiliki zat hijau daun atau klorofil. Klorofil ini sendiri ada di dalam bagian organel bernama kloroplast. Pada bagian daun tumbuhan, terdapat dua lapisan sel yang dinamai denegan mesofil. pada bagian ini terdapat kurang lebih setengah juta kloroplast yang tersebar di setiap millimeter persegi. Cahaya matahari selanjutnya akan melewati lapisan epidermis yang tanpa warna kemudian melaju menuju mesofil. Pada bagian inilah sebagian besar kegiatan fotosintesis berlangsung. Organisme yang mampu mensintesis makanannya sendiri disebut sebagai organisme autrotof. Autotrof dalam rantai makanan menduduki sebagai produsen. Pada prinsinya komponen yang dibutuhkan dalam reaksi fotosintesis adalah CO₂ yang berasal dari udara dan H₂O yang diserap dari dalam tanah. Selain itu sesuai dengan namanya, foto “cahaya” reaksi ini membutuhkan cahaya matari sebagai energi dalam pembuatan atau sintesis produk (senyawa gula dan oksigen).

Menurut Stone (2004), reaksi fotosintesis dapat diartikan bahwa enam molekul karobondioksida dan enam molekul air bereaksi dengan bantuan energi cahaya matahari untuk dirubah menjadi satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen. Glukosa adalah molekul yang dibentuk sebagai hasil dari proses fotosintesis yang di dalamnya tersimpan hasil konversi energi cahaya matahari dalam bentuk ikatan-ikatan kimia penyusun molekul tersebut. Glukosa merupakan senyawa karbon yang nantinya digunakan bersama elemen-elemen lain di dalam sel untuk membentuk senyawa kimia lain yang sangat penting bagi organisme tersebut, seperti DNA, protein, gula dan lemak. Selain itu, organisme dapat memanfaatkan energi kimia yang tersimpan dalam ikatan kimia di antara atom-atom penyusun glukosa sebagai sumber energi dalam proses-proses di dalam tubuh.

Fotosintesis ini secara sederhana dapat diartikan sebagai sebuah proses pembuatan makanan yang di lakukan pada tumbuhan yang memiliki warna hijau dengan cara melibatkan sebuah cahaya matahari. Selain sinar matahari pada proses fotosintesis ini melibatkan beberapa enzim. Pada proses fotosintesis ini sering dilakukan oleh tumbuh-tumbuhan, dan beberapa jenis alga serta bakteri yang akan menghasilkan sebuah energi yang dapat digunakan di dalam berbagai aktivitas. Dan sebuah Energi tersebut juga disebut dengan nutrisi. Dengan melakukan proses berfotosintesis ini maka tumbuhan dapat bertahan hidup dan tumbuh berkembang.

1.      Mengapa basis fotosintesis termasuk proses anabolisme?

Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolisme adalah peristiwa sintesis atau penyusunan. Anabolisme memerlukan energi. Anabolisme adalah suatu peristiwa perubahan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks, nama lain dari anabolime adalah sintesis atau penyusunan. Salah satu peristiwa anabolisme adalah fotosintesis. Fotosintesis yang biasa kita kenal hanyalah sebatas proses:

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Contoh dari Anabolisme yang paling terkenal adalah proseS fotosintesis. Proses fotosintesis terjadi dalam 2 tahap yaitu Reaksi terang dan reaksi gelap. Proses ini terjadi di dalam butir-butir plastida. Kebanyakan daun memiliki plastida yang berwarna hijau jadi disebut dengan kloroplas. Berikut ini adalah organel yang disebut dengan kloroplas.

Dari pengertian anabolisme tersebut dapat ditarik beberapa kata kunci apabila dikaitkan dengan fotosintesis yaitu:

Reaksi penyusunan atau sintesis bahan mentah (air dan oksigen) dan membutuhkan energi (cahaya matahari). Fotosintesis merupakan reaksi penyusunan karbohidrat dari bahan-bahan anorgonik (CO2 dan H2O)  dengan bantuan cahaya matahari.

Ciri penting fotosintesis termasuk proses anabolisme adalah kebutuhan terhadap energi. Fotosintesis membutuhkan energi, yaitu cahaya matahari. Berbeda dengan katabolisme, yang merupakan kebalikan dari anabolisme, dimana proses katabolisme dapat menghasilkan energi 

2.      Apakah yang digunakan pada proses fotosintesis?

Fotosintesis merupakan peristiwa penyusunan zat organik (gula) dari zat anorganik (CO2 dan H2O) dengan pertolongan energi cahaya. Karena bahan baku yang digunakan adalah CO2 (zat karbon) maka fotosintesis dapat pula disebut asimiliasi karbon. Proses pembuatan makanan pada tumbuhan hijau dapat terjadi dengan bantuan:

• sinar matahari, air, suhu, garam mineral yang diserap, dan tahap perkembangan tumbuhan itu sendiri,  karbondioksida dari udara diubah menjadi zat makanan.

Proses atau Reaksi fotosintesis ada dua

1.      Reaksi terang

Tahap ini energi matahari ditangkap oleh pigmen (Klorofil) diubah menjadi energi kimia (ATP) dan senyawa pereduksi (NADPH₂) . Pada reaksi ini H₂O diurai menjadi 2H⁺ dan ½O₂. Molekul H⁺ dipakai untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH₂ Reaksi ini berlangsung di grana    H₂O + NADP ——→ ½O₂ + NADPH₂ + ATP

Tumbuhan memiliki dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, sedangkan fotosistem I 700 nanometer. Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat. Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II, membuatnya melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP, satuan pertukaran energi dalam sel. Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti. Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen.

Tahap Reaksi Terang :

Reaksi terang merupakan proses penyerapan energi matahari yang akan menghasilkan ½ O₂ dan NADPH₂

Fotosistem-I : Menyerap energi matahari pada panjang gelombang 700nm dan tidak terlibat pada proses pelepasan O₂. Fotosistem-I merupakan suatu partikel yang disusun sekitar 200 molekul Klorofil-a, 50 molekul Klorofil-b, 50-200 karotenoid, dan 1 molekul penerima energi matahari yang disebut dengan P700. Energi matahari (foton) yang ditangkap oleh pigmen, dipindahkan melalui beberapa molekul pigmen, yang akhirnya diterima oleh P700

Fotosistem-II : Berkenaan dengan penyerapan energi matahari pada panjang gelombang 680nm dan terlibat pada proses pelepasan ½O₂ dan pembentukan NADPH₂.

2.       Reaksi gelap

Berlangsung di dalam stroma. Reaksi yang membentuk gula dari bahan dasar CO₂ yang diperoleh dari udara dan energi yang diperoleh dari reaksi terang. Tidak membutuhkan cahaya matahari, tetapi tidak dapat berlangsung jika belum terjadi siklus terang karena energi yang dipakai berasal dari reaksi terang.

Ada dua macam siklus, yaitu siklus Calin-Benson dan siklus hatch-Slack

Pada siklus Calin-Benson, tumbuhan menghasilkan senyawa dengan jumlah atom karbon tiga, yaitu senyawa 3-fosfogliserat. Siklus ini dibantu oleh enzim rubisco. Pada siklus hatch-Slack, tumbuhan menghasilkan senyawa dengan jumlah atom karbon empat. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxylase. produk akhir siklus gelap diperoleh glukosa yang dipakai tumbuhan untuk aktivitasnya atau disimpan sebagai cadangan energi.

     Pada tahap ini senyawa kimia berenergi tinggi (NADPH₂ dan ATP) yang dihasilkan pada reaksi terang digunakan untuk reaksi reduksi CO₂ menjadi Amilum. Reaksi ini berlangsung di stroma     CO₂ + RuBP —–→ Amilum

3.      Apakah yang dihasilkan dari proses fotosintesis?

Melalui Proses fotosintesisakan dihasilkan karbohidrat dan oksigen. Oksigen dihasilkan dari ionisasi air. Air dipecahkan dan oksigen dilepaskan ke lingkungan terjadi pada fase fotofosforilasi (reaksi Hill/reaksi terang) yang dapat berlangsung dengan adanya cahaya. Sedangkan karbohidrat dihasilkan dari fase fikasasi (reaksi gelap) yang berlangsung pada stroma, memerlukan ATP dan NAPDH. Reaksi ini dapat terjadi dengan atau tanpa cahaya.  Karbohidrat yang dihasilkan diperlukan sebagai sumber energi pertama bagi setiap orgaisme, maka tumbuhan dalam rantai makanan berperan sebagai produsen. Karbohidrat diperlukan sumber energi pokok untuk mendorong pertmbuhan dan menyusun didnding sel, glikolipid dan glikoprotein pada membran sel. Tumbuhan memproduksi karbohidrat lebih banyak dari pada kebutuhannya sehingga kelebihan hasil produksi disimpan dalam bentuk amilum atau pati.

4.      Cari percobaan yang bertujuan untuk membuktikan fotosintesis?

1.    Ingenhousz

Orang pertama yang melakukan penelitian adalah Jan Ingenhousz. Ia memasukkan Hydrilla verticillata dalam bejana yang berisi air. Bejana ditutup dengan corang terbalik dan diatasnya diberi tabung reaksi yang diisi air sampai penuh. Bejana tersebut diletakkan di terik matahari, kemudian muncul gelembung udara dari tumbuhan itu. Gelembung idara tersebut menandakan adanya gas yaitu oksigen. Ingenhousz menyimpulkan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen.

2.    T.W Engelmann

Ia melakukan percobaan dengan menggunakan alga spirogyra. Hanya kloroplas yang terkena cahaya yang mengeluarkan oksigen. Hal tersebut dibuktikan dengan banyaknya bakteri yang berkerumun di bagian kloroplas yang terkana cahaya. Sehingga disimpulkan bahwa:
a. Fotosintesis dilakukan oleh kloroplas

b. Kloroplas hanya berfotosintesis jika terkena cahaya.

3. J.V. Sachs

Ia membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan amilum. Caranya, daun dibungkus kertas timah dan dibiarkan terkena cahaya matahari sejak pagi hingga sore. Kemudian daun tersebut direbus untuk mematikan sel-selnya. Kemudian daun tersebut dimasukkan dalam alcohol agar klorofilnya larut dan daun menjadi pucat. Kemudian ditetesi dengan iodine, sehingga bagian yang pucat tetap pucat sedangkan yang tidak tertutup berwarna biru kehitaman. Warna tersebut menandakan bahwa di daun terdapat amilum.

4. Robert Hil

Hill membuktikan bahwa energi cahaya untuk memecah air (fotolisis), disebut reaksi terang yang terjadi di grana.

5. Blackman

Blacman membuktikan bahwa reduksi karbon dioksida oleh H2 tanpa keterlibatan langsung dari cahaya, disebut reaksi gelap yang terjadi di stroma.

Ø  UJI AMILUM SEBAGAI HASIL FOTOSINTESIS

Praktikum yang ini merupakan variasi praktikum fotosintesis. Pada praktikum kali ini kita akan membuktikan bahwa fotosintesis pada daun memerlukan cahaya dan menghasilkan amilum. Desain praktikum ini sering disebut percobaan Sach (baca: sah)..

Tujuan

Praktikum ini bertujuan membutktikan bahwa fotosintesis yang berlangsung pada daun memerlukan cahaya dan menghasilkan amilum.

Alat dan bahan

• aluminium foil
• klip kertas
• beaker glass
• tabung reaksi
• gunting
• bunsen

Cara kerja

1. Letakkan tumbuhan berdaun di tempat gelap sekitar 2 – 3 hari.
2. Setelah itu pilihlah sehelai daun yang lebar, tutuplah sebagian permukaan daun dengan aluminium foil. Gunakan klip untuk menjepitnya.
3. Letakkan pot tersebut di tempat yang terkena cahaya matahari langsung selama sekitar 5 jam.
4. Petiklah daun yang telah ditutup dengan aluminium foil tersebut dan lakukan pengujian dengan lugol.
5. Cara melakukan uji amilum / lugol:

a. Rebuslah daun dalam air mendidih selama beberapa menit hingga layu
b. Rebuslah daun dalam alkohol panas untuk melarutkan klorofilnya (lihat gambar)
c. Cucilah daun di bawah air mengalir

d. Tetesilah daun dengan larutan lugol / iodium dan amatilah perubahan warnanya

Penjelasan

Proses fotosintesis menghasilkan amilum. Ini bisa diketahui ketika permukaan daun yang terkena cahaya ditetesi larutan iodium warnyanya berubah menjadi biru kehitaman (iodium + amilum —–>biru kehitaman). Bagian daun yang tidak terkena cahaya tidak melakukan fotosintesis, sehingga tidak membentuk amilum. Ketika ditetesi iodium warnyanya pucat. Lihat gambar berikut ini:

Ø  UJI OKSIGEN SEBAGAI HASIL FOTOSINTESIS

Ada beberapa jenis praktikum yang berkaitan dengan bab fotosintesis, mulai disain untuk mengamati produk fotosintesis hingga membuktikan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap fotosintesis. Desain yang pertama ini merupakan praktikum yang pernah dilakukan oleh Ingenhousz untuk membuktikan bahwa fotosintesis melepaskan oksigen. Di sini sekaligus diberikan beberapa perlakuan untuk membuktikan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap fotosintesis.

Tujuan

- Membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen

- Mengamati faktor-faktor yang berpengaruh terhadap fotosintesis

Alat dan bahan

1. Beaker glass 100 ml
2. Corong kaca kecil
3. Tabung reaksi
4. Thermometer
5. Bascom plastic /ember kecil, Es
6. Air hangat 40⁰C
7.  NaHCO₃
8. Kawat
9. Tumbuhan Hydrilla verticilata (tumbuhan air untuk aquarium)

Cara kerja

1. Rangkailah alat dan bahan seperti gambar di atas sebanyak 5 perangkat. Upayakan tabung reaksi dalam keadaan penuh berisi air (tidak ada rongga udara).
2. Berilah perlakuan sebagai berikut:

a. Perangkat pertama diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung Perangkat ke dua diberi NaHCO₃

b. Perangkat ke tiga diberi es batu

c. Perangkat ke empat tambahkan air panas hingga suhu air menjadi hangat sekitar 40⁰C

d. Perangkat ke lima diletakkan di tempat teduh yang tidak terkena cahaya langsung

3. Amatilah gelembung yang muncul setelah 5 menit, catat hasil pengamatan pada table hasil pengamatan

Tabel Hasil pengamatan

Misalnya hasil pengamatan kamu seperti ini:

No	Perlakuan	Gelembung*)
1	Cahaya matahari langsung	++
2	Cahaya langsung + 5 gr NaHCO3	++++
3	Cahaya langsung + es batu	+
4	Cahaya langsung + air hangat	+++
5	Tempat teduh	+

*) Keterangan : beri tanda untuk jumlah gelembung yang muncul (-) bila tidak ada gelembung  (+) bila sedikit gelembung  (++) bila sedang gelembung (+++) bila banyak gelembung

(++++) bila banyak sekali gelembung