MEKANISME SIKLUS ENERGI DAN FOTOSINTESIS

A.    ­­SIKLUS ENERGI DI DALAM EKOSISTEM
Energi memasuki sebagian besar ekosistem dalam bentuk cahaya matahari yang kemudian diubah oleh organisme autotrof menjadi energi kimia. Energi tersebut kemudian diteruskan ke organisme heterotrof dalam bentuk senyawa-­senyawa organik. Proses ini terjadi melalui peristiwa makan dan dimakan yang terjadi di dalam rantai makanan.
a.       Pola-Pola Interaksi
Untuk memenuhi kebutuhannya akan makanan, setiap organisme melakukan interaksi tertentu dengan organisme lain. Pola-pola interaksi yang terjadi dapat berupa persaingan (kompetisi), pemangsaan (predasi), dan kerjasama (simbiosis). Persaingan atau kompetisi terjadi di antara beberapa organisme yang membutuhkan bahan makanan yang sama.
Pada tingkat di atasnya yaitu konsumen primer (konsumen yang mengonsumsi produsen secara langsung), juga terjadi persaingan yaitu dalam mendapatkan tumbuhan. Selain antarprodusen dan antarkonsumen primer, antarkonsumen, kompetisi memperoleh nutrisi sekunder bahkan sampai pengurai atau detritivorpun juga melakukan kompetisi. Kompetisi bisa terjadi antara individu satu dengan individulainnya dalam satu populasi. Selain melakukan persaingan, beberapa organisme mendapatkan makanan dengan memangsa organisme lain.nnnnnnnnnn 
Contohnya adalah singa yang memakan kijang atau rusa Pola interaksi semacam ini disebut predasi. Organisme yang memakan organisme lain disebut predator atau pemangsa, sedangkan organisme yang dimakan disebut prey atau mangsa.
Beberapa makhluk hidup dapat hidup berdampingan tanpa melakukan kompetisi atau predasi. Pola interaksi seperti ini  disebut simbiosis, dan organisme yang melakukannya disebut simbion. Simbiosis antara dua jenis makhluk hidup dibedakan menjadi tiga macam, yaitu simbiosis mutualisme, komensalisme, dan parasitisme.
·         Simbiosis mutualisme adalah hubungan simbiosis yang saling menguntungkan. Contohnya adalah pada simbiosis antara burung jalak dan rusa.  Burung tersebut memperoleh keuntungan dengan memakan kutu yang ada di tubuh rusa. Sebaliknya, rusa juga memperoleh keuntungan karena kutu ditubuhnya menjadi bersih.
·         Simbiosis komensalisme adalah hubungan simbiosis yang hanya menguntungkan salah satu simbion, tetapi simbion yang lainnya tidak merasa dirugikan. Contoh bentuk simbiosis ini adalah yang terjadi antara ikan remora dengan ikan hiu. Dengan hidup bersama ikan hiu, ikan remora akan terlindungi dari pemangsa dan juga mendapatkan makanan dari serpihan serpihan kulit hiu. Sedangkan ikan hiu sendiri tidak merasa dirugikan dengan kehadiran ikan remora.
·         Simbiosis parasitisme adalah simbiosis yang terjadi antara dua simbion yang salah satunya dirugikan. Contohnya antara benalu dan pohon yang ditumpanginya. Benalu mendapatkan makanan dengan menyerap air dan garam mineral atau hasil fotosintesis pohon yang ditumpanginya. Organisme yang hidup menempel dan mengambil makanan dari organisme yang ditempelinya disebut parasit, sedangkan organisme yang menjadi tempat hidup parasit disebut inang atau hospes.
b.      Rantai Makanan dan Piramida Ekologi

Proses makan dan dimakan yang diikuti perpindahan energi dari satu organisme ke organisme lain dalam tingkatan tertentu disebut rantai makanan (food chain). Tingkatan dalam rantai makanan disebut juga trofik. Tingkat trofik yang secara mendasar mendukung tingkatan lainnya dalam suatu ekosistem terdiri dari organisme autotrof yang berperan sebagai   produsen primer. Produsen primer meliputi tumbuhan, alga, dan banyak  spesies bakteri.
Produsen primer utama pada sebagian besar ekosistem terrestrial adalah tumbuhan. Konsumen tingkat I merupakan organisme herbivora. Konsumen primer ini akan dimakan oleh tingkat trofik selanjutnya, yaitu konsumen sekunder atau konsumen tingkat II yang sebagian besar berupa organisme karnivora. Konsumen sekunder ini akhirnya akan dimakan oleh konsumen tersier atau konsumen tingkat III. Beberapa ekosistem bahkan memiliki tingkat trofik yang lebih tinggi lagi. Beberapa konsumen, detritivora, mendapatkan energinya dengan memakan detritus. Detritus adalah sisa-sisa organisme yang mati, misalnya feses, daun yang gugur, dan bangkai dari semua tingkat trofik. Detritus ini akan mengembalikan senyawa-senyawa organik kembali ke tanah menjadi senyawa-senyawa anorganik sehingga dapat dimanfaatkan kembali oleh organisme autotrof. Proses dekomposisi menjadi proses yang vital karena membuat siklus energi dapat berlangsung terus-menerus.
Hubungan antar-rantai makanan tersebut membentuk susunan yang lebih kompleks, disebut jaring-jaring makanan (food web).
Berdasarkan komponen tingkat trofiknya, rantai makanan dibedakan menjadi dua, yaitu rantai makanan perumput dan rantai makanan detritus.
·         Rantai makanan perumput merupakan rantai makanan yang diawali dari tumbuhan pada trofik awalnya. Contohnya tumbuhan dimakan belalang, belalang dimakan burung, burung dimakan ular, dan ular dimakan burung elang.
·         Sedangkan rantai makanan detritus tidak dimulai dari tumbuhan, tetapi dimulai dari detritus sebagai trofik awalnya. Contoh rantai makanan detritus adalah seresah atau dedaunan dimakan cacing tanah, cacing tanah dimakan ikan, dan ikan dimakan manusia.
Secara sederhana, piramida ekologi didefenisikan sebagai jumlah berat juga energi yang dimulai dari tingkatan produsen hingga konsumen puncak. Piramida ekologi ini memiliki manfaat dan fungsi yakni memperlihatkan perbandingan di antara tingkatan yang satu dengan tingkatan lainnya.
Piramida ekologi berdasarkan fungsinya dibedakan menjadi 3, yaitu piramida jumlah, piramida biomassa, dan piramida energi. Masing-masing tipe memiliki kelemahan dan kelebihan dalam menggambarkan hubungan antara struktur dan fungsi trofiknya.
1.         Piramida Jumlah Individu
Tipe ini menunjukkan jumlah relatif organisme pada suatu area dengan melihat hubungan antara predator dan mangsanya. Jumlah organisme dihitung dalam satuan luas area tertentu.  Di dalam piramida jumlah semakin tinggi tingkat trofik organisme semakin sedikit jumlahnya di lingkungan. 


Piramida jumlah individu
Produsen memiliki jumlah paling banyak di lingkungan. Produsen berada di tingkat paling bawah. Jumlah produsen lebih banyak dari konsumen primer. Konsumen primer ditempatkan di atas produsen. Dan konsumen sekunder ditempatkan di atas konsumen primer karena jumlah konsumen primer lebih banyak dari konsumen skunder.


Piramida jumlah memiliki kelemahan dan kelebihan dalam penyusunannya. Adapun kelemahan dan kelebihan piramida jumlah adalah sebagai berikut.
Kelebihan : data pembuatan piramida jumlah individu relatif mudah dikumpulkan. Penyusunan piramida jumlah menjadi lebih cepat selesai. 
Kelemahan : Piramida tipe ini disusun berdasarkan jumlah organismenya tanpa memperhatikan ukuran tubuhnya. Pada area tertentu terutama di wilayah teresterial (darat) seringkali  bentuk piramida tipe ini menjadi aneh.


Contoh kasus, jumlah produsen pada suatu area tercatat hanya 2 buah pohon besar. Jumlah pohon tersebut memang sedikit tetapi peran pohon sebagai produsen memenuhi kebutuhaan rantai makanan di lokasi tersebut. Jumlah pohon yang lebih sedikit dari konsumen membuat bagian dasar piramida mengecil.


2.         Piramida Biomassa
Biomassa adalah taksiran massa organisme (biomassa) yang mewakili tiap tingkat trofik pada waktu tertentu. Ukuran yang digunakan biasanya menggunakan gram  per satuan luas (gr/m2 atau kg/ha). Piramida biomassa dibuat berdasarkan massa total populasi organisme pada suatu waktu. Cara ini dianggap lebih baik dalam menggambarkan hubungan tingkat trofik komponen biotis daripada piramida jumlah. 

Piramida biomassa
Produsen ditempatkan di dasar piramida karena total massa produsen paling besar diantara komponen biotis lainnya. Total massa konsumen primer lebih besar dari konsumen sekunder sehingga konsumen primer ditempatkan di atas produsen. Konsumen puncak berada di puncak piramida karena total massa keringnya paling kecil diantara komponen biotis lain.


Piramida biomassa juga memiliki kelemahan dan kelebihan dalam penyusunannya. Adapun kelemahan dan kelebihan piramida biomassa adalah sebagai berikut.
Kelebihan : mampu menunjukkan hubungan kuantitatif massa organisme (biomassa) dalam suatu ekosistem. Hubungan ini tidak bisa diamati ketika menggunakan piramida jumlah. 
Kelemahan : piramida tipe ini disusun dengan memperhatikan ukuran tubuh organisme. Pada area akuatis (perairan) bentuk piramida biomassa menjadi terbalik. Produsen di area akuatis didominasi oleh kelompok alga dan fitoplankton. Jumlah produsen ekosistem akuatis memang berlimpah tetapi total biomassanya tidak mampu melebihi total biomassa konsumen


I yang terdiri dari kelompok ikan-ikan kecil dan udang-udangan. Biomassa konsumen II yang terdiri dai ikan-ikan besar juga melebihi konsumen I. Kondisi ini bila digambarkan akan membentuk piramida yang terbalik.


3.         Piramida Energi
Piramida energi adalah piramida ekologi yang disusun dalam satuan kalori untuk menggambarkan distribusi energi pada setiap tingkatan trofik dalam rantai makanan. Piramida energi menggunakan faktor waktu  untuk menggambarkan banyaknya organisme yang dihasilkan dalam satuan waktu tertentu.

Piramida energi
Piramida energi juga memiliki kelemahan dan kelebihan dalam penyusunannya. Adapun kelemahan dan kelebihan piramida energi adalah sebagai berikut.
Kelebihan : piramida energi adalah piramida ekologi yang paling ideal diantara jenis piramida ekologi yang lain. Bentuk piramida energi tidak dipengaruhi oleh ukuran suatu organisme dan kecepatan metabolisme individu.
Kelemahan : tiap organisme yang ditetapkan hanya diperuntukkan untuk satu tingkat trofik. Padahal untuk beberapa organisme, tingkat trofik dapat bervariasi sesuai dengan apa yang dimakannya.

B.     FOTOSINTESIS
Fotosintesis dikenal sebagai suatu proses sintesis makanan yang dimiliki oleh tumbuhan hijau dan beberapa mikroorganisme fotosintetik. 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).
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.

6 CO2 + 6 H2O + E      -->        C6 H12 O6 + O2 ,    dengan  E = energi matahari
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.
Seperti organisme lainnya, tanaman tersusun atas sel-sel sebagai unit dasar penyusun kehidupan tanaman. Sel-sel tanaman mengandung struktur yang disebut kloroplas (Chloroplast) yang merupakan tempat terjadinya fotosintesis. Kloroplas adalah organel khusus yang dimiliki oleh tanaman, berbentuk oval dan mengandung klorofil (chlorophyll) yang dikenal dengan zat hijau daun. Seluruh bagian tumbuhan yang merupakan struktur berwarna hijau, termasuk batang dan buah memiliki kloroplas dalam setiap sel penyusunnya.
Fotosintesis memiliki dua macam reaksi, yaitu:
1.      Reaksi terang
Pusat reaksi terang pada kloroplast ini terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana,

·         Reaksi yang merupakan tahapan  awal dari system fotosintesis 
·         Reaksi ini memerlukan bahan utama molekul air (H2O)
·         Reaksi sangat bergantung kepada ketersediaan energi dari foton / sinar matahari.
·         Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen fotosintetik chlorofil sebagai antena / akseptor cahaya.
·         Sinar matahari yang berupa foton yang terbaik adalah sinar merah dan ungu
·         Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna ungu (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600  nanometer).
·         Untuk cahaya hijau (550 nm) akan dipantulkan oleh daun dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa daun berwarna hijau.
·         Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. 
·         Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak energi.
·         Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpul kan pada pusat-pusat reaksi
·         Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid berupa pigmen yang terdiri dari sistem cahaya yang disebut fotosistem

Fotosistem I
·         Fotosistem  I mampu menangkap dengan baik foton dengan panjang gelombang 700 nanometer yang kemudian disebut P = 700 ( P= Photosistem), 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 I ini menghasilkan ATP saja 
Fotosistem II (Non Siklik)
·         Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, yang kemudian dikenal dengan P 680
·         Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat pencahayaan
·         Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II(P.680)
·         Fotosistem II melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron.
·         Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP , satuan pertukaran energi dalam sel.
·         Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH
Kesimpulan:
  1. Photosistem I (P 700) menhasilkan ATP , Photosistem 1 ini bersifat siklik 
  2. Phoyosistem II (P 680) menghasilkan Oksigen dan NADPH , non sikllik


Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikut:

2.      Reaksi Gelap
·         Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis.
·         Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma.
·         Energi reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan bahan reaksi gelap adalah COyang diikat oleh RuBP yang ada di daun  melalui stoma , CO2 ini  berasal dari udara bebas.
·         Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme.
·         Untuk membentuk molekul Glucosa (dengan 6 C) diperlukan 6 molekull CO2 , 12 ATP dan 12 atom H yang diikat oleh koenzim NADP menjadi 12 NADPH 
·         Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat.
·         Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP/ RuBP). Ribulosa difosfat / biphospat  ini yang nantinya akan mengikat CO2 dalam reaksi gelap.

·         Pada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO2 dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil
·         6 molekul beratom C6 yang tidak stabil itu kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA).
·         Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat (PGA 1.3 biphosphat).
·         Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H+ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP+, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C.
·         Selanjutnya terjadi sintesa , 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C6H12O6).
·         10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat.
·         Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP),
·         RDP/RuBP kemudian kembali akan mengikat CO2 lagi , begitu setrusnya.
·         Dalam fotosynthesis kebutuhan karbon dioksida (CO2) pada reaksi gelap , akan dipenuhi dari udara yang masuk melalui stomata tanaman
·         Reaksi gelap ini menghasilkan APG (asam fosfogliserat), ALPG (fosfogliseraldehid), RDP (ribulosa difosfat), dan glukosa (C6H12O6).

Faktor Penentu Laju Fotosintesis
Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis:
1.      Intensitas cahaya. Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
2.      Konsentrasi karbon dioksida. Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3.      SuhuEnzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
4.      Kadar air. Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
5.      Kadar fotosintat (hasil fotosintesis). Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
6.      Tahap pertumbuhan. Laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.

 DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2012. Reaksi Terang dan reaksi Gelap Fotosintesis.http://biologigonz. blogspot.com /2012/.../reaksi-terang-gelap-fotosintesis.htm). Diakses pada tanggal 23 Pebruari 2014.
Anonim.2013. Fotosintesis.www.scribd.com/doc/45360822/FOTOSINTESIS. Diakses pada tanggal 23 Pebruari 2014.
Anonim.2013. Aliran Energi dalam Ekosistem.www.faklsttlmataram.files.wordpress.com. Diakses pada tanggal 23 Pebruari 2014.
Erviani. 2013. Ekosistem. http://ervianilestary.blogspot.com/2012/12/ behaviorurldefaultvmlo. html. Diakses pada tanggal 23 Pebruari 2014.


Comments

Popular Posts