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.
·
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:
- Photosistem
I (P 700) menhasilkan ATP , Photosistem 1 ini bersifat siklik
- 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 CO2 yang 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:
2.
Konsentrasi karbon dioksida. Semakin
banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang
dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
3.
Suhu. Enzim-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