Laporan Praktikum Biologi Dasar: Fotosintesis

BAB 1

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

    Tumbuhan melakukan proses metabolisme untuk memperoleh energi sebagai ciri organisme yang hidup. Proses metabolisme pada tumbuhan disebut dengan anabolisme, yakni proses yang menyusun senyawa organik sederhana menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks. Namun semua aktivitas makhluk hidup tentu membutuhkan energi. Energi untuk melakukan proses anabolisme tersebut diperoleh dengan menyerap energi dari luar.

    Energi yang digunakan dalam reaksi fotosintesis berupa energi cahaya dan energi kimia. Energi cahaya dapat diperoleh dari sinar matahari maupun sinar lampu yang dalam intensitas tinggi. Adapun energi kimia diperoleh dari udara dan air. Semua energi dari luar tersebut merupakan bahan baku utama dalam proses menghasilkan energi berupa karbohidrat dan oksigen sebagai energi yang dilepas. Dimulai dari penyerapan energi oleh tumbuhan sampai pengolahan energi tersebut untuk mendapatkan senyawa kompleks sebagai produk akhir berupa karbohidrat dan oksigen, itulah yang disebut dengan fotosintesis.

    Berdasarkan uraian yang telah dijabarkan, diketahui bahwa proses fotosintesis menghasilkan energi. Sementara untuk dapat melakukan fotosintesis, tumbuhan pun memerlukan energi dari luar, salah satunya yakni cahaya matahari. Maka perlu dilakukan praktikum ini untuk mengetahui seberapa penting pengaruh cahaya matahari dalam proses fotosintesis.

I.2 Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Membuktikan proses fotosintesis akan menghasilkan glukosa.
2. Membuktikan proses fotosintesis melepaskan O₂ atau oksigen.

I.3 Waktu dan Tempat Percobaan

    Waktu dan tempat percobaan ini dilaksanakan pada --------------------- di Laboratorium Biologi Dasar, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Reaksi Metabolisme

    Menurut Campbell, dkk. (2010), energi adalah kemampuan untuk menyebabkan perubahan. Dalam kehidupan sehari-hari, energi memiliki nilai penting karena beberapa bentuk energi dapat digunakan untuk melakukan kerja. Keseluruhan reaksi kimia (untuk menghasilkan energi tersebut) disebut metabolisme, ialah sifat emergen kehidupan yang muncul dari interaksi antara molekul-molekul dalam lingkungan sel yang teratur.

    Proses pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia yang disimpan dalam gula dan molekul-molekul organik lain disebut sebagai fotosintesis (Campbell, dkk., 2010). Adapula menurut Pooja (2011), fotosintesis adalah suatu proses skala besar yang mengubah senyawa sederhana, stabil dan non organik menjadi kombinasi kaya energi dari bahan organik dan oksigen yang dengan demikian membuat hidup di bumi menjadi mungkin. Adapun dari Song Ai (2012), fotosintesis adalah proses sintesis karbohidrat dari bahan-bahan anorganik (CO2 dan H2O) pada tumbuhan berpigmen dengan bantuan energi cahaya matahari.

    Proses dari fotosintesis tumbuhan menghasilkan semua makanan yang diproduksi dunia, baik secara langsung sebagai sumber makanan, maupun secara tidak langsung sebagai makanan untuk hewan. Nyaris 300 juta tanah peternakan di Amerika Serikat ditanami oleh panen makanan bagi komsumsi manusia dan hewan (US EPA 2009). Tidak hanya memproduksi makanan, fotosintesis juga menyerap karbon dioksida dan melepaskan oksigen (Hall dan Rao, dalam Green Means Go, 2012).

Proses fotosintesis terdiri dari tiga tahap utama (Pooja, 2011), yaitu:

1. Penghilangan atom hidrogen dari air dan disertai produksi molekul oksigen;
2. Transfer atom hidrogen dari sebuah senyawa lanjutan pada tahap pertama menjadi satu pada tahap ketiga, dan
3. Penggunaan atom hidrogen untuk mengubah karbon dioksida menjadi sebuah karbohidrat.

Secara umum, reaksi fotosintesis adalah sebagai berikut (Purba dan Ade, 2012):

    Berdasarkan reaksi fotosintesis di atas, CO2 dan H2O merupakan substrat dalam reaksi fotosintesis dan dengan bantuan cahaya matahari dan pigmen fotosintesis (berupa klorofil dan pigmen-pigmen lainnya) akan menghasilkan karbohidrat dan melepaskan oksigen. Cahaya matahari meliputi semua warna dari spektrum tampak dari merah hingga ungu, tetapi tidak semua panjang gelombang dari spektrum tampak diserap (diabsorpsi) oleh pigmen fotosintesis. Atom O pada karbohidrat berasal dari CO2 dan atom H pada karbohidrat berasal dari H2O (Sasmitamihardja dan Siregar, dalam Song Ai, 2012).

II.2 Plastida dan Klorofil

Plastida yang telah dewasa terdiri atas bagian-bagian berikut (Pooja, 2011), yaitu:

1. Membran batas, setiap plastida yang telah dewasa tertutupi oleh sebuah membran ganda seperti pada mitokondria, yang masing-masing unitnya memiliki 40 sampai 60 Å. Fungsi dari membran batas adalah sebagai membran semipermeabel sekaligus sebagai pembatas.
2. Stroma, ruang dalam yang terbentuk dari membran batas yang tersusun dari maktriks berprotein yang disebut stroma.
3. Grana atau sistem lamela, berbentuk seperti piringan-piringan. Ukuran grana adalah bervariasi, yakni antara 0.3-1.7µ tergantung pada spesiesnya. Setiap granum terdiri dari tumpukan membran ganda atau lamela. Membran lamela dikomposisi oleh lemak dan protein. Konsentrasi protein adalah sekitar 45% sementara konsentrasi lemak adalah sekitar 55%. Setiap lamela memiliki ketebalan 30-35Å dan ruang antar dua lamela memiki ketebalan 65-70Å. Lamela dapat dibagi menjadi dua kelompok, lamela stroma, dan lamela grana.

    Klorofil merupakan komponen kloroplas yang utama dan kandungan klorofil relatif berkorelasi positif dengan laju fotosintesis (Li et al., dalam Song Ai, 2012). Klorofil disintesis di daun dan berperan untuk menangkap cahaya matahari yang jumlahnya berbeda untuk tiap spesies. Sintesis klorofil dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti cahaya, gula atau karbohidrat, air, temperatur, faktor genetik, unsur-unsur hara seperti N, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, S, dan O (Hendriyani dan Setiari, dalam Song Ai, 2012).

II.3 Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

    Persamaan fotosintesis merupakan rangkuman sederhana dari proses yang sangat kompleks. Sebenarnya, fotosintesis bukanlah satu proses tunggal, melainkan dua proses, yang masing-masing terdiri dari banyak langkah. Kedua tahap dikenal sebagai reaksi terang (light reaction, bagian foto dari fotosintesis) dan siklus Calvin (Calvin cycle, bagian sintesis) (Campbell, dkk., 2010).

II.3.1 Reaksi Terang

    Reaksi ini berlangsung di grana dan membutuhkan cahaya (Song Ai, 2012). Reaksi terang mentransformasi energi yang dibutuhkan melalui penyerapan cahaya menjadi senyawa kimia yang berguna, disebut ATP dan senyawa reduksi (NADPH) dari koenzim NADP (Pooja, 2011). Reaksi terang menggunakan tenaga surya untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan cara menambahkan sepasang elektron bersama-sama dengan H+. Reaksi terang juga menghasilkan ATP, menggunakan kemiosmosis untuk memberikan tenaga bagi penambahan gugus fosfat ke ADP yang merupakan proses yang disebut fotofosforilasi (Campbell, dkk., 2010).

    Fase reaksi terang dapat ditulis sebagai persamaan reaksi (Sasmitamihardja dan Siregar, dalam Song Ai, 2012):

 H₂O + NADP⁺ + ADP + Pi à O₂ + H⁺ + NADPH + ATP

II.3.1 Siklus Calvin

    Reaksi ini berlangsung di stroma dan sering kali disebut reaksi gelap, karena reaksi ini dapat berlangsung tanpa adanya cahaya, walaupun tidak harus berlangsung dalam keadaan gelap (Song Ai, 2012). Siklus Calvin diawali dengan penggabungan CO2 dari udara ke dalam molekul organik yang sudah ada dalam kloroplas. Penggabungan karbon ke dalam senyawa organik pada awal siklus ini disebut fiksasi karbon (carbon fixation). Siklus Calvin kemudian mereduksi karbon yang terfiksasi menjadi karbohidrat melalui penambahan elektron. Tenaga pereduksi disediakan oleh NADPH, yang menerima muatan elektronnya dalam reaksi terang. Untuk mengubah CO2 menjadi karbohidrat, siklus Calvin juga membutuhkan energi kimia dalam bentuk ATP, yang juga dibentuk oleh reaksi terang. Dengan demikian, siklus Calvin-lah yang membuat gula, namun siklus tersebut hanya dapat melakukannya dengan bantuan NADPH dan ATP yang dihasilkan pada reaksi terang (Campbell, dkk., 2010).

    Dalam reaksi ini senyawa kimia berenergi tinggi yang dihasilkan pada fase ini, yaitu NADPH dan ATP dipakai untuk reaksi reduksi CO2 yang menghasilkan glukosa dengan persamaan reaksi (Sasmitamihardja dan Siregar, dalam Song Ai, 2012):

CO₂  + NADP + H⁺ + ATP  à glukosa + NADPH⁺ + ADP + Pi

II.4 Cahaya sebagai Sumber Energi Fotosintesis

    Cahaya merupakan sebentuk energi yang dikenal sebagai energi elektromagnetik, disebut juga radiasi elektromagnetik. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang ritmik yang analog dengan gelobang yang terbentuk jika kita menjatuhkan kerikil ke kolam. Akan tetapi, gelombang elektromagnetik merupakan gangguan pada medan elektrik (medan listrik) dan medan magnetik, bukan gangguan pada medium material seperti air (Campbell, dkk., 2010).

    Proses fotosintesis hanya dapat berlangsung bila pigmen fotosintesis menerima intensitas cahaya tertentu yang memenuhi syarat untuk terjadinya proses tersebut (Sunarto, dkk., 2004). Govindjee dan Braun dalam Sunarto, dkk. (2004) menyatakan bahwa aksi pertama pada proses fotosintesis adalah mengabsorpsi cahaya. Tidak semua radiasi elektromagnetik yang jatuh pada tumbuhan yang berfotosintesis dapat diserap, tetapi hanya cahaya tampak (visible light) yang memilki panjang gelombang berkisar antara 400 sampai 720 nm yang diabsorpsi dan digunakan untuk fotosintesis.

    Umumnya fotosintesis bertambah sejalan dengan peningkatan intensitas cahaya sampai pada suatu nilai optimum tertentu (cahaya saturasi). Di atas nilai tersebut cahaya merupakan penghambat bagi fotosintesis (cahaya inhibisi), sedangkan di bawah nilai optimum merupakan cahaya pembatas sampai pada suatu kedalaman di mana cahaya tidak dapat menembus lagi (Cushing, dkk., dalam Sunarto, dkk., 2004).

    Walaupun matahari memancarkan seluruh spektrum energi elektomagnetik, atmosfer bertindak seperti jendela penyeleksi, yang melewatkan cahaya tampak namun menghalangi sebagian besar radiasi yang lain. Bagian spektrum yang kita lihat juga merupakan radiasi yang menggerakkan fotosintesis. Cahaya matahari tersebut diserap oleh organel berwarna hijau yang terdapat di sitoplasma, yakni kloroplas. Terdapat tiga tipe pigmen dalam kloroplas yakni: klorofil a yang berpastisipasi langsung dalam reaksi terang; pigmen aksesori yang disebut karotenoid. Spektrum klorofil a menyiratkan bahwa cahaya violet-biru dan merah bekerja paling baik untuk fotosintesis (Campbell, dkk., 2010). Adapun klorofil b ditemukan pada semua tumbuhan tingkat tinggi dan pada alga hijau. Klorofil c ditemukan pada alga cokelat dan diatom, yang tidak memiliki klorofil b.

    Klorofil adalah pigmen utama yang terlibat dalam proses fotosintesis, namun sekurang-kurangnya terdapat dua pigmen lain, karotenoid dan antosianin, yang berperan dalam mendukung fotosintensis (Vermaas, dalam Green Means Go, 2012). Klorofil memproduksi warna hijau dalam daun, sementara karotenoid memproduksi warna kuning sampai oranye dan warna merah terang, dan antosianin memproduksi ungu dan merah gelap sampai warna merah muda (Morgan et al., dalam Green Means Go, 2012).

BAB III

METODE PERCOBAAN

III.1 Alat dan Bahan

III.1.1 Alat

    Alat-alat yang digunakan dalam melakukan percobaan fotosintesis ini adalah penjepit, gelas piala, tabung reaksi, dan corong.

III.1.2 Bahan

    Bahan-bahan yang digunakan dalam melakukan percobaan fotosintesis ini adalah tanaman berdaun lebar yakni Mangifera indica L., tanaman Hydrilla verticillata Hoyle, kertas timah, alkohol 95%, JKJ, dan air.

III.2 Prosedur Kerja

III.2.1 Percobaan Sachs

Adapun prosedur kerja percobaan Sachs adalah sebagai berikut:

1. Menutup sebagian dari permukaan daun dengan kertas timah dan menjepit rapat menggunakan paper clip (sebaiknya dilakukan sebelum jam 06.00) selama ±7 hari.
2. Memetik daun percobaan lalu mencelupkannya ke dalam air mendidih sehingga daun tersebut layu (±120 menit).
3. Mencelupkan daun percobaan ke dalam alkohol mendidih selama beberapa saat guna untuk melarutkan klorofil.
4. Mencelupkan daun percobaan ke larutan JKJ selama beberapa saat.
5. Membilas daun percobaan dengan air mengalir.
6. Melakukan pengamatan pada daun percobaan.

III.2.1 Percobaan Ingenhousz

Adapun prosedur kerja percobaan Ingenhousz adalah sebagai berikut:

1. Mengisi gelas piala dengan air.
2. Memasukkan Hydrilla verticillata ke dalam gelas piala.
3. Memasukkan corong terbalik ke dalam gelas piala sedemikian rupa agar Hydrilla verticillata semuanya berada di bawah corong.
4. Menutup pangkal corong tersebut dengan tabung reaksi terbalik yang berisi sejumlah air.
5. Menempatkan percobaan di bawah sinar matahari.
6. Mengamati apakah terdapat gelembung-gelembung udara yang terkumpul di dasar tabung reaksi.

BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil

IV.1.1 Percobaan Sachs

Keterangan:
A = Bagian yang tidak tertutupi aluminium foil
B = Bagian yang tertutupi aluminium foil

IV.1.2 Percobaan Ingenhousz
IV.1.2.1 Tempat Terang

No.	Waktu (menit)	Jumlah Gelembung	Keterangan
1	0-5	180	+++
2	6-10	183	+++
3	11-15	203	++++
4	16-20	256	++++

Keterangan:
+++ = Sedikit
++++ = Banyak

 
IV.1.2.2 Tempat Gelap

No.	Waktu (menit)	Jumlah Gelembung	Keterangan
1	0 – 5	25	+++
2	6 – 10	19	++
3	11 – 15	25	+++
4	16 – 20	13	++
5	21 – 21	10	+

Keterangan :
+ = Sedikit
++ = Banyak
+++ = Sangat Banyak

IV.2 Pembahasan

IV.2.1 Percobaan Sachs

    Percobaan Sachs dilakukan untuk membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan amilum. Variabel kontrol pada praktikum ini adalah daun Mangifera indica. Variabel bebas pada praktikum adalah JKJ. Variabel antaranya adalah kertas aluminium foil, air mendidih, alkohol 95%, dan JKJ. Sedangkan variabel terikatnya adalah amilum.

    Pada daun percobaan, dapat diamati bahwa terdapat perbedaan warna antara daerah yang tertutupi oleh aluminium foil dan tidak. Pada daerah yang tidak tertutupi oleh aluminium foil, warna pada daun tampak lebih gelap dibandingkan dengan daerah yang telah ditutup. Hal ini menunjukkan bahwa tidak terjadi proses fotosintesis pada daerah tersebut. Cahaya matahari merupakan bahan utama dalam melakukan proses fotosintesis, namun kertas alumium foil mencegah penyerapan cahaya matahari oleh klorofil. Tidak terjadi proses fotosintesis berarti tidak ada energi yang dihasilkan, yakni berupa amilum.

    Hasil yang diperoleh dalam praktikum telah membuktikan percobaan yang dilakukan oleh Julius von Sachs (1860). Dalam percobaan yang dilakukannya, daun segar yang ia tutupi dengan kertas timah, dicelupkan dalam air mendidih, larutan alkohol, dan larutan iodium. Diperoleh warna yang berbeda pada kedua daerah di mana yang tidak tertutupi oleh aluminium foil, tampak jelas warna kehitaman yang menandai keberadaan amilum.

IV.2.1 Percobaan Ingenhousz

    Percobaan Ingenhousz dilakukan untuk membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen yang di mana kadar oksigen yang dihasilkan tergantung pada faktor eksternalnya. Variabel kontrol pada praktikum ini adalah tumbuhan Hydrilla verticillata, variabel bebasnya adalah intensitas cahaya sementara variabel terikatnya adalah gelembung udara (oksigen). Adapun percobaan Ingenhousz dilakukan di dua tempat, yakni di tempat terbuka yang terpapar sinar matahari, dan di tempat tertutup yakni tanpa terpapar sinar matahari. Perlakuan yang berbeda menyebabkan jumlah gelembung oksigen yang dihasilkan adalah berbeda pula.

    Hydrilla verticillata dalam perangkat percobaan Ingenhousz yang diletakkan di tempat terbuka mengalami reaksi terang sedangkan dalam perangkat percobaan Ingenhousz yang diletakkan di tempat tertutup mengalami reaksi gelap. Pada reaksi terang, tampak bahwa jumlah gelembung oksigen yang dihasilkan jauh lebih banyak dibandingkan jumlah gelembung oksigen yang dihasilkan pada reaksi gelap. Hal tersebut membuktikan bahwa intensitas cahaya sangatlah berpengaruh dalam proses fotosintesis.

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari praktikum yang telah dilakukan adalah sebagai berikut.

1. Percobaan Sachs membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan amilum. Untuk melakukan proses fotosintentesis, dibutuhkan cahaya sebagai bahan baku untuk menghasilkan energi berupa karbohidrat (amilum) dan oksigen. Ketika daun percobaan ditutupi oleh kertas timah, maka penyerapan cahaya oleh klorofil akan terhalang. Sehingga terdapat perbedaan warna di kedua daerah di mana yang berwarna gelap berarti menghasilkan amilum sedangkan yang berwarna terang/pucat berarti tidak menghasilkan amilum.
2. Percobaan Ingenhousz membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen. Kedua perangkat percobaan Ingenhousz yang ditempatkan di kedua daerah yang dengan jumlah intensitas cahaya yang berbeda menghasilkan jumlah gelembung oksigen yang berbeda pula.

V.2 Saran

    Dalam melakukan percobaan Sachs dan Ingenhousz, sangat diperlukan pengamatan yang teliti seperti saat mengamati jumlah gelembung udara yang dihasilkan pada proses fotosintesis. Selain itu, perlu pula diperhatikan bahwa daun percobaan harus benar-benar tertutupi kertas timah dengan rapat dan terpapar sinar matahari dalam jangka waktu yang sesuai.

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, Neil A., Jane B. Reece, Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky dan Robert B. Jackson. 2010. Biologi Edisi 8, Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Green Means Go. 2012. The Role of Pigments in Photosynthesis as Measured by Strach Storage. Journal of Taxonomy. No.4 (47).

Pooja. 2011. Understanding Photosynthesis. New Delhi: Tilak Wasan.

Purba, Elida dan Ade Citra Khairunisa. 2012. Kajian Awal Laju Reaksi Fotosintesis untuk Penyerapan Gas CO₂ Menggunakan Mikroalga Tetraselmis chuii. Jurnal Rekayasa Proses. No.1 (6):7-13.

Song Ai, Nio. 2012. Evolusi Fotosintesis pada Tumbuhan. Jurnal Ilmiah Sains. No.1 (12):28-34.

Sunarto, Sri Astuty dan Herman Hamdani. 2004. Efisiensi Pemanfaatan Energi Cahaya Matahari oleh Fitoplankton dalam Proses Fotosintesis.Jurnal Akuatika. No.2 (2):1-8.

Tidak untuk disalin! 

Artikel ini dibagikan untuk memberi contoh dan menginspirasi:)