Fotosintesis adalah
suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis
bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan
energi cahaya. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang
dihasilkan dalam
fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi
sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa
menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi.
Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. fotosintesis
merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis
karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gulasebagai molekul
penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi
karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri
belerang.
Hingga sekarang fotosintesis masih terus dipelajari karena masih ada
sejumlah tahap yang belum bisa dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak
yang diketahui tentang proses vital ini. Proses fotosintesis sangat
kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam utama,
seperti fisika, kimia maupun biologi sendiri.
Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah
daun. Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi
untuk melangsungkan reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis,
tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis (disebut fotosintat)
biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu. Pada
dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian
utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak
memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).
Reaksi terang
Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2.
Reaksi ini memerlukan molekul air. Proses diawali dengan penangkapan
foton oleh pigmen sebagai antena.
Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna biru
(400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau
(500-600 nanometer). Cahaya hijau ini akan dipantulkan 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
dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi. 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.
Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan
dari karbon dioksida. Pendapat ini pertama kali diungkapkan oleh C.B.
van Neil yang mempelajari bakteri fotosintetik pada tahun 1930-an.
Bakteri fotosintetik, selain sianobakteri, menggunakan tidak
menghasilkan oksigen karena menggunakan ionisasi sulfida atau hidrogen.
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.
Reaksi gelap
ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu berbagai proses biokimia
Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus Calvin yang
mengikat karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan kemudian menjadi
gula seperti glukosa). Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak
bergantung pada ada tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun
dalam keadaan gelap (tanpa cahaya). (Hardianto, 30: 2004)