BUKU Q&A PBAF TUMBUHAN SEBAGAI SUMBER KEHIDUPAN BUMI

Fotosintesis membuat tumbuhan dapat makan tanpa perlu bergerak banyak ataupun
mengandalkan makhluk lain.

Gambar 4.2
Sumber gambar : https://images.app.goo.gl/A1W9jJDv47kjUSqK7

Pada zaman dahulu sebelum fotosintesis ditemukan, para ilmuwan bertanya-tanya
mengapa pohon bisa tumbuh tinggi padahal hanya meminum air.
Sedangkan hewan ternak saja harus diberi minum dan makan untuk dapat tumbuh
tinggi dan besar.
Hal ini menggiring para pemikir untuk mengetahui bagaimana tumbuhan
mendapatkan makanannya untuk dapat tumbuh dan berkembang.
Sejarah Penemuan

 Aristoteles
Sekitar 350 tahun sebelum masehi, seorang filsuf Yunani terkenal bernama
Aristoteles menyatakan bahwa tumbuhan adalah makhluk hidup yang juga
membutuhkan makanan untuk seperti halnya manusia dan binatang.
 Theophratus
50 tahun setelahnya, murid Aristoteles bernama Theophratus menyatakan
bahwa tumbuhan memperoleh makanan dari tanah yang diambil melalui

94

akarnya. Pada saat itu belum diketahui tentang zat hara yang terdapat dalam
tanah.

 Jan Baptista Van Helmont
Pada tahun 1648, Jan Bptista van Helmont melakukan eksperimen tentang
fotosintesis. Dilansir dari Biology LibreText, van Helmont menanam pohon
willow seberat 2,27 kilogram dalam sebuah pot berisi tanah. Setelah 5 tahun
kemudian, pohon willow tumbuh seberat 67,7 kilogram dan ternyata tanah
dalam pot hanya berkurang sebanyak 57 gram saja.
Sehingga van Helmont menyimpulkan bahwa tumbuhan tidak memperoleh
massa tubuhnya dengan mengambil tanah namun bergantung pada air.
 Joseph Priestley

Gambar 4.3

Pada tahun 1772 percobaan fotosintesis kembali dilakukan oleh Joseph
Priestley. Priestley memasukkan seekor tikus kedalam toples tertutup dengan
lilin yang menyala. Perlahan tikus itu mati karena oksigen dalam toples habis
terbakar oleh lilin.
Priestley kemudian menambahkan tanaman pada toples yang baru. Tikus
didalamnya tidak mati padahal lilinnya tetap menyala. Percobaan Priestley
menemukan bahwa tumbuhan menghasilkan oksigen. Percobaan ini sekaligus
adalah sejarah penemuan gas oksigen.

 Jan Ingenhousz
Pada 1779, fotosintesis akhirnya ditemukan oleh seorang dokter sekaligus
ilmuwan asal inggris bernama Jan Ingenhousz. Dilansir dari Encyclopedia
Britannica, Ingenhousz menemukan proses fotosintesis di mana tumbuhan hijau

95

memerlukan cahaya Matahari untuk meghasilkan oksigen bagi makhluk hidup
lainnya. Ingenhousz juga menemukan bahwa fotosintesis terjadi pada bagian
tumbuhan yang hijau.

 Nicholas de Saussure
Pada 1804, persamaan fotosintesis akhirnya ditemukan oleh seorang ahli kimia
dan fisiologi tumbuhan bernama Nicholas-Theodore de Saussure. Saussure
menuemukan bahwa fotosintesis tidak hanya membutuhkan sinar Matahari dan
air, namun juga nutrisi dari dalam tanah.

Begitulah perjalanan panjang dalam penemuan bahwa tumbuhan membuat
makanannya sendiri dengan cara fotosintesis. Namun ilmu pengetahuan tidak
berhenti begitu saja, eksperimen tentang fotosintesis terus dilakukan untuk
mengetahui kebenarannya lebih dalam.

D. PERANGKAT FOTOSINTESIS
Fotosintesis memiliki tiga perangkat didalamnya yang membantu proses
pembentukan. Terdiri dari pigmen, kloroplas dan fotosistem.
1. Pigmen

Gambar 4.4

sumber : https://images.app.goo.gl/2zuFc6hNNvCm9dGv7

Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel, tetapi hanya pada
sel yang mengandung pigmen fotosintetik. Sel yang tidak mempunyai pigmen
fotosintetik ini tidak mampu melakukan proses fotosintesis. Pada percobaan Jan
Ingenhousz, dapat diketahui bahwa intensitas cahaya memengaruhi laju
fotosintesis pada tumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena perbedaan energi yang
dihasilkan oleh setiap spektrum cahaya. Di samping adanya perbedaan energi
tersebut, faktor lain yang menjadi pembeda adalah kemampuan daun dalam
menyerap berbagai spektrum cahaya yang berbeda tersebut. Perbedaan

96

kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya tersebut
disebabkan adanya perbedaan jenis pigmen yang terkandung pada jaringan
daun.
Di dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan
jaringan pagar. Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung
pigmen hijau klorofil. Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen
fotosintesis yang berperan penting dalam menyerap energi matahari.

Dari semua radiasi Matahari yang dipancarkan, hanya panjang
gelombang tertentu yang dimanfaatkan tumbuhan untuk proses
fotosintesis, yaitu panjang gelombang yang berada pada kisaran
cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi atas cahaya
merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500
nm), dan violet (< 400 nm).
Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap
fotosintesis. Hal ini terkait pada sifat pigmen penangkap cahaya
yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada
membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang
gelombang tertentu. Pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada
panjang gelombang yang berbeda. Kloroplas mengandung beberapa
pigmen. Sebagai contoh, klorofil a terutama menyerap cahaya biru-
violet dan merah, sementara klorofil b menyerap cahaya biru dan
oranye dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a berperan
langsung dalam reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara
langsung berperan dalam reaksi terang. Proses absorpsi energi
cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi tinggi dari klorofil
a yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor
elektron. Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi
fotosintesis.

97

2. Kloroplas

Gambar 4.5
Sumber gambar : https://images.app.goo.gl/ejcdWT4c2gqTghzx5

Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk
batang dan buah yang belum matang. Di dalam kloroplas terdapat pigmen
klorofil yang berperan dalam proses fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk
seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma. Stroma ini dibungkus oleh
dua lapisan membran. Membran stroma ini disebut tilakoid, yang di dalamnya
terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli. Di dalam stroma juga
terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana (kumpulan
granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat
terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara
membran tilakoid. Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa
komponen seperti protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid. Secara
keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom,
vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe),
maupun tembaga (Cu). Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid.
Sedangkan, pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam
tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma.
Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam
fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.
3. Fotosistem
Fotosistem adalah suatu unit yang mampu menangkap energi cahaya Matahari
yang terdiri dari klorofil a, kompleks antena, dan akseptor elektron. Di dalam
kloroplas terdapat beberapa macam klorofil dan pigmen lain, seperti klorofil a
yang berwarna hijau muda, klorofil b berwarna hijau tua, dan karoten yang
berwarna kuning sampai jingga. Pigmen-pigmen tersebut mengelompok dalam
membran tilakoid dan membentuk perangkat pigmen yang berperan penting
dalam fotosintesis. Klorofil a berada dalam bagian pusat reaksi. Klorofil ini

98

berperan dalam menyalurkan elektron yang berenergi tinggi ke akseptor utama
elektron. Elektron ini selanjutnya masuk ke sistem siklus elektron. Elektron
yang dilepaskan klorofil a mempunyai energi tinggi sebab memperoleh energi
dari cahaya yang berasal dari molekul perangkat pigmen yang dikenal dengan
kompleks antena.
Fotosistem sendiri dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan
fotosistem II. Pada fotosistem I ini penyerapan energi cahaya dilakukan oleh
klorofil a yang sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm
sehingga klorofil a disebut juga P700. Energi yang diperoleh P700 ditransfer
dari kompleks antena.[25] Pada fotosistem II penyerapan energi cahaya
dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap panjang gelombang 680 nm
sehingga disebut P680.[26] P680 yang teroksidasi merupakan agen
pengoksidasi yang lebih kuat daripada P700. ] Dengan potensial redoks yang
lebih besar, akan cukup elektron negatif untuk memperoleh elektron dari
molekul-molekul air.

4. Membran dan organel fotosintesis

Protein yang mengumpulkan cahaya untuk fotosintesis dilengkapi dengan
membran sel. Cara yang paling sederhana terdapat pada bakteri, yang mana
protein-protein ini tersimpan di dalam mebran plasma Akan tetapi, membran ini
dapat terlipat dengan rapat menjadi lembaran silinder yang disebut tilakoid,
atau terkumpul menjadi vesikel yang disebut membran intrakitoplasma.
Struktur ini dapat mengisi sebagian besar bagian dalam sel, menjadikan
membran itu memiliki area permukaan yang luas dan dengan demikian
meningkatkan jumlah cahaya yang dapat diserap oleh bakteri. Pada Tumbuhan
dan alga, fotosintesis terjadi di organel yang disebut kloroplas. Satu sel
tumbuhan biasanya memiliki sekitar 10 sampai 100 kloroplas. Kloroplas
ditutupi oleh suatu membran. Membran ini tersusun oleh membran dalam
fosfolipid, membran luar fosfolipid, dan membran antara kedua membran itu.
Di dalam membran terdapat cairan yang disebut stroma. Stroma mengandung
tumpukan (grana) tilakoid, yang merupakan tempat berlangsungnya
fotosintesis. Tilakoid berbentuk cakram datar, dilapisi oleh membran dengan

99

lumen atau ruang tilakoid di dalamnya. Tempat terjadinya fotosintesis adalah
membran tilakoid, yang mengandung kompleks membran integral dan
kompleks membran periferal, termasuk membran yang menyerap energi
cahaya, yang membentuk fotosistem. Tumbuhan menyerap cahaya
menggunakan pigmen klorofil, yang merupakan alasan kenapa sebagian besar
tumbuhan memiliki warna hijau. Selain klorofil, tumbuhan juga menggunakan
pigmen seperi karoten dan xantofil. Alga juga menggunakan klorofil, namun
memiliki beragam pigmen lainnya, misalnya fikosianin, karoten, dan xantofil
pada alga hijau, fikoeritrin pada alga merah (rhodophyta) dan fukoksantin pada
alga cokelat dan diatom yang menghasilkan warna yang beragam pula.
Pigmen-pigmen ini terdapat pada tumbuhan dan alga pada protein antena
khusus. Pada protein tersebut semua pigmen bekerja bersama-sama secara
teratur. Protein semacam itu disebut kompleks panen cahaya. Walaupun semua
sel pada bagian hijau pada tumbuhan memiliki kloroplas, sebagian besar
energinya diserap di dalam daun. Sel pada jaringan dalam daun, disebut
mesofil, dapat mengandung antara 450.000 sampai 800.000 kloroplas pada
setiap milimeter persegi pada daun. Permukaan daun secara sergam tertutupi
oleh kutikula lilin yang tahan air yang melindungi daun dari penguapan yang
berlebihan dan mengurangi penyerapan sinar biru atau ultraviolet untuk
mengurangi pemanasan. Lapisan epidermis yang tembus pandang
memungkinkan cahaya untuk masuk melalui sel mesofil palisade tempat
sebagian besar fotosintesis berlangsung.

E. FOTOSINTESIS PADA TUMBUHAN

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung
dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk
menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk
menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Berikut ini adalah persamaan
reaksi fotosintesis yang menghasilkan glukosa:

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

100

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa
dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui
respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum
reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas.
Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen
untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia. Tumbuhan menangkap
cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi
warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut
kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis.
Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung
kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat
lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap
milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan
yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses
fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat
anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar Matahari ataupun penguapan
air yang berlebihan.

PROJECT BASE LEARNING

Carilah oleh Anda!

Fotosintetis adalah pemanfaatan energi cahaya matahari oleh tumbuhan berhijau
daun atau bakteri untuk mengubah karbondioksida dan air menjadi karbohidrat.
Menurut anda apakah manfaat dari fotosintesis dan bagaimana proses terjadinya
fotosintetis.

101

1. Reaksi Terang

SUMBER ;
https://images.app.goo.gl/cHSRL
EfSNvmMufZy9

Gambar 4.6

Fotosintesis terdiri dari dua tahap yang disebut reaksi terang, yang
membutuhkan cahaya dan melibatkan pemecahan air serta pelepasan oksigen,
dan reaksi gelap atau siklus Calvin, yang mengubah karbon dioksida menjadi
gula. 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 terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap
terjadi di dalam stroma.
Dalam reaksi terang, terjadi konversi energI cahaya menjadi energi kimia dan
menghasilkan oksigen (O2). Sedangkan dalam reaksi gelap terjadi seri reaksi
siklik yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP dan
NADPH). Energi yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi
terang. Pada proses reaksi gelap tidak dibutuhkan cahaya Matahari. Reaksi
gelap bertujuan untuk mengubah senyawa yang mengandung atom karbon

102

menjadi molekul gula. Organisme fotosintesis itu autotrof, yang berarti bahwa
mereka menyimpan energi, mereka dapat menyintesis makanan langsung ari
karbondioksida, air, dan menggunakan energi dari cahaya. Mereka
menumbuhkannya sebagai bagian dari energi potensial mereka. Akan tetapi,
tidak semua organisme menggunakan cahaya sebagai sumber energi untuk
melaksanakan fotosintesis, karena fotoheterotrof menggunakan senyawa
organik, dan bukan karbondioksida, sebagai sumber energi.
Pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria, fotosintesis menghasilkan oksigen. Ini
disebut fotosintesis oksigen. Walaupun ada beberapa perbedaan antara
fotosintesis oksigen pada tumbuhan, alga, dan cyanobacteria, secara umum
prosesnya cukup mirip pada organisme-organisme tersebut. Akan tetapi, ada
beberapa jenis bakteri yang melakukan fotosintesis anoksigen, yang menyerap
karbondioksida namun tidak menghasilkan oksigen. Karbondioksida diubah
menjadi gula dalam suatu proses yang disebut fiksasi karbon. Fiksasi karbon
adalah reaksi redoks, jadi fotosintesis memerlukan sumber energi untuk
melakukan proses ini, dan elektron yang diperlukan untuk mengubah
karbondioksida menjadi karbohidrat, yang merupaan reaksi reduksi. Secara
umum, fotosintesis adalah kebalikan dari respirasi sel, yang mana glukosa dan
senyawa lainnya teroksidasi untuk menghasilkan karbondioksia, air, dan
menghasilkan energi kimia.

Namun, dua proses itu berlangsung melalui rangkaian reaksi kimia yang
berbeda dan pada kompartemen sel yang berbeda. Persamaan umum untuk
fotosintesis adalah sebagai berikut:

2n CO2 + 2n DH2 + foton → 2(CH2O)n + 2n DO

Karbondioksida + donor elektron + energi cahaya → karbohidrat + donor
elektron teroksidasi Pada fotosintesis okesigen air adalah donor elektron dan,
karena merupakan hidrolisis melepaskan oksigen, persamaan untuk proses ini
adalah:
2n CO2 + 4n H2O + foton → 2(CH2O)n + 2n O2 + 2n H2O

103

karbondioksida + air + energi cahaya → karbohidrat + oksigen + air Seringkali
2n molekul air dibatalkan pada kedua pihak, sehingga menghasilkan:

2n CO2 + 2n H2O + foton → 2(CH2O)n + 2n O2

karbondioksida + air + energi cahaya → karbohidrat + oksigen

Proses lainnya menggantikan senyawa lainnya (Seperti arsenit) dengan air pada
peran suplai-elektron; mikroba menggunakan cahaya matahari untuk
mengoksidasi arsenit menjadi arsenat: Persamaan untuk reaksinya adalah
sebagai berikut:
CO2 + (AsO3 3– ) + foton → (AsO4 3– ) + CO

karbondioksida + arsenit + energi cahaya → arsenat + karbonmonoksida
(digunakan untuk membuat senyawa lainnya dalam reaksi berikutnya)
Fotosintesis terjadi dalam dua tahap. Pada tahap pertama, reaksi terang atau
reaksi cahaya menyerap energi cahaya dan menggunakannya untuk
menghasilkan molekul penyimpan energi ATP dan NADPH. Pada tahap kedua,
reaksi gelap menggunakan produk ini untuk menyerap dan mengurangi
karondioksida. Sebagian besar organisme yang melakukan fotosintesis untuk
menghasilkan oksigen menggunakan cahaya nampak untuk melakukannya,
meskipun setidaknya tiga menggunakan radiasi inframerah.

Gambar 4.7

104

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2.
Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya Matahari. Proses diawali
dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena. Reaksi terang
melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I dan II.
Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi P700, yang berarti bahwa fotosistem ini
optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 700 nm, sedangkan
fotosistem II (PS II) berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya
pada panjang gelombang 680 nm.
Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap di mana fotosistem II menyerap
cahaya Matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan
menyebabkan muatan menjadi tidak stabil. Untuk menstabilkan kembali, PS II
akan mengambil elektron dari molekul H2O yang ada disekitarnya. Molekul air
akan dipecahkan oleh ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim.[38] Hal
ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid.
Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi
plastokuinon (PQ) membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul kuinon
yang terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan
mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H+ yang disebut sitokrom b6-f
kompleks. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II adalah :

2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H+ + O2 + 2PQH2
Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron dari PS II ke PS I
dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein kecil yang sangat mudah
bergerak dan mengandung tembaga, yang dinamakan plastosianin (PC).
Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran
tilakoid. Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah :
2PQH2 + 4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+ ) + 4 H+ (lumen)
Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I.
Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tetapi mengandung
kompleks inti terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari H2O
melalui kompleks inti PS II lebih dahulu. Sebagai sistem yang bergantung pada
cahaya, PS I berfungsi mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan

105

elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin. Reaksi keseluruhan pada

PS I adalah :
Cahaya + 4PC(Cu+ ) + 4Fd(Fe3+) → 4PC(Cu2+) + 4Fd(Fe2+)

Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap akhir

pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP+ dan membentuk NADPH.

Reaksi ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase.

Reaksinya adalah :
4Fd (Fe2+) + 2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+) + 2NADPH

Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam

ATP sintase. ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan

pengangkutan elektron dan H+ melintasi membran tilakoid. Masuknya H+ pada

ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat

anorganik (Pi) menjadi ATP. Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi

terang adalah sebagai berikut[1] :
Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O → ATP + NADPH + 3H+ + O2

KONSTEKTUAL LEARNING

Apa manfaat fotosintesis terhadap makhluk hidup lain?

Banyak manfaat yang dihasilkan dari proses fotosintesis bagi makhluk
hidup lain seperti manusia.Selain berguna untuk sendiri, fotositensis juga
menghasilkan zat yang berguna bagi makhluk lain.Fotosintesis yang
dilakukan tumbuhan menghasilkan berbagai zat, seperti glukosa, oksigen,
dan air.Dengan memakai campuran karbon dioksida dan air, fotosintesis
menghasilkan glukosa atau gula dan air yang berguna untuk makanannya.
Manfaat yang dapat diperoleh pada proses fotosintesis, yakni:

1. Memproduksi zat makanan berupa glukosa
Glukosa adalah bahan dasar pembangun zat makanan lainnya,

yakni lemak dan protein dalam tubuh tumbuhan. Zat-zat ini menjadi
makanan bagi hewan maupun manusia.
2. Membantu membersihkan udara

Pada proses tersebut di mana mengurangi kadar CO2 (karbon
dioksida) di udara. Karena CO2 adalah bahan baku dalam proses
fotosintesis. Sebagai hasil akhir, selain zat makanan adalah O2
(Oksigen) yang sangat dibutuhkan untuk kehidupan. Kemampuan
tumbuhan berfotosintesis menyebabkan sisa-sisa tumbuhan yang
hidup di masa lalu tertimbun di dalam tanah selama berjuta-juta tahun
menjadi batubara sehingga menjadi salah satu sumber energi saat ini.

106

a. Skema Z.

Pada tanaman, reaksi terang terjadi pada membran tilakoid di kloroplas dan
menggunakan energi cahaya untuk menyintesis ATP dan NADPH. Reaksi
terang memiliki dua bentuk: siklus dan nonsiklus. Pada reaksi nonsiklus, foton
diserap pada kompleks antena fotosistem II penyerap cahaya oleh klorofil dan
pigmen aksesoris lainnya. Ketika molekul klorofil pada inti pusat reaksi
fotosistem II memperoleh energi eksitasi yang cukup dari pigmen antena yang
berdekatan dengannya, satu elektron akan dipindahkan ke molekul penerima
elektron, yaitu feopftin, melalui sebuah proses yang disebut pemisahan tenaga
terfotoinduksi. Elektron ini dipindahkan melalui rangkaian transport elektron,
yang disebut skema Z, yang pada awalnya berfungsi untuk menghasilkan
potensi kemiosmosis di sepanjang membran. Satu enzim sintase ATP
menggunakan potensi kemisomosis untuk menghasilkan ATP selama
fotofosforilasi, sedangkan NADPH adalah produk dari reaksi redoks terminal
pada skema Z. Elektron masuk ke molekul klorofil pada fofosistem II. Elektron
ini tereksitasi karena cahaya yang diserap oleh fotosistem. Pembawa elektron
kedua menerima elektron, yang lagi-lagi dilewatkan untuk menurunkan energi
penerim elektron. Energi yang dihasilkan oleh penerima elektron digunakan
untuk menggerakan ion hidrogen di sepanjang membran tilakoid sampai ke
dalam lumen. Elektron digunakan untuk mereduksi koenzim NADP, yang
memiliki fungsi pada reaksi terang. Reaksi siklus mirip dengan nonsiklus,
namun berbeda pada bentuknya karena hanya menghasilkan ATP, dan tidak ada
NADP (NADPH) tereduksi yang dihasilkan. Reaksi siklus hanya berlangsung
pada fotosistem I. Setelah elektron dipindahkan dari fotosistem, elektron
digerakkan melewati molekul penerima elektron dan dikembalikan ke
fotosistem I, yang dari sanalah awalnya elektron dikeluarkan, sehingga reaksi
ini diberi nama reaksi siklus.

b. Fotolisis air

NADPH adalah agen pereduksi utama dalam kloroplas, menyediakan sumber
elektron enerjik kepada reaksi lainnya. Produksinya meninggalkan klorofil
dengan defisit elektron (teroksidasi), yang harus diperoleh dari beberapa agen
pereduksi lainnya. Elektron yang hilang dari klorofil pada fotosistem I ini
digantikan dari rangkaian transport elektron oleh plastosianin. Akan tetapi,
karena fotosistem II meliputi tahap pertama dari skema Z, sumber elektron
eksternal siperlukan untuk mereduksi molekuk klorofil a-nya yang telah
teroksidasi. Sumber elektron pada tanaman hijau dan fotosintesis cyanobacteria
adalah air. Dua molekul air teroksidasi oleh oleh empat reaksi pemisahan-
tenaga berturutturut oleh fotosistem II untuk menghasilkan satu molekul
oksigen diatom dan empat ion hidrogen; elektron yang dihasilkan pada tiap
tahap dipindahkan ke residu tirosin redoks-aktif yang kemudian mereduksi
spesies klorofil a yang berpasangan yang telah terfotooksidasi yang disebut

107

P680 yang berguna sebagai donor elektron primer (digerakkan oleh cahaya)
pada pusat reaksi fotosistem II. Oksidasi air terkatalisasi pada fotosistem oleh
fotosistem II oleh suatu struktur redoks-aktif yang mengandung empat ion
mangan dan satu ion kalsium; kompleks evolusi oksigen ini mengikat dua
molekul air dan menyimpan empat padanannya yang telah teroksidasi yang
diperlukan untuk melakukan reaksi oksidasi air. Fotosistem II adalah satu-
satunya enzim biologi yang diketahui melaksanakan oksidasi air ini. Ion
hidrogen berkontribusi terhadap potensi kemiosmosis transmembran yang
berujung pada sintesis ATP. Oksigen adalah produk ampas dari reaksi cahaya,
namun sebagian besar organisme di Bumi menggunakan oksigen untuk
respirasi sel, termasuk organisme fotosintesis.

2. Reaksi gelap

Reaksi Gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur, yaitu siklus
CalvinBenson dan jalur Hatch-Slack. Pada siklus Calvin-Benson tumbuhan
mengubah senyawa ribulosa-1,5-bisfosfat (RuBP, senyawa dengan lima atom C)
dan molekul karbondioksida menjadi dua senyawa 3-fosfogliserat (PGA) : Oleh
karena PGA memiliki tiga atom karbon tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap
melalui jalur ini dinamakan tumbuhan C3 Penambatan CO2 sebagai sumber karbon
pada tumbuhan ini dibantu oleh enzim Rubisco[41], yang merupakan enzim alami
yang paling melimpah di bumi. Tumbuhan yang reaksi gelapnya mengikuti jalur
Hatch-Slack disebut tumbuhan C4 karena senyawa pertama yang terbentuk setelah
penambatan CO2 adalah asam oksaloasetat yang memiliki empat atom karbon.
Enzim yang berperan adalah fosfoenolpiruvat karboksilase .

 Siklus Calvin-Benson
Mekanisme siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi CO2 oleh ribulosa
difosfat karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat. RuBP merupakan
enzim alosetrik yang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan
dari pencahayaan kloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini distimulasi oleh
peningkatan pH. Jika kloroplas diberi cahaya, ion H+ ditranspor dari stroma
ke dalam tilakoid menghasilkan peningkatan pH stroma yang menstimulasi
enzim karboksilase, terletak di permukaan luar membran tilakoid.Kedua,
reaksi ini distimulasi oleh Mg2+ , yang memasuki stroma daun sebagai ion
H+ , jika kloroplas diberi cahaya. Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh
NADPH, yang dihasilkan oleh fotosistem I selama pemberian cahaya.
Fiksasi CO2 ini merupakan reaksi gelap yang distimulasi oleh pencahayaan
kloroplas. Fikasasi CO2 melewati proses karboksilasi, reduksi, dan
regenerasi. Karboksilasi melibatkan penambahan CO2 dan H2O ke RuBP
membentuk dua molekul 3-fosfogliserat(3-PGA). Kemudian pada fase
reduksi, gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi menjadi 1 gugus aldehida
dalam 3-fosforgliseradehida (3- Pgaldehida).

108

Gambar 4.8

Reduksi ini tidak terjadi secara langsung, tetapi gugus karboksil dari 3-PGA
pertama-tama diubah menjadi ester jenis anhidrida asam pada asam 1,3-
bifosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terakhir
dari ATP. ATP ini timbul dari fotofosforilasi dan ADP yang dilepas ketika
1,3-
bisPGA terbentuk, yang diubah kembali dengan cepat menjadi ATP oleh
reaksi
fotofosforilasi tambahan. Bahan pereduksi yang sebenarnya adalah
NADPH, yang
menyumbang 2 elektron. Secara bersamaan, Pi dilepas dan digunakan
kembali
untuk mengubah ADP menjadi ATP.
Pada fase regenerasi, yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk
bereaksi dengan CO2tambahan yang berdifusi secara konstan ke dalam dan
melalui stomata. Pada akhir reaksi Calvin, ATP ketiga yang diperlukan bagi
tiap molekul CO2 yang ditambat, digunakan untuk mengubah ribulosa-5-
fosfat menjadi RuBP, kemudian daur dimulai lagi. Tiga putaran daur akan
menambatkan 3 molekul CO2 dan produk akhirnya adalah 1,3-Pgaldehida.
Sebagian digunakan kloroplas untuk membentuk pati,
sebagian lainnya dibawa keluar. Sistem ini membuat jumlah total fosfat
menjadi konstan di kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat di
sitosol. Triosa fosfat digunakan sitosol untuk membentuk sukrosa.

109

HOLISTIK LEARNING

Manfaat apa yang diberikan energi matahari kepada PLTS?

Energi alternatif sinar matahari – Indonesia memiliki potensi energi matahari yang
sangat melimpah. Secara geografis, Indonesia terletak di kawasan khatulistiwa.
Menurut data dari Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN), radiasi
harian rata-rata dari energi matahari sebesar 4.8 KWh per meter persegi. Dengan
intensitas paparan sinar matahari yang melimpah sepanjang tahun, energi matahari
sangat sayang untuk dilewatkan begitu saja. Melihat kondisi Indonesia seperti ini,
maka PLTS dapat dipasang dimana saja bahkan di seluruh wilayah Indonesia. Sinar
matahari bisa dirasakan manfaatnya secara langsung dan penyerapan energi matahari
dapat menjadi semakin maksimal. Energi matahari merupakan energi alternatif yang
dihasilkan dari pancaran panas dan juga cahaya matahari. Energi ini dimanfaatkan
untuk berbagai macam teknologi. Sebagai bola gas dengan ukuran yang besar,
matahari menghasilkan panas dan cahaya yang sangat terang untuk bumi ketika terjadi
reaksi rantai proton dalam memancarkan energi yang cukup besar. Panas yang
didapatkan dari sinar matahari sangat penting bagi penggunaan energi terbarukan.
Energi matahari tidak bisa langsung digunakan sebagai sumber daya listrik, sehingga
harus dikonversikan atau diubah menjadi energi listrik terlebih dahulu. Energi listrik
yang telah dikonversikan dapat disimpan ke dalam baterai dan dapat digunakan
sebagai sumber energi listrik konvensional. Energi sinar matahari menjadi energi
terbarukan dapat dimanfaatkan dan menjadi sumber energi alternatif di masa depan.
Konsumsi listrik konvensional yang terus meningkat saat ini membuat krisis listrik
dapat terjadi kapan saja. Dengan energi alternatif yang terbarukan, masyarakat tidak
perlu khawatir lagi karena energi matahari bisa dimanfaatkan sebagai salah satu
sumber alternatif listrik. Listrik merupakan kebutuhan pokok manusia karena semua
aktifitas manusia tidak terlepas dari penggunaan listrik. Di era digital saat ini, semakin
banyak alat elektronik yang membutuhkan listrik sebagai sumber energi. Tanpa listrik,
teknologi akan lumpuh dan peralatan elektronik tidak dapat berfungsi sebagaimana
mestinya. Saat ini PLTS telah banyak digunakan di berbagai tempat, seperti
perumahan, pabrik, industri, gedung komersial, fasilitas umum, dan masih banyak lagi
lainnya. PLTS digunakan dengan tujuan untuk menghemat dan memangkas biaya
listrik setiap bulannya. Krisis listrik ini dapat saja terjadi di masa depan, sehingga
antisipasi dini sangat penting untuk dilakukan, yaitu dengan mulai beralih dan
memanfaatkan berbagai macam energi alternatif. Salah satunya adalah energi
matahari/surya. Untuk mendapatkan manfaat dari energi surya, Anda dapat memasang
panel surya. Panel surya dapat dipasang di atap bangunan maupun di tanah luas yang
nantinya akan menyerap langsung panas dan energi dari matahari.

110

 Siklus Hatch-Slack

Gambar 4.9

Berdasarkan cara memproduksi glukosa, tumbuhan dapat dibedakan
menjadi tumbuhan C3 dan C4. Tumbuhan C3 merupakan tumbuhan yang
berasal dari daerah subtropis. Tumbuhan ini menghasilkan glukosa dengan
pengolahan CO2 melalui siklus Calvin, yang melibatkan enzim Rubisco
sebagai penambat CO2.Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk
menghasilkan molekul glukosa. Namun, ATP ini dapat terpakai sia-sia
tanpa dihasilkannya glukosa. Hal ini dapat terjadi jika ada fotorespirasi, di
mana enzim Rubisco tidak menambat CO2 tetapi menambat O2. Tumbuhan
C4 adalah tumbuhan yang umumnya ditemukan di daerah tropis.
Tumbuhan ini melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO2 menjadi
glukosa.Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim
yang akan mengikat CO2 dari udara dan kemudian akan menjadi
oksaloasetat.Oksaloasetat akan diubah menjadi malat. Malat akan
terkarboksilasi menjadi piruvat dan CO2. Piruvat akan kembali menjadi
PEPco, sedangkan CO2 akan masuk ke dalam siklus Calvin yang
berlangsung di sel bundle sheath dan melibatkan enzim RuBP. Proses ini
dinamakan siklus Hatch Slack, yang terjadi di sel mesofil. Dalam
keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.

Gambar 4.10

111

Gambar 4.11

Gambar 4.12

Gambar 4.13

112

Gambar 4.14

113

3. Efisiensi

Tumbuhan biasanya mengubah cahaya menjadi energi kimia dengan efisiensi
fotosintesis sekitar 3–6%. Efisiensi fotosintesis yang sebenarnya, beragam
tergantung pada frekuensi cahaya yang diserap, suhu dan jumlah
karbondioksida di atmosfer, dan dapat bervariasi mulai dari 0.1% sampai 8%.
Sebagai perbadningan, panel surya mengubah cahaya menjadi energi listrik
dengan efisiensi ekitar 6-20 % untuk panel yang diproduksi massal, dan di atas
40% untuk panel laboratoium.

4. Evolusi

Sistem fotosintesis awal, seperti misalnya pada bakteri sulfur hijau dan bakteri
sulfur ungu serta baktero nonsulfur hujau dan bakteri nonsulfur ungu, dipercaya
sebagai anoksigenik, menggunakan beragam molekul sebagai donor elektron.
Bakteri sulfur hijau dan ungu dipercaya menggunakan hidrogen dan sulfur
sebagai donor elektron. Bakteri nonsulfur hijau menggunakan beragam asam
amino dan asam organik lainnya. Bakteri nonsulfur ungu menggunakan
beragam molekuk organik nonrinci. Penggunaan molekukmolekul ini konsisten
dengan bukti geologi bahwa atmosfer sangat terkurangi pada masa itu. Fosil
yang dipercaya sebagai organisme fotosintesis filamen diperirakan berasal dari
3,4 miliar tahun silam. Sumber utama oksigen di atmosfer adalah fotosintesis
oksigen, dan kemunculan pertamanya seringkali disebut sebagai katastropi
oksigen. Bukti geologis menunjukkan bahwa fotosintesis oksigen, seperti
misalnya pada cyanobacteria, menjadi penting selama era Paleoproterozoikum
sekitar 2 miliar tahun silam. Fotosintesis modern pada Tumbuhan dan sebagian
besar prokariota fotosintesis menghasilkan oksigen. Fotosintesis oksigen
menggunakan air sebagai donor elektron, yang teroksidasi menjadi oksigen
molekuker (O2) di pusat reaksi fotosintesis.

114

5. Simbiosis dan asal mula kloroplas

Beberapa kelompok hewan membentuk hubungan simbiosis dengan alga
fotosintesis. Ini banyak terdapat pada koral, spons, dan anemon laut.
Diperkirakan bahwa ini adalah akibat dari rangka tubuh mereka yang cukup
sederhana dan area permukaan tubuh yang luas dibandingkan volume tubuh
mereka. Selain itu, beberapa moluska, yaitu Elysia viridis dan Elysia chlorotica,
juga memiliki hubungan simbiosis dengan kloroplas yang mereka ambil dari
alga yang mereka makan dan kemudian disimpan di dalam tubuh mereka. Ini
memungkinkan moluska bertahan hidup hanya dengan melakukan fotosintesis
selama beberapa bulan pada suatu waktu. Beberapa gen dari nukleus sel
Tumbuhan ini ditransfer ke siput sehingga kloroplas dapat disuplai dengan
protein yang mereka gunakan untuk bertahan hidup. Bentuk simbiosis yang
bahkan lebih dekat dapat menjelaskan asal usul kloroplas. Kloroplas mungkin
memiliki banyak kesamaaan dengan bakteri fotosintesis, termasuk kromosom
bundar, ribosom berjenis prokariota, dan protein serupa di pusat reaksi
fotosintesis. Teori endosimbiotik menunjukkan bahwa bakteri fotosintesis
didapat (melalui endositosis) oleh sel Eukariota untuk membentuk sel
Tumbuhan awal. Dengan demikian, kloroplas kemungkinan merupakan bakteri
fotosintesis yang beradaptasi untuk hidup di dalam sel Tumbuhan. Seperti
mitokondria, kloroplas masih memiliki DNA mereka sendiri, terpisah dari DNA
nukleus pada sel inang Tumbuhan mereka dan gen dalam DNA kloroplas ini
mirip dengan yang terdapat pada cyanobacteria. DNA di kloroplas menyandi
untuk protein redoks seperti pusat reaksi fotosintesis. Hipotesis CoRR
mengusulkan bahwa lokasi Co-lokasi ni diperlukan untuk Regulasi Redoks.

6. Cyanobacteria dan evolusi fotosintesis

Kapasitas biokimia untuk menggunakan air sebagai sumber elektron dalam
fotosintesis berevolusi sekali, pada nenek moyang bersama dari cyanobacteria
yang masih ada. Catatan geologi mengindikasikan bahwa peristiwa perubahan
ini terjadi pada awal sejarah Bumi, setidaknya 2450– 2320 juta tahun silam,
bahkan diperkirakan jauh lebih awal dari itu. Bukti yang tersedia dari studi
geologi mengenai batu sedimen Arkean (>2500 juta tahun silam)
mengindikasikan bahwa kehidupan tersebut ada sekitar 3500 juta tahun lalu,
namun pertanyaan mengenai kapan fotosintesis oksigen berevolusi masih belum
terjawab. Jendela patologi yang jelas untuk evolusi cyanobacteria terbuka
sekitar 200 juta tahun silam, mengungkapkan biota bakteri biru-hijau yang
sudah beragam. Cyanobacteria tetap menjadi produsen primer utama di
sepanjang masa Eon Proterozoikum (2500–543 juta tahun silam), sebagian
karena struktur redoks di laut lebih memudahkan fotoautotrof yang mampu
melakukan fiksasi nitrogen. [butuh rujukan] Alga hijau berada di bawah alga
hijau-biru sebagai produsen utama di landas benua dekat dengan akhir masa
Proterozoikum, namun hanya dengan radiasi dinoflagelata, kokolitoforid, dan
diatom pada masa Mesozoikum (251-65 juta tahun silam) produksi primer pada
perairan tonjolan kelautan mulai memiliki bentuk modernnya. Cyanobacteria

115

tetap menjadi penting bagi ekosistem laut sebagai produsen utama dalam pilin
samudra, sebagai agen fiksasi nitrogen biologis, dan, dalam bentuk yang
termodifikasi, sebagai plastid alga laut. Sebuah penelitian pada tahun 2010 oleh
para peneliti di Universitas Tel Aviv menemukan bahwa hornet oriental (Vespa
orientalis) mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik menggunakan
suatu pigmen yang disebut xantopterin. Ini merupakan bukti ilmiah pertama
mengenai anggota kerajaan hewan yang melakukan fotosintesis.

activity

116

RANGKUM
AN

Fotosintesis sangat penting bagi semua kehidupan aerobik di Bumi
karena selain untuk menjaga tingkat normal oksigen di atmosfer,
fotosintesis juga merupakan sumber energi bagi hampir semua
kehidupan di Bumi, baik secara langsung (melalui produksi primer)
maupun tidak langsung (sebagai sumber utama energi dalam makanan
mereka), kecuali pada organisme kemoautotrof yang hidup di bebatuan

atau di lubang angin hidrotermal di laut yang dalam.
Fotosintesis memiliki tiga perangkat didalamnya yang membantu
proses pembentukan. Terdiri dari pigmen, kloroplas dan fotosistem.
Fotosintesis terjadi dalam dua tahap. Pada tahap pertama, reaksi terang
atau reaksi cahaya menyerap energi cahaya dan menggunakannya
untuk menghasilkan molekul penyimpan energi ATP dan NADPH.

Pada tahap kedua, reaksi gelap menggunakan produk ini untuk
menyerap dan mengurangi karondioksida.

117

BAB 5
GERAK PADA TUMBUHAN

TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Mengetahui Gerak Endonom
2. Mengetahui Gerak Esionom

PETA KONSEP

GERAK PADA
TUMBUHAN

Gerak endonom. Gerak esionom

118

KEGIATAN BELAJAR

Pada kegiatan belajar ini akan mempelajari tentang gerak pada tumbuhan dan materinya
meliputi pengertian gerak pada tumbuhan dan jenis gerak pada tumbuhan dan ciri-ciri
gerak pada tumbuhan serta perbedaan gerak pada tumbuhan pembahasannya akan dimulai
dari tingkat yang sederhana ke tingkat yang lebih kompleks

A. PENDAHULUAN
Tumbuhan juga melakukan gerak, tetapi gerak yang dilakukan tumbuhan tidak
seperti hewan dan manusia. Gerakan pada tumbuhan sangat terbatas, biasanya
gerakannya tidak berpindah tempat (kecuali yang bersel satu). Bagaimana cara kita
membuktikan bahwa tumbuhan juga melakukan gerak? Gerakan yang dilakukan
hanya dilakukan oleh bagian tertentu, misalnya bagian ujung tunas, ujung akar, atau
bagian lembar daun tertentu kecuali tumbuhan bersel satu.
Gerakan tumbuhan dapat diamati dengan adanya pertumbuhan tanaman yang
menuju atau ke arah tertentu. Sebagai contoh jika kita menancapkan sebatang kayu
atau ranting di dekat tanaman mentimun atau tanaman lain yang merambat, maka
selang beberapa waktu ranting kayu tersebut telah dibelit oleh tanaman mentimun
atau tanaman yang merambat lainnya.
Demikian pula akar-akar yang menembus tanah menuju ke tempat yang lembap
atau berair. Peristiwa tersebut merupakan contoh bahwa tumbuhan bergerak. Jadi,
gerakan tumbuhan terjadi karena adanya proses pertumbuhan dan adanya kepekaan
terhadap rangsang atau iritabilita yang dimiliki oleh tumbuhan tersebut.
Bagaimana terjadinya iritabilita pada tumbuhan? Seperti makhluk hidup lainnya,
tumbuhan juga memiliki kepekaan terhadap rangsang tertentu. Untuk menanggapi
rangsangan tersebut tumbuhan melakukan gerakan yang mungkin menuju ke arah
rangsang, menjauhi rangsang, atau hanya sekedar melakukan gerak tanpa
menunjukkan ke arah tertentu.

119

B. GERAK PADA TUMBUHAN

Berdasarkan sumber rangsangan, gerak pada tumbuhan dibedakan menjadi 2
macam, yaitu:

1. Gerak endonom.
2. Gerak etionom / Esionom.

Gambar 5.1

FAKTA SAINS
Gerak pada tumbuhan Gerak yang terjadi pada tumbuhan berbeda dengan
gerak yang dilakukan oleh hewan dan manusia. Gerak pada tumbuhan
bersifat pasif, artinya tidak memerlukan adanya pindah tempat. Gerak dapat
terjadi karena adanya pengaruh rangsangan (stimulus).

120

1. GERAK ENDONOM

Gerak endonom adalah gerak tumbuhan yang disebabkan oleh rangsangan atau
faktor-faktor yang berasal dari dalam tumbuhan itu sendiri. Gerak endonom
disebut juga autonom. Macam-macam gerak endonom, yaitu:
a. Nutasi

Gerak spontan dari tumbuhan yang tidak disebabkan adanya rangsangan dari
luar.

Gambar 5.2

b. Higroskopis
Gerak bagian tumbuhan yang terjadi karena adanya perubahan kadar air
pada tumbuhan secara terus menerus, akibatnya kondisi menjadi sangat
kering pada kulit buah atau kotak spora sehingga kulit biji atau kotak spora
pecah. Misalnya: Pecahnya kulit buah polong-polongan (lamtoro, kembang
merak, kacang buncis, kacang kedelai). Hal ini disebabkan berkurangnya air
pada kulit buah. Kulit buah menjadi kering,retak dan akhirnya pecah
sehingga bijinya terpental ke luar. Pecahnya kulit buah dan terpentalnya biji
sebenarnya merupakan cara tumbuhan tersebut memencarkan alat
perkembang biakannya. Gerak higroskopis juga terjadi pada membukanya
kotak spora (sporangium) tumbuhan paku (Pteridophyta) dan lumut phyta).

121

Gambar 5.3

2. GERAK ETINOM
Gerak etionom merupakan reaksi gerak tumbuhan yang disebabkan oleh adanya
rangsangan dari luar tubuh tumbuhan. Gerak etionom disebut juga dengan
gerak esionom. Rangsangan itu dapat berupa:
 Cahaya
 Sentuhan
 Suhu
 Air
 Gravitasi bumi
 Zat kimia
Organ tumbuhan yang memberikan respon terhadap rangsangan tersebut
adalah: akar, batang, daun, bunga, buah atau bagian dari organ tumbuhan
tersebut. Berdasarkan arah respon, gerak etionom dibedakan menjadi:
a. Gerak tropisme
b. Gerak nasti
c. Gerak taksis

122

KONSTEKTUAL LEARNING

Jelaskan perbedaan gerak tumbuhan dan gerak hewan?

Pada dasarnya kedua golongan ini memang memiliki sistem gerak yang dapat
diamati. Namun, pola pergerakan dari keduanya sangatlah berbeda jauh. Secara
ilmiah, gerak pada makhluk hidup adalah suatu bentuk reaksi makhluk hidup
terhadap rangsangan. Pada hewan pergerakan yang dilakukan dapat dikatakan
sebagai pergerakan yang nyata. Akan tetapi, pada tumbuhan pergerakan yang
dilakukan adalah sebuah pergerakan pasif.

Hewan mempunyai alat gerak aktif seperti kaki, sayap, atau sirip, sehingga gerakan
yang terjadi disebut dengan gerak aktif. Sementara tumbuhan yang tidak mempunyai
alat gerak aktif, geraknya disebut dengan gerak pasif.

1. Gerak Tropisme
Gerak Tropisme adalah gerak bagian tumbuhan yang arah geraknya
dipengaruhi oleh arah datangnya rangsangan. Tropisme berasal dari
bahasa Yunani, yaitu trope, yang berarti membelok. Bila gerakannya
mendekati arah rangsangan disebut tropisme positif sedangkan jika
gerak responnya menjauhi arah datangnya rangsangan disebut tro isme
negatif.
Contoh:
 Gerak batang tumbuhan ke arah cahaya,
 Gerak akar tumbuhan ke pusat bumi,
 Gerak akar menuju air, dan
 Gerak membelitnya ujung batang atau sulur pada jenis tumbuhan
bersulur.

Ditinjau dari macam sumber rangsangannya, tropisme dibedakan
menjadi:

 Fototropisme
 Geotropisme
 Hidrotropisme

123

 Kemotropisme
 Tigmotropisme
 Termotropisme
 Skototropisme

1. FOTOTROPISME

Fototropisme adalah gerak tropisme yang disebabkan oleh rangsangan
berupa cahaya matahari. Contoh dari fototropisme adalah pertumbuhan
koleoptil rumput menuju arah datangnya cahaya. Koleoptil merupakan
daun pertama yang tumbuh dari tanaman monokotil yang berfungsi
sebagai pelindung lembaga yang baru tumbuh Fototropisme disebut juga
heliotropisme. Fototropisme berkaitan erat dengan zat tumbuh yang
terdapat pada ujung tumbuhan yang disebut auksin. Pada sisi batang
yang terkena cahaya, zat tumbuh lebih sedikit daripada sisi batang yang
tidak terkena cahaya. Akibatnya, sisi batang yang terkena cahaya
mengalami pertumbuhan lebih lambat daripada sisi batang yang tidak
terkena cahaya sehingga batang membelok ke arah cahaya.
Beberapa hipotesis menyebutkan fototropisme disebabkan kecepatan
pemanjangan sel-sel pada sisi batang yang lebih gelap lebih cepat
dibandingkan dengan sel-sel pada sisi lebih terang karena adanya
penyebaran auksin yang tidak merata dari ujung tunas. Hipotesis lainnya
menyatakan bahwa ujung tunas merupakan fotoreseptor yang memicu
respons pertumbuhan. Fotoreseptor adalah molekul pigmen yang disebut
kriptokrom dan sangat sensitif terhadap cahaya biru. Namun, para ahli
menyakini bahwa fototropisme tidak hanya dipengaruhi oleh
fotoreseptor, tetapi juga dipengaruhi oleh berbagai macam hormon dan
jalur signaling.

124

Gambar 5.4

2. GEOTROPISME
Geotropisme adalah gerak tropisme yang disebabkan oleh rangsangan
gaya gravitasi bumi. Geotropisme disebut juga gravitropisme.
Geotropisme positif jika gerak responnya menuju ke bumi atau menuju
ke bawah, Misalnya: gerak pertumbuhan akar. Geotropisme negatif jika
gerak responnya menjauhi bumi atau menuju ke atas, Misalnya: gerak
pertumbuhan batang.

Gambar 5.5

125

Tumbuhan dapat membedakan arah atas dan bawah dengan
pengendapan statolit. Statolit adalah plastida khusus yang mengandung
butiran pati padat dan terletak pada posisi rendah, misalnya pada bagian
tudung akar. Adanya penumpukan statolit pada akar dapat memicu
distribusi kalsium dan auksin. Namun, tanaman yang tidak memiliki
statolit pun masih dapat mengalami gravitropisme yang disebabkan
kinerja sel akar yang dapat berfungsi sebagai indera dan menginduksi
perenggangan protein sel ke atas dan penekanan protein sel tanaman ke
sisi bawah akar.
Istilah geotropisme digunakan untuk fenomena yang mana bagian –
bagian tanaman multiseluler mengasumsikan orientasi pada sudut yang
secara khusus yang berhubungan dengan arah tali pengukur tegak lurus.
Jadi sebagian besar organ tanaman mencapai keseimbangan stabil pada
sebuah sudut tertentu terhadap vektor gaya berat dan dari situ setiap
keberangkatan yang dipaksakan akan menyebabkan tanaman
melengkung balik kepada apa yang mungkin disebut orientasi yang
disukai.
Pelengkungan timbul dengan ekspansi diferensiasi dari kedua sisi organ
yang bersangkutan, hampir selalu hal ini permanen, ekspansi
pertumbuhan yang tidak dapat balik meskipun perubahan volume yang
dapat balik, misalnya pada pulvini dari Phaseolus vulgaris) yang
diinduksikan oleh tekanan hidrostatis (turgor) kandungan isi sel bias
menjadi dasar respon-respon itu.
PROJECT BASE LEARNING

Carilah oleh Anda!

Akar tumbuhan akan bergerak tumbuh menjauhi arah datangnya
cahaya dan akan cenderung bergerak menuju pusat bumi.

Gerak tumbuhan yang dipengaruhi oleh arah datangnya disebut
dengan gerak tropisme. Carilah oleh anda contoh gerak Tropisme!

126

Jenis- Jenis Reaksi
Geotripisme Reaksi geotropisme diklasifikasikan menurut orientasi
keseimbangan dari organ relative terhadap arah tarikan gravitasional.
Sumbu pusat dari sebagian besar tanaman meluruskan diri sejajar
mereka sejajar dengan arah ini dan disebut sebagai ortogeotropis. Jika
pertumbuhan mereka ada pada arah vektor gaya berat, misalnya
akarakar primer mereka adalah geotropis positif. Jika mereka tumbuh
arah berlawanan, mereka adalah geotris negatif, misalnya batang utama.

Gambar 5.6

Sebuah organ lateral biasanya menemukan keseimbangan pada sudut
terhadap karakteristik vektor gaya berat dari tahapan perkembangannya
terhadap kondisi-kondisi dibawah mana ia tumbuh. Perilaku demikian
itu disebut sebagai plagiogeotropis. Sebuah kasus khusus dari
plagiogeotropis diperlihatkan oleh banyak akar dan batang (rhizoma)
yang tumbuh secara horisontal, yaitu tepat pada sudut tegak lurus
terhadap vektor gaya berat, perilaku demikian disebut diageotripisme.

127

Gambar 5.7

Mayoritas organ-organ ortogeotropis adalah simetris radial dan
reaksinya hanya disebabkan oleh sebuah perbedaan pada tingkat
pertumbuhan dari sisi itu yang kebetulan menjadi atas dan bawah,
perbedaan ini tetap dipertahankan sampai organ tersebut menjadi
vertiakal. Situasi menjadi rumit didalam organ-organ plagiotropis, yang
sering mempunyai simteri bilateral, yaitu dorsiventral dengan sisi atas
dan bawah yang jelas secara struktural maupun biokimia. Jadi epinasti
adalah kecendrungan bawaan untuk permukaan dorsal untuk tumbuh

128

lebih cepat dari pada permukaan ventral. Hiponasti adalah kebalikan
dari hal ini.

Gambar 5.8

HOLISTIK LEARNING
Bagaimana peranan putri malu dalam bidang kesehatan?

Putri malu dikenal pula sebagai tanaman sensitif, yang secara
ilmiah dikenal sebagai Mimosa pudica. Selama sekian abad putri
malu menjadi ramuan atau tanaman abadi yang menjalar. Semua
bagian dari putri malu memiliki kegunaan obat yang luar biasa dan
manfaat kesehatan.Tanaman putri malu dipersenjatai dengan duri
yang berbaris dan sensitif. Tanaman ini menjadi kandidat herbal
yang menjanjikan. Untuk menjalani eksplorasi lebih lanjut, yang
terlihat dari profil farmakologisnya, ramuan putri malu telah
digunakan secara tradisional selama berabad-abad, dalam
pengobatan gangguan urogenital, wasir, disentri, sinus, dan juga
dioleskan pada luka.

129

Terdapat bukti percobaan yang menyatakan, paling sedikit pada
beberapa tanaman, bahwa prilaku plagiogeotropis adalah hasil dari dua
rangsangan yang bertentangan, satu ortogeotropis dan yang lain epinasti
atau hiponasti. Sebagai contoh sebuah organ yang plagiotropis negatif
akan merupakan ortpgeotropis negatif dan epinasti, sudut keseimbangan
dicapai dimana kedua kecendrungan ini saling menetralisasikan satu
sama lainnya.
Gerakan yang dikendalikan gayaberat lainnya juga dikaitkan dengan
asimetris internal dari organ-organ. Daun dari banyak tanaman berada
pada keseimbangan geotropis jika bidang lamina tegak lurus dengan
vektor gravitasi dengan sisi adaksial paling atas. Perpindahan sudut akan
diikuti oleh memuatnya gagang daun atau bahkan cabang penahan
sehingga membawa lamina kembali ke bidang semulanya. Fenomena ini
dikenal sebagai geotrofisme.

3. HIDROTROPISME

Hidrotropisme adalah gerak tropisme yang disebabkan adanya
rangsangan berupa air. Gerak akar tumbuhan selalu menuju ke tempat
yang basah (berair).
Misalnya; Gerakan akar kaktus untuk mencari air.

Gambar 5.9

130

4. KEMOTROPISME

Kemotropisme adalah gerak tropisme yang disebabkan adanya
rangsangan berupa zat kimia. Misalnya: Gerakan akar yang menuju
unsur hara ataupupuk dalam tanah.

Gambar 5.10

5. TIGMOTROPISME

Tigmotropisme adalah pergerakan pertumbuhan sel tanaman yang
dirangsang oleh sentuhan. Kata ini berasal dari bahasa Yunani "thigma"
yang berarti "sentuhan". Contoh dari tigmotropisme adalah
pertumbuhan tanamansulur seperti anggur dan tanaman yang
pertumbuhannya merambat dan memiliki sulur yang membelit bagian
penopangnya dan pada Brunnichia ovate.
Sulur tanaman akan tumbuh lurus hingga menyentuh sesuatu. Adanya
kontak sulur tersebut merangsang sulur untuk tumbuh melilit karena
terjadi perbedaan kecepatan pertumbuhan karena sel-sel yang terkena

131

sentuhan akan memproduksi auksin dan pertumbuhannya menjadi lebih
cepat hingga membengkok dan melilit sumber sentuhan . Contoh
lainnya adalah sentuhan angin kencang pada tebing bukit membuat
pohon-pohon yang tumbuh di sekitarnya memiliki batang yang lebih
pendek dan gemuk apabila dibandingakan dengan pohon yang sama
pada daerah yang terlindungi dari angin kencang. Respon
perkembangan tumbuhan terhadap gangguan mekanis ini biasa disebut
tigmomorfogenesis dan umumnya disebabkan peningkatan produksi
etilen. Gas etilen ini merupakan hormon yang dibentuk sebagai respons
terhadap rangsangan sentuhan yang hebat.

Gambar 5.11

Gambar 5.12

132

6. TERMOTROPISME

Termotropisme adalah pergerakan pertumbuhan tanaman yang
dipengaruhi oleh rangsangan berupa panas atau perubahan panas. Salah
satu contoh termotropisme adalah pertumbuhan daun tanaman
Rhododendron yang dapat menjadi keriting dan menunduk ke bawah
apabila suhu lingkungan mencapai -1 ° C. Hal ini diduga merupakan
salah satu cara menghindari kekeringan daun di musim dingin dan
mencegah pembukaan stomata. [5] Pada pagi hari di musim dingin,
daun Rhododendron akan menunduk ke arah bawah karena adanya
kenaikan suhu yang disebabkan sinar matahari pagi[6]. Akibatnya,
membran selular yang membeku akan mencair dan peristiwa ini terjadi
berulang-ulang setiap hari pada musim dingin. Untuk menghindari
kerusakan membran selular karena peristiwa pencairan-beku berulang,
daun tanaman ini akan menghadap ke bawah dan keriting. . Sebagian
dari ujung batang tanaman akan tumbuh dan bergerak ke arah sumber
panas apabila suhunya rendah, namun bila suhunya tinggi, ujung batang
akan menjauhi sumber panas tersebut. Sementara itu, pertumbuhan akar
terhadap rangsangan panas belum ditemukan dengan jelas karena setiap
tanaman memiliki karakteristik pergerakan pertumbuhan yang berbeda-
beda antara yang satu dengan yang lain.

7. SKOTOTROPISME

Skototropisme (bahasa Yunani, skotos, erarti kegelapan, kekelaman)
adalah pergerakan pertumbuhan ke arah kegelapan.

2. GERAK NASTI

Gerak nasti adalah gerak bagian tumbuhan yang dipengaruhi oleh
rangsangan. namun arahnya tidak dipengaruhi oleh arah datangnya
rangsangan. Kata nasti berasal dari bahasa Yunani, yaitu nastos yang
berarti dipaksa mendekat. Oleh karena itu, arah gerak dari bagian tubuh
tumbuhan yang melakukan gerak nasti ditentukan oleh tumbuhan itu
sendiri.
Contoh:

133

 Menutupnya daun putri malu dan tumbuhan Venus karena
sentuhan

 Menutupnya daun majemuk pada tanaman polong saat malam
hari

 Membuka dan menutupnya bunga pukul empat

 Membuka serta menutupnya stomata

Ditinjau dari macam sumber rangsangannya, gerak nasti dibedakan
menjadi:

 Fotonasti
 Niktinasti
 Tigmonasti
 Termonasti
 Haptonasti

 Nasti Kompleks

a. FOTONASTI
Fotonasti adalah gerak nasti pada tumbuhan yang disebabkan
oleh rangsangan cahaya matahari.
Misalnya:
 Bunga pukul sembilan yang mekar sekitar pukul
sembilan.

 Bunga pukul empat (Mirabilis jalapa) yang akan mekar

pada sore hari dan menutup esok paginya.

Gambar 5.13

134

b. NIKTINASTI

Niktinasti adalah gerak nasti yang disebabkan oleh suasana
gelap. Istilah niktinasti berasal dari bahasa Yunani, nux yang
berarti malam. Umumnya, daun-daun tumbuhan polong-
polongan (Leguminosaceae) akan menutup pada waktu malam.
Daun-daun tersebut akan membuka kembali pada pagi hari.
Selain disebabkan oleh suasana gelap, gerak ―tidur‖ daun-daun
tersebut dapat terjadi akibat perubahan tekanan turgor di dalam
persendian daun.
Misalnya:
Gerak tidur daun pohon turi di malam hari, yang mengatupkan
daunnya saat hari mulai gelap. Tanaman Kembang Turi yang
daunnya membuka lebar sepanjang hari (pagi hingga menjelang
sore hari). Tanaman Kembang Turi yang daunnya menutup
(gerak tidur) menjelang malam hari sampai menjelang pagi hari.

Gambar 5.14

c. TIGMONASTI
Tigmonasti adalah gerak nasti yang disebabkan oleh rangsangan
mekanis berupa sentuhan atau tekanan. Istilah tigmonasti berasal dari

135

bahasa Yunani, yaitu thigma yang berarti sentuhan. Gerak tigmonasti
disebut juga dengan seismonasti. Misalnya: Gerak mengatupnya daun
putri malu karena terkena sentuhan. Respon mengatup (seperti layu)
akan terjadi dalam waktu singkat sekitar 1-2 detik. Untuk kembali ke
posisi semula, tumbuhan putri malu membutuhkan waktu lebih kurang
10 menit. Mekanisme gerak ini juga disebabkan oleh pengaruh
perubahan tekanan turgor di dalam sel-sel padapersendian daun.

Gambar 5.15

Gambar 5.16

d. TERMONASTI

Termonasti adalah gerak nasti yang disebabkan oleh rangsangan
suhu.
Misalnya;
Mekarnya bunga tulip pada saat suhu udaranya sesuai

136

Gambar 5.17

Gambar 5.18

e. HAPTONASTI

Haptonasti adalah gerak nasti yang terjadi pada tumbuhan
insektivora yang disebabkan oleh sentuhan serangga.
Misalnya: Menutupnya daun tanaman kantung semar dan Venus
ketika tersentuh serangga kecil. Jika seekor serangga mendarat
di permukaan daun, daun serangga tersebut terperangkap dan
tidak dapat keluar.

Gambar 5.19

137

Gambar 5.20

Gambar 5.21

138

Gambar 5.22

f. NASTI KOMPLEKS

Nasti kompleks adalah gerak nasti yang disebabkan oleh
beberapa faktor sekaligus. Rangsangan yang diterima dapat
berupa: cahaya matahari, suhu, air dan zat kimia. Contoh gerak
nasti kompleks adalah gerakan membuka dan menutup pada
stomata.

Gambar 5.23

139

Gambar 5.24

Gambar 5.25

3. GERAK TAKSIS

Taksis adalah gerak seluruh atau bagian tubuh tumbuhan yang
berpindah tempat dan arah perpindahannya dipengaruhi oleh arah
datangnya rangsangan.
Ditinjau dari macam sumber rangsangannya, taksis dibedakan menjadi:

1. Fototaksis

2. Kemotaksis

140

1. FOTOTAKSIS
Fototaksis adalah gerak taksis yang disebabkan oleh adanya
rangsangan berupa cahaya. Misalnya: Klorofil (zat hijau daun)
yang bergerak menuju arah datangnya cahaya.

Gambar 5.26

2. KEMOTAKSIS
Kemotaksis adalah gerak taksis yang disebabkan oleh
rangsangan berupa zat kimia.
Misalnya: Spermatozoa yang bergerak menuju sel telur pada
peristiwa pembuahan (metagenesis) tumbuhan lumut
(Bryophyta). Sel telur (ovum) mengeluarkan zat kimia (gula dan
protein) yang dapat merangsang spermatozoa untuk bergerak
mendekatinya.

Gambar 5.27

141

Gambar 5.28

Gambar 5.29

142

ACTIVITY

143