KLOROPLAS

KLOROPLAS

Kloroplas merupakan salah satu organela yang terdapat pada sel tumbuhan. Pada sel-sel tumbuhan tingkat tinggi umumnya berisi antara 50-200 buah kloroplas. Kloroplas dapat dilihat dengan mikroskop cahaya dengan perbesaran yang paling kuat. Panjangnya antara 5-10um. Dilihat dari atas bentuknya lonjong atau ellipsoid, dilihat dari salah satu sisinya dapat berupa permukaan atas cembung dan permukaan bawahnya cekung, atau flat (lembaran lonjong), atau bikonvek (kedua permukaannya cembung).

Pada tumbuhan bentuk kloroplas bervariasi. Pada euglena gracilis terdapat 10 buah kloroplas tiap-tiap selnya, pada chlamidomonas terdapat 1 kloroplas berbentuk mangkuk. Ganggang spirogyra mempunyai kloroplas seperti pita yang letaknya spiral di sepanjang sel nya

Kloroplas mempunyai membran rangkap, antara membran luar dan membran dalam dipisahkan oleh ruang antar membran. Membran dalam tidak membentuk krista seperti mitokokndria, namun berhubungan dengan kompleks membran di bagian dalamnya. Disela-sela komplek membran berisi atmorf disebut stroma. Di dalam stroma, grana dan stroma tilakoid tersuspensi. Jadi stroma setara dengan matriks mitokondria.

Kompleks membran internal sebangian besar mempunyai bentuk seperti kantung pipih yang disebut tilakoid. Tumpukan tilakoid disebut granum. Satu tilakoid dari granum disebut tilakoid granum. Sebuah tilakoid yang melebar kedalam srtoma disebut tilakoid stroma. Tilakod yang menghubungkan antar grana disebut fret. Pada beberapa literature tidak terdapat istilah tilakoid grana. Fret umumnya disebut lamella grana. Bagian dalam tilakoid disebut lokulus.

Dengan adanya komplek membran pada kloroplas terdapat kompartemen yang terpisah yaitu ruang membran, lokulus, dan stroma. Dari kebanyakan hasil eksperimen membuktikan bahwa lokulus merupakan ruangan yang terpisah dari ruang antar membran. Tilakoid merupakan tempat berlangsungnya reaksi terang fotosintesis. Sedangkan stroma merupakan tempat berlangsungnya reaksi gelap fotosintesis.

1.      Membran luar kloroplas

Membran luar kloroplas tumbuhan tinggi dipisahkan dari membran dalam oleh ruang antar membran yang tebalnya 10nm. Membran ini permeabel terhadap senyawa-senyawa dengan berat molekul rendah seperti nukleotida, fosfst inorganik, derivat yang mengandung fosfat, asam karboksilat, dan sukrosa. Jadi ruang antar membran dapat dengan bebas menggunakan segala macam molekul nutrien dari sitosol. Dilihat dari permeabilitasnya, fungsi membran luar kloroplas dan mitokondria mempunyai persamaan.

2.      Membran dalam kloroplas

Membran dalam kloroplas merupakan barrier/penghalang sitosol dan sitoplasma kloroplas. Membran dalam permeabel terhadap sukrosa, sorbitol, dan bermacam-macam anion misalnya di trikarboksilat, fosfat, persenyawaan-persenyawaan seperti nukleotida dan gula fosfat.

Meskipun membran dalam impermeable terhadap sejumlah persenyawaan, namun membran dalam permeabel terhadap CO2, dan asam monokarboksilat tertentu seperti asam asetat, asam gliserat, dan asam glikolat, serta kurang permeabel terhadap asam amino.

Seperti membran dalam mitokondria, membran dalam loroplas berisi karier khusus untuk mentranspor agen metabolic penting dalam fotosintesis seperti fosfat, fosfogliserat, dihidroksoaseton fosfat, dikarboksilat dan ATP.

3.      Sistem membran internal

Membran internal merupakan jaringan membran yang sangat komplek pada stroma. Mengenai bentuk yang sebenarnya, telah diketahui dengan pasti bahwa membran tilakoid berisi enzim-enzim yang lengkap untuk reaksi terang fotosintesis. Disinilah terdapat klorofil, pembawa elektron, dan faktor yang menggandeng transpor elektron pada fosforilasi.

Mikrograf elektron dari sitem membran internal dapat menunjukkan adanya struktur berkepala seperti yang terdapat pada mitokondria. Sebagaimana kita ketahui bahwa struktur berkepala ini adalah partikel F¹ yang merupakan tempat aktifitas ATPase dan sintesis ATP.

4.      Stroma dan inklusinya

Stroma merupakan tempat enzim-enzim yang penting untuk asimilase CO2 menjadi karbohidrat. Berbagai partikel sering ditemukan dalam stroma, diantaranya adalah partikel amilum yang panjangnya dapat mencapai 2um. Fiksasi dengan osmium tertraoksidavdapat dilihat adanya partikel plastoglobulin yang letaknya bebas dalam stroma. Stroma juga tempat penimbunan lemak terutama plastoqiunon dan tokoforilqiunon. Pada stroma terdapat pula ADN dan ribosom.

REAKSI GELAP FOTOSINTESIS

Dengan terbentuknya ATP dan NADPH maka tumbuhan hijau siap mensintesis karbohidrat. Reaksi ini berlangsung di stroma kloroplas. Reaksi ini dinamakan reaksi gelap karena reaksi ini walaupun terjadi di siang hari tetapi tidak peka terhadap cahaya matahari. Didalam reaksi ini terjadi pengikata CO2

1.      Hasil pengikatan CO2 pertamakali yang stabil pada fotosintesis

Penelitian ini sebenarnya untuk mengetahui molekul apa yang sebenarnya dapat mengikat CO2 dalam fotosintesis. Penelitian ini pertama kali dilakukan oleh M.Cslvin, menggunakan kultur ganggang Chlorella dan 14CO2. Calvin beranggapan bila kedalam kultur diberikan 14CO2 cukup dan penyinaran dengan waktu yang lama maka akan dihasilkan senyawa-senyawa yang cukup banyak, dan sebaliknya bila diberikan penyinaran dengan waktu yang sngat pendek, maka akan dihasilkan satu macam senyawa saja dan stabil. Ternyata penyinaran selama 5 detik hanya terbentuk satu senyawa yang stabil yaitu asam fofogliserat. Calvin kemudian melakukan pengukuran radioaktivitasnya. Dari senyawa-senyawa yang terjadi, dalam keadaan terang dan gelap ternyata ada dua senyawa yang mengalami perubahan radioaktivitas, yaitu PGA dan RuBP.

2.      Jalur C-3

Jalur C-3 juga dinamakan jalur Calvin, dari nama orang penemu jalur pengikatan CO2 pada fotosintesis menggunakan jalur C-3 untuk mengikat CO2 nya, ssehingga jalur ini merupakan jalur yang dominan. Didalam jalur ini CO2 diikat oleh RuBP menjadi 2 molekul 3-PGA, suatu senyawa dengan 3 atom C.

Reaksi ini di katalisir oleh enzim RuBP-karboksilase yang akan bekerja dengan baik apabila kadar CO2 yang diikat relatif tinggi. Senyawa 3-PGA bukan senyawa yang bertenaga tinggi, bahkan tingkat tenaga 2 molekul PGA itu lebih rendah dari 1 molekul RuBP. Karena itu reaksi pengikatan ini berjalan spontan, tanpa menggunakan ATP hasil reaksi terang.

3.      Jalur C-4

Pada tahun 1965 kortschak dan Burr dari Hawai menemukan pada tubu bahwa senyawa stabil yang pertama dibentuk dalam pengikatan CO2 adalah asam malat, bukan 3-PGA. Penemuan ini didukung oleh hatch dan slack dari australia yang pada tahun 1966 mendapatkan hasil yang serupa pada beberapa jenis Gramineae, sehingga Hatch dan Slack kemudian menyusun daur C-4 dalam pengikatan CO2 pada tumbuhan yang membentuk asam malat atau asam aspartat sebagai senyawa stabil yang pertama. Daur ini kemudian dikenal dengan nama daur Hatch dan Slack. Pada tumbuhan yang menggunakan jalur C-4 ini, CO2 udara mula-mula diikat oleh asam fosfoenolpiruvat (PEP), dengan bantuan enzim PEP-karboksilase menjadi asam oksaloasetat (OAA) yang mempunyai 4 atom C.

Asam ini kemudian diubah menjadi asam malat atau asam aspartat bila bereaksi dengan NH3.

Reaksi ini berlangsung dalam kloroplas sel-sel mesofil daun. Asam malat atau asam aspartat yang dibentuk kemudian akan diangkut ke dalam sel-sel seludang berkas pengangkut, yaitu sel-sel parenkim yang mengandung kloroplas dan mengelilingi berkas pengangkutan daun. Didalam sitoplasmanya asam malat akan mengalami dekarboksilasi menjadi CO2 dan asam piruvat. CO2 kemudian dibawa masuk kedalam kloroplas dan diikat oleh RuBP menjadi 3-PGA, kemudian direduksi oleh jalur Calvin. Asam piruvat yang terbentuk diangkut kembali ke sel-sel mesofil untuk diubah menjadi PEP dengan menggunakan tenaga dari ATP.

Golongan tumbuhan yang menggunakan jalur C-4, disebut tumbuhan C-4, dan mempunyai struktur anatomi ynag khas, yaitu adanya sel-sel seludang berkas pengangkut.

Pemisahan tingkat pengikatan CO2 udara dan tempat reduksinya ini sangat menguntungkan bagi tumbuhan C-4 karena enzim PEP-karboksilase mempunyai daya untuk menarik CO2 lebih tinggi daripada RuBP-karboksilase, sehingga PEP-karboksilase masih dapat mengikat CO2, walaupun kadar CO2 di dalam daun lebih rendah dari pada udara. Dengan sifat PEP-karboksilase yang demikian berarti tumbuhan C-4 masih dapat mengikat CO2 dengan stoma setengah menutup untuk mengurangi adanya transpirasi, sehingga lebih efisien dalam penggunaan air. Disampin itu pemecahan asam malat di dalam sel seludang berkas pengangkut menyebabkan kadar CO2 dalam kloroplas relatif tinggi sehingga daur Calvin dapat lebih giat.

4.      Jalur CAM

Cam adalah kependekan dari Crassulacean Acid Metabolism, yaitu sitem metabolisme asam pada tumbuhan dari golongan Crassulaceae. Tumbuhan ini kebanyakan tumbuh di daerah kering atau epifit sehingga umumnya berdaging untuk menyimpan air dan stomanya menutup pada siang hari untuk mengurangi transpirasi. Karena stomanya membuka pada malam hari, maka pengikatan CO2 juga dilakukan pada malam hari, maka pengikatan CO2 nya hanpir sama dengan tanaman C-4, namun di dalam jalur CAM ini tidak ada pemisahan antara tempat pengikatan CO2 dengan tempat reduksinya. Semuanya berlangsung di dalam sel-sel mesofil dan pemisahan hanya terjadi dalam hal waktu pengikatan CO2 udara. Pada malam hari CO2 diikat oleh PEP menjadi OAA (asam oksalo asetat), kemudian akan diubah menjadi asam malat. Asam malat ini akan disimpan dalam vakuola sel, karena penimbunan asam di dalam plasma sel dapat menghambat metabolisme sel. Baru pada keesokan hariny asam malat dibawa masuk ke dalam kloroplas, dan diikat serta direduksi melalui daur Calvin.