Bagaimana tumbuhan, alga, dan cyanobacteria mengubah sinar matahari, air, dan karbon dioksida menjadi bahan bakar kehidupan
Fotosintesis
Fotosintesis adalah proses yang menggunakan energi cahaya untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi gula sambil melepaskan oksigen. Energi ini memberi energi pada tumbuhan, ganggang, banyak mikroba, jaring makanan, oksigen di atmosfer, dan bagian dari siklus karbon bumi, menjadikannya salah satu proses biologis terpenting di planet ini.
Apa itu fotosintesis
Fotosintesis adalah proses biologis yang menangkap energi cahaya dan menyimpannya dalam ikatan kimia. Pada tumbuhan dan alga, ia menggunakan sinar matahari, karbon dioksida, dan air untuk membuat gula yang dapat mendorong pertumbuhan, perbaikan, penyimpanan, dan reproduksi. Oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan. Prosesnya bukan sekedar “tanaman menghasilkan makanan?”; ini adalah hubungan utama antara sinar matahari, sel hidup, atmosfer, dan siklus karbon.
Dimana hal itu terjadi
Pada tumbuhan dan alga, fotosintesis terjadi terutama di dalam kloroplas, struktur sel khusus yang mengandung klorofil dan pigmen lainnya. Klorofil menyerap cahaya, terutama panjang gelombang merah dan biru, dan memantulkan banyak cahaya hijau, itulah sebabnya banyak daun terlihat hijau. Pada cyanobacteria, fotosintesis terjadi melintasi membran internal, bukan di dalam kloroplas, namun gagasan intinya serupa: pigmen menangkap cahaya dan memindahkan elektron melalui reaksi terorganisir.
Reaksi terang
Tahap pertama sering disebut reaksi bergantung cahaya. Energi cahaya menggairahkan elektron dalam molekul pigmen, dan elektron tersebut bergerak melalui kompleks protein di membran tilakoid. Molekul air dipecah untuk menggantikan elektron yang hilang, melepaskan oksigen. Aliran energi membantu membuat ATP dan NADPH, dua molekul pembawa energi yang menggerakkan tahap fotosintesis berikutnya.
Siklus Calvin
Tahap besar kedua adalah siklus Calvin, kadang-kadang disebut fiksasi karbon. Ia tidak memerlukan cahaya secara langsung, tetapi bergantung pada ATP dan NADPH yang dihasilkan oleh reaksi terang. Enzim Rubisco membantu menempelkan karbon dioksida ke molekul yang sudah ada, dan serangkaian reaksi mengatur ulang karbon menjadi molekul pembentuk gula. Siklus tersebut juga harus meregenerasi molekul awalnya agar proses dapat berlanjut.
Mengapa oksigen dilepaskan
Oksigen yang dilepaskan selama fotosintesis berasal dari air, bukan langsung dari karbon dioksida. Ketika air dipecah selama reaksi terang, elektron dan ion hidrogen digunakan dalam mesin fotosintesis, sementara atom oksigen bergabung dan keluar sebagai gas oksigen. Seiring waktu, fotosintesis yang menghasilkan oksigen mengubah atmosfer bumi dan memungkinkan kehidupan kompleks yang menghirup oksigen.
Fotosintesis dan karbon
Fotosintesis menghilangkan karbon dioksida dari udara atau air dan menggunakannya untuk membangun molekul organik. Sebagian dari karbon tersebut menjadi daun, kayu, akar, plankton, bahan tanah, atau makanan bagi organisme lain. Beberapa kembali dengan cepat ke atmosfer melalui respirasi dan pembusukan. Beberapa diantaranya dapat bertahan lebih lama di hutan, tanah, sedimen, atau sistem laut, itulah sebabnya fotosintesis sangat penting dalam diskusi iklim dan ekosistem.
Adaptasi dan batasan
Fotosintesis sangat kuat tetapi bukannya tidak terbatas. Terlalu sedikit cahaya, air, nutrisi, atau karbon dioksida dapat memperlambat pertumbuhan. Terlalu banyak panas dapat merusak enzim atau meningkatkan kehilangan air. Beberapa tumbuhan menggunakan fotosintesis C4 atau CAM untuk mengurangi kehilangan air atau meningkatkan penangkapan karbon di lingkungan yang panas, kering, atau terang. Adaptasi ini menunjukkan bahwa fotosintesis dibentuk oleh pertukaran antara energi, air, suhu, dan kelangsungan hidup.
Mengapa itu penting
Fotosintesis penting karena terletak di dekat dasar sebagian besar jaring makanan. Ini memberi makan tanaman, hutan, padang rumput, plankton, ternak, dan manusia. Ini memasok sebagian besar oksigen yang digunakan oleh hewan dan mikroba. Hal ini membentuk siklus karbon, mempengaruhi iklim, mendukung keanekaragaman hayati, dan menginspirasi teknologi seperti bahan bakar surya dan fotosintesis buatan. Tanpa fotosintesis, permukaan bumi akan menjadi tempat yang sangat berbeda.