radiokimia

KIMIA INTI DAN RADIOKIMIA

Kimia inti adalah kajian mengenai perubahan-perubahan dalam inti atom. Perubahan ini disebut reaksi inti. Peluruhan radioaktif dan transmutasi inti merupakan reaksi inti.

Radiokimia mempelajari penggunaan teknik-teknik kimia dalam mengkaji zat radioaktif dan pengaruh kimiawi dari radiasi zat radioaktif tersebut.

Radioaktivitas adalah fenomena pemancaran partikel dan atau radiasi elektromagnetik oleh inti yang tidak stabil secara spontan .

Semua unsur yang memiliki nomor atom lebih besar dari 83 adalah radioaktif.

Peluruhan radioaktif terjadi melalui pemancaran partikel dasar secara spontan.

Contoh: polonium-210 meluruh spontan menjadi timbal-206 dengan memancarkan sebuah partikel α

Transmutasi inti dihasilkan dari pemboman inti oleh neutron, proton, atau inti lain.

Contoh: konversi nitrogen-14 atmosfer menjadi karbon-14 dan hidrogen

Nukleon : partikel-partikel penyusun inti, yaitu proton dan neutron

Nuklida : suatu spesies nuklir tertentu, dengan lambang:
Z = nomor atom

A = nomor massa = jumlah proton + neutron

N = neutron, biasanya tidak ditulis karena N = A-Z

Isotop : kelompok nuklida dengan nomor atom sama

Isobar : kelompok nuklida dengan nomor massa sama

Isoton : kelompok nuklida dengan neutron sama

Partikel Dasar yang umumnya terlibat dalam reaksi inti:
Nama
Lambang
Nomor atom
Nomor massa
Massa (sma)

Proton
P atau H
1
1
1,00728

Neutron
N
0
1
1,00867

Elektron
e
-1
0
0,000549

Negatron
β
-1
0
0,000549

Positron
β
+1
0
0,000549

Partikel alpha
He atau α
2
4
4,00150


Gelombang elektromagnet yang biasa terlibat dalam reaksi inti adalah γ (gamma) dengan massa 0 dan muatan 0.

Perbandingan antara reaksi kimia dan reaksi inti
No
Reaksi kimia
Reaksi Inti

1
Atom diubah susunannya melalui pemutusan dan pembentukan ikatan
Unsur (atau isotop dari unsur yang sama) dikonversi dari unsur yang satu ke lainnya

2
Hanya elektron dalam orbital atom atau molekul yang terlibat dalam pemutusan dan pembentukan ikatan
Proton, neutron, elektron dan partikel dasar lain dapat saja terlibat

3
Reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energi yang relatif kecil
Reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energi yang sangat besar

4
Laju reaksi dipengaruhi oleh suhu, tekanan, katalis dan konsentrasi
Laju reaksi biasanya tidak dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan katalis


Aturan dalam penyetaraan reaksi inti;
Jumlah total proton ditambah neutron dalam produk dan reaktan harus sama (kekekalan nomor massa)
Jumlah total muatan inti dalam produk dan reaktan harus sama (kekekalan nomor atom)

KESTABILAN INTI

Kestabilan inti tidak dapat diramalkan dengan suatu aturan. Namun, ada beberapa petunjuk empiris yang dapat digunakan untuk mengenal inti yang stabil dan yang bersifat radioaktif/tidak stabil, yaitu:
Semua inti yang mempunyai proton 84 atau lebih tidak stabil
Aturan ganjil genap, yaitu inti yang mempunyai jumlah proton genap dan jumlah neutron genap lebih stabil daripada inti yang mempunyai jumlah proton dan neutron ganjil
Bilangan sakti (magic numbers)

Nuklida yang memiliki neutron dan proton sebanyak bilangan sakti umumnya lebih stabil terhadap reaksi inti dan peluruhan radioaktif.

Bilangan tersebut adalah:

Untuk neutron : 2, 8, 20, 28, 50, 82 dan 126

Untuk proton : 2, 8, 20, 28, 50 dan 82.

Pengaruh bilangan ini untuk stabilitas inti sama dengan banyaknya elektron untuk gas mulia yang sangat stabil.
Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan perbandingan neutron-proton.

PITA KESTABILAN

Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Inti-inti yang tidak stabil cenderung untuk menyesuaikan perbandingan neutron terhadap proton, agar sama dengan perbandingan pada pita kestabilan. Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini.





Di atas pita kestabilan, Z <>

Untuk mencapai kestabilan :

inti memancarkan (emisi) neutron atau memancarkan partikel beta
Di atas pita kestabilan dengan Z > 83, terjadi kelebihan neutron dan proton

Untuk mencapai kestabilan :

Inti memancarkan partikel alfa
Di bawah pita kestabilan, Z <>

Untuk mencapai kestabilan :

Inti memancarkan positron atau menangkap elektron

ENERGI PENGIKAT INTI

Satu ukuran kuantitatif dari stabilitas inti adalah energi ikatan inti (nuclear binding energy, yaitu energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi komponen-komponennya, proton dan neutron. Kuantitas ini menyatakan konversi massa menjadi energi yang terjadi selama berlangsungnya reaksi inti eksotermik yang menghasilkan pembentukan inti .

Konsep energi ikatan berkembang dari kajian sifat-sifat inti yang menunjukkan bahwa massa inti selalu lebih rendah dibandingkan jumlah massa nukleon.

Contoh : isotop fluorine (F), intinya memiliki 9 proton, 9 elektron dan 10 neutron dengan massa atom yang terukur sebesar 18, 9984 sma.

Analisis perhitungan teoritis massa atom F:

Massa atom = (9 x massa proton) +(9 x massa elektron) + (10 x massa neutron)

= (9 x 1,00728 sma) + ( 9 x 0,000549 sma) + (10 x 1,00867)

= 19, 15708 sma

Harga massa atom F berdasarkan perhitungan ternyata lebih besar dibandingkan dengan massa atom terukur, dengan kelebihan massa sebesar 0,1578 sma.

Selisih antara massa atom dan jumlah massa dari proton, elektron dan neutron disebut cacat massa (mass defect).

Menurut teori relativitas, kehilangan massa muncul sebagai energi (kalor) yang dilepas ke lingkungan. Banyaknya energi yang dilepas dapat ditentukan berdasarkan hubungan kesetaraan massa-energi Einstein ( E = m c2).

ΔE = Δm c2

Dengan faktor konversi : 1 kg = 6,022 x 1026 sma

1 J = 1 kg m2/s2

Untuk atom F tersebut:

ΔE =( -0,1578 sma) (3x 108 m/s)2

= (-1,43 x 1016 sma m2/s2) x (1 kg/6,022 x 1026 sma) x (1 J/1 kg m2s2)

= -2,37 x 10-11 J

Ini merupakan banyaknya energi yang dilepas bila satu inti fluorin-19 dibentuk dari 9 proton dan 10 neutron. Energi yang diperlukan untuk menguraikan inti menjadi proton dan neutron yang terpisah adalah sebesar -2,37 x 10-11 J. Untuk pembentukan 1 mol inti fluorin, energi yang dilepaskan adalah:

ΔE = (-2,37 x 10-11 J) (6,022 x 1023/mol)

= -1,43 x 1013 J/mol

Dengan demikian, energi ikatan inti adalah 1,43 x 1013 J/mol untuk 1 mol inti fluorin-19, yang merupakan kuantitas yang sangat besar bila dibandingkan dengan entalpi reaksi kimia biasa yang hanya sekitar 200 kJ.

RADIOAKTIVITAS ALAMI

Disintegrasi inti radioaktif sering merupakan awal dari deret peluruhan radioaktif, yaitu rangkaian reaksi inti yang akhirnya menghasilkan pembentukan isotop stabil. Misalnya adalah deret peluruhan uranium-238 hingga menghasilkan timbal-206 yang stabil.

Jenis-jenis peluruhan radioaktif meliputi; peluruhan(pemancaran) alfa, peluruhan negatron, peluruhan positron, penangkapan elektron, peluruhan gamma, pemancaran neutron, pemancaran neutron terlambat dan pembelahan spontan.

Pembelahan spontan hanya terjadi pada nuklida-nuklida yang sangat besar dan membelah secara spontan menjadi dua nuklida yang massanya berbeda, misal Cf-254 membelah spontan menjadi Mo-108 dan Ba-142 dengan memancarkan 4 neutron.

Kinetika Peluruhan Radioaktif

Semua peluruhan radioaktif mengikuti kinetika orde pertama, sehingga laju peluruhan radioaktif pada setiap waktu t adalah:

Laju peluruhan pada waktu t = λN

λ = konstanta laju orde pertama

N = banyaknya inti radioaktif pada waktu t

ln Nt/N0 = - λt

dengan waktu paruh : t1/2 = 0,693/λ

TRANSMUTASI INTI

Pada tahun 1919, Rutherford berhasil menembak gas nitrogen dengan partikel alfa dan menghasilkan hidrogen dan oksigen. Reaksi ini merupakan transmutasi buatan pertama, yaitu perubahan satu unsur menjadi unsur lain. Coba tuliskan reaksinya!

Pada tahun 1934, Irene Joliot-Curie, berhasil membuat atom fosfor yang bersifat radioaktif dengan menembakkan aluminium dengan sinar alfa yang berasal dari polonium.

Beberapa contoh reaksi inti:

1) Penembakan atom litium-7 dengan proton menghasilkan 2 atom helium-4

2) Penembakan nitrogen-14 dengan neutron menghasilkan karbon-14 dan hidrogen

3) Penembakan aluminium-27 dengan proton menghasilkan magnesium-24 dan helium-4

Coba Anda tulis persamaan reaksinya!

Keaktifan (A)

Keaktifan suatu cuplikan radioaktif dinyatakan sebagai jumlah disintegrasi(peluruhan) per satuan waktu. Keaktifan tidak lain adalah laju peluruhan dan berbanding lurus dengan jumlah atom yang ada.

A = λ N

Satuan keaktifan adalah Curie (Ci) yang didefinisikan sebagai keaktifan dari 3,7 x 1010 disintegrasi per detik.

Satuan SI untuk keaktifan adalah becquerel dengan lambang Bq

1 Ci = 3,7 x 1010 Bq

Keaktifan jenis adalah jumlah disintegrasi per satuan waktu per gram bahan radioaktif.

Dosis Radiasi

Untuk menyatakan jumlah atau dosis radiasi yang diserap oleh zat-zat ditetapkan satuan untuk dosis. Di Amerika, satuan dosis yang umum adalah rad dengan lambang rd.

Satu rad setara dengan penyerapan 10-5 J per gram jaringan.

Satuan SI untuk dosis adalah gray dengan lambang Gy. Satu gray setara dengan energi sebanyak 1 joule yang diserap oleh setiap kg zat.

Radiasi neutron lebih berbahaya dari radiasi beta dengan energi dan intensitas yang sama. Untuk membedakan pengaruh radiasi digunakan satuan rem (radiation equivalen of man).

Satu rad sinar alfa lebih merusak daripada satu rad sinar beta. Oleh karena itu rad biasanya dikalikan dengan faktor yang mengukur kerusakan biologi relatif yang disebabkan oleh radiasi. Faktor ini disebut RBE (Relative Biologycal Effetiveness of Radiation). Hasil kali rad dan RBE menghasilkan dosis efektif yang disebut rem (Rontgen Equivalent for Man).

Satu rem suatu macam radiasi akan menghasilkan pengaruh biologi yang sama.

Contoh:

Dosis 0 – 20 rem pengaruh kliniknya tidak terdeteksi , dosis 20-50 sedikit pengaruh pengurangan sementara butir darah putih, dosis 100-200 terdapat pengaruh banyak pengurangan butir darah putih dan pada dosis lebih dari 500 rem dapat menyebabkan kematian.

FISI INTI

Fisi inti (nuclear fission) /reaksi fisi adalah proses di mana suatu inti berat (nomor massa >200) membelah diri membentuk inti-inti yang lebih kecil dengan massa menengah dan satu atau lebih neutron. Karena inti berat kurang stabil dibandingkan produknya, proses ini melepaskan banyak energi.

Reaksi fisi uranium-235:

Sebagai contoh adalah energi yang dihasilkan pada pembelahan 235 gram uranium-235 adalah ekivalen dengan energi yang dihasilkan pada pembakaran 500 ton batubara.

Selain besarnya jumlah energi yang besar, ciri penting dari fisi uranium-235 adalah adanya kenyataan bahwa lebih banyak neutron yang dihasilkan dibandingkan dengan yang semula ditangkap dalam prosesnya. Sifat ini memungkinkan berlangsungnya reaksi rantai inti, yaitu serangkaian reaksi fisi yang dapat berlangsung sendiri tanpa bantuan. Neutron yang dihasilkan selama tahap awal dari fisi dapat mengakibatkan terjadinya fisi dalam inti uranium-235 lain, yang selanjutnya menghasilkan neutron lebih banyak dan seterusnya. Dalam waktu kurang dari satu detik, reaksi dapat menjadi tak terkendali, membebaskan banyak sekali kalor ke lingkungan. Agar reaksi rantai terjadi, harus ada cukup uranium-235 dalam sampel untuk menangkap neutron, sehingga dikenal istilah massa kritis, yaitu massa minimum material terfisikan yang diperlukan untuk membangkitkan reaksi rantai inti yang dapat berlangsung sendiri.

APLIKASI FISI INTI

Bom Atom

Penerapan pertamakali fisi inti ialah dalam pengembangan bom atom. Faktor krusial dalam rancangan bom ini adalah penentuan massa kritis untuk bom itu. Satu bom atom yang kecil setara dengan 20.000 ton TNT. Massa kritis suatu bom atom biasanya dibentuk dengan menggunakan bahan peledak konvensional seperti TNT tersebut, untuk memaksa bagian-bagian terfisikan menjadi bersatu. Bahan yang pertama diledakkan adalah TNT, sehingga ledakan akan mendorong bagian-bagian yang terfisikan untuk bersama-sama membentuk jumlah yang lebih besar dibandingkan massa kritis.

Uranium-235 adalah bahan terfisikan dalam bom yang dijatuhkan di Hiroshima dan plutonium-239 digunakan dalam bom yang meledak di Nagasaki.

Reaktor Nuklir

Suatu penerapan damai tetapi kontroversial dari fisi inti adalah pembangkitan listrik menggunakan kalor yang dihasilkan dari reaksi rantai terbatas yang dilakukan dalam suatu reaktor nuklir. Ada 3 jenis reaktor nuklir yang dikenal, yaitu:
Reaktor air ringan. Menggunakan air ringan (H2O) sebagai moderator (zat yang dapat mengurangi energi kinetik neutron).
Reaktor air berat. Menggunakan D2O sebagai moderator.
Reaktor Pembiak (Breeder Reactor). Menggunakan bahan bakar uranium, tetapi tidak seperti reaktor nuklir konvensional, reaktor ini menghasilkan bahan terfisikan lebih banyak daripada yang digunakan.

FUSI INTI

Fusi inti (nuclear fusion) atau reaksi fusi adalah proses penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar. Reaksi ini relatif terbebas dari masalah pembuangan limbah.


Dasar bagi penelitian pemakaian fusi inti untuk produksi energi adalah perilaku yang diperlihatkan jika dua inti ringan bergabung atau berfusi membentuk inti yang lebih besar dan lebih stabil, banyak energi yang akan dilepas selama prosesnya.

Fusi inti yang terus-menerus terjadi di matahari yang terutama tersusun atas hidrogen dan helium.

Reaksi fusi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi sehingga reaksi ini sering dinamakan reaksi termonuklir. Suhu di bagian dalam matahari mencapai 15 jutaoC!!!!!!

Aplikasi Fusi Inti yang telah dikembangkan adalah bom hidrogen.

PENGGUNAAN RADIOISOTOP

Radioisotop adalah isotop suatu unsur yang radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik yang stabil maupun radioaktif memiliki sifat kimia yang sama.

Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut (untuk mengikuti unsur dalam suatu proses yang menyangkut senyawa atau sekelompok senyawa) dan sebagai sumber radiasi /sumber sinar.

Berikut beberapa contoh penggunaan radioisotop dalam berbagai bidang:

1. Bidang kimia

Teknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai reaksi kimia seperti esterifikasi dan fotosintesis.

Penetapan struktur senyawa kimia seperti ion tiosulfat.

Analisis pengenceran isotop dan analisis pengaktifan neutron (dalam bidang perminyakan, pengendalian polusi, obat-obatan, geologi, elektronika, kriminologi, oseanografi dan arkeologi).

2. Bidang kedokteran

Isotop natrium-24 digunakan untuk mengikuti peredaran darah dalam tubuh manusia , mempelajari kelainan pada kelenjar tiroid dengan isotop I-131, menentukan tempat tumor otak dengan radioisotop fosfor, Fe-59 untuk mengukur laju pembentukan sel darah merah. Kobalt-60 digunakan untuk pengobatan kanker, teknetium-99 untuk alat diagnostik gambaran jantung, hati dan paru-paru pasien.

3. Bidang pertanian

Radiasi gamma dapat digunakan untuk memperoleh bibit unggul dan radiisotop fosfor untuk mempelajari pemakaian pupuk oleh tanaman.

4. Bidang Industri

Untuk mendeteksi kebocoran pipa yang ditanam dalam tanah atau beton, menentukan keausan atau keroposan yang terjadi pada bagian pengelasan antar logam,

5. Penentuan umur batuan atau fosil

Pengertian Kromosom & Jumlah Kromosom Pada Manusia, Hewan Dan Tumbuhan

Pengertian Kromosom & Jumlah Kromosom Pada Manusia, Hewan Dan Tumbuhan
Fri, 08/02/2008 - 12:23am — godam64

A. Arti Definisi / Pengertian Kromosom

Kromosom adalah suatu struktur makromolekul yang berisi DNA di mana informasi genetik dalam sel disimpan. Kata kromosom berasal dari kata khroma yang berarti warna dan soma yang berarti badan Kromosom terdiri atas dua bagian, yaitu sentromer / kinekthor yang merupakan pusat kromosom berbentuk bulat dan lengan kromosom yang mengandung kromonema & gen berjumlah dua buah (sepasang).

B. Jumlah Kromosom Makhluk Hidup

Berikut ini adalah jumlah kromosom 2N dari manusia serta sebagian binatang dan tanaman di mana N adalah sebuah genom / jenis kromosom dan setiap genom memiliki dua kromosom :

1. Manusia Memiliki 46 Kromosom
2. Anjing Memiliki 78 Kromosom
3. Ayam Memiliki 78 Kromosom
4. Bawang Memiliki 16 Kromosom
5. Beras Memiliki 24 Kromosom
6. Bintang Laut Memiliki 94 Kromosom
7. Buncis Memiliki 22 Kromosom
8. Cacing Tanah Memiliki 36 Kromosom
9. Cemara Memiliki 24 Kromosom
10. Gamdum Bir Memiliki 14 Kromosom
11. Gandum Roti Memiliki 42 Kromosom
12. Hidra Memiliki 32 Kromosom
13. Ikan Mas Memiliki 94 Kromosom
14. Jagung Memiliki 14 Kromosom
15. Jamur Memiliki 4 Kromosom
16. Kacang Polong Memiliki 14 Kromosom
17. Kalkun Memiliki 82 Kromosom
18. Kapah Penicillium Memiliki 2 Kromosom
19. Kapas Memiliki 52 Kromosom
20. Katak Memiliki 26 Kromosom
21. Kecoa Memiliki 23 / 24 Kromosom
22. Keledai Memiliki 62 Kromosom
23. Kentang Memiliki 48 Kromosom
24. Kera Memiliki 48 Kromosom
25. Ketimun Memiliki 14 Kromosom
26. Kubis Memiliki 18 Kromosom
27. Kucing Memiliki 38 Kromosom
28. Kuda Memiliki 64 Kromosom
29. Lalat Rumah Memiliki 12 Kromosom
30. Lobak Memiliki 18 Kromosom
31. Merpati Memiliki 80 Kromosom
32. Nyamuk Memiliki 6 Kromosom
33. Ragi Memiliki 34 Kromosom
34. Sapi Memiliki 60 Kromosom
35. Simpanse Memiliki 48 Kromosom
36. Tembakau Memiliki 48 Kromosom
37. Tikus Rumah Memiliki 40 Kromosom
38. Tikus Sawah Memiliki 42 Kromosom
39. Tomat Memiliki 24 Kromosom
40. Ulat Sutera Memiliki 56 Kromosom

Pngrtian Gen n Kromosom

Pengertian Gen dan Kromosom

KROMOSOM
adalah struktur benang dalam inti sel yang bertanggung jawab dalam hal sifat keturunan (hereditas). Kromosom adalah KHAS bagi makhluk hidup.

GEN adalah "substansi hereditas" yang terletak di dalam kromosom.

Gen bersifat antara lain :
- Sebagai materi tersendiri yang terdapat dalam kromosom.
- Mengandung informasi genetika.
- Dapat menduplikasikan diri pada peristiwa pembelahan sel.

Sepasang kromosom adalah "HOMOLOG" sesamanya, artinya mengandung lokus gen-gen yang bersesuaian yang disebut ALELA.

LOKUS adalah lokasi yang diperuntukkan bagi gen dalam kromosom.
ALEL GANDA (MULTIPLE ALLELES) adalah adanya lebih dari satu alel pada lokus yang sama.

Dikenal dua macam kromosom yaitu:

1. Kromosom badan (Autosom).
2. Kromosom kelamin / kromosom seks (Gonosom).

THOMAS HUNT MORGAN
adalah ahli genetika dari Amerika Serikat yang menemukan bahwa faktor-faktor keturunan (gen) tersimpan dalam lokus yang khas dalam kromosom.

Percobaan untuk hal ini dilakukan pada lalat buah (Drosophila melanogaster) dengan alasan sebagai berikut:

- Cepat berkembang biak,
- Mudah diperoleh dan dipelihara,
- Cepat menjadi dewasa (umur 10 - 14 hari sudah de~wasa),
- Lalat betina bertelur banyak,
- Hanya memiliki 4 pasang kromosom, sehingga mudah diteliti.

3 keajaiban hari jum'at

Tiga Keajaiban Di Jumat Agung

29
Bagikan

Penulis : Dr. Eben Nuban Timo

JUMAT Agung adalah hari yang istimewa. Tidak biasanya orang Kristen bersekutu pada hari Jumat. Hari persekutuan dan ibadah Kristen sepanjang segala masa adalah hari pertama dalam seminggu. Bukan hari keenam, atau Jumat. Dan kalau anak-anak kita bertanya: "Mengapa Jumat Agung lain dari Jumat-Jumat yang biasa? Jawaban yang pasti dari para orangtua: "Karena pada hari Jumat Agung Yesus Kristus mati. Ia disalibkan dan menyerahkan nyawanya sebagai tebusan bagi banyak orang". Tentu saja jawaban ini benar. Tuhan Yesus mati pada hari Jumat.

Jumat Agung adalah hari yang unik. Kalau Matius hanya mencatat dua hal luar biasa. Lukas mencatat bagi kita tiga kejadian ajaib yang membuat Jumat yang satu itu lain dari kebanyakan hari Jumat. Pertama, kegelapan meliputi seluruh daerah itu selama tiga jam. Kedua, tabir Bait Suci terbelah dua. Ketiga, kepala pasukan penyaliban memuliakan Allah di depan umum. Tulisan ini akan terfokus pada ketiga keajaiban di Jumat yang Agung. Pertama: ada kegelaan meliputi seluruh daerah itu dari jam dua belas sampai jam tiga.

Matahari tidak mau bersinar. Bumi menjadi gelap. Mengapa begitu? Para ilmuwan bisa saja menjawab: ya itu terjadi karena gerhana matahari total yang terjadi pada waktu itu. Jawaban ini tidak mungkin. Karena gerhana matahari hanya bisa terjadi jika bulan gelap. Tetapi pada saat itu orang Yahudi merayakan paskah. Perayaan paskah selalu terjadi pada saat bulan purnama. Menurut perhitungan kalender Israel bulan baru selalu mulai dengan awal munculnya bulan. Hari keempat belas dari bulan baru, yaitu saat dimana domba paskah harus disembelih, jatuh sama dengan bulan purnama. Pada waktu itu posisi bulan berseberangan dengan matahari. Bumi berada di antara bulan dan matahari. Gerhana matahari hanya mungkin terjadi kalau bulan berada di antara matahari dan bumi.

Jadi gelap gulita yang terjadi pada hari Jumat Agung tidak ada sangkut paut dengan gerhana matahari. Kegelapan saat itu adalah sebuah kejadian yang janggal. Ia bukan gejala alam biasa, yakni gerhana matahari. Lalu apa sebenarnya penyebab kegelapan itu?

Saya ajak kita melakukan anjangsana ke perjanjian lama. Baiklah kita ingat kembali kisah penciptaan. Kalimat pertama dari Alkitab berbunyi: "Pada mulanya Allah menciptakan langit dan bumi. Bumi belum terbentuk dan kosong. Gelap gulita menutupi samudera raya".

Bumi berada dalam gelap. Bumi baru mengenal terang waktu Allah mulai bertindak. Itu sebabnya Kitab Kejadian melaporkan bahwa pekerjaan yang dilakukan Allah pada hari pertama adalah "menjadikan terang". Terang datang dari Allah. Karya Allah identik dengan terang. Dan karya Allah berlangsung dalam terang.

Allah menciptakan terang pada hari pertama. Tapi itu saja belum cukup. Pada hari keempat, terang itu dilipatgandakan lagi oleh Allah dengan menciptakan benda-benda penerang. Apakah dengan itu gelap sudah terusir dari dunia? Ternyata tidak. Kegelapan masih saja ada. Yesaya 9:1 masih bicara tentang bangsa yang berjalan dalam kegelapan. Bagaimana itu mungkin, padahal Allah sudah menjadikan terang dan membuat benda-benda penerang?

Rupanya betapa pun baik dan berguna terang itu, ia tidak mampu menghalau semua kejahatan dari muka bumi. Karena terang itu hanyalah ciptaan. Untuk benar-benar menghalau kegelapan dari muka bumi, terang yang sejati harus datang ke dalam dunia. Yesuslah terang yang sejati. Terang yang sesungguhnya. Terang yang diciptakan Allah pada hari pertama dan yang dipancarkan dari benda-benda penerang hanyalah pantulan atau refleksi dari terang yang sejati itu. Terang dalam Kejadian 1:3 dan terang yang dipancarkan benda-benda penerang, yaitu matahari, bulan dan bintang, tidak memiliki terang sendiri. Mereka menjadi terang karena ada terang yang sejati, yaitu Allah. Manusia harus dapat mengerti terang dan fungsinya jika mereka ada dalam terang. Itu sebabnya pemazmur 36:10 berkata: in lumine tou videmus lumen yang artinya: "dalam terangmu kami melihat terang".

Lalu apa hubungan gelap gulita di Jumat yang Agung dengan data yang saya kemukakan ini? Yang pertama, dengan cerita ini Lukas hendak menegaskan bahwa dunia kembali kepada keadaannya semula. Dunia benar-benar hidup tanpa Allah pada saat Yesus menghembuskan nafasnya yang terakhir. Itu sebabnya dunia diliputi kegelapan. Bukan kegelapan biasa karena gerhana matahari. Tetapi kegelapan luar biasa. Kegelapan yang dahsyat, kegelapan karena hidup tanpa Allah. Dan memang demikian adanya. Dua belas jam terakhir dari kisah hidup Yesus memperlihatkan betapa kejamnya manusia. Manusia telah benar-benar hidup tanpa Allah. Hati mereka menjadi gelap. Mereka bukan hanya memutarbalikkan kebenaran. Tetapi berusaha membunuh kebenaran. Manusia bukan hanya menangkap dan mengadili Yesus dalam kegelapan. Mereka juga ingin memusnahkan terang yang sejati itu dari muka bumi.

Gelap gulita di Golgota pada Jumat yang Agung ini menunjukkan bahwa dunia dan manusia belum melangkah jauh dalam hal kebenaran dan kasih. Umur dunia sudah tua, tapi manusia yang menduduki dunia masih ada pada titik start, nol kilometer.

Kedua, matahari menjadi gelap, karena Tuhan yang adalah sumber dari mana matahari memperoleh terang telah tiada. Seumpama lampu, nyala api matahari padam karena minyak yang menyalakannya sudah habis. Kristus sudah mati. Terang yang sesungguhnya sudah tiada. Matahari menjadi malu dan tidak tahan melihat bagaimana kejamnya perlakuan manusia terhadap sang terang. Itu sebabnya matahari menutup matanya. Ia tidak mau bersinar. Dalam Kitab Matius dan Lukas dikisahkan bahwa bukan hanya matahari yang menjadi gelap. Tetapi ada juga gempa bumi yang dahsyat. Bumi gemetar ketakutan waktu menyaksikan sumber hidup dan sang penciptanya dilumatkan oleh kuatnya dosa dan pemberontakan manusia.

Inilah arti dari kejadian ajaib pertama di Jumat Agung. Tapi, kuatnya dosa itu tidak berlangsung lama. Kejahatan yang bersimaharajalela, bahkan sampai menyerang Allah tidak bertahan. Ia hanya berlangsung sekejap. Hanya tiga jam. Memang cukup lama, tetapi tidak selamanya. Kegelapan pasti akan berlalu. Kejahatan tidak punya masa depan. Pada hari paskah nanti, hari kebangkitan Yesus, ia akan benar-benar pergi dan takluk pada sang terang dunia. Ini juga pelajaran penting bagi kita. Kejahatan memang ganas tetapi seganas apa pun kejahatan itu, ia tidak punya masa depan. Akan tiba waktunya dimana kejahatan dilucuti dan para pelaku kejahatan akan dihadapkan ke pengadilan. Sekarang mungkin tidak, karena pengadilan dan para hakim kita masih hidup tanpa Allah waktu hendak mengambil keputusan. Tapi nanti, waktu sang hakim yang agung itu datang semua kejahatan akan tersingkap.

Tanda ajaib yang kedua: tirai Bait Allah terbelah dua. Di Bait Allah tergantung dua tirai/layar. Yang pertama di pelataran depan yang memisahkan ruang untuk umum dan ruang yang kudus. Layar kedua tergantung di antara ruang kudus dan ruang maha kudus. Mana dari kedua layat ini yang terbelah tidak disebut dalam Alkitab. Kita hanya bisa menduga. Terbelahnya tirai ini tentu punya maksud atau pesan. Kalau maksudnya untuk mengumumkan bahwa jalan kepada Allah sekarang terbuka kepada semua manusia, maka yang tercabuk itu haruslah tirai yang memisahkan ruang kudus dan ruang maha kudus. Tetapi ini berarti hanya imam besar saja yang melihat dan mengetahui hal itu.

Sudah pasti bukan ini yang dimaksudkan Lukas. Tirai yang tercabik yang dimaksud Lukas haruslah tirai yang ada di antara ruang untuk umum dan ruang kudus. Dan kalau itu yang terjadi, maka tercabiknya tirai tadi hendak menegaskan bahwa dengan kematian Yesus Allah mengumumkan bahwa Ia tidak mau lagi terkurung hanya dalam Bait Allah dan hanya bisa ditemui di gedung kebaktian. Sejak saat itu Allah tidak hanya bisa ditemui di Bait Allah. Ia ada dalam perjalanan kepada bangsa-bangsa. Dia mau juga disembah dan dihormati di tempat-tempat yang bukan gedung kebaktian atau Bait Allah. Bukan hanya para imam saja yang dapat berbicara dan melayani Dia. Orang kebanyakan juga dapat bertemu Tuhan Allah secara langsung.

Pesan ini sesuai dengan dengan teologi kitab Injil Lukas. Karena keyakinan ini, Lukas tidak segan-segan bercerita tentang pekabaran Injil yang mulai dari Yerusalem sampai ke ujung bumi. Lukas juga memperoleh keberanian untuk menulis kepada seorang bukan Yahudi (Teofilus) dengan maksud meyakinkan dia bahwa cerita tentang Yesus adalah benar. Bahkan hanya Lukas sajalah yang memuat cerita tentang orang Samaria yang murah hati (Luk. 10:25-37). Cerita yang memberikan kepada kita kesan sangat mendalam bahwa pelayanan dan penyembahan kepada Allah tidak melulu terjadi di Bait Allah atau tempat doa. Menolong sesama yang sedang dalam kesulitan, mengasihi dan memberi perlindungan kepada seorang asing atau dia yang memusuhi kita adalah perbuatan beribadah kepada Tuhan.

Kita yang merayakan Jumat Agung perlu tahu keajaiban ini, sehingga mulai belajar untuk menyembah Allah bukan hanya di gedung ibadah dan rumah doa, tetapi juga di setiap tempat dimana saja kita berada.

Keajaiban ketiga, seorang non Yahudi, bangsa tidak bersunat, kepala pasukan penyaliban berkata di hadapan umum: "Sungguh, orang ini adalah orang benar374Kita lihat di sini bahwa Allah tidak menyembunyikan kebenaran kepada orang non Yahudi. Allah adalah Tuhan yang tidak diskriminatif. Kasih juga tidak pilih muka. Allah memberikan kepada orang yang percaya maupun orang kafir kemampuan untuk mengenal kasih dan menghormatinya.

Tidak ada dosa yang begitu berat sehingga menghalang-halangi kuasa Allah. Tidak. Kepala pasukan penyaliban digerakkan hatinya oleh Allah untuk mengenal kasih dan kebenaran. Dengan mengakui bahwa Yesus adalah orang benar di depan umum, ia mengaku diri sebagai yang melakukan satu tindakan yang salah dan keliru. Si kepala pasukan penyaliban tidak berusaha membela diri, ia mengakui kekeliruannya dengan terbuka dan jujur.

Seorang kepala pasukan mengaku diri berbuat kesalahan dan kekeliruan. Itu diucapkan di depan umum. Lukas melihat ini sebagai sebuah keajaiban. Ia mencatat ini dalam kitab yang dia peruntukan kepada Teofilus, seorang pejabat tinggi dalam pemerintahan Roma waktu itu. Ia tentu mencatat keajaiban ini dengan maksud agar mendorong Teofilus waktu itu, dan Teofilus-Teofilus masa kini untuk meniru contoh kepala pasukan penyaliban.

Akhirnya, Lukas memberi kesaksian bahwa pada Jumat Agung yang pertama ada tiga peristiwa ajaib. Kita sudah lihat keajaiban itu satu persatu. Tentu saja tidak dengan maksud mengatakan bahwa keajaiban-keajaiban itu hanya terjadi pada Jumat Agung yang pertama saja. Lukas catat hal itu untuk mendorong kita agar menjadikan Jumat Agung yang kita peringati kini dan di sini juga menjadi Agung yang di dalamnya ada keajaiban-keajaiban yang bisa disaksikan orang lain.

REAKSI GELAP

Reaksi Gelap

Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma. Bahan reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO2, yang berasal dari udara bebas. Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.

Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat. Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP). Ribulosa difosfat ini yang nantinya akan mengikat CO2 dalam reaksi gelap. Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.

Pada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO2 dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil yang kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA). Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat. Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H+ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP+, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C. Selanjutnya, 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C6H12O6). 10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat. Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP), yang kemudian kembali mengikat CO2 dan menjalani siklus reaksi gelap. (Lihat Bagan)

Reaksi gelap ini menghasilkan APG (asam fosfogliserat), ALPG (fosfogliseraldehid), RDP (ribulosa difosfat), dan glukosa (C6H12O6).

fotosintesis

Fotosintesis
Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Belum Diperiksa

Daun, tempat berlangsungnya fotosintesis pada tumbuhan.

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari.[1] Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi.[1] Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi.[1] Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof.[1] Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi.[1] Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.[1]

Sejarah

Meskipun masih ada langkah-langkah dalam fotosintesis yang belum dipahami, persamaan umum fotosintesis telah diketahui sejak tahun 1800-an.[2] Pada awal tahun 1600-an, seorang dokter dan ahli kimia, Jan van Helmont, seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia), melakukan percobaan untuk mengetahui faktor apa yang menyebabkan massa tumbuhan bertambah dari waktu ke waktu.[2] Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa massa tumbuhan bertambah hanya karena pemberian air.[2] Namun, pada tahun 1727, ahli botani Inggris, Stephen Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain selain air yang berperan. Ia mengemukakan bahwa sebagian makanan tumbuhan berasal dari atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam proses tertentu.[2] Pada saat itu belum diketahui bahwa udara mengandung unsur gas yang berlainan.[1]

Pada tahun 1771, Joseph Priestley, seorang ahli kimia dan pendeta berkebangsaan Inggris, menemukan bahwa ketika ia menutup sebuah lilin menyala dengan sebuah toples terbalik, nyalanya akan mati sebelum lilinnya habis terbakar.[3] Ia kemudian menemukan bila ia meletakkan tikus dalam toples terbalik bersama lilin, tikus itu akan mati lemas. Dari kedua percobaan itu, Priestley menyimpulkan bahwa nyala lilin telah "merusak" udara dalam toples itu dan menyebabkan matinya tikus.[3] Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yang telah “dirusak” oleh lilin tersebut dapat “dipulihkan” oleh tumbuhan.[3] Ia juga menunjukkan bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples tertutup asalkan di dalamnya juga terdapat tumbuhan.[3]

Pada tahun 1778, Jan Ingenhousz, dokter kerajaan Austria, mengulangi eksperimen Priestley.[4] Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat "memulihkan" udara yang "rusak".[5] Ia juga menemukan bahwa tumbuhan juga 'mengotori udara' pada keadaan gelap sehingga ia lalu menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah kemungkinan meracuni penghuninya.[5]

Akhirnya di tahun 1782, Jean Senebier, seorang pastor Perancis, menunjukkan bahwa udara yang “dipulihkan” dan “merusak” itu adalah karbon dioksida yang diserap oleh tumbuhan dalam fotosintesis.[1] Tidak lama kemudian, Theodore de Saussure berhasil menunjukkan hubungan antara hipotesis Stephen Hale dengan percobaan-percobaan "pemulihan" udara.[1] Ia menemukan bahwa peningkatan massa tumbuhan bukan hanya karena penyerapan karbon dioksida, tetapi juga oleh pemberian air.[1] Melalui serangkaian eksperimen inilah akhirnya para ahli berhasil menggambarkan persamaan umum dari fotosintesis yang menghasilkan makanan (seperti glukosa).[6]
[sunting]
Pigmen

Struktur kloroplas:
1. membran luar
2. ruang antar membran
3. membran dalam (1+2+3: bagian amplop)
4. stroma
5. lumen tilakoid (inside of thylakoid)
6. membran tilakoid
7. granum (kumpulan tilakoid)
8. tilakoid (lamella)
9. pati
10. ribosom
11. DNA plastida
12. plastoglobula

Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel, tetapi hanya pada sel yang mengandung pigmen fotosintetik.[7] Sel yang tidak mempunyai pigmen fotosintetik ini tidak mampu melakukan proses fotosintesis.[7] Pada percobaan Jan Ingenhousz, dapat diketahui bahwa intensitas cahaya mempengaruhi laju fotosintesis pada tumbuhan.[5] Hal ini dapat terjadi karena perbedaan energi yang dihasilkan oleh setiap spektrum cahaya.[5] Di samping adanya perbedaan energi tersebut, faktor lain yang menjadi pembeda adalah kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya yang berbeda tersebut.[5] Perbedaan kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya tersebut disebabkan adanya perbedaan jenis pigmen yang terkandung pada jaringan daun.[5]

Di dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan jaringan pagar.[8] Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung pigmen hijau klorofil.[8] Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan penting dalam menyerap energi matahari.[8]
[sunting]
Kloroplas

Hasil mikroskop elektron dari kloroplas

Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk batang dan buah yang belum matang.[9] Di dalam kloroplas terdapat pigmen klorofil yang berperan dalam proses fotosintesis.[10] Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma.[9] Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran.[9] Membran stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli.[9] Di dalam stroma juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana (kumpulan granum).[9] Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid.[9] Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa komponen seperti protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid.[11] Secara keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun perak (Cu).[8] Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid.[8] Sedangkan, pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma.[8] Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.[8]
[sunting]
Fotosistem

Fotosistem adalah suatu unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari yang terdiri dari klorofil a, kompleks antena, dan akseptor elektron.[8] 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.[8] Pigmen-pigmen tersebut mengelompok dalam membran tilakoid dan membentuk perangkat pigmen yang berperan penting dalam fotosintesis.[12]

Klorofil a berada dalam bagian pusat reaksi.[13] Klorofil ini berperan dalam menyalurkan elektron yang berenergi tinggi ke akseptor utama elektron.[13] Elektron ini selanjutnya masuk ke sistem siklus elektron.[13] Elektron yang dilepaskan klorofil a mempunyai energi tinggi sebab memperoleh energi dari cahaya yang berasal dari molekul perangkat pigmen yang dikenal dengan kompleks antena.[12]

Fotosistem sendiri dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan fotosistem II.[12] 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.[14] Energi yang diperoleh P700 ditransfer dari kompleks antena.[14] Pada fotosistem II penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap panjang gelombang 680 nm sehingga disebut P680.[15] P680 yang teroksidasi merupakan agen pengoksidasi yang lebih kuat daripada P700.[15] Dengan potensial redoks yang lebih besar, akan cukup elektron negatif untuk memperoleh elektron dari molekul-molekul air.[8]
[sunting]
Fotosintesis pada tumbuhan

Tumbuhan bersifat autotrof.[4] Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik.[4] Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa berikut ini:
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2



Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar.[4] Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan.[4] Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas.[4] Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.[4]

Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil.[4] Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas.[4] klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis.[4] Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun.[4] Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya.[4] Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis.[4] Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.[4]
[sunting]
Fotosintesis pada alga dan bakteri

Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri dari satu sel.[16] Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi dengan cara yang sama.[16] Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi.[16] Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof.[16] Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain.[16]
[sunting]
Proses

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.[17] Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri.[17]

Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun.[17] Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi ini.[18] Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma.[17] Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.[17]

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).[19]

Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di dalam stroma.[19] Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2).[19] Sedangkan dalam reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP dan NADPH).[19] Energi yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang.[19] Pada proses reaksi gelap tidak dibutuhkan cahaya matahari. Reaksi gelap bertujuan untuk mengubah senyawa yang mengandung atom karbon menjadi molekul gula.[19] 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).[19] Cahaya tampak terbagi atas cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500 nm) dan violet (< 400 nm).[20] Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis.[20] Hal ini terkait pada sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis.[20] Pigmen yang terdapat pada membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu.[20] Pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda.[20] Kloroplas mengandung beberapa pigmen. Sebagai contoh, klorofil a terutama menyerap cahaya biru-violet dan merah.[20] 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.[20] Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi tinggi dari klorofil a yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron.[13] Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi fotosintesis.
[sunting]
Reaksi terang

Reaksi terang dari fotosintesis pada membran tilakoid

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2.[21] Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya matahari. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena.[21]

Reaksi terang melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja sama, yaitu fotosistem I dan II.[22] 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.[22]

Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana fotosistem II menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil pada PS II tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil.[22] 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.[22] Hal ini akan mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid. Dengan menggunakan elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ) membentuk PQH2.[22] 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.[21] Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II adalah[22]:
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).[22] Kejadian ini juga menyebabkan terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid.[22] Reaksi yang terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah[22]:
2PQH2 + 4PC(Cu2+) → 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H+ (lumen)


Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh fotosistem I.[22] Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS II, tapi mengandung kompleks inti terpisahkan, yang menerima elektron yang berasal dari H2O melalui kompleks inti PS II lebih dahulu.[22] Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I berfungsi mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke protein Fe-S larut yang disebut feredoksin.[22] Reaksi keseluruhan pada PS I adalah[22]:
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.[22] Reaksi ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim feredoksin-NADP+ reduktase.[22] Reaksinya adalah[22]:
4Fd (Fe2+) + 2NADP+ + 2H+ → 4Fd (Fe3+) + 2NADPH


Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan masuk ke dalam ATP sintase.[1] ATP sintase akan menggandengkan pembentukan ATP dengan pengangkutan elektron dan H+ melintasi membran tilakoid.[1] Masuknya H+ pada ATP sintase akan membuat ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi) menjadi ATP.[1] Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang adalah sebagai berikut[1]:
Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O → ATP + NADPH + 3H+ + O2
[sunting]
Reaksi gelap

Reaksi gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur, yaitu siklus Calvin-Benson dan siklus Hatch-Slack.[23] Pada siklus Calvin-Benson tumbuhan mengubah senyawa ribulosa 1,5 bisfosfat menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu senyawa 3-phosphogliserat.[23] Oleh karena itulah tumbuhan yang menjalankan reaksi gelap melalui jalur ini dinamakan tumbuhan C-3.[23] Penambatan CO2 sebagai sumber karbon pada tumbuhan ini dibantu oleh enzim rubisco.[23] Tumbuhan yang reaksi gelapnya mengikuti jalur Hatch-Slack disebut tumbuhan C-4 karena senyawa yang terbentuk setelah penambatan CO2 adalah oksaloasetat yang memiliki empat atom karbon. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxilase.[23]
[sunting]
Siklus Calvin-Benson

Siklus Calvin-Benson

Mekanisme siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi CO2 oleh ribulosa difosfat karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat.[23] RuBP merupakan enzim alosetrik yang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari pencahayaan kloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini distimulasi oleh peningkatan pH.[23] 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.[23] Kedua, reaksi ini distimulasi oleh Mg2+, yang memasuki stroma daun sebagai ion H+, jika kloroplas diberi cahaya.[23] Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh NADPH, yang dihasilkan oleh fotosistem I selama pemberian cahaya.[23]

Fiksasi CO2 ini merupakan reaksi gelap yang distimulasi oleh pencahayaan kloroplas.[13] Fikasasi CO2 melewati proses karboksilasi, reduksi, dan regenerasi.[24] Karboksilasi melibatkan penambahan CO2 dan H2O ke RuBP membentuk dua molekul 3-fosfogliserat(3-PGA).[24] Kemudian pada fase reduksi, gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi menjadi 1 gugus aldehida dalam 3-fosforgliseradehida (3-Pgaldehida).[24] Reduksi ini tidak terjadi secara langsung, tapi 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.[24] 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.[24] Bahan pereduksi yang sebenarnya adalah NADPH, yang menyumbang 2 elektron.[24] Secara bersamaan, Pi dilepas dan digunakan kembali untuk mengubah ADP menjadi ATP.[24]

Pada fase regenerasi, yang diregenerasi adalah RuBP yang diperlukan untuk bereaksi dengan CO2 tambahan yang berdifusi secara konstan ke dalam dan melalui stomata.[25] 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.[25]

Tiga putaran daur akan menambatkan 3 molekul CO2 dan produk akhirnya adalah 1,3-Pgaldehida.[13] Sebagian digunakan kloroplas untuk membentuk pati, sebagian lainnya dibawa keluar.[13] Sistem ini membuat jumlah total fosfat menjadi konstan di kloroplas, tetapi menyebabkan munculnya triosafosfat di sitosol.[13] Triosa fosfat digunakan sitosol untuk membentuk sukrosa.[13][25]
[sunting]
Siklus Hatch-Slack

Siklus Hatch-Slack

Berdasarkan cara memproduksi glukosa, tumbuhan dapat dibedakan menjadi tumbuhan C3 dan C4.[26] Tumbuhan C3 merupakan tumbuhan yang berasal dari daerah subtropis.[26] Tumbuhan ini menghasilkan glukosa dengan pengolahan CO2 melalui siklus Calvin, yang melibatkan enzim Rubisco sebagai penambat CO2.[26] Tumbuhan C3 memerlukan 3 ATP untuk menghasilkan molekul glukosa.[26] Namun, ATP ini dapat terpakai sia-sia tanpa dihasilkannya glukosa.[27] Hal ini dapat terjadi jika ada fotorespirasi, di mana enzim Rubisco tidak menambat CO2 tetapi menambat O2.[27] Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang umumnya ditemukan di daerah tropis.[27] Tumbuhan ini melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO2 menjadi glukosa.[27] Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim yang akan mengikat CO2 dari udara dan kemudian akan menjadi oksaloasetat.[27] Oksaloasetat akan diubah menjadi malat.[27] Malat akan terkarboksilasi menjadi piruvat dan CO2.[27] Piruvat akan kembali menjadi PEPco, sedangkan CO2 akan masuk ke dalam siklus Calvin yang berlangsung di sel bundle sheath dan melibatkan enzim RuBP.[27] Proses ini dinamakan siklus Hatch Slack, yang terjadi di sel mesofil.[28] Dalam keseluruhan proses ini, digunakan 5 ATP.[28]
[sunting]
Faktor penentu laju fotosintesis

Proses fotosintesis dipengaruhi beberapa faktor yaitu faktor yang dapat mempengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan maupun faktor yang tidak mempengaruhi secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi organ yang penting bagi proses fotosintesis.[1] Proses fotosintesis sebenarnya peka terhadap beberapa kondisi lingkungan meliputi kehadiran cahaya matahari, suhu lingkungan, konsentrasi karbondioksida (CO2).[1] Faktor lingkungan tersebut dikenal juga sebagai faktor pembatas dan berpengaruh secara langsung bagi laju fotosintesis.[29]

Faktor pembatas tersebut dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimum meskipun kondisi lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya faktor-faktor pembatas tersebut sangat mempengaruhi laju fotosintesis yaitu dengan mengendalikan laju optimum fotosintesis.[29] Selain itu, faktor-faktor seperti translokasi karbohidrat, umur daun, serta ketersediaan nutrisi mempengaruhi fungsi organ yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut mempengaruhi laju fotosintesis.[30]

Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis[30] :
Intensitas cahaya
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
Konsentrasi karbon dioksida
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
Kadar air
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
Tahap pertumbuhan
Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.

reaksi terang dlm fotosintesis

Reaksi Terang

Tahap pertama dari sistem fotosintesis adalah reaksi terang, yang sangat bergantung kepada ketersediaan sinar matahari. Reaksi terang merupakan penggerak bagi reaksi pengikatan CO2 dari udara. Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid yang terdiri dari sistem cahaya (fotosistem I dan II), sistem pembawa elektron, dan komplek protein pembentuk ATP (enzim ATP sintase). Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP+ menjadi energi pembawa ATP dan NADPH.

Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.

Secara ringkas, reaksi terang pada fotosintesis ini terbagi menjadi dua, yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi adalah reaksi penambahan gugus fosfat kepada senyawa organik untuk membentuk senyawa fosfat organik. Pada reaksi terang, karena dibantu oleh cahaya, fosforilasi ini disebut juga fotofosforilasi.



Fotofosforilasi Siklik [kembali ke atas]

Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I.

Pertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari, membuat elektron-elektron di P700 tereksitasi (menjadi aktif karena rangsangan dari luar), dan keluar menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron. Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya. Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron. Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H+ melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP. Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya. Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.



Fotofosforilasi Nonsiklik [kembali ke atas]

Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. Dalam fotofosforilasi nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.

Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e-. Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II, sementara ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas. Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer. Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi. Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700. Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan “skema Z”. Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.

Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari. Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP+ dan H+, yang berasal dari penguraian air. Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP+, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:
>> NADP+ + H+ + 2e- —> NADPH
NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap.

Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikutFOTOFOSFORILASI SIKLIK FOTOFOSFORILASI NONSIKLIK
Hanya melibatkan fotosistem I Melibatkan fotosistem I dan II
Menghasilkan ATP Menghasilkan ATP dan NADPH
Tidak terjadi fotolisis air Terjadi fotolisis air untuk menutupi kekurangan elektron pada fotosistem II


| Home | Enzim | Anabolisme | Katabolisme | Sumber Lain | About Me |
2007
Created by: Isnan Mulia / XII IPA 7 / SMAN 1 Bogor
isnanm_12a7@yaho