Tidak seperti kita, tanaman tidak perlu dapur penuh makanan untuk tetap hidup; Matahari adalah dapur mereka. Tapi, seperti kita, mereka membutuhkan makanan yang cukup teratur, yang mereka buat melalui fotosintesis. Proses yang tampaknya ajaib ini terjadi melalui serangkaian langkah yang tepat, yang masing -masing akan kami bahas di bawah ini. Kami juga akan menjelaskan organisme non-pabrik mana yang menggunakan fotosintesis untuk bertahan hidup dan seberapa tidak biasa tanaman seperti kaktus mengubah bit alam sehari-hari menjadi makanan.
Fotosintesis: proses kimia dan biologis
Apakah kita berdiri di hutan yang luas atau halaman belakang kita sendiri, tanaman cenderung menyamarkan bagaimana mereka mempertahankan diri dari waktu ke waktu. Tetapi di dalam setiap daun – dan kadang -kadang batang, bunga, atau buah – menghasilkan proses kimia dan biologis yang kompleks yang bertanggung jawab untuk mengubah sinar matahari, air, dan karbon dioksida menjadi energi kimia. Proses ini adalah apa yang para ilmuwan dijuluki fotosintesis.
Fotosintesis dimulai dengan akar, stomata, dan kloroplas, struktur biologis yang ditemukan secara eksklusif pada tanaman. Sebagian besar dari kita akrab dengan akar. Tidak hanya ini menjaga tanaman tetap di tempatnya, tetapi juga menyerap air dan nutrisi lain dari tanah. Air teroksidasi setelah memasuki tanaman, yang berarti kehilangan elektron yang akan menjadi berguna untuk fotosintesis. Kami akan kembali ke elektron -elektron itu dalam satu menit.
Gambar mikroskop elektron berwarna dari stoma daun tomat.
Kredit: PhotoHound/Wikimedia Commons
Stomata, atau jaringan tanaman setara dengan pori -pori, memungkinkan pertukaran gas: karbon dioksida dalam, oksigen dan uap air keluar. Dengan membuka dan menutup stomata, tanaman dapat mengontrol berapa banyak karbon dioksida yang dikonsumsi dan berapa banyak kadar airnya yang kalah melalui transpirasi. Setelah diserap melalui stomata, karbon dioksida menempel pada ribulosa 1,5-bifosfat (RUBP), molekul organik yang “memulai” bagian dari fotosintesis yang disebut siklus Calvin.
Siklus ini tidak dapat berlanjut tanpa kloroplas, sejenis organel yang ditemukan dalam sel tanaman. Sementara ini menyerupai mitokondria yang ditemukan dalam sel hewan, kloroplas jauh lebih besar dan mengandung klorofil. Klorofil menyediakan warna hijau Sebagian besar tanaman dikenal saat menyerap energi cahaya dari Matahari. Ketika foton dari energi itu berinteraksi dengan elektron klorofil-yang diperoleh melalui oksidasi air-mereka memicu apa yang dikenal sebagai reaksi transfer elektron fotosintesis: reaksi kimia yang menghasilkan “gradien proton.” Gradien ini bertindak seperti turbin, menghasilkan enzim yang disebut adenosine triphosphate (ATP) sintase dan koenzim yang disebut nicotinamide adenine dinucleotide fosfat (NADPH.)
Kredit: Francesco Gallarotti/Unsplash
Ingat bagaimana karbon dioksida menempelkan dirinya untuk menggosok sebelumnya? Proses itu, yang disebut fiksasi karbon, menghasilkan perakitan dua molekul tiga karbon yang disebut 3-fosfogliserat (3-PGA). Energi yang disimpan dalam ATP dan NADPH membantu mengubah molekul 3-PGA ini menjadi molekul tiga karbon lain yang disebut gliseraldehida-3-fosfat, atau G3P. Sementara beberapa G3P ini digunakan untuk memulai kembali siklus calvin, yang lain digunakan untuk membuat karbohidrat seperti glukosa, yang sedekat makanan manusia seperti yang didapat tanaman.
Tanaman kemudian dapat membakar karbohidrat untuk energi melalui respirasi seluler dan menyimpannya dalam rantai polisakarida panjang yang dikenal sebagai pati. Inilah sebabnya mengapa biji-bijian dan “sayuran bertepung” seperti jagung, kentang, dan labu musim dingin mengandung lebih banyak karbohidrat daripada makanan nabati lainnya: mereka menyimpan lebih banyak energi mereka.
Fotosintesis C3 vs. C4
Kadang -kadang, Rubp akan membubuhkan diri ke oksigen alih -alih karbon dioksida dalam proses yang dikenal sebagai fotorespirasi. Jalur yang sia -sia ini menghasilkan konsumsi – bukan produksi – energi. Meskipun ini adalah kesalahan yang cukup umum, itu terjadi lebih sering di lingkungan yang panas dan kering ketika stomata tanaman dekat untuk mencegah kehilangan air. Ini menciptakan lingkungan intraseluler yang kaya oksigen dan relatif rendah karbon dioksida.
Tanaman padi ini memerangi fotorespirasi melalui fotosintesis C4.
Kredit: Media Utsman/Unsplash
Beberapa tanaman, seperti beras, gandum, dan jagung, dapat memerangi fotorespirasi melalui variasi fotosintesis yang dikenal sebagai fotosintesis C4. Tanaman ini melibatkan enzim yang disebut fosfoenolpyruvate (PEP) karboksilase di dekat stomata. Karena pep karboksilase lebih tertarik pada karbon dioksida daripada oksigen, ia mengantarkan karbon dioksida menjadi molekul empat karbon segera setelah memasuki stomata. Molekul -molekul ini, yang disebut malate, membentuk selubung di sekitar Rubp untuk mencegah fotorespirasi.
Namun, sebagian besar tanaman menggunakan fotosintesis C3, yang berarti mereka tidak memiliki perlindungan bawaan terhadap fotorespirasi. Beberapa kelompok penelitian, termasuk yang ada di University of Illinois dan Departemen Pertanian AS, berupaya untuk “memperbaiki” fotorespirasi oleh rekayasa Peta jalan fiksasi karbon baru. Ini dilaporkan akan membuat tanaman C3 40% lebih efisien pada fotosintesis, tetapi sementara itu, sebagian besar tanaman duniawi macet menempelkan rubp ke oksigen sekitar 20% dari waktu.
Fotosintesis Oddballs
Seperti yang kami mengisyaratkan sebelumnya, tidak setiap tanaman menggunakan daun untuk fotosintesis, dan tidak semua yang fotosintesis dianggap sebagai tanaman. Kaktus dan sukulen lainnya biasanya tidak memiliki daun; Sebaliknya, mereka menampilkan lengan dan bantalan secara biologis terdekat dengan batang yang dimodifikasi. Lengan dan bantalan ini mengandung stomata dan kloroplas yang bertanggung jawab untuk fotosintesis.
Lengan kaktus ini memungkinkannya untuk melakukan fotosintesis tanpa adanya daun.
Kredit: Engin Akyurt/Unsplash
Tetapi karena sukulen cenderung hidup dalam iklim panas dan kering, mereka menggunakan fotosintesis jenis ketiga yang dikenal sebagai fotabolisme metabolisme asam crassulacean (CAM). Selama proses ini, stomata pabrik terbuka di malam hari saat udara lebih dingin. Hal ini memungkinkan tanaman untuk menangkap dan menyimpan karbon dioksida sampai matahari terbit lagi, menawarkan cahaya yang diperlukan untuk menyelesaikan fotosintesis.
Alga secara luas dianggap melakukan setengah dari fotosintesis dunia, sebagian karena mereka lebih hemat saat mengubah cahaya menjadi energi dan sebagian karena jumlahnya yang semata -mata. Tapi ganggang bukan tanaman, setidaknya tidak oleh sebagian besar standar. Sebaliknya, mereka dianggap “protista,” kategori tangkapan-semua yang mencakup hampir semua organisme multi-sel yang bukan tanaman, hewan, jamur, bakteri, atau archaeon. Cyanobacteria, organisme bersel tunggal yang dikenal sebagai “ganggang hijau biru” meskipun bukan ganggang, juga mendapatkan energinya dari fotosintesis.