Fungsi Plastida pada Tumbuhan

Tahukah kita bawa hampir semua energi dan material biologi di dunia ini berasal dari satu proses yang disebut fotosintesis? Fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan, alga, dan beberapa mikroorganisme lainnya mengubah energi matahari menjadi energi kimia dalam bentuk karbohidrat. Karbohidrat ini disintesis dari karbondioksida dan air yang sesungguhnya, adalah produk buangan dari proses respirasi yang dilakukan oleh semua makhluk hidup di dunia ini. Wah! Sungguh benar-benar proses yang sangat efisien dan sustainable.

Pada tumbuhan juga terdapat hormon yang mendukung proses pertumbuhan diantara nya adalah :

Tumbuhan disebut juga sebagai organisme autotrof, yaitu organisme yang dapat mensintesis makanannya sendiri. Artinya, tidak seperti manusia dan hewan yang perlu makan benda organik (organisme heterotrof), tumbuhan tidak perlu makan benda organik untuk mendapatkan nutrisi dan energinya. Oleh karena itulah, dalam jaring-jaring makanan, tumbuhan memiliki peran sebagai produsen dan hewan atau manusia sebagai konsumen. Khususnya pada tumbuhan, fotosintesis dilakukan oleh suatu pigmen yang bernama klorofil. Klorofil ini yang memberikan tumbuhan warna hijau terutama pada daun. Lebih spesiknya, klorofil terdapat dalam suatu organel sel yang bernama kloroplas atau plastida.

Struktur Plastida

Pada tumbuhan, kloroplas banyak terdapat pada jaringan mesofil daun, meskipun ada yang terkonsentrasi pada batang, misalnya kaktus. Dalam setiap sel mesofil terdapat banyak kloroplas yang mengelilingi dalam dinding sel. Kloroplas memiliki struktur utama sebagai berikut. (baca : fungsi dinding sel pada tumbuhan)

Membran plastida – merupakan membran pembungkus dengan fungsi melindungi plastida dan sebagai barrier untuk sistem transport. Membran plastida terdiri dari dua lapis yang dipisahkan oleh ruang intermembran.
Stroma – merupakan cairan kental yang mengisi ruang intermembran. Dalan cairan stroma ini terdapat DNA plastida, ribosom, dan banyak enzim. Stroma juga merupakan tempat terjadinya reaksi gelap.
Membran tilakoid – merupakan struktur membran yang melipat dan berbentuk kantung-kantung dalam plastida. Struktur lipatan ini lalu membentuk ruangan yang disebut ruang tilakoid.
Grana – merupakan tumpukan dari kantung-kantung tilakoid. Grana adalah struktur terpenting dalam kloroplas karena merupakan tempat berlangsungnya reaksi terang dan tempat beradanya klorofil yang dapat menangkap energi matahari.
DNA plastida – merupakan materi genetik yang berisi kode pencetak protein. Beberapa protein disintesis dari kode pada DNA plastida, bukan dari DNA inti.

Berikut adalah penjelasan fungsi plastida pada tumbuhan :

Fungsi Plastida dalam Fotosintesis

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki banyak variasi panjang gelombang. Sebagai contoh, mata kita mampu menangkap cahaya dengan frekuensi 380-750 nm (sinar tampak). Klorofil pun mampu menangkap cahaya namun dengan frekuensi berbeda. Klorofil a mampu menangkap cahaya biru-violet dan merah sehingga klorofil a memantulkan kebanyakan cahaya hijau. Klorofil b menangkap cahaya biru dan jingga namun memantulkan warna hijau muda.

Cahaya ini memiliki energi yang disebut dengan foton. Makin kecil panjang gelombang suatu cahaya maka makin kuat cahaya tersebut. Cahaya ultraviolet (UV) memiliki panjang gelombang lebih pendek dari sinar tampak. Karena itulah, terlalu banyak terpapar sinar UV tidak baik untuk kita. Fungsi utama klorofil adalah mengubah fungsi cahaya matahari menjadi energi dan mengubah materi anorganik (karbon dioksida) menjadi karbohidrat (glukosa). Untuk dapat melakukannya, maka pada membran tilakoid terdapat suatu cluster klorofil dan protein yang disebut fotosistem. Fotosistem berguna untuk menangkap energi dan mentransfernya dalam bentuk elektron ke penerima elektron.

Ada dua fotosistem yang telah teridentifikasi yaitu P680/Fotosistem II (sensitif terhadap cahaya 680 nm) dan P700/Fotosistem I (sensitif terhadap cahaya 700 nm). Kedua fotosistem ini berguna dalam reaksi terang yang dijelaskan sebagai berikut.

a. Reaksi Terang (Fotolisis)

Yaitu mekanisme transformasi foton menjadi ATP dan NADPH. Elektron dari rekasi pemecahan air ditransfer dari Fotosistem II menuju Fotosistem I dan diubah menjadi NADP+. Proses perpindaha elektron ini mengakibatkan terbentuknya molekul ATP. Secara lebih jelasnya, reaksi terang mengikuti alur berikut.

Molekul pigmen menangkap foton dari cahaya. Energi ditransfer ke pigmen lainnya hingga mencapai Fotosistem II. Elektron pada klorofil P680 pun tereksitasi (naik ke level di atasnya) akibat masuknya energi ini.
Elektron ditangkap oleh penerima elektron.
Molekul air menjadi terpecah (fotolisis) dan elektronnya secara satu per satu dimasukkan dalam P680 untuk mengganti elektron yang tereksitasi. Molekul oksigen dari pemecahan air bergabung satu sama lain sehingga menghasilkan gas oksigen.
Melalui reaksi transfer elektron, elektron yang tereksitasi dari Fotosistem II dan telah ditangkap penerima elektron ditransfer menuju Fotosistem I. Pelepasan elektron ini menyebabkan H+ dipompa masuk dan ATP dibentuk.
Energi yang tiba di Fotosistem I mengakibatkan elektron pada P700 tereksitasi dan ditangkap oleh penerima elektron. Elektron dari reaksi transfer elektron akan menggantikan elektron yang tereksitasi ini.
Elektron yang tereksitasi dari Fotosistem I akan mengalami reaksi transfer elektron menuju NADP+ sehingga NADP+ tereduksi menjadi NADPH.

Reaksi terang ini menghasilkan energi dalam bentuk ATP dan NADPH. Energi ini akan dipakai dalam reaksi berikutnya yang disebut reaksi gelap atau siklus Calvin.

b. Reaksi Gelap (Silkus Calvin)

Yaitu reaksi pembentukan karbohidrat dari karbon dioksida menggunakan energi yang berasal reaksi terang. Ketiga materi tersebut akan diubah menjadi gula sederhana gliseraldehid-3-fosfat (GTP) yang akan dimodifikasi menjadi glukosa melalui metabolisme sel. Proses ini disebut siklus karena materi awal (karbohidrat dengan 5 atom karbon yang bernama Ribulosa bifosfat atau RuBP) akan disintesis kembali dalam reaksi. Berikut adalah urutan siklus Calvin.

Enzim bernama rubisko menggabungkan karbon dioksida dengan RuBP. Produk reaksi ini akan terpecah menjadi dua molekul asam organik dengan masing-masing 3 atom karbon yaitu asam 3-fosfogliserat (3-PGA).
NADPH mereduksi asam organik 3-PGA menjadi GTP dengan energi dari ATP. Untuk mendapatkan molekul GTP, reaksi harus menyatukan atom karbon dari 3 molekul karbon dioksida. Dalam satu siklus, hanya terjadi satu sambungan atom karbon sehingga untuk membentuk GTP, siklus perlu berlangsung selama 3 kali.
Untuk setiap 3 molekul karbon dioksida yang digabungkan, GTP akan meninggalkan siklus sebagai produk. GTP lainnya akan mengalami modifikasi.
Energi dari ATP digunakan untuk memodifikasi GTP yang tertinggal dalam siklus menjadi karbohidrat dengan 5 karbon atom yaitu RuBP.

Kehidupan di bumi ini bergantung dari energi yang disediakan oleh matahari karena kebanyakan makhluk hidup bergantung pada suatu reaksi anabolisme yang disebut fotosintesis. Kebutuhan ini bukan hanya dari sudut pandang karbohidrat sebagai makanan, namun juga oksigen yang berperan dalam respirasi. Reaksi ini berawal dari membran tilakoid tempat reaksi terang berlangsung kemudian berkahir di stroma tempat siklus Calvin berlangsung.

Sekitar 50% dari karbohidrat yang dihasilkan dari proses fotosintesis digunakan tanaman untuk menjalankan respirasi selular. Selain itu karbohidrat yang dihasilkan akan digunakan tumbuhan untuk membentuk strukturnya dengan memodifikasi karbihidrat menjadi lebih komplesk, misalnya saja menjadi selulosa. Sisa karbohidrat yang tidak terpakai akan digunakan tumbuhan sebagai cadangan makanan yang disimpan dalam bentuk akar, umbi, ataupun buah.

Fungsi Plastida dalam Sintesis Protein

Telah kita ketahui bahwa dalam plastida juga terdapat DNA yang disebut sebagai cpDNA. Tidak ada perbedaan dalam struktur antara cpDNA dengan DNA yang berada dalam inti sel. Hingga saat ini diketahui bahwa panjang genom pada cpDNA berkisar antara 85 – 292 kb. Sekitar setengah dari genom ini menghasilkan molekul RNA dan polipeptida yang berguna dalam sintesis protein.

Setengah dari genom yang lainnya berfungsi dalam produksi polipeptida pada proses fotosintesis. Namun demikian, tidak semua bagian dari protein yang berguna dalam proses fotosintesis ini dihasilkan hanya berdasarkan genom cpDNA. Contoh protein yang dihasilkan oleh DNA kloroplas adalah:

ATPase, yaitu enzim yang berguna untuk membentuk molekul ATP dengan menggunakan energi gradien proton. Enzim ini terdiri dari 9 komponen utama dengan rincian 6 komponen dibuat berdasarkan cpDNA sedangkan 3 komponen lagi dibuat berdasarkan DNA. Dengan demikian, 6 komponen polipeptida harus ditransfer dari inti sel menuju kloroplas untu membentuk enzim ATPase.
Rubisko karboksilase, yaitu enzim yang berperan dalam siklus Calvin. Enzim ini terdiri dari 2 komponen yaitu komponen besar (rbcL) yang diproduksi di kloroplas dan komponen kecil yang diproduksi di inti sel.