Kloroplas

1.      Struktur Umum Kloroplas

Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas adalah organel sel yang ditemukan di tumbuhan dan alga. Kloroplas berbentuk oval dengan diameter 2 – 10 mm dan ketebalan 1 -2 mm. Kloroplas tersusun dalam lapisan tunggal dalam sitoplasma, tetapi bentuk dan posisinya berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya. Fungsi kloroplas adalah untuk menghasilkan energi yang berasal dari sinar matahari menjadi energi kimia yang tersimpan dalam glukosa. Kloroplas merupakan bagian dari plastida yang menjadi tempat penyimpanan senyawa kimia penting. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil). Kloroplas terdiri dari dua bagian utama, yaitu bagian amplop dan bagian dalam.. Bagian amplop kloroplas terdiri dari membran luar yang bersifat sangat permeabel, membran dalam yang bersifat permeabel serta merupakan tempat protein transpor melekat, dan ruang antar membran yang terletak di antara membran luar dan membran dalam.

a.       Membran Kloroplas

Setiap kloroplas dikelilingi membran ganda yang mengatur lalu lintas molekul keluar masuk kloroplas. Membran itu berupa membran luar dan dalam serta ruangantar membran. Setiap membran mengandung banyak antena penangkap cahaya dan berhubungan dengan pembawa electron dan hidrogen.

1)      Membran Luar

Membran luar kloroplas bersifat permeabel bagi bermacam-macam senyawa dengan berat molekul rendah, seperti nukleotida, fosfat organik, derivat-derivat fosfat, asam karboksilat dan sukrosa. Dengan ruang antar membran mengandung molekul-molekul nutrien sitosilik.Membran luar memiliki lipatan yang sangat sedikit bila dibandingkan dengan membran dalam.

2)      Membran Dalam

Membran ini berkesinambungan dan bersifat agak rapuh. Membrane dalam berfungsi membentuk lamella dan berguna sebagai penghalang permeabilitas kloroplas, mengandung erienase yang mengatur gerakan zat-zat metabolik keluar masuk dengan transport aktif.Membran dalam bekerja sebagai pembatas fungsional antara sitosol dan stroma. Membran dalam tidak permeabel bagi sukrosa dan berbagai anion, misalnya di-dan trikaboksilat, fosfat dan senyawa-senyawa nukleotida dan gula fosfat. Membran dalam permeabel bagi CO₂ dan asam-asam monokarboksilat tertentu, misalnya asam asetat, asam gliserat dab asam glikolat. Membrane dalam kurang permeabel terhadap asam amino. Membrane dalam mengadung protein pembawa tertentu untuk mengangkut fosfat, fosfogliserat, dihidrokaseton fosfat, dikarboksilat dan ATP.

3)      Ruang antar membran

Ruang antar membran adalah ruang yang memisahkan antara membran luar dan membran dalam dengan ketebalan sekitar 10 nm.

b.      Stroma

Stroma merupakan cairan kloroplas yang berguna untuk menyimpan hasil fotosintesis dalam bentuk pati. Stroma granular berisi beragam partikel. Mikrograf elektron mempertunjukkan sejumlah granula osmiofilik dan kelompok struktur ellipsodial disebut pusat stroma. Pada stroma terdapat untai DNA dan partikel yang terlihat seperti ribosom. Stroma merupakan tempat terjadinya reaksi gelap (Siklus Calvin).

c.       Grana

Grana merupakan bentuk jamak dari granum, artinya, grana tersusun atas granum-granum. Tumpukan granum tersusun atas beberapa tilakoid. Satu granum dengan granum yang lain dihubungkan dengan lamela tilakoid. Sedangkan, grana dan stroma dihubungkan dengan lamela sroma. Grana berukuran 0,3-2,7. Pada suatu kloroplas dapat dijumpai 40-60 grana tersebar dalam matriks kloroplas.

d.      Tilakoid

Membran tilakoid yang berdekatan dari tilakoid tetangga dalam tiap-tiap grana membentuk layer tebal disebut lamella grana. Jumlah tilakoid pada tiap spesies berbeda. Tilakoid merupakan struktur cakram bertumpuk-tumpuk, yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas, dan berfungsi menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Tilakoid stroma merupakan kumpulan dari tilakoid yang bercabang membentuk jalinan anastomosis. Membran tilakoid mengandung lipida kurang lebih 50%, dan kurang dari 10% diantaranya fosfolipida. Lipida yang khas bagi klorofil adalah galaktolipida dan sulfolipida, yang masing-masing 45% dan 4% dari total lipida. Selain itu terdapat molekul-moeku lipida seperti klorofil, karotenoid dan plastokuinon. Jumlah klorofil kurang lebih 20% dari lipida membran tilakoid.

2.      Perbedaan Antara Thylakoid Kecil dan Thylakoid Besar

a.       Thylakoid kecil terbentuk seperti cakram atau uang logam yang bertumpuk membentuk suatu struktur yang dinamakan granum (jamak – grana).

b.      Thylakoid besar berbentuk saluran-saluran yang saling berhubungan dan membentuk anyaman di dalam stroma. Tilakoid besar juga berfungsi sebagai penghubung anatargrana.

3.        Di dalam kloroplas, pigmen klorofil berada/menempati tempat sebagai struktur apa?

Terdapat beberapa pigmen klorofil yang berfungsi menyerap energi cahaya. Pigmen-pigmen itu antara lain klorofil a, klorofil b, dan pigmen tambahan karotenoid. Setiap jenis pigmen menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Molekul klorofil dan pigmen asesori (tambahan) membentuk satu kesatuan unit sistem yang dinamakan fotosistem. Beberapa ratus klorofi l a, klorofi l b, dan karotenoid membentuk suatu kumpulan sebagai “pengumpul cahaya” yang disebut kompleks antena Sebelum sampai ke pusat reaksi, energi dari partikel-partikel cahaya (foton) akan dipindahkan dari satu molekul pigmen ke molekul pigmen yang lain. Pusat reaksi merupakan molekul klorofil pada fotosistem, yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimiawi (reaksi cahaya) fotosintesis pertama kalinya. Setiap fotosistem menangkap cahaya dan memindahkan energi yang dihasilkan ke pusat reaksi, yaitu suatu kompleks klorofil dan protein-protein yang berperan langsung dalam fotosintesis.

4.        Struktur Cairan/Isi Dalam Kloroplas Yang Analog/Identik Dengan Struktur Dan Fungsi Sitosol Dalam Membran Sel

Komponen organik hadir dalam jumlah yang lebih besar dalam kloroplas adalah protein, yang dapat mewakili sampai 70% berat kering. Pada sel daun, 75% nitrogen total sel ditemukan dalam kloroplas. Kedua protein struktural dan larut telah diidentifikasi, tetapi hanya beberapa ini telah diekstraksi dan dimurnikan. Sebuah analisis peptida dengan elektroforesis gel SDS menunjukkan perbedaan dalam komposisi antara stroma dan lamellae Grana, tetapi perbedaannya terutama kuantitatif daripada kualitatif.

Membran dalam bekerja sebagai pembatas fungsional antara sitosol dan stroma. Membran dalam tidak permeabel bagi sukrosa dan berbagai anion, misalnya di- dan trikarboksilat, fosfat dan senyawa-senyawa nukleotida dan gula fosfat. Membran dalam permeabel bagi CO2 dan asam – asam monokarboksilat tertentu, misalnya asam asetat, asam gliserat dan asam glikolat. Membran dalam kurang permeabel terhadap asam amino. Membran dalam mengandung protein pembawa tertentu untuk mengangkut fosfat, fosfogliserat, dihidrokaseton fosfat, dikarboksilat dan ATP.

5.        Fungsi Dari Kloroplas Di Dalam Sel

Fungsi utama kloroplas adalah fotosintesis. Kloroplas menggunakan fotosintesis untuk mengubah sinar matahari menjadi makanan. Klorofil menangkap energi dari cahaya dan menyimpannya dalam sebuah molekul khusus yang disebut ATP (yang merupakan singkatan dari adenosin trifosfat). Kemudian, ATP dikombinasikan dengan karbon dioksida dan air untuk membuat gula seperti glukosa bahwa tanaman dapat digunakan sebagai makanan. Kloroplas juga berperan dalam Fotorespirasi. Fotorespirasi adalah proses yang melibatkan fiksasi oksigen dan pelepasan karbon dioksida, dengan cara yang tergantung cahaya. Reaksi kimia yang terlibat berlangsung di stroma dari kloroplas, mitokondria, dan peroksisom. Proses ini menggunakan ATP dan setara mengurangi seperti NADPH dan NADH. Dengan demikian, karbon dioksida yang tetap melalui proses ATP dependent dilepaskan keluar lagi melalui set reaksi ATP dependent. Fungsi lain dari kloroplas termasuk melawan penyakit sebagai bagian dari sistem kekebalan sel, menyimpan energi untuk sel, dan membuat asam amino untuk sel.

6.        Reaksi Kimia Sederhana Dari Proses Fotosintesis Yang Terjadi Dalam Kloroplas

Memanfaatkan klorofil dan air, kloroplas menangkap energi cahaya dari matahari untuk menghasilkan energi bebas yang tersimpan dalam ATP dan NADPH melalui proses yang disebut fotosintesis. Mekanisme fotosintesis juga menghasilkan makanan bagi organisme dalam bentuk gula. Dalam proses menciptakan gula, karbon dioksida dikonsumsi dan oksigen dilepaskan. Persamaan keseluruhan disederhanakan dapat digambarkan sebagai:

6 CO2 + 6H2O + cahaya → C6H12O6 + 6 O2

Karbon Dioksida + Air + energi cahaya → Glukosa + Oksigen

7.        Komposisi Kimia Dari Membran Kloroplas Khusunya Membran Thylakoid

Tylakoid mengandung enzim lengkap untuk melakukan reaksi-reaksi fotosintesis yang bergantung cahaya. Membran tylakoid merupakan tempat klorofil, pembawa elektron dan faktor-faktor yang menggabungkan transport elektron dan faktor-faktor yang menggabungkan transport elektron dan fosforilasi. Membran tilakoid terdiri atas lipida kurang lebih 50%. Kurang lebih 10% lipida terdiri atas fosfolipida. Lipida yang khas bagi klorofil yaitu galaktolipida dan sulfolipida yang terdiri adas masing-masing 45 % dan 4% dari total lipida. Selain itu juga terdapat molekul-molekul lipida seperti klorofil kira-kira 20% dari total membran tilakoid, karotenoid, dan plastokuinon.

Pada reaksi fotosintesis yang detail dengan kedalaman informasi kompleks dari proses reaksi kimia berantai, tergambar 2 reaksi kimia dasar yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

Konsep yang terkait	Reaksi Terang	Reaksi Gelap
Tujuan	Untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2	Menghasilkan gula C-3 yang akan diubah menjadi zat pati dan sukrosa
Substrat yang dibutuhkan	Molekul air dan cahaya matahari	Bahan-bahan yang dihasilkan dari reaksi terang akan digunakan dalam siklus Calvin. ATP digunakan sebagai sumber energi dan NADPH sebagai tenaga pereduksi untuk penambahan elektron berenergi tinggi.
Tempat terjadinya (organel)	Membran tilakoid	Stroma
Mekanisme reaksi kimia	Tumbuhan memiliki dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, sedangkan fotosistem I 700 nanometer. Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat. Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II, membuatnya melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP,	1.   Fiksasi karbon 2.   Reduksi 3.   Regenerasi
Hasil reaksi	ATP, NADH2 dan Oksigen	Glukosa

8.       Hubungan Keterkaitan Yang Saling Membutuhkan Pada Setiap Reaksi Kimia Dalam Sel Antara Mitokondria dan Kloroplas

Mitokondria dan kloroplas memiliki kesamaan yaitu keduanya mengandung beberapa jumlah DNA. Yang penting, DNA mitokondria dan kloroplas tidak sama dengan DNA dalam inti, dan DNA di dalam mitokondria dan kloroplas dalam bentuk melingkar, yang merupakan bentuk DNA pada prokariota (organisme sel tunggal tanpa inti). DNA dalam inti eukariot sebuah melingkar dalam bentuk kromosom.

Selain itu, kloroplas dibatasi oleh dua lapis membran sebagaimana halnya mitokondria. Masing-masing membran mempunyai ketebalan kurang lebih 50 angstrom dan dipisahkan oleh ruangan sebesar kurang lebih 70-100 angstrom. Membran luar sebagai pembatas dan pengatur transport materi diantara sitoplasma dan bagian dalam organela. Membran luar sebagai pembatas dan mengatur transpor materi diantara sitoplasma dan bagian dalam organela. Membran dalam sejajar membran luar, tetapi melipat ke dalam secara meluas. Membran dalam membentuk lembaran-lembaran membran dalam yang tersusun sejajar, disebut lamela yang tersusun dalam ganuler atau matrik yang disebut stroma.