Bagaimana Gas Oksigen Dihasilkan Selama Fotosintesis?

Fotosintesis adalah proses dimana tanaman dan beberapa bakteri dan protista mensintesis molekul gula dari karbon dioksida, air, dan sinar matahari. Fotosintesis dapat dibagi menjadi dua tahap—reaksi yang bergantung pada cahaya dan reaksi yang tidak bergantung pada cahaya (atau gelap). Selama reaksi terang, sebuah elektron dilepaskan dari molekul air yang membebaskan atom oksigen dan hidrogen. Atom oksigen bebas bergabung dengan atom oksigen bebas lain untuk menghasilkan gas oksigen yang kemudian dilepaskan.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Atom oksigen dibuat selama proses cahaya fotosintesis, dan dua atom oksigen kemudian bergabung untuk membentuk gas oksigen.

Tujuan utama dari reaksi terang dalam fotosintesis adalah untuk menghasilkan energi untuk digunakan dalam reaksi gelap. Energi yang dipanen dari sinar matahari yang ditransfer ke elektron. Saat elektron melewati serangkaian molekul, gradien proton membentuk membran. Proton mengalir kembali melintasi membran melalui enzim yang disebut ATP sintase yang menghasilkan ATP, molekul energi, yang digunakan dalam reaksi gelap di mana karbon dioksida digunakan untuk membuat gula. Proses ini disebut fotofosforilasi.

Fotofosforilasi siklik dan nonsiklik mengacu pada sumber dan tujuan elektron yang digunakan untuk menghasilkan gradien proton dan pada gilirannya ATP. Dalam fotofosforlasi siklik, elektron didaur ulang kembali ke fotosistem di mana ia diberi energi kembali dan mengulangi perjalanannya melalui reaksi terang. Namun, dalam fotofosforilasi nonsiklik, langkah terakhir elektron adalah dalam pembuatan molekul NADPH yang juga digunakan dalam reaksi gelap. Ini membutuhkan masukan elektron baru untuk mengulangi reaksi terang. Kebutuhan elektron ini menghasilkan pembentukan oksigen dari molekul air.

Pada eukariota fotosintesis seperti ganggang dan tumbuhan, fotosintesis terjadi dalam organel sel khusus yang disebut kloroplas. Di dalam kloroplas terdapat membran tilakoid yang menyediakan lingkungan internal dan eksternal untuk fotosintesis. Membran tilakoid hadir di semua organisme fotosintesis, termasuk bakteri, tetapi hanya eukariota yang menampung membran ini di dalam kloroplas. Fotosintesis dimulai pada fotosistem yang terletak di dalam membran tilakoid. Sebagai reaksi terang fotosintesis berlangsung, proton dikemas dalam ruang membran menciptakan gradien proton melintasi membran.

Fotosistem adalah struktur kompleks yang melibatkan pigmen yang terletak di dalam membran tilakoid yang memberi energi elektron menggunakan energi cahaya. Setiap pigmen disesuaikan dengan bagian tertentu dari spektrum cahaya. Pigmen sentral adalah klorofil? yang berperan tambahan untuk mengumpulkan elektron yang digunakan dalam reaksi terang berikutnya. Di dalam pusat klorofil? adalah ion yang mengikat molekul air. Saat klorofil memberi energi pada elektron dan mengirimkan elektron di luar fotosistem ke molekul reseptor yang menunggu, elektron digantikan dari molekul air.

Saat elektron dilepaskan dari molekul air, air dipecah menjadi atom komponen. Atom oksigen dari dua molekul air bergabung membentuk oksigen diatomik (O₂). Atom hidrogen, yang merupakan proton tunggal yang kehilangan elektronnya, membantu penciptaan gradien proton di dalam ruang yang tertutup oleh membran tilakoid. Oksigen diatomik dilepaskan dan pusat klorofil mengikat molekul air baru untuk mengulangi prosesnya. Karena reaksi yang terlibat, empat elektron harus diberi energi oleh klorofil untuk menghasilkan satu molekul oksigen.