UTS KTS

1.      Jelaskan struktur umum kloroplas! Mencakup batasan konseptual dan semua komponennya!

            Kloroplas adalah plastid yang mengandung klorofil. Di dalam kloroplas berlangsung fase terang dan fase gelap dari fotosintesis tumbuhan. Kloroplas terdapat pada hampir seluruh tumbuhan, tetapi tidak umum dalam semua sel. Bila ada, maka tiap sel dapat memiliki satu sampai banyak plastid. Pada tumbuhan tingkat tinggi umumnya berbentuk cakram (kira-kira 2 x 5 mm, kadang-kadang lebih besar), tersusun dalam lapisan tunggal dalam sitoplasma tetapi bentuk dan posisinya berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya. Pada ganggang, bentuknya dapat seperti mangkuk, spiral, bintang menyerupai jaring, seringkali disertai pirenoid. Kloroplas terdiri atas dua bagian besar, 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. Bagian dalam kloroplas mengandung DNA , RNAs, ribosom, stroma (tempat terjadinya reaksi gelap), dan granum. Granum terdiri atas membran tilakoid (tempat terjadinya reaksi terang) dan ruang tilakoid (ruang di antara membran tilakoid). Pada tanaman C₃, kloroplas terletak pada sel mesofil. Contoh tanaman C₃ adalah padi (Oryza sativa), gandum (Triticum aestivum), kacang kedelai (Glycine max), dan kentang (Solanum tuberosum). Pada tanaman C₄, kloroplas terletak pada sel mesofil dan bundle sheath cell. Contoh tanaman C₄ adalah jagung (Zea mays) dan tebu (Saccharum officinarum).

            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.

2.      Bedakan antara Tylakoid kecil dan Tylakoid besar?

·         Tilakoid kecil terbentuk seperti cakram atau uang logam yang bertumpuk membentuk suatu struktur yang dinamakan granum (jamak-grana).

·         Tilakoid besar berbentuk saluran-saluran yang saling berhubungan dan membentuk anyaman di dalam stroma. Tilakoid besar juga berfungsi sebagai penghubung antar grana.

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 atau isi dalam kloroplas yang analog/identik dengan struktur dan fungsi sitosol dalam membran sel, disebut sebagai struktur apa?

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.      Jelaskan apa fungsi dari kloroplas di dalam sel!

Kloroplas berfungsi sebagai organela pembangkit tenaga mempunyai dua fungsi utama, yaitu mensintesis energi berupa ATP dan NADPH melalui jalur fosforilasi dan metabolisme karbon melalui fotosintesis.

6.      Tuliskan reaksi kimia sederhana dari proses fotosintesis yang terjadi dalam kloroplas?

Fotosintesis menggunakan cahaya sebagai sumber energi dan bukan substrat kimia, fotosintesis menggunakan CO2 dan air, menghasilkan oksigen dan karbohidrat.

Reaksi fotosintesis dirangkum sebagai berikut:

6 CO₂ + 12 H₂O + energi cahaya –> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

7.      Jelaskan komposisi kimia dari membran kloroplas khusunya membran Tylakoid!

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.

8.      Pada reaksi fotosintesi yang detail pada kedalaman informasi kompleks dari proses reaksi kimia berantai, gambar dua reaksi kimia dasar yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Berikut ini jelaskan konsep terkait di dalamnya!

a.      Tujuan reaksinya apa?

Reaksi terang: untuk reaksi asimilasi karbon

Reaksi gelap: reaksi pembentukan gula dari CO₂

b.      Bahan dasar atau substrat yang dibutuhkan apa?

Reaksi terang: cahaya, kloroplas, karbondioksida dan air

Reaksi gelap: karbondioksida, unsur hara, dan enzim

c.       Tempat terjadinya dimana atau organelnya apa?

Reaksi terang: terjadi di grana, persisnya di membran tylakoid

Reaksi gelap: terjadi di stroma

d.      Proses reaksi kimia yang terjadi bagaimana?

1)      Reaksi terang menggunakan 2 fotosistem yang berhubungan. Fotosistem I menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm maka disebut P700, berfungsi untuk menghasilkan NADPH. Fotosistem II menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm maka disebut P680, berfungsi untuk membuat potensial oksidasi cukup tinggi sehingga bisa memecah air. Bila bekerja bersama, 2 fotosistem ini melakukan proses fotofosforilasi non-siklik yang menghasilkan ATP dan NADPH. Fotosistem I mentransfer elektron ke NADP + untuk membentuk NADPH. Kehilangan elektron digantikan oleh elektron dari fotosistem II. Fotosistem II dengan potensial oksidasinya yang tinggi dapat memecah air untuk menggantikan elektron yang ditransfer ke fotosistem I. Kedua fotosistem ini dihubungkan oleh kompleks pembawa elektron yang disebut sitokrom/komplek b6-f. Kompleks ini menggunakan energi dari pemindahan elektron untuk memindahakan proton dan mengaktifkan gradien proton yang digunakan oleh enzim ATP sintase.

2)      Mekanisme/urutan reaksi kimia dari reaksi gelap?

Reaksi gelap dimulai dengan pengikatan atau fiksasi 6 molekul CO2 ke 6 molekul gula 5 karbon yaitu ribulosa 1,5 bifosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase/oksigenase(rubisco) yang kemudian membentuk 6 molekul gula 6 karbon. Molekul 6 karbon ini tidak stabil maka pecah menjadi 12 molekul 3 karbon yaitu 3 fosfogliserat. 3 fosfogliserat kemudian difosforilasi oleh 12 ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. 1,3 bifosfogliserat difosforilasi lagi oleh 12 NADPH membentuk 12 molekul gliseradehida 3 fosfat/PGAL. 2 PGAL digunakan untuk membentuk 1 molekul glukosa atau jenis gula lainnya, sedangkan 10 molekul lainnya difosforilasi oleh 6 ATP untuk kembali membentuk 6 molekul Ribulosa 1,5 bifosfat. Proses pengikatan CO2 ke RuBP disebut fiksasi, proses pemecahan molekul 6 karbon menjadi molekul 3 karbon disebut reduksi dan proses pembentukan kembali RuBP dari PGAL disebut regenerasi. Fotosintesis ini disebut mekanisme C3, karena molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah molekul berkarbon 3. Kebanyakan tumbuhan menggunakan fotosintesis C3 disebut tumbuhan C3.

e.       Hasil reaksinya apa?

Reaksi terang: ATP dan NADPH

Reaksi gelap: Gula dari CO₂

Lebih mudahnya dapat dijelaskan dengan bagan, tabel dan keterangan singkat dari deskripsi bagan atau tabel.

9.      Jelaskan hubungan keterkaitan yang saling membutuhkan pada setiap reaksi kimia dalam sel antara mitokondria dan kloroplas!

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.

Sifat-sifat Protoplasma

PROTOPLASMA

Menurut Max Schultze, Protoplasma adalah dasar-dasar fisik dari suatu kehidupan. Menurut Purkinje, Protoplasma adalah matriks. Menurut Hertwig, Protoplasma adalah sekumpulan substansi kehidupan yang terdapat dalam ruang yang dibatasi oleh selaput plasma.

SIFAT-SIFAT FISIKA PROTOPLASMA

1.      Tidak cair dan tidak padat

2.      Terdiri dari bermacam-macam sistem larutan

3.      Sebagai koloid mempunyai sifat sebagai berikut: 

a)      Efek Tyndall

Efek tyndall ini ditemukan oleh John Tyndall (1820-1893), seorang ahli fisika Inggris. Oleh karena itu sifat itu disebut efek tyndall.

Efek tyndall adalah efek yang terjadi jika suatu larutan terkena sinar. Pada saat larutan sejati (gambar kiri) disinari dengan cahaya, maka larutan tersebut tidak akan menghamburkan cahaya, sedangkan pada sistem koloid (gambar kanan), cahaya akan dihamburkan. hal itu terjadi karena partikel-partikel koloid mempunyai partikel-partikel yang relatif besar untuk dapat menghamburkan sinar tersebut. Sebaliknya, pada larutan sejati, partikel-partikelnya relatif kecil sehingga hamburan yang terjadi hanya sedikit dan sangat sulit diamati.

b)      Gerak Brown

Jika kita amati system koloid dibawah mikroskop ultra, maka kita akan melihat bahwa partikel-partikel tersebut akan bergerak membentuk zigzag. Pergerakan zigzag ini dinamakan gerak Brown. Pergerakan tersebut dijelaskan pada penjelasan berikut:

Partikel-partikel suatu zat senantiasa bergerak. Gerakan tersebut dapat bersifat acak seperti pada zat cair dan gas, atau hanya bervibrasi di tempat seperti pada zat padat. Untuk system koloid dengan medium pendispersi zat cair atau gas, pergerakan partikel-partikel akan menghasilkan tumbukan dengan partikel-partikel koloid itu sendiri. Tumbukan tersebut berlangsung dari segala arah. Oleh karena ukuran partikel cukup kecil, maka tumbukan yang terjadi cenderung tidak seimbang. Sehingga terdapat suatu resultan tumbukan yang menyebabkan perubahan arah gerak partikel sehingga terjadi gerak zigzag atau gerak Brown.

Semakin kecil ukuran partikel koloid, semakin cepat gerak Brown terjadi. Demikian pula, semakin besar ukuran partikel kolopid, semakin lambat gerak Brown yang terjadi. Hal ini menjelaskan mengapa gerak Brown sulit diamati dalam larutan dan tidak ditemukan dalam zat padat (suspensi).

Gerak Brown juga dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu system koloid, maka semakin besar energi kinetic yang dimiliki partikel-partikel medium pendispersinya. Akibatnya, gerak Brown dari partikel-partikel fase terdispersinya semakin cepat. Demikian pula sebaliknya, semakin rendah suhu system koloid, maka gerak Brown semakin lambat.

c)      Koagulasi

Jika partikel-partikel koloid tersebut bersifat netral, maka akan terjadi penggumpalan dan pengendapan karena pengaruh gravitasi. Proses penggumpalan dan pengendapan ini disebut koagulasi.

Penetralan partikel koloid dapat dilakukan dengan 4 cara, yaitu:

·         Menggunakan prinsip elektroforesis

Proses elektroforesis adalah pergerakan partikel-partikel koloid yang bermuatan ke elektrode dengan muatan berlawanan. Ketika partikel ini mencapai elektrode, maka system koloid akan kehilangan muatannya dan bersifat netral.

·         Penambahan koloid lain dengan muatan berlawanan

Ketika koloid bermuatan positif dicampur dengan koloid bermuatan negatif, maka muatan tersebut akan saling menghilang dan bersifat netral.

·         Penambahan elektrolit

Jika suatu elektrolit ditambahkan pada system koloid, maka partikel koloid yang bermuatan negatif akan mengasorpsi ion positif (kation) dari elektrolit. Begitu juga sebaliknya, partikel positif akan mengasorpsi ion negative (anion) dari elektrolit. Dari adsorpsi diatas, maka terjadi proses koagulasi.

·         Pendidihan

Kenaikan suhu sistem koloid menyebabkan jumlah tumbukan antara partikel-partikel sol dengan molekul-molekul air bertambah banyak. Hal ini melepaskan elektrolit yang teradsorpsi pada permukaan koloid. Akibatnya partikel tidak bermuatan.

Sifat-Sifat	Sol Liofil	Sol Liofob
Pembuatan	Dapat dibuat langsung dengan mencampurkan fase terdispersi dengan medium terdispersinya	Tidak dapat dibuat hanya dengan mencampur fase terdispersi dan medium pendisperinya
Muatan partikel	Mempunyai muatan yang kecil atau tidak bermuatan	Memiliki muatan positif atau negative
Adsorpsi medium pendispersi	Partikel-partikel sol liofil mengadsorpsi medium pendispersinya. Terdapat proses solvasi/ hidrasi, yaitu terbentuknya lapisan medium pendispersi yang teradsorpsi di sekeliling partikel sehingga menyebabkan partikel sol liofil tidak saling bergabung	Partikel-partikel sol liofob tidak mengadsorpsi medium pendispersinya. Muatan partikel diperoleh dari adsorpsi partikel-partikel ion yang bermuatan listrik
Viskositas (kekentalan)	Viskositas sol liofil > viskositas medium pendispersi	Viskositas sol hidrofob hampir sama dengan viskositas medium pendispersi
Penggumpalan	Tidak mudah menggumpal dengan penambahan elektrolit	Mudah menggumpal dengan penambahan elektrolit karena mempunyai muatan.
Sifat reversibel	Reversibel, artinya fase terdispersi sol liofil dapat dipisahkan dengan koagulasi, kemudian dapat diubah kembali menjadi sol dengan penambahan medium pendispersinya.	Irreversibel artinya sol liofob yang telah menggumpal tidak dapat diubah menjadi sol
Efek Tyndall	Memberikan efek Tyndall yang lemah	Memberikan efek Tyndall yang jelas
Migrasi dalam medan listrik	Dapat bermigrasi ke anode, katode, atau tidak bermigrasi sama sekali	Akan bergerak ke anode atau katode, tergantung jenis muatan partikel

REFERENSI

http://file.upi.edu/Direktori/SPS/PRODI.PENDIDIKAN_IPA/196201151987031-TAUFIK_RAHMAN/kel_4.pdf, diakses pada Minggu, 09 Oktober 2014 pukul 15:30 WIB.

http://sistemkoloid.tripod.com/sifat.htm, diakses pada Minggu, 09 Oktober 2014 pukul 15:50 WIB.

http://www.materibiologi.com/sifat-kimia-dan-sifat-fisika-protoplasma/, diakses pada Minggu, 09 Oktober 2014 pukul 16:23 WIB.