Struktur, Fungsi dan Komposisi Kimia pada Organel Kloroplas, Kloroplas
atau Chloroplast 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 semuasel. Bila ada, maka tiap sel dapat
memiliki satu sampai banyak plastida. 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.
A. Sejarah
Asal mula kloroplas
Kloroplas berasal
dari bahasa Yunani ( chloros = hijau
dan plastis = bentuk). Di dalam sel terdapat
beberapa bagian diantaranya kloroplas. Foto kloroplas pertama kali diisolasi
dari mikroskop electron pada tahun 1947 oleh S.Granick dan K. Porter. Foto
tersebut menunjukan bahwa grana tampak seperti tumpukan piring. Pada tahun
1953, J.Finean membuat sayatan tipis kloroplas dan mendapati secara
ultrastruktural tampak tiga kompartemen yaitu pembungkus luar,
sistem membran lamella internal dan stroma. Bentuk grana yang bertumpuk-tumpuk
tesebut bertujuan untuk memperluas permukaannya. Kloroplas merupakan organel
yang mengandung klorofil, untuk digunakan pada saat fotosintesis. Kloroplas
dapat memperbanyak dengan membelah diri (replikasi).
B. Struktur
Organel Kloroplas
 |
| Struktur Organel Kloroplas |
Kloroplas
merupakan organel sel bermembran yang hanya ditemukan pada sel tumbuhan.
Organel ini mengandung pigmen fotosintesis yang mampu melangsungkan proses
fotosintesis, sehingga tumbuhan digolongkan sebagai produsen karena
kemampuannya menghasilkan makanan sendiri. Kloroplas merupakan plastida yang
mengandung klorofil. Pada sel tumbuhan,
kloroplas biasanya dijumpai dengan bentuk cakram dengan diameter 5µm dan tebal
2-4 µm.
Seperti
halnya mitokondria, kloroplas dikelilingi oleh membran luar dan membran dalam. Membran dalam menutupi daerah yang berisi cairan yang
disebut stroma yang mengandung enzim untuk reaksi terang pada proses
fotosintesis. Stroma juga mengandung DNA dan ribosom. Pelipatan membran dalam
membentuk struktur seperti tumpukan piringan yang saling berhubungan yang
disebut tilakoid yang tersusun membentuk grana. Membran tilakoid yang
mengelilingi ruang interior tilakoid yang berisi cairan mengandung klorofil dan
pigmen fotosintesis lain serta rantai transport elektron. Reaksi terang dari
fotosintesis terjadi di tilakoid.
Membran dalam kloroplas merupakan barier/ penghalang antara sitosol dan stroma
kloroplas. Membran dalam permeabel terhadap sukrosa, sorbitol, dan macam-macam
anion. Meskipun membran dalam impermeabel terhadap sejumlah persenyawaan, namun
membran dalam permeabel terhadap karbon dioksida dan asam monokarboksilat
tertentu seperti asam asetat,asam gliserat, dan asam
glikolat, serta kurang permeabel terhadap asam amino.
Membran
luar kloroplas menutupi ruang intermembran antara membran dalam dan membran
luar kloroplas. Walaupun kloroplas memiliki DNA, sebagian besar protein dalam
kloroplas dikode oleh gen nuklear, dihasilkan di sitoplasma dan selanjutnya
dikirim ke kloroplas. Membran luar
permukaannya rata dan berfungsi mengatur keluar masuknya zat. Antara membran
luar dan membran dalam dipisahkan oleh ruang antar membran yang tebalnya 10 nm.
Membran ini permeabel terhadap senyawa-senyawa dengan berat molekul rendah
seperti : nukleotida, fosfat inorganik, derivat yang mengandung fosfat, asam
karboksilat,dan sukrosa. Jadi ruang antar membran dapat dengan bebas
menggunakan segala macam molekul nutrien dari sitosol. Ruang antar membran,
adalah ruangan yang memisahkan antara membran luar dengan membran dalam,
tebalnya kira-kira 10 nm.
Pengamatan dengan mikroskop cahaya, dengan pembesaran yang
paling kuat, kloroplas terlihat berbentuk butir. Pada tumbuhan tingkat tinggi
umumnya plastida berbentuk cakram (kira-kira 2 x 5 µm, 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 matang pada
beberapa ganggang, bryophyta dan lycopodium dapat memperbanyak diri dengan
pembelahan. Kesinambungan kloroplas terjadi melalui pertumbuhan dan pembelahan
proplastid di daerah meristem.
Bentuk kloroplas yang beraneka ragam ditemukan pada alga.
Kloroplas bernbentuk pita spiral ditemukan pada Spirogyra, sedangkan yang
berbentuk jala ditemukan pada Cladophora, sedangkan berbentuk pita ditemukan
pada Zygnema.
C. Fungsi dan Peran Kloroplas
Fungsi
utama kloroplas yaitu merupakan tempat fotosintesis pada tumbuhan. Semua bagian
yang berwarna hijau pada tumbuhan, termasuk batang hijau dan buah yang belum
matang, memiliki kloroplas, tetapi daun merupakan tempat utama berlangsungnya
fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan. Terdapat kira-kira setengah juta
kloroplas tiap milimeter persegi permukaan daun. Warna daun berasal dari
klorofil, pigmen warna hijau yang terdapat didalam kloroplas. Energi cahaya yang diserap klorofil ini lah yang menggerakkan
sintesis molekul makanan dalam kloroplas. Kloroplas ditemukan terutama dalam
sel mesofil, yaitu jaringan yang terdapat didalam bagian dalam daun. Karbondioksida
masuk kedaun, dan oksigen keluar, melalui pori mikroskopik yang disebut stomata
(tunggal, stoma;bahasa yunani, berarti mulut). Air yang diserap oleh akar
dialirkan kedaun melalui berkas pembuluh. Daun juga menggunakan berkas pembuluh
untuk mengirimkan gula keakar dan bagian-bagian dari tumbuhan yang tidak
berfotosintesis.
1. Fotosintesis
Pada Tumbuhan Hijau
Kloroplas
dijumpai terutama pada bagian daun yang disebut mesofil, yang sering disebut
pula daging daun. Kloroplas juga dijumpai di bagian-bagian lain, bahkan juga
pada batang dan ranting yang berwarna hijau. Hal ini disebabkan karena dalam
kloroplas terdapat pigmen yang berwarna hijau disebut klorofil. Pigmen ini
dapat menyerap energi cahaya. Klorofil terdapat pada membran tilakoid dan
perubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid,
sedangkan pembentukan glukosa sebagai produk akhir fotosintesis berlangsung di
stroma. Disamping klorofil a ( pigmen berwarna hijau ) dikenal pula klorofil b
yang mempunyai struktur mirip klorofil a, yaitu pigmen yang berwarna kuning
sampai jingga yang disebut karoten.
Klorofil pada tanaman pembuluh dan briophyta terdapat di dalam kloroplas,
yaitu di dalam membran tilakoid. Klorofil tidak efektif mengabsorbsi cahaya
hijau sehingga lebih banyak direfleksikan (dipantulkan) dan ditransmisikan
(diteruskan). Hal inilah yang menyebabkan mengapa klorofil tampak berwarna
hijau. Bagian dari spectrum cahaya yang diserap oleh klorofil selama proses
fotosintesis dapat ditentukan dengan menempatkan suatu larutan
klorofil di dalam alkohol diantara suatu sumber cahaya dan suatu
prisma kaca. Spektrum yang terbentuk berbeda dengan spektrum cahaya putih yang
tidak melewati klorofil.
Spektrum cahaya yang melewati larutan klorofil, panjang gelombang yang
diserap terlihat sebagai pita-pita gelap dan dinamakan pita-pita serapan.Posisi
pita-pita gelap dalam spektrum klorofil menunjukkan panjang gelombng mana yang
diserap. Terlihat bahwa banyak dari cahaya merah, biru
dan violet yang diserap yang merupakan panjang gelombang yang banyak digunakan
dalam fotosintesis. Sebagian merah dan sebagian besar kuning,
jingga dan hijau tidak diserap sama sekali.
Seperti mitokondria, kloroplas dapat dipandang sebagai pabrik tenaga
menggunakan sinar matahari sedangkan mitokondria adalah pabrik tenaga kimia
yang menggunakan energi kimia molekul zat makanan. Kloroplas menyerap energi
sinar dan menggunakannya unntuk mereduksi karbondioksida membentuk karbohidrat
seperti pada pati yang membebaskan molekul oksigen (O2). Sel tumbuhan
fotosintetik mengandung kloroplas dan mitokondria, kloroplas berfungsi sebagai
pabrik tenaga pada keadaan terang dan mitokondria dalam keadaan gelap, pada
saat organel ini mengoksidasi karbohidrat yang dihasilkan oleh pada fotosintesis
pada siang hari.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua
bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak
memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida). 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).
Silahkan klik tulisan 1. Reaksi terang untuk melihat prosesnya secara detail di artikel yang lain begitupun pada reaksi gelap
b.Fotosintesis Pada Alga dan Bakteri
Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang
hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak
memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi
dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen
dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih
bervariasi. Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang
berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain.
D. Hasil
Akhir Proses Fotosintesis
Hasil akhir proses
fotosintesis adalah gula sederhana. Senyawa ini perlu diubah menjadi gula lain
yang lebih kompleks (misalnya sukrosa) sebelum diangkut karena mudah bereaksi.
Melalui floem, sukrosa diangkut ke sel-sel daun yang tidak berfotosintesis,ke
sel-sel batang juga sel-sel akar untuk keperluan tumbuhan itu sendiri.
Sisa sukrosa diubah menjadi
gula, protein, dan lipid sebagai cadangan makanan. Cadangan makanan terutama
disimpan di akar dan batang, tetapi ada juga yang disimpan dalam daun.Hasil
lain dari proses fotosintesis adalah oksigen yang dilepas ke lingkungan melalui
stomata yang digunakan oleh makhluk hidup lain untuk bernafas.
E. Komposisi
Kimia Organel Kloroplas
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.
F. Replikasi
dan Diferensiasi DNA pada Kloroplas
Kloroplas berasal dari kloroplas yang sudah ada selama daur hidup tumbuhan
tinggi daan diteruskan ke sel sel turunannya selama pembelahan sel. Penyempitan
terjadi dekat tengah – tengah plastida dan kedua turunan dihasilkan dari
pemishan membran – membran didaerah itu. Umumnya pembelahan kloroplas tidak
serempak di dalam jaringan atau sel tumbuhan. Sejumlah faktor –
faktor lingkungan memengaruhi replikasi dan diferensiasi, karena itu puncak
reflikasi akan terlihat apabila keadaan lingkungan optimal. Replikasi dan
diferensiasi kloroplas dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan tertentu
seperti cahaya, suhu, regulator pertumbuhan dan mineral.
DAFTAR
PUSTAKA
Campbell
and Reece. 2010. Biologi. Edisi Kedelapan jilid 1. Jakarta : Erlangga
Issoegianti,SM.
2002. Biologi Sel.Jakarta:Universitas Terbuka
Ricky.
2009. Replikasi dan Diferensiasi
Kloroplas. From http://inckzitbbandung.blogspot.com/2009/11/e-replikasi-dan-differensiasi-kloroplas.html
1 Mei 2015
Winatasasmita,Djamhur.
1986. Biologi Sel. Jakarta : Karunika Universitas Terbuka
Xavier,Daniel. Chloroplast (Indonesian Version). From https://www.academia.edu/2381579/Chloroplast_Indonesian_version_
1 Mei 2015
0 Comments
