Pika's Corner

STRUKTUR DAN FUNGSI KLOROPLAS

Pada sel tumbuhan ada bagian paling spesifik yang tidak terdapat pada sel hewan, yaitu bagian yang berperan dalam proses fotosintesis. Bagian yang dimaksud adalah klorofil. Klorofil dihasilkan oleh suatu struktur yang disebut kloroplas.

Berevolusi dari endosimbiosis, kloroplas adalah organel yang memungkinkan tanaman dan ganggang tertentu untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia.[1] Kloroplas umumnya berkaitan dengan fotosintesis pada tumbuhan hijau baik yang bersel satu maupun yang bersel banyak. Beberapa diantara organisme melakukan fotosintesis meliputi ganggang merah, cokelat, ganggang hijau, demikian juga organisme peralihan (plantlike) seperti Euglena, Dinoflagelata, dan Diatome. Dari golongan prokariotik ada juga yang dapat melakukan fotosintesis seperti ganggang biru hijau (Cyanobacteria), serta bakteri fotosintetik seperti bakteri hijau belerang dan bakteri ungu (purple bacteria).[2]

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.

A. Struktur Kloroplas

Kloroplas dibungkus oleh membran ganda, yaitu membran internal (dalam) dan membran eksternal (luar). Membran dalam, kaya akan fosfolipid dan protein. Selain itu, kloroplas juga mengandung pigmen yang paling utama di antaranya adalah klorofil. Klorofil terdapat dalam struktur seperti tumpukan piring yang disebut granum (jamak: grana). Warna hijau klorofil yang tergabung dalam membran, memberi warna hijau pada kloroplas dan sel serta jaringan tumbuhan yang terkena cahaya. Klorofil menangkap energi matahari dan digunakan untuk fotosintesis zat makanan. Jadi, kloroplas merupakan tempat fotosintesis.

1) Membran Internal (Dalam)

Pada membran ini tidak terdapat lipatan (halus), dan terdapat banyak pigmen fotosintesis yang terletak pada thilakoid. Pigmen ini akan menangkap cahaya matahari dan mengubah energi cahaya ini menjadi energi kimia dalam bentuk ATP (Adenosin Trifosfat), melalui proses fotosintesis. Tumpukan dari beberapa thilakoid akan membentuk granum. Thilakoid yang memanjang menghubungkan granum satu dengan lainnya disebut stroma. Pigmen fotosintesis tersebut antara lain klorofil dan karotenoid.

a) Klorofil

Klorofil meliputi klorofil a dan b. Klorofil merupakan pigmen hijau untuk menangkap energi cahaya matahari, misalnya sinar merah, biru, ungu, dan memantulkan sinar hijau. Pigmen-pigmen fotosintesis tumbuhan tingkat tinggi terbagi menjadi dua macam, yaitu klorofil dan karotenoid. Kedua pigmen ini berperan untuk menyerap energi cahaya, kemudian mengubahnya menjadi energi kimia. Kedua pigmen terletak di membran kloroplas. Klorofil berfungsi menyerap sinar merah dan biru-ungu, memantulkan sinar hijau, kecuali bila tertutup oleh pigmen warna lain. Karotenoid merupakan pigmen berwarna kuning, orange, merah atau coklat yang menyerap sinar bergelombang antara biru-ungu.

b) Karotenoid

Karotenoid merupakan pigmen kuning sampai jingga. Karotenoid menyerap sinar gelombang antara hijau-biru. Karotenoid terdapat pada beberapa bunga dan buah-buahan sehingga memiliki warna yang cemerlang dan menarik insekta, burung atau hewan lain untuk membantu penyerbukan atau penyebaran biji. Misalnya, likopen yang merupakan karoten pada kulit buah tomat yang merah. Karotenoid juga berfungsi sebagai pelindung klorofil pada waktu sinar terlalu kuat dan oksidasi oleh oksigen yang dihasilkan dalam proses fotosintesis. Ada dua tipe karotenoid, yaitu karoten dan xantofil.

2) Membran Eksternal (Luar)

Pada membran ekternal ini tidak mengandung klorofil maupun karotenoid, melainkan mengandung pigmen xanthofil yang disebut violaxanthin. Dari uraian di atas dapat kita ketahui bahwa di dalam sel yang masihn hidup selalu terdapat unsur-unsur pokok seperti disebutkan di atas. Sel hidup masih selalu melakukan aktivitas tumbuh dan berkembang. Aktivitas ini dilakukan oleh bagian-bagian pokok sel tersebut. Coba Anda bayangkan jika sel tidak memiliki organela-organela seperti di atas, apakah yang akan terjadi? Tentunya kita tidak dapat tumbuh dan berkembang, tetapi perlu Anda ketahui bahwa pertumbuhan sel ini bersifat terarah dan terkendali.

Contohnya sel-sel janin, ia tahu persis kapan harus membelah dan kapan harus berhenti, sehingga hanya ada 2 kaki, 2 tangan, 2 mata, 2 ginjal, bahkan jika kita perhatikan jari kelingking tidak lebih panjang dari jari manis dan sebagainya. Contoh tersebut menggambarkan pembelahan sel yang terarah dan terkendali. Dengan mengetahui sifat sel yang terarah dan terkendali akan menimbulkan rasa kagum dan selanjutnya kita harus mensyukurinya sebagai anugerah Tuhan Yang Maha Esa kepada kita dan makhluk hidup lain di bumi.

Kloroplas berfungsi sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis. Peran pigmen untuk menangkap cahaya matahari yang akan diubah menjadi energi kimia.[3]

Kloroplas merupakan salah satu organela yang terdapat pada sel tumbuhan. Pada sel-sel tumbuhan tingkat tinggi umumnya berisi antara 50-200 buah kloroplas. Kloroplas dapat dilihat dengan mikroskop cahaya dengan perbesaran yang paling kuat. Panjangnya antara 5-10 µm dan tebal 2-4 µm. Dilihat dari atas bentuknya lonjong atau ellipsoid, dilihat dari salah satu sisinya dapat berupa permukaan atas cembung dan permukaan bawahnya cekung, atau flat (lembaran lonjong), atau bikonvek (kedua permukaannya cembung).[4]

Kloroplas mengandung pigmen, termasuk klorofil, dan enzim-enzim yang diperlukan untuk fotosintesis, suatu proses di mana energi cahaya dikonversi menjadi energi kimia, yang digunakan untuk menghasilkan molekul (bahan bakar) karbohidrat.[5]

Pada tumbuhan rendah dan terutama pada beberapa mikroorganisme, bentuknya sangat berbeda dari yang terlihat pada tumbuhan dan sering jumlahnya terdapat sedikit. Sebagai contoh:

Euglena gracilis : kurang lebih 10 kloroplas/sel

Chlamydomonas : satu kloroplas/sel, berbentuk mangkuk

Spirogyra : satu kloroplas/sel, berbentuk pita yang memanjang di seluruh sel[6]

Bentuk kloroplast yang beraneka ragam ditemukan pada alga. Kloroplas berbentuk pita spiral ditemukan pada Spirogyra, sedangkan yang berbentuk jala ditemukan pada Cladophora, sedangkan kloroplas berbentuk pita ditemukan pada Zygnema.[7]

Pada ganggang, bentuk kloroplas 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.

Kloroplas terdapat pada hampir seluruh tumbuhan, tetapi tidak umum dalam semua sel. Bila ada, maka tiap sel dapat memiliki satu sampai banyak plastida . Plastida adalah organel bermembran rangkap yang bentuk dan fungsinya bermacam-macam. Proplastida merupakan prekursor berbagai macam plastida dalam jaringan tanaman, tergantung pada macam jaringan dan macam lingkungan yang berpengaruh, proplastida berdiferensiasi menjadi plastida yang berbeda.

Seperti halnya mitokondria, kloroplas dikelilingi oleh membran luar dan membran dalam. Seperti membran luar pada mitokondria, membran luar kloroplas juga mengandung porin yang menyebabkan membran ini permeable terhadap molekul dengan ukuran 10.000 dalton. Sebaliknya membran dalam relatif lebih impermeabel. 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 luar kloroplas menutupi ruang intermembran antara membran dalam dan membran luar kloroplas. Seperti pada matriks mitokondria, stroma kloroplas mengandung molekul DNA sirkuler dan ribosom. Diperkirakan pula terdapat sekitar 60 macam polipeptida pada membran tilakoid. Setengah diantaranya dikode oleh DNA kloroplas. Sebagian besar protein dalam kloroplas dikode oleh gen nuklear, dihasilkan di sitoplasma dan selanjutnya dikirim ke kloroplas.[8]

Struktur kloroplas:

1. Membran luar

2. Ruang antar membrane

3. Membran dalam (1+2+3: bagian amplop)

4. Stroma

5. Lumen tilakoid (inside of thylakoid)

6. Membran tilakoid

7. Granum (kumpulan tilakoid)

8. Tilakoid (lamella)

9. Pati

10. Ribosom

11. DNA plastid

12. Plastoglobula

1. Membran Luar Kloroplas

Membran luar kloroplas tumbuhan tinggi dipisahkan dari membran dalam oleh ruang antar membran yang tebalnya 10 nm. Membran inti 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. Dilihat dari permeabilitasnya, fungsi membran luar kloroplas dan mitokondria mempunyai persamaan.

2. Membran Dalam Kloroplas

Membran dalam kloroplas merupakan barier/penghalang antara sitosol dan stroma kloroplas. Membran dalam permeabel terhadap sukrosa, sorbitol, dan bermacam-macam anion misalnya di dan trikarboksilat, fosfat, persenyawaan-persenyawaan seperti nukleotida dan gula fosfat.

Meskipun membran dalam impermeabel terhadap sejumlah persenyawaan, namun membran dalam permeabel terhadap CO₂dan asam monokarboksilat tertentu seperti asam asetat, asam gliserat, dan asam glikolat, serta kurang permeabel terhadap asam amino.

Seperti membran dalam mitokondria, membran dalam kloroplas berisi karier khusus untuk mentranspor agen metabolic penting dalam fotosintesis seperti fosfat, fosfogliserat, dehidroksoaseton fosfat, dikarboksilat dan ATP.

Kloroplas terdiri matriks berair disebut stroma terikat oleh dua membran halus - membran luar dan membran dalam. Tersebar ke stroma adalah jaringan membran tilakoid di mana klorofil dan pigmen fotosintesis lain yang tertanam. Beberapa tilakoid ini hadir dalam bentuk ditumpuk dan disebut sebagai grana.[9]

http://www.fp.unud.ac.id/biotek/biologi-sel/kloroplas-dan-fotosintesis/kloroplas/

Kloroplas mempunyai tingkat otonomi di dalam sel dalam banyak hal sama dengan mitokondria. Dalam stroma terdapat DNA. Dengan genom itu sejumlah protein khas kloroplas dibuat dengan menggunakan ribosom yang juga terdapat dalam stroma. Kloroplas juga melakukan replikasi. Seluruh genom kloroplas terdapat di dalam satu molekul DNA (ctDNA) yang sirkular. Biasanya DNA terdapat dalam copy berganda sebanyak 20-60 ctDNA per kloroplas. Panjang DNA sering 45 µm, tetapi bergantung kepada spesies dapat berkisar antara 40-60 µm. ctDNA cukup besar sehingga dapat mengkodekan lebih dari 150 protein. Masing-masing dengan berat milekul 50.000 dalton. Ini kira-kira sama dengan jumlah berbagai protein yang terdapat dalam kloroplas, baik protein strktural maupun enzim yang penting untuk fotosintesis, sintesis karbohidrat, lipid, dan protein. Namun, kloroplas tidak mengkode semua protein itu sendiri. Replikasi dan diferensiasi dikontrol sebagian oleh genom inti dan sebagian oleh ctDNA.

Banyak protein stroma dan protein membran tilakoid dikode seluruhnya oleh DNA inti dan dibentuk di ribosom sitoplasma. Misalnya subunit kecil enzim ribulosa difospat karboksilase dan enzim-enzim daur Calvin, asam nukleat polimerase dan aminoasil-tRNA sintetase disintesi di sitoplasma di bawah arahan inti dan dimasukkan ke dalam kloroplas. Dengan demikian, kloroplas bergantung kepada genom inti untuk melaksanakan daur Calvin dan fotofosporilasi.

Kloroplas berasal dari kloroplas yang sudah ada selama daur hidup tumbuhan tinggi dan diteruskan ke sel-sel turunannya selama pembelahan sel. Tipe pembelahan sama seperti pada mitokondria. Penyempitan terjadi dekat tengah-tengah plastida dan kedua turunan dihasilkan dari pemisahan mebran-membran di daerah inti. Umumnya pembelahan kloroplas tidak serempak di dalam jaringan atau sel tumbuhan. Sejumlah faktor-faktor lingkungan memengaruhi replikasi dan diferensiasi. Karena itu puncak replikasi akan terlihat apabila keadaan lingkungan optimal.

Kloroplas - yang "dapur" sel tumbuhan - adalah organel utama untuk sumber makanan bagi tanaman dan lainnya autotrof. Mereka juga situs untuk fiksasi nitrogen, reaksi yang saling berhubungan dengan proses fotosintesis dan fotorespirasi, dan memainkan peran protektif dalam sel tanaman.

B. Fungsi Kloroplas

Fungsi kloroplas adalah sebagai tempat fotosintesis. Pada dasarnya fotosintesis seperti juga reaksi pada mitokondria merupakan pembentukan ATP dan melibatkan transport hidrogen dan elektron dalam senyawa-senyawa seperti NADH dan sitokrom. Perbedaannya adalah bahwa fotosintesis menggunakan cahaya sebagai sumber energi dan bukan substrat kimia, fotosintesis menggunakan CO₂dan air, menghasilkan oksigen dan karbohidrat.

Reaksi fotosintesis dirangkum sebagai berikut:

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

Kloroplas merupakan komponen pada daun yang menolong tanaman mengubah cahaya menjadi energy yang dikenal dengan proses fotosintesis. Kloroplas ada di dalam tanaman berdaun hijau, jadi pada dasarnya setiap tanaman memiliki potensi untuk menjadi sumber listrik.[10]

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2008. Kloroplas. http://www.fp.unud.ac.id/biotek/biologi-sel/kloroplas-dan-fotosintesis/kloroplas/. Diakses pada 11 November 2013.

Budisma. Struktur dan Fungsi Kloroplas. http://budisma.web.id/struktur-dan-fungsi-kloroplas.html, diakses pada 10 September 2013 pukul 23.43 WIB

Budiyanto. 2011. Struktur dan Fungsi Koroplas. http://hidupsehati.com/struktur-dan-fungsi-kloroplas.html

Campbell, N.A., Reece, J.B., Mitchell, L.G. 2002. Biologi. Alih bahasa lestari, R. et al. safitri, A., Simarmata, L., Hardani, H.W. (eds). Erlangga, Jakarta.

Eva Sartini Bayu. 2013. Genom Kloroplas. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1105/1/pemuliaan%20tanaman-eva2.pdf

Evy Yulianti. Organela Sel Eukariotik. http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pengabdian/evy-yulianti-msc/organela-sel-eukariotik.pdf

Jeny Esterina. 2011. Struktur dan Fungsi Kloroplas. http://blog.uad.ac.id/jenyesterina/2011/12/31/struktur-dan-fungsi-kloroplas/

Sumadi., Aditya Marianti. 2007. Biologi Sel. Yogyakarta: Graha Ilmu.

STRUKTUR DAN FUNGSI SEL. http://file.upi.edu/Direktori/SPS/PRODI.PENDIDIKAN_IPA/196307011988031-SAEFUDIN/Biologi_sel_PLPG.pdf.

Tanri Alim. 2013. Fungsi Kloroplas. http://www.biologi-sel.com/2013/06/fungsi-kloroplas.html

www.fp.unud.ac.id/biotek/wp-content/uploads/kloroplas.ppt