Setiap daun hijau yang Anda lihat adalah pabrik solar yang luar biasa. Di dalamnya terjadi salah satu reaksi kimia yang paling penting di permukaan bumi โ fotosintesis, proses yang mengubah cahaya matahari, air, dan karbon dioksida menjadi gula dan oksigen. Dan pigmen hijau yang memungkinkan semuanya ini adalah klorofil.
Klorofil adalah molekul organik kompleks yang terdiri dari cincin porfirin yang mengandung atom magnesium di tengahnya, dengan rantai phytol panjang yang melekat padanya. Ia ditemukan dalam kloroplas โ organel khusus dalam sel tumbuhan dan alga. Klorofil menyerap cahaya dalam rentang merah (640-680 nm) dan biru-ungu (430-450 nm) secara sangat efisien, tetapi memantulkan cahaya hijau โ itulah sebabnya kita melihat daun sebagai hijau.
Proses fotosintesis berlangsung dalam dua tahap utama. Tahap pertama, reaksi cahaya atau reaksi terang, berlangsung dalam membran tilakoid di dalam kloroplas. Ketika foton cahaya mengenai molekul klorofil, energi foton itu digunakan untuk "menggerakkan" elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi. Elektron-elektron berenergi tinggi ini kemudian mengalir melalui rantai transport elektron โ serangkaian protein yang tersusun dalam membran tilakoid โ menghasilkan ATP (adenosina trifosfat, molekul penyimpan energi universal) dan NADPH (agen reduksi yang kuat). Proses pemecahan air terjadi pada tahap ini, melepaskan oksigen sebagai produk sampingan โ oksigen yang kita hirup adalah hasil langsung dari reaksi ini.
Tahap kedua, siklus Calvin atau reaksi gelap, berlangsung di dalam stroma kloroplas dan tidak memerlukan cahaya secara langsung. Ia menggunakan ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam reaksi terang untuk mengubah karbon dioksida dari udara menjadi molekul gula โ glukosa dan gula-gula lain. Enzim kuncinya adalah RuBisCO (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase), yang dipercaya sebagai enzim paling banyak di bumi. RuBisCO memungkinkan penggabungan COโ dengan molekul gula 5-karbon untuk memulai proses pembentukan gula.
Persamaan sederhana fotosintesis adalah: 6COโ + 6HโO + cahaya โ CโHโโOโ + 6Oโ. Namun, menyebutnya "sederhana" adalah menipu โ proses sebenarnya melibatkan ratusan reaksi yang berbeda, dikendalikan oleh puluhan enzim, dan berlangsung dalam beberapa milisekon di dalam membran yang teratur dengan luar biasa.
Kegunaan fotosintesis bagi kehidupan di bumi tidak dapat dilebih-lebihkan. Hampir semua energi dalam ekosistem bumi akhirnya berasal dari fotosintesis โ baik secara langsung melalui tumbuhan yang kita makan, atau secara tidak langsung melalui hewan yang memakan tumbuhan. Bahan bakar fosil seperti minyak, gas alam, dan batu bara juga hanyalah energi matahari yang telah "disimpan" melalui fotosintesis oleh organisma purba jutaan tahun yang lalu.
Para ilmuwan sedang berusaha untuk meniru fotosintesis secara buatan โ proses yang disebut fotosintesis buatan โ sebagai cara untuk menghasilkan bahan bakar bersih dari cahaya matahari dan air. Jika berhasil, ini bisa merevolusi sektor energi dan membantu mengatasi perubahan iklim. Klorofil yang sederhana yang tampak berwarna hijau sebenarnya adalah dasar dari kehidupan sebagaimana yang kita kenal.