FASE GELAP FOTOSINTESIS: KARAKTERISTIK, MEKANISME, PRODUK - BIOLOGI - 2024

The fase gelap fotosintesis adalah proses biokimia dimana zat organik (berdasarkan karbon) yang diperoleh dari zat-zat anorganik. Ini juga dikenal sebagai fase fiksasi karbon atau siklus Calvin-Benson. Proses ini terjadi di stroma kloroplas.

Pada fase gelap, energi kimia disuplai oleh produk yang dihasilkan pada fase terang. Produk ini adalah molekul energik ATP (adenosine triphosphate) dan NADPH (pembawa elektron tereduksi).

Fase terang dan fase gelap. Maulucioni, dari Wikimedia Commons

Bahan baku dasar untuk proses dalam fase gelap adalah karbon yang diperoleh dari karbondioksida. Produk akhirnya adalah karbohidrat atau gula sederhana. Senyawa karbon yang diperoleh ini merupakan dasar fundamental dari struktur organik makhluk hidup.

Karakteristik umum

Fase gelap fotosintesis. pixabay.com

Fase fotosintesis ini disebut gelap karena tidak memerlukan partisipasi langsung sinar matahari untuk perkembangannya. Siklus ini terjadi pada siang hari.

Fase gelap berkembang terutama di stroma kloroplas di sebagian besar organisme fotosintetik. Stroma adalah matriks yang mengisi rongga internal kloroplas di sekitar sistem tilakoid (tempat fase cahaya berlangsung).

Di dalam stroma terdapat enzim yang diperlukan untuk terjadinya fase gelap. Enzim yang paling penting adalah rubisco (ribulosa bifosfat karboksilase / oksigenase), protein yang paling melimpah, mewakili antara 20 hingga 40% dari semua protein terlarut yang ada.

Mekanisme

Karbon yang dibutuhkan untuk proses tersebut berupa CO ₂ (karbondioksida) di lingkungan. Dalam kasus alga dan cyanobacteria, CO ₂ dilarutkan dalam air yang mengelilinginya. Dalam kasus tumbuhan, CO ₂ mencapai sel fotosintesis melalui stomata (sel epidermis).

Siklus Calvin-Benson

Siklus ini memiliki beberapa reaksi:

Reaksi awal

CO ₂ berikatan dengan senyawa akseptor lima karbon (ribulosa 1,5-bifosfat atau RuBP). Proses ini dikatalisis oleh enzim rubisco. Senyawa yang dihasilkan adalah molekul enam karbon. Ini rusak dengan cepat dan membentuk dua senyawa masing-masing tiga karbon (3-fosfogliserat atau 3PG).

Siklus Calvin. Calvin-cycle4.svg: Mike Jones karya turunan: Aibdescalzo, melalui Wikimedia Commons

Proses kedua

Dalam reaksi ini, energi yang disediakan oleh ATP dari fase cahaya digunakan. Fosforilasi ATP yang digerakkan oleh energi dan proses reduksi yang dimediasi oleh NADPH terjadi. Jadi, 3-fosfogliserat direduksi menjadi gliseraldehida 3-fosfat (G3P).

G3P adalah gula tiga karbon fosfat, juga disebut triosa fosfat. Hanya seperenam dari gliseraldehida 3-fosfat (G3P) yang diubah menjadi gula sebagai produk siklus.

Metabolisme fotosintesis ini disebut C3, karena produk dasar yang diperoleh adalah gula tiga karbon.

Proses akhir

Bagian G3P yang tidak berubah menjadi gula diproses menjadi ribulosa monofosfat (RuMP). RuMP adalah zat antara yang diubah menjadi ribulosa 1,5-bifosfat (RuBP). Dengan cara ini, akseptor CO ₂ dipulihkan dan siklus Kelvin-Benson ditutup.

Dari total RuBP yang dihasilkan dalam siklus daun biasa, hanya sepertiganya yang diubah menjadi pati. Polisakarida ini disimpan dalam kloroplas sebagai sumber glukosa.

Bagian lain diubah menjadi sukrosa (disakarida) dan diangkut ke organ tanaman lainnya. Selanjutnya sukrosa dihidrolisis menjadi monosakarida (glukosa dan fruktosa).

Metabolisme fotosintesis lainnya

Dalam kondisi lingkungan tertentu, proses fotosintesis tanaman telah berkembang dan menjadi lebih efisien. Hal ini menyebabkan munculnya jalur metabolisme yang berbeda untuk memperoleh gula.

Metabolisme C4

Di lingkungan yang hangat stomata daun ditutup pada siang hari untuk menghindari hilangnya uap air. Oleh karena itu, konsentrasi CO ₂ dalam daun menurun dalam hubungannya dengan oksigen (O ₂ ). Enzim rubisco memiliki afinitas substrat ganda: CO ₂ dan O ₂ .

Pada rendah CO ₂ dan tinggi O ₂ konsentrasi , Rubisco mengkatalisis kondensasi O ₂ . Proses ini disebut fotorespirasi dan menurunkan efisiensi fotosintesis. Untuk melawan fotorespirasi, beberapa tumbuhan di lingkungan tropis telah mengembangkan anatomi dan fisiologi fotosintetik tertentu.

Selama metabolisme C4, karbon difiksasi di sel mesofil dan siklus Calvin-Benson terjadi di sel selubung klorofil. Fiksasi CO ₂ terjadi pada malam hari. Itu tidak terjadi di stroma kloroplas, tetapi di sitosol sel mesofil.

Fiksasi CO ₂ terjadi melalui reaksi karboksilasi. Enzim yang mengkatalisis reaksi tersebut adalah fosfoenolpiruvat karboksilase (PEP-karboksilase), yang tidak sensitif terhadap konsentrasi CO _{2 yang rendah} di dalam sel.

Molekul akseptor CO ₂ adalah asam fosfoenolpiruvat (PEPA). Produk antara yang diperoleh adalah asam oksaloasetat atau oksaloasetat. Oxaloacetate direduksi menjadi malat pada beberapa spesies tanaman atau menjadi aspartat (asam amino) pada spesies lain.

Selanjutnya, malat bergerak ke dalam sel-sel selubung fotosintesis vaskular. Di sini dihasilkan dekarboksilasi dan menghasilkan piruvat dan CO ₂ .

CO ₂ memasuki siklus Calvin-Benson dan bereaksi dengan Rubisco untuk membentuk PGA. Untuk bagiannya, piruvat kembali ke sel mesofil di mana ia bereaksi dengan ATP untuk meregenerasi akseptor karbon dioksida.

Metabolisme CAM

Metabolisme asam Crassulaceae (CAM) adalah strategi lain untuk fiksasi CO ₂ . Mekanisme ini telah berkembang secara mandiri pada berbagai kelompok tanaman sukulen.

Pabrik CAM menggunakan jalur C3 dan C4, seperti yang mereka lakukan di pabrik C4. Namun pemisahan kedua metabolisme tersebut bersifat sementara.

CO ₂ difiksasi pada malam hari melalui aktivitas PEP-karboksilase dalam sitosol dan terbentuk oksaloasetat. Oxaloacetate direduksi menjadi malat, yang disimpan dalam vakuola sebagai asam malat.

Kemudian, dengan adanya cahaya, asam malat diambil dari vakuola. Ini dekarboksilasi dan CO ₂ ditransfer ke RuBP dari siklus Calvin-Benson dalam sel yang sama.

Tanaman CAM memiliki sel fotosintetik dengan vakuola besar tempat penyimpanan asam malat, dan kloroplas tempat CO _{2 yang} diperoleh dari asam malat diubah menjadi karbohidrat.

Produk akhir

Pada akhir fase gelap fotosintesis, gula yang berbeda diproduksi. Sukrosa adalah produk antara yang dengan cepat dimobilisasi dari daun ke bagian tanaman lainnya. Ini dapat digunakan secara langsung untuk mendapatkan glukosa.

Pati digunakan sebagai zat cadangan. Itu dapat menumpuk di daun atau diangkut ke organ lain seperti batang dan akar. Di sana disimpan sampai dibutuhkan di berbagai bagian tanaman. Itu disimpan dalam plastida khusus, yang disebut amiloplas.

Produk yang diperoleh dari siklus biokimia ini sangat penting bagi tanaman. Glukosa yang dihasilkan digunakan sebagai sumber karbon untuk membentuk senyawa seperti asam amino, lipid dan asam nukleat.

Di sisi lain, gula yang dihasilkan dari fase gelap mewakili dasar rantai makanan. Senyawa ini merupakan paket energi matahari yang diubah menjadi energi kimia yang digunakan oleh semua organisme hidup.

Referensi

1. Alberts B, D Bray, J Lewis, M Raff, K Roberts dan JD Watson (1993) Biologi molekuler sel. Edisi ke-3 Ediciones Omega, SA 1387 hal.
2. Purves WK, D Sadava, GH Orians dan HC Heller (2003) Life. Ilmu Biologi. Edisi ke-6. Sinauer Associates, Inc. dan WH Freeman and Company. 1044 hal.
3. Raven PH, RF Evert dan SE Eichhorn (1999) Biologi Tumbuhan. Edisi ke-6. WH Freeman dan Penerbit Company Worth. 944 hal.
4. Solomon EP, LR Berg dan DW Martin (2001) Biologi. Edisi ke-5 McGraw-Hill Interamericana. 1237 hal.
5. Stern KR. (1997). Biologi Tumbuhan Pengantar. Wm. C. Penerbit Coklat. 570 hal.