fase gelap dari 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.
Dalam fase gelap, energi kimia disuplai oleh produk yang dihasilkan dalam fase terang. Produk-produk ini adalah molekul energik ATP (adenosin trifosfat) dan NADPH (pembawa elektron tereduksi).
Fase terang dan fase gelap. Maulucioni [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons
Bahan baku dasar untuk proses dalam fase gelap adalah karbon, yang diperoleh dari karbon dioksida. Produk akhirnya adalah karbohidrat atau gula sederhana. Senyawa karbon yang diperoleh ini merupakan dasar fundamental dari struktur organik makhluk hidup.
Indeks artikel
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 fotosintesis. Stroma adalah matriks yang mengisi rongga internal kloroplas di sekitar sistem tilakoid (tempat berlangsungnya fase cahaya).
Enzim yang diperlukan untuk fase gelap terjadi ditemukan di stroma. Yang paling penting dari enzim ini adalah rubisco (ribulose 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 (karbon dioksida) di lingkungan. Dalam kasus alga dan cyanobacteria, CO 2 dilarutkan dalam air yang mengelilinginya. Dalam kasus tanaman , CO 2 mencapai sel fotosintesis melalui stomata (sel epidermis).
-Siklus Calvin-Benson
Siklus ini memiliki beberapa reaksi:
Reaksi awal
CO 2 mengikat senyawa akseptor lima karbon (ribulose 1,5-bifosfat atau RuBP). Proses ini dikatalisis oleh enzim rubisco. Senyawa yang dihasilkan adalah molekul enam karbon. Ini terurai dengan cepat dan membentuk dua senyawa masing-masing tiga karbon (3-fosfogliserat atau 3PG).
siklus Calvin. Calvin-cycle4.svg: Mike Jones Karya turunan: Aibdescalzo [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) atau GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl .html)], melalui Wikimedia Commons
Proses kedua
Dalam reaksi ini energi yang disediakan oleh ATP dari fase cahaya digunakan. Terjadi fosforilasi ATP yang digerakkan oleh energi dan proses reduksi yang dimediasi oleh NADPH. Jadi, 3-fosfogliserat direduksi menjadi gliseraldehida 3-fosfat (G3P).
G3P adalah gula tiga karbon fosfat, juga disebut triosa fosfat. Hanya seperenam gliseraldehida 3-fosfat (G3P) yang diubah menjadi gula sebagai produk siklus.
Metabolisme fotosintesis ini disebut C3, karena produk dasar yang diperoleh adalah gula berkarbon tiga.
Proses akhir
Bagian G3P yang tidak diubah menjadi gula diproses untuk membentuk ribulosa monofosfat (RuMP). RuMP adalah zat antara yang diubah menjadi ribulosa 1,5-bifosfat (RuBP). Dengan cara ini, CO 2 akseptor pulih dan siklus Kelvin-Benson ditutup.
Dari total RuBP yang dihasilkan dalam siklus pada daun yang khas, hanya sepertiga yang diubah menjadi pati. Polisakarida ini disimpan dalam kloroplas sebagai sumber glukosa.
Bagian lain diubah menjadi sukrosa (disakarida) dan diangkut ke organ lain dari tanaman. 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 rute 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 di daun menurun dibandingkan dengan konsentrasi oksigen (O 2 ). Enzim rubisco memiliki afinitas substrat ganda: CO 2 dan O 2 .
Pada konsentrasi CO 2 yang rendah dan konsentrasi O 2 yang tinggi , rubisco mengkatalisis kondensasi O 2 . Proses ini disebut fotorespirasi dan menurunkan efisiensi fotosintesis. Untuk mengatasi fotorespirasi, beberapa tanaman di lingkungan tropis telah mengembangkan anatomi dan fisiologi fotosintesis tertentu.
Selama metabolisme C4, karbon difiksasi dalam sel mesofil dan siklus Calvin-Benson terjadi pada 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 oleh reaksi karboksilasi. Enzim yang mengkatalisis reaksi karboksilase fosfoenolpiruvat (PEP-karboksilase), yang tidak sensitif terhadap konsentrasi rendah CO 2 di dalam sel.
CO 2 molekul akseptor adalah asam fosfoenolpiruvat (PEPA). Produk antara yang diperoleh adalah asam oksaloasetat atau oksaloasetat. Oksaloasetat 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 dekarboksilasi dan piruvat dan CO 2 yang dihasilkan .
CO 2 memasuki ke dalam 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
Crassulaceae metabolisme asam (CAM) adalah strategi lain untuk CO 2 fiksasi . Mekanisme ini telah berkembang secara mandiri di berbagai kelompok tanaman sukulen.
Tanaman CAM menggunakan jalur C3 dan C4, seperti yang mereka lakukan pada tanaman C4. Tetapi pemisahan kedua metabolisme tersebut bersifat sementara.
CO 2 tetap pada malam hari oleh aktivitas PEP karboksilase dalam sitosol dan bentuk oksaloasetat. Oksaloasetat direduksi menjadi malat, yang disimpan dalam vakuola sebagai asam malat.
Kemudian, dengan adanya cahaya, asam malat diperoleh kembali dari vakuola . Hal ini dekarboksilasi dan CO 2 ditransfer ke RuBP dari siklus Calvin-Benson dalam sel yang sama.
Tanaman CAM memiliki sel-sel fotosintetik dengan vakuola besar di mana asam malat disimpan, dan kloroplas mana 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 lain dari tanaman. Ini dapat digunakan secara langsung untuk mendapatkan glukosa.
Pati digunakan sebagai zat cadangan. Ini 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 yang dihasilkan mewakili dasar rantai makanan. Senyawa ini merupakan paket energi matahari yang diubah menjadi energi kimia yang digunakan oleh semua organisme hidup.
Referensi
- 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.
- 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.
- Raven PH, RF Evert dan SE Eichhorn (1999) Biologi Tumbuhan. edisi ke-6 WH Freeman dan Penerbit Layak Perusahaan. 944 hal.
- Solomon EP, LR Berg dan DW Martin (2001) Biologi. Edisi ke-5 McGraw-Hill Interamericana. 1237 hal.
- KR keras. (1997). Biologi Tumbuhan Pengantar. Wm. C. Penerbit Coklat. 570 hal.
