Pengertian Siklus Calvin

Selain memiliki warna hijau, apa semua buah-buahan dan sayuran ini memiliki kesamaan? Mereka penuh energi. Energi dalam bentuk glukosa. Energi dari sinar matahari secara singkat dibawa oleh NADPH dan ATP, yang diperlukan untuk mendorong pembentukan gula seperti glukosa. Dan ini semua terjadi dalam siklus Calvin.

Advertisement

Siklus Calvin

Siklus Calvin adalah serangkaian siklus reaksi biokimia yang terjadi pada stroma kloroplas selama fotosintesis. Ini termasuk reaksi terang forosintesis seperti fiksasi karbon, reaksi reduksi dan ribulosa 1,5-difosfat (RuDP) dimana gula dan pati yang pada akhirnya dihasilkan.

Pada tahap fotosintesis, energi yang dilepaskan dari ATP yang dihasilkan selama reaksi terang digunakan untuk mendorong konversi karbon dioksida dan senyawa lain menjadi molekul organik (misalnya glukosa). Pada tumbuhan C3, siklus Calvin digunakan secara langsung untuk memperbaiki karbon dioksida. Pada tanaman C4 dan tanaman CAM, beberapa fiksasi karbon mendahului siklus Calvin.

Membuat Makanan “Dari Air yang tipis”

Anda telah belajar bahwa, tahap pertama reaksi terang fotosintesis tergantung pada penggunaan dua dari tiga reaktan, air dan cahaya, dan menghasilkan salah satu produk, yakni gas oksigen (produk limbah dari proses ini). Ketiga kondisi yang dibutuhkan harus ada adalah – pigmen klorofil, kloroplas “teater,” dan enzim katalis.

Tahap pertama mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, yang disimpan ke titik ini dalam molekul ATP dan NADPH. Lihat kembali persamaan keseluruhan di bawah ini. Apa yang tersisa?

6CO2 + 6H2O + cahaya → C6H12O6 + 6O2

Advertisement

Satu lagi reaktan sedang aktif menunggu, karbon dioksida, dan yang belum datang adalah produk “bintang”, yang merupakan makanan bagi semua kehidupan yaitu glukosa. Para pemain kunci tampil di babak kedua dari drama fotosintesis, di mana makanan “terbuat dari udara yang tipis!”

Tahap kedua fotosintesis dapat melanjutkan tanpa cahaya, sehingga langkah-langkah yang kadang-kadang disebut reaksi “tidak tergantung cahaya ” atau ” reaksi gelap” (meskipun istilah reaksi ” gelap ” dapat menyesatkan). Banyak ahli biologi menghormati ilmuwan, Melvin Calvin, yang memenangkan Penghargaan Nobel 1961 untuk mengerjakan Serangkaian kompleks reaksi kimia, dan menamainya siklus Calvin.

daun buah

Siklus Calvin memiliki dua bagian. Karbon dioksida pertama ”tetap”. Kemudian ATP dan NADPH dari reaksi cahaya menyediakan energi untuk menggabungkan karbon tetap untuk membuat gula.

Perbaikan Karbon Dioksida

Mengapa karbon dioksida perlu untuk diperbaiki? Apakah itu pernah rusak?

Kehidupan di Bumi adalah berbasis karbon. Organisme perlu tidak hanya energi tetapi juga atom karbon untuk membangun tubuh. Hampir semua kehidupan, sumber utama dari karbon adalah karbon dioksida (CO2), molekul anorganik. CO2 membentuk kurang dari 1% dari atmosfer bumi.

Hewan dan sebagian heterotrof lain tidak dapat mengambil di CO2 secara langsung. Mereka harus makan organisme lain atau menyerap molekul organik untuk mendapatkan karbon. Hanya autotrof dapat membangun energi rendah anorganik CO2 menjadi molekul organik berenergi tinggi seperti glukosa. Proses ini adalah fiksasi karbon.

Stomata
Stomata pada bagian bawah daun mengambil CO 2 dan melepaskan air dan O 2. Sel penjaga stomata menutup ketika air sangat langka. penampang Daun (atas) dan stoma (bawah).

Tanaman telah mengembangkan tiga jalur untuk fiksasi karbon

Jalur yang paling umum menggabungkan satu molekul CO2 dengan gula 5-karbon yang disebut ribulosa bifosfat (RuBP). Enzim yang mengkatalisis reaksi ini (dijuluki RuBisCO) adalah enzim yang paling berlimpah di bumi! Menghasilkan molekul 6 karbon tidak stabil, sehingga segera terbagi menjadi dua molekul 3-karbon. 3 karbon dalam molekul yang stabil jalur pertama ini memberikan kelompok terbesar tanaman dengan nama “C 3.”

Udara kering, suhu panas, dan sinar matahari yang cerah memperlambat C 3 jalur untuk fiksasi karbon. Hal ini karena stomata, bukaan kecil di bawah daun yang biasanya memungkinkan CO2 untuk masuk dan O2 untuk meninggalkan, harus menutup untuk mencegah hilangnya uap air (Gambar di atas). Tertutupnya stomata menyebabkan kekurangan CO2. Dua jalur alternatif untuk fiksasi karbon menunjukkan adaptasi biokimia dengan lingkungan yang berbeda.

Tanaman seperti jagung memecahkan masalah dengan menggunakan kompartemen terpisah untuk memperbaiki CO2. Berikutnya CO2 bergabung dengan molekul 3-karbon, sehingga menjadi molekul 4-karbon. Karena molekul organik yang pertama stabil memiliki empat karbon, adaptasi ini memiliki nama C 4. Gerak maju mundur dari lokasi fiksasi awal, molekul 4-karbon benar-benar rusak kembali ke dalam CO2, dan ketika cukup terakumulasi, RuBisCO memperbaiki itu untuk kedua kalinya! Kompartementalisasi memungkinkan efisiensi penggunaan konsentrasi rendah karbon dioksida pada tanaman khusus.

Kaktus dan sukulen seperti tanaman giok menghindari kehilangan air dengan memperbaiki CO2 hanya pada malam hari. Tanaman ini menutup stomata mereka di siang hari dan membukanya hanya dalam keadaan dingin dan lebih lembab pada jam malam. Struktur daun sedikit berbeda dari tanaman C 4, tetapi jalur fiksasi serupa. Keluarga tanaman di mana jalur ini ditemukan memberikan namanya, Crassulacean Asam Metabolisme, atau CAM (Gambar bawah) jalur. Semua jalur fiksasi tiga karbon menyebabkan siklus Calvin untuk membangun gula.

fiksasi karbon
Bahkan reaksi kimia beradaptasi dengan lingkungan tertentu! Jalur fiksasi karbon bervariasi antara tiga kelompok. Spesies subtropis (pohon maple, kiri) menggunakan jalur C 3. Spesies C 4 (jagung, tengah) mengkonsentrasikan CO 2 dalam kompartemen terpisah untuk mengurangi kehilangan air dalam iklim cerah panas. Tanaman gurun (tumbuhan batu giok, kanan) memperbaiki CO 2 hanya pada malam hari, menutup stomata pada siang hari untuk menghemat air.

Bagaimana Siklus Calvin menyimpan Energi pada gula?

Sebagai Melvin Calvin ditemukan, fiksasi karbon adalah langkah pertama dari siklus. Seperti rantai transpor elektron, siklus Calvin, yang ditunjukkan pada Gambar di bawah ini, transfer energi dalam langkah-langkah kecil terkendali. Setiap langkah mendorong molekul menaikan dalam hal kandungan energi. Ingatlah bahwa dalam rantai transfer elektron, elektron yang penuh energi kehilangan energi menjadi NADPH dan ATP. Pada siklus Calvin, NADPH dan ATP yang dibentuk pada reaksi terang kehilangan energi kimia yang tersimpan untuk membangun glukosa.
Gunakan Gambar di bawah ini untuk mengidentifikasi aspek-aspek utama dari proses:

  • pola siklus umum
  • reaktan utama
  • produk
Siklus Calvin

Pertama, perhatikan di mana karbon sudah tetap oleh enzim berjuluk RuBisCO. Dalam tanaman C 3, C 4, dan CAM, CO2 memasuki siklus dengan bergabung dengan 5-karbon ribulosa bifosfat untuk membentuk 6-karbon menengah, yang membagi (begitu cepat bahkan tidak bisa ditampilkan!) Menjadi dua 3- molekul karbon.

Sekarang cari titik-titik di mana ATP dan NADPH (dibuat dalam reaksi cahaya) menambah energi kimia (“Pengurangan” dalam diagram) ke molekul 3-karbon. Hasil “setengah-gula” dapat memasukkan beberapa jalur metabolisme yang berbeda. Salah satu membuat ulang prekursor 5-karbon asli, menyelesaikan siklus. Kedua menggabungkan dua molekul 3-karbon untuk membentuk glukosa, bahan bakar universal untuk hidup.

Siklus dimulai dan berakhir dengan molekul yang sama, namun proses menggabungkan karbon dan energi untuk membangun karbohidrat – makanan untuk hidup.

Jadi, bagaimana menyimpan energi fotosintesis pada gula? Enam “berubah” dari siklus Calvin menggunakan energi kimia dari ATP untuk menggabungkan enam atom karbon dari enam molekul CO2 dengan 12 ” hidrogen hot ” dari NADPH. Hasilnya adalah satu molekul glukosa, C6H12O6.

Ringkasan

Reaksi dari siklus Calvin menambahkan karbon (dari karbon dioksida di atmosfer) ke molekul lima karbon sederhana yang disebut RuBP. Reaksi-reaksi ini menggunakan energi kimia dari NADPH dan ATP yang dihasilkan dalam reaksi cahaya. Produk akhir dari siklus Calvin adalah glukosa.

Advertisement

Leave a Reply

Your email address will not be published.