siklus fotosintesis

siklus calvin

Penelusuran lebih jauh (dengan tehnik yang sama) berhasil mengidentifikasi berbagai senyawa gula fosfat yang terbentuk dari PGA. Senyawa-senyawa tersebut termasuk tetrosa fosfat (dengan 4 atom C), pentosa fosfat (5 atom C), heksosa fosfat (6 atom C), dan heptosa fosfat (7 atom C). urutan terbentuknya senyawa-senyawa ini dapat diketahui tergantung pada waktu kapan ¹⁶CO₂ mulai terikat pada molekul senyawa-senyawa yang bersangkutan.

Jika molekul PGA yang mengandung ¹⁴C terurai, maka ¹⁴C akan berada pada gugus karboksil, tetapi kemudian kedua atom C lainnya dari molekul PGA juga bermuatan radioaktif (terdiri dari 14C). ¹⁴C untuk 2 molekul PGA ini tidak berasal langsung dari ¹⁴CO₂, tetapi ditransfer dari molekul lainnya (yakni RuBP). Kejadian ini mengisyaratkan bahwa telah terjadi proses siklik dalam pembentukan senyawa PGA.

Calvin bersama-sama dengan peneliti lainnya berhasil mengidentifikasi dan menentukan urutan senyawa-senyawa antara dalam siklus tersebut. Siklus ini kemudian dikenal dengan siklus Calvin atau siklus Reduksi Karbon Fotosintetik atau Lintas Fotosintetik C-3 (karena produk awalnya mengandung 3 atom C). untuk jasanya tersebut, Calvin mendapatkan hadiah nobel pada tahun 1961.

Siklus calvin berlangsung pada stroma kloroplas. Siklus ini terdiri dari 3 tahap utama, yakni karboksilasi, reduksi, dan regenerasi. Karboksilasi mencakup proses penambahan CO₂ dan H₂O pada RuBP untuk membentuk 2 molekul 3-PGA. Reduksi berlangsung pada gugus karboksil molekul 3-PGA untuk membentuk gugus aldehida pada senyawa 3-fosfogliseraldehida (disingkat 3-PGald). Perlu diperhatikan, bahwa proses reduksi tersebut tidak langsung terjadi pada gugus karboksil 3-PGA, tetapi dirombak dahulu menjadi asam 1,3-bisfosfogliserat (1,3-bisPGA) dengan penambahan gugus fosfat terminal dari ATP (ATP ini berasal dari fotofosforilasi). Dalam reaksi ini, pereduksi sesungguhnya adalah NADPH yang memberikan 2 elektron pada atom C gugus ester anhibrida. Reaksi ini merupakan rekasi reduksi satu-satunya pada siklus calvin.

Karena kedua molekul 3-PGA direduksi dengan cara yang sama, maka dibutuhkan 2 molekul ATP untuk mengkonversi 1 molekul CO₂ menjadi karbohidrat. Jadi, untuk setiap CO₂ yang difiksasi dibutuhkan 2 ATP dan 2 NADPH. Satu molekul ATP lagi dibutuhkan pada tahap regenerasi. Dengan demikian, total ATP yang dibutuhkan adalah 3 molekul per 1 molekul CO₂.

Tahap regenerasi ini lebih kompleks dan melibatkan gula-gula yang terfosforilasi dengan 4, 5, 6, atau 7, atom C. ATP yang ketiga tersebut dibutuhkan untuk mengkonversi ribulosa-5-fosfat menjadi RuBP.

Tiga putaran dari siklus calvin akan memfiksasi 3 CO₂ dan menghasilkan 1 molekul 3-PGald. Sebagian dari 3-PGald yang dihasilkan digunakan dalam kloroplas untuk mensintesis pati, yang merupakan produk fotosintetik penting jika fotosintetis berlangsung cepat. Sebagian lagi diangkut keluar koroplas dengan sistem pengangkutan antiport, dipertukarkan dengan P atau 3-PGA lainnya dari sitoplasma. Sebagian lagi dari 3-PGald akan dikonversi menjadi dihidroksiaseton fosfat, suatu triosa fosfat yang juga dapat ditransfer keluar dari kloroplas. Dihidroksiaseton fosfat ini dalam sitosol digunakan untuk membentuk sukrosa, polisakarida untuk dinding sel dan ratusan senyawa lainnya yang disintesis oleh tumbuhan. Pengangkutan triosa fosfat keluar dari kloroplas dan penting artinya, karena bentuk gula fosfat lainnya ditahan didalam kloroplas.

 

Tiga tahap utama dalam siklus calvin : karboksilasi, reduksi, dan regenerasi.

 

Reaksi-reaksi pada siklus calvin untuk memperlihatkan senyawa-senyawa antara yang terbentuk.

 

Siklus calvin dalam gambar yang berbeda.(referensi lain)

siklus krabs

Siklus Krabs disebut juga siklus asam sitrat, karena asam sitrat merupakan senyawa antara yang penting dan juga disebut Siklus Asam Trikarboksilat. Karena asam sitrat atau asam isositrat sebagai senyawa antara tersebut memiliki 3 gugus karboksil. Reaksi-reaksi siklus krebs ini berlangsung pada mitokondria. Mitokondria baru dapat diisolasi dari sel secara utuh dan fungsional pada awal tahun 1950-an.

Tahap awal dari siklus krebs adalah oksidasi (dan lepasnya satu CO₂) dari piruvat (yang dihasilkan dari reaksi glikolisis). Kemudian unit asetat dengan 2-C yang tersisa bergabung dengan suatu senyawa yang mengandung belerang yang disebut koenzim A (disingkat CoA) untuk membentuk asetil CoA. Rekasi dekarboksilasi piruvat ini melibatkan thiamin (vitamin B₂) dalam bentuk terfosforilasi sebagai gugus prostetik. Peran ini yang menjelaskan fungsi esensial vitamin B₂ bagi tumbuhan. Disamping kehilangan CO₂,juga dibebaskan 2 atom H dari asam piruvat selama pembentukan asetil CoA. Enzim yang berperan dalam reaksi pembentukan asetil CoA ini adalah asam piruvat dehidroginase. Enzim ini sesungguhnya merupakan suatu kompleks yang terdiri dari 3-4 enzim yang berbeda. Atom H yang dibebaskan akan diterima oleh NAD⁺ untuk menghasilkan NADH.

Pada reaksi-reaksi siklus krabs akan dibebaskan electron dari asam-asam organic  senyawa antara dan electron yang dibebaskan tersebut ditransferkan ke NAD⁺ atau FAD.

 

Pada gambar berikut, dapat dilihat bahwa tidak ada enzim pada siklus crabs yang menggunakan NADP⁺ sebagai penerima electron. NADP⁺ umumnya tidak terdeteksi pada mitokondria tumbuhan, berbeda dengan pada kloroplas dimana NADP⁺ terkandung dalam jumlah yang banyak, sebaliknya NAD⁺ jarang dijumpai pada kloroplas. Selain NADH dan FADH₂, pada siklus krabs juga secara langsung dihasilkan satu molekul ATP dari ADP dan Pi pada reaksi konversi suksiniol CoA menjadi asam suksinat.

Pada siklus crabs akan dibebaskan 2 molekul CO_­2 lagi. CO₂ yang dihasilkan ini merupakan penjelasan dari CO₂ yang dihasilkan seperti yang terlihat pada reaksi umum respirasi. Tetapi pada reaksi-reaksi siklus krabs tidak ada O₂ yang dimanfaatkan. Oksigen baru digunakan pada tahapan respirasi berikutnya, yakni pada transport electron dan fosforilasi oksidatif.

Fungsi utama siklus krabs adalah :

      Mereduksi NAD⁺ dan FAD menjadi NADH dan FADH₂ yang kemudian dioksidasi untuk menghasilkan ATP.

      Sintesis ATP secara langsung, yakni satu molekul ATP untuk setiap molekul piruvat yang dioksidasi.

      Pembentukan kerangka karbon yang dapat digunakan untuk sintesis asam-asam amino tertentu, yang kemudian dikonversi untuk membentuk senyawa yang lebih besar.