Produk akhir dalam siklus Calvin yang masih digunakan lagi dalam fiksasi CO2 adalah

Siklus Calvin atau siklus C3 didefinisikan sebagai serangkaian reaksi kimia yang dilakukan oleh tanaman untuk mengurangi karbon dioksida dan senyawa lain menjadi glukosa.

Pada tumbuhan, karbon dioksida (CO2) memasuki daun melalui stomata, di mana ia berdifusi dalam jarak pendek melalui ruang antar sel sampai mencapai sel mesofil. Begitu berada di sel mesofil, CO2 berdifusi ke dalam stroma kloroplas, tempat reaksi fotosintesis yang tidak tergantung cahaya. Reaksi-reaksi ini sebenarnya memiliki beberapa nama yang terkait dengannya. Nama lain untuk reaksi bebas cahaya termasuk siklus Calvin, siklus Calvin-Benson, dan reaksi gelap. Nama yang paling ketinggalan jaman adalah reaksi gelap, yang bisa menyesatkan karena menyiratkan secara keliru bahwa reaksi hanya terjadi pada malam hari atau tidak tergantung pada cahaya, itulah sebabnya sebagian besar ilmuwan dan instruktur tidak lagi menggunakannya.

Poin-Poin Utama

• Siklus Calvin adalah mengacu pada reaksi bebas cahaya dalam fotosintesis yang terjadi dalam tiga langkah kunci.
• Meskipun Siklus Calvin tidak secara langsung bergantung pada cahaya, itu secara tidak langsung bergantung pada cahaya karena pembawa energi yang diperlukan (ATP dan NADPH) adalah produk dari reaksi yang bergantung pada cahaya.
• Dalam fiksasi, tahap pertama dari siklus Calvin, reaksi terang dimulai; CO2 difiksasi dari molekul anorganik ke organik.
• Pada tahap kedua, ATP dan NADPH digunakan untuk mengurangi 3-PGA menjadi G3P; kemudian ATP dan NADPH masing-masing dikonversi ke ADP dan NADP +.
• Pada tahap terakhir dari Siklus Calvin, RuBP dibuat ulang, yang memungkinkan sistem untuk mempersiapkan lebih banyak CO2 untuk diperbaiki.

Istilah Utama

• Reaksi bebas-cahaya: reaksi kimia selama fotosintesis yang mengubah karbon dioksida dan senyawa lain menjadi glukosa, yang terjadi di stroma
• rubisco: (ribulosa bifosfat karboksilase) enzim tanaman yang mengkatalisasi pengikatan karbon dioksida atmosfer selama fotosintesis dengan mengkatalisis reaksi antara karbon dioksida dan RuBP
• ribulosa bifosfat: zat organik yang terlibat dalam fotosintesis, bereaksi dengan karbon dioksida membentuk 3-PGA

Pengertian

Siklus Calvin adalah serangkaian reaksi yang terjadi di stroma kloroplas dalam sel tanaman. Karbon dioksida yang diambil oleh sel tumbuhan direduksi menjadi glukosa dengan bantuan ATP dan NADPH yang terbentuk dalam reaksi gelap fotosintesis. Senyawa yang relatif stabil yang terbentuk dalam siklus ini adalah gula 3-karbon.

Siklus Calvin adalah sebuah proses yang digunakan tanaman dan ganggang untuk mengubah karbon dioksida dari udara menjadi gula, untuk makanan yang diperlukan oleh organisme autotrof. Siklus Calvin adalah sebuah proses di mana energi yang tersimpan digunakan untuk membuat senyawa yang dapat digunakan dalam organisme fotosintesis.

Reaksi kimia ini kadang-kadang dikenal sebagai siklus Calvin-Benson-Bassham, setelah Melvin Calvin, James Bassham, dan Andrew Benson, para peneliti dari University of California yang pertama kali mendeskripsikan proses ini. Proses kimia di balik siklus ini sangat kompleks, tapi dasar-dasar dapat dipahami oleh orang-orang awam.

Setiap makhluk hidup di bumi bergantung pada siklus Calvin. Tanaman tergantung pada siklus Calvin untuk energi dan makanan. Organisme lain, termasuk herbivora, juga bergantung padanya secara tidak langsung karena mereka bergantung pada tanaman untuk makanan. Bahkan organisme yang memakan organisme lain, seperti karnivora, tergantung pada siklus Calvin. Tanpa itu, mereka tidak akan memiliki makanan, energi, dan nutrisi yang mereka butuhkan untuk bertahan hidup.

Siklus Calvin memiliki empat langkah utama: fiksasi karbon, fase reduksi, pembentukan karbohidrat, dan fase regenerasi. Energi untuk bahan bakar reaksi kimia dalam proses yang menghasilkan gula disediakan oleh ATP dan NADPH, senyawa kimia yang mengandung energi bagi tanaman telah ditangkap dari sinar matahari.

Organisme fotosintesis menggunakan sinar matahari untuk menciptakan energi yang disimpan dalam bentuk beberapa senyawa kimia. Untuk organisme, ini hanya langkah pertama, saat energi tidak melakukan apa pun untuk organisme setelah disimpan. Pada siklus Calvin, energi yang digunakan untuk mengubah karbon dioksida menjadi gula yang dapat digunakan oleh tanaman, dalam proses yang kadang-kadang disebut sebagai fiksasi karbon.

Proses ini terjadi di dalam stroma, jaringan jaringan ikat pada kloroplas organisme. Kloroplas adalah organel khusus yang ditemukan dalam sel-sel dari organisme fotosintesis. Untuk siklus Calvin terjadi, enzim tertentu harus dipicu melalui paparan sinar matahari. Enzim ini mengikat karbon dalam karbon dioksida, memasuki reaksi berantai yang menghasilkan penciptaan gula.

Beberapa orang menyebut siklus Calvin sebagai reaksi gelap atau reaksi bebas cahaya, hal ini berdasarkan fakta dapat terjadi dengan ada atau tidaknya sinar matahari. Namun, sinar matahari masih memainkan peran penting, karena enzim yang bertanggung jawab untuk siklus Calvin tidak akan aktif kecuali mereka telah dirangsang oleh sinar matahari. Sementara siklus ini dapat terjadi di tengah malam, organisme masih membutuhkan paparan sinar matahari secara teratur untuk menyimpan energi dan mengaktifkan enzim sehingga siklus Calvin akan terus berjalan.

Untuk organisme, Proses Calvin sangat penting, karena memberikan senyawa yang diperlukan untuk kelangsungan hidup organisme. Proses Calvin yang menarik bagi manusia baik karena rasa ingin tahu tentang bagaimana dunia bekerja, dan karena itu menjelaskan bagaimana tanaman menggunakan karbon.

Tanaman yang biasa kita kenal mengambil karbon dioksida dan melepaskan oksigen, suatu sifat yang memiliki dampak yang luar biasa pada iklim dunia. Fiksasi karbon dapat membantu membersihkan karbon dioksida dari udara sekaligus menciptakan pasokan oksigen yang dapat digunakan, dan beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa atmosfer bumi terbentuk melalui proses ini, sebagai hasil dari ledakan organisme fotosintetik yang membuat kecukupan oksigen untuk bentuk lain yang memunculkan kehidupan.

Tahapan Siklus Calvin

Siklus Calvin atau siklus C3 dapat dibagi menjadi tiga tahap utama:

1. Fiksasi karbon

Langkah kunci dalam siklus Calvin adalah peristiwa yang mereduksi CO2 dan menempelkannya pada molekul organik yang sangat istimewa. Sel fotosintetik menghasilkan molekul ini dengan memasang kembali ikatan dua zat antara dalam glikolisis; fruktosa 6-fosfat, dan gliseraldehida 3-fosfat, untuk membentuk gula lima karbon yang kaya energi, ribulosa 1,5-bifosfat (RuBP), dan gula empat karbon.

CO2 berikatan dengan RuBP dalam proses kunci yang disebut fiksasi karbon, membentuk dua-tiga molekul karbon fosfogliserat. Enzim yang melakukan reaksi ini adalah ribulosa bifosfat karboksilase / oksigenase, yang sangat besar dengan enzim empat-subunit yang ada dalam stroma kloroplas. Enzim ini bekerja sangat lamban, hanya memproses sekitar tiga molekul RuBP per detik (proses enzim khas sekitar 1000 molekul substrat per detik). Ini terutama karena enzim bekerja lambat, dan banyak molekul Rubisco diperlukan. Dalam daun khas, lebih dari 50% dari semua protein adalah rubisco. Ini dianggap sebagai protein paling berlimpah di bumi.

2.Reduksi

Ini adalah tahap kedua dari siklus Calvin. Molekul 3-PGA dibuat melalui fiksasi karbon yang diubah menjadi molekul gula sederhana – gliseraldehida-3 fosfat (G3P).

Tahap ini memperoleh energi dari ATP dan NADPH yang terbentuk selama reaksi fotosintesis yang bergantung pada cahaya. Dengan cara ini, siklus Calvin menjadi jalur di mana tanaman mengubah energi sinar matahari menjadi molekul penyimpanan jangka panjang, seperti gula. Energi dari ATP dan NADPH ditransfer ke gula.

Langkah ini dikenal sebagai reduksi karena elektron ditransfer ke molekul 3-PGA untuk membentuk gliseraldehida-3 fosfat. Pengurangannya adalah proses menyumbangkan satu elektron.

3. Regenerasi

Ini adalah tahap ketiga dari siklus Calvin dan merupakan proses kompleks yang membutuhkan ATP. Pada tahap ini, beberapa molekul G3P digunakan untuk menghasilkan glukosa, sementara yang lain didaur ulang untuk meregenerasi akseptor RuBP.

Apa Produk Siklus Calvin?

Produk-produk dari siklus Calvin adalah sebagai berikut:

• Satu molekul karbon tetap di setiap putaran siklus
• Satu molekul G3P terbentuk dalam 3 putaran siklus
• 2 molekul G3P bergabung membentuk satu molekul glukosa
• 3 molekul ATP dan 2 molekul NADPH digunakan dalam fase reduksi untuk mengubah 3-PGA menjadi G3P dan regenerasi RuBP.
• 18 molekul ATP dan 12 molekul NADPH digunakan untuk membentuk satu molekul glukosa.

Siklus Calvin menghasilkan reaksi yang diperlukan untuk memperbaiki karbon dalam struktur padat untuk pembentukan glukosa dan, pada gilirannya, meregenerasi molekul untuk kelanjutan siklus. Siklus Calvin juga dikenal sebagai fase gelap fotosintesis atau juga disebut fase fiksasi karbon. Siklus Calvin dikenal sebagai reaksi gelap karena tidak tergantung pada cahaya seperti halnya fase pertama atau reaksi terang.

Proses fotosintesis dapat dibagi menjadi dua fase: fotokimia (fase terang) dan kimia (fase gelap). Fase kimia, juga disebut siklus pentosa atau Calvin atau Calvin-Benson, muncul dalam stroma, nama yang diberikan pada matriks kloroplas cair non-klorofil, dan dipelajari oleh ahli biokimia Amerika Utara Melvin Calvin (1911-1997), Andrew Benson (1917-2015) dan James A. Bassham (1922-2012) pada akhir 1940-an. Siklus Calvin terdiri dari serangkaian reaksi yang memperbaiki dan mengurangi karbon dan mensintesis gula sederhana.

Fase terang dikenal karena reaksinya tergantung pada cahaya yang terjadi. Siklus Calvin, atau fase gelap, tidak bergantung pada cahaya secara langsung. Namun, fase gelap tergantung pada fase cahaya, karena atom hidrogen dan energi yang dibutuhkan dalam fase ini masing-masing dipasok oleh NADPH dan ATP, yang berasal dari fase cahaya.

Siklus Calvin memiliki tiga tahap, dan pada akhir setiap putaran dalam siklus itu, senyawa awal, gula yang dikenal sebagai ribulosa 1,5-bifosfat (RuBP), diregenerasi.

Pengertian

Siklus Calvin ini memperbaiki karbon dari karbon dioksida yang diserap dan menghasilkan jumlah elemen dan proses biokimia yang diperlukan untuk menghasilkan gula dan mendaur ulang bahan yang tersisa untuk produksi berkelanjutan.

Siklus Calvin menggunakan energi yang dihasilkan dalam fase cahaya fotosintesis untuk mengikat karbon dari karbon dioksida (CO2) dalam struktur padat seperti glukosa, untuk menghasilkan energi.

Molekul glukosa yang terdiri dari tulang belakang enam-karbon akan diproses lebih lanjut dalam glikolisis untuk fase persiapan siklus Krebs, keduanya merupakan bagian dari respirasi seluler.

Siklus Calvin adalah jalur metabolik yang ditemukan dalam stroma dari kloroplas di mana karbon masuk dalam bentuk CO2 dan keluar dalam bentuk gula. Siklus menghabiskan ATP sebagai sumber energi dan mengkonsumsi NADPH2 saat mengurangi daya untuk menambahkan elektron energi tinggi untuk membuat gula. Ada tiga fase dari siklus. Pada fase 1 (Fiksasi Karbon), CO2 dimasukkan ke dalam gula lima karbon bernama ribulosa bifosfat (RuBP).

Enzim yang mengkatalisis langkah pertama ini adalah RuBP karboksilase atau RuBisCo. Ini adalah protein yang paling berlimpah dalam kloroplas dan mungkin protein yang paling berlimpah di Bumi. Produk dari reaksi adalah enam-karbon menengah yang segera terbagi dua untuk membentuk dua molekul 3-fosfogliserat.

Pada fase 2 (Reduksi), ATP dan NADPH2 dari reaksi cahaya yang digunakan untuk mengkonversi 3-fosfogliserat menjadi gliseraldehida 3-fosfat, prekursor karbohidrat tiga-karbon menjadi glukosa dan gula lainnya. Pada fase 3 (Regenerasi), lebih lanjut ATP digunakan untuk mengubah beberapa dari kumpulan gliseraldehida 3-fosfat kembali ke RuBP, akseptor untuk CO2, sehingga menyelesaikan siklus.

Untuk setiap tiga molekul CO2 yang masuk ke siklus, output bersih adalah satu molekul gliseraldehida 3-fosfat (G3P). Untuk setiap G3P disintesis, siklus menghabiskan sembilan molekul ATP dan enam molekul NADPH2. Reaksi terang mendukung siklus Calvin dengan regenerasi ATP dan NADPH2.

Reaksi siklus Calvin terjadi di stroma yang cair di dalam kloroplas dan di luar tilakoid, tempat fase cahaya terjadi.

Siklus Calvin ini membutuhkan katalisis enzimatik agar berfungsi, yaitu membutuhkan bantuan enzim agar molekul dapat bereaksi satu sama lain. Ini dianggap sebagai siklus karena ada penggunaan kembali molekul.

Apa itu Siklus Calvin

Siklus Calvin, juga dikenal sebagai Siklus Calvin-Benson, adalah serangkaian reaksi redoks bebas cahaya yang terjadi di kloroplas selama fotosintesis dan fiksasi karbon yang akan mengubah karbon dioksida menjadi gula glukosa. Selanjutnya, siklus ini juga mengacu pada reaksi yang terlibat dalam fotosintesis yang menggunakan energi yang disimpan oleh reaksi yang bergantung pada cahaya untuk membentuk glukosa dan molekul karbohidrat lainnya. Tempat reaksi ini terjadi di stroma kloroplas, wilayah berisi cairan yang ditemukan antara membran bagian dalam kloroplas dan membran tilakoid.

Ada nama lain untuk Siklus Calvin. Ini juga disebut sebagai reaksi gelap, siklus C3, atau siklus pentosa fosfat reduktif. Selain itu, ia juga dikenal sebagai Siklus Calvin-Benson-Bassham (CBB), memakai atribusi untuk penemunya: Melvin Calvin, James Bassham, dan Andrew Benson.

Calvin, Bassham, dan Benson menemukan siklus ini pada tahun 1960 di University of California, Berkeley. Mereka menggunakan radioaktif karbon-14 untuk melacak jejak atom karbon dalam fiksasi karbon. Mereka mampu melacak karbon-14 dari penyerapan Karbon Dioksida di atmosfer untuk dikonversi menjadi senyawa organik seperti karbohidrat.

Kelompok Calvin menunjukkan hasil yang menunjukkan bahwa sinar matahari bertindak pada klorofil tanaman untuk memicu produksi senyawa organik, bukan langsung pada karbon dioksida seperti yang diyakini sebelumnya. Karena penemuan ini, Melvin Calvin memenangkan Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1961.

Tahapan Reaksi Siklus Calvin

Siklus Calvin membutuhkan enam putaran untuk membuat molekul glukosa yang terdiri dari struktur utama enam karbon.

Siklus Calvin terdiri atas dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang akan menghasilkan produk akhir berupa ATP dan NADPH2 dan reaksi gelap akan menghasilkan gula (karbohidrat), kedua reaksi tersebut terjadi dalam kloroplas yang terdapat di dalam daging daun (mesofil). Tahapan reaksi siklus Calvin adalah karboksilasi, reduksi dan regenerasi sebagai berikut.

Gambar Siklus Calvin

1. Karboksilasi

Dalam tahapan Fiksasi CO2 atau Karboksilasi, CO2 diikat (fiksasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memiliki atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat satu atom C (C-1) maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).

Pada tahap fiksasi karbon dari siklus Calvin, CO2 (karbon dioksida) bereaksi ketika dikatalisis oleh enzim RuBisCO (ribulosa-1,5-bifosfat karboksilase / oksigenase) dengan molekul RuBP (ribulosa-1,5- bisphosphate) dari lima karbon.

Dengan cara ini, molekul dari struktur utama enam-karbon terbentuk, yang kemudian dibagi menjadi dua molekul 3-PGA (asam 3-fosfogliserat) masing-masing dari tiga karbon.

2. Reduksi

Selanjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) bereaksi dengan ATP, membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil akhir yaitu 6 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).

Dalam reduksi siklus Calvin, dua molekul 3-PGA dari fase sebelumnya mengambil energi dari dua ATP dan dua NADPH yang dihasilkan selama fase cahaya fotosintesis untuk mengubahnya menjadi molekul G3P atau PGAL (glyceraldehyde 3-phosphate). tiga karbon.

3. Regenerasi

Regenerasi atau pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) digunakan untuk mengikat CO2. Pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) dan pecah menjadi 2 senyawa (G3P) bereaksi dengan ATP membentuk asam fosfogliseraldehid dan NADPH2. Siklus reaksinya berjalan 3 kali, dan kembali regenerasi lagi. Jadi untuk membentuk 1 molekul glukosa maka dibutuhkan sebanyak 6 kali siklus (siklus Calvin) dengan menangkap sebanyak 6 molekul 6CO2, reaksinya sebagai berikut.

6CO2 + 6H2O ———> C6H12O6 + 6O2

Tujuan Siklus Calvin – Karbon Dioksida dan Air Dikonversi menjadi Glukosa

Dalam arti yang paling umum, fungsi utama dari siklus Calvin adalah membuat kebutuhan produk tanaman organik, menggunakan produk dari Reaksi terang fotosintesis (ATP dan NADPH), Produk ini termasuk glukosa, gula yang dibuat menggunakan karbon dioksida dan air, dan juga protein (menggunakan nitrogen tetap dari tanah) dan lipid (misalnya, lemak dan minyak).

Ini adalah fiksasi karbon, atau ‘memperbaiki’ karbon anorganik menjadi molekul organik yang dapat digunakan oleh tumbuhan:

3 CO2 + 6 NADPH + 5 H2O + 9 ATP → gliseraldehida-3-fosfat (G3P) + 2 H + + 6 NADP + + 9 ADP + 8 Pi (Pi = fosfat anorganik)

Enzim kunci untuk reaksi adalah RuBisCO. Meskipun sebagian besar teks hanya mengatakan siklus membuat glukosa, siklus Calvin sebenarnya menghasilkan molekul 3-karbon, yang akhirnya diubah menjadi gula heksosa (C6), glukosa.

Siklus Calvin adalah seperangkat reaksi kimia bebas cahaya, sehingga Anda mungkin juga mendengarnya disebut sebagai Reaksi Gelap. Ini tidak berarti siklus Calvin hanya terjadi dalam kegelapan – itu maksudnya tidak memerlukan energi dari cahaya untuk reaksi terjadi.

Produk dari siklus kalvin

Secara umum, produk karbohidrat dari siklus Calvin adalah tiga molekul gula karbon fosfat atau triose fosfat (G3P). Produk yang terbentuk setelah satu putaran siklus Calvin adalah 3 ADP, 2 gliseraldehida-3-fosfat (G3P) molekul, dan 2 NADP +.

Perlu dicatat, bahwa NADP + dan ADP tidak benar-benar produk teknis tetapi mereka diregenerasi dan kemudian digunakan lagi selama reaksi terang. Masing-masing molekul G3P terdiri dari tiga karbon. Agar siklus berlanjut, RuBP atau ribulosa 1,5-bifosfat harus diregenerasi. Oleh karena itu, lima dari enam karbon dari dua molekul G3P digunakan. Dari ini, hanya satu karbon bersih yang dihasilkan yang akan bermain untuk setiap tahap.

Untuk membuat G3P surplus, diperlukan tiga karbon, memungkinkan tiga putaran siklus Calvin. Diperlukan enam putaran siklus untuk membuat molekul glukosa yang dapat dibuat dari dua molekul G3P. Surplus G3P juga dapat digunakan untuk membentuk karbohidrat lain seperti selulosa, sukrosa, dan pati tergantung pada apa yang dibutuhkan tanaman.

Kesimpulan

Untuk menjumlahkan proses dan produk dari siklus Calvin, persamaan kimia keseluruhan fase adalah sebagai berikut:

3 CO2 + 6 NADPH + 5 H2O + 9 ATP → G3P + 2 H+ + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi (Pi singkatan dari fosfat anorganik)

Diperlukan enam putaran siklus untuk menghasilkan satu molekul glukosa. Seperti disebutkan sebelumnya, kelebihan G3P yang dihasilkan oleh reaksi dapat digunakan untuk membentuk karbohidrat lain tergantung pada kebutuhan tanaman.

Siklus Calvin menghasilkan dalam enam putaran molekul glukosa karbon enam dan meregenerasi tiga RuBP yang lagi-lagi akan dikatalisis oleh enzim RuBisCo dengan molekul CO2 untuk memulai kembali siklus Calvin.

Siklus Calvin membutuhkan enam molekul CO2, 18 ATP dan 12 NADPH yang diproduksi dalam fase cahaya fotosintesis untuk menghasilkan satu molekul glukosa dan meregenerasi tiga molekul RuBP.