Fase gelap karakteristik fotosintesis, mekanisme dan produk



itu fase gelap fotosintesis adalah proses biokimia di mana zat organik (berdasarkan karbon) diperoleh dari zat anorganik. Ia juga dikenal sebagai fase fiksasi karbon atau siklus Calvin-Benson. Proses ini terjadi pada stroma kloroplas.

Dalam fase gelap, energi kimia disuplai oleh produk yang dihasilkan dalam fase cahaya. Produk-produk ini adalah molekul energi ATP (adenosine triphosphate) dan NADPH (pembawa elektron tereduksi).

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, adalah dasar fundamental dari struktur organik makhluk hidup.

Indeks

  • 1 Karakteristik umum
  • 2 Mekanisme
    • 2.1 Siklus Calvin-Benson
    • 2.2 - Metabolisme fotosintesis lainnya
  • 3 produk akhir
  • 4 Referensi

Karakteristik umum

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

Fase gelap berkembang terutama di stroma kloroplas pada sebagian besar organisme fotosintesis. Stroma adalah matriks yang mengisi rongga internal kloroplas di sekitar sistem tilakoid (di mana fase bercahaya dilakukan).

Enzim yang diperlukan untuk terjadinya fase gelap ditemukan dalam stroma. Yang paling penting dari enzim ini adalah rubisco (ribulose bifosfat karboksilase / oksigenase), protein paling banyak, mewakili antara 20 hingga 40% dari semua protein terlarut yang ada.

Mekanisme

Karbon yang dibutuhkan untuk proses ini dalam bentuk CO2 (karbon dioksida) di lingkungan. Dalam kasus alga dan cyanobacteria, CO2 itu dilarutkan dalam air yang mengelilinginya. Dalam hal tanaman, CO2 tiba di sel fotosintesis melalui stomata (sel epidermis).

-Siklus Calvin-Benson

Siklus ini memiliki beberapa reaksi:

Reaksi awal

CO2 itu difiksasi dalam senyawa akseptor lima karbon (ribulosa 1,5-bifosfat atau RuBP). Proses ini dikatalisis oleh enzim rubisco. Senyawa yang dihasilkan adalah molekul enam karbon. Ini pecah dengan cepat dan membentuk dua senyawa masing-masing tiga karbon (3-fosfogliserat atau 3PG).

Proses kedua

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

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

Metabolisme fotosintetik ini disebut C3, karena produk dasar yang Anda dapatkan adalah gula tiga karbon.

Proses akhir

Bagian-bagian G3P yang tidak diubah menjadi gula, diproses untuk membentuk ribulose monophosphate (RuMP). RuMP adalah produk antara yang diubah menjadi ribulosa 1,5-bifosfat (RuBP). Dengan cara ini, akseptor CO dipulihkan2 dan siklus Kelvin-Benson ditutup.

Dari total RuBP yang diproduksi dalam siklus di daun khas, hanya sepertiga menjadi pati. Polisakarida ini disimpan dalam kloroplas sebagai sumber glukosa.

Bagian lain dikonversi menjadi sukrosa (disakarida) dan diangkut ke organ lain dari tanaman. Selanjutnya, sukrosa dihidrolisis untuk membentuk monosakarida (glukosa dan fruktosa).

-Metabolisme fotosintesis lainnya

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

Metabolisme C4

Dalam lingkungan yang hangat stomata daun ditutup pada siang hari untuk menghindari hilangnya uap air. Oleh karena itu konsentrasi CO2 dalam daun berkurang sehubungan dengan oksigen (O2). Enzim rubisco memiliki afinitas substrat ganda: CO2 dan O2.

Pada konsentrasi CO rendah2 dan O tertinggi2, rubisco mengkatalisasi kondensasi O2. Proses ini disebut fotorespirasi dan mengurangi efisiensi fotosintesis. Untuk mengatasi fotorespirasi, beberapa tanaman di lingkungan tropis telah mengembangkan anatomi dan fisiologi fotosintesis tertentu.

Selama metabolisme C4 karbon tetap dalam sel mesofil dan siklus Calvin-Benson terjadi dalam sel selubung klorofilin. Fiksasi CO2 Itu terjadi pada malam hari. Ini tidak terjadi pada stroma kloroplas, tetapi pada sitosol sel mesofilik.

Fiksasi CO2 terjadi oleh reaksi karboksilasi. Enzim yang mengkatalisasi reaksi adalah fosfoenolpiruvat karboksilase (PEP-karboksilase), yang tidak sensitif terhadap konsentrasi CO yang rendah.2 di dalam sel.

Molekul akseptor CO2 Ini adalah asam phosphoenolpyruvic (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 dipindahkan ke sel-sel selubung fotosintesis vaskular. Ini dekarboksilasi dan piruvat dan CO diproduksi2.

CO2 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 crasuláceas (CAM dalam akronimnya dalam bahasa Inggris) adalah strategi lain untuk fiksasi CO2. Mekanisme ini telah berkembang secara independen di berbagai kelompok tanaman sukulen.

Pabrik CAM menggunakan jalur C3 dan C4, seperti halnya di pabrik C4. Namun pemisahan kedua metabolisme ini bersifat sementara.

CO2 itu diperbaiki pada malam hari oleh aktivitas PEP-karboksilase dalam sitosol dan oksaloasetat terbentuk. Oxaloacetate direduksi menjadi malat, yang disimpan dalam vakuola sebagai asam malat.

Selanjutnya, dengan adanya cahaya, asam malat diperoleh dari vakuola. Itu didekarbilasi dan CO2 ditransfer ke RuBP dari siklus Calvin-Benson dalam sel yang sama.

Tanaman CAM memiliki sel fotosintesis dengan vakuola besar di mana asam malat disimpan, dan kloroplas di mana CO2 yang diperoleh dari asam malat diubah menjadi karbohidrat.

Produk akhir

Pada akhir fase gelap fotosintesis, gula yang berbeda diproduksi. Sukrosa adalah produk antara yang dimobilisasi dengan cepat dari daun ke bagian tanaman yang lain. 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 dirawat sampai diperlukan di berbagai bagian tanaman. Itu disimpan dalam plastida khusus, yang disebut amiloplas.

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

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

Referensi

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