FASA FOTOSINTESIS GELAP: CIRI, MEKANISME, PRODUK - BIOLOGI - 2026

The fasa gelap fotosintesis adalah proses biokimia yang mana bahan-bahan organik (berdasarkan karbon) diperolehi daripada bahan-bahan bukan organik. Ia juga dikenali sebagai fasa fiksasi karbon atau kitaran Calvin-Benson. Proses ini berlaku pada stroma kloroplas.

Dalam fasa gelap, tenaga kimia dibekalkan oleh produk yang dihasilkan dalam fasa cahaya. Produk ini adalah molekul bertenaga ATP (adenosin trifosfat) dan NADPH (pembawa elektron berkurang).

Fasa cahaya dan fasa gelap. Maulucioni, dari Wikimedia Commons

Bahan mentah asas untuk proses dalam fasa gelap adalah karbon, yang diperoleh dari karbon dioksida. Produk akhir adalah karbohidrat atau gula sederhana. Sebatian karbon yang diperoleh adalah asas asas struktur organik makhluk hidup.

Ciri umum

Fasa fotosintesis gelap. pixabay.com

Fasa fotosintesis ini disebut gelap kerana fakta bahawa ia tidak memerlukan penyertaan langsung cahaya matahari untuk pengembangannya. Kitaran ini berlaku pada waktu siang.

Fasa gelap berkembang terutamanya pada stroma kloroplas pada kebanyakan organisma fotosintetik. Stroma adalah matriks yang mengisi rongga dalaman kloroplas di sekitar sistem thylakoid (di mana fasa cahaya berlaku).

Dalam stroma adalah enzim yang diperlukan agar fasa gelap berlaku. Yang paling penting dari enzim ini ialah rubisco (ribulose bisphosphate carboxylase / oxygenase), protein yang paling banyak, mewakili antara 20 hingga 40% dari semua protein larut yang ada.

Mekanisme

Karbon yang diperlukan untuk proses tersebut adalah dalam bentuk CO ₂ (karbon dioksida) di persekitaran. Bagi alga dan cyanobacteria, CO ₂ dilarutkan di dalam air yang mengelilinginya. Dalam kes tumbuhan, CO ₂ mencapai sel fotosintetik melalui stomata (sel epidermis).

- Kitaran Calvin-Benson

Kitaran ini mempunyai beberapa reaksi:

Reaksi awal

CO ₂ mengikat sebatian penerima karbon 5 (ribulosa 1,5-bifosfat atau RuBP). Proses ini dikatalisis oleh enzim rubisco. Sebatian yang dihasilkan adalah molekul enam karbon. Ia pecah dengan cepat dan membentuk dua sebatian daripada tiga karbon masing-masing (3-phosphoglycerate atau 3PG).

Kitaran Calvin. Calvin-cycle4.svg: Mike Jonesderivatif kerja: Aibdescalzo, melalui Wikimedia Commons

Proses kedua

Dalam tindak balas ini, tenaga yang diberikan oleh ATP dari fasa cahaya digunakan. Fosforilasi yang didorong oleh tenaga ATP dan proses pengurangan yang dimediasi oleh NADPH berlaku. Oleh itu, 3-fosfogliserat diturunkan menjadi gliseraldehid 3-fosfat (G3P).

G3P adalah gula tiga karbon fosfat, juga disebut triose fosfat. Hanya satu perenam gliseraldehid 3-fosfat (G3P) diubah menjadi gula sebagai produk kitaran.

Metabolisme fotosintetik ini disebut C3, kerana produk asas yang diperoleh adalah gula tiga karbon.

Proses akhir

Bahagian-bahagian G3P yang tidak berubah menjadi gula diproses untuk membentuk ribulosa monofosfat (RuMP). RuMP adalah perantaraan yang diubah menjadi ribulosa 1,5-bifosfat (RuBP). Dengan cara ini, akseptor CO ₂ pulih dan kitaran Kelvin-Benson ditutup.

Dari jumlah RuBP yang dihasilkan dalam kitaran dalam daun khas, hanya sepertiga yang ditukar menjadi pati. Polisakarida ini disimpan dalam kloroplas sebagai sumber glukosa.

Bahagian lain ditukar menjadi sukrosa (disakarida) dan diangkut ke organ tanaman lain. Selepas itu, sukrosa dihidrolisiskan untuk membentuk monosakarida (glukosa dan fruktosa).

-Metabolisme fotosintetik lain

Dalam keadaan persekitaran tertentu, proses fotosintesis tanaman telah berkembang dan menjadi lebih efisien. Ini menyebabkan munculnya jalan metabolik yang berbeza untuk mendapatkan gula.

Metabolisme C4

Di persekitaran yang hangat, stomata daun ditutup pada siang hari untuk mengelakkan kehilangan wap air. Oleh itu, kepekatan CO ₂ dalam daun berkurang berbanding dengan oksigen (O ₂ ). Enzim rubisco mempunyai pertalian substrat berganda: CO ₂ dan O ₂ .

Pada CO rendah ₂ dan O tinggi ₂ kepekatan , rubisco memangkinkan pemeluwapan O ₂ . Proses ini dinamakan fotorespirasi dan ia mengurangkan kecekapan fotosintesis. Untuk mengatasi respirasi fotor, beberapa tumbuhan di persekitaran tropika telah mengembangkan anatomi dan fisiologi fotosintesis tertentu.

Semasa metabolisme C4, karbon terpaku dalam sel mesofil dan kitaran Calvin-Benson berlaku pada sel sel klorofil. Fiksasi CO ₂ berlaku pada waktu malam. Ia tidak berlaku pada stroma kloroplas, tetapi di sitosol sel mesofil.

Fiksasi CO ₂ berlaku oleh tindak balas karboksilasi. Enzim yang memangkinkan tindak balas adalah fosfoenolpiruvat karboksilase (PEP-karboksilase), yang tidak sensitif terhadap kepekatan rendah CO ₂ di dalam sel.

Molekul akseptor CO ₂ adalah asid fosfenolpyruvik (PEPA). Produk perantaraan yang diperoleh adalah asid oksaloasetik atau oksaloasetat. Oxaloacetate dikurangkan menjadi malate pada beberapa spesies tumbuhan atau menjadi aspartat (asid amino) pada yang lain.

Selepas itu, jantan bergerak ke dalam sel sarung fotosintetik vaskular. Di sini ia di decarboxylated dan piruvate dan CO ₂ dihasilkan .

CO ₂ memasuki kitaran Calvin-Benson dan bertindak balas dengan Rubisco untuk membentuk PGA. Sebaliknya, piruvat kembali ke sel mesofil di mana ia bertindak balas dengan ATP untuk menjana semula akseptor karbon dioksida.

Metabolisme CAM

Metabolisme asid Crassulaceae (CAM) adalah strategi lain untuk fiksasi CO ₂ . Mekanisme ini telah berkembang secara bebas dalam pelbagai kumpulan tanaman sukulen.

Tanaman CAM menggunakan kedua-dua jalur C3 dan C4, sama seperti tanaman C4. Tetapi pemisahan kedua metabolisme adalah sementara.

CO ₂ diperbaiki pada waktu malam oleh aktiviti PEP-karboksilase dalam sitosol dan oksaloasetat terbentuk. Oxaloacetate diturunkan menjadi malate, yang disimpan dalam vakuola sebagai asid malik.

Kemudian, di hadapan cahaya, asid malik pulih dari vakuola. Ia didekarboksilasi dan CO ₂ dipindahkan ke RuBP kitaran Calvin-Benson dalam sel yang sama.

Tumbuhan CAM mempunyai sel fotosintetik dengan vakuola besar di mana asid malik disimpan, dan kloroplas di mana CO _{2 yang} diperoleh dari asid malik diubah menjadi karbohidrat.

Produk akhir

Pada akhir fasa fotosintesis gelap, gula yang berbeza dihasilkan. Sukrosa adalah produk perantaraan yang cepat digerakkan dari daun ke bahagian tanaman yang lain. Ia boleh digunakan secara langsung untuk mendapatkan glukosa.

Pati digunakan sebagai bahan simpanan. Ia boleh terkumpul di daun atau dibawa ke organ lain seperti batang dan akar. Di sana ia disimpan sehingga diperlukan di pelbagai bahagian tanaman. Ia disimpan dalam plastid khas, yang disebut amiloplas.

Produk yang diperoleh dari kitaran biokimia ini sangat penting untuk tanaman. Glukosa yang dihasilkan digunakan sebagai sumber karbon untuk membentuk sebatian seperti asid amino, lipid dan asid nukleik.

Sebaliknya, gula yang dihasilkan dari fasa gelap mewakili asas rantai makanan. Sebatian ini mewakili paket tenaga suria yang diubah menjadi tenaga kimia yang digunakan oleh semua organisma hidup.

Rujukan

1. Alberts B, D Bray, J Lewis, M Raff, K Roberts dan JD Watson (1993) Biologi molekul sel. Edisi ke-3 Ediciones Omega, SA 1387 p.
2. Purves WK, D Sadava, GH Orians dan HC Heller (2003) Kehidupan. Sains Biologi. Edt ke-6 Sinauer Associates, Inc. dan WH Freeman and Company. 1044 p.
3. Raven PH, RF Evert dan SE Eichhorn (1999) Biologi Tumbuhan. Edt ke-6 WH Freeman dan Penerbit Worth Syarikat. 944 p.
4. Solomon EP, LR Berg dan DW Martin (2001) Biologi. Ed. Ke-5 McGraw-Hill Interamericana. 1237 hlm.
5. KR Stern. (1997). Biologi Tumbuhan Pengenalan. Wm. C. Penerbit Brown. 570 p.