Seluruh makhluk hidup tentunya sangat bergantung pada energi. Fotosintesis menjadi proses yang dapat menghasilkan energi tersebut. Nah, itulah mengapa fotosintesis sangat penting bagi kehidupan. Salah satu hal yang perlu kita ketahui dalam fotosintesis adalah Siklus Calvin.
Istilah lain dari siklus ini juga dikenal sebagai siklus Calvin-Benson-Bassham (CBB), siklus C3, atau reaksi gelap. Nama yang paling ketinggalan zaman adalah reaksi gelap, karena dapat menyesatkan arti bahwa reaksi hanya terjadi pada malam hari atau tidak membutuhkan cahaya. Sehingga, sebagian besar ilmuwan tidak lagi menggunakan istilah tersebut.
Daftar ISI
Apa Itu Fotosintesis?
Fotosintesis adalah proses biokimia yang terjadi pada semua tanaman hijau atau autotrof yang menghasilkan molekul organik dari karbon dioksida (CO2). Terdapat dua tahap fotosintesis, yaitu:
1. Reaksi Terang
Proses fotosintesis yang membutuhkan cahaya dan terutama terjadi pada siang hari adalah reaksi terang. Reaksi ini akan berlangsung terlebih dahulu pada fotosintensis dan hasilnya akan digunakan pada reaksi gelap.
Hasil dari reaksi terang adalah ATP dan NADPH, dimana tempat prosesnya terjadi di grana kloroplas. Cara reaksinya adalah NADP menggunakan ion H+ untuk membentuk NADPH.
2. Reaksi Gelap
Reaksi cahaya independen adalah sebutan lain dari reaksi gelap. Ketidaktergantungan pada sinar matahari dapat menjadi ciri khusus pada reaksi ini.
Glukosa adalah produk akhir. ATP dan NADPH membantu dalam pembentukan glukosa. Berproses dengan cara hidrogen NADPH, bergabung dengan CO₂, dan terjadi di stroma kloroplas.
Di reaksi gelap inilah Siklus Calvin terjadi. Ini bukan berarti terjadi pada kegelapan, tetapi hanya tidak bergantung ada atau tidaknya cahaya untuk reaksi.
Lebih Mengenal Mengenai Siklus C3
Siklus C3 adalah istilah yang digunakan untuk reaksi fotosintesis yang menggunakan energi tersimpan oleh reaksi untuk mengubah karbon dioksida, membentuk glukosa, dan molekul karbohidrat lainnya.
Penemuan siklus ini pada tahun 1950 oleh Melvin Calvin, James Bassham, dan Andrew Benson di Universitas di California, Berkeley. Mereka menggunakan karbon radioaktif-14 untuk melacak jalur atom karbon dalam fiksasi karbon.
Fungsi Siklus Calvin dalam Tumbuhan
Siklus Calvin berfungsi untuk menghasilkan senyawa organik berupa gula yang dapat digunakan untuk membangun gula lain, seperti glukosa, pati, dan selulosa yang digunakan sebagai bahan struktural tanaman.
Khususnya pada glukosa, senyawa ini diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Glukosa kemudian dapat digunakan untuk sintesis molekul-molekul lain yang penting dalam kehidupan tanaman, seperti protein, lemak, dan asam nukleat.
Proses Calvin juga memanfaatkan molekul karbon langsung dari udara dan mengubahnya menjadi materi yang tidak mungkin terlewatkan untuk tanaman. Fakta tersebut membuat siklus ini penting bagi keberadaan sebagian besar ekosistem, di mana tanaman membentuk dasar piramida energi.
Tanpa adanya siklus ini, tanaman tidak akan menghasilkan dan menyimpan energi dalam bentuk yang bisa dicerna oleh tanaman itu sendiri. Bahkan, selanjutnya makhluk lain tidak akan memiliki akses untuk memanfaatkan energi yang tersimpan dalam tubuh tanaman tersebut.
Peran dalam mengubah senyawa karbon dioksida yang ada di atmosfer menjadi senyawa organik, sangat membantu mengurangi konsentrasi senyawa karbon yang kurang sehat di lingkungan. Oleh sebab itu, kadar karbon dioksida di udara yang rendah dapat meningkatkan kualitas udara sekitar.
Para ilmuwan dan kita sebagai manusia yang membutuhkan udara bersih, juga banyak yang telah menyuarakan keprihatinan akibat efek samping produksi batu bara, minyak, bensin, pembakaran liar, dan polusi udara karena kendaraan. Kegiatan-kegiatan itu menempatkan sejumlah besar CO2 kembali ke udara.
Manusia bahkan juga telah menebang sekitar setengah dari semua hutan Bumi, yang memainkan peran penting dalam mengurangi kadar CO₂ dari udara.
Tahapan Siklus C3 dan Proses yang Terjadi
Berikut tahap siklus C3 dan prosesnya yang perlu kamu ketahui:
1. Fiksasi Karbon
Tahap pertama dari Siklus Calvin adalah menggabungkan karbon dari CO₂ menjadi molekul organik atau proses yang bisa disebut fiksasi karbon.
Pada tumbuhan, senyawa CO₂ memasuki lapisan mesofil daun dengan melewati pori-pori pada permukaan daun yang disebut stomata. Kemudian, berdifusi ke dalam sel mesofil dan ke stroma kloroplas, tempat siklus terjadi.
Enzim yang disebut RuBisCO (ribulose carboxylase-oxygenase) menggabungkan karbon dioksida (CO2) dengan senyawa lima karbon yang disebut RuBP (ribulose -1,5-bisphosphate). Namun, molekul 6-karbon yang dihasilkan tidak stabil, maka terbagi lagi menjadi dua molekul 3- phosphoglyceraldehyde acid (3-PGA).
Struktur molekul proses fiksasi karbon ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
2. Reduksi
3-phosphoglyceraldehyde acid (3-PGA) yang dihasilkan dari proses fiksasi karbon, menerima gugus fosfat dari ATP (Adenosine Triphosphate). Lalu, berubah menjadi molekul terfosforilasi ganda yang disebut 1,3- bisphosphoglycerate dan menghasilkan ADP (Adenosine Diphosphate) sebagai produk samping.
Selanjutnya, molekul 1,3- bisphosphoglycerate berkurang dan setiap molekul menerima dua elektron dari NADPH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate) dan kehilangan salah satu gugus fosfatnya.
Oleh sebab itu, terbentuklah menjadi G3P (Glyceraldehyde -3 phosphate), serta produk samping berupa NADP+ dan fosfat (Pi). Sebagian hasil dari G3P dari tahap ini terpakai untuk regenerasi RuBP, sementara yang lainnya terpakai untuk sintesis senyawa organik lainnya.
Struktur molekul proses reduksi dapat kamu lihat pada gambar di bawah ini:
3. Regenerasi
Salah satu molekul G3P meninggalkan siklus dan berkontribusi pada pembentukan molekul karbohidrat, berupa glukosa (C₆H₁₂O₆). Sementara yang lain, menuju proses selanjutnya berupa daur ulang untuk meregenerasi RuBP.
Regenerasi membutuhkan ATP melalui serangkaian reaksi yang kompleks. Beberapa molekul G3P melanjutkan proses untuk membuat glukosa. RuBP yang telah diregenerasi siap untuk berikatan dengan CO₂ dan memulai Siklus Calvin kembali.
Molekul karbohidrat yang dihasilkan memiliki enam atom karbon, sehingga dibutuhkan enam putaran siklus untuk membuat setengah molekul glukosa. Singkatnya, keenam putaran ini membutuhkan masukan energi dari 6 molekul ATP dan 6 molekul NADPH pada reduksi, serta 3 molekul ATP pada langkah regenerasi.
Regenerasi ini bisa disimpulkan, bahwa hasil G3P dari proses reduksi sebelumnya terbagi dengan 1 molekul G3P membentuk karbohidrat, dan 5 molekul G3P lainnya berguna untuk meregenerasi proses.
Persamaan Kimia Siklus
Persamaan kimia keseluruhan untuk siklus Calvin adalah:
3 CO₂ + 6 NADPH + 6 H⁺ + 9 ATP → gliseraldehida-3-fosfat (G3P) + 6 NADP⁺ + 9 ADP + 3 H₂O + 8 Pi (Pi = fosfat anorganik)
(Kukwa, D.T., & Chetty, M., 2020)
Reaktan dan Hasil Produk
Mari kita rangkum jumlah molekul yang masuk dan keluar dari siklus dalam enam putaran Siklus Calvin, yaitu:
- Karbon: 3 CO2 (carbon dioxide) dikombinasikan dengan 3 RuBP (ribulose -1,5-bisphosphate) dan menghasilkan 6 molekul G3P (Glyceraldehyde-3 phosphate).
- 1 Molekul G3P keluar dari siklus dan menuju pembuatan glukosa.
- 5 molekul G3P didaur ulang untuk diregenerasi, agar menghasilkan 3 RuBP.
- ATP: 9 ATP (adenosine triphosphate) dikonversi 9 ADP (adenosine diphosphate) dengan pembagian jumlah berupa 6 molekul pada langkah fiksasi, 3 molekkul pada langkah regenerasi.
- NADPH: 6 NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) dikonversi menjadi NADP+ pada langkah reduksi).
Sudah Lebih Paham tentang Siklus Calvin?
Tanpa kita sangka, tanaman memiliki siklus yang cukup kompleks dan unik dalam menghasilkan energi, baik untuk proses tanaman itu sendiri maupun ekosistem di sekitarnya. Tentunya hal itu sangat bermanfaat.
Apakah kamu terbayangkan apabila siklus ini tidak ada di dunia? Hmm. Mungkin lingkungan sekitar kita akan penuh dengan kandungan karbon dioksida yang mana itu sangat tidak baik untuk proses keberlangsungan hidup kita sehari-hari. Selain itu, energi yang seharusnya kita butuhkan dari tanaman tidak bisa kita dapatkan apabila hal itu terjadi.
