A.
Tumbuhan C3
Tanaman C3 lebih adaptif pada
kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi. Sebagian besar tanaman pertanian,
seperti gandum, kentang, kedelai, kacang-kacangan, dan kapas merupakan tanaman
dari kelompok C3.
Pada tanaman C3, enzim yang
menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan substrat untuk pembentukan
karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal assimilasi, juga dapat
mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi ( fotorespirasi
adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan
hasil samping, yang terjadi pada siang hari) . Jika konsentrasi CO2 di atmosfir
ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan
CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah besar.
Tumbuhan C3 tumbuh dengan karbon
fiksasi C3 biasanya tumbuh dengan baik di area dimana intensitas sinar matahari
cenderung sedang, temperature sedang dan dengan konsentrasi CO2
sekitar 200 ppm atau lebih tinggi, dan juga dengan air tanah yang berlimpah.
Tumbuhan C3 harus berada dalam area dengan konsentrasi gas karbondioksida yang
tinggi sebab Rubisco sering menyertakan molekul oksigen ke dalam Rubp sebagai
pengganti molekul karbondioksida. Konsentrasi gas karbondioksida yang tinggi
menurunkan kesempatan Rubisco untuk menyertakan molekul oksigen. Karena bila
ada molekul oksigen maka Rubp akan terpecah menjadi molekul 3-karbon yang
tinggal dalam siklus Calvin, dan 2 molekul glikolat akan dioksidasi dengan
adanya oksigen, menjadi karbondioksida yang akan menghabiskan energi.
Pada tumbuhan C3,CO2 hanya difiksasi
RuBP oleh karboksilase RuBP. Karboksilase RuBP hanya bekerja apabila CO2
jumlahnya berlimpah
Contoh tanaman C3 antara lain : kedelai, kacang tanah, kentang, dll.
Contoh tanaman C3 antara lain : kedelai, kacang tanah, kentang, dll.
Fiksasi
Karbondioksida
Melvin Calvin bersama beberapa
peneliti pada universitas calivornia berhasil mengidentivikasi produk awal dari
fiksasi CO2. Produk awal tersebut adalah asam 3-fosfogliserat atau
sering disebut PGA, karena PGA tersusun dari 3 atom karbon.
Hasil penelitian itu menunjukkan
bahwa tidak ada senyawa dengan 2 atom C yang terakumulasi. Senyawa yang
terakumulasi adalah senyawa dengan 5 atom C yakni Ribulosa – 1.5 – bisfosfat
(RUBP). Reaksi antara CO2 dengan RUBP dipacu oleh enzim ribulosa
bisfosfat karboklsilase (RUBISCO).
Rubisco adalah enzim raksasa yang berperan sangat penting dalam reaksi gelap fotosintesis tumbuhan. Enzim inilah yang
menggabungkan molekul ribulosa-1,5-bisfosfat (RuBP, kadang-kadang disebut RuDP) yang memiliki tiga atom C dengan karbondioksida menjadi atom dengan enam C, untuk kemudian diproses lebih
lanjut menjadi glukosa, molekul penyimpan energi aktif utama pada tumbuhan.
Siklus
Calvin
Siklus Calvin disebut juga Reaksi
gelap yang merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi gelap adalah reaksi pembentukan gula dari CO2 yang
terjadi di stroma. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi terjadi pada
bagian kloroplas yang disebut stroma.
Tempat
terjadinya Reaksi gelap
Bahan reaksi gelap adalah ATP dan
NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO2, yang berasal
dari udara bebas. Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6),
yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Reaksi ini ditemukan oleh Melvin
Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi
Calvin-Benson.
Secara umum, reaksi gelap dapat
dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.
Reaksi gelap dimulai dengan pengikatan atau fiksasi 6 molekul CO2 ke 6 molekuk
gula 5 karbon yaitu ribulosa 1,5 bifosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa
bifosfat karboksilase/oksigenase(rubisco) yang kemudian membentuk 6 molekul
gula 6 karbon. Molekul 6 karbon ini tidak stabil maka pecah menjadi 12 molekul
3 karbon yaitu 3 fosfogliserat. 3 fosfogliserat kemudian difosforilasi oleh 12
ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. 1,3 bifosfogliserat difosforilasi lagi oleh
12 NADPH membentuk 12 molekul gliseradehida 3 fosfat/PGAL. 2 PGAL digunakan
untuk membentuk 1 molekul glukosa atau jenis gula lainnya, sedangkan 10 molekul
lainnya difosforilasi oleh 6 ATP untuk kembali membentuk 6 molekul Ribulosa 1,5
bifosfat. Proses pengikatan CO2 ke RuBP disebut fiksasi, proses
pemecahan molekul 6 karbon menjadi molekul 3 karbon disebut reduksi dan
proses pembentukan kembali RuBP dari PGAL disebut regenerasi.
Fotosintesis ini disebut mekanisme
C3, karena molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah
molekul berkarbon 3, 3-fosfogliserat. Kebanyakan tumbuhan yang menggunakan
fotosintesis C3 disebut tumbuhan C3.
Padi, gandum, dan kedelai merupakan
contoh-contoh tumbuhan C3 yang penting dalam pertanian.
Kondisi lingkungan yang mendorong
fotorespirasi ialah hari yang panas, kering, dan terik-kondisi yang menyebabkan
stomata tertutup. Kondisi ini menyebabkan CO2 tidak bisa masuk dan O2 tidak
bisa keluar sehingga terjadi fotorespirasi.
B.
Tumbuhan C4
Tumbuhan C4 dan CAM lebih adaptif di
daerah panas dan kering. Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat
CO2 pada tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi
kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di
sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang mempunyai klorofil yang terletak di
bawah sel-sel epidermis daun). CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian
ditransfer ke sel-sel “bundle sheath” (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan
phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya
konsentasi CO2 pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat
kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil and
G sangat rendah, PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga
reaksi fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. ,
laju assimilasi tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnyaCO2.
Sehingga, dengan meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung
dari tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2 yang berlebihan. Contoh tanaman C4
adalah jagung, sorgum dan tebu
Tetapi pada sintesis C4,enzim
karboksilase PEP memfiksasi CO2 pada akseptor karbon lain yaitu PEP. Karboksilase
PEP memiliki daya ikat yang lebih tinggi terhadap CO2 daripada karboksilase
RuBP. Oleh karena itu,tingkat CO2 menjadi sangat rendah pada tumbuhan C4,jauh
lebih rendah daripada konsentrasi udara normal dan CO2 masih dapat terfiksasi
ke PEP oleh enzim karboksilase PEP. Sistem perangkap C4 bekerja pada
konsentrasi CO2 yang jauh lebih rendah.
Tumbuhan C4 dinamakan
demikian karena tumbuhan itu mendahului siklus Calvin yang menghasilkan asam
berkarbon -4 sebagai hasil pertama fiksasi CO2 dan yang memfiksasi CO2
menjadi APG di sebut spesies C3, sebagian spesies C4
adalah monokotil (tebu, jagung, dll)
Reaksi dimana CO2
dikonfersi menjadi asam malat atau asam aspartat adalah melalui penggabugannya
dengan fosfoeolpiruvat (PEP) untuk membentuk oksaloasetat dan Pi.
Enzim PEP-karboksilase ditemukan
pada setiap sel tumbuhan yang hidup dan enzim ini yang berperan dalam memacu
fiksasi CO2 pada tumbuhan C4. enzim PEP-karboksilase
terkandung dalam jumlah yang banyak pada daun tumbuhan C4, pada daun
tumbuhan C-3 dan pada akar, buah-buah dan sel – sel tanpa klorofil lainnya
ditemukan suqatu isozim dari PEP-karboksilase.
Reaksi untuk mengkonversi
oksaloasetat menjadi malat dirangsang oleh enzim malat dehidrogenase dengan
kebutuhan elektronnya disediakan oleh NHDPH. Oksaleasetat harus masuk kedalam
kloroplas untuk direduksi menjadi malat.
Pembentukkan aspartat dari malat
terjadi didalam sitosol dan membutuhkan asam amino lain sebagai sumber gugus
aminonya. Proses ini disebut transaminasi.
Pada tumbuhan C-4 terdapat pembagian
tugas antara 2 jenis sel fotosintetik, yakni :
- sel mesofil
- sel-sel bundle sheath/ sel
seludang-berkas pembuluh.
Sel seludang berkas pembuluh disusun
menjadi kemasan yang sangat padat disekitar berkas pembuluh. Diantara
seludang-berkas pembuluh dan permukaan daun terdapat sel mesofil yang tersusun
agak longgar. Siklus calvin didahului oleh masuknya CO2 ke dalam
senyawa organic dalam mesofil.
Langkah pertama ialah penambahan CO2
pada fosfoenolpirufat (PEP) untuk membentuk produk berkarbon empat yaitu
oksaloasetat, Enzim PEP karboksilase menambahkan CO2 pada PEP.
Karbondioksida difiksasi dalam sel mesofil oleh enzim PEP karboksilase. Senyawa
berkarbon-empat-malat, dalam hal ini menyalurkan atom CO2 kedalam
sel seludang-berkas pembuluh, melalui plasmodesmata. Dalam sel seludang –berkas
pembuluh, senyawa berkarbon empat melepaskan CO2 yang diasimilasi
ulang kedalam materi organic oleh robisco dan siklus Calvin.
Dengan cara ini, fotosintesis C4
meminimumkan fotorespirasi dan meningkatkan produksi gula. Adaptasi ini sangat
bermanfaat dalam daerah panas dengan cahaya matahari yang banyak, dan
dilingkungan seperti inilah tumbuhan C4 sering muncul dan tumbuh
subur
C.
Tumbuhan CAM
Tumbuhan C4 dan CAMlebih adaptif di
daerah panas dan kering. Crassulacean acid metabolism ( CAM), tanaman
ini mengambil CO2 pada malam hari, dan mengunakannya untuk fotosistensis pada
siang harinya. Meski tidak menguarkan oksigen dimalam hari, namun dengan
memakan CO2 yang beredar, tanaman ini sudah membantu kita semua menghirup udara
bersih, lebih sehat, menyejukkan dan menyegarkan bumi, tempat tinggal dan
ruangan. Jadi, cocok buat taruh di ruang tidur misalnya. Sayang, hanya sekitar
5% tanaman jenis ini. Tumbuhan CAM yang dapat mudah ditemukan adalah nanas,
kaktus, dan bunga lili.
Tanaman CAM , pada kelompok ini
penambatan CO2 seperti pada tanaman C4, tetapi dilakukan pada malam hari dan
dibentuk senyawa dengan gugus 4-C. Pada hari berikutnya ( siang hari ) pada
saat stomata dalam keadaan tertutup terjadi dekarboksilase senyawa C4 tersebut
dan penambatan kembali CO2 melalui kegiatan Rudp karboksilase. Jadi
tanamanCAMmempunyai beberapa persamaan dengan kelompok C4 yaitu dengan adanya
dua tingkat sistem penambatan CO2.
Pada C4 terdapat pemisahan ruang
sedangkan pada CAM pemisahannya bersifat sementara. Termasuk golongan CAM
adalah Crassulaceae, Cactaceae, Bromeliaceae, Liliaceae, Agaveceae, Ananas
comosus, dan Oncidium lanceanum.
Beberapa tanaman CAM dapat beralih ke jalur C3 bila keadaan lingkungan lebih baik.
Beberapa tanaman CAM dapat beralih ke jalur C3 bila keadaan lingkungan lebih baik.
Beberapa spesies tumbuhan mempunyai
sifat yang berbeda dengan kebanyakan tumbuhan lainnya, yakni Tumbuhan ini
membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Kelompok
tumbuhan ini umumnya adalah tumbuhan jenis sukulen yang tumbuh da daerah
kering. Dengan menutup stomata pada siang hari membantu tumbuhan ini menghemat
air, dapat mengurangi laju transpirasinya, sehingga lebih mampu beradaptasi
pada daerah kering tersebut.
Selama malam hari, ketika stomata
tumbuhan itu terbuka, tumbuhan ii mengambil CO2 dan memasukkannya
kedalam berbagai asam organic. Cara fiksasi karbon ini disebut metabolisme
asam krasulase, atau crassulacean acid metabolism (CAM).
Dinamakan demikian karena
metabolisme ini pertama kali diteliti pada tumbuhan dari famili crassulaceae.
Termasuk golongan CAM adalah Crassulaceae, Cactaceae, Bromeliaceae, Liliaceae,
Agaveceae, Ananas comosus, dan Oncidium lanceanum.
Jalur CAM serupa dengan jalur C4
dalam hal karbon dioksida terlebih dahulu dimasukkan kedalam senyawa organic
intermediet sebelum karbon dioksida ini memasuki siklus Calvin. Perbedaannya
ialah bahwa pada tumbuhan C4, kedua langkah ini terjadi pada ruang
yang terpisah. Langkah ini terpisahkan pada dua jenis sel. Pada tumbuhan CAM,
kedua langkah dipisahkan untuk sementara. Fiksasi karbon terjadi pada malam
hari, dan siklus calvin berlangsung selama siang hari.
tumbuhan
c3, c4 dan cam
Tanaman C3,C4, dan CAM
Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok besar,
yaitu C3, C4, dan CAM (crassulacean acid metabolism). Tumbuhan C4 dan CAM lebih
adaptif di daerah panas dan kering dibandingkan dengan tumbuhan C3. Namun
tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi. Sebagian besar
tanaman pertanian, seperti gandum, kentang, kedelai, kacang-kacangan, dan kapas
merupakan tanaman dari kelompok C3.
Tanaman C3 dan C4 dibedakan oleh cara mereka mengikat CO2 dari atmosfir dan
produk awal yang dihasilkan dari proses assimilasi.
Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan
substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal
assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses
fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk
menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari) . Jika konsentrasi
CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih
menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah
besar.
Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada tanaman C4) yang
tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi
terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang
mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel epidermis daun). CO2 yang sudah
terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel "bundle sheath" (sekelompok sel-sel di
sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena
tingginya konsentasi CO2 pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat
kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil and G
sangat rendah, PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi
fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. , laju assimilasi
tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2
Sehingga, dengan meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari
tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2 yang berlebihan.
Contoh tanaman C3 antara lain : kedele, kacang tanah, kentang, dll
contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum dan tebu.
Sintesis C3
Sintesis C3 diawali dengan fiksasi CO2, yaitu menggabungkan CO2 dengan sebuah molekul akseptor karbon. Akan tetapi didalam sintesis C3, CO2 difiksasi ke gula berkarbon 5, yaitu ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim karboksilase RuBP (rubisko). Molekul berkarbon 6 yang berbentuk tidak stabil dan segera terpisah menjadi 2 molekul fosfogliserat (PGA). Molekul PGA merupakan karbohidrat stabil berkarbon 3 yang pertama kali terbentuk sehingga cara tersebut dinamakan sintesis C3.
Molekul PGA bukan molekul berenergi tinggi. Dua molekul PGA mengandung energy yang lebih kecil dibandingkan dengan satu molekul RuBP. Hal tersebut menjelaskan alasan fiksasi CO2 berlangsung secara spontan dan tidak memerlukan energy dari reaksi cahaya. Untuk mensintesis molekul berenergi tinggi, energy dan electron dari ATP maupun NADPH hasil reaksi terang digunakan untuk mereduksi tiap PGA menjadi fosfogliseraldehida (PGAL). Dua molekul PGAL dapat membentuk satu glukosa.
Siklus Calvin telah lengkap bila pembentukan glukosa disertai dengan generasi RuBP. Satu molekul CO2 yang tercampur menjadi enam molekul CO2. Ketika enam molekul CO2 bergabung dengan enam molekul RuBP dihasilkan satu glukosa dan enam RuBP sehingga siklus dapat dimulai lagi.
Contoh tanaman: legum (polong-polongan), gandum, padi.
sintesis C4
Pada jenis tumbuhan yang hidup di daerah panas seperti jagung, tebu, rumput-rumputan, memiliki kebiasaan saat siang hari mereka tidak membuka stomatanya secara penuh untuk mengurangi kehilangan air melalui evaporasi/transpirasi. Ini berakibat terjadinya penurunan jumlah CO2 yang masuk ke stomata. Logikanya hal ini menghambat laju fotosintesis. Ternyata para tumbuhan ini telah mengembangkan cara yang cerdas untuk menjaga agar laju fotosintesis tetap normal meskipun stomata tidak membuka penuh. Apa bedanya dengan tumbuhan C-3?
Perbedaannya ada pada mekanisme fiksasi CO2. Pada tumbuhan C-4 karbondioksida pertamakali akan diikat oleh senyawa yang disebut PEP (phosphoenolphyruvate / fosfoenolpiruvat) dengan bantuan enzim PEP karboksilase dan membentuk oksaloasetat, suatu senyawa 4-C. Itu sebabnya kelompok tumbuhan ini disebut tumbuhan C-4 atau C-4 pathway. PEP dibentuk dari piruvat dengan bantuan enzim piruvat-fosfat dikinase. Berbeda dengan rubisco, PEP sangat lemah berikatan dengan O2. Ini berarti bisa menekan terjadinya fotorespirasi sekaligus mampu menangkap lebih banyak CO2 sehingga bisa meningkatkan laju produksi glukosa.
Pengikatan CO2 oleh PEP tersebut berlangsung di sel-sel mesofil (daging daun). Oksaloasetat yang terbentuk kemudian akan direduksi karena menerima H+ dari NADH dan berubah menjadi malat, kemudian ditransfer menuju ke sel seludang pembuluh (bundle sheath cells) melalui plasmodesmata. Sel-sel seludang pembuluh adalah kelompok sel yang mengelilingi jaringan pengangkut xilem dan floem. Lihat gambar.
Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok besar,
yaitu C3, C4, dan CAM (crassulacean acid metabolism). Tumbuhan C4 dan CAM lebih
adaptif di daerah panas dan kering dibandingkan dengan tumbuhan C3. Namun
tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi. Sebagian besar
tanaman pertanian, seperti gandum, kentang, kedelai, kacang-kacangan, dan kapas
merupakan tanaman dari kelompok C3.
Tanaman C3 dan C4 dibedakan oleh cara mereka mengikat CO2 dari atmosfir dan
produk awal yang dihasilkan dari proses assimilasi.
Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan
substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal
assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses
fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk
menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari) . Jika konsentrasi
CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih
menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah
besar.
Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada tanaman C4) yang
tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi
terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang
mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel epidermis daun). CO2 yang sudah
terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel "bundle sheath" (sekelompok sel-sel di
sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena
tingginya konsentasi CO2 pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat
kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil and G
sangat rendah, PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi
fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. , laju assimilasi
tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2
Sehingga, dengan meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari
tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2 yang berlebihan.
Contoh tanaman C3 antara lain : kedele, kacang tanah, kentang, dll
contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum dan tebu.
Sintesis C3
Sintesis C3 diawali dengan fiksasi CO2, yaitu menggabungkan CO2 dengan sebuah molekul akseptor karbon. Akan tetapi didalam sintesis C3, CO2 difiksasi ke gula berkarbon 5, yaitu ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim karboksilase RuBP (rubisko). Molekul berkarbon 6 yang berbentuk tidak stabil dan segera terpisah menjadi 2 molekul fosfogliserat (PGA). Molekul PGA merupakan karbohidrat stabil berkarbon 3 yang pertama kali terbentuk sehingga cara tersebut dinamakan sintesis C3.
Molekul PGA bukan molekul berenergi tinggi. Dua molekul PGA mengandung energy yang lebih kecil dibandingkan dengan satu molekul RuBP. Hal tersebut menjelaskan alasan fiksasi CO2 berlangsung secara spontan dan tidak memerlukan energy dari reaksi cahaya. Untuk mensintesis molekul berenergi tinggi, energy dan electron dari ATP maupun NADPH hasil reaksi terang digunakan untuk mereduksi tiap PGA menjadi fosfogliseraldehida (PGAL). Dua molekul PGAL dapat membentuk satu glukosa.
Siklus Calvin telah lengkap bila pembentukan glukosa disertai dengan generasi RuBP. Satu molekul CO2 yang tercampur menjadi enam molekul CO2. Ketika enam molekul CO2 bergabung dengan enam molekul RuBP dihasilkan satu glukosa dan enam RuBP sehingga siklus dapat dimulai lagi.
Contoh tanaman: legum (polong-polongan), gandum, padi.
sintesis C4
Pada jenis tumbuhan yang hidup di daerah panas seperti jagung, tebu, rumput-rumputan, memiliki kebiasaan saat siang hari mereka tidak membuka stomatanya secara penuh untuk mengurangi kehilangan air melalui evaporasi/transpirasi. Ini berakibat terjadinya penurunan jumlah CO2 yang masuk ke stomata. Logikanya hal ini menghambat laju fotosintesis. Ternyata para tumbuhan ini telah mengembangkan cara yang cerdas untuk menjaga agar laju fotosintesis tetap normal meskipun stomata tidak membuka penuh. Apa bedanya dengan tumbuhan C-3?
Perbedaannya ada pada mekanisme fiksasi CO2. Pada tumbuhan C-4 karbondioksida pertamakali akan diikat oleh senyawa yang disebut PEP (phosphoenolphyruvate / fosfoenolpiruvat) dengan bantuan enzim PEP karboksilase dan membentuk oksaloasetat, suatu senyawa 4-C. Itu sebabnya kelompok tumbuhan ini disebut tumbuhan C-4 atau C-4 pathway. PEP dibentuk dari piruvat dengan bantuan enzim piruvat-fosfat dikinase. Berbeda dengan rubisco, PEP sangat lemah berikatan dengan O2. Ini berarti bisa menekan terjadinya fotorespirasi sekaligus mampu menangkap lebih banyak CO2 sehingga bisa meningkatkan laju produksi glukosa.
Pengikatan CO2 oleh PEP tersebut berlangsung di sel-sel mesofil (daging daun). Oksaloasetat yang terbentuk kemudian akan direduksi karena menerima H+ dari NADH dan berubah menjadi malat, kemudian ditransfer menuju ke sel seludang pembuluh (bundle sheath cells) melalui plasmodesmata. Sel-sel seludang pembuluh adalah kelompok sel yang mengelilingi jaringan pengangkut xilem dan floem. Lihat gambar.
Di dalam sel-sel seludang pembuluh malat akan dipecah kembali menjadi CO2 yang langsung memasuki siklus Calvin-Benson, dan piruvat dikembalikan lagi ke sel-sel mesofil. Hasil dari siklus Calvin-Benson adalah molekul glukosa yang kemudian ditranspor melalui pembuluh floem.
Dari uraian di atas kita tahu bahwa fiksasi CO2 pada tumbuhan C-4 berlangsung dalam dua langkah. Pertama CO2 diikat oleh PEP menjadi oksaloasetat dan berlangsung di sel-sel mesofil. Kedua CO2 diikat oleh rubisco menjadi APG di sel seludang pembuluh. Ini menyebabkan energi yang digunakan untuk fiksasi CO2 lebih besar, memerlukan 30 molekul ATP untuk pembentukan satu molekul glukosa. Sedangkan pada tumbuhan C-3 hanya memerlukan 18 molekul ATP. Namun demikian besarnya kebutuhan ATP untuk fiksasi CO2 pada tumbuhan C-4 sebanding dengan besarnya hasil produksi glukosa karena dengan cara tersebut mampu menekan terjadinya fotorespirasi yang menyebabkan pengurangan pembentukan glukosa. Itu sebabnya kelompok tumbuhan C-4 dikenal efektif dalam fotosintesis.
Sintesis CAM
Tumbuhan lain yang tergolong sukulen (penyimpan air) misalnya kaktus dan nanas memiliki adaptasi fotosintesis yang berbeda lagi. Tidak seperti tumbuhan umumnya, kelompok tumbuhan ini membuka stomata pada malam hari dan menutup pada siang hari. Stomata yang menutup pada siang hari membuat tumbuhan mampu menekan penguapan sehingga menghemat air, tetapi mencegah masuknya CO2.
Saat stomata terbuka pada malam hari, CO2 di sitoplasma sel-sel mesofil akan diikat oleh PEP dengan bantuan enzim PEP karboksilase sehingga terbentuk oksaloasetat kemudian diubah menjadi malat (persis seperti tumbuhan C-4). Selanjutnya malat yang terbentuk disimpan dalam vakuola sel mesofil hingga pagi hari. Pada siang hari saat reaksi terang menyediakan ATP dan NADPH untuk siklus Calvin-Benson, malat dipecah lagi menjadi CO2 dan piruvat. CO2 masuk ke siklus Calvin-Benson di stroma kloroplas, sedangkan piruvat akan digunakan untuk membentuk kembali PEP.
Perbedaan Tanaman C3, C4 dan CAM
Berdasarkan
tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok besar, yaitu C3, C4,
dan CAM (crassulacean acid metabolism). Perbedaan tersebut dapat dilihat pada
table di bawah ini.
C3
|
C4
|
CAM
(crassulacean acid metabolism)
|
lebih adaptif pada kondisi
kandungan CO2 atmosfer tinggi
|
adaptif di daerah panas dan kering
|
adaptif di daerah panas dan kering
|
enzim yang menyatukan CO2 dengan
RuBP, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses
fotorespirasi
|
CO2 diikat oleh PEP yang
tidak dapat mengikat O2 sehingga
tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2
|
Pada malam hari asam malat tinggi,
pada siang hari malat rendah Lintasan
|
karbon dioxida masuk ke siklus
calvin secara langsung.
|
tidak mengikat karbon dioksida
secara langsung
|
tidak mengikat karbon dioksida
secara langsung
|
Disebut tumbuhan C3 karena senyawa
awal yang terbentuk berkarbon 3 (fosfogliserat)
|
Sel seludang pembuluh berkembang
dengan baik dan banyak mengandung kloroplas
|
Umumnya tumbuhan yang beradaptasi
pada keadaan kering seperti kaktus, anggrek dan nenas
|
Sebagian besar tumbuhan tinggi masuk
ke dalam kelompok tumbuhan C3
|
Fotosintesis terjadi di dalam sel
mesofil dan sel seludang pembuluh
|
Reduksi karbon melalui lintasan C4
dan C3 dalam sel mesofil tetapi waktunya berbeda
|
Apabila stomata menutup akibat
stress terjadi peningkatan fotorespirasipengikatan O2 oleh
enzim Rubisco
|
Pengikatan CO2di udara melalui
lintasan C4 di sel mesofil dan reduksi karbon melalui siklus Calvin (siklus
C3) di dalam sel seludang pembuluh
|
Pada malam hari terjadi lintasan
C4 pada siang hari terjadi siklus C3
|
Tidak ada komentar:
Posting Komentar