Fase Gelap Fotosintesis

Pada fase terang fotosinetsis (reaksi fotofosforilasi)
menghasilkan NADPH2 pada fotosistem I (reaksi Non Siklik) dan
ATP pada fotosistem II (reaksi fereoksida ke sitokrom b6 dan
dari sitokrom b1 ke fase terang fotosintesis digunakan untuk
mereduksi CO2. Pada fase ini tidak dibutuhkan cahaya tetapi
reaksi yang etrjadi adalah reaksi kimia murni sehingga disebut
Fase Gelap Fotosintesis.
Tanaman dalam mereduksi CO2 dari udara pada
dasarnya dibedakan atas 3 kelompok yaitu :
1. Kelompok tanaman yang mengikuti Daur Calvin (siklus
Calvin; tanaman C3)
2. Kelompok tanaman yang mengikuti Daun Hatch-Slack
(tanaman C4)
3. Kelompok tanaman yang mengikuti daur Metabolisme Asam
Crassulaceae (CAM).
Daur Calvin (C3)
Antara tahun 1946-1953, Malvin Calvin bersama-sama
peneliti lain dari Universitas California mengidentifikasi produk
awal dari reduksi CO2. Calvin dan kawan-kawan menggunakan
teknik kromatografi dan karbondioksida bermuatan radioaktif 17

(14CO2) mendapatkan produk awal reduksi CO2 (fiksasi CO2)
pada ganggan Chlorella sp adalah asam-3-fosfogliserat yang
sering disingkat dengan PGA. Oleh karena senyawa yang
pertama dihasilkan adalah senyawa berkarbon tiga
(PGA=APG), maka daur reaksinya disebut daur C3 dan
tumbuhan yang mengikuti daur ini disebut tumbuhan C3
(Tanaman C3).
Daur Calvin sering disebut juga reaksi gelap fotosintesis
atau fiksasi CO2 atau fase Blackman. Daur ini terdiri atas
sekumpulan reaksi kimia yang berlangsung di dalam stroma
kloroplas dan tidak membutuhkan energi dari cahaya matahari
secara langsung. Sumber energi yang diperlukan berasal dari
fase terang fotosintesis. Reaksi gelap pada dasarnya
berlangsung pada waktu yang sama dengan reaksi terang.


Secara umum Daur Calvin terdiri atas sejumlah reaksi,
dan secara sederhana dikelompokkan menjadi empat fase,
yaitu
1. Karboksilasi ribulosa bifosfat (RuBP) menjadi
fosfogliserat (PGA) atau tahap fiksasi. Proses ini
dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase /oksigenase
(Rubisco). Pada peristiwa ini oksigen dari CO2 tidak
dibebaskan dalam bentuk O2, melainkan bergabung
membentuk satu molekul PGA

RuBP (5 carbon) + CO2 2 PGA (3 carbon) RUBISCO


2. Reduksi PGA membentuk triosa fosfat,




3. Regenerasi RuBP. Triosa fosfat digabungkan
dikombinasikan melalui serangkaian reaksi yang
kompleks membentuk Ru5P (ribulosa 5-P)i. Tahap akhir
regenerasi RuBP adalah

Ru5P + ATP RuBP + ADP + Pi
Karboksilasi, reduksi dan regenerasi secara kolektif
dinamakan Siklus Calvin-Benson.

4. Sintesis produksi akhir (sintesis sukrosa dan pati). 19



Daur Calvin-Benson memerlukan tiga kali putaran
sempurna untuk mendapatkan satu molekul karbohidrat yang
paling sempurna, namun untuk mempersingkat, maka dituliskan
tiga molekul RuBP (P-C5H8O5-P) dengan tiga moleku CO2
sebagai titik awal.


Senyawa C6H5O4-P dinamakan senyawa asam
fosfogliserat atau APG (phospoglyceric acid atau PGA). Jadi
tahap awal daur Calvin menunjukkan bahwa 3 RuBP bereaksi
dengan tiga CO2 dan tiga molekul H2O membentuk enam
senyawa PGA.
PGA yang terbentuk oleh ATP dan NADPH2 dengan
bantuan enzim triosa fosfat dehidrogenase diubah menjadu
asam-3-fosfogliserat (PGAL). Sebahagian dari PGAL yang
terbentuk oleh enzim triosa fosfat isomerase diubah menjadi
dihidroksi aseton fosfat (DHAP). Pada proses ini PGA
bergabung dengan hidrogen yang dihasilkan selama fase
terang yang tersedia dalam bentuk NADPH2. Reaksi
pemindahan hydrogen ke PGA membutuhkan energi dalam
bentuk ATP yang juga didapatkan selama fase terang.
Reaksinya adalah sebagai berikut:



Dari proses tersebut dihasilkan 6C3H7O4-P. Senyawa ini
selanjutnya akan berubah lagi dengan cara melepaskan satu
molekul air dan membentuk senyawa 6C3H5O3-P yang lazim
disebut fosfogliseraldehida atau PGAL. Reaksinya adalah
sebagai berikut:



Dari enam molekul PGAL yang baru dibentuk hanya satu
molekul PGAL yang merupakan hasil bersih fotosintesis secara
keseluruhan, sedangkan lima molekul PGAL lainnya mengalami
serangkaian reaksi kimia yang rumit dan hasil akhirnya adalah 3
molekul RuBP. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai
berikut : DHAP dan PGAL secara bersama-sama mengalami
kondensasi dengan bantuan enzim aldolase akan menghasilkan
fruktosa 1,6 fosfat yang selanjutnya oleh enzim fosfatase
melepaskan 1 fosfat organiknya (Pi) sehingga terbentuk
fruktosa- 6-fosfat. Fruktosa-6-fosfat dengan PGAL, oleh enzim
transketolase diubah menjadi eritrosa-4-fosfat dan xilulosa-5-
fosfat. Eritrosa-4-fosfat dengan dihidroksi aseton fosfat, oleh
enzim aldolase membentuk sedoheptulosa-7-fosfat yang
selanjutnya dengan PGAL oleh enzim transketolase diubah
menjadi ribosa-5-fosfat dan xilulosa-5-fosfat dengan bantuan
enzim epimerase diubah menjadi ribosa-5-fosfat. Ribosa-5-
fosfat oleh enzim epimerase dan ATP diubah menjadi ribulosa
1,5 bifosfat (RuBP) dan ADP. RuBP yang terbentuk selanjutnya
siap untuk memfiksasi CO2 dari udara. 21






PGAL yang merupakan hasil bersih fotosintesis akan
mengalami salah satu dari tiga peristiwa yaitu (i) dapat langsung
digunakan dalam proses pernapasan atau sebagai bahan untuk
membangun komponen structural sel tumbuhan, (ii) untuk
pemeliharaan sel. PGAL yang berlebih akan dingkut melalui
floem ke sel-sel akar, batang atau kebagian lain tanaman yang
tidak berfotosintesis setelah terlebih dahulu diubah menjadi
glukosa atau fruktosa, (iii) disimpan pada bagian lain tanaman
dalam bentuk pati.


Daur Hatch dan Slack (C4)
Pada tahun 1966 M.D. Hatch dan C.R. Slack
membuktikan secara detail jalur fiksasi CO2 pada tanaman
spesies graminae. Pada tanaman-tanaman seperti jagung, 23

tebu, sorgum, dan beberapa rumput tropika, CO2 menghasilkan
asam oksaloasetat, malat, dan aspartat pada tahap awal
reaksinya. Kelompok tanaman ini disebut tanaman C4 karena
produk awal dari fiksasi CO2 adalah asam-asam yang
berkarbon empat (4).
Pada tahap awal reaksi golongan tanaman C4, CO2
ditangkap oleh fosfoenolpiruvat (PEP) dengan bantuan enzim
fosfoenolpiruvat karbioksilase menghasilkan asam-asam
oksaloasetat dan piruvat. CO2 yang masuk ke dalam mesofil
daun terlebih dahulu bereaksi dengan H2O membentuk asam
karbonat (HCO3) dengan bantuan enzim karbonik anhidrase.
Selanjutnya direaksikan dengan PEP menghasilkan asam
oksaloasetat (1).
Tahap selanjutnya asam oksaloasetat yang terbentuk
mengalami reduksi oleh NADPH dengan enzim malat
dehidrogenase menghasilkan asam malat (2). Pada beberapa
tanaman C4 asam oksaloasetat dalam mesofil daun akan
bereaksi dengan asam amino (umumnya alanin) dan
menghasilkan asam apartat dan asam piruvat (3). Berbeda
dengan tanaman C3, tanaman C4 memiliki seludang berkas
pembuluh di samping sel mesofil. Pada sel mesofil terdapat
enzim PEP karboksiale sedang dalam sel seludang berkas
pembuluh (bundle sheath cell) mengandung enzim RuBP
karboksilase (Rubisko).
Asam malat dan aspartat melalui palsmodesmata sel
ditransformasi ke seludang berkas pembuluh. Selanjutnya
asam malat mengalami dehidrogenase sehingga akan
membentuk asam piruvat dengan melepaskan CO2 (4). CO2
yang terlepas dari dehidrogenase malat akan ditangkap oleh
RuBP dengan bantuan Rubisko akan mengalami daur Calvin
seperti pada tanaman C3.
Pada spesies tanaman yang banyak membentuk asam
aspartat, setelah ditransaminasi menghasilkan asam
oksaloasetat. Asam oksaloasetat direduksi oleh NADPH
menghasilkan malat. Di dalam seludang berkas pembuluh,
asam piruvat dapat mengalami proses transaminasi
menghasilkan alanin yang selanjutnya kembali ditransformasi
ke sel mesofil. Dalam sel mesofil alanin kembali mengalami
reaksi transaminasi sehingga terbentuk asam aspartat. Asam
aspartat dengan bantuan ATP dan asam fosfat (H2PO4) serta
enzim piruvat fosfat kinase diubah menjadi PEP untuk
selanjutnya memfiksasi CO2 dari udara. Pada golongan
tanaman C4 tiap molekul CO2 yang difiksasi diperlukan 2 ATP
selain tiga ATP yang digunakan dalam daur Calvin. Dua ATP
ini diperlukan untuk
Pada golongan tanaman C4 tiap molekul CO2 yang
difiksasi diperlukan 2 ATP selain tiga ATP yang digunakan
dalam daur Calvin. Dua ATP ini diperlukan untuk mengubah
asam piruvat menjadi PEP dan AMP menjadi ADP. Dengan
demikian maka ringkasan reaksinya secara keseluruhan adalah:

6 CO2 + 30 ATP + 12 NADPH + 12 H+
+ 24 H2O
Glukosa + 30 ADP + 30 Pi + 12 NADPH+


Metabolisme Asam Crassulaceae (CAM)
Sejumlah tanaman yang bersifat sukulen dari famili
Crassulaceae mempunyai daun yang tebal dengan laju
transpirasi yang rendah. Kelompok tanaman ini umumnya tidak
memiliki lapisan sel palisade yang teratur, sel-sel daun ranting
merupakan sel mesofil, empunyai vakuola yang relatif besar.
Pada malam hari, umumnya stomata tanaman CAM membuka
dan pada siang hari stomata tertutup (Gambar 39).
Pada malam hari (waktu gelap) pati pada mesofil daun
diuraikan melalui proses glikolisis (respirasi) hingga terbentuk
PEP. CO2 yang masuk ke dalam daun setelah bereaksi dengan
air seperti tanaman golongan C4 difiksasi oleh PEP dan diubah
menjadi malat. Asam malat yang terbentuk sebahagian besar
ditransformasikan ke dalam vakuola sel dan disimpan samapi
siang hari.
Pada siang hari asam malat berdifusi secara pasif ke luar
dari vakuola dan mengalami dekarboksilasi melalui salah satu
dari tiga cara yang mungkin terjadi seperti diperlihatkan pada
Gambar 39. CO2 yang terlepas dari asam malat kemudian
difiksasi oleh RuBP dan terus mengalami daur seperti pada
tanaman C3. Dengan demikian maka pada dasarnya tanaman
CAM melakukan fiksasi CO2 mengikuti Daur Calvin (C3) dan
Daur Hatch dan Slack (C4). Pada siang hari terjadi Daur Calvin
dengan memanfaatkan CO2 dari dehidrogenase malat, dan
malam hari terjadi Daur Hatch dan Slack (C4) dengan
memanfaatkan CO2 yang berdifusi ke dalam sel mesofil pada
malam hari.