Reaksi Gelap Pada Fotosintesis (Daur Calvin)
Reaksi gelap berlangsung dalam stroma dari kloroplas, karena dalam reaksi ini tidak memerlukan cahaya. Pada reaksi gelap terjadi fiksasi CO2. Dalam fiksasi CO2 dikenal adanya Daur Calvin (C3), Daur Hatch-Slack (C4) ,dan daur CAM. Masing-masing mempunyai akseptor CO2 yang berbeda.
Daur Calvin
Pada daur Calvin yang berperan sebagai akseptor CO2 adalah Ribulosa 1,5-bifosfat (RUBP), senyawa hasil fiksasi CO2 dengan RUBP adalah senyawa dengan 3 atom karbon (Fosfogliserat = senyawa C3), sehingga daur Calvin disebut juga daur C3. Daur Calvin terjadi pada tumbuhan bayam, gandum dan yang lainnya. Tumbuhan yang melakukan daur calvin disebut tanaman C3.Pada daur Calvin terjadi pengembalian RUBP dalam sel sebagai akseptor CO2 lebih lanjut (Amin, dkk. 2014)
Skema daur Calvin
Siklus Calvin merupakan jalur metabolisme yang serupa dengan siklus Krebs yang berarti bahwa materi awal diregeneasi setelah molekul memasuki dan meninggalkan siklus ini.Siklus Calvin merupakan jalur metabolisme dalam stroma kloroplas (Lehninger, 1982) Karbon memasuki siklus Calvin dalam bentuk CO2 dan keluar dalam bentuk gula, tetapi sebenarnya bukan glukosa melainkan gula berkarbon tiga yang dinamaigliseraldehida3fosfat.Siklus ini menggunakan ATP sebagai sumber energi dan mengkonsumsi NADPH sebagai tenaga pereduksi untuk penambahan electron berenergi-tinggi untuk membuat gula. Kemudian, untuk selisih sintesis satu molekul gula ini, siklus ini harus terjadi tiga kali, yang mengikat (memfiksasi) tiga molekul CO2 (Campbell, dkk. 2008).
Dalam siklus ini meliputi tiga fase utama yaitu:
a.
Fase Fiksasi Karbon
Pada fase ini molekul CO2 dari udara difiksasi atau ditautkan pada Ribulosa 1,5-Bifosfat (RuBP) dengan bantuan enzim RuBP karboksilase (Rubisco) dan menggunakan energi dari ATP serta NADH yang dihasilkan dari reaksi terang. Reaksi ini menghasilkan senyawa intermediet berkarbon enam yang tidak stabil, sehingga dengan tepat terurai menjadi dua molekul 3fosfogliserat (untuk setiap CO2) (Campbell, dkk. 2008).
b.
Fase Reduksi
Pada reaksi ini suatu enzim mentransfer gugus fosfat dari ATP ke setiap molekul 3fosfogliserat sehingga membentuk 1,3-bifosfogliserat. Selanjutnya sepasang elektron sumbangan dari NADPH mereduksi 1,3-bifosfogliserat menjadi G3P (gliseraldehid-3-fosfat). Khususnya, electron dari NADPH mereduksi gugus karboksil 3-fosfogliserat menjadi gugus karbonil yang berupa G3P, yang menyimpan banyak energi potensial. Pada fase ini untuk setiap tiga molekul CO2, terdapat enam molekul G3P. Tetapi hanya satu molekul dari gula berkarbon tiga ini dapat dihitung dari selisih perolehan karbohidrat. Siklus ini dimulai dengan nilai 15 karbon dari karbohidrat dalam bentuk tiga molekul berkarbon lima dalam RiBPO. Untuk selanjutnya terdapat nilai 18 karbon karbohidrat dalam bentuk en am molekul G3P. Satu molekul keluar siklus untuk digunakan tetapi lima molekul lainnya harus didaur ulang untuk meregenerasi tiga molekul RuBP (Campbell, dkk. 2008). c.
Fase regenerasi akseptor CO 2 (Ribulosa bifosfat RuBp)
Rangka karbon yang terdiri dari lima molekul G3P disusun kembali oleh langkah terakhir siklus calvin menjadi RuBP. Siklus ini memerlukan tiga molekul ATP. Akhirnya RuBP terbentuk dan siap menerima CO2 kembali, dan siklus berlanjut. Untuk selisih molekul G3P, siklus calvin secara keseluruhan menggunakan 9 molekul ATP dan 6 molekul NADPH. G3P yang tersingkir akan menjadi materi awal untuk jalur metabolime yang mensintesis senyawa organic lainnya, termasuk glukosa dan karbohidrat lainnya (Campbell, dkk. 2008).
Tahapan reaksi siklus Calvin adalah karboksilasi, reduksi dan regenerasi sebagai berikut. 1.
Fiksasi (Karboksilasi) CO2
CO2 diikat (fiksasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memiliki atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat satu atom C (C-1) maka terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3fosfat (G3P). Pada tahap ini, gula berkarbon 5 yang disebut ribulosa 1,5 bisfosfat (RuBP) mengikat CO2 membentuk senyawa interme diate yang tidak stabil, sehingga terbentuk 3-fosfogliserat. Pembentukan tersebut dikatalisis oleh enzim RuBP karboksilase atau rubisko. Sebagian besar tumbuhan dapat melakukan fiksasi karbon dan menghasilkan senyawa (produk) pertama berkarbon 3, yaitu 3-fosfogliserat. Oleh karena itu, tumbuhan yang dapat memfiksasi CO2 ini disebuttumbuhan C3. Contohnya adalah tanaman padi, gandum, dan kedelai. Pada beberapa tumbuhan, fiksasi karbon mendahului siklus Calvin dengan cara membentuk senyawa berkarbon 4 se ba gai produk pertamanya. Tumbuhan seperti ini disebut tumbuhan C4. Contohnya adalah tebu, jagung, dan anggota rumput-rumputan. Tidak seperti pada tumbuhan C3 dan C4, tumbuhan kaktus dan nanas membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari. Pada saat stomata terbuka, tumbuhan mengikatkan CO2 pada berbagai asam organik. Cara fiksasi karbon ini pertama kali dtiemukan pada tumbuhan famili Crassulaceae (tumbuhan penyimpan air) dan disebut metabolisme asam krasulase (Crassulacean Acid Metabolism) sehingga tumbuhannya disebut tumbuhan CAM. Asam organik (senyawa intermediate) yang dibuat pada malam hari disimpan dalam vakuola sel mesofil sampai pagi hari. Pada siang hari (stomata tertutup), reaksi terang dapat memasok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin. Pada saat itu, asam organik melepaskan CO2 dan memasuki molekul gula (RuBP) dalam kloroplas. Dengan demikian, baik tumbuhan C3, C4, maupun CAM akan menggunakan siklus Calvin setelah fiksasi CO2, untuk membentuk molekul gula dari karbondioksida. 1.
Reduksi
Selanjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) bereaksi dengan ATP, membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil akhir yaitu 6 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P). 1.
Regenerasi
Regenerasi atau pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) digunakan untuk mengikat CO2. Pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) dan pecah menjadi 2 senyawa (G3P) bereaksi dengan ATP membentuk asam fosfogliseraldehid dan NADPH2. Siklus reaksinya berjalan 3 kali, dan kembali regenerasi lagi. Jadi untuk membentuk 1 molekul glukosa maka dibutuhkan sebanyak 6 kali siklus (siklus Calvin) dengan menangkap sebanyak 6 molekul 6CO2, reaksinya sebagai berikut. 6CO2 + 6H2O —— > C6H12O6 + 6O2
