Fotosintesis dan Fiksasi Karbon

Fotosintesis mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dan menggunakannya untuk memfiksasi karbon dioksida atmosfer menjadi gula, suatu proses yang menjadi dasar hampir semua kehidupan dan atmosfer yang dapat dihirup.

Definition

Fotosintesis adalah sintesis senyawa organik yang digerakkan oleh cahaya dari karbon dioksida dan air, dan fiksasi karbon adalah penggabungan karbon dioksida anorganik ke dalam molekul organik, terutama melalui siklus Calvin–Benson.

Scope

Topik ini mencakup reaksi terang pada membran tilakoid (fotosistem, transpor elektron, dan sintesis ATP), siklus Calvin–Benson fiksasi karbon oleh Rubisco, fotorespirasi, serta adaptasi C4 dan CAM yang mengkonsentrasikan karbon dioksida.

Core questions

• Bagaimana reaksi terang mengubah cahaya menjadi ATP dan NADPH sambil melepaskan oksigen?
• Bagaimana siklus Calvin–Benson memfiksasi karbon dioksida menjadi karbohidrat?
• Mengapa mekanisme C4 dan CAM berevolusi untuk mengatasi keterbatasan Rubisco?

Key theories

Skema-Z transpor elektron fotosintetik

Cahaya memberi energi pada elektron melalui fotosistem II dan I secara berurutan, memecah air untuk melepaskan oksigen dan menghasilkan NADPH serta gradien proton yang menggerakkan sintesis ATP.

Mekanisme pemusatan karbon

Karena Rubisco juga bereaksi dengan oksigen, menyebabkan fotorespirasi yang boros, tumbuhan C4 dan CAM secara spasial atau temporal mengkonsentrasikan karbon dioksida di sekitar Rubisco untuk meningkatkan efisiensi dalam kondisi panas atau kering.

Mechanisms

Pada membran tilakoid, fotosistem II mengoksidasi air menjadi oksigen dan menyalurkan elektron melalui kompleks sitokrom b6f ke fotosistem I, yang mereduksi NADP+ menjadi NADPH; gradien proton yang terkait menggerakkan ATP sintase. Di stroma, Rubisco memfiksasi karbon dioksida pada ribulosa-1,5-bisfosfat, dan siklus Calvin–Benson mereduksi produk menjadi triosa fosfat menggunakan ATP dan NADPH sambil meregenerasi akseptor. Tumbuhan C4 memfiksasi karbon dioksida menjadi asam empat karbon di sel mesofil dan melepaskannya di sekitar Rubisco di sel selubung berkas, sementara tumbuhan CAM memfiksasi karbon dioksida pada malam hari, keduanya menekan fotorespirasi. Fluoresensi klorofil menyediakan probe non-invasif untuk reaksi-reaksi ini.

Clinical relevance

Efisiensi fotosintetik menetapkan batas atas produktivitas tanaman dan biomassa, menjadikannya target utama untuk meningkatkan ketahanan pangan; proses ini juga mengatur berapa banyak karbon dioksida yang dihilangkan vegetasi dari atmosfer, menghubungkannya dengan iklim.

History

Hill menunjukkan bahwa kloroplas terisolasi dapat menghasilkan oksigen, Calvin dan Benson memetakan siklus fiksasi karbon dengan karbon-14, dan Hatch serta Slack menjelaskan jalur C4 pada tahun 1960-an, melengkapi gambaran modern fotosintesis.

Key figures

• Melvin Calvin
• Andrew Benson
• Robert Hill
• Marshall Hatch

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Dari mana oksigen yang dilepaskan oleh tumbuhan berasal?

Oksigen berasal dari air, yang dipecah oleh fotosistem II selama reaksi terang; oksigen yang dilepaskan adalah produk sampingan, sementara hidrogen dan elektron digunakan untuk membangun NADPH.

Mengapa tumbuhan C4 lebih efisien di iklim panas?

Tumbuhan C4 mengkonsentrasikan karbon dioksida di sekitar Rubisco, menekan reaksi pengikatan oksigen (fotorespirasi) yang menjadi mahal pada suhu tinggi, sehingga mereka berfotosintesis lebih efisien dalam kondisi panas dan terang.