Siklus Calvin Fotosintesis serta Penjelasan Konsep dan Tahapannya!

Penamaan siklus calvin berasal dari penemunya, yakni Melvin Calvin Ellis. Siklus ini akan berputar sampai ke molekul asalnya. Siklus Calvin merupakan reaksi pembentukan glukosa melalui reaksi kimia yang mengubah CO₂ dan beberapa komponen menjadi gliseraldehida 3-fosfat.

Siklus calvin sendiri menjadi bagian dari proses fotosintesis. Proses siklus tidak membutuhkan cahaya sehingga disebut juga dengan reaksi gelap. Adapun, tempat terjadinya siklus ini, yakni di stomata.

Karena siklus calvin tidak membutuhkan cahaya maka ia memanfaatkan ATP dan NADPH2 sebagai energi yang dihasilkan oleh reaksi terang. Dalam siklus calvin terjadi reaksi fiksasi, yakni pengikatan CO₂ atau karbon dioksida. Serta pengkombinasian dengan ion H⁺ atau hidrogen dan membentuk gula. Kemudian, mengubah gula menjadi asam amino, nukleotida, dan pati (gula yang lebih kompleks).

Fungsi Siklus Calvin

Beberapa fungsi siklus ini dalam kehidupan di antaranya sebagai berikut.

• Sebagai penyeimbang ekosistem;
• Dalam kehidupan produsen sebagai salah satu pemeran utama yang paling penting dalam memenuhi kebutuhan hidup konsumen;
• Penyedia dan pemberi kestabilan oksigen bagi kehidupan;
• Sebagai produsen gula-gula karbon sebagai bahan baku pembuatan pati, selulosa, dan glukosa untuk bahan bangunan struktural tanaman;
• Mengubah molekul karbon dari udara dan mengubahnya menjadi materi tanaman.

Tahapan Siklus Calvin

Siklus calvin tidak terjadi begitu saja. Ia terdiri dari beberapa tahapan, yakni fiksasi karbon, reduksi, dan regenerasi. Berikut penjelasan ketiga tahapan tersebut.

1. Fiksasi Karbon

Tahapan pertama adalah fiksasi karbon. Pada tahap ini akan terjadi penangkapan CO₂ dari udara bebas. Kemudian, akan terjadi penyatuan CO₂ dengan ribulose bifosfat oleh enzim rubisco.

Hasil pengikatan berupa tiga molekul dengan enam karbon yang tidak stabil. Karbon-karbon tersebut akan segera pecah menjadi 2 atau 3 fosfogliserat atau PGA.

2. Reduksi

Dalam tahapan reduksi, setiap molekul 3-fosfogliserat akan menerima satu gugus fosfat tambahan, yakni dari ATP menjadi 1,3-bifosfogliserat. Sekaligus, sepasang elektron disumbangkan dari NADPH mereduksi 1,3-bifosfogliserat yang juga kehilangan sebuah gugus fosfat karena berubah menjasi G3P.

Lebih detail, elektron dari NADPH akan mereduksi sebuah gugus karboksi 1,3-bifosfogliserat menjadi sebuah gugus aldehida G3P. untuk setiap tiga CO₂ yang memasuki siklus akan membentuk enam molekul G3P. Namun, hanya satu yang akan terhitung sebagai perolehan netto karbohidrat.

Siklus akan diawali dengan karbohidrat 15 karbon yang berbentuk 3 molekul RuBP berkarbon-lima. Juga terkandung karbohidrat senilai 18 karbon dengan bentuk 6 molekul G3P. kemudian, satu molekul akan keluar siklus untuk dimanfaatkan oleh sel tumbuhan. Namun, terdapat lima molekul lain di siklus ulang untuk mendapatkan 3 molekul RuBP.

3. Regenerasi

Pada tahap ketiga, regenerasi terjadi penerimaan CO₂ atau RuBP yang terjadi dalam serangkaian reaksi kompleks, yang mana rangka karbon lima molekul G3P akan disusun ulang oleh langkah terakhir siklus calvin menjadi 3 molekul RuBP. Syarat dari dilakukannya siklus tersebut, harus menggunakan 3 molekul ATP kembali.

Melalui 3 molekul CO₂ akan dihasilkan 1 molekul gliseraldehida 3-fosfat. Dalam sintesis netto, 1 molekul G3P yang berlangsung dalam siklus calvin maka akan menggunakan 9 molekul ATP serta 6 molekul NADPH. Untuk G3P yang keluar dari siklus calvin akan menjadi materi awal bagi jalur metabolik yang akan menyintesis senyawa organik lain. Apabila reaksi terang dan reaksi gelap (siklus calvin) berlangsung terpisah maka tidak dapat menghasilkan gula dari CO_2.

Setelah fase ketiga selesai maka RuBP telah siap menerima CO₂ lagi. Sehingga, siklus terus berlanjut.

Hasil Siklus Calvin

Siklus calvin sangat dibutuhkan untuk keseimbangan ekosistem. Adapun hasil dari siklus sebagai berikut.

• Setiap putaran yang terjadi pada siklus  akan memperbaiki satu mplekul karbon. Molekul karbon yang akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan gula.
• Sekurang-kurangnya ada tiga putaran siklus untuk dapat membuat satu molekul dari gliseraldehida-3 fosfat.
• Setelah berlangsung enam putaran maka akan terbentuk dua molekul gliseraldehida-3 fosfat yang akan digabungkan dalam bentuk molekul glokosa.

Perlu menjadi catatan bahwa setiap putaran siklus calvin yang menggunakan 2 NADPH dan 3 ATP di alam, proses penambahan elektron ke asam 3-fosfogliserat untuk dapat memperoleh gliseraldehida-3 fosfat.

Ada juga regenerasi RuBP yang membuatnya bisa menerima atom karbon baru yang berasal dari karbon dioksida dari udara. Grameds juga dapat menyimpulkan bahwa untuk bisa menghasilkan 1 molekul glukosa diperlukan 12 NADPH dan 19 ATP.

Peranan Siklus Calvin

Pada tanaman tingkat tinggi dan alga memiliki mekanisme dekarboksilasi primer tunggal. Siklus calvin fotosintesis menjadi salah satu bagian yang harus dilewati oleh organisme autotrof. Ke depan akan berpotensi sebagai penggabungan bahan anorganik dalam makhluk hidup.

Produk dari siklus calvin akan bermanfaat besar bagi biosfer. Hal ini disebabkan oleh adanya ikatan kovalen yang merepresentasikan jumlah energi dari cahaya organisme fotosintesis. Organisme ini termasuk dalam autotrof yang akan melepas sebagian besar energinya melalui respirasi dan glikolisis.

Energi tersebut berfungsi untuk mempertahankan pertumbuhan, perkembangan, dan reproduksi. Tumbuhan menjadi makanan bagi heterotrof yang tidak bisa mensintesis. Dapat disimpulkan pula, hanya bergantung pada autotroph sebagai sumber energi.

Perbedaan Antara Reaksi Gelap dan Reaksi Terang

Sebelum merinci perbedaan antara reaksi gelap dan terang, Grameds harus mengenal terlebih dahulu apa itu reaksi terang dan reaksi gelap. Reaksi terang merupakan fotosintesis yang terjadi pada membrane tilakoid kloroplas.

Reaksi terang merupakan reaksi fotosintesis, yakni proses pembuatan karbohidrat dari air, karbon dioksida, dan membutuhkan cahaya matahari. Oleh sebab itu, reaksi terang sangat bergantung dengan cahaya matahari.

Reaksi ini menghasilkan ATP, NADPH, dan oksigen yang dilepaskan ke udara. Reaksi terang berlangsung lebih dulu dan hasilnya akan digunakan sebagai energi pada reaksi gelap.

Adapun reaksi gelap merupakan reaksi fotosintesis yang terjadi di stroma kloroplas. Reaksi gelap tidak membutuhkan cahaya dalam prosesnya dan tentu tidak memerlukan pigmen klorofil. Hal ini disebabkan oleh fungsi klorofil sebagai pigmen penangkap cahaya.

Sumber energi reaksi gelap dari hasil reaksi terang, yakni ATP dan NADH. Reaksi gelap ini memiliki jalur reaksi yang disebut sebagai siklus calvin. Pada siklus ini, NADPH dan karbon dioksida beraksi menghasilkan karbohidrat dalam bentuk gula.

Gula tersebut akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan pati, glukosa, dan selulosa untuk membangun struktur tumbuhan. Siklus calvin terdiri dari tiga tahap, yakni fiksasi karbon, reduksi, dan regenerasi.

Reaksi gelap dan reaksi terang dapat dibedakan berdasarkan beberapa hal sebagai berikut.

• Reaksi terang memerlukan energi cahaya dan reaksi gelap tidak memerlukannya
• Proses yang terjadi pada reaksi terang: ADP + NADP + Phosphate + Energi cahaya + Air → ATP + NADH + Oksigen. Sementara itu, proses  siklus Calvin: NADPH + ATP +  RuDP + Karbon dioksida → PGAL + NADP
• Reaksi terang membutuhkan cahaya matahari sebagai sumber energi. Sementara reaksi gelap membutuhkan energi yang berasal dari reaksi terang
• Reaksi terang menghasilkan oksigen dan reaksi gelap menghasilkan karbohidrat sederhana atau gula

Profil Melvin Calvin Ellis, Penemu Siklus Calvin

Melvin Calvin Ellis lahir di St. Paul, Minnesota, Amerika Serikat. Beliau meripakan ahli kimia dan biologi berkebangsaan Amerika. Salah satu temuannya yang sangat berpengaruh terhadap penelitian-penelitian selanjutnya adalah siklus calvin.

Penemuan siklus calvin tidak dilakukannya sendiri, melainkan bersama Andrew Benson dan James Bassham. Karena penemuannya, beliau dianugerahi Nobel di bidang kimia pada tahun 1961. Penghargaan lainnya berupa Davy Medal (1964), Priestley Medal (1978), medali emas dari American Institute of Chemists (AIC) (1979), National Medal of Science (1989).

Melvin Calvin Ellis memperoleh gelar Bachelor of Science dari Michigan College of Mining and Technology (sekarang dikenal sebagai Michigan Technological University ) pada tahun 1931. Kemudian, pada tahun 1935 memperoleh gelar Ph.D. dalam kimia dari University of Minnesota.

Melvin meriset mengenai fotosintesis melalui penggunaan pelacak. Beliau menggunakan isotop karbon-14 sebagai perunut radioaktif untuk mengungkap reaksi gelap fotosintesis atau dikenal sebagai siklus calvin atau daur calvin.

Siklus calvin menggambarkan mengenai cara tanaman mengubah karbon dioksida dan air menjadi gula. Pada tahun 1961, beliau dijuluki sebagai “Mr. Photosynthesis” oleh majalah Time.

Beliau juga dikenal sebagai pengurus dalam berbagai komite dan akademi penelitian ilmiah yang berbeda-beda. Beberapa komite itu di antaranya Komite Penasihat Ilmiah di bawah Presiden John Kennedy dan Lyndon Johnson. Calvin juga dipilih ke Akademi Ilmiah Nasional. Beilau menghabiskan sebagian besar kariernya selama lima dekade di University of California, Berkeley.