ANABOLISME KARBIHIDRAT

ANABOLISME KARBOHIDRAT

Radiasi energi matahari ditangkap dan disimpan oleh organisme yang diproses dalam pigmen tumbuhan, alga dan beberapa jenis bakteri.  Organisme-organisme tersebut memiliki kemampuan untuk membentuk karbohidrat bila terdapat cahaya melalui fotosintesis. .  

Fotosintesis adalah proses pengubahan CO2 dan H2O (air) menjadi bahan kimia organik menggunakan energi cahaya disertai dengan pembebasan O2

Ahli Botani mengelompokkan  20  reaksi dalam fotosintesis menjadi dua tingkatan umum yaitu:

A. Reaksi terang / Reaksi Cahaya

B. Reaksi Gelap atau tanpa cahaya sering disebut dengan siklus calvin

REAKSI TERANG

Reaksi terang berlangsung didalam membran tilakoid .  Reaksi tersebut dimulai ketika energi didalam cahaya matahari ditangkap oleh pigmen Fotosintesis pengabsropsi cahaya .  Masing-masing pigmen mengabsropsi cahaya dengan panjang gelombang tertentu yaitu 400nm(cahaya violet) dan 700 nm (cahaya merah).  Pigmen-pigmen penangkap cahaya diklasifikasikan menjadi 3 kelompok, yaitu klorofil,karotenoid, dan pikobilin.

Klorofil mengabsropsi  cahaya  dengan panjang gelombang 400 sampai 500 nm (violet cahaya biru) dan 600 hingga 700 nm(oranye dan cahay merah ) pigmentersebut merefleksikan cahaya hijau (500 sampai 600 nm) hingga memberikan warna hijau pada tumbuhan .

Energi cahaya ditangkap oleh pigmen penengkap cahaya dan diubah menjadi energi kimia .  Pigmen fotosintetik disimpan dalam membran tilakoid didalam kelompok-kelompok yang disebut Fotosistem yaitu pigmen-pigmen yang membentuk satu kompleks pengabsropsi seluruh energi cahaya.  

Satu kloroplas tunggal mengandung ribuan fotosistem.

Setiap fotosistem memiliki satu molekul klorofil khusus yang disebut pusat reaksi  yang dikelilingi oleh 250 hingga 350 pigmen antena.  

Hingga saat ini saintis mengidentifikasi adanya dua jenis pusat reaksi klorofil .  satu pusat reaksi klorofil aktif terhadap energi cahaya dengan panjang gelombang 700nm sehingga diberinama P 700 .  Pusat reaksi kedua aktif terhadap panjang gelombang 680nm sehingga dinamakan pusat reaksi  P680 Fotosistem dengan sebuah pusat reaksi P700 dinamakan Fotosistem 1 dan pusat reaksi P680 dinamakan Fotosistem 2.

Ketika pusat reaksi  klorofil P700 dan P680 menerima energi dari sekeliling pigmen antena , dua diantara elektronnya didorong ketingkat energi yang lebih tinggi sehingga elektron menjadi lebih berenergi (energi eksitasi) .. Elektron berenergi tersebut diteruskan ke suatu molekul akseptor elektron, satu akseptor ke P700 dan yang lain ke pusat reaksi P680.  Setiap akseptor yang elektronnya sudah berenergi  ditransfer ke molekul yang lain sehingga dimulailah satu aliran elektron yang akan menghasilkan energi kimia ATP dan NADPH .

Pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia melalui dua cara yaitu:

A. Satu cara membentuk siklus reaksi  siklik yaitu elektron kembali kepusat reaksi asalnya

B. Reaksi non siklik yaitu Energi berelektron di transfer ke NADP+ dan tidak dikembalikan ke pusat reaksi . 

Reaksi non siklik yaitu Energi berelektron di transfer ke NADP+ dan tidak dikembalikan ke pusat reaksi . 

Kedua cara aliran elektron tersebut dihasilkan didalam proses fosforilasi (ADP  +P1 → ATP) sehingga dinamakan fosforilasi siklik dan fosforilasi non siklik. 

Ringkasan  fotofosforilasi siklik dan non siklik dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

SIKLIK

NON SIKLIK

Cahaya di absrosi oleh pigmen didalam FSI Elektron berenergi yang berasal dari P700 diteruskan ke suatu akseptor elektron E sikliklektron berenergi dipancarkan melalui sistem transpor elektron dan dikembalikan ke pusat reaksi P 700 ATP di perbaharui oleh kemiosmosis sebagai hasil dari aliran elektron

Cahaya diabsropsi oleh pigmen didalam FS I dan II Elektron berenergi berasal dari P680 FSII dan P700 FS I Fotolisis terhadap air mengisi kekosongan elektron didalam P680, proton dan Oksigen dilepaskan Akseptor elektron berenergi meneruskan elektron berenergi ke sistem transpor elektron yang memancarkannya k pusat reaksi P700 FSI Akseptor elektron untuk P700 meneruskan elektron berenergi ke rantai transpor elektron yang lain dan memutar NADP+ membentuk NADPH ATP diperbaharui oleh kemiosmosis sebagi hasil dari aliran elektron non siklik serta melepas proton dari hasil fotolisis.

Bagan Reaksi Terang 

REAKSI GELAB/SIKLUS CALVIN

Siklus calvin menggunakan ATP dan NADPH yang dihasilkan oleh reaksi cahaya untuk mereduksi karbondioksida menjadi gula.  Siklus calvin terjadi didalam Kloroplas  .  Siklus calvin berlangsung pada permukaan tilakoid di lapisan stroma dan didalam stroma itu sendiri .  Dinamakan siklus calvin sebagai penghargaan kepada Malvin Calvin dan atas jasanya dihadiahi Nobel  pada tahun 1961.

Tiga macam reaksi sintesis yang sudah diidentifikasi pada tumbuhan adalah C3,C4,dan CAM

SINTESIS C3

Sekitar 80 % tumbuhan menggunakan cara sintesis C3 untuk membentuk glukosa .  Seluruh tipe reaksi sintesis , termasuk sintesis C3 diawali dengan Fiksasi CO2 yaitu menggabungkan CO2 dengan sebuak molekul akseptor karbon .. Dalam sintesi C3  Co2 di fiksasi oleh gula berkarbon lima dikenal dengan nama RUBP(ribulosa bifosfat)oleh enzim karboksilase RUBP dikenal dengan nama rubisko

Molekul berkarbon enam tidak stabil dan segera terpisah segeraterpisah menjadi dua molekul fosfogliserat (PGA) .  Molekul PGA merupakan karbohidrat stabil berkarbon tiga yang pertamakali terbentuk sehingga cara tersebut dinamakan sintesis C3

RUBP + CO2         →            2 PGA

                           Rubisco

Molekul PGA adalah molekul yang berenergi tinggi .  Dua molekul PGA mengandung energi yang lebih kecil dibanding dengan satu molekul RUBP. Hala tersebut menjelaskan fiksasi CO2 berlangsung secara spontan tidak memerlukan energi dari reaksi cahaya .   

Untuk mensintesis molekul berenergi tinggi energi dan elektron 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 regenerasi RUBP, satu molekul CO2 yang tervampur menjadi enam molekul CO2 ketika enam molekul CO2 bergabung dengan enam RUBP sehingga siklus dapat dimulai lagi.

SINTESIS C4

Sintesis C4 diawali fiksasi CO2 oleh enzim karboksilase PEP ke PEP (posfoenol Piruvat:Posphoenol phirupic acid ) dikloroflas jaringan mesofil.  Produk fiksasi CO2 adalah Oksaloasetat yaitu asam berkarbon empat.

RUBP + CO2             →                            PEP

                           Karboksilase PEP

Bergantung pada spesies tumbuhan oksaloasetat diubah menjadi malat , aspartat asam malat atau aspartat ,  kemudian ditranspor dari kloroplas berkas sel selubung .. Malat kemudian dirubah menjadi piruvat dengan pembebasan CO2 molekul CO2 masuk kedalam siklus calvin , sedangkan piruvat berdifusi kejaringan mesofil dan bergabung dengan sebuah fosfat yang berasa dari ATP untuk memperbaharui PEP

Pada suhu 45 ⁰Catau lebih tinggi tumbuhan C4 menghasilkan enam kali lebih banyak glukosa dari pada tumbuhan C3 .  Tumbuhan C4 juga melakukan sintesis lebih baik dari pada tumbuhan C3 pada lingkungan yang kekurangan air dan nutrisi yang terbatas.

Beberapa tanaman dengan reaksi sintetis C3, C4, dan CAM

  

C3	C4	CAM
Legum(polong-[polongan) Gandum Padi	Tebu Jagung Sorgum Alang-alang	Nanas Kaktus Bunga lili Agave Bebrapa jenis angrek

SINTESIS CAM

Crassulacean Acid Metabolism(CAM) merupakan mekanisme yang paling sedikit terjadi diantar ke tiga reaksi sintesis.  Tumbuhan CAM  membuka stomata pada malam hari untuk menggambil CO2 .  Gradien difusi uap air antara tumbuhan dab udara meningkat selama siang hari .  Akibatnya kecepatan hilangnya uap air berkurang pada malam hari .  Keadaan tersebut menguntungkan bagi tumbuhan gurun . 

 Pada malam hari tumbuhan CAM mengambil CO2 dan segera terfiksasi ke PEP membentuk oksaloasetat , oksaloasetat dirubah menjadi asam malat, kemudian asam malat dipindahkan  dari kloroplas ke vakola untuk disimpan .  

Pada waktu yang bersamaan asam malat perlahan –lahan dihilangkan dari vakola dan kembali lagi ke kroloplas , asam malat diurai menjadi CO2 dan piruvat Karbondioksida terfiksasi ke RUBP dan siklus calvin dimulai lagi.