Fiksasi CO 2 terjadi menggunakan daya reduksi NADPH 2 dan ATP yang dihasilkan pada fase fotokimia fotosintesis. Reaksi enzimatik yang terlibat dalam proses fiksasi dan reduksi karbon pada tingkat karbohidrat dipelajari oleh Melvin Calvin dkk menggunakan teknik radioisotopik ( 14 C) dan kromatografi kertas dua dimensi. Untuk karyanya yang menjelaskan proses fiksasi karbon dalam fotosintesis, Calvin menerima Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1961.
Pekerjaan Calvin dilakukan dengan ganggang hijau uniseluler Chlorella dan Scenedesmus , berdasarkan kesamaan biokimia mereka dengan tanaman tingkat tinggi dan juga karena fakta bahwa mereka dapat dibudidayakan di bawah kondisi yang seragam dan cepat mati setelah uji coba jangka pendek di mana mereka menjadi sasaran..
Saat siklus karbon ditemukan oleh Calvin disebut Siklus Calvin, atau C 3 Tanaman Carbon reduktif fotosintesis Cycle karena senyawa stabil pertama adalah senyawa 3-karbon (asam fosfogliserat). Setelah bekerja Calvin, peneliti lain (Hatch, Slack, Kortschak) menetapkan bahwa beberapa spesies rumput tropis, seperti tebu dan jagung, mampu memperbaiki CO 2 dalam senyawa 4-karbon, dengan malat dan aspartam, disamping itu dilakukan dengan Calvin C 3 siklus .
Tanaman ini saat ini disebut “CO 2 berkonsentrasi tanaman ” atau C 4 tanaman . Selanjutnya, ditemukan bahwa beberapa spesies tanaman dari daerah kering, seperti kaktus misalnya, membuka stomata mereka hanya pada malam hari dan memperbaiki CO 2 melalui C 4 mekanisme .
Pada siang hari, tanaman ini menutup stomata mereka untuk menghindari kehilangan air yang berlebihan, tetapi mereka menyajikan C 3 siklus . Tumbuhan dengan ciri-ciri tersebut disebut tumbuhan CAM (crassulaceous acid metabolism plant).
Dalam C 3 tanaman , fiksasi karbon pada tingkat gula atau senyawa lain dapat dianggap terjadi dalam 4 tahap yang berbeda.
- Fase karboksilasi, dikatalisis oleh enzim Rubisco
- Fase reduksi, di mana NADPH 2 dan ATP digunakan
- Tahap regenerasi CO 2 akseptor
- Fase sintesis produk
Fase karboksilasi
Ini adalah fase enzimatik yang terdiri dari reaksi dimana CO 2 ditambahkan ke gula 5-karbon, ribosa 1,5-bi-fosfat (RuBP) membentuk dua asam fosfogliserat (PGA) molekul tiga karbon.
Reaksi ini dikatalisis oleh enzim ribosa 1,5 bifosfat karboksilase/oksigenase (Rubisco)
Enzim Rubisco adalah protein yang melimpah di daun (hampir 50% dari total protein terlarut dalam daun) dan merupakan enzim yang paling melimpah di planet ini.
Rubisco adalah protein oligomer yang terdiri dari 8 subunit besar (L, dengan masing-masing sekitar 56 KDa) dan 8 subunit kecil (S, dengan sekitar 14 KDa).
Gen yang mengkode subunit besar terletak di DNA kloroplas, sedangkan gen yang mengkode subunit kecil terletak di DNA nukleus. Rubisco, selain bertindak sebagai karboksilase, juga menunjukkan aktivitas oksigenase. Ketika bertindak sebagai oksigenase, akseptor, ribosa 1,5 bifosfat bergabung dengan oksigen untuk menghasilkan molekul PGA dan fosfoglikolat. Proses ini disebut fotorespirasi.
Fase Pengurangan
Pada fase ini, PGA (asam organik) yang dibentuk oleh penambahan CO 2 untuk ribosa 1,5 bifosfat dikonversi (berkurang) menjadi gula 3-karbon (triosa-P). Dalam proses ini perlu menggunakan energi “daya pereduksi” NADPH 2 dan ATP.
Reaksi terjadi dalam dua tahap, yang pertama fosforilasi, menambahkan P dari ATP dan kemudian mereduksinya sebagai NADPH 2 . Daya reduksi NADPH 2 digunakan untuk mengubah gugus asam PGA menjadi gugus aldehida dari triosa-P; ATP diperlukan untuk memasok energi ekstra untuk melakukan tahap ini.
Dari saat itu CO 2 telah dikurangi ke tingkat gula 3-karbon (triosa-P), bagian yang menghemat energi fotosintesis dilakukan. Setelah itu perlu dilakukan regenerasi molekul akseptor CO 2 awal yaitu ribosa 1,5 bifosfat, sehingga fiksasi CO 2 berlangsung terus menerus (fase regenerasi) dan mengubah triosa-P menjadi lebih banyak gula, kompleks, karbohidrat, lemak, asam amino, dll. (fase sintesis produk).
Fase Regenerasi
Akseptor awal CO 2 , RuBP, dibuat ulang untuk reaksi fiksasi berikutnya, melalui serangkaian kompleks reaksi yang melibatkan gula fosfat dengan 3, 4, 5, 6 dan 7 karbon.
Fase Sintesis Produk
Produk akhir fotosintesis dianggap terutama sebagai gula dan karbohidrat lainnya, ditambah lemak, asam lemak, asam amino dan asam organik juga telah diberikan sebagai disintesis dalam fiksasi fotosintesis karbon.