FOTOSINTESIS DAN FIKSASI KARBON DAN TINJAUAN SIKLUS CALVIN DAN FIKSASI KARBON
Fiksasi karbon adalah proses biokimia di mana karbon dioksida atmosfer diserap oleh tanaman, alga, dan sianobakteria ke dalam molekul organik yang kaya energi seperti glukosa, sehingga menciptakan makanan mereka sendiri melalui fotosintesis. Fotosintesis menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula yang dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lainnya, dan oksigen dihasilkan sebagai produk sampingan.
Ribulosa-1,5-bisfosfat karboksilase oksigenase, yang biasa disingkat RuBisCO, adalah enzim yang terlibat dalam langkah pertama fiksasi karbon, yaitu produksi dua molekul 3-fosfoglikerat dari CO dan ribulosa bisfosfat, seperti yang terlihat pada diagram di sebelah kiri.
Fototrof menggunakan produk fotosintesis mereka sebagai sumber makanan internal dan sebagai bahan baku untuk biosintesis molekul organik yang lebih kompleks, seperti polisakarida, asam nukleat, dan protein. Ini digunakan untuk pertumbuhan mereka sendiri, dan juga sebagai dasar dari rantai makanan dan jejaring makanan yang memberi makan organisme lain, termasuk hewan seperti kita. Beberapa fototrof penting, seperti coccolithophores, mensintesis lapisan kalsium karbonat keras. Salah satu spesies coccolithophore yang signifikan secara global adalah Emiliania huxleyi, yang lapisan kalsitnya telah membentuk dasar banyak batuan sedimen seperti batu kapur, di mana karbon yang sebelumnya ada di atmosfer dapat tetap terperangkap selama skala waktu geologis.
TINJAUAN FOTOSINTESIS DAN RESPIRASI
Karbon dioksida (di sebelah kanan), bersama dengan air, membentuk oksigen dan senyawa organik (di sebelah kiri) melalui fotosintesis (hijau), yang kemudian dapat digunakan dalam respirasi (merah) menjadi air dan CO.
Tanaman dapat tumbuh hingga 50% lebih cepat pada konsentrasi 1.000 ppm CO dibandingkan dengan kondisi normal, meskipun ini mengasumsikan tidak ada perubahan iklim dan tidak ada keterbatasan pada nutrisi lainnya. Peningkatan kadar CO menyebabkan pertumbuhan yang lebih besar yang tercermin dalam hasil panen tanaman, dengan gandum, padi, dan kedelai menunjukkan peningkatan hasil 12--14% di bawah CO yang tinggi dalam eksperimen FACE.
Peningkatan konsentrasi CO atmosfer menghasilkan lebih sedikit stomata yang berkembang pada tanaman, yang menyebabkan penggunaan air yang lebih rendah dan efisiensi penggunaan air yang lebih tinggi. Penelitian menggunakan FACE menunjukkan bahwa peningkatan CO menyebabkan penurunan konsentrasi mikronutrien pada tanaman pangan. Hal ini dapat berdampak pada bagian lain dari ekosistem, karena herbivora harus makan lebih banyak untuk mendapatkan jumlah protein yang sama.
Konsentrasi metabolit sekunder seperti fenilpropanoid dan flavonoid juga dapat diubah pada tanaman yang terpapar konsentrasi CO tinggi.
Tanaman juga mengeluarkan CO selama respirasi, sehingga sebagian besar tanaman dan alga, yang menggunakan fotosintesis C3, hanya menyerap CO bersih selama siang hari. Meskipun hutan yang sedang berkembang dapat menyerap banyak ton CO setiap tahun, hutan yang matang akan menghasilkan sebanyak CO dari respirasi dan dekomposisi spesimen mati (misalnya, cabang yang jatuh) seperti yang digunakan dalam fotosintesis tanaman yang sedang tumbuh. Bertentangan dengan pandangan lama bahwa mereka netral karbon, hutan yang matang masih dapat terus mengakumulasi karbon dan tetap menjadi penyerap karbon yang berharga, membantu menjaga keseimbangan karbon atmosfer Bumi. Selain itu, dan yang sangat penting bagi kehidupan di Bumi, fotosintesis oleh fitoplankton mengkonsumsi CO terlarut di laut bagian atas dan dengan demikian mempromosikan penyerapan CO dari atmosfer.
Mengurangi jumlah gas rumah kaca di atmosfer sangat penting untuk memperlambat laju perubahan iklim. Peralihan ke sumber energi terbarukan merupakan langkah kunci untuk mencapai tujuan ini. Namun, bahan bakar fosil akan tetap menjadi bagian dari campuran energi global untuk beberapa waktu, mengingat keberadaannya yang dominan dan tantangan dalam beralih ke alternatif yang lebih berkelanjutan. Teknologi Penangkapan dan Penyimpanan Karbon (CCS) memungkinkan pemanfaatan bahan bakar fosil secara lebih bersih dengan cara mengurangi emisi CO yang dihasilkan.
