Respirasi

Mengapa  materi ini perlu dipelajari ??

Sel mengorganisasikan molekul organik kecil menjadi polimer, seperti protein dan DNA. Sel memompa bahan melintasi membran. Banyak sel berpindah atau mengubah bentuknya. Sel tumbuh dan bereproduksi. Untuk melakukan berbagai fungsi tersebut, sel membutuhkan masukan energi dari sumber luar. Energi masukan sebagian besar ekosistem dalam bentuk cahaya matahari,sumber energi bagi tumbuhan dan organisme fotosintetik lainnya. Materi ini ,mempelajari bagaimana sel memanen energi kimiawi yang tersimpan dalam molekul organik dan menggunakannya untuk meregenerasi ATP, molekul yang menggerakkan sebagian besar kerja seluler.

Respirasi seluler merupakan jalur katabolik

Respirasi atau oksidasi glukosa secaralengkap merupakan proses pembentukan energi yang utama unutk kebanyakan sel. Pada waktu glukosa dipecah dalam suatu rangkaian reaksi enzimatis, beberapa energi dibebaskan dan diubah menjadi bentuk ikatan phosphate berenergi tinggi (ATP) dan sebagian lagi hilang sebagai panas. Proses keseluruhan dari respirasi merupakan reaksi oksidasi reduksi, yaitu senyawa dioksidasi menjadi CO₂, sedangkan O₂ yang diserap direduksi membentuk H₂O. Pati, fruktan, sukrosa atau gula lainnya, lemak, asam organik, protein dapat bertindak sebagai substrat respirasi.

Di dalam sel eukariotik, mitokondria mewadai sebagian besar perlengkapan metabolik yang digunakan unutk respirasi seluler. Mitokondria merupakan organel sel yang ukuranyya berkisar antara 0,2 mm sampai 5 mm. Mitokondria dibatasi oleh membran rangkap. Membran luar merupakan batas halus bagi mitokondria, dan membran dalam berulang-ulang diperluas menjadi lipatan-lipatan yang masuk kedalam, disebut krista . matriks mitokondria kaya akan enzim yang digunakan untuk oksidasi senyawa organik. Proses respirasi seluler pada mitokondria ditunjukkan oleh gambar berikut :

klik disini

Berdasarkan kebutuhan oksigen, respirasi dibagi menjadi dua macam yaitu :  

1.  Respirasi Aerob : yang menggunakan O₂ sebagai terminal akseptor ( reaksi yang memerlukan oksigen, penguraian lengkap sampai dihasilkan karbondioksida dan air menjadi oksidasi sempurna)
2.  Respirasi Anaerob : yang tidak membutuhkan oksigen tetapi asam organik sebagai elektron akseptor ( respirasi ynag tidak perlu oksigen, pengurain bahan organik tidak lengkap, oksidasi tidak sempurna )

Respirasi sel terdiri dari tiga peristiwa yang saling berkaitan yaitu, :

1.   Pemindahan atau transfer hidrogen

Suatau molekul substrat respirasi dioksidasi menjadi H2 dilepaskan dan akan diikat oleh akseptor H₂ yang sesuai.

2   Pemecahan bahan bakar

Karena bahan bakar yang dioksidasi, ikatan antara karbon satu dengan yang lain (C-C) pecah menjadi fragmen bahan bakar yang lebih kecil sampai terbentuk CO₂

3.      Pemindahan energi

Akibat oksidasi akan mengakibatkan terlepasnya energi. Energi sebagian disimpan dalam bentuk ATP dan sebagian hilang dalam bentuk panas.

Mekanisme Respirasi

1. Glikolisis

Glikolisis merupakan reaksi tahap pertama secara aerob (cukup oksigen). Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan hasil akhirnya berupa senyawa asam piruvat. Glikolisis memiliki sifat-sifat, antara lain: glikolisis dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob, glikolisis melibatkan enzim ATP dan ADP, serta peranan ATP dan ADP pada glikolisis adalah memindahkan (mentransfer) fosfat dari molekul yang satu ke molekul yang lain. Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di sitoplasma (sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan energi dan 5 tahapan pelepasan energi.

Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar dapat beh molekul glukosa yang mengandung 6 atom C (6C) menjadi 2 molekul asam piruvat yang mengandung 3 atom C (3C) yang melalui dua rangkaian reaksi yaitu rangkaian I (pelepasan energi) dan rangkaian II (membutuhkan oksigen) dengan uraian sebagai berikut.

klik disini

reaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini mengakibatkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim heksokinase. Glikolisis ini terjadi pada saat sel memeca

Rangkaian I

Rangkaian I Reaksi Glikolisis (pelepasan energi) berlangsung di dalam sitoplasma (dalam kondisi anaerob) yaitu diawali dari reaksi penguraian molekul glukosa menjadi Glukosa fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP dan melepas 1 P. Jika glukosa-6 fosfatmendapat tambahan 1 P menjadi fruktosa-6-fosfat kemudian menjadi fruktosa 1,6 fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP yang melepas 1 P. Jadi untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa 1,6 fosfat, energi yang dibutuhkan sebanyak (-2) ATP. Selanjutnya fruktosa 1,6 fosfat masuk ke mitokondria dan mengalami lisis (pecah) menjadi dehidroksik aseton fosfat dan fosfogliseraldehid.

Rangkaian II

Rangkaian II Reaksi Glikolisis (membutuhkan oksigen) berlangsung di dalam mitokondria (dalam kondisi awal), molekul fosfogliseraldehid yang mengalami reaksi fosforilasi (penambahan gugus fosfat) dan dalam waktu yang bersamaan, juga terjadi reaksi dehidrogenasi (pelepasan atom H) yang ditangkap oleh akseptor hidrogen, yaitu koenzim NAD. Dengan lepasnya 2 atom H, fosfogliseraldehid berubah menjadi 2×1,3-asam difosfogliseral kemudian berubah menjadi 2×3-asam fosfogliseral yang menghasilkan (+2) energi ATP. Selanjutnya 2×3-asam fosfogliseral tersebut berubah menjadi 2x asam piruvat dengan menghasilkan (+2) energi ATP serta H₂O (sebagai hasil sisa).

  2.  Daur siklus crebs

Siklus Krebs berasal dari nama penemuannya yaitu Sir Hans Krebs (1980-1981), seorang ahli biokimia Jerman yang mengemukakan bahwa glukosa secara perlahan dipecah di dalam mitokondria sel dengan suatu siklus dinamakan siklus Krebs. Asetil koenzim A masuk siklus Krebs melalui reaksi hidrolisis dengan melepas koenzim A dan gugus asetil (mengadung 2 atom C), kemudian bergabung dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6 atom C). Energi yang digunakan untuk pembentukan asam sitrat berasal dari ikatan asetil koenzim A. Selanjutnya, asam sitrat (C6) secara bertahap menjadi asam oksaloasetat (C4) lagi yang kemudian akan bergabung dengan asetil Ko–A. Peristiwa pelepasan atom C diikuti dengan pelepasan energi tinggi berupa ATP yang dapat langsung digunakan oleh sel. Selama berlangsungnya reaksi oksigen yang diambil dari air untuk digunakan mengoksidasi dua atom C menjadi CO₂, proses tersebut disebut dekarboksilasi oksidatif. Dalam setiap oksidasi 1 molekul asetil koenzim A akan dibebaskan 1 molekul ATP, 8 atom H, dan 2 molekul CO₂. Atom H yang dilepaskan itu kemudian ditangkap oleh Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD) dan Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) untuk dibawa menuju sistem transpor yang direaksikan dengan oksigen menghasilkan air.

.      3.  Rantai transpor elektron

Jika Anda lihat dengan baik pada gambar reaksi rantai transpor elektron, bahwa untuk 1 molekul NADH2 yang masuk ke rantai transpor elektron dapat dihasilkan 3 molekul ATP sedangkan dari 1 molekul FADH2 dapat dihasilkan 2 molekul ATP. Jadi, selama reaksi oksidasi dari 1 molekul glukosa dapat dihasilkan 38 ATP, terdiri atas 2 ATP dari glikolisis, 2 ATP dari dekarboksilasi oksidatif dan 6 ATP dari siklus Krebs (berasal dari 10 NADH2) serta 4 ATP dari siklus Krebs (berasal dari FADH2), jika dijumlahkan akan diperoleh hasil seperti berikut.

1) Energi ATP berasal dari 10 NADH2 selama 3 kali = 3 x (2+2+6) = 34
2)  Energi ATP berasal dari 2 NADH2 selama 2 kali = 2 x 2 = 4

.      Fermentasi (peragian)

Fermentasi merupakan peristiwa perombakan bahan makanan di dalam sel yang menghasilkan energi relatif kecil dan menghasilkan zat sisa yang bersifat meracuni sel. Reaksi fermentasi akan dilaksanakan oleh sel apabila cara lain untuk mendapatkan energi tidak dapat ditempuh.

Apabila sel kekurangan oksigen maka asam piruvat hasil peristiwa glikolisis akan segera diubah menjadi senyawa lain dalam untuk mendapatkan energi.

Apabila diperbandingkan hasil respirasi aerob dengan respirasi anaerob ternyata akan tampak bahwa respirasi aerob jauh lebih menguntungkan jika dibandingkan dengan respirasi anaerob. Pada respirasi aerob terjadi pemecahan bahan baku secara sempurna sehingga menghasilkan senyawa yang aman bagi sel dan dan jumlah energi yang besar, sedangkan respirasi anaerob akan menghasilkan senyawa yang dapat meracuni sel dan jumlah energi yang dihasilkan sangat kecil.