Respirasi SEL: Glikolisis, Dekarbosilasi Oksidatif, Daur Krebs, Transportasi Elektron
Respirasi atau pernapasan merupakan salah satu contoh proses katabolisme.
Zat sumber energi dalam tubuh organisme terdiri atas zat-zat organik seperti karbohidrat, lemak, protein, asam amino, dan lain-lain.
Dari proses kimia yang memerlukan oksigen tersebut, zat-zat organik diuraikan menjadi karbon dioksida dan air dengan membebaskan sejumlah energi yang akan digunakan untuk berbagai aktivitas kehidupan.
Persamaan reaksi kimia respirasi merupakan penjumlahan rangkaian reaksi kimia, dan merupakan kebalikan dari reaksi kimia fotosintesis.
Kalau zat sumber energinya adalah glukosa, maka reaksi kimia respirasi tersebut dapat disederhanakan sebagai berikut:
C6H12O6 (glukosa)+ O2 ——> 6CO2 + 6H2O + 688KKal.
Sebenarnya proses reaksi kimia penguraian zat sumber energi menjadi CO2 dan H2O serta pembebasan sejumlah energi tersebut merupakan rangkaian proses reaksi yang kompleks.
Reaksi yang kompleks tersebut melalui rentetan reaksi kimia, yang secara sederhana dapat dibedakan menjadi 4 tahap, yakni
Peristiwa glikolisis amat panjang, yaitu terdiri dari 10 tahap seperti tampak pada gambar.
Secara sederhana proses glikosis yaitu sebagai berikut.
1. Langkah awal dari glikolisis adalah pemindahan gugus fosfat dari ATP ke atom karbon nomor 6 dari glukosa. Sehingga terbentuk senyawa glukosa 6-fosfat.
Senyawa ini memperoleh energi bebas yang dilepaskan oleh pelepasan gugus fosfat dari ATP.
2. Langkah selanjutnya, glukosa 6 fosfat dikatalisis oleh enzim menjadi senyawa fruktosa 6-fosfat. ATP lainnya memindahkan gugus ke dua kalinya kepada atom karbon nomor satu, sehingga dihasilkan senyawa fruktosa 1.6 difosfat.
Penambahan gugus fosfat pada senyawa fruktosa 6-fosfat berarti menambah kandungan energinya.
3. Langkah glikolisis selanjutnya adalah pemecahan secara enzimatik dari fruktosa 1.6 dipercepat menjadi 2 senyawa beracun C 3 buah. Yaitu dihidroksiaseton fosfat dan 3-fosfogliseraldehida atau PGAL.
4. Melalui liku-liku reaksi kimia yang panjang tanah pemakai akhir yang dihasilkan 3 senyawa penting yaitu:
Sebenarnya dalam glikosis ini, setiap molekul glukosa akan menghasilkan 4 molekul ATP.
Tetapi 2 menelpon yang terbentuk digunakan untuk beberapa reaksi kimia yang bersifat endergonik.
Tahap dekarboksilasi oksidatif merupakan tahap untuk persiapan menuju daur Krebs.
Siklus krebs adalah serangkaian reaksi kimia yang terjadi pada sel hidup untuk menghasilkan energi dari asetil ko-A, yaitu perubahan dari asam piruvat hasil glikolisis.
Siklus ini dikenal pula sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat.
Peristiwa ini berlangsung didalam mitokondria.
Dua proses yang menentukan dalam respirasi ini yaitu sebagai berikut.
Secara keseluruhan rangkaian langkah reaksi kimia daur krebs yang berlangsung didalam mitokondria terlihat di bawah gambar ini.
Dapat disimpulkan bahwa Rangkaian peristiwa reaksi kimia yang terjadi pada daur Krebs yaitu sebagai berikut.
1. Asam piruvat hasil peristiwa glikolisis bisa masuk ke siklus Krebs.
Sebelumnya asam piruvat bereaksi lebih dulu dengan nikotinamid adenin dinukleotida dan koenzim A (ko-A) membentuk senyawa Asetil koenzim A.
Dalam peristiwa ini terjadi perubahan jumlah atom c dari 3 Atom C pada asam piruvat menjadi dua atom C pada asetil ko-a, setelah dibebaskan CO2.
2. Reaksi antara asetil ko-a (2 C) 2 C dengan asam oksaloasetat (4C) Menghasilkan asam sitrat atom 6C.
Dalam peristiwa tersebut Ko-A dibebaskan kembali.
3. Reaksi antara asam sitrat 6C dengan membentuk asam Alfa ketoglutarat (6C )dengan membebaskan CO2.
4. Rangkaian reaksi yang cukup kompleks dan agama yakni pembentukan asam suksinat setelah bereaksi NAD dan membebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP, setelah bereaksinya ADP dan gugus fosfat anorganik.
5. Terjadi oksidasi asam suksinat menjadi asam fumarat. Dalam peristiwa ini dibebaskan 2 atom H. Zat yang mengoksidasi adalah suatu enzim yang disebut FAD atau flavin adenin dinukleotida.
Sedangkan FAD direduksi menjadi FAD.H2.
Pada daur Krebs ini ada beberapa prinsip penting, yaitu:
Hidrogen dipisahkan dari NADH. Selanjutnya hidrogen tersebut diikat oleh O2 sehingga terbentuk air.
Dengan demikian asam asetat teroksidasi sempurna menjadi CO2 + H2O.
Transfer elektron berlangsung didalam mitokondria. Proses ini berakhir setelah elektron bersama H+ bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir membentuk air.
Reaksi rantai transpor elektron dalam respirasi amat Kompleks, namun yang berperan dalam peristiwa tersebut adalah NADH, FAD, dan molekul-molekul khusus yang berperan dalam proses respirasi, seperti:
Jenis sitokrom ada beberapa macam diantaranya adalah sitokrom c1, c, a, dan a3.
Elektron berenergi, pertama-tama berasal dari NADH, kemudian ditransfer ke FADH.
Kemudian ke koenzim Q, terus ke sitokrom b, c, dan akhirnya ke sitokrom a.
Selanjutnya elektron dari sitokrom a disampaikan ke O.
Molekul O2 menangkap elektron dari sitokrom A dan selanjutnya berikatan dengan H dari lingkungan dan terbentuklah molekul H2O.
Dengan demikian, air sebagai hasil sampingan respirasi terbentuk.
Hasil sampingan respirasi yang berupa CO2 diangkut ke alat pernapasan untuk dikeluarkan.
Hasil utama dari respirasi adalah energi.
Energi tersebut akan digunakan untuk membentuk ATP yang selanjutnya akan digunakan untuk proses hidup yang selalu memerlukan energi.
Energi terbesar yang dihasilkan oleh proses respirasi adalah pada reaksi transfer elektron.
Secara sederhana jumlah ATP yang dihasilkan oleh seluruh proses respirasi sel yang meliputi tiga tahap yakni, daur Krebs dan transpor elektron dapat diringkas.
Dalam keadaan normal, organisme melakukan pembongkaran zat dengan cara oksidasi biologi atau respirasi aerob.
Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen bebas.
Namun demikian dapat terjadi bahwa pada suatu ketika oksidasi biologi tersebut tidak dapat berlangsung.
Misalnya pada tumbuhan darat yang tanahnya tergenang air sehingga kadar oksigen dalam rongga tanah sangat rendah.
Dalam kondisi yang demikian akan tidak dapat menghisap oksigen untuk keperluan respirasi.
Pada manusia kekurangan oksigen sering terjadi pada para atlet yang berlari jarak jauh dengan kencang.
Pada saat yang demikian kebutuhan oksigen lebih besar daripada yang tersedia, yang diambil dari pernapasan.
Dengan kurangnya oksigen dalam tubuh, maka baik tumbuhan maupun manusia melakukan pembongkaran zat untuk memperoleh energi dalam keadaan anaerob, disebut fermentasi.
Jadi fermentasi adalah pembongkaran zat untuk memperoleh energi dalam keadaan anaerob.
Fermentasi tidak harus selalu dalam keadaan anaerob.
Pada beberapa jenis mikroorganisme mampu melakukan fermentasi dalam keadaan aerob, misalnya fermentasi asam cuka.
Jika dibanding respirasi, sebenarnya fermentasi Ini sangat merugikan sel karena dua alasan:
Fermentasi diberi nama sesuai dengan jenis senyawa akhir yang dihasilkan.
Berdasarkan senyawa atau jenis zat yang dihasilkan dalam fermentasi dibedakan menjadi
Di mana respirasi sel terjadi?
Respirasi sel terjadi pada organel pada Mitokondria, kondriosom.
ARTIKEL PENTING
SIFAT-SIFAT ENZIM
Dalam metabolisme tubuh dibutuhkan enzim. Terdapat yang menarik dalam sifat-sifat enzim…
ENZIM: PENGERTIAN DAN PENJELASAN
Dalam artikel ini Jelaskan apa itu enzim? Bagaimana kerjanya maupun apa saja yang mempengaruhi kerja enzim. Baca selanjutnya dalam enzim…
ANABOLISME DAN KATABOLISME
Dalam metabolisme terdapat dua proses yang disebut dengan anabolisme dan katabolisme…
PEMBELAHAN AMITOSIS
Pembelahan secara spontan tanpa melalui tahapan tahapan pembelahan yang biasanya disebut dengan amitosis…
PEMBELAHAN MITOSIS
Hal terpenting yang terjadi pada makhluk hidup salah satunya adalah proses pembelahan mitosis dan meiosis…
Referensi:
Zat sumber energi dalam tubuh organisme terdiri atas zat-zat organik seperti karbohidrat, lemak, protein, asam amino, dan lain-lain.
Dari proses kimia yang memerlukan oksigen tersebut, zat-zat organik diuraikan menjadi karbon dioksida dan air dengan membebaskan sejumlah energi yang akan digunakan untuk berbagai aktivitas kehidupan.
Persamaan reaksi kimia respirasi merupakan penjumlahan rangkaian reaksi kimia, dan merupakan kebalikan dari reaksi kimia fotosintesis.
Kalau zat sumber energinya adalah glukosa, maka reaksi kimia respirasi tersebut dapat disederhanakan sebagai berikut:
C6H12O6 (glukosa)+ O2 ——> 6CO2 + 6H2O + 688KKal.
Sebenarnya proses reaksi kimia penguraian zat sumber energi menjadi CO2 dan H2O serta pembebasan sejumlah energi tersebut merupakan rangkaian proses reaksi yang kompleks.
Reaksi yang kompleks tersebut melalui rentetan reaksi kimia, yang secara sederhana dapat dibedakan menjadi 4 tahap, yakni
- glikosis;
- Dekarbosilasi Oksidatif
- daur Krebs;
- transpor elektron pada respirasi.
1. Glikosis
Glikolisis adalah pengubahan molekul sumber energi yaitu Glukosa yang mempunyai 6 atom C menjadi senyawa yang lebih sederhana, ya ini asam piruvat yang mempunyai 3 Atom C.
Peristiwa glikolisis amat panjang, yaitu terdiri dari 10 tahap seperti tampak pada gambar.
Secara sederhana proses glikosis yaitu sebagai berikut.
1. Langkah awal dari glikolisis adalah pemindahan gugus fosfat dari ATP ke atom karbon nomor 6 dari glukosa. Sehingga terbentuk senyawa glukosa 6-fosfat.
Senyawa ini memperoleh energi bebas yang dilepaskan oleh pelepasan gugus fosfat dari ATP.
2. Langkah selanjutnya, glukosa 6 fosfat dikatalisis oleh enzim menjadi senyawa fruktosa 6-fosfat. ATP lainnya memindahkan gugus ke dua kalinya kepada atom karbon nomor satu, sehingga dihasilkan senyawa fruktosa 1.6 difosfat.
Penambahan gugus fosfat pada senyawa fruktosa 6-fosfat berarti menambah kandungan energinya.
3. Langkah glikolisis selanjutnya adalah pemecahan secara enzimatik dari fruktosa 1.6 dipercepat menjadi 2 senyawa beracun C 3 buah. Yaitu dihidroksiaseton fosfat dan 3-fosfogliseraldehida atau PGAL.
4. Melalui liku-liku reaksi kimia yang panjang tanah pemakai akhir yang dihasilkan 3 senyawa penting yaitu:
- 2 molekul asam piruvat;
- 2 molekul ADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi
- 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.
Sebenarnya dalam glikosis ini, setiap molekul glukosa akan menghasilkan 4 molekul ATP.
Tetapi 2 menelpon yang terbentuk digunakan untuk beberapa reaksi kimia yang bersifat endergonik.
2. Dekarbosilasi Oksidatif
Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi yang mengubah asam piruvat yang beratom 3 C menjadi senyawa baru yang beratom C dua buah, yaitu asetil koenzim-A (asetil ko-A)
Tahap dekarboksilasi oksidatif merupakan tahap untuk persiapan menuju daur Krebs.
3. Daur Krebs
Siklus krebs adalah serangkaian reaksi kimia yang terjadi pada sel hidup untuk menghasilkan energi dari asetil ko-A, yaitu perubahan dari asam piruvat hasil glikolisis.
Siklus ini dikenal pula sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat.
Peristiwa ini berlangsung didalam mitokondria.
Dua proses yang menentukan dalam respirasi ini yaitu sebagai berikut.
- Oksidasi sempurna dari asam piruvat melalui pemecahan bertahap dari semua atom hidrogen sehingga menghasilkan 3 molekul CO2.
- Pemindahan elektron yang dipisahkan dari atom hidrogen pada molekul oksigen.
Secara keseluruhan rangkaian langkah reaksi kimia daur krebs yang berlangsung didalam mitokondria terlihat di bawah gambar ini.
Dapat disimpulkan bahwa Rangkaian peristiwa reaksi kimia yang terjadi pada daur Krebs yaitu sebagai berikut.
1. Asam piruvat hasil peristiwa glikolisis bisa masuk ke siklus Krebs.
Sebelumnya asam piruvat bereaksi lebih dulu dengan nikotinamid adenin dinukleotida dan koenzim A (ko-A) membentuk senyawa Asetil koenzim A.
Dalam peristiwa ini terjadi perubahan jumlah atom c dari 3 Atom C pada asam piruvat menjadi dua atom C pada asetil ko-a, setelah dibebaskan CO2.
2. Reaksi antara asetil ko-a (2 C) 2 C dengan asam oksaloasetat (4C) Menghasilkan asam sitrat atom 6C.
Dalam peristiwa tersebut Ko-A dibebaskan kembali.
3. Reaksi antara asam sitrat 6C dengan membentuk asam Alfa ketoglutarat (6C )dengan membebaskan CO2.
4. Rangkaian reaksi yang cukup kompleks dan agama yakni pembentukan asam suksinat setelah bereaksi NAD dan membebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP, setelah bereaksinya ADP dan gugus fosfat anorganik.
5. Terjadi oksidasi asam suksinat menjadi asam fumarat. Dalam peristiwa ini dibebaskan 2 atom H. Zat yang mengoksidasi adalah suatu enzim yang disebut FAD atau flavin adenin dinukleotida.
Sedangkan FAD direduksi menjadi FAD.H2.
Pada daur Krebs ini ada beberapa prinsip penting, yaitu:
- Akibatnya dalam setiap siklus di tempat yang satu molekul asam asetat dalam bentuk asetil Ko-A.
- Pada waktu siklus itu berputar terjadi penambahan 2 molekul air
- Terjadi dua dekarboksilasi dan pada tempat kejadian yang berlainan dipisahkan dua atom H.
Hidrogen dipisahkan dari NADH. Selanjutnya hidrogen tersebut diikat oleh O2 sehingga terbentuk air.
Dengan demikian asam asetat teroksidasi sempurna menjadi CO2 + H2O.
4. Transportasi Elektron Respirasi
Transfer elektron berlangsung didalam mitokondria. Proses ini berakhir setelah elektron bersama H+ bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir membentuk air.
Reaksi rantai transpor elektron dalam respirasi amat Kompleks, namun yang berperan dalam peristiwa tersebut adalah NADH, FAD, dan molekul-molekul khusus yang berperan dalam proses respirasi, seperti:
- Suatu enzim yang disebut koenzim Q;
- Suatu rangkaian enzim enzim sitokrom;
- Molekul oksigen
Jenis sitokrom ada beberapa macam diantaranya adalah sitokrom c1, c, a, dan a3.
Elektron berenergi, pertama-tama berasal dari NADH, kemudian ditransfer ke FADH.
Kemudian ke koenzim Q, terus ke sitokrom b, c, dan akhirnya ke sitokrom a.
Selanjutnya elektron dari sitokrom a disampaikan ke O.
Molekul O2 menangkap elektron dari sitokrom A dan selanjutnya berikatan dengan H dari lingkungan dan terbentuklah molekul H2O.
Dengan demikian, air sebagai hasil sampingan respirasi terbentuk.
Hasil sampingan respirasi yang berupa CO2 diangkut ke alat pernapasan untuk dikeluarkan.
Hasil utama dari respirasi adalah energi.
Energi tersebut akan digunakan untuk membentuk ATP yang selanjutnya akan digunakan untuk proses hidup yang selalu memerlukan energi.
Energi terbesar yang dihasilkan oleh proses respirasi adalah pada reaksi transfer elektron.
Secara sederhana jumlah ATP yang dihasilkan oleh seluruh proses respirasi sel yang meliputi tiga tahap yakni, daur Krebs dan transpor elektron dapat diringkas.
Respirasi Aerob
Dalam keadaan normal, organisme melakukan pembongkaran zat dengan cara oksidasi biologi atau respirasi aerob.
Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen bebas.
Namun demikian dapat terjadi bahwa pada suatu ketika oksidasi biologi tersebut tidak dapat berlangsung.
Misalnya pada tumbuhan darat yang tanahnya tergenang air sehingga kadar oksigen dalam rongga tanah sangat rendah.
Dalam kondisi yang demikian akan tidak dapat menghisap oksigen untuk keperluan respirasi.
Pada manusia kekurangan oksigen sering terjadi pada para atlet yang berlari jarak jauh dengan kencang.
Pada saat yang demikian kebutuhan oksigen lebih besar daripada yang tersedia, yang diambil dari pernapasan.
Dengan kurangnya oksigen dalam tubuh, maka baik tumbuhan maupun manusia melakukan pembongkaran zat untuk memperoleh energi dalam keadaan anaerob, disebut fermentasi.
Jadi fermentasi adalah pembongkaran zat untuk memperoleh energi dalam keadaan anaerob.
Fermentasi tidak harus selalu dalam keadaan anaerob.
Pada beberapa jenis mikroorganisme mampu melakukan fermentasi dalam keadaan aerob, misalnya fermentasi asam cuka.
Jika dibanding respirasi, sebenarnya fermentasi Ini sangat merugikan sel karena dua alasan:
- Sering dihasilkan senyawa yang merusak sel misalnya alkohol
- Dan jumlah mol zat yang sama akan dihasilkan energi lebih rendah.
Fermentasi diberi nama sesuai dengan jenis senyawa akhir yang dihasilkan.
Berdasarkan senyawa atau jenis zat yang dihasilkan dalam fermentasi dibedakan menjadi
- fermentasi asam laktat
- fermentasi alkohol
- fermentasi asam cuka, dan lain-lain.
Di mana respirasi sel terjadi?
Respirasi sel terjadi pada organel pada Mitokondria, kondriosom.
ARTIKEL PENTING
SIFAT-SIFAT ENZIM
Dalam metabolisme tubuh dibutuhkan enzim. Terdapat yang menarik dalam sifat-sifat enzim…
ENZIM: PENGERTIAN DAN PENJELASAN
Dalam artikel ini Jelaskan apa itu enzim? Bagaimana kerjanya maupun apa saja yang mempengaruhi kerja enzim. Baca selanjutnya dalam enzim…
ANABOLISME DAN KATABOLISME
Dalam metabolisme terdapat dua proses yang disebut dengan anabolisme dan katabolisme…
PEMBELAHAN AMITOSIS
Pembelahan secara spontan tanpa melalui tahapan tahapan pembelahan yang biasanya disebut dengan amitosis…
PEMBELAHAN MITOSIS
Hal terpenting yang terjadi pada makhluk hidup salah satunya adalah proses pembelahan mitosis dan meiosis…
Referensi:
- Arms, Karen. 1988. Biology A Journey Into Life. New York: Sounders
- Baker, Jeffry et al. 1982. The Study of Biology. Massachusetts: Addison
- Barnes, Robert D. 1987. Invertebrate Zoology. New York: Sounders
- Beckett, B.S. 1986. Biology A Modern Introduction, GCSE Edition. Oxford University Press.
- Brown Relis, B. 1970. General Biology. New York: McGraww-Hill
- Dwidjesputro, D. 1981. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta. Djambatan
- Hill, J. Bent et al. 1960. Botany, A TextBook for Colleges. New York: McGraw-Hill