RESPIRASI
SELULER
Mata Kuliah : Konsep Dasar Biologi dan Kimia
Dosen Pengampu : Feri Noperman, M.Pd.
 |
Oleh kelompok 8:
1.
Irma Nur Anisah A1G015021
2.
Khodijah Tri Qurnia A1G015031
3.
Risa Fitria A1G015049
4.
Ema Tryana Sari A1G015067
PENDIDIKAN GURU SEKOLAH DASAR
JURUSAN ILMU PENDIDIKAN
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU
PENDIDIKAN
UNIVERSITAS BENGKULU
2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis
ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan karunia-Nya, sehingga
kami dapat menyelesaikan makalah “Respirasi Sel”. Atas selesainya buku ini kami
mengucapkan mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Dosen pengampu mata kuliah Konsep Dasar Biologi dan Kimia
yaitu Bapak Feri Noperman, M.Pd. yang telah membimbing penulis dalam menyusun
buku ini.
2.
Kami juga mengucapkan
terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun
tidak langsung.
Kami menyadari bahwa
makalah ini masih jauh dari kesempurnaan dan masih banyak kekurangan. Oleh
karena itu kami menerima kritik dan saran yang bersifat membangun. Kami berharap
buku ini dapat bermanfaat bagi kami serta para pembaca.
Bengkulu, Oktober 2017
Penyusun
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
KATA
PENGANTAR...................................................................................................... ii
DAFTAR
ISI..................................................................................................................... iii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang................................................................................................................ 1
B. Rumusan
Masalah........................................................................................................... 1
C. Tujuan............................................................................................................................. 1
BAB
II PEMBAHASAN
A. Pengertian
Respirasi Seluler............................................................................................ 2
B. Glikolisis......................................................................................................................... 6
C. Siklus
Kreb..................................................................................................................... 8
D. Transfer
Elektron............................................................................................................ 13
BAB
III KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan..................................................................................................................... 19
B. Saran............................................................................................................................... 19
DAFTAR PUSTAKA
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar
Belakang
Sebuah sel adalah blok bangunan
dasar untuk semua organisme hidup. Sel dianggap sebagai unit terkecil dari
entitas yang hidup dan dapat menciptakan bentuk kehidupan uniseluler atau
kehidupan yang lebih rumit. Sel sangat membutuhkan ATP untuk memenuhi kebutuhan
energi untuk melakukan berbagai tugas daam tubuh, termasuk menggerakan otot,
menjaga organ-organ vital, pembelahan sel serta replikasi.
Respirasi sel adalah salah satu cara
sel memperoleh energi. Ini adalah fungsi dari metabolisme sel. Respirasi sel
mengubah partikel makanan kedalam air dan karbondioksida. Didalam setiap sel hidup terjadi proses metabolisme. Salah satu proses tersebut adalah katabolisme . Katabolisme
disebut pula disimilasi karena dalam proses ini energi yang tersimpan
ditimbulkan kembali atau di bongkar untuk menyelenggarakan proses-proses
kehidupan.
B.
Rumusan
Masalah
Dari latar belakang di atas, maka
diperoleh rumusan masalah sebagai berikut:
1.
Apa yang dimaksud dengan respirasi
seluler?
2.
Bagaimana proses terjadinya
glikolisis?
3.
Bagaimana proses terjadinya siklus
kreb?
4.
Bagaimana proses terjadinya transfer
elektron?
C.
Tujuan
Dari rumusan
masalah di atas, maka tujuan pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut:
1.
Menjelaskan pengertian respirasi sel
dan bagian bagiannya
2.
Mendeskripsikan proses terjadinya
glikolisis
3.
Mendeskripsikan proses terjadinya
siklus krebs
4.
Mendeskripsikan proses terjadinya
transfer elektron
BAB II
PEMBAHASAN
A.
Pengertian
Respirasi Seluler
Fotosintesis
menghasilkan Oksigen dan Inolekul organik yang digunakan oleh mitokondria
eukariota (termasuk tumbuhan dan alga) sebagai bahan bakar untuk respirasi
seluler respirasi mengguraikan bahan bakar ini, menghasilkan ATP Produk buangan dari tipe respirasi ini, yaitu
karbon dioksida dan air, merupakan bahan mentah bagi fotosinesis. Pada bab ini
kia mempelajari bagaimana sel memanaen energi kimia yang tersimpan dalam
molelul organik dan menggunakannya dan menghasilkan ATP, yaitu molekul yang
menggerakkan sebagian kerja seluler. Setelah menyajikan beberapa dasar-dasar
respirasi, kita akan berfokus pada tiga jalur kunci respirasi : glilolosis,
siklus asam sitrat, dan fosforilasi oksidatif.
Katabolik
dan Produksi ATP
Senyawa organik
memiliki energi potensial dari susunan-susunan atomnya. Senyawa yang dapat
tersipasi dapar reaksi eksergonik dapat berperan di bahan bakar. Proses
katabolik, yaitu fermentasi yang merupakan penguraian gula sebagaian terjadi
tanpa penggunaan oksigen. Akan tetapi, jalur yang paling dominan dan efisien
adalah respirasi erobik, yang mengkonsumsi oksigen bersamaan dengan bahanbakar
organik. Sel-sel sebagian besar organisme eukariota banyak organisme prokariota
dapat melakukan isi eorobik. Beberapa prokariota dapat melakukan isi areobik.
Beberapa prokariota menggunakan sama sekali, proses ini disebut dengan
respirasi anaerobik. Dengan demikian, respirasi kerap digunakan untuk menyebut
proses aerobik yang akan kita ikuti si sebagian padai. Makanan menyediakan
bahan bakar untuk respirasi, dengan zat ini berupa karbon dioksida dan air
keseluruhannya dapat dirangkum sebagai berikut :
Senyawa organik
+ oksigen = karbon dioksia + air + Energi
Walaupun
karbohidrat, lemak, maupun protein dapat diproses dan dikonsumsi sebagai bahan
bakar ada baiknya mempelajari langkah respirasi seluler dengan cara menelusuri
gula glukosa (C6H12O6)
C6H12O6 + 6 O2 = 6 O2 + 6 H2O + Energi ( ATP + panas)
Glukosa
merupakan bahan bakar yang paling sering digunakan sel. Penguraian glukosa
bersifat esergonik, memiliki perubahan energi bebas sebesar -686 kkal (2.870
Kj) per mol.
Reaksi
Redoks : Oksidasi dan Reduksi
Bagaimana cara jalur-jalur katabolik
yang menguraikan glukosa dan bahan bakar organik lain menghasilkan energi?
Jawabanya didasarkan pada ransfer elektron selama reaksi kimia. Keloasi
elektron melepaskan energi yang ersimpan dalam molekul organik, dan energi ini
akhirnya digunakan unuk menyintesia ATP.
PRINSIP REDOKS
Transfer
elekron ini disebut reaksi oksidasi-reduksi, atau disingkat reaksi redoks, dalam
reaksi redoks, hilangnya elektron dari suau zat disebut oksidasi, sedangkan
penambahan elektron kesuatu zat lain disebut reduksi, sebagai contoh nonhayati
sederhana, pelajarilahreaksi antara unsur-unsur natrium (Na) dan klorin (Cl)
yang membentuk garam dapur.
Na + CL =
Na + Cl
Xe + Y =
X + Ye
Dalam
reaksi yang digeneralisasi ini, zat Xe yang meyumbangkan elektron disebut agen
pereduksi treducing agent. Zat ini mereduksi Y, yang menerima elektron yang
disumbangkan. Zat Y menerima elekron, merupakan agen pengoksidasi Xe dengan
mendapatkan elekronnya. Karena transfer elekton memerlukan penyumbang dan
penerima elektron, oksidasi dan reduksi selalu terjadi secara bersama-sama.
Tidak semua reaksi redoks melibatkan
transfer elektron secara sempurna dari suatu zat lain, beberapa reaksi mengubah
tingkat penggunaan bersama elektron dalam ikatan kovalen. Reaksi antara metana
dan oksigen. Elektron-elektron kovalen dalam metena digunakan bersama-sama
secara hampir setara di antara atom-atom yang berikatan karena karbon dan
hidrogen karena memiliki afilitas yang hampir sama terhadap elektron-elektron
valensi. Keduanaya memiliki elektronnegativias yang hampir sama.
Reaksi oksidasi
reduksi atau reaksi redoks adalah reaksi yang melibatkan penangkapan dan
pelepasan elektron. Dalam setiap reaksi redoks, jumlah elektron yang dilepaskan
oleh reduktor harus sama dengan jumlah elektron yang ditangkap oleh oksidator.
Ada dua cara untuk menyetarakan persamaan reaksi redoks yaitu metode bilangan
oksidasi dan metode setengah reaksi (metode ion elektron). Hubungan reaksi
redoks dan perubahan energi adalah sebagai berikut: Reaksi redoks melibatkan
perpindahan elektron; Arus listrik adalah perpindahan elektron; Reaksi redoks
dapat menghasilkan arus listrik, contoh: sel galvani; Arus listrik dapat
menghasilkan reaksi redoks, contoh sel elektrolisis. Sel galvani dan sel
elektrolisis adalah sel elektrokimia.
Persamaan
elektrokimia yang berguna dalam perhitungan potensial sel adalah persamaan
Nernst. Reaksi redoks dapat digunakan dalam analisis volumetri bila memenuhi
syarat. Titrasi redoks adalah titrasi suatu larutan standar oksidator dengan
suatu reduktor atau sebaliknya, dasarnya adalah reaksi oksidasi-reduksi antara
analit dengan titran.
Oksidasi
Molekul Bahan Bakar Organik Selama Respirasi Seluler
Oksidasi metana
oleh oksigen merupakan reaksi pembakaran utama yang terjadi dalam tungku kompor
gas. Pembakaran bensin dalam mesin mobil juga merupakan reaksi redoks, energi
yang dilepaskan mendorong piston. Namum proses redoks penghasil energi yang
paling menerik perhatian ahli biologi adalah respirasi. Oksidasi glukosa dan
molekul lain dalam makanan.
Seperti pada
pembakaran metana atau bensin, bahan bakar glukosa dioksidasi dan oksigen
direduksi. Elektron kehilangan energi potensial dalam proses tersebut, ada
energi dilepaskan.
Secara umum
molekul-molekul organik yang memiliki oksigen melimpah merupakan bahan bakar
yang sangat bagus, karena ikatannya merupakan sumber elekron puncak bukit yang
energinya dapat delepaskan ketika elektron tersebut jatuh menuruni gradien enmergi
ketika di transfer dari glukosa ke oksigen. Namum poin peningnya, yang tidak
tampak dalam persamaan rengkuman tersebut adalah bahwa kondisi energi elektron
berubah ketika hidrogen ditransfer ke oksigen. Dalam respirasi, oksidasi
glukosa mentransfer elektron ke kondisi energi yang lebih rendah membebaskan
energi yang menjadi tersedia untuk sintesis ATP.
Makanan sumber
energi pertama yaiu karbohidrat dan lemak, merupakan reservior elektron yang
berasosiasi dengan hidrogen hanya penghalang energi aktifitas yang mencegah
banjir elektron menuju kondisi energi yang lebih rendah.
Pemanenan
Energi Langkah Demi Langkah melalui NAD dan Rantai Treanspor Elekron
Jika energi
dilepaskan dari suatu bahan bakar secara keseluruhan sekaligus, energi tersebut
tidak dapat dimanfaatkan secara efisien untuk kerja yang membangun. Misalnya,
jika tangki bensin meledak, justru akibatnya akan buruk bagi mobil. Respirasi
seluler juga tidak menggoksidasi glukosa dalam satu langkah yang eksposif.
Sebagai gantinya, glukosa dan bahan bakar organik lain diuraikan dalam
serangkaian langkah, yang masing-masing dikatalis oleh suatu enzim. Pada
langkah kunci, elektron di lepaskan dari glukosa.
Elektron
kehilangan sangat sedikit dari energi potensialnya saat ditransfer dari glukosa
ke NAD+ setiap molekul NADH yang terbentuk selama respirasi merepserensasikan
simpanan energi yang dapat diambil untuk membuat ATP ketika elokteron
menyelesaikan “kejatuhannya” menuruninya gradien energi dari NADH ke oksigen.
Bagaimana
elektron yang direaksi dari glukosa dan tersimpan sebagai energi potensial
dalam NHDH akhirnya mencapai oksigen?
Ledakan tersebut
mereprentasikan pelepasan energi ketika elektron-elektron hidrogen “mendekati
atom-atom oksigen yang elektronegatif. Respirasi seluler juga menyaukan
hidrogen dan oksigen sehingga terbentuk air, tapi ada dua perbedaan penting.
Pertama, dalam merespirasi seluler, hidrogen yang bereaksi dengan oksigen
berasal dari molekul organik, bukan dari H2. Kedua, karena tidak terjadi dalam
sau reaksi eksplosif, respirasi menggunakan rantai transpor elektron (electron
transport chain)
Untuk
memecah-mecah kejatuhan elektron ke oksigen menjadi beberapa langkah yang
melepaskan energi. Rantai transpor elekron terdiri dari sejumlah molekul
terutama protein, yang tertanam didalam membran dalam mitokondrian sel eukariot
dan membran plasma prokoriota yang berespirasi secara aeorobik.
Secara ringkas, selama respirasi seluler,
sebagian besar elektron bergerak mengikuti rute “menuruni bukit” : glukosa -
NHDH – Rantai transfer elektron – oksigen.
Tahap-tahap
Respirasi Seluler
1.
Glikolisis
2.
Siklus
asam sitrat
3.
Fostorilasi
oksidatif
Seperi yang
tercantum dalam digram praga 9.6 kedua tahap pertama respirasi seluler, yaitu
glikolisis dan siklus asam sitrat, merupakan jalur katabolik yang menguraikan
glukosa dan bahan bakar organik lain. Glikolisis (glicolisis), yang terjadi
dalam sitosol, menggawali proses degdradasi dengan memecah glukosa menjadi dua
molekul senyawa yang disebut pirupat. Siklus asam sitrat (cirikecit caikele),
yang berlangsung dalam metriks metokondria sel yokariotik atayu dalam sitosol
prokoriota, menyelesaikan penguraian glukosa dengan cara mengoksidasi terunan
firupat menjadi ksrbon dioksida. Dengan demikian, karbon dioksida yang
dihasilkan respirasi menrepretansikan pragmen molekuyl organik yang
teroksidasi.
 |
Beberapa langah
pada gliolisis dan siklus asam sitrat merupakan reaksi redoks, ketika
dehidrogenasi mentransfer elektron dari suktrat ke NHDH+, membentuk NHDH. Mode
sintesis ATP ini disebut posporisasi oksidatif (oksidatif posprolilation)
karena memperoleh tenaga dari reaksi redoks dalam rantai transfer elektron.
Posporilasi oksidaif menghasilkan
sekitar 90% ATP yang diperoleh dari respirasi. ATP dengan jumlah yang lebih
sedikit dibentuk secara langsung dalam sejumlah kecil reaksi pada glikolisis
dan siklus asam sitrat melalui mekanisme yang disebut posporilasi tingkat –
supstrat ( suptrate – level posporalitaion, peraga 9.7)
Untuk setiap molekul glukosa yang
didegradasi menjadi karbon dioksida dan air melalui respirasi, sel membuat
sekitar 38 molekul ATP, masing-masing dengan 7,3 kkal-mol energi bebas.
Pendahuluan ini elagh memperkenalkan
anda pada bagaima dikualisis, siklus asam sitrat, dan posporilasi oksidatif
cocok dengan proses pada respirasi seluler, kini kita siap mempelajari lebih
mendalam ketiga tahap respirasi ini.
B.
Glikolisis
Glikolisis merupakan proses
pengubahan glukosa menjadi dua molekul asam
piruvat dengan menghasilkan ATP dan NADH. Glikolisis terjadi pada sel mikroorganisme,
tumbuhan, dan hewan melalui 10 tahap reaksi. Proses ini terjadi di sitoplasma dengan
bantuan 10 jenis enzim yang berbeda.
Glukosa dalam sel dapat mengalami berbagai jalur metabolisme,
baik disimpan, diubah menjadi energi, ataupun diubah menjadi molekul lain.
Apabila terjadi kelebihan gula dalam darah, glukosa akan disimpan dalam otot atau
hati dalam bentuk glikogen. Apabila sel-sel tubuh sedang aktif membelah,
glukosa akan diubah menjadi gula pentosa yang penting dalam sintesis DNA dan
RNA. Dan ketika tubuh membutuhkan energi, glukosa akan diproses untuk menghasilkan
energi melalui tahapan glikolisis, dekarboksilasioksidatif, siklus krebs, dan
transfer elektron. tahapan-tahapan tersebut dapat terjadi apabila terdapat oksigen
dalam jaringan sehingga prosesnya disebut respirasi aerob (menghasilkan energi dengan
adanya oksigen). Glikolisis merupakan tahapan pertama dari proses respirasi aerob
untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.
ATP yang dihasilkan dalam glikolisis akan digunakan untuk berbagai
proses yang membutuhkan energi, karena ATP merupakan molekul penyimpan energi.
Sedangkan NADH nantinya akan menjalani proses transfer elektron untuk menghasilkan
ATP. Sebuah molekul NADH dalam transfer elektron akan menghasilkan tiga molekul
ATP.
Dalam tahap awalnya, proses glikolisis membutuhkan dua ATP
sebagai sumber energi. Namun dalam tahap selanjutnya, glikolisis akan menghasilkan
ATP yang dapat digunakan untuk membayar hutang ATP yang telah digunakan tadi dan
masih ada sisa ATP yang dapat digunakan untuk fungsi yang lain. Jadi dalam glikolisis,
terjadi surplus ATP, lebih banyak ATP yang dihasilkan daripada yang digunakan dalam
proses tersebut.
Proses Glikolisis
Alur
langkah glikolisis adalah sebagai berikut.
- Tahap
pertama, glukosa akan diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim
hexokinase. Tahap ini membutuhkan energi dari ATP (adenosintrifosfat). ATP
yang telah melepaskan energi yang disimpannya akan berubah menjadi ADP.
- Glukosa
6-fosfat akan diubah menjadi fruktosa 6-fosfat yang dikatalisis oleh enzim
fosfohexosaisomerase.
- Fruktosa
6-fosfat akan diubah menjadi fruktosa 1,6-bifosfat, reaksi ini dikatalisis
oleh enzim fosfofruktokinase. Dalam reaksi ini dibutuhkan energidari ATP.
- Fruktosa
1,6-bifosfat (6 atom C) akandipecah menjadi gliseraldehida 3-fosfat (3
atom C) dan dihidroksiasetonfosfat (3 atom C). Reaksi tersebut dikatalisis
oleh enzim aldolase.
- Satu
molekul dihidroksiasetonfosfat yang terbentuk akan diubah menjadi gliseraldehida
3-fosfat oleh enzim triosafosfatisomerase. Enzim tersebut bekerjabolak-balik,
artinya dapat pula mengubah gliseraldehida 3-fosfat menjadi dihdroksiasetonfosfat.
- Gliseraldehida
3-fosfat kemudian akan diubah menjadi 1,3-bifosfogliserat oleh enzimgliseraldehida
3-fosfat dehidrogenase. Pada reaksi ini akan terbentuk NADH.
- 1,3
bifosfogliserat akan diubah menjadi 3-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat
kinase. Para reaaksi ini akan dilepaskan energi dalam bentuk ATP.
- 3-fosfogliserat
akan diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliseratmutase.
- 2-fosfogliserat
akan diubah menjadi fosfoenolpiruvat oleh enzim enolase.
- Fosfoenolpiruvat
akan diubah menjadi piruvat yang dikatalisis oleh enzim piruvat kinase.
Dalam tahap ini juga dihasilkan energi dalam bentuk ATP.
Yang perlu diperhatikan adalah pada langkah ke-6 hingga
ke-10. Langkah-langkah tersebut terjadi dua kali karena terbentuk dua gliseraldehida
3-fosfat dari pemecahan fruktosa 1,6-bifosfat. Oleh karena itu dua molekul gliseraldehida
3-fosfat masing-masing akan menjalani langkah 6 hingga 10 tersebut.
Jadi hasil total glikolisis adalah 2 molekul asampiruvat dengan
2 ATP dan 2 NADH. Molekul ATP yang terbentuk sebenarnya ada 4, namun 2 ATP
telah digunakan untuk membayar hutang ATP yang telah dipakai pada tahap reaksi pertama
dan ketiga.
Dalam keadaan terdapat oksigen, asam piruvat akan masuk tahap
dekarboksilasioksidatif dan sikluskrebs untuk membentuk energi lebih lanjut.
Namun ketika tidak tersedia oksigen, piruvat akan menjalani proses fermentasi homolaktat
atau fermentasi alkohol. Kedua jenis fermentasi tersebut merupakan proses
menghasilkan energi tanpa kehadiran oksigen sehingga disebut respirasi anaerob.
C.
Siklus
Kreb
Siklus krebs disebut juga
dengan siklus asam sitrat atau kadang disebut siklus asam trikarboksilat.Siklus krebs merupakan serangkaian
reaksi kimia yang terjadi pada sel hidup untuk menghasilkan energi dari Asetil
ko-A perubahan dari asam piruvat hasil glikolisis. Siklus krebs merupakan salah
satu tahap respirasi aerob, yaitu proses menghasilkan energi dimana dalam
prosesnya membutuhkan oksigen. Siklus krebs terjadi di dalam mitokondria
sedangkan glikolisis terjadi pada sitoplasma, oleh karena itu asam piruvat
hasil glikolisis harus masuk mitokondria terlebih dahulu agar dapat menjalani
siklus krebs.
Pada
prinsipnya, Siklus kreb ialah tahapan kedua reaksi aerob yang merupakan bagian
dari proses pernapasan yang panjang . Siklus kreb berlangsung di dalam
mitokondria yang membawa asetat aktif berupa Asetil Ko-A yang
dengan oksidasi glukosa diubah menjadi CO2 dan H2O menyebabkan pelepasan dan
penangkapan ATP (adenosin trifosfat) sebagai energi yang dibutuhkan
jaringan.
Siklus
krebs akan menghasilkan ATP, NADH, FADH2 dan CO2. Karbondioksida akan dilepaskan dari sel dan dikeluarkan
dari tubuh sebagai sisa respirasi. Sedangkan ATP, NADH, FADH2 merupakan sumber energy
penting bagi tubuh.
Tahapan Siklus Kreb
Terdapat dua bagian penting dalam siklus krebs
1)
Pertama adalah tahap persiapan dimana piruvat akan diubah
menjadi asetil ko-A melalui proses yang disebut dekarboksilasi oksidatif.
2)
Kedua adalah berlangsungnya siklus krebs yang terjadi di
matriks mitokondria.
Dekarboksilasi
oksidatif
Siklus kreb yang merupakan
tahapan kedua respirasi seluler setelah proses glikolisis. Oleh karena Siklus
kreb terjadi di dalam mitokondria, sedangkan glikolisis terjadi di dalam
sitoplasma. Maka, asam piruvat yang merupakan hasil dari proses glikoslisis
harus masuk ke dalam mitokondria terlebih dulu melalui proses dekarboksilasi
oksidatif agar proses siklus kreb dapat berlangsung.
Dalam tahap dekarboksilasi
oksidatif ini, asam piruvat akan dirubah menjadi Asetil Ko-A yang merupakan
bahan baku berlangsungnya siklus kreb. Proses pengubahan ini diperantai oleh
enzim piruvat dehidrogenase yang terdapat pada mitokondria sel eukariotik. Enzim ini terdapat pada mitokondria
pada sel eukariotik, sedangkan pada prokariotik terdapat pada sitoplasma.
 |
|
Dekarboksilasi
oksidatif
|
1. Gugus karboksilat
(-COO) akan lepas dari asam piruvat menjadi CO2.
2.
Sisa dua atom karbon dari piruvat dalam bentuk
CH3COO- akan
mentranfer kelebihan elektronnya pada
molekul NAD+ sehingga terbentuk NADH, dan molekul dua atom
karbon tersebut berubah menjadi asetat.
3.
Pada akhirnya koenzim-A (ko-A) akan diikatkan
pada asetat sehingga membentuk asetil koenzim-A (asetil ko-A).
Tahap-tahap dalam
dekarboksilasi oksidatif adalah sebagai berikut.
Hasil dari
dekarboksilasi oksidatif adalah molekul asetil ko-A, NADH, dan CO2. Satu molekul glukosa akan diubah menjadi dua
molekul asam piruvat dalam glikolisis, artinya proses dekarboksilasi oksidatif
untuk untuk satu molekul glukosa akan menghasilkan 2 molekul asetil ko-A, 2
NADH, dan 2 CO2.
Siklus krebs
Molekul asetil ko-A
akan masuk krebs untuk menghasilkan ATP, NADH, FADH2,
dan CO2. Terdapat delapan tahap reaksi dalam siklus krebs
yang terus berputar-putar sehingga disebut sebagai suatu siklus.
 |
|
Siklus krebs
|
Tahap-tahap dalam siklus krebs
adalah sebagai berikut.
Dalam
Siklus kreb berlangsung delapan tahapan utama hingga didapat hasil akhir berupa
energi untuk kebutuhan jaringan. Berikut ini tahapan-tahapan
dalam reaksi Siklus kreb, meliputi:
Tahap I: Sitrat Sintase
Proses
yang berlangsung ditahap ini dikenal dengan hidrolisis. Pada
tahap ini terjadi penggabungan molekul Asetil Ko-A dengan oksaloasetat
membentuk asam sitrat dibantu oleh enzim asam sitrat sintase.
 |
|
Tahap I: sitrat sintase
|
Tahap II: Isomerase Sitrat
Pada tahap ini, asam sitrat
yang sudah terbentuk diubah menjadi isositrat dengan bantuan enzim akotinase yang
mengandung Fe2+.
 |
Tahap
II: Isomerase Sitrat
Tahap III: Isositrat
Dehidrogenase
Pada tahap ketiga ini,
berlangsung proses dekarboksilasi (perombakan) pertama sekali. Isositrat yang
terbentuk pada tahapan sebelumnya dioksidasi menjadi oksalosuksinat yang
terikat enzim oleh enzim isositrat dehidrogenase. Selain itu, pada tahap ini
isositrat juga diubah menjadi α-ketoglutarat oleh enzim yang sama dan dibantu
NADH.
 |
Tahap
III: Isositrat Dehidrogenase
Tahap IV: α-Ketoglutarat
Dehidrogenase Kompleks
Dalam tahap ini terjadi proses
pengubahan α-ketoglutarat menjadi suksinil Ko-A oleh enzim α-ketoglutarat
dehidrogenase kompleks.
 |
|
Tahap IV: α-Ketoglutarat Dehidrogenase
Kompleks
|
Tahap V: Suksinat Thikonase
Pada tahap kelima ini, terjadinya
konversi suksinil Ko-A menjadi suksinat. Proses pengubahan ini berbeda dengan
tahapan-tahapan sebelumnya. Pada tahap ini proses konversi tidak hanya dibantu
oleh enzim saja, melainkan juga memerlukan Mg2+ dan GDP yang dengan Pi (Fosfat)
akan membentuk GTP. GTP inilah yang akan dirubah sebagai ATP sehingga menjadi
energi yang dibutuhkan jaringan.
Tahap VI: Suksinat
Dehidrogenase
Suksinat yang telah dihasilkan
pada tahap kelima kan didehidrigenase menjadi fumarat dengan bantuan enzim
suksinat dehidrogenase.
 |
|
Tahap VI: Suksinat Dehidrogenase
|
Tahap VII: Hidrasi
Hidrasi ialah penambahan atom
hidrogen pada ikatan ganda karbon (C=C) yang ada pada fumarat sehingga
menghasilkan malat.
Tahap VIII: Regenerasi
Oksaloasetat
Tahap kedelapan ini merupakan tahap
akhir dari siklus kreb. Pada tahap ini, terjadi pengubahan malat oleh enzim
malat dehidrogenase membentuk oksaloasetat. Oksaloasetat ini berperan untuk
menangkap Asetil-KoA sehingga proses siklus kreb dapat berlangsung kembali.
Untuk mencukupi kebutuhan
energi, siklus kreb harus berlangsung dua kali. Hal tersebut dikarenakan reaksi
oksidasi pada molekul glukosa untuk sekali proses siklus kreb hanya
menghasilkan 2 molekul Asetil Ko-A.
Satu molekul asetil
ko-A yang masuk siklus krebs akan menghasilkan 1 ATP, 3 NADH, 1 FADH2 dan 2 CO2. Karena satu
molekul glukosa akan diubah menjadi dua asetil ko-A, maka satu molekul glukosa
yang menjalani siklus krebs akan menghasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2.
Molekul NADH dan FADH2 nantinya akan masuk transfer elektron untuk
menghasilkan ATP. Satu molekul NADH akan diproses untuk menghasilkan 3 ATP,
sedangkan satu molekul FADH2 akan
menghasilkan 2 ATP.
Fungsi Siklus Kreb
Sebagai jalur metabolisme,
siklus kreb sangat berperan penting terhadap ketersediaan ATP yang dibutuhkan
oleh jaringan. Adapun fungsi dari siklus kreb, meliputi:
§ Jalur akhir oksidasi
karbohidrat, protein, dan lipid yang akan dimetabolisme menjadi Asetil Ko-A;
§ Menghasilkan sebagian besar CO2
dengan oksidasi glukosa;
§ Menghasilkan sejumlah koenzim
tereduksi yang menggerakkan rantai pernapasan untuk produksi ATP (adenosin
trifosfat);
§ Menyediakan sejumlah bahan
(prekursor-prekursor) untuk kebutuhan sintesis protein dan asam nukleat;
§ Mengkonversi sejumlah energi
serta zat yang berlebihan untuk digunakan pada sintesis asa lemak sebelum
pembentukan trigleserida untuk penimbunan lemak;
§ Bertindak sebagai pengendalian
langsung maupun tidak langsung terhadap sistem enzim melalui komponen-komponen
siklus.
Hasil Siklus Kreb
Hasil yang diperoleh dari
proses satu kali Siklus kreb, meliputi:
§ 1 molekul GTP yang akan secara
langsung diproduksi menjadi ATP;
§ 3 molekul NADH yang akan
dioksidasi melalui transpor elektron menghasilkan 3 ATP per molekul;
§ 1 molekul FADH yang akan
dioksidasi melalui transpor elektron menghasilkan 2 ATP per molekul;
§ 1 molekul CO2 yang dilepaskan.
Jadi, total energi
(ATP) dari satu kali proses siklus kreb ialah:
 |
D.
Transfer Elektron
Selama
Fosforilasi oksidatif, kemiosmosis menggandengkan transpor elektron dengan
sintesis ATP
Tujuan utama kita
adalah mempelajari bagaimana sel memanen energi dari glukosa bdan
nutrien-nutrien lain dalam makanan untuk membuat ATP. Namun komponen-komponen
metabolik npada respirasi yang telah dibahas, yaiktu glikolisis dan siklus
krebs.
Jalur
Transpor Elektron
Rantai transfer
elektron adalah sekumpulan molekul yang tertanam dalam membran dalam
mitokondria sel eukariot. Pelipatan membran dalam membentuk krista meningkatkan
luas permukaannya menyediakan ruang untuk ribuan salinan rantai transfer elektron
dalam setiap mitokondria. Sebagian besar komponen rantai tersebut adalah
protein, yang terdapat sebagai kiompleks
multiprotein.
 |
Gambar 3.1
Gambar 3.1 menunjukkan urutan pembawa elektron
dalam rantai transpor elektron dan penurunan energi bebas ketika el;ektron
bergerak menuruni rantai. Selama berlangsungnya transpor elektron di sepanjang
rantai tersebut, pembawa elektron secara berganti tereduksi dan teroksidasi
saat menerima dan menyumbangkan elektron. Setiap komponen rantai menjadi
tereduksi memiliki afinitas lebih rendah terhadap elektron.
Elektron melalui
kompleks 1, elektron disingkirkan dari glukosa oleh NAD, selama glikolisis dan
siklus krebs ditransfer dari NADH ke molekul pertama pada rantai transpor
elektron dalam kompleks 1. Sebagian besar pembawa elektron antara ubikuinon dan
oksigen adalah protein yang disebut sitokrom. Rantai transpor elekton memiliki
beberapa tipe sitokrom masing-masing merupakan protein berbeda dengan gugus hem
pembawa-elektron yang agak berbeda. Sitokrom terakhir pada rantai transpor
elektron meneruskan elektronnya ke oksigenyang sangat elektronegatif.
Masing-masing atom oksigen yang mengambil sepasang ion hidrogen dari larutan
berair dalam sel, membentuk air.
Suatu sumber elektron
lain untuk rantai transpor elektron adalah FADH, produk tereduksi lainnya dalam
siklus asam sitrat. FADH menambahkan elektron-elektronnya ke rantai transpor
elektron pada kompleks II, di tingkat energi yang lebih rendah daripada NADH.
Sebagai akibatnya, walaupun NADH dan FADH sama-sama menyumbangkan jumlah
elektron yang sama untuk reduksi oksigen, rantai transpor elektron menyediakan
energi untuk sintesis ATP sekitar
sepertiga lebih sedikit lebih sedikit saat penyumbang elektronya adalah
FADH, dibandingkan dengan saat penyumbangan adalah NADH.
Rantai transpor
elektron tidak membuat ATP secara langsung. Akan tetapi, rantai ini memudahkan
kejatuhan elektron dari makanan ke oksigen., mengurtaikan penurunan energi
bebas dalam jumlah besar menjasi serangkaian langkah yang lebih kecil yang
melepaskan energi dalam jumlah yang mudah di kelolah.
Kemoismosis
: mekanisme penggandengan energi
Membran dalam mitokondria di tempati oleh banyak kompleks protein atau
ATP sintase enzim membuat ATP dari ADP dan fosfat . ATP sintase bekerja seperti
pompa ion yang bekerja seperti terbalik
. ATP sintase menggunakan energi dari gradien ion yang ada untuk memberikan
tenaga bagi sintesis ATP . Sumber tenaga bagi ATP sintase adalah perbedaan
konstrasi H+ dikedua sisi memberan mitokondria . Proses ini menggunakan energi
yang tersimpan dalam bentuk ion hidrogen yang menggerakan kerja seluler
sintesis ATP dan disebut kemoismosis.
Gambar 3.2.
kemiosmosis menggandengkan rantai transpor elektron dengan sintesis ATP
ATP sintase adalah
motor puar molekular terkecil yang dikathui di alam. Bagian kompleks tersebut
berputar dalam membran ketika reaksi berlanjut ke arah hidrolisis ATP. Bagaimanakah
membran dalam mitokondria atau membran plasma prokariota menciptakan dan
mempertahankan gradien H+ yang menggerakkan sintesis ATP oleh kompleks protein
ATP sintase? Memantapkan gradien H+ adalah fungsi utama rantai transpor
elektron, yang ditunjukkan lokasinya dimitokondria pada peraga. Rantai transpor
elektron merupakan pengubah energi yang menggunakan aliran eksergonik elektron
dari NADH dan FADH untuk memompa H+ melintasi membran dari matriks ke ruang
antarmembran. H+ memiliki kecenderungan untuk bergerak kembali melintasi
membran, berdifusi menuruni gradiennya.
ATP sintase merupakan satu-satunya situs yang menyediakan jalan menembus
membran untuk H+,, melintasnya H+ melalui ATP sintase memanfaatkan aliran
eksergonik H+ untuk menggerakkan ADP. Dengan demikian, energi yang tersimpan
dalam gradien H+ di kedua sisi membran akan menggandengkan reaksi redoks pada
rantai transpor elektron dengan sintesis ATP.
Penghitungan
Produksi ATP melalui Respirasi Selular
Selama respirasi,
sebagian besar energi mengalir, dalam urutan ini glukosa – NADH- rantai
transpor elekton- gaya gerak proton- ATP. Untuk menghitunmg ATP ketika
respirasi selular mengoksidasi suatu molekul glukosa menjadi enam molekul
karbondioksida. Penghitungan tersebut menambahkan 4 ATP yang dihasilkan secara
langsung oleh fosforilasi tingkat substrat selama glikolisis dan siklus kreb ke
lebih banyak molekul ATP yang dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif. Setiap
NADH yang mentransfer sepasang elektron dari glukosa ke rantai transpor elektron
cukup berkontribusi bagi gaya gerak
proton yang cukup untuk menghasilkan maksimum sekitar 3 ATP.
Ada
tiga alasan mengapa kita tidak dapat menyatakan jumlah pasti molekul ATP yang
dihasilkan melalui penguraian satu molekul glukosa. Pertama, fosforilasi dan
reaksi redoks tidak secara langsung digandsengkan satu sama lain, sehingga
rasio jumlah molekul NADH terhadap jumlah molekul ATP bukan merupakan bilangan
bulat. Kita tahu bahwa 1 NADH menyebabkan 10 H+ ditranspor keluar melintasi membran mitokondria, dan kita tahu
bahwa 3 dan 4 H+ harus masuk kembali ke matriks mitokondria melalui ATP sintase
untuk menghasilkan 1 ATP. Dengan demikian, satu molekul NADH membangkitkan
cukup gaya gerak proton untuk sintesis 2,5 sampai 3,3 ATP. Umumnya kita
melakukan pembulatan dan mengatakan bahwa 1 NADH dapat menghasilkan sekitarb 3
ATP. Siklus krebs juga menyuplai elektron ke rantai transpor elektron melalui
FADH, namun karena FADH memasuki rantai belakangan, setiap molekul pembawa
elektron ini hanya menyebabkan transpor H+ yang cukup untuk sintesis 1,5 sampai
2 ATP. Angka-angka ini juga memperhitungkan sedikit banyak energi untuk
memindahkan ATP yang terbentuk dalam mitokondria keluar sitoplasma, tempat ATP
digunakan.
Gambar 3.3.
perolehan ATP molekul glukosa pada setiap tahap pada respirasi seluler
Kedua, perolehan ATP
sedikit bervariasi, bergantung pada tipe wahana ulang alik yang digunakan untuk
mentranspor elektron dari sitosol ke dalam mitokondria. Mambran dalam
mitokondria tidak permeabel terhadap NADH, sehinggNADH dalam sitosol terpisah
dari mesin fosforilasi oksidatif. Kedua elektron NADH yang ditangkap saat
glikolisis harus diangkut ke dalam mitokondria melalui satu dari beberapa
ulang-alik elektron. Bergantung pada tipe wahana pada tipe sel tertentu,
elektron dapat diteruskan ke NAD atau FAD dalam matriks mitokondria (gambar
3.3). Jika elektron diteruskan ke FAD
seperti dalam sel otak, hanya ada sekitar 2 ATP yang dapat dihasilkan dari
setiap NADH dari sitosol. Jika elektron diteruskan ke NAD mitokondria, seperti
dalam sel hati dan sel jantung maka 3 ATP akan diperoleh.
Variabel ketiga yang
mengurangi perolehan ATP adalah penggunaan gaya gerak proton yang dibangkitkan
oleh reaksi-reaksi redoks respirasi untuk menggerakkan macam-macam kerja lain.
Akan tetapi, jika semua gaya gerak proton yang dibangkitkan oleh rantai
transpor elektron digunakan untuk menggerakkan sintesis ATP, satu molekul
glukosa dapat menghasilkan maksimum 34 ATP yang dihasilkan melalui fosforilasi
oksidatif plus 4 ATP. Dengan demikian, perolehan totalnya adalah sekitar 38 ATP.
Tipe-Tipe
Fermentasi
Fermentasi terdiri dari
glikolisis plus reaksi yang membentuk kembali NAD dengan cara mentransfer
elektron dari NADH ke piruvat atau
turunan piruvat NAD kemudian dapat digunakan ulang untuk mengoksidasi gula
melalui glikolisis, dengan hasil 2 molekul ATP melalui fosforilasi
tingkat-substrat. Ada banyak tipe fermentasi yang berbeda dalam hal produk
akhir yang terbentuk dari piruvat.
Fermentasi
Alkohol, piruvat diubah
menjadi etanol dalam dua langkah. Langkah pertama melepaskan karbon dioksida dari
piruvat, yang diubah menjadi senyawa berkarbon-dua, asetildehida. Selanjutnya,
asetildesida direduksi menjadi etanol oleh NADH. Reduksi ini meregenerasi suplai NAD yang dibutuhkan
agar glikolisis berlanjut.
Fermentasi
asam laktat, piruvat
direduksi secara langsung oleh NADH untuk membentuk laktat sebagai produk akhir
tanpa pelepasan CO2. Fermentasi asam laktat oleh fungsi dan bakteri
tertentu dimanfaatkan dalam industri pengolahan susu untuk membuat keju. Sel otot manusia membuat ATP melalui fermentasi asam laktat
ketika oksigen sulit diperoleh, ini terjadi pada tahaap awal olahraga berat,
ketika kekurangan oksigen maka terjadilah fermentasi asam laktat.
Gambar 3.4. Fermentasi
alkohol dan fermentasi asam laktat
BAB III
PENUTUP
A.
Kesimpulan
Respirasi sel adalah proses penguraian
senyawa organik kompleks secara kimia dengan bantuan oksigen yang menghasilkan
energi yang di gunakan untuk kegiatan hidup makhluk hidup. Definisi
respirasi sel dapat disederhanakan sebagai suatu proses oksidasi bahan makanan
dalam sel tubuh untuk menghasilkan energi. Dalam respirasi sel ada tiga
tahapan, yaitu glikolisis, siklus kreb dan transfer elektron.
B.
Saran
Dengan
adanya makalah ini diharapkan para pembaca dapat mengetahui lebih banyak lagi
tentang Respirasi dan energi guna
menambah wawasan untuk pembelajaran.
DAFTAR
PUSTAKA
Neil A.
Campbell. dan Jane B.Reece. 2010. Biologi. Jakarta : PT Gelora Aksara
Pratama
Dwidjoseputro. 1986. Biologi.
Erlangga. Jakarta.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar