Pengertian dan Proses Respirasi Aerob

Pengertian dan Proses Respirasi Aerob – kita mengenal respirasi sebagai kegiatan menghirup oksigen dan mengeluarkan karbondioksida. Beginilah proses pernapasan kita dimulai. Namun apakan pernah terpikirkan oksigen yang kita hirup di dalam tubuh akan diapakan dan dari mana terbentuknya karbondioksida? Oksigen yang kita hirup akan diedarkan ke sel di seluruh tubuh guna membantu proses respirasi yang sesungguhnya yaitu respirasi sel. Respirasi merupakan reaksi perombakan karbohidrat (glukosa) dari pencernaan untuk menghasilkan energi. Respirasi aerob merupakan jalur reaksi respiras yang melibatkan oksigen dalam tahapan reaksinya. Sebagian besar organisme termasuk, manusia, tumbuhan, hewan, dan beberapa prokariotik menempuh jalur ini untuk menghasilkan energi. Bagaimanakah proses menghasilkan energi secara aerob??? Berikut uraiannya.

TAHAPAN REAKSI RESPIRASI AEROB

1. Glikolisis

glikolisis adaah sederetan reaksi yang memecah molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat yang terjadi di dalam sitoplasma. reaksi glikolisis merupakan reaksi dasar pada tahapan respirasi baik secara aerob maupun anaerob. dan perlu diketahui bahwa reaksi glikolisis berlangsung tanpa melibatkan senyawa oksigen. terbentuknya dua asam piruvat sebagai produk akhir pemecahan glukosa, reaksi glikolisis berlangsung dalam sepuluh tahapan. berikut rinciannya:

a. Glukosa menjadi Glukosa 6-P

tahapan pertama ialah menambahkan gugus phospat pada atom karbon nomor enam senyawa glukosa. reaksi ini dikatalisis oleh enzim heksokinase. gugus phospat diperoleh dengan memecah senyawa ATP menjadi ADP.

b. Glukosa 6-P menjadi Fruktosa 6-P

Glukosa dan fruktosa adalah isomer. Reaksi selanjutnya ialah mengubah glukosa 6-P menjadi isomernya yaitu fruktosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis enzim glukosa 6-P isomerase.

c. Fruktusa 6–P menjadi Fruktosa 1,6–P

Setelah diubah dalam bentuk isomernya, fruktosa 6-P kemudian akan mendapatkan tambahan gugus phospat yang diperoleh dengan cara yang sama, yaitu memecah senyawa ATP menjadi ADP. ATP adanya senyawa kimia berenergi tinggi. Phosphat dari pemecahan ATP ini ditambahkan pada atom karbon nomor satu pada senyawa fruktosa. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim yang serupa pada tahapan awal yaitu kinase.

d. Pemecahan Fruktosa 1,6-P

Fruktosa 1,6-P akan dipecah menjadi dua molekul senyawa berkarbon tiga, yaitu dihidroksi aseton phospat (DHAP) dan gliseraldehid 3-P (PGAL). Pemecahan ini dikatalisis oleh enzim aldolase.

e. Isomerase DHAP Menjadi PGAL

DHAP yang terbentuk akan diubah menjadi bentuk isomernya yaitu PGAL dengan bantuan enzim isomerase. Dengan demikian, akan terbentuk 2 molekul gliseraldehid 3-P.

f. Oksidasi 3PGAL menjadi 1,3 PGA

Reaksi selanjutnya merupakan reaksi redoks. Untuk setiap molekul gliseraldehid 3-P (PGAL) akan dioksidasi dan difosforilasi sehingga membentuk senyawa 1,3-phosphogliserat (PGA). Gugus phospat yang ditambahkan diperoleh dari ion phospat inorganik di sitoplasma. Sementara ion hidrogen darioksidasi senyawa ini akan didonorkan ke senyawa NAD membentuk NADH. Dengan demikian, total NADH yang terbentuk dari satu molekul glukosa ialah dua mol NADH. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim dehidrogenase.

Baca Juga:  Soal Biologi Kelas 12 Tentang Enzim

g. Terbentuknya Energi Pertama

Pelepasan gugus molekul pada atom karbon pertama senyawa 1,3-PGA menjadi senyawa 3-PGA yang dikatalisis oleh enzim kinase. Gugus phosphat yang dibebaskan akan ditangkap oleh senyawa ADP membentuk ATP. Dengan demikian dua molekul ATP (dari satu molekul glukosa) yang merupakan senyawa berenergi tinggi terbentuk dari reaksi ini.

h. Mutasi Phospat

Gugus phospat pada molekul 3-PGA akan dimutasikan yang dikatalisis oleh enzim mutase menjadi senyawa 2-PGA. Pada reaksi ini hanya terjadi pemindahan gugus phosphat dari ataom karbon nomor tiga ke atom karbon nomor dua.

i. Pelepasan Air

Enzim enolase mengkatalisis pelepasan ion hidrogen dari senyawa 2-PGA membentuk senyawa Phospoenol Piruvat (PEP). Ion hidrogen yang dibebaskan akan membentuk senyawa air sebagai produk samping.

j. Pembebasan Energi Kedua

tahapan akhir dari reaksi glikolisis ialah pembebasan energi dari molekul PEP. gugus phosphat akan dilepaskan dan ditangkap oleh ADP sehingga terbentuk ATP. sementara, asam piruvat menjadi produk akhir reaksi ini. enzim piruvat kinase mengakatalisis reaksi pemecahan ini. dengan demikian pada tahap akhir ini akan terbentuk dua mol senyawa asam piruvat dan dua mol ATP.

Mari kita kalkulasikan hasil pemecahan glukosa pada glikolisis di sitoplasma. Untuk setiap pemecahan satu molekul glukosa akan menghasilkan dua molekul asam piruvat, dua mol ATP, dua mol NADH, dan dua mol air. Dua mol ATP adalah hasil netto dari seluruh tahapan glikolisis. pada tahap awal glikolosis (a-d) adalah tahapan yang memerlukan ATP, sementara tahapan kedua (e-j) adalah tahapan pembayaran. Dengan demikian dua mol ATP yang dihasilkan dari glikolisis adalah netto ATP setelah dibayarkan untuk tahapan awal. Tahapan glikolisis menghasilkan dua mol asam piruvat yang akan digunakan sebagai substrat reaksi yang akan berlangsung di mitokondria tahapan aerob pada reaksi respirasi aerob.

2. Dekarboksilasi Oksidatif (DO)

Reaksi DO merupakan reaksi pemecahan dua asam piruvat hasil glikolisis menjadi senyawa berkarbon dua, dua molekul asetyl co-A. Selain itu, akan dibebaskan pula dua molekul senyawa karbondioksida. Reaksi ini berlangsung di membran mitokondria. setelah selesai salam reaksi glikolisis, asam piruvat akan memasuki mitokondria. Asam piruvat akan dipecah dengan dikatalisis oleh enzim dekarboksilase. Karbon yang dilepaskan akan dibebaskan sebagai karbondioksida, sementara asetyl akan ditambahkan co-A sehingga menjadi asetyl co-A untuk memasuki reaksi berikutnya. Pada reaksi ini pula akan dihasilkan 1 mol NADH untuk tiap mol asam piruvat yang masuk.

Baca Juga:  Sejarah Penemuan Sel dari Tahap Ke Tahap

3. Siklus Krebs

Siklus krebs atau disebut juga siklus asam sitrat merupakan jalur reaksi siklik yang berlangsung di dalam matriks mitokondria. Reaksi ini merupakan aliran reaksi perubahan senyawa yang akan menghasilkan berbagai energi dalam bentuk tersimpan dalam senyawa lain. satu siklus krebs akan melibatkan satu mol asetyl co-A hasil dekarboksilasi. Dengan demikian, untuk satu molekul glukosa akan mengalami dua kali siklus krebs. Tahapan reaksi akan dijelaskan untuk satu molekul asetyl co-A. Berikut rinciannya:

a. Fiksasi Asetyl Co-A

Tahapan pertama pada reaksi ini ialah pengikatan asam asetil co-A hasil dari reaksi DO di membran mitokondia. Asetil co-A akan diikat oleh senyawa oksaloasetat yang terdapat di matriks mitokondria. Pengikatan asetyl co-A oleh oksaloasetat akan membentuk sitrat. Gugus co-A akan dilepas dengan bantuan enzim sitrat sintase.

b. Pembentukan Isositrat

Senyawa sitrat yang terbentuk kemudian akan diubah menadi isositrat dengan bantuan enzim akonitase.

c. Asam α-Ketoglutarat

Dekarboksilasi isositrat dikatalisis dengan enzim isositrat dehidrogenase menjadi asam ketoglutarat. Reaksi ini merupakan reaksi oksidasi dan reduksi (redoks) dimana satu atom karbon akan dilepaskan sebagai senyawa karbondioksida, dan ion hidrogen akan ditambahkan ke senyawa NAD menjadi NADH.

d. Suksinil Co-A

Reaksi serupa terjadi pada pembentukan suksinil co-A. Asam ketogluratat dioksidasi menjadi suksinil yang akan ditambahkan gugus co-A dengan bantuan enzim dehigrogenase. NAD akan direduksi menjadi NADH, sementara karbondioksida akan dilepaskan.

e. Suksinat

Pelepasan gugus co-A dari senyawa suksinil menjadi suksinat dibantu oleh enzim suksinil sintetase. Pada reaksi ini pula akan dibentuk senyawa berenergi tinggi dalam bentuk GTP yang setara dengan ATP.

f. Fumarat

Suksinat akan dioksidasi dengan bantuan enzim suksinat dehidrogenase menjadi fumarat. Atom hidrogen yang dilepas dari pemecahan senyawa suksinat menjadi donor bagi akseptor FAD sehingga dilepaskan dalam FADH2 yang merupakan senyawa penyimpan energi.

g. Malat

Enzim fumarase mengkatalisis pembentukan malat dari senyawa fumarat.

h. Oksaloasetat

Regenerasi oksaloasetat dilakukan untuk membentuk kembali senyawa oksaloasetat yang akan menfiksasi asetyl co-A yang lain. Reaksi pembentukan oksaloasetat ini dikatalisis oleh enzim malat dehidrogenase. Ion hidrogen yang dilepaskan akan ditangkap oleh NAD menjadi NADH. Dengan terbentuknya oksaloasetat menjadi penanda selesainya satu siklus reaksi krebs dan akan berulang untuk tiap asetyl co-A yang masuk.

Baca Juga:  Kumpulan Pantun Anak Bahasa Indonesia Terbaru

Rincian tahapan siklus krebs di atas adalah untuk satu molekul asetyl co-A. Dengan demikian, untuk tiap satu molekul glukosa akan menjalani dua siklus krebs. Sehingga hasil untuk satu molekul glukosa pada siklus krebs ialah melepaskan 4 mol karbondioksida, 2 mol ATP (GTP), 2 mol FADH2, dan 6 mol NADH.

4. Transfer elektron

Tahapan akhir dari respirasi aerob ialah “memanen” energi melalui serangkaian reaksi transfer elektron. reaksi ini berlangsung di membran dalam mitokondria yang melibatkan kompleks sitokrom (protein membran mitokondria). pada kegiatan raksi transfer elektron ini akan terbentuk senyawa berenergi tinggi (ATP) yang dihasilkan dari reaksi foforilasi oksidatif. reaksi ini akan menggunakan ion hidrogen yang diperoleh dari senyawa NADH dan FADH2 yang dihasilkan pada tahapan sebelumnya untuk menghasilkan ATP. Bagaimana ATP dihasilkan???

a. Oksidasi NADH

Total senyawa NADH yang dihasilkan mulai dari glikolisis sampai ke siklus krebs untuk satu molekul glukosa berjumlah 10 molekul (2 molekul glikolisis, 2 molekul DO, dan 6 molekul dari siklus krebs). Senyawa NADH akan dioksidasi menjadi NAD+ dan ion hidrogen yang akan melewati kompleks sitokrom. Hal ini akan memicu untuk pembentukan ATP pada kompleks ATP sintase. Untuk tiap satu molekul NADH yang teroksidasi akan menghasilkan sebanyak 3 ATP. Dengan demikian, satu molekul glukosa yang menghasilkan 10 molekul NADH akan menghasilkan 30 ATP.

b. Oksidasi FADH2

Senyawa FADH2 dihasilkan melalui siklus krebs. Satu molekul glukosa akan menghasilkan dua molekul senyawa FADH2. Ion hidrogen hasil oksidasi FADH2 akan dipompakan melalui komplek sitokrom. Satu mol hidrogen dari pemecahan FADH2 ini akan menghasilkan 2 molekul ATP. Dengan demikian total ATP yang dihasilkan dari oksidasi FADH2 per satu molekul glukosa ialah sebanyak 4 ATP.

c. Total ATP Respirasi Aerob

Oke, mari kita hitung berapa banyak energi yang dihasilkan dari pembakaran satu molekul glukosa. Berikut rinciannya:

– 2 mol ATP dari glikolisis
– 2 mol ATP dari siklus krebs
– 34 mol ATP dari transfer elektron

Dengan demikian total ATP yang dihasilkan dari satu molekul glukosa melalui respirasi aerob ialah sebanyak 38 ATP. Pada kelompok eukariotik, 2 mol ATP akan digunakan untuk melewati membran mitokondria. Dengan demikian jumlah akhir pada kelompok eukariotik ialah 36 mol ATP.