Respirasi adalah proses penguraian zat kompleks disertai dengan pembebasan energi kimia yang dapat terjadi dengan atau tanpa oksigen bebas. Respirasi dibagi menjadi dua, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob. Respirasi aerob menggunakan oksigen bebas, sedangkan respirasi anaerob tidak menggunakan oksigen bebas.
Pada umumnya zat kompleks yang diuraikan adalah karbohidrat berupa glukosa. Pada reaksi ini glukosa direaksikan dengan oksigen. Produk dari kedua rektan ini berupa kerbon dioksida, air, dan energi kimia (Adenosin Tri Phosphat, ATP) yang digunakan untuk beraktivitas dan biosintesis. Reaksi respirasi aerob dengan glukosa sebagai zat kompleks:
A. TAHAPAN RESPIRASI AEROB
a. Glikolisis
Glikolisis adalah proses pemecahan glukosa dengan bantuan enzim sehingga menghasilkan 2 molekul piruvat. Enzim merupakan senyawa organik yang berfungsi sebagai biokatalisator. Glikolisis berlangsung di sitoplasma. Tahapannya sebagai berikut:
1. Glukosa masuk ke sel dan difosforilasi dengan enzim heksokinase dan menghasilkan glukosa 6-fosfat. Reaksi ini memerlukan energi yang diperoleh dari perubahan ATP menjadi ADP.
2. Glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim fosfoglukoisomerase menjadi bentuk isomernya berupa fruktosa 6-fosfat.
3. Fruktosa 6-fosfat diubah oleh enzim fosfofruktokinase dengan bantuan energi dari hasil perubahan ATP ke ADP menjadi fruktosa 1,6-bifosfat.
4. Fruktosa 1,6-bifosfat diuraikan oleh enzim aldolase menjadi 2 molekul berkarbon 3, yaitu dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida fosfat (PGAL).
5. Enzim isomerase mengkatalis perubahan bolak-balik dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida fosfat sehingga mendorong kesetimbangan diantara kedua berkarbon-tiga tersebut ke arah gliseraldehida fosfat. Jadi, disini terbentuk 2 molekul gliseraldehida fosfat.
6. Masing-masing gliseraldehida fosfat diubah menjadi 1,3-bifosfogliserat dengan bantuan enzim triosafosfat dehidrogenase. Pada tahap ini terjadi transfer elektron sehingga NAD (Nikotinamida Adenin Dinukleotida) berubah menjadi NADH+, serta fiksasi fosfat anorganik dari sitosol.
7. 1,3-bifosfogliserat diubah menjadi 3-fosfogliserat (PGA) oleh enzim fosfoglisero kinase. Pada tahap ini terjadi pembentukan 2 molekul ATP melalui transfer gugus fosfat -yang sudah ditambahkan pada tahap sebelumnya- ke ADP.
8. 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat karena enzim fosfogliseromutase merelokasikan gugus fosfatnya.
9. 2-fosfogliserat oleh enzim enolase diubah menjadi 2-fosfoenol piruvat (PEP) disertai pembebasan 2 molekul air (H2O).
10. 2-fosfoenol piruvat (PEP) dirubah menjadi asam piruvat oleh enzim piruvatkinase. Disini terjadi transfer gugus fosfat dari PEP ke ADP, sehingga ADP berubah menjadi ATP.
b. Siklus Krebs
Sebelum memasuki siklus Krebs, asam piruvat terlebih dahulu mengalami dekarboksilasi oksidatif di dalam mitokondria. Pada peristiwa tersebut terjadi perubahan asam piruvat menjadi molekul asetil-KoA dengan enzim piruvat dehidrogenase kemudian menghasilkan 1 molekul NADH dan 1 molekul karbondioksida (CO2).
Siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria, dimulai ketika kelompok asetil berikatan dengan asam oksalaoasetat membentuk asam sitrat dengan bantuan enzim sitrat sintase. Sementara itu koenzim A dilepas dan siap kembali bergabung dengan asam piruvat yang lain.
Selanjutnya asam sitrat diubah menjadi asam isositrat oleh enzim akonitase. Lalu pada perubahan asam isositrat menjadi asam α-ketoglutarat dengan bantuan enzim isositrat dehidrogenase, terjadi pelepasan CO2 dan reduksi NAD+ menjadi NADH. Hal ini terjadi pula pada satu tahap selanjutnya, yaitu perubahan asam α-ketoglutarat menjadi suksinil-KoA dengan bantuan enzim α-ketoglutarat dehidrogenase. Selanjutnya suksinil- KoA berubah menjadi suksinat dengan bantuan enzim suksinil-KoA sintase disertai pembentukan ATP dari ADP + P. Kemudian dengan bantuan enzim suksinat dehidrogenase, suksinat dirubah menjadi fumarat disertai reduksi FAD (Flavin Adenin Dinukleotida) melalui penambahan 2 ion H+ membentuk FADH2.
Selanjutnya fumarat dengan bantuan enzim fumarase dan molekul H2O, diubah menjadi asam malat. Akhirnya asam malat diubah menjadi asam oksalaoasetat dengan bantuan enzim malat dehidrogenase disertai reduksi NAD+ menjadi NADH. Asam oksalaoasetat ini selanjutnya akan bergabung lagi dengan asetil-KoA yang lain untuk kembali melakukan siklus (kembali pada tahap awal siklus Krebs).
c. Transfer Elektron
Transfer elektron merupakan peristiwa pemindahan elektron dan ion hidrogen (H+). Elektron tersebut dibawa oleh NADH dan FADH dari satu substrat ke substrat lain secara berantai disertai dengan pembentukan ATP melalui proses fosforilasi oksidatif. Transfer elektron berlangsung di membran dalam mitokondria.
Setiap molekul NADH yang memasukkan rantai transfer elektron akan menghasilkan 3 molekul ATP dan setiap molekul FADH2 akan menghasilkan 2 molekul ATP. Sehingga dari penguraian 1 molekul glukosa didapatkan adalah 38 ATP dengan rincian:
· Glikolisis: 2 ATP + 2 NADH
· Dekarboksilasi Oksidatif: 2 NADH
· Siklus Krebs: 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH
∑ ATP = 4 ATP + 10 NADH + 2 FADH
∑ ATP = 4 ATP + (10 x 3 ATP) + (2 x 2 ATP)
∑ ATP = 4 ATP + 30 ATP + 4 ATP
∑ ATP = 38 ATP
Jika lemak digunakan sebagai sumber energi, maka gliserol akan diubah menjadi PGAL dan masuk ke jalur glikolisis. Asam lemak juga akan diubah menjadi asetil-KoA sehingga masuk ke jalur respirasi untuk dioksidasi di dalam mitokondria. Asam amino dari protein dapat diperoleh melalui proses deaminasi. Selanjutnya asam amino akan memmasuki jalur respirasi.
B. RESPIRASI ANAEROB
Respirasi anaerob disebut juga fermentasi. Fermentasi berawal dari glikolisis yang menghasilkan 2 molekul asam piruvat. Kemudian setiap molekulnya akan menjalani fermentasi. Contoh dari fermentasi ialah fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat. Energi yang dihasilkan dari proses fermentasi hanya 2 ATP, jauh lebih sedikit dari hasil proses respirasi aerob.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar