Postingan sebelumnya kita sudah membahas cukup detil mengenai metabolisme dan enzim. Nah, postingan kali ini akan membahas mengenai Respirasi Aerob (untuk yang Anaerob nanti dulu ya, sabar). Apa? Belum baca postingan sebelumnya? Nih, Baca Di Sini!
Mungkin kau sudah pernah mendengar kata Respirasi, kan? Ya, tentu pada dikala mempelajari materi Sistem Pernapasan, sering kali istilah Respirasi disamakan dengan Pernapasan. Ingatan yang bagus! (ingatan saya).
[gambar 1. Ilustrasi Respirasi Seluler]
Respirasi bahwasanya merujuk pada istilah yang lebih dalam dari sekadar pernapasan (Ventilasi). Lalu apa itu Respirasi?
"Respirasi yaitu proses pemecahan molekul organik yang dilakukan oleh sel untuk menghasilkan energi"
Proses ini biasanya melibatkan oksigen, maka disebut Respirasi Aerob. Dengan oksigen, pemecahan molekul organik tersebut sanggup berjalan optimal dan menghasilkan energi yang besar. Itulah mengapa dalam bernapas, kita selalu memerlukan Oksigen. Apabila keberadaan oksigen terbatas, respirasi aerob akan sulit berjalan. Kondisi ini bukan problem bagi beberapa jenis mikroorganisme yang sanggup melaksanakan respirasi tanpa oksigen bebas, atau disebut Respirasi Anaerob.
Lalu ...Siapakah Pelaku Respirasi Aerob?
Respirasi aerob dilakukan oleh semua organisme tingkat tinggi (hewan dan tumbuhan) dan semua organisme eukariotik yang membutuhkan oksigen dalam memecah senyawa organik untuk menghasilkan energi. Katakanlah, contohnya Manusia. Manusia melaksanakan respirasi secara aerobik. Respirasi tersebut berlangsung di dalam sel.
Sel membutuhkan perangkat berupa mitokondria untuk sanggup melaksanakan respirasi secara aerobik. Sebab di dalamnya tersedia alat dan materi untuk menjalankan proses tersebut. Berjalannya respirasi aerob pada sel eukariotik sekurangnya membutuhkan sitoplasma, membran dalam mitokondria, matriks mitokondria, dan krista mitokondria.
[gambar 2. Mitokondria dan Bagiannya]
Perhatikan gambar struktur mitokondria di atas. Cermati letak bagian-bagian yang merupakan pelaku respirasi aerob.
Bahasa Inggeris? Gak ngerti? Bodo ye ...Kamu kalau mau sainsnya berkembang minimal bahasa Inggris jangan Edge amat.
Oke, kini kita udah sama-sama tahu di mana respirasi aerob itu terjadi. Sekarang, Apa Saja Bahan Untuk Proses Respirasi Aerob?
Bahan untuk respirasi aerob sanggup kau lihat dari rumus umum reaksinya. Tahukah kau dengan rumus yang sangat terkenal di bawah ini?
[gambar 3. Rumus Respirasi Glukosa]
Ya, itu yaitu rumus umum respirasi aerob untuk molekul glukosa. Rumus itulah yang menjelaskan kepada kita secara sederhana mengapa dikala bernafas kita menghirup oksigen kemudian menghembuskan karbondioksida dan uap air. Tapi dari rumus sederhana itu juga kita sanggup mengetahui bahwa materi untuk proses Respirasi Aerob yaitu glukosa dan oksigen.
Selain itu, beberapa zat menyerupai enzim, koenzim, energi (ADP, ATP, dan GDP), Asam, dan beberapa lainnya juga diharapkan untuk mendukung proses respirasi aerob. Zat-zat tersebut digunakan untuk membentuk senyawa perantara, penyimpan elektron (NADH2 dan FADH2 selanjutnya disebut NADH dan FADH saja), dan molekul energi (ATP) sebagai produk reapirasi aerob.
Bagaimana Proses Respirasi Aerob Berlangsung?
Respirasi Aeorb berlangsung melalui empat tahapan utama, yang secara singkat sanggup dijelaskan berikut ini:
1. Glikolisis
Glikolisis merupakan pemecahan glukosa menjadi asam organik yang lebih sederhana. Dalam perkara ini, glukosa dipecah menjadi molekul asam piruvat. Proses ini berlangsung di Sitoplasma, oleh karenanya hampir semua sel sanggup melaksanakan proses ini, termasuk prokariota. Glikolisis menjadi langkah awal dari setiap proses respirasi glukosa, baik yang aerobik maupun anaerobik. Berikut ini proses Glikolisis yang dinyatakan dalam skema alir:
[Gambar 4. Proses glikolisis]
Setiap zat yang berada diujung anak panah yaitu produk Glikolisis. Maka sanggup dikatakan bahwa sesudah proses Glikolisis akan dihasilkan produk berupa 2 Asam Piruvat, 4 ATP, dan 2 NADH. Namun, ada kaidah yang perlu kau ketahui, bahwa tidak semua 4 ATP dinyatakan sebagai produk Glikolisis, tetapi hanya 2 ATP saja. Mengapa? Sebab 2 ATP lainnya digunakan untuk "membayar" 2 ATP yang telah digunakan pada tahap-tahap awal Glikolisis (perhatikan tahap awal Glikolisis memakai 2 ATP).
Pada setiap perubahan senyawa pada Glikolisis hingga mencapai produk selesai berupa asam piruvat, proses memerlukan berbagai enzim. Enzimnya sanggup kau lihat di setiap tahapan
Dapatkah kau menyatakan Glikolisis secara sederhana? Kalau saya sih bisa. Nih, secara sederhana Glikolisis itu adalah:
1. pemecahan glukosa
2. terjadi di sitoplasma
3. materi berupa glukosa (C6H12O6)
4. produk berupa 2 asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH
5. prosesnya sebagai berikut:
[Gambar 5. Bagan Alir Sederhana Glikolisis]
Selanjutnya, 2 molekul asam piruvat yang dihasilkan akan dibawa masuk ke dalam matriks mitokondria, namun dalam perjalanannya melewati membran dalam mitokondria, asam piruvat tadi diubah menjadi asetil koenzim A melalui proses yang disebut Dekarboksilasi Oksidatif.
2. Dekarboksilasi Oksidatif (DO)
Dekarboksilasi merupakan proses melepaskan sebagian gugus karbon (C) dari suatu senyawa sehingga senyawa tersebut kehilangan sebagian dari atom karbonnya. Pada respirasi aerob, Dekarboksilasi Oksidatif menawarkan proses pelepasan gugus karbon dalam bentuk karbondioksida (CO2) dari molekul asam piruvat hasil glikolisis. Peristiwa ini terjadi selama perjalanan asam piruvat melewati membran dalam mitokondria (menuju matriks).
Selain pelepasan gugus karbon, pada proses ini terjadi juga penambahan gugus Koenzim A ke dalam senyawa asam piruvat tersebut. Sehingga boleh dinyatakan bahwa gugus karbon yang dilepaskan digantikan oleh Koenzim A. Sehingga pada tahap selesai dihasilkan senyawa Asetil Koenzim A (Asetil Ko-A).
[Gambar 6. Proses Dekarboksilasi Oksidatif]
Dari gambar di atas, silakan kau simpulkan sendiri apa saja produk dari proses Dekarboksilasi Oksidatif!
Okelah kalau begitu, secara sederhana proses Dekarboksilasi Oksidatif dikenal sebagai berikut:
1. pelepasan gugus C Asam Piruvat
2. terjadi di Membran Dalam Mitokondria
3. materi berupa 2 molekul Asam Piruvat
4. produk berupa 2 Asetil Ko-A, 2 CO2, dan 2 NADH
5. prosesnya sebagai berikut:
[Gambar 7. Bagan Alir Sederhana DO]
Hal yang penting juga yaitu mengetahui jumlah karbon pada senyawa hasil respirasi. Pada tahap glikolisis, glukosa yang berkarbon 6 dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, itu berarti setiap asam piruvat mempunyai hanya 3 atom karbon (6 dibagi 2), kan? Nah, sesudah masuk ke proses DO, setiap molekul asam piruvat diubah menjadi asetil koenzim A dengan cara dilepaskan satu atom karbonnya dalam bentuk CO2, maka asetil koenzim A hanya mempunyai 2 atom karbon (3 dikurang 1).
Nyambung? Nggak? Kenapa? Signal Edge? Makanya Pakai Indomie!
Selanjutnya, Asetil Ko-A akan memasuki tahap Siklus Krebs di dalam matriks mitokondria.
3. Siklus Krebs (Daur Asam Sitrat)
Siklus Krebs merupakan reaksi kimia berputar dari Oksaloasetat menjadi Asam Sitrat kemudian kembali menjadi Oksaloasetat. Oleh alasannya yaitu itu Siklus Krebs disebut juga Siklus Asam Sitrat. Dalam perputaran Asam Sitrat tersebut terjadi reaksi pembentukan energi, inilah tahapan pentingnya. Proses ini terjadi di dalam Matriks Mitokondria dengan materi utama asetil koenzim A.
Asetil Ko-A bereaksi dengan Oksaloasetat (senyawa berkarbon 4) membentuk Asam Sitrat (senyawa berkarbon 6). Kemudian disikluskan menjadi Oksaloasetat kembali (lihat Gambar 8). Siklus ini secara normal berjalan sebanyak dua kali (2x) untuk 1 molekul glukosa. Secara normal untuk 1 molekul glukosa yang dipecah, asetil ko-A yang terbentuk dan masuk ke Siklus Krebs sebanyak 2 molekul, oleh alasannya yaitu itu Siklus Krebs berjalan 2x siklus.
Berdasarkan gambar di atas, kau sanggup mengidentifikasi bahwa hasil selesai dari Siklus Krebs. Jika Siklus Krebs berjalan sebanyak 2 siklus penuh, maka hasil jadinya berupa 6 NADH, 2 FADH, 2 ATP, dan 4 CO2. Sekarang, bagaimana jikalau Siklus Krebs berjalan sebanyak 1 siklus atau 3 siklus dan seterusnya? Dapatkah kau mengidentifikasi hasil akhirnya? Kalau saya sih, bisa.
Secara sederhana, Siklus Krebs dijelaskan sebagai berikut:
1. siklus asam sitrat
2. terjadi di Matriks Mitokondria
3. materi berupa 2 asetil ko-A
4. produk berupa 6 NADH, 2 FADH, 2 ATP, dan 4 CO2
Jika kau amati dengan teliti, produk Siklus Krebs ini tidak ada yang berupa senyawa organik berkarbon sebagai mana tahapan-tahapan sebelumnya. Sehingga boleh dikatakan bahwa glukosa pada selesai tahap ini sudah diuraikan secara sempurna. Namun, Respirasi Aerob tidak berhenti di sini, kau tahu kenapa?
Ya, kita membahas respirasi aerob, tapi kita belum bicara perihal Oksigen. Lalu, di mana Oksigen akan terlibat? Hayo dimanaaaaa? Jawabnya ada di ujung langit, kita ke sana dengan seorang anak. Eh kok sambil nyanyi sih bacanya? 90-an! wkwkwk
Oke serius temen-temen, Oksigen akan digunakan untuk mengoksidasi senyawa penyimpan elektron sementara, NADH dan FADH yang dihasilkan semenjak glikolisis hingga Siklus Krebs, membentuk senyawa yang sangat terkenal, H2O. Proses ini dikenal dengan Rantai Transpor Elektron.
4. Rantai Transpor Elektron
Pernah mendengar kata elektron? Apa yang terbesit di pikiranmu dikala mendengar kata elektron? Kalau saya sih mikirnya sesuatu yang amat kecil yang tidak kelihatan. Ghaib bro!
Lucunya, elektron ini meski ghaib, hampir semua orang percaya keberadaannya, tapi tidak sedikit dari mereka yang malah tidak percaya kepada tuhan. Aneh kan? Otaknya gak diajak berpikir sih, atau bahwasanya diajak tapi otaknya gak mau. hahaha
Oke, balik maning.
Rantai Transpor Elektron (selanjutnya disebut RTE) meruapakan proses pemindahan elektron dari pengikat elektron sementara ke peserta elektron terakhir. Dalam perkara ini elektron dipindahkan dari NADH dan FADH ke O2, dimana O2 akan berikatan dengan atom H dari NADH dan FADH membentuk molekul H2O.
Pemindahan elektron tersebut tidak terjadi spontan, melainkan melalui prosedur transpor bertingkat yang cukup panjang melewati suatu rantai enzim kompleks yang disebut sitokrom. Imbasnya, selama transpor tersebut, ada molekul-molekul ATP yang terbentuk dari lompatan eletron di sitokrom. Inilah yang dimaksud dengan RTE.
RTE berlangsung di sepanjang Krista (membran dalam mitokondria yang membentuk lekukan). Krista menyediakan lebih banyak membran untuk lingkungan yang terbatas, sehingga lebih banyak ruang bagi RTE untuk berlangsung. Berikut skema RTE:
[Gambar 9. Rantai Transpor Elektron]
Berdasarkan gambar di atas kita mengetahui bahwa NADH dan FADH melepaskan elektronnya kemudian elektron tersebut berpindah secara sedikit demi sedikit melewati sitokrom sehingga menghasilkan ATP. Setelah melewati sitokrom, O2 berikatan dengan hidrogen dari NADH dan FADH tersebut sehingga terbentuklah molekul H2O.
Tahukah kau kalau transpor elektron dari NADH menghasilkan ATP dengan jumlah lebih besar dari FADH? Tetapi menghasilkan molekul H2O dengan jumlah yang sama. Dimanakah letak perbedaan keduanya sehingga menghasilkan energi yang berbeda tetapi jumlah H2O sama?
Perhatikan kembali gambar di atas dengan seksama.
1 jam kemudian ...
Oke lah, kini jelaskan apa yang kau dapatkan?
Nani?! Belum sanggup apa-apa? Ya sudah lah, Everything's gonna be okay.
Baik, ternyata NADH memulai transpor lebih awal dibandingkan dengan FADH, struktur NADH menyebabkan molekul tersebut sanggup memulai RTE semenjak awal. Akibatnya, transpor elektron dari NADH akan menggerakkan lebih banyak hidrogen melalui pompa hidrogen. Untuk setiap elektron dari NADH yang ditranspor sepanjang sitokrom akan memindahkan 3 molekul Hidrogen, kemudian molekul hidrogen tersebut akan melintask kembali melalui pompa proton dan melepaskan 3 molekul ATP. Sedangkan FADH memulai transpor elektron tidak dari awal dan hanya memungkinkan memindahkan 3 atom hidrogen, sehingga di selesai hanya melepaskan 2 molekul ATP. Inilah yang mendasari mengapa NADH dalam RTE akan menghasilkan 3 ATP sedangkan FADH hanya 2 ATP.
Namun, baik NADH dan FADH mempunyai nilai yang sama untuk membentuk H2O. Bagaimana penjelasannya?
Oke, di awal saya sudah menyebutkan bahwa NADH dan FADH itu bahwasanya NADH2 dan FADH2 (saya menyebutnya NADH dan FADH saja semoga lebih gampang diingat). Molekul H2 pada masing-masing senyawa akan diikat oleh O2 sehingga membentuk H2O. Ada sekitar 10 H2 dari NADH2 dan 2 H2 dari FADH 2, itu berarti ada 24 atom H+ yang akan berikatan dengan O2.
24 H+ + 6 O2 ----> 12 H2O
catatan: dari 12 H2O yang terbentuk, 6 H2O digunakan selama siklus krebs, sehingga hasil higienis RTE hanya 6 H2O. Oleh alasannya yaitu itu, boleh saja kita menyampaikan bahwa dari 10 NADH dan 2 FADH akan melepaskan 12 atom H dan bersama oksigen membentuk 6 H2O (kita ambil setengahnya saja).
Ada sekitar 10 NADH dan 2 FADH yang masuk ke RTE ini, namun jumlah tersebut tidak lah pasti. Setelah RTE selesai, maka akan ditemukan 34 ATP dan 6 H2O.
Bagaimana jikalau yang masuk ada 23 NADH, berapakah ATP yang terbentuk?
Atau
Setelah siklus Krebs, ditemukan hanya ada 28 NADH, berapakah ATP dan H2O yang terbentuk sesudah melewati RTE? Hitung sendiri ya..
Yossha!
Secara sederhana, RTE dijelaskan sebagai berikut:
1. merupakan transpor hidrogen (elektron) dari penyimpan sementara (NADH dan FADH) ke penyimpan terakhir (O2).
2. terjadi di Krista Mitokondria
3. bahan: 10 NADH, 2 FADH, 6O2
4. produk: 10 NADH + O2 --> 30 ATP + 5H2O
2 FADH + O2 ---> 4 ATP + 1 H2O
Demikianlah proses Respirasi Aerob berlangsung di dalam sel. Sangat panjang, bukan? Namun ini barulah klarifikasi sederhana setiap rincian tahapan Respirasi Aerob.
Oke, untuk membantu kau mengingat respirasi aerob ini, secara sederhana dijelaskan dalam skema dan tabel berikut ini:
[Gambar 11. Bagan Alir Sederhana Respirasi Aerob]
[Tabel 1. Produk Tahapan Respirasi Aerob]
Apakah ini bermanfaat? Mudah-mudahan, ya.
Itulah klarifikasi mengenai Respirasi Aerob yang sanggup saya sampaikan. Semoga harimu bahagia, meski bersamanya. Eh, anu, saya sanggup jelaskan ...
