METABOLISME BAGIAN 2

Senin, Oktober 22, 2018 ・0 comments ・Topic： aerob ATP Dekarboksilasi Electron Chain energi FADH glikolisis karbondioksida katabolisme Krebs matriks metabolisme SMA Mitokondria NADH proses respirasi sintesis Transor Elektron transport zat UN

RESPIRASI AEROB

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 kamu sudah pernah mendengar kata Respirasi, kan?
Ya, tentu pada saat mempelajari materi Sistem Pernapasan, sering kali istilah Respirasi disamakan dengan Pernapasan. Ingatan yang bagus! (ingatan saya).

[gambar 1. Ilustrasi Respirasi Seluler]

Respirasi sebenarnya merujuk pada istilah yang lebih dalam dari sekadar pernapasan (Ventilasi). Lalu apa itu Respirasi?

"Respirasi adalah 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 dapat 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 masalah bagi beberapa jenis mikroorganisme yang dapat melakukan 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, misalnya Manusia. Manusia melakukan respirasi secara aerobik. Respirasi tersebut berlangsung di dalam sel.

Sel membutuhkan perangkat berupa mitokondria untuk dapat melakukan respirasi secara aerobik. Sebab di dalamnya tersedia alat dan bahan 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, sekarang kita udah sama-sama tahu di mana respirasi aerob itu terjadi. Sekarang, Apa Saja Bahan Untuk Proses Respirasi Aerob?

Bahan untuk respirasi aerob bisa kamu lihat dari rumus umum reaksinya. Tahukah kamu dengan rumus yang sangat populer di bawah ini?

[gambar 3. Rumus Respirasi Glukosa]

Ya, itu adalah rumus umum respirasi aerob untuk molekul glukosa. Rumus itulah yang menjelaskan kepada kita secara sederhana mengapa saat bernafas kita menghirup oksigen lalu menghembuskan karbondioksida dan uap air. Tapi dari rumus sederhana itu juga kita dapat mengetahui bahwa bahan untuk proses Respirasi Aerob adalah glukosa dan oksigen.

Selain itu, beberapa zat seperti enzim, koenzim, energi (ADP, ATP, dan GDP), Asam, dan beberapa lainnya juga diperlukan 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 dapat dijelaskan berikut ini:

1. Glikolisis

Glikolisis merupakan pemecahan glukosa menjadi asam organik yang lebih sederhana. Dalam kasus ini, glukosa dipecah menjadi molekul asam piruvat. Proses ini berlangsung di Sitoplasma, oleh karenanya hampir semua sel dapat melakukan 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 bagan alir:

[Gambar 4. Proses glikolisis]

Setiap zat yang berada diujung anak panah adalah produk Glikolisis. Maka dapat dikatakan bahwa setelah proses Glikolisis akan dihasilkan produk berupa 2 Asam Piruvat, 4 ATP, dan 2 NADH. Namun, ada kaidah yang perlu kamu ketahui, bahwa tidak semua 4 ATP dinyatakan sebagai produk Glikolisis, tetapi hanya 2 ATP saja. Mengapa? Sebab 2 ATP lainnya dipakai untuk "membayar" 2 ATP yang telah digunakan pada tahap-tahap awal Glikolisis (perhatikan tahap awal Glikolisis menggunakan 2 ATP).

Pada setiap perubahan senyawa pada Glikolisis hingga mencapai produk akhir berupa asam piruvat, proses memerlukan banyak sekali enzim. Enzimnya bisa kamu lihat di setiap tahapan

Dapatkah kamu menyatakan Glikolisis secara sederhana? Kalau saya sih bisa. Nih, secara sederhana Glikolisis itu adalah:

1. pemecahan glukosa

2. terjadi di sitoplasma

3. bahan 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 menunjukkan 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 akhir dihasilkan senyawa Asetil Koenzim A (Asetil Ko-A).

Okelah kalau begitu, secara sederhana proses Dekarboksilasi Oksidatif dikenal sebagai berikut:

1. pelepasan gugus C Asam Piruvat

2. terjadi di Membran Dalam Mitokondria

3. bahan berupa 2 molekul Asam Piruvat

4. produk berupa 2 Asetil Ko-A, 2 CO2, dan 2 NADH

5. prosesnya sebagai berikut:

[Gambar 6. Bagan Alir Sederhana DO]

Hal yang penting juga adalah 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 memiliki hanya 3 atom karbon (6 dibagi 2), kan? Nah, setelah 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 memiliki 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 karena 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 bahan 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 karena itu Siklus Krebs berjalan 2x siklus.

[Gambar 8. Siklus Krebs]

Berdasarkan gambar di atas, kamu bisa mengidentifikasi bahwa hasil akhir dari Siklus Krebs. Jika Siklus Krebs berjalan sebanyak 2 siklus penuh, maka hasil akhirnya berupa 6 NADH, 2 FADH, 2 ATP, dan 4 CO2. Sekarang, bagaimana jika Siklus Krebs berjalan sebanyak 1 siklus atau 3 siklus dan seterusnya? Dapatkah kamu mengidentifikasi hasil akhirnya? Kalau saya sih, bisa.

Secara sederhana, Siklus Krebs dijelaskan sebagai berikut:

1. siklus asam sitrat

2. terjadi di Matriks Mitokondria

3. bahan berupa 2 asetil ko-A

4. produk berupa 6 NADH, 2 FADH, 2 ATP, dan 4 CO2

Jika kamu 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 akhir tahap ini sudah diuraikan secara sempurna. Namun, Respirasi Aerob tidak berhenti di sini, kamu tahu kenapa?

Ya, kita membahas respirasi aerob, tapi kita belum bicara tentang 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 sejak glikolisis sampai 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 saat 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 sebenarnya diajak tapi otaknya gak mau. hahaha

Oke, balik maning.

Rantai Transpor Elektron (selanjutnya disebut RTE) meruapakan proses pemindahan elektron dari pengikat elektron sementara ke penerima elektron terakhir. Dalam kasus 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 mekanisme 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 bertahap melewati sitokrom sehingga menghasilkan ATP. Setelah melewati sitokrom, O2 berikatan dengan hidrogen dari NADH dan FADH tersebut sehingga terbentuklah molekul H2O.

Tahukah kamu 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, sekarang jelaskan apa yang kamu dapatkan?

Nani?! Belum dapat 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 dapat memulai RTE sejak 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 akhir 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 memiliki nilai yang sama untuk membentuk H2O. Bagaimana penjelasannya?

Oke, di awal saya sudah menyebutkan bahwa NADH dan FADH itu sebenarnya NADH2 dan FADH2 (saya menyebutnya NADH dan FADH saja agar lebih mudah 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 dipakai selama siklus krebs, sehingga hasil bersih RTE hanya 6 H2O. Oleh karena itu, boleh saja kita mengatakan 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 jika yang masuk ada 23 NADH, berapakah ATP yang terbentuk?

Atau

Setelah siklus Krebs, ditemukan hanya ada 28 NADH, berapakah ATP dan H2O yang terbentuk setelah 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 penjelasan sederhana setiap rincian tahapan Respirasi Aerob.

Oke, untuk membantu kamu mengingat respirasi aerob ini, secara sederhana dijelaskan dalam bagan dan tabel berikut ini:

[Gambar 11. Bagan Alir Sederhana Respirasi Aerob]

[Tabel 1. Produk Tahapan Respirasi Aerob]

Apakah ini bermanfaat? Mudah-mudahan, ya.

Itulah penjelasan mengenai Respirasi Aerob yang dapat saya sampaikan. Semoga harimu bahagia, meski bersamanya. Eh, anu, aku bisa jelaskan ...

RESPIRASI AEROB

Posting Komentar