Kompetensi
Menjelaskan peristiwa respirasi aerob
Indikator
- Mendeskripsikan tentang Glikolisis
- Menyebutkan jenis senyawa dan jumlah ATP yang dihasilkan pada tahap glikolisis
- Menunjukkan tempat terjadinya Siklus Krebs
- Menyebutkan jenis senyawa dan jumlah ATP yang dihasilkan pada tahap siklus Krebs
- Menyebutkan senyawa sumber elektron
- Menyebutkan senyawa akhir dan jumlah ATP pada sistem transpor elektron
Materi
Pendahuluan
Respirasi aerob adalah reaksi katabolisme yang membutuhkan suasana aerobik sehingga dibutuhkan oksigen, dan reaksi ini menghasilkan energi dalam jumlah besar. Energi ini dihasilkan dan disimpan dalam bentuk energi kimia yang siap digunakan, yaitu ATP. Pelepasan gugus posfat menghasilkan energi yang digunakan langsung oleh sel untuk melangsungkan reaksi-reaksi kimia, pertumbuhan, transportasi, gerak, reproduksi, dll. Reaksi respirasi aerob secara sederhana adalah :
Proses respirasi aerob berlangsung dalam 3 tahap yang berurutan, yaitu :
- Glikolisis
Pemecahan molekul glukosa (C6) menjadi senyawa asam piruvat (C3) - Siklus Krebs
Reaksi reduksi molekul Asetil CoA menghasilkan asam sitrat dan oksaloasetat - Transpor elektron
Reaksi reduksi-oksidasi molekul-molekul NADH2 dan FADH2 menghasilkan H2O dan sejumlah ATP.
Glikolisis
Glikolisis adalah peristiwa pemecahan satu molekul glukosa (senyawa beratom C 6 buah) menjadi 2 molekul asam piruvat (senyawa beratom C 3 buah). Peristiwa ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma) sel hidup dalam kondisi anaerob (tanpa oksigen bebas) dikatalis oleh enzim-einzim antara lain: heksokinase, isomerase, fosfogliserokinase, piruvatkinase, dehidrogenase. Tahap ini menghasilkan 2 molekul ATP dan 2 molekul NADH2.
Untuk memecah molekul glukosa menjadi asam piruvat ternyata melalui tahapan terbentuknya senyawa antara, berupa Phosfogliseraldehid (PGAL), yaitu senyawa beratom C6 yang mendapat tambahan posfat yang berasal dari 2ATP, artinya perubahan molekul glukosa memerlukan energi sebanyak 2 molekul ATP.
Pemecahan molekul PGAL menjadi asam piruvat akan melepaskan energi sebanyak 4 molekul ATP dan pelepasan 2 atom hidrogen yang berpotensi energi tinggi, selanjutnya hidrogen yang dilepaskan ini akan ditangkap oleh kofaktor berupa NAD+ dan membentuk senyawa 2NADH2. Hasil akhir dari tahap Glikolisis menghasilkan 2 molekul asam piruvat, 2 molekul ATP, dan 2 molekul NADH2. Selanjutnya senyawa asam piruvat memasuki membran mitokondria untuk tahap berikutnya.
Dekarboksilasi Oksidatif
Merupakan tahap antara Glikolisis dengan Siklus Krebs. Sebelum memasuki tahap berikutnya, senyawa asam piruvat akan mengalami oksidasi berupa pelepasan gugus karboksil (COOH) dalam suasana aerob yang disebut dekarboksilasi oksidatif dan penambahan molekul Coenzim-A (Co-A). Peristiwa ini berlangsung di dalam membran mitokondria dikatalisis oleh enzim piruvat-dehidrogenase dan menghasilkan Asetil Co-A, 2CO2, dan 2NADH2.
Pemecahan molekul PGAL menjadi asam piruvat akan melepaskan energi sebanyak 4 molekul ATP dan pelepasan 2 atom hidrogen yang berpotensi energi tinggi, selanjutnya hidrogen yang dilepaskan ini akan ditangkap oleh kofaktor berupa NAD+ dan membentuk senyawa 2NADH2. Hasil akhir dari tahap Glikolisis menghasilkan 2 molekul asam piruvat, 2 molekul ATP, dan 2 molekul NADH2. Selanjutnya senyawa asam piruvat memasuki membran mitokondria untuk tahap berikutnya.
Dekarboksilasi Oksidatif
Merupakan tahap antara Glikolisis dengan Siklus Krebs. Sebelum memasuki tahap berikutnya, senyawa asam piruvat akan mengalami oksidasi berupa pelepasan gugus karboksil (COOH) dalam suasana aerob yang disebut dekarboksilasi oksidatif dan penambahan molekul Coenzim-A (Co-A). Peristiwa ini berlangsung di dalam membran mitokondria dikatalisis oleh enzim piruvat-dehidrogenase dan menghasilkan Asetil Co-A, 2CO2, dan 2NADH2.
Siklus Krebs
Daur Krebs (Siklus Asam Sitrat)
Hans Krebs menemukan peristiwa pemecahan glukosa disederhanakan secara perlahan di dalam sel secara siklus yang dikenal Daur Asam sitrat, selanjutnya dinamakan Daur Krebs. Daur Krebs berlangsung di dalam matriks mitokondria secara anaeorob, dikatalis oleh enzim-enzim antara lain : sitratsintetase, dehidrogenase.
Siklus Krebs diawali dengan masuknya Asetil CoA (beratom C2) yang bereaksi dengan asam oksaloasetat (beratom C4) menghasilkan Asam Sitrat (beratom C6).
Secara bertahap Asam sitrat melepaskan 2 atom C nya sehingga kembali menjadi asam oksaloasetat (beratom C4), peristiwa ini diikuti dengan reaksi reduksi (pelepasan elektron & ion hidrogen) oleh NAD+dan FAD+ menghasilkan 2 molekul NADH2, 2 molekul FADH2, dan 2 molekul ATP. Dari seluruh rangkaian peristiwa siklus Krebs dihasilkan : 4 molekul CO2, 6 molekul NADH2 , 2 molekul FADH2, dan 2 molekul ATP.
Secara bertahap Asam sitrat melepaskan 2 atom C nya sehingga kembali menjadi asam oksaloasetat (beratom C4), peristiwa ini diikuti dengan reaksi reduksi (pelepasan elektron & ion hidrogen) oleh NAD+dan FAD+ menghasilkan 2 molekul NADH2, 2 molekul FADH2, dan 2 molekul ATP. Dari seluruh rangkaian peristiwa siklus Krebs dihasilkan : 4 molekul CO2, 6 molekul NADH2 , 2 molekul FADH2, dan 2 molekul ATP.
Transpor Elektron
Tahap akhir dari respirasi aerob adalah sistem transpor elektron sering disebut juga sistem (enzim) sitokrom oksidase atau sistem rantai pernapasan yang berlangsung pada krista dalam mitokondria. Pada tahap ini melibatkan donor elektron, akseptor elektron, dan reaksi reduksi dan oksidasi (redoks). Donor elektron adalah senyawa yang dihasilkan selama tahap glikolisis maupun siklus Krebs dan berpotensi untuk melepaskan elektron, yaitu NADH2 dan FADH2.
Akseptor elektron adalah senyawa yang berperan sebagai penerima elektron yang dilepaskan oleh donor elektron, yaitu enzim sitokrom dan Oksigen.
Sebanyak 10 molekul NADH2 dan 2 molekul FADH2 dihasilkan selama tahap glikolisis dan siklus Krebs. Seluruhnya akan memasuki reaksi redoks pada sistem transpor elektron. Setiap pelepasan elektron akan menghasilkan energi berupa ATP, 1 molekul NADH2 akan menghasilkan 3 molekul ATP, dan 1 molekul FADH2 akan menghasilkan 2 molekul ATP.
Mula-mula molekul NADH2 memasuki reaksi dan dihidrolisis oleh enzim dehidrogenase diikuti molekul FADH2 yang dihidrolisis oleh enzim flavoprotein, keduanya melepaskan ion Hidrogen diikuti elektron, peristiwa ini disebut reaksi oksidasi.
Selanjutnya elektron ini akan ditangkap oleh Fe+++ sebagai akseptor elektron dan dikatalis oleh enzim sitokrom b, c, dan a. Peristiwa ini disebut reaksi reduksi. Reaksi reduksi dan oksidasi ini berjalan terus sampai elektron ini ditangkap oleh Oksigen (O2) sehingga berikatan dengan ion Hidrogen (H+) menghasilkan H2O (air). Hasil akhir dari sistem transpor elektron ini adalah 34 molekul ATP, 6 molekul H2O (air).
Secara keseluruhan reaksi respirasi sel aerob menghasilkan 38 molekul ATP, 6 molekul H2O, dan 2 molekul CO2.
Akseptor elektron adalah senyawa yang berperan sebagai penerima elektron yang dilepaskan oleh donor elektron, yaitu enzim sitokrom dan Oksigen.
Sebanyak 10 molekul NADH2 dan 2 molekul FADH2 dihasilkan selama tahap glikolisis dan siklus Krebs. Seluruhnya akan memasuki reaksi redoks pada sistem transpor elektron. Setiap pelepasan elektron akan menghasilkan energi berupa ATP, 1 molekul NADH2 akan menghasilkan 3 molekul ATP, dan 1 molekul FADH2 akan menghasilkan 2 molekul ATP.
Mula-mula molekul NADH2 memasuki reaksi dan dihidrolisis oleh enzim dehidrogenase diikuti molekul FADH2 yang dihidrolisis oleh enzim flavoprotein, keduanya melepaskan ion Hidrogen diikuti elektron, peristiwa ini disebut reaksi oksidasi.
Selanjutnya elektron ini akan ditangkap oleh Fe+++ sebagai akseptor elektron dan dikatalis oleh enzim sitokrom b, c, dan a. Peristiwa ini disebut reaksi reduksi. Reaksi reduksi dan oksidasi ini berjalan terus sampai elektron ini ditangkap oleh Oksigen (O2) sehingga berikatan dengan ion Hidrogen (H+) menghasilkan H2O (air). Hasil akhir dari sistem transpor elektron ini adalah 34 molekul ATP, 6 molekul H2O (air).
Secara keseluruhan reaksi respirasi sel aerob menghasilkan 38 molekul ATP, 6 molekul H2O, dan 2 molekul CO2.
