PRESENTASI: RESPIRASI.PPT (BIOLOGI UMUM)

RESPIRASI

Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen.  Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untuk kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan.

Reaksi umum

Secara umum reaksi sederhananya:

C₆H₁₂0₆ (glukosa) + 6 0₂—> 6 H₂O + 6 CO₂ + Energi

Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H₂0 + CO₂ + Energi (respirasi), melalui tiga tahap : (1) Glikolisis, (2) Daur Krebs, (3) Transpor elektron respirasi. 

1. Glikolisis:

Peristiwa perubahan :

Glukosa —> Glulosa - 6 - fosfat —> Fruktosa 1,6 difosfat —>3 fosfogliseral dehid (PGAL) / Triosa fosfat —>  Asam piruvat.

hasil dari glikolisis :

1.      2 molekul asam piruvat.

2.      2 molekul NADH sebagai  sumber elektron berenergi tinggi.

3.      2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.

2. Daur Krebs (daur trikarboksilat):

Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piruvat secara aerob menjadi CO₂ dan H₂O serta energi kimia

3. Rantai Transportasi Elektron Respiratori:

Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H⁺ yang dibawa sebagai NADH₂ (NADH + H⁺ + 1e) dan FADH₂, sehingga di dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi selain CO₂.

Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan, dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi.

PROSES AKSEPTOR ATP

1. Glikolisis:

Glukosa ——> 2 as  piruvat + 2 NADH + 2 ATP

2. Siklus Krebs:

2 as piruvat —> 2 asetil KoA +2C0₂ +2 NADH + 2 ATP
2 asetil KoA ——> 4 CO₂ +6 NADH +2 PADH₂

3. Rantai transpor elektron respirator:

10 NADH + 50₂ ——> 10 NAD⁺ + 10 H₂0 + 30 ATP

2 FADH2 + O₂ ——> 2 PAD + 2 H20 + 4 ATP

Total :38 ATP

KESIMPULAN :

Pembongkaran 1 mol glukosa (C₆H₁₂0₆) + O₂ ——> 6 H₂0 + 6 CO₂ menghasilkan energi sebanyak 38 ATP.

kebanyakan respirasi yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada sesuatu hal, maka akan berlangsung respirasi anaerob, prosesnya disebut fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen.

Dari hasil akhir, fermentasi dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/asam susu dan fermentasi alkohol.

A. Fermentasi Asam LaktatFermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat. Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.
Reaksinya:

C₆H₁₂O₆ —> 2 C₂H₅OCOOH + Energi

             enzim

Prosesnya :
1. Glukosa ——> asam piruvat (proses Glikolisis).
                  enzim
    C₆H₁₂O₆ ———> 2 C₂H₃OCOOH + Energi
2. Dehidrogenasi asam piruvat terbentuk asam laktat.

2 C₂H₃OCOOH + 2 NADH₂ —> 2 C₂H₅OCOOH + 2 NAD

                                                                 piruvat dehidrogenase

Energi yang terbentuk dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :

8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

B. Fermentasi Alkohol

Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO₂ selanjutnya asam asetat diubah menjadi alkohol.

Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Ringkasan reaksi :

C₆H₁₂O₆ —> 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + 2 NADH₂ + Energi

C. Fermentasi Asam Cuka

Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol.
Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.

Reaksi:
bakteri asam cuka

 C₆H₁₂O₆ (glukosa) —> 2 C₂H₅OH( aerob)  —>2 CH₃COOH (asam cuka asam cuka) + H₂O + 116 kal                                     

RESPIRASI ANAEROB

•       Jalur anaerob atau jalur fermentasi yaitu jalur metabolisme yang tidak membutuhkan oksigen.

•       Organisme yang menggunakan jalur fermentasi adalah sel apa saja yang terdedah dalam kondisi kekurangan atau bahkan tanpa oksigen, bisa bakteri, protista lain yang hidup dalam perut hewan, makanan kaleng, bahkan sel otot kita melakukan jalur anaerob ini.  Glikolisis juga adalah tahap pertama reaksi jalur anaerob.

•       Dalam anaerob, glukosa juga dipecah menjadi dua molekul piruvat, nettonya terbentuk dua NADH dan dua ATP, tetapi reaksi anaerob tidak memecah glukosa menjadi CO₂ dan air sepenuhnya, dan jalur anaerob tidak menghasilkan energi ATP lagi selain yang hasil tahap glikolisis. Tahap terakhir atau finalnya hanya menghasilkan koenzim NAD+ yang penting untuk proses jalur anaerob

•       Hasil energi jalur anaerob memang kecil, tetapi itu cukup untuk organisme sel tunggal anaerob. Bahkan dalam kondisi stress jalur anaerob juga terbukti cukup menyediakan energi yang diperlukan bagi sel hewan yang terdedah dalam kondisi anaerob atau kekurangan oksigen.

•       fermentasi laktat, yaitu tahapan utama reaksi penghasil energi yang disebut fermentasi laktat,

•       piruvat yang terbentuk selama tahap pertama glikolisis, menerima hidrogen dan elektron dari NADH, dan menyebabkan piruvat diubah menjadi molekul laktat.

•       Seringkali molekul laktat disebut asam laktat.

•       Namun demikian bentuk ion (laktat) lebih umum terdapat dalam sel. Jalur fermentasi laktat umum pada jalur anaerob ini.

•       Beberapa sel hewan juga dapat melakukan fermentasi laktat untuk memperoleh energi ATP dengan cepat.

•       Contoh klasik adalah apabila pada atlit lari cepat, untuk pemenuhan energi yang cepat dan segera untuk lari cepat, sel otot atlit tersebut melakukan fermentasi laktat.

•       Jalur fermentasi alkohol, adalah jalur lain respirasi anaerob.

•       Dalam jalur ini masing-masing molekul pirivat hasil tahap glikolisis disusun menjadi senyawa intermedier yang disebut asetildehid.

•       Bila molekul asetildehid ini menerima hidrogen dan elektron dari NADH, maka akan diuabh menjadi etanol, yaitu produk akhir jalur ini.

•       Yeast, organisme sel tunggal eukariot fungi menggunakan jalur anaerob fermentasi alkohol ini. Ingat adonan roti? Itulah kerja organisme ini, yang memetabolisme gula dengan mengeluarkan CO₂ yang mengembangkan adonan roti. Pabrik bir dan anggur juga memanfaatkan organisme yang menempuh jalur fermentasi alkohol ini.

•       Ada lagi jalur penghasil energi yang bukan respirasi aerob dan bukan fermentasi, dan khususnya yang dilakukan bakteri. Jalur yang sangat tidak umum ini mempengaruhi siklus global akan sulfur, nitrogen, dan elemen vital lain dan mempengaruhi ketersediaan nutrisi organisme disebut jalur transport elektron anaerob.

•       Transport elektron secara anaerob adalah jalur yang umum dilakukan oleh beberapa bakteri. Elektron dipisahkan dari komponen organik dan dikirim ke sistem transport yang terdapat dalam plasma membran. Energi yang dihasilkan akibat proses ini sangat bervariasi.

•       Suatu komponen inorganik dalam lingkungan seringkali merupakan penangkap elektron terakhir.

•       Contohnya, bakteri anaerob tertentu yang hidup di tanah berlumpur basah memisahkan elektron dari suatu atau beberapa komponen dan membuangnya ke gugus sulfat (SO₄), menghasilkan H₂S yang berbau.

•       Jadi dalam transport elektron anaerob, senyawa inorganik, bukan oksigen adalah penangkap elektron terakhir.

FOTORESPIRASI

•         Fotorespirasi adalah sejenis respirasi pada tumbuhan yang dibangkitkan oleh penerimaan cahaya  oleh daun.

•         Kebutuhan energi dan ketersediaan oksigen dalam sel juga mempengaruhi fotorespirasi. Walaupun menyerupai respirasi biasa (proses oksidasi yang melibatkan oksigen), mekanisme respirasi karena rangsangan cahaya/ fotorespirasi ini agak berbeda dan dianggap sebagai proses fisiologi tersendiri.

•         Proses : Proses yang disebut juga "asimilasi cahaya oksidatif" ini terjadi pada sel-sel mesofil daun dan diketahui merupakan gejala umum pada tumbuhan C3, seperti kedelai dan padi. Lebih jauh, proses ini hanya terjadi pada stroma dari kloroplas, dan didukung oleh peroksisom dan mitokondria.

•         Secara biokimia, proses fotorespirasi merupakan cabang dari jalur glikolat.

•         Enzim utama yang terlibat adalah enzim yang sama dalam proses reaksi gelap fotosintesis, Rubisco (ribulosa-bifosfat karboksilase-oksigenase).

•         Rubisco memiliki dua sisi aktif: sisi karboksilase yang aktif pada fotosintesis dan sisi oksigenase yang aktif pada fotorespirasi.

•         Kedua proses yang terjadi pada stroma ini juga memerlukan substrat yang sama, ribulosa bifosfat (RuBP).

•         fotorespirasi menjadi pesaing bagi fotosintesis, suatu kondisi yang tidak disukai kalangan pertanian, karena mengurangi akumulasi energi.

•         Jika kadar CO₂ dalam sel rendah (misalnya karena meningkatnya penyinaran dan suhu sehingga laju produksi oksigen sangat tinggi dan stomata menutup), RuBP akan dipecah oleh Rubisco menjadi P-glikolat dan P-gliserat (dengan melibatkan satu molekul air menjadi glikolat dan P-OH).

•         P-gliserat (P dibaca "fosfo") akan didefosforilasi oleh ADP sehingga membentuk ATP.

•   P-glikolat memasuki proses agak rumit menuju peroksisoma, lalu mitokondria, lalu kembali ke peroksisoma untuk diubah menjadi serin, lalu gliserat.

•   Gliserat masuk kembali ke kloroplas untuk diproses secara normal oleh siklus Calvin menjadi gliseraldehid-3-fosfat (G3P).

Kegunaan

•     Peran fotorespirasi diperdebatkan namun semua kalangan sepakat bahwa fotorespirasi merupakan penyia-nyiaan energi.

•     Atmosfer pada masa lampau mengandung oksigen pada kadar yang rendah, sehingga fotorespirasi tidak terjadi seintensif seperti masa kini.

•         Karena tidak efisien, sejumlah tumbuhan mengembangkan mekanisme untuk mencegah fotorespirasi.

•     Tumbuhan C4 mengembangkan strategi ruang dengan memisahkan jaringan yang melakukan reaksi terang (sel mesofil) dan reaksi gelap (sel seludang pembuluh, atau bundle sheath). Sel-sel mesofil tumbuhan C4 tidak memiliki Rubisco.

•       Tumbuhan CAM bersifat waktu (temporal), yaitu memisahkan waktu untuk reaksi terang (pada saat penyinaran penuh) dan reaksi gelap (di malam hari).