Berikut ini akan dijabarkan tentang katabolisme, proses katabolisme, respirasi aerob, respirasi, proses respirasi, tahapan respirasi aerob, siklus krebs, glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, tahapan glikolisis, reaksi glikolisis, daur asam sitrat, daur krebs, proses siklus krebs, bagan siklus krebs, transfer elektron.
Respirasi Aerob
Respirasi bertujuan menghasilkan energi dari sumber nutrisi yang dimiliki. Semua makhluk hidup melakukan respirasi dan tidak hanya berupa pengambilan udara secara langsung.
Respirasi dalam kaitannya dengan pembentukan energi dilakukan di dalam sel. Oleh karena itu, prosesnya dinamakan respirasi sel. Organel sel yang berfungsi dalam menjalankan tugas pembentukan energi ini adalah mitokondria.
Respirasi termasuk ke dalam kelompok katabolisme karena di dalamnya terjadi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, diikuti dengan pelepasan energi.
Energi yang kita gunakan dapat berasal dari hasil metabolisme tumbuhan. Oleh karena itu, tumbuhan merupakan organisme autotrof, yang berarti dapat memproduksi makanan sendiri.
Adapun konsumen, seperti hewan dan manusia, yang tidak dapat menyediakan makanan sendiri disebut organisme heterotrof.
Proses respirasi erat kaitannya dengan pembakaran bahan bakar berupa makanan menjadi energi. Kondisi optimal akan tercapai dalam kondisi aerob (ada oksigen). Secara singkat, proses yang terjadi sebagai berikut.
Pembentukan energi siap pakai akan melalui beberapa tahap reaksi dalam sistem respirasi sel pada mitokondria. Menurut Campbell, et al, (2006: 93) reaksi-reaksi tersebut, yaitu:
- glikolisis, yakni proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat;
- dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, yakni perombakan asam piruvat menjadi asetil Co-A;
- daur asam sitrat, yakni siklus perombakan asetil Ko-A menjadi akseptor elektron dan terjadi pelepasan sumber energi;
- transfer elektron, yakni mekanisme pembentukan energi terbesar dalam proses respirasi sel yang menghasilkan produk sampingan berupa air.
 |
| Energi yang dihasilkan dari respirasi sel adalah ATP |
1) Glikolisis
Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP.
Hal ini mengakibatkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim heksokinase.
Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah molekul gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan bantuan satu ATP dan enzim fosfoheksokinase.
Proses selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya adalah 4 molekul ATP dan hasil akhir berupa 2 molekul asam piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yang terjadi sebagai berikut.
 |
| Proses glikolisis berlangsung dalam sembilan tahap |
Walaupun empat molekul ATP dibentuk pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi keseluruhan adalah dua molekul ATP.
Ada dua molekul ATP yang harus diberikan pada fase awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen.
2) Dekarboksilasi Oksidatif
Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA (koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan hilang sebagai CO2 dan akan berdifusi keluar sel.
Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan mengalami oksidasi sehingga gugus hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron NAD+. Perhatikan Gambar.
 |
| Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat menghasilkan CO2, 2 asetil- KoA, dan 2 molekul NADH |
Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA. Hasil akhir dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2 molekul NADH.
Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1. Berdasarkan hal tersebut, dapat diketahui betapa pentingnya vitamin B dalam tubuh hewan maupun tumbuhan.
3) Daur Asam Sitrat
Proses selanjutnya adalah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga dihasilkan banyak akseptor elektron.
Selain disebut sebagai daur asam sitrat, proses ini disebut juga daur Krebs. Hans A. Krebs adalah orang yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini pada tahun 1930.
 |
| Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat menghasilkan CO2, 2 asetil- KoA, dan 2 molekul NADH |
Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus. Berikut adalah beberapa tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat.
- Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat. Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan molekul air.
- Perubahan formasi asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.
- Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan bantuan enzim asam isositrat dehidrogenase, membentuk asam -ketoglutarat. NAD+ akan mendapatkan donor elektron dari hidrogen untuk membentuk NADH. Asam -ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil KoA.
- Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan donor fosfat menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.
- Asam suksinat dengan bantuan suksinat dehidrogenase akan berubah menjadi asam fumarat disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini, elektron akan ditangkap oleh akseptor FAD menjadi FADH2.
- Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan bantuan enzim fumarase.
- Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan bantuan enzim asam malat dehidrogenase. NAD+ akan menerima sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk NADH.
- Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi dengan sumbangan dua gugus karbon dari asetil KoA.
4) Transfer Elektron
Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akibat penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yakni ATP.
Reaksi ini berlangsung di dalam membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi.
Transfer elektron merupakan proses kompleks yang melibatkan NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), dan molekul-molekul lainnya.
Dalam pembentukan ATP ini, ada akseptor elektron yang akan memfasilitasi pertukaran elektron dari satu sistem ke sistem lainnya.
- Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah oleh enzim (substrat). Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut.
Proton hidrogen mereduksi koenzim NAD melalui reaksi NAD + H+ NADH + H+. NADH dari matriks mitokondria masuk ke ruang intermembran melewati membran dalam, kemudian memasuki sistem rantai pernapasan.
- NADH dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen kepada flavoprotein (FP), flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang bertindak sebagai pembawa ion hidrogen. Dari flavoprotein atau FAD, setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma untuk membentuk molekul H2O.
- Elektron akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung besi dan sulfur (FeSa dan FeSb) sitokrom b koenzim quinon sitokrom b2 sitokrom o sitokrom c sitokrom a sitokrom a3, dan terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk H2O perhatikan Gambar.
Sistem transfer elektron membentuk energi selama
oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi
Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H2O) dihasilkan melalui NADH dan 1 molekul H2O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H2O yang melalui NADH setara dengan 3 ATP dan 1 molekul air yang melalui FAD setara dengan 2 ATP.
Tahap Reaksi pada Respirasi
Walaupun ATP total yang tertera pada Tabel diatas adalah 38 ATP, jumlah total yang dihasilkan pada proses respirasi adalah 36 ATP. Hal tersebut disebabkan 2 ATP digunakan oleh elektron untuk masuk ke mitokondria.
