Pertemuan : Minggu ke 7 Estimasi waktu : 150 menit Pokok Bahasan : Respirasi dan metabolisme lipid Sub pokok bahasan : 1. Respirasi aerob 2. Respirasi anaerob 3. Faktor-faktor yg mempengaruhi laju respirari 4. Peran respirasi selain sebagai penghasil energi 5. Metabolisme lipid Tujuan khusus : 1. Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan reaksi oksidasi glukose secara aerob. 2. Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan reaksi oksidasi glukose secara anaerob. 3. Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan faktorfaktor yg mempengaruhi laju respirasi 4. Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan peran respirasi selain sebagai penghasil energi 5. Mahasiswa dapat menjelaskan proses metabolisme lipid. Metode : Kuliah dan diskusi Media : OHP dan white-board Materi : Respirasi dan Metabolisme Lipid I. Respirasi Energi potensial yang terdapat di dalam senyawa kimia, yang merupakan hasil proses asimilasi, dapat diubah menjadi energi kinetik melalui proses respirasi. Respirasi adalah proses reduksi oksidasi dan dekomposisi, baik menggunakan oksigen maupun tidak, dari senyawa organik komplek menjadi senyawa yang lebih sederhana dan dalam proses tersebut dibebaskan sejumlah tenaga. Tenaga yang dibebaskan dalam proses respirasi berasal dan tenaga potensial kimia yang berupa ikatan kimia. Berdasarkan pernyataan yang berbunyi baik menggunakan oksigen maupun tidak terkandung pengertian ada respirasi yang tidak memerlukan oksigen (respirasi anaerob) dan respirasi yang memerlukan oksigen (respirasi aerob). Berdasarkan pemyataan yang berbunyi menjadi senyawa yang lebih sederhana terkandung pengertian ada respirasi yang hasil akhirnya berupa CO 2
dan H 2 O (respirasi yang sempurna) dan respirasi yang hasil akhirnya berupa senyawa organik (respirasi yang tidak sempurna). 1.1 Respirasi aerob Respirasi aerob ada 2 jalur, yaitu jalur yang melalui daur Krebs dan jalur oksidasi secara langsung (jalur pentosa fosfat/jalur heksosa monofosfat shunt=hms) 1.1.1 Respirasi aerob yang melalui daur Krebs Respirasi aerob yang melalui daur Krebs memiliki 4 tahap yaitu: a. glikolisis b. pembentukan asetil KoA c. daur Krebs (daur asam sitrat/daur asam trikarboksilat) d. sistem transpor elektron A. Glikolisis Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma dan hasil akhirnya berupa senyawa asam piruvat. Disamping dihasilkan 2 asam piruvat, juga dihasilkan 2 NADH 2 dan 2 ATP bila tumbuhan dalam keadaan normal (melalui jalur ATP fosfofruktokinase) atau 3 ATP bila tumbuhan dalam keadaan stres atau sedang aktif tumbuh (melalui jalur pirofosfat fosfofruktokinase). Jadi jelasnya, glikolisis ada 2 macam yaitu: glikolisi yang melalui jalur ATP fosfofruktokinase dan jalur pirofosfat fosfofruktokinase. Kedua jalur tersebut perbedaannya hanyalah terletak pada saat membentuk fruktosa-1,6-difosfat dan fruktosa-6-fosfat. Jalur ATP fosfofruktokinase maksudnya adalah fosfor yang digunakan untuk membentuk fruktosa -1,6-difosfat dan fruktosa-6-fosfat berasal dan ATP. Sedangkan jalur pirofosfat fosfofruktokinase, fosfor yang digunakan untuk membentuk fruktosa-1,6-difosfat dan fruktosa-6-fosfat berasal dan pirofosfat. ATP yang dihasilkan dalam reaksi glikolisis dibentuk melalui reaksi fosforilasi tingkat substrat dengan perantaraan enzim. Dalam rangkaian reaksi glikolisis dapat dibedakan menjadi 2 sub tahap yaitu: a.1 tahap fosforilasi (reaksi pengikatan fosfat), reaksi ini terjadi antara glukosa sampai dengan fruktosa-1,6- difosfat a.2 tahap glikolisis (reaksi pemecahan gula), reaksi ini terjadi antara fruktosa- 1,6-difosfat sampai dengan piruvat. B. Pembentukan Asetil KoA Pembentukan asetil KoA terjadi di dalam matriks mitokondria. Dalam pembentukan asetil KoA dan asam piruvat diperlukan 5 faktor, yaitu: tiamin
pirofosfat (TPP), asam lipoat, koenzim A, NAD, dan ion Mg. Reaksi pembentukannya adalah sebagai berikut: C. Daur Krebs/daur Asam Sitrat/daur Asam Trikarboksilat Daur Krebs terjadi di dalam matriks mitokondria. Di dalam daur Krebs terdapat senyawa antara yang berfungsi sebagai penyedia kerangka karbon untuk sintesis senyawa lain. Disamping sebagai penyedia kerangka karbon, daur Krebs juga menghasilkan 3 NADH 2, 1 FADH 2, dan 1 ATP untuk setiap 1 asam piruvat. Senyawa NADH 2 dan FADH 2 selanjutnya dioksidasi di dalam sistem transpor elektron untuk menghasilkan ATP. Oksidasi 1 NADH 2 akan menghasilkan 3 ATP, sedangkan oksidasi 1 FADH 2 akan menghasilkan 2 ATP. Pembentukan ATP dalam sistem transpor elektron dilakukan secara fosforilasi oksidatif. Mekanisme pembentukannya dapat dijelaskan dengan teori kemiosmotik. D. Sistem Transpor Elektron Sistem transpor elektron terjadi di dalam membran mitokondria. Fungsi dari sistem transpor elektron adalah untuk mengoksidasi senyawa NADH 2 atau NADPH 2 dan FADH 2 untuk menghasilkan ATP. Dengan mengingat bahwa oksidasi NADH 2 atau NADPH 2 dan FADH 2 terjadi di dalam membran mitokondria, sedangkan ada NADH 2 yang dibentuk di sitoplasma (dalam proses glikolisis), maka untuk memasukkan setiap 1 NADH 2 dan sitoplasma ke dalam mitokondria dibutuhkan 1 ATP.
Keadaan ini akan mempengaruhi total hasil bersih respirasi aerob pada organisme eukariotik. Pada organisme yang prokariotik, karena tidak memiliki sistem membran dalam, tidak akan diperlukan lagi ATP untuk memasukkan NADH 2 ke dalam mitokondria. Akibatnya total hasil bersih ATP pada respirasi aerob yang melalui daur Kreb lebih tinggi pada organisme prokariotik daripada eukariotik. E. Efisiensi Penangkapan Energi Pada respirasi Efisiensi penangkapan energi pada respirasi dapat dihitung berdasarkan hal berikut: a. 1 mol ATP ADP + Pi ~ 10.000 kal b. 1 mol glukosa dibakar ~ 60.000 kal jumlah ATP X 10.000 kal Efisiensi = X 100 % 680.000 kal F. Kosien Respirasi (RQ) Kosien respirasi dapat digunakan untuk menduga substrat respirasi, bila respirasi berjalan sempurna. CO RQ = O 2 RQ karbohidrat = 1 2 RQ protein dan lemak kurang dan 1 RQ asam organik = lebih dan 1 RQ tumbuhan sukulen = 0 1.1.2 Respirasi aerob yang melalui oksidasi langsung (daur HMS) Daur ini diawali dengan proses fosforilasi glukosa dengan fosfor yang berasal dan ATP, sehingga terbentuk glukosa-6-fosfat. Glukosa-6- fosfat kemudian dioksidasi dengan NADP terbentuk 6- fosfoglukonat. 6 fosfoglukonat kemudian didekarboksilasi dan dioksidasi dengan NADP terbentuklah ribulosa-5-fosfat. Ribulosa-5-fosfat kemudian melanjutkan sikius sehingga terbentuk kembali glukosa-6-fosfat. Dalam daur HMS, setiap keluar 1 CO 2 akan dihasilkan 2 NADPH 2. NADPH 2 selanjutnya dioksidasi di dalam sistem transpor elektron. Dalam daur ini senyawa antaranya berupa gula, sedangkan pada daur Krebs senyawa antaranya berupa asam organik. Dalam daur HMS dihasilkan gula ribulosa-5-fosfat (gula beratom C=5) yang merupakan
gula penting untuk membentuk nukleotida. Nukleotida adalah senyawa yang sangat penting karena perannya antara lain sebagai penyusun DNA dan ATP yang berperan dalam pengaturan energi. 1.2 Respirasi Anaerob Respirasi anaerob terjadi bila tidak ada oksigen. Peran oksigen adalah sebagai penerima elektron terakhir dalam proses respirasi aerob. Bila peran oksigen digantikan oleh zat lain, terjadilah respirasi anaerob. Jadi, organelorganel sel yang terlibat dalam respirasi anaerob pun harus sama dengan respirasi aerob. Zat lain yang dapat menggantikan oksigen antara lain; NO 3 dan SO 4. Namun sejauh ini baru diketahui bahwa yang dapat menggunakan zat pengganti oksigen adalah golongan mikroorganisme. Organisme tingkat tinggi tidak dapat menggunakan zat pengganti oksigen. Dengan demikian organisme tingkat tinggi tidak dapat melakukan respirasi anaerob. Bagaimana organisme tingkat tinggi mengubah energi potensial kimia menjadi tenaga kinetik bila tidak ada oksigen? Untuk mengubah energi potensial kimia bagi organisme tingkat tinggi bila tidak ada oksigen dilakukan dengan proses fermentasi. 1.3 Fermentasi Fermentasi terjadi bila tidak ada oksigen. Respirasi anaerob juga terjadi bila tidak ada oksigen. Namun demikian respirasi anaerob tidak sama dengan fermentasi. Salah satu perbedaannya antara lain terletak pada keterlibatan organel mitokonria pada respirasi anaerob yang berfungsi untuk mengoksidasi NADH 2 atau NADPH 2, sedangkan pada fermentasi tidak terlibat organel mitokondria. Dengan kata lain perbedaan respirasi anaerob dan fermentasi tentunya juga terletak pada proses-proses yang terjadi di dalam organel mitokondria. 1.4 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Respirasi Banyak faktor yang mempengaruhi respirasi, antara lain: 1.4.1 Kelompok faktor Dalam a. Faktor protoplasmatik Pengaruh faktor protoplsmatik dapat ditinjau dari kuantitas maupun kualitas protoplasma. Semakin meningkat kuantitas maupun kualitas protoplasma akan semakin baik pula respirasi. Demikian pula sebaliknya. Kuantitas maupun kualitas sangat bergantung dengan tingkat perkembangan.
b. Konsentrasi substrat respirasi 1.4.2 Kelompok Faktor Luar a. Temperatur Pengaruh temperatur dapat ditinjau dari: a.1 batas-batas rentang temperatur, yaitu: temperatur minimum, optimum, dan maksimum. Semakin meningkat temperatur dari minimum ke optimum, laju respirasi semakin meningkat. Sedangkan semakin meningkat temperatur dari optimum ke maksimum, laju respirasi semakin menurun. Ini adalah salah satu ciri reaksi enzimatis. Temperatur di sekitar minimum sering pula disebut sebagai temperatur rendah, sedangkan temperatur di sekitar maksimum sering pula disebut sebagai temperatur tinggi. a.2 Lama bekerjanya temperatur, yaitu temperatur tinggi bila bekerjanya sebentar biasanya akan memacu respirasi, tetapi bila bekerjanya lama, akan membunuh/merusak. b. Cahaya Pengaruh cahaya dapat ditinjau dani: b.1 peran cahaya dalam fotosintesis, dalam hal ini sebagai penyedia substrat respirasi b.2 peran cahaya dalam peningkatan temperatur, dalam hal ini akan mempengaruhi reaksi enzimatis. b.3 peran cahaya dalam pembukaan stoma, dalam hal ini berkaitan dengan kelancaran pertukaran gas. c. Ketersediaan oksigen, dalam hal ini berkaitan dengan respirasi aerob d. Ketersediaan air, dalam hal ini sebagai medium reaksi ataupun terlibat dalam reaksi e. Luka f. Perlakuan mekanik II. Metabolisme Lipid Batasan mengenai lipid sangat sulit diberikan, sebab lipid adalah senyawa kimia yang sangat heterogen. 2.1 Ciri-ciri senyawa yang termasuk lipid antara lain: a. senyawa heterogen yang tersusun atas minyak dan senyawa serupa minyak/lemak
b. larut dalam pelarut non polar c. tidak larut dalam air 2.2 Lipid dapat dibedakan menjadi: a. lemak, bila pada temperatur kamar berbentuk padat b. minyak, bila pada temperatur kamar berbentuk cair c. senyawa seperti lemak/minyak, misalnya pigmen dll. Dari ketiga bagian lipid, yang akan dibahas lebih lanjut adalah lemak, khususnya lemak netral. 2.3 Fungsi lipid Lipid mempunyai banyak fungsi, antar lain sebagai: a. sumber tenaga b. aktivator enzim, misalnya pada glukosa-6-fosfat monooksigenase c. komponen dan sistem transpor elektron pada membran dalam mitokondria d. substrat dekarboksiiase serin menjadi etanolamin e. penyusun membrane LEMAK NETRAL Lemak netral adalah merupakan ester asam lemak dengan alcohol. Dengan batasan ini, jelas bahwa untuk sintesis lemak netral harus disintesis asam lemak dan alkohol terlebih dahulu. 1. Sintesis asam Lemak Asam lemak dapat disintesis dari bahan dasar asetil KoA, seperti terlihat pada skema berikut:
Setelah asam lemak terbentuk, kemudian bereaksi dengan alcohol dalam hal ini gliserol, sehingga terbentuk lemak. 2. Degradasi Lemak Enzim yang berperan untuk mendegradasi lemak adalah lipase. Asam lemak yang telah terbentuk selanjutnya mengalami beta oksidasi, sehingga diperoleh asetil KoA 3. Macam-Macam Lemak A. Berdasarkan jenis alkoholnya, dikenal a.1 Lemak, yaitu ester asam lemak dengan alkohol berderajat rendah. Contohnya: lemak dan minyak a.2 Lilin, yaitu ester asam lemak dengan alkohol berderajat tinggi B. Berdasarkan senyawa penyusunnya, dikenal: b.1 Lemak sederhana, komponen penyusunnya adalah alkohol alifatik berderajat rendah dan monokarboksilat alifatik
b.2 Lemak majemuk, komponen penyusunnya adalah alkohol alifatik, karboksilat alifatik, dan senyawa lain: Misalnya: karbohidrat, basa N, dan asam fosfat. C. Berdasarkan ikatannya, dikenal: c.1 Lemak jenuh, tidak memiliki ikatan rangkap c.2 Lemak tidak jenuh, memiliki ikatan rangkap