UNSYIAH Universitas Syiah Kuala Pendahuluan METABOLISME Pengantar Biologi MPA-107, 3 (2-1) Kuliah 4 SEL: RESPIRASI Tim Pengantar Biologi Jurusan Biologi FMIPA Unsyiah ANABOLISME (Pembentukan molekul kompleks dari molekul sederhana yang memerlukan energi, misalnya fotosintesis) KATABOLISME (penguraian molekul kompleks menjadi molekul sederhana yang melepakan energi, misalnya respirasi) FERMENTASI DAN RESPIRASI ANAEROBIK RESPIRASI SELULAR RESPIRASI AEROBIK A. Respirasi Selular/Aerobik Proses selular yang menguraikan karbohidrat dan metabolit lainnya yang bersamaan dengan pembentukan energi (ATP) Menggunakan oksigen (bersifat aerobik) dan mengasilkan karbon dioksida(co 2 ) * Respirasi selular sering digunakan untuk menyebutkan prose respirasi aerobik, hal yang akan kita ikuti di sebagian besar pada bab ini. Biasanya melibatkan penguraian glukosa menjadi CO 2 dan air Energi dihasilkan dari molekul glukosa : Dilepaskan secara bertahap agar produksi ATP lebih efisien. Enzim oksidasi-reduksi terdiri dari NAD + dan FAD sebagai koenzim Respirasi pada Tumbuhan 1
1. Respirasi pada tumbuhan berlangsung siang dan malam karena cahaya bukan merupakan syarat. Jadi proses respirasi selalu berlangsung sepanjang waktu selama tumbuhan hidup. 2. Substrat respirasi adalah setiap bahan organik tumbuhan yang teroksidasi sebagian (menjadi senyawa teroksidasi) atau reteduksi sempurna (menjadi karbondioksida dan uap air) dalam metabolisme respiratoris. 1. Umumnya substrat untuk respirasi adalah zat yang tertimbun dalam jumlah yang relatif banyak dalam sel tumbuhan dan bukan zat yang merupakan senyawa antara hasil dari penguraian. Hasil penguraian biasanya disebut metabolik antara. 2. Karbohidrat merupakan substrat utama respirasi dalam sel-sel tumbuhan dengan glukosa sebagai molekul pertama. Substrat respirasi yang paling penting di antara karbohidrat adalah sukrosa (disakarida= glukosa dan fruktosa) dan pati (sering terdapat dalam sel tumbuhan sebagai cadangan karbohidrat) Reaksi ringkas penguraian glukosa : NAD + (nikotinamida adenin dinukleotida) Disebut koenzim oksidasi-reduksi. Karena : Mengoksidasi metabolit dengan menerima elektron Mereduksi metabolit dengan melepaskan elektron Setiap molekul NAD + digunakan secara berulang. Elektron dihilangkan dari substrat dan diterima oleh oksigen, dimana bergabung dengan H+ menjadi air. Glukosa dioksidasi dan O 2 direduksi 1. Tahap-Tahap Respirasi Selular FAD (flavin adenin dinukleotida) Disebut juga koenzim oksidasi-reduksi Kadang-kadang digunakan sebagai pengganti NAD + Menerima dua elektron dan dua ion hidrogen (H + ) menjadi FADH 2 2
a. Glikolisis adalah penguraian glukosa menjadi dua molekul piruvat ( senyawa berkarbon 3) Terjadi di sitoplama Terjadi pembentukkan ATP Tidak memerlukan oksigen Glikolisis terbagi dua fase : Fase investasi energi Dua ATP digunakan untuk mengaktifkan glukosa Glukosa dipecahkan menjadi dua molekul G3P Fase pembayaran energi Oksidasi G3P terjadi dengan menghilangkan elektron dan ion hidrogen Dua elektron dan satu ion hidrogen diterima oleh NAD + menjadi dua NADH Netto : 2 ATP Kedua G3P diubah menjadi piruvat Animasi Glikolisis b. Reaksi antara/persiapan Kedua piruvat dioksidasi dan memasuki mitokondria Energi elektron disimpan di dalam NADH Piruvat diubah menjadi 2 asetil KoA Melekatkan Koenzim A menjadi asetil KoA Elektron (sebagai atom hidrohen) ditransfer ke NAD + CO 2 dilepaskan, dan ditranspor keluar mitokondria masuk ke sitoplama Animasi Kerja NAD+ c. Siklus asam sitrat/siklus Krebs Terjadi di dalam mitokondria Dimulai dengan penambahan gugus asetil berkarbon dua ke oksaloasetat, membentuk molekul berkarbon enam (asam sitrat) NADH, FADH 2 menangkap energi elektron ATP dibentuk dengan fosforilasi tingkat substrat Dua siklus untuk satu molekul glukosa Mengasilkan 4 CO 2, 2 ATP, 6 NADH dan 2 FADH 2 (per molekul glukosa) Animasi siklus Krebs 3
b. Rantai transpor elektron dan Kemiosmosi (Fosforilasi oksidatif) Lokasi Eukariot : krista mitokondria Prokariot aerobik : membran plasma Serangkaian molekul pembawa : Membawa elektron secara berturut-turut dari satu ke yang lain Susunan komplek protein dan sitokrom Menerima elektron dari NADH dan FADH 2 Oksigen berperan sebagai penerima elektron terakhir Ion oksigen bergabung dengan ion hidrogen membentuk air Rantai transpor elektron tidak membuat ATP secara langsung Rantai transpor elektron berfungsi menguraikan penurunan energi-bebas dalam jumlah besar menjadi serangkaian langkah yang lebih kecil, yang melepaskan energi dalam jumlah yang mudah dikelola. Animasi pompa proton 2. Perhitungan Produksi ATP Selama respirasi selular, sebagian energi mengalir dalam urutan : Glukosa NADH rantai transpor elektron gaya gerakproton ATP B. Fermentasi dan Respirasi Anaerobik Kebanyakan respirasi selular membutuhkan oksigen untuk menghasilkan ATP Glikolisis bisa menghasilkan ATP tanpa oksigen (pada kondisi aerobik ataupun kondisi anaerobik) Tanpa O 2 glikolisis bisa digandengkan dengan fermentasi dan respirasi anaerobik untuk menghasilkan ATP Respirasi anaerobik menggunakan rantai transpor elektron dengan penerima elektron selain O 2,misalnya sulfat Fermentasi menggunakan fosforilasi sebagai pengganti rantai traspor elektron untuk menghasilkan ATP Fermentasi terdiri dari glikolisis plus reaksi-reaksi yang membetuk kembali NAD +, dimana akan digunakan kembali pada glikolisis Ada dua tipe fermentasi : fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat. 4
Pada fermentasi alkohol, piruvat diubah menjadi etanol dalam dua tahap, langkah pertama melepaskan CO 2 Fermentasi alkohol oleh khamir digunakan untuk pembuatan bir, anggur, dan roti Pada fermentasi asam laktat, piruvat direduksi langsung oleh NADH untuk membentuk laktat sebagai produk akhir, tanpa pelepasan CO 2 Fermentasi asam laktat oleh fungi dan bakteri tertentu dimanfaatkan dalam industri pengolahan susu untuk membuat keju dan yogurt Sel otot manusia membuat ATP melalui fermentasi asam laktat ketika oksigen sulit diperoleh Referensi UNSYIAH Universitas Syiah Kuala Campbell, N.A, Reece, J.B., Urry, L.A, Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V., and Jackson, R.B. 2013. Biology 10 th Ed. Pearson Benjamin Cummings, San Francisco. Mader, S.S., and Michael W. 2012. Biology 11 th Ed. McGraw-Hill, New York. Terima kasih 5