Bagaimana reaksi yang terjadi pada proses respirasi aerob

Respirasi adalah proses dekomposisi atau penguraian senyawa organik kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Dalam proses respirasi terjadi proses mobilisasi energi yang dilakukan jasad hidup melalui pemecahan senyawa berenergi tinggi yang digunakan untuk menjalankan fungsi hidup. Pada proses dekomposisi dapat berlangsung dengan oksigen (respirasi aerob) maupun berlangsung dengan tidak menggunakan oksigen (respirasi anaerob). Melalui halaman ini, akan difokuskan pada bahasan respirasi aerob, yaitu pernapasan yang membutuhkan oksigen. Sedangkan untuk bahasan respirasi anaerob dibahas pada halaman lain. Respirasi aerob terdiri dari 4 tahapan yang meliputi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transpor elektron. Melalui halaman ini, sobat idschool dapat mencari tahu lebih penjelasan 4 tahapan pada respirasi aerob tersebut.

Karakteristik dari respirasi aerob adalah proses respirasi yang melibatkan oksigen/O2 sebagai akseptor elektron terakhir. Oksigen pada respirasi aerob berperan dalam menangkap elektron yang kemudian akan bereaksi dengan ion hidrogen dan menghasilkan air (H2O). Lokasi terjadinya respirasi aerob berada di dua tempat yaitu sitoplasma (berlangsungnya glikolisis) dan mitokondria (berlangsungnya dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan transpor elektron).

Bagaimana proses yang terjadi pada masing – masing tahapan pada proses aerob? Simak penjelasan lebih lanjutnya pada setiap bahasan berikut.

1. Glikolisis

Glikolisis adalah proses pemecahan glukosa (senyawa dengan 6 atom karbon) menjadi asam piruvat (senyawa dengan 3 atom karbon). Proses glikolisis terjadi di sitoplasma dalam dua reaksi yaitu endergonik (membutuhkan ATP) dan Eksergonik (menghasilkan ATP). Bagaimana proses glikolisi terjadi? Secara ringkas, tahapan respirasi aerob untuk glikolisis diberikan seperti bagan berikut.

Glukosa adalah monomer dari karbohidrat, yaitu monosakarida atau karbohidrat yang paling sederhana. Glukosa akan mengikat 1 fosfat dari ATP (Adenosin Trifosfat) sehingga berubah menjadi ADP (Adenosine Difosfat) menjadi Glukosa 6 Fosfat. Selanjutnya, glukosa 6 Fosfat akan mengalami isomerasi menjadi Fruktosa 6 Fosfat yang kemudian akan mengikat 1 fosfat dari ATP dan berubah menjadi fruktosa 1.6 difosfat. Setiap pengikatan 1 fosfat akan merubah ATP menjadi ADP.

Fruktosa 1.6 difosfat kemudian dipecah menjadi 2 senyawa PGAL (Fosfogliseraldehid) yang membentuk senyawa BPGA (Bifosfogliseraldehid), proses ini menghasilkan NADH (Nikotinamida Adenosine Dinukleotida Hidrogen). NADH merupakan bentuk energi yang dapat berubah menjadi ATP, di mana NADH berasal dari NAD+ (Nikotinamida Adenosin Dinukleotida).

Selanjutnya, BPGA membentuk senyawa PGA diubah menjadi asam piruvat. Pada proses ini, BPGA kehilangan 1 fosfat yang kemudian bergabung dengan ADP sehingga menjadi ATP.

PGA kemudian akan diubah menjadi asam piruvat yang tidak mengandung fosfat, di mana fosfatnya bergabung dengan ADP dan membentuk ATP.

Kesimpulan dari tahapan glikolisis:

• Tempat terjadi glikolisis: sitoplasma
• Substrat : 1 molekul glukosa
• Hasil tahapan glikolisis: 2 ATP (pada keadaan normal) atau 3 ATP (pada keadaan sedang aktif tumbuh/stres), 2 asam piruvat, dan 2 NADH

Asam piruvat yang dihasilkan pada proses glikolisis kemudian akan digunakan sebagai bahan pada proses selanjutnya, yaitu dekarboksilasi oksidatif.

Baca Juga: Apa itu Metabolisme, Anabolisme, dan Katabolisme?

2. Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi adalah reaksi kimia yang menyebabkan hilangnya gugus karboksil dan melepaskan karbondioksida (CO2) dari suatu senyawa. Pada respirasi aerob untuk tahapan dekarboksilasi oksidatif, yang dimaksud senyawa tersebut adalah asam piruvat.

Dekarboksilasi Oksidatif (DO) disebut juga reaksi antara karena DO merupakan reaksi sebelum masuk ke Siklus Krebs. Tempat terjadinya proses DO berada pada mitokondria, tepatnya pada matriks mitokondria.

Singkatnya, dekarboksilasi oksidatif adalah proses perubahan piruvat menjadi asetil KoA.

Bahan dasar dari DO adalah 2 Asam piruvat yang dihasilkan dari proses glikolisis. Pada tahapan DO, proses yang terjadi adalah mengubah asam piruvat menjadi Asetil Ko – A. Pada tahapan glikolisis, jumlah satu senyawa glukosa menghasilkan 2 asam piruvat, akibatnya akan terbentuk pula 2 asetil Ko – A.

Pada proses DO membutuhkan koenzim-A yang akan menghasilkan 2 NADH dari NAD+.

Proses diawali dari reaksi melepaskan satu karbon dan dua atom oksigen dari asam piruvat menjadi karbondioksida. Tersisa dua atom karbon yang akan beraksi dengan koenzim A dan membentuk Asetil ko–A. Koenzim A adalah suatu senyawa yang mengandung sulfur yang berasal dari vitamin B.

Kesimpulan dari tahapan Dekarboksilasi Oksidatif (DO):

• Tempat terjadi DO: matriks mitokondria
• Substrat : 2 asam piruvat
• Hasil tahapan DO: 2 asetil ko – A, 2 karbondioksida, dan 2 NADH

Pada tahapan ini dihasilkan 2 molekul asetil Ko – A yang kemudian akan masuk ke tahapan berikutnya, yaitu siklus krebs.

3. Siklus Krebs

Siklus/Daur Krebs disebut juga sebagai daur asam sitrat karena pada tahapan ini dihasilkan senyawa awal berupa asam sitrat. Tempat berlangsungnya tahapan siklus krebs berada di dalam matriks mitokondria.

Hasil dari daur Krebs adalah menghasilkan senyawa yang berfungsi sebagai penyedia kerangka karbon bagi sintesis senyawa lain, 3 NADH, 1 FADH2, dan 1 ATP untuk setiap satu asam piruvat. Karena input substrat adalah dua setil ko-A untuk setiap satu molekul senyawa glukosa maka hasil dari siklus krebs pada respirasi aerob adalah 2 ATP, 6 NADH, dan 2 FADH2.

Proses siklus krebs diawali dari sebuah senyawa oksaloasetat 4C yang bereaksi dengan asetil ko – A dari tahapan sebelumnya (dekarboksilasi oksidatif) menghasilkan asam sitrat 6C. Kemudian terjadi perubahan isomer dari asam sitrat 6C menjadi isositrat 6C.

Isositrat 6C diubah menjadi asam α – ketoglutarat 5C, di mana pada prosesnya menghasilkan 2 NADH yang berasal dari NAD+. Pada proses ini terjadi pengeluaran atom karbon (C) dalam bentuk CO2.

Selanjutnya, asam A – ketoglutarat 5C akan diubah menjadi senyawa berikutnya yang menghasilkan NADH dari NAD+. Pada proses ini juga terjadi hasil pengeluaran 1 atom karbon dalam bentuk CO2. Senyawa yang terbentuk dari proses ini adalah suksinil 4C.

Senyawa suksinil 4C kemudian akan diubah menjadi suksinat 4C dan menghasilkan GTP (Guanosin Trifosfat) dari GDP (Guanosin Difosfat). Proses yang terjadi ini sama dengan pengubahan ADP menjadi ATP.

Berikutnya akan terbentuk senyawa fumarat 4C. Dari proses ini menghasilkan FADH2 (Flavin Adenin Dinukleotida Hidrogen) dari FAD+ (Flavin Adenin Dinukleotida). FADH2 adalah bentuk energi yang belum bisa digunakan oleh tubuh, untuk bisa digunakan oleh tubuh perlu diubah menjadi ATP pada tahapan berikutnya yaitu transpor elektron.

Senyawa Fumarat 4C akan diubah menjadi senyawa Malat 4C yang kemudian akan diubah menjadi Oksaloasetat. Pada tahapan perubahan senyawa Malat 4C menjadi Oksaloasetat 4C menghasilkan NADH dari NAD+. Seperti dengan FADH2, NADH2 juga merupakan bentuk energi yang belum bisa digunakan oleh tubuh. Agar dapat digunakan oleh tubuh perlu diubah menjadi ATP pada tahapan transpor elektron.

Kesimpulan dari tahapan siklus krebs:

• Tempat terjadi siklus krebs: matriks mitokondria
• Substrat : 2 asetil ko – A
• Hasil tahapan siklus krebs: 2 ATP, 4 CO2, 6 NADH dan 2 FADH

Kemudian ke tahap yang terakhir dari 4 tahapan respirasi aerob, yaitu transpor elektron. Proses yang terjadi pada tahapan transpor elektron adalah mengubah senyawa NADH dan FADH2 yang dihasilkan pada 3 tahapan sebelumnya menjadi ATP agar dapat digunakan oleh tubuh.

Baca Juga: Praktikum Biologi ~ Cara Kerja Paru – Paru

4. Sistem Transpor Elektron

Transpor elektron disebut juga sebagai fosforilasi oksidatif adalah tahap pengubahan NADH dan FADH2 menjadi energi dalam bentuk ATP agar dapat digunakan oleh tubuh. Tempat terjadinya tahapan transpor elektron berada di bagian mitokondria, tepatnya di membran dalam (krista) mitokondria. Bentuk membran dalam mitokondria (krista) yang terdiri atas suatu rantai pembawa elektron yang tersusun dari NAD, FAD, koenzim Q, dan sitokrom.

Bentuk membran dalam mitokondria jika diperbesar akan menjadi seperti gambar berikut.

Proses yang terjadi pada tahapan transpor elektron diberikan seperti bagan berikut.

Tahapan pada transpor elektron terdiri atas perubahan NADH menjadi ATP dan FADH2 menjadi ATP.

Perubahan NADH menjadi ATP:

Proses diawali dari NADH diuraikan menjadi NAD+ yang membuat elektron hasil dari reaksi makan masuk ke kompleks protein 1 kemudian dikirim ke koenzim Q. Saat elektron melewati kompleks protein 1 akan dikeluarkan 1 atom hidrogen.

Elektron dari koenzim Q dibawa melewati kompleks protein 3 ke sitokrom C. Saat melewati kompleks protein 3, akan dikeluarkan 1 atom hidrogen.

Kemudian dari sitokrom C, elektron akan dibawa ke matriks mitokondria melalui kompleks protein 4. Saat elektron melewati kompleks protein 4 akan mengeluarkan 1 atom hidrogen lagi.

Setiap ion hidrogen yang dihasilkan akan dibawa masuk ke dalam matriks mitokondria melewati ATP ase. Setiap 1 atom hidrogen yang masuk akan mengubah 1 ADP menjadi 1 ATP. Pada akhirnya, untuk setiap 1 molekul NADH menghasilkan 3 ATP.

Kemudian, elektron akan bereaksi dengan ion hidrogen dan ditangkap oleh oksigen dan menghasilkan molekul air atau H2O. Oksigen disini berperan sebagai aseptor elektron/penangkap elektron terakhir.

Pengubahan FADH2 menjadi ATP:

Pertama, FADH2 diuraikan menjadi FAD+ kemudian elektron masuk ke kompleks protein 2 yang diteruskan menuju koenzim Q dan berikutnya menuju ke sitokrom C. Saat melewati kompleks protein 3, dikeluarkan 1 ion hidrogen.

Berikutnya, elektron dari sitokrom C dibawa ke matriks mitokondria melalui kompleks protein 4. Pada saat melewati kompleks protein 4 juga dikeluarkan 1 atom hidrogen.

Setiap atom hidrogen yang terbentuk kemudian akan masuk ke ATPase yang mengubah ADP menjadi ATP. Jadi, untuk setiap 1 molekul FADH2 akan menghasilkan 2 ATP.

Kemudian, elektron pada matriks mitokondria akan bereaksi dengan ion hidrogen/ H+ dan ditangkap oksigen menghasilkan air/H2O.

Berupa jumlah ATP yang dihasilkan pada tahapan transpor elektron?

Berikutnya akan dihitung jumlah ATP yang terbentuk pada tahapan transpor elektron.

Jumlah NADH yang dihasilkan pada tahapan sebelumnya.

• Glikolisis: 2 NADH
• Dekarboksilasi Oksidatif: 2 NADH
• Siklus Krebs: 6 NADH

Jadi, total NADH adalah 10 NADH yang sama dengan 30 ATP.

FADH2 yang dihasilkan pada tahapan sebelumnya

• FADH2 hanya dihasilkan pada siklus krebs dengan jumlah sama dengan 2.

Jadi, jumlah FADH2 yang dihasilkan adalah 2 yang sama dengan 4 ATP.

Sehingga, seluruh ATP yang dihasilkan pada tahapan transpor elektron adalah 34 ATP.

Kesimpulan dari tahapan transpor elektron:

• Tempat terjadi transpor elektron: membran dalam mitokondria (krista)
• Substrat : 10 NADH, 2 FADH2
• Hasil tahapan transpor elektron: 34 ATP, 6 molekul air (H2O)

Baca Juga: Pernapasan Dada dan Pernapasan Perut

Pada akhirnya, dapat dikatakan bahwa reaksi yang terjadi pada respirasi aerob mengubah glukosa dan oksigen menjadi CO2, H2O dan energi, di mana energi yang dihasilkan berupa 38 ATP.

Respirasi Aerob: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

Tabel 4 tahapan respirasi aerob berikut mungkin akan membantu sobat idschool dalam mengingat proses yang terjadi dan hasil dari masing – masing tahapan pada respirasi aerob.

Demikian tadi bahasan mengenai 4 tahapan respirasi aerob yang meliputi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, dan sistem transpor elektron. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.

Baca Juga: Sistem Pernapasan pada Manusia