Respirasi Aerob - Glikolisis

Materi yang akan kita bahas kali ini adalah Respirasi Aerob. Sebenarnya udah lama sih dosenku ngasi materi ini tapi aku baru sempat buat catatannya sekarang.. :p Nah, sebelum kita belajar tentang Respirasi Aerob, ada baiknya kita tahu terlebih dahulu apa sih ATP itu? Karena tujuan utama terjadinya proses respirasi aerob ini agar tubuh menghasilkan energy berupa ATP yang digunakan untuk metabolism dan aktivitas manusia. Berikut ini adalah karakteristik dari ATP :

1. Molekul pembawa energi digunakan sel untuk melakukan proses hidup

2. ATP dibentuk dari adenin, gula-ribosa dan 3 gugus phosphate (PO₄)

3. Ikatan PO₄ memiliki ikatan berenergi tinggi yang memerlukan energi ketika dibuat dan  melepaskan energi ketika dipecah

4. ATP dibuat dan digunakan secara terus-menerus dalam sel. Setiap menit ATP di-recycled

      5. Fosforilasi menunjuk pada reaksi kimia yg membuat ATP dr penambahan P_i ke ADP

                                                      ADP + P_i + energy «  ATP + H₂O

      6.  Enzim yg berperan: ATP synthetase & ATPase. Membantu memecah dan membentuk kembali ikatan PO₄ yg berenergi tinggi dlm proses disebut fosforilasi tingkat substrat

      7. Ketika ikatan phosphate berenergi tinggi dipecah, akan mengeluarkan energi, sebuah gugus    fosfat dan ADP. 

 Setelah kita tahu tentang ATP akan lebih mudah bagi kita untuk mengerti pembahasan yang dibahas dibawah ini.

Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen bebas dari udara sebagai penerima elektron terakhir. Oksigen bebas ini digunakan untuk pembakaran bahan baku. Proses respirasi secara umum dapat kita lihat sebagai berikut.

Apabila bahan baku respirasi aerob berupa glukosa (heksosa) maka reaksi keseluruhan respirasi adalah:

 Penggunaan energi hasil respirasi pada tumbuhan.

Dari reaksi di atas, terlihat bahwa respirasi aerob dengan bahan baku glukosa menghasilkan energi. Pada tumbuhan, energi yang dihasilkan sebagian berupa panas, sebagian lagi digunakan untuk aktivitas hidup tumbuhan itu sendiri seperti untuk proses pembentukan zat organik, untuk proses osmosis, untuk pengaliran protoplasma, atau untuk pembelahan sel. Penguraian heksosa juga menghasilkan CO₂ dan air (H₂O). Bagaimana hal ini dapat terjadi? Simaklah rangkaian respirasi aerob dengan bahan baku glukosa di bawah ini. Respirasi glukosa (termasuk karbohidrat) disebut juga katabolisme karbohidrat.

 

Bagan respirasi aerob

Berdasarkan jalur reaksinya, respirasi aerob dibedakan menjadi dua yaitu respirasi aerob melalui jalur daur Krebs dan jalur oksidasi langsung atau jalur pentosa fosfat (Hexose Monophosphat Shunt = HMS). Apa perbedaan kedua jalur itu?

1. Respirasi Aerob Melalui Jalur Daur Krebs

1.1. Glikolisis

Glikolisis adalah rangkaian reaksi kimia penguraian glukosa (yang memiliki 6 atom C) menjadi 2 asam piruvat (senyawa yang memiliki 3 atom C) sehingga menghasilkan NADH, dan ATP. NADH (Nikotinamida Adenina Dinukleotida Hidrogen) adalah koenzim yang mengikat elektron (H⁺), sehingga disebut donor electron. ATP (adenosin trifosfat) merupakan senyawa berenergi tinggi. Setiap pelepasan gugus fosfatnya menghasilkan energi.

Pada proses glikolisis, setiap 1 molekul glukosa (6 atom C) diubah menjadi 2 molekul asam piruvat (3 atom C), menghasilkan 2 NADH (=6 ATP), dan 2 ATP. Glikolisis memiliki sifat-sifat, antara lain: glikolisis dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob, glikolisis melibatkan enzim ATP dan ADP, serta peranan ATP dan ADP pada glikolisis adalah memindahkan (mentransfer) fosfat dari molekul yang satu ke molekul yang lain.

Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di sitoplasma (sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan energi dan 5 tahapan pelepasan energi.

Berikut ini reaksi glikolisis secara lengkap:

Tahapan glikolisis melalui tahap penggunaan energi dan pelepasan energi.

Keterangan:

a)      Tahap penggunaan energi:

1)      Penambahan gugus fosfat dari ATP pada molekul glukosa dengan bantuan enzim heksokinase, sehingga terbentuk glukosa 6-fosfat.

2)      Glukosa 6-fosfat diubah menjadi isomernya yaitu fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoglukoisomerase..

3)      Fosfofruktokinase mentransfer gugus fosfat dari ATP ke glukosa 6-fosfat menghasilkan fruktosa 1,6 bisfosfat.

4)      Aldolase membagi molekul gula (fruktosa 1,6 bisfosfat) menjadi 2 molekul gula yang berbeda dan merupakan isomernya yaitu, gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dan dihidroksiaseton.

5)      PGAL akan menjadi substrat glikolisis berikutnya.

b)      Tahap pelepasan energi:

      6)      Triosafosfat dehidrogenase mengkatalisis pemindahan elektron dan H⁺ dari substrat (gliseraldehid fosfat) ke NAD⁺ membentuk NADH dan 1,3-bifosfogliserat.

7)      Terbentuklah ATP. Kelompok fosfat ditransfer dari 1,3-bifosfogliserat ke ADP dibantu dengan enzim fosfogliserokinase. Setiap molekul glukosa menghasilkan dua molekul ATP. Sehingga terbentuk senyawa 3-fosfogliserat.

8)      Gugus fosfat dari 3-fosfogliserat dipindahkan sehingga menjadi 2-fosfogliserat oleh fosfogliseromutase.

9)      2-fosfogliserat melepaskan molekul H₂O sehingga terbentuk fosfoenol piruvat kinase (PEP) oleh enolase.

10)  Piruvat kinase mentransfer gugus fosfat sehingga menghasilkan 2 ATP lagi.

       Dari skema tahapan glikolisis menunjukkan bahwa energi yang dibutuhkan pada tahap penggunaan energi adalah 2 ATP (tahap 1 dan 3). Sementara itu, energi yang dihasilkan pada tahap pelepasan energi adalah 4 ATP dan 2 NADH. Dengan demikian, hasil akhir glikolisis adalah 2 ATP + 2 NADH.

      Jika kita amati lebih cermat lagi, kita akan mengetahui pada tahapan mana sajakah energi (ATP) dibentuk. Nah, proses pembentukan ATP inilah yang disebut fosforilasi. Pada tahapan glikolisis tersebut, enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat (molekul organik dalam glikolisis) ke ADP sehingga prosesnya disebut fosforilasi tingkat substrat. Perhatikan Gambar di bawah ini Keseluruhan reaksi glikolisis, dapat dibuat persamaaan reaksi sebagai berikut:

     Makanan yang kita konsumsi tidak selalu mengandung glukosa tetapi terdapat karbohidrat kompleks seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa. Untuk karbohidrat kompleks ini terlebih dahulu akan dirombak menjadi gula yang lebih sederhana sehingga dapat dimetabolisme oleh sel.

Fosforilasi tingkat substrat (pada tahap ke-10 glikolisis).

Piruvat merupakan hasil akhir jalur glikolisis. Jika berlangsung respirasi aerobik, piruvat memasuki mitokondria dan segera mengalami proses lebih lanjut. Hasil akhir glikolisis sebagai berikut:

Input	Output
glukosa	2 asam piruvat
2 NAD+	2 NADH
2 ATP	4 ATP
2 ADP + 2 P

       Lalu bagaimana dengan macam gula yang lain? Maltosa, sukrosa, dan laktosa terlebih dahulu diubah menjadi monomer penyusunnya yaitu glukosa dan gula sederhana yang lain yaitu fruktosa atau galaktosa. Selanjutnya, glukosa atau gula-gula sederhana akan masuk siklus glikolisis seperti biasa. Glukosa akan diubah menjadi glukosa 6P dan seterusnya sehingga dapat dihasilkan 2 asam piruvat. Dan, bagaimana dengan fruktosa dan manosa? Fruktosa dan manosa dapat langsung diubah menjadi fruktosa 6P. Untuk memperjelasnya, perhatikan Gambar di bawah ini

Bagan masuknya senyawa-senyawa selain glukosa ke dalam reaksi glikolisis.

        Untuk dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs, sistem transportasi elektron (STE) dan fosforilasi oksidatif akan dibahas pada postingan berikutnya… Mohon sabar y..:-)