RESPIRASI SELULER

PENDAHULUAN

Reaksi respirasi merupakan reaksi katabolisme yang memecah molekul-molekul gula menjadi molekul anorganik berupa CO₂ dan H₂O. Tujuan respirasi adalah untuk mendapatkan energi melalui proses glikolisis. Senyawa gula diperoleh dari proses fotosintesis. Butiran amilum yang tersimpan dalam jaringan dan organ penyimpan cadangan makanan akan diubah kembali dalam bentuk glukoa fosfat di dalam sitoplasma sel. Kemudian glukosa fosfat akan dipecah menjadi piruvat dan masuk ke dalam siklus Krebs. Selama glikolisis berlangsung dan dalam siklus Krebs akan dihasilkan gas CO₂ yang akan dikeluarkan dari dalam sel. Gas tersebut dengan berdifusi akan terkumpul dalam rongga-rongga antarsel dan bila tekanan telah cukup akan keluar dari jaringan.

Respirasi seluler adalah proses perombakan molekul organik kompleks yang kaya akan energi potensial menjadi produk limbah yang berenergi lebih rendah pada tingkat seluler. Pada respirasi sel, oksigen terlibat sebagai reaktan bersama dengan bahan bakar organik dan akan menghasilkan air, karbon dioksida, serta produk energi utamanya ATP. ATP (adenosin trifosfat) memiliki energi untuk aktivitas sel seperti melakukan sintesis biomolekul dari molekul pemula yang lebih kecil, menjalankan kerja mekanik seperti pada kontraksi otot, dan mengangkut biomolekul atau ion melalui membran menuju daerah berkonsentrasi lebih tinggi. Secara garis besar, respirasi sel melibatkan proses-proses yang disebut glikolisis, siklus Krebs atau siklus asam sitrat, dan rantai transpor elektron.

Rantai transpor elektron menerima elektron dari produk hasil perombakan glikolisis dan siklus Krebs dan mentransfer elektron dari satu molekul ke molekul lain. Energi yang dilepaskan dari setiap pelepasan elektron tersebut digunakan untuk membuat ATP.

1.         SISTEM TRANSPOR ELEKTRON

Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH₂, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.

 

               

Pertama-tama, NADH dan FADH₂ mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH₂ melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H⁺.

Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP.  Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektro negatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H⁺ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H₂O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.

Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan FADH₂ sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH₂ tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.

 Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH₂. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.

2.         JALUR PENTOSA POSFAT

Setelah tahun 1950, para ahli fisiologi tumbuhan secara bertahap mulai manyadari bahwa glikolisis dan daur Krebs bukanlah satu-satunya reaksi tumbuhan dalam memperoleh energi dari oksidasi gula menjadi karbon dioksida dan air. Karena senyawa antaranya adalah glukosa fosfat lima-karbon, maka rangkaian reaksi alternatif tersebut disebut lintasan pentose fosfat (LPF). Beberapa senyawa lintasan pentosa fosfat juga anggota daur Calvin, tempat gula fosfat disintesis di kloroplas. Perbedaan utama antara daur Calvin dan lintasan pentose fosfat adalah pada lintasan pentosa fosfat gula fosfat tidak disintesis melainkan dirombak. Dalam hal ini, reaksi pentosa fosfat serupa dengan reaksi pada glikolisis hanya perbadaannya lintasan pentosa fosfat penerima elektronnya selalu NADP⁺, sedangkan di glikolisis penerima elektronnya adalah NAD⁺.

Reaksi LPF pertama melibatkan glukosa-6-fosfat, yang berasal dari perombakan pati fosforilase di glikolisis, dari penambahan fosfat akhir pada ATP ke glukosa atau langsung dari fotosintesis.  Senyawa ini segera dioksidasi oleh glukosa-6-fosfat dehidrogenase menjadi 6-fosfoglukono-laktona (reaksi 1). Laktona ini secara cepat dihidrolisis oleh laktonase menjadi 6-fosfoglukonat (reaksi 2), kemudian senyawa terakhir ini segera didekarboksilasi secara oksidatif menjadi ribulosa-5-fosfat oleh 6-fosfoglukonat dehidrogenase (reaksi 3). Selanjutnya LPF menghasilkan pentosa fosfat dan dikatalisis oleh isomerase (reaksi 4) dan epimerase (reaksi 5), yang merupakan salah satu jenis isomerase. Reaksi ini dan reaksi berikutnya serupa dengan beberapa reaksi di daur Calvin. Enzim yang penting ialah transketolase (reaksi 6 dan 8) dan transaldolase (reaksi 7). Perhatikan bahwa  ketiga reaksi terakhir membentuk 3-fosfogliseraldehid dan fruktosa-6-fosfat, yang merupakan senyawa-antara pada glikolisis. Jadi, LPF dapat dianggap jalur alternatif menuju senyawa yang akan dirombak oleh glikolisis. Reaksi-reaksi ini dipacu oleh enzimisomeras, epimerase, transketolase dan transaldolase.

                      Reaksi Lintasan Respirasi Pentosa Fosfat

Fungsi Lintasan Pentosa Fosfat yaitu:

1. Produksi NADPH, dimana senyawa ini kemudian dapat dioksidasi untuk menghasilkan ATP
2. Terbentuknya senyawa erithrosa-4-P, dimana senyawa ini merupakan bahan baku esensial untuk pembentukan senyawa fenolik seperti sianin dan lignin
3. Menghasilkan ribulosa-5-P yang merupakan bahan baku unit ribosa dan deoksiribosa pada nukleotida pada RNA dan DNA.

3.         FAKTOR YANG MEMPENGARUHI RESPIRASI

 Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi dapat di bedakan menjadi dua bagian yakni

a.       Faktor dalam sel itu sendiri

1.         Jumlah plasma dalam sel. Jaringan-jaringan meristematis muda yang mana sel-selnya masih penuh dengan plasma biasanya mempunyai kecepatan respirasi yang lebih besar dari pada jaringan-jaringan yang lebih tua dimana jumlah plasmanya sudah lebih sedikit.

2.         Struktur fisikokimia dari protoplasma, misalnya tentang sifat hidratasi dari protoplasma.

3.         Banyaknya enzim-enzim respirasi yang ada dalam plasma

4.         Jumlah substrat respirasi dalam sel

        Tersedianya substrat pada tanaman merupakan hal yang penting dalam melakukan respirasi. Tumbuhan dengan kandungan substrat yang rendah akan melakukan respirasi dengan laju yang rendah pula.

b.      Faktor di luar sel

1.      Suhu

Pada umumnya dalam batas-batas tertentu kenaikan suhu menyebabkan pula kenaikan kecepatan respirasi. laju reaksi respirasi akan meningkat untuk setiap kenaikan suhu sebesar 10 ^oC, namun hal ini tergantung pada masing-masing spesies.

2.      Kadar O₂ udara

Pengaruh kadar O₂ dalam atmosfir terhadap kecepatan respirasi akan berbeda-beda tergantung pada jaringan dan lama perlakuan, tetapi meskipun demikian makin tinggi kadar O₂ di atmosfir maka makin tinggi kecepatan respirasi

3.      Kadar air dalam jaringan

Pada umumnya dengan naiknya kadar air dalam jaringan kecepatan respirasi juga akan meningkat. Ini nampak jelas pada biji yang dikecambahkan

4.      Cahaya

Cahaya dapat meningkatkan respirasi pada jaringan tanaman yang berklorofil karena cahaya berpengaruh pada tersedianya substrat respirasi yang dihasilkan dari proses fotosintesa.

PENUTUP

Respirasi merupakan fungsi kumulatif dari tiga tahapan metabolik yaitu glikolisis, siklus krebs, dan transpor elektron.

Dua tahapan yang pertama, glikolisis dan siklus Krebs, merupakan jalur katabolik yang menguraikan glukosa dan bahan bakar organik lainnya. Glikolisis, yang terjadi dalam sitosol, mengawali perombakan dengan pemecahan glukosa menjadi dua molekul senyawa yang disebut piruvat. Siklus krebs, yang terjadi dalam matriks mitokondria, menyempurnakan pekerjaan ini dengan menguraikan turunan piruvat menjadi karbon dioksida.

Dengan demikian, karbon dioksida yang dihasilkan oleh respirasi merupakan fragmen molekul organik yang teroksidasi. Sebagian tahap glikolisis dan siklus krebs ini merupakan reaksi  redoks di mana enzim dehidrogenase mentransfer elektron dari substrat ke NAD⁺, dan membentuk NADH. Pada langkah ketiga respirasi, rantai transpor elektron menerima elektron dari produk hasil perombakan kedua langkah yang pertama tersebut dan melewatkan elektron ini dari satu molekul ke molekul lain. Pada akhir rantai ini, elekrton digabungkan dengan ion hidrogen dan oksigen molekuler untuk membentuk air. Energi yang dilepas pada setiap langkah rantai tersebut disimpan dalam bentuk yang digunakan oleh mitokondria untuk membuat ATP. Modus sistesis ATP ini disebut fosforilasi oksidatif karena sintesis ini digerakkan oleh reaksi redoks yang mentransfer elektron dari makanan ke oksigen.

Tempat transpor elektron dan fosforilasi oksidatif ialah membran dalam mitokondria. Fosforilasi oksidatif bertanggung jawab atas hampir 90 % ATP yang dihasilkan oleh respirasi. Sejumlah kecil ATP dibentuk langsung dalam beberapa glikolisis dan siklus krebs oleh mekanisme yang disebut fosforilasi tingkat substrat. Modul sintesis ATP ini terjadi apabila enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat ke ADP. (substrat yang dimaksud di sini adalah molekul yang dihasilkan selama katabolisme glukosa yang berurutan).

Respirasi menukar satuan energi yang besar yang ditumpuk dalam glukosa dengan suatu perubahan kecil ATP, yang lebih praktis untuk digunakan sel dalam melakukan kerjanya. Untuk setiap molekul glukosa yang dirombak menjadi karbon dioksida dan air oleh respirasi, sel ini menghasilkan kira-kira 38 molekul ATP.

Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi dapat di bedakan menjadi dua bagian yakni : faktor dalam sel itu sendiri dan faktor di luar sel seperti suhu, kadar O₂, kadar air, dan cahaya.