Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen bebas dari udara sebagai penerima elektron terakhir. Oksigen bebas ini digu- nakan untuk pembakaran bahan baku. Proses respirasi secara umum dapat kalian lihat sebagai berikut.
Senyawa organik + Oksigen Karbondioksida + Air + Energi Apabila bahan baku respirasi aerob berupa glukosa (heksosa) maka reaksi keseluruhan respirasi adalah:
C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2 + 686 kal
Dari reaksi di atas, terlihat bahwa respirasi aerob dengan bahan baku glukosa menghasilkan energi. Pada tumbuhan, energi yang di- hasilkan sebagian berupa panas, sebagian lagi digunakan untuk akti- vitas 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 glu- kosa (termasuk karbohidrat) disebut juga katabolisme karbohidrat.
Secara umum, reaksi respirasi aerobik dibedakan menjadi tiga tahap an yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif dan daur Krebs, serta rantai transportasi elektron respirasi dengan fosforilasi oksidatif.
Cobalah perhatikan peta konsep berikut ini. C6H12O6 R espirasi aer ob H 2 CO2 Energi ATP Panas Aktivitas sel Gambar 2.12 Penggunaan energi hasil respirasi pada tumbuhan.
Glukosa
(senyawa dengan 6 atom C) Asam Piruvat (senyawa dengan 3 atom C)
Asetil koenzim A
Asam
oksaloasetat Asam sitrat
NADH FADH2 GTP ( ATP) ATP NADH Rantai Transportasi Elektron Respirasi Glikolisis
Dekarboksilasi oksidatif NADH
Siklus Krebs
Setelah kalian memahami peta konsep di atas, uraian berikut ini akan menjelaskan secara rinci untuk setiap tahapan respirasi.
1) Glikolisis
Glikolisis adalah rangkaian reaksi kimia penguraian glukosa (yang memiliki 6 atom C) menjadi asam piruvat (senyawa yang memiliki 3 atom C), NADH, dan ATP. NADH (Nikotinamida Adenina Di- nukleotida Hidrogen) adalah koenzim yang mengikat elektron (H), sehingga disebut sumber elektron berenergi tinggi. ATP (adenosin tri- fosfat) merupakan senyawa berenergi tinggi. Setiap pelepasan gugus fosfatnya menghasilkan energi.
Pada proses glikolisis, setiap 1 molekul glukosa diubah menjadi 2 molekul asam piruvat,
2 NADH, dan 2 ATP. Glikolisis memiliki sifat- sifat, antara lain: glikolisis dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob, glikolisis melibatkan enz- im ATP dan ADP, serta peranan ATP dan ADP pada glikolisis adalah me- mindahkan (mentransfer) fosfat dari molekul yang satu ke molekul yang lain.
Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di sito- plasma (sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan energi dan 5 tahapan pelepasan energi. Berikut ini reaksi glikolisis secara lengkap:
Dari skema tahapan glikolisis menunjukkan bah wa energi yang dibu- tuhkan pada tahap peng- gunaan ener gi adalah 2 ATP. Sementara itu, energi yang dihasilkan pada tahap pelepasan ener gi adalah 4 ATP dan 2 NADH. Dengan demikian, selisih energi atau hasil akhir glikolisis adalah 2 ATP + 2 NADH.
Gambar 2.14 Skema 10 tahapan glikolisis melalui tahap penggunaan energi dan pelepasan energi.
Keterangan:
a) Tahap penggunaan energi:
(1) Penambahan gugus fosfat pada molekul glukosa den- gan bantuan enzim hekso- kinase, sehingga terbentuk glukosa 6-fosfat.
(2) Glukosa 6-fosfat diubah
menjadi isomer nya yaitu
fruktosa 6-fosfat. (3) Fosfofruktokinase men-
transfer gugus fosfat dari ATP ke fruktosa 6-fosfat fruktosa 1,6 bisfosfat.
(4) Aldolase membagi molekul
gula (fruktosa 1,6 bisfosfat) menjadi 2 molekul gula yang berbeda dan meru- pakan isomernya. (5) Dua molekul gliseralde-
hid postat masing-masing akan masuk pada tahapan glikolisis selanjutnya.
b) Tahap pelepasan energi:
(6) Triosafosfat dehidrogenase mengkatalisis pemindahan
elektron dan H+ dari sub-
strat (gliseraldehid fosfat)
ke NAD+ membentuk
NADH.
(7) Glikolisis menghasilkan ATP. Gula telah diubah menjadi senyawa asam or- ganik oleh fosfogliseroki- nase.
(8) Gugus fosfat dipindahkan sehingga menjadi 2-fosfog- liserat oleh fosfogliseromu- tase.
(9) 2-fosfogliserat melepaskan
molekul H2O sehingga ter-
bentuk fosfoenol piruvat kinase oleh enolase. (10) Piruvat kinase mentrans-
fer gugus fosfat sehingga menghasilkan 2 ATP lagi.
Glukosa 6-Fosfat Glukosa Fruktosa 6-Fosfat Heksokinase Fosfoglukoisomerase Fosfofruktokinase ATP ADP ATP ADP Fruktosa 1,6-bifosfat Dihidroksiaseton
fosfat Gliseraldehidafosfat Isomerase Aldolase Tahap Penggunaan Energi Triosafosfat dehidrogenase 2 NADH + 2 H+ 2 NAD+ 2 Pi 1 2 3 4 5 6 1, 3-Bifosfogliserat 3-Fosfogliserat Fosfogliserokinase 7 2ATP 2 ADP Fosfogliseromutase 8 2-Fosfogliserat Enolase 9 2 H2O Fosfoenol piruvat Piruvat kinase 10 2ATP 2 ADP Piruvat Tahap Pelepasan Energi
Jika kalian amati lebih cermat lagi, kalian akan mengetahui pada tahapan mana sajakah energi ( ATP) dibentuk. Nah, proses pembentu- kan ATP inilah yang disebut fosforilasi. Pada tahapan glikolisis terse-
but, enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat (molekul organik dalam glikolisis) ke ADP sehingga prosesnya disebut fosforilasi tingkat substrat. Perhatikan Gambar 2.15.
Keseluruhan reaksi glikolisis, dapat dibuat persamaaan reaksi seb- agai berikut:
Selain glukosa, bahan makanan yang kalian konsumsi tidak se- lalu mengandung gula sederhana seperti glukosa saja. Kadang-kadang kalian mengkonsumsi bahan-bahan yang mengandung gula kompleks (karbohidrat kompleks) seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa. Kemu- dian, dapatkah gula-gula atau karbohi drat yang kompleks tersebut langsung dimetabolisme oleh sel? Tentu saja tidak, bahan-bahan yang belum sederhana tersebut harus dirombak dahulu sehingga menjadi bahan yang dapat dimetabolisme langsung oleh sel.
Kalian telah mempelajari tentang tahapan glikolisis. Agar kalian dapat memahami dengan baik, ikutilah rubrik Telisik berikut ini.
Mengidentifikasi Enzim- enzim Glikolisis
Lakukanlah rubrik ini secara individu dan kerjakanlah di rumah kalian masing-masing dengan langkah sebagai berikut:
1. Pelajarilah kembali tentang penamaan dan penggolongan enzim pada sub bab Enzim. 2. Sebutkan macam-macam enzim yang terlibat dalam tahapan glikolisis.
3. Golongkanlah macam-macam enzim tersebut berdasarkan penggolongan enzim yang telah kalian pelajari pada sub bab Enzim.
4. Isikan hasil identifikasi kalian pada tabel sebagai berikut:
No Nama enzim Golongan enzim Fungsi
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
5. Kumpulkan hasilnya kepada guru kalian.