RESPIRASI
3. RESPIRASI
Respirasi merupakan reaksi katabolisme. Katabolisme merupakan reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Penguraian menghasilkan/ melepaskan energi berupa ATP (reaksi eksergonik) untuk beraktivitas. Dua fungsi katabolisme yaitu: (1) Menyediakan bahan baku untuk sintesis molekul lain, (2) Menyediakan energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas sel. Energi yang dilepaskan reaksi katabolisme disimpan dalam bentuk fosfat, terutama ATP (Adenosin trifosfat) dan elektron berenergi tinggi NADH2 (Nikotilamid adenin dinukleotida H2) dan FADH2 (Flavin adenin dinukleotida H2).
Apa itu NAD+, NADH dan NADH2 (NADH + H)?
Nikotinamida adenina dinukleotida (NAD+) yang meruapakan koenzim di semua sel hidup. Dalam organisme, NAD+ yang disintesis secara de novo (dari blok-blok molekul kecil) dari asam amino triptofan ataupun asam aspartat. NAD+
dapat juga diperoleh dari sumber makanan yang mengandung vitamin niasin (vitamin B3). Senyawa ini berupa dinukleotida yang mengandung dua nukleotida yang dihubungkan melalui gugus fosfat, dengan satu nukleotida mengandung basa adenina dan yang lainnya mengandung nikotinamida.
Dalam metabolisme, NAD+ berperan dalam reaksi Redoks (membawa elektron dari satu reaksi ke reaksi lain). Koenzim ini oleh karenanya ditemukan dalam dua bentuk yang berbeda: NAD+ sebagai oksidator dan NADH sebagai
98 reduktor. NAD+ menerima elektron dari molekul lain dan menjadi tereduksi (NADH), dan begitu pula sebaliknya.
Apa itu FAD+, FADH dan FADH2 (FADH + H)?
Flavin adalah nama umum gugus senyawa organik berbasis pteridina.
Sumber biokimianya yaitu vitamin Riboflavin. Gugus fungsi flavin seringkali berikatan dengan adenosin trifosfat menjadi Flavin Adenina Dinukleotida (FAD).
Flavin Adenina Dinukleotida (FAD): Gugus yang terikat pada banyak enzim termasuk feredoksin-NADP+ reduktase, monoamina oksidase, D-asam amino oksidase, glukosa oksidase, xantin oksidase, dan asil KoA dehidrogenase. FADH dan FADH2: bentuk tereduksi FAD. FADH2 dihasilkan sebagai gugus prostetik dalam suksinat dehidrogenase (enzim yang terlibat dalam siklus asam sitrat).
Apa itu KOENZIM A (Coenzyme A) dan ASETIL KO-A (Ascetyl CoA)?
Koenzim bertindak bersama enzim saat melaksanakan fungsinya.
Koenzim merupakan kelompok non protein yang mengikat/ berinteraksi dengan enzim (apoenzyme) untuk mengaktifkannya. Ketika suatu kofaktor mengikat erat enzim yang disebut kelompok prostetik. Ketika secara longgar terikat enzim, kofaktor ini disebut koenzim. Kofaktor bisa menjadi koenzim atau kelompok prostetik. Koenzim A (CoA) sebagai pembawa gugus asil. Kemampuan CoA ini
99 membantu dalam transfer asam lemak dari sitoplasma ke mitokondria untuk oksidasi. Koenzim A mengaktifkan banyak kelompok asil yang ditransfer ke molekul lain dalam berbagai reaksi biokimia yaitu: Asetil-CoA, propionil KoA, Acetoacyl CoA dan Comaryl CoA.
Fosforilasi Tingkat Substrat.
Beberapa ATP dibuat melalui transfer langsung suatu gugus fosfat dari substrat organik ke ADP dengan bantuan Enzim.
Mekanisme Respirasi Sel:
100 Glikolisis
Istilah ini sendiri memiliki arti "pemecahan glukosa". Glikolisis merupakan tahap pertama dari respirasi sel. Glukosa berkarbon enam diubah menjadi dua gula berkarbon tiga. Dua gula berkarbon tiga tersebut dioksidasi dan atom-atomnya disusun ulang menjadi dua molekul piruvat (bentuk ionisasi dari asam piruvat). Netto Glikolisis: 2 ATP + 2 NADH. Tidak ada CO2 yang dilepaskan selama Glikolisis. Glikolisis tidak bergantung dari ada atau tidaknya O2. Ada dua fase dalam glikolisis yaitu Fase Investasi Energi (ATP) dan Fase Pembayaran Energi (ATP). Terjadi di Sitosol.
• Fase Investasi Energi
101
• Fase Pembayaran Energi
Oksidasi Piruvat (OP)/ Dekarboksilasi Oksidatif (DO)
Merupakan proses pengubahan molekul Piruvat yaitu molekul bermuatan yang dihasilkan pada proses glikolisis menjadi Asetil Koenzim A (Asetil Co.A).
Terjadi di Membran dan Matrik Mitokondria.
102
Siklus Krebs (Siklus Asam Sitrat)
Asetil Koenzim A (Asetil Co.A) dari OP (DO) digunakan dalam siklus krebs. Siklus krebs kemudian mengoksidasi asetil-KoA menjadi karbon dioksida.
Siklus krebs terjadi di Matrik Mitokondria.
103 Fosforilasi Oksidatif (Transpor Elektron dan Kemiosmosis)
Rantai Transpor Elektron merupakan kumpulan molekul yang tertanam di membran-dalam mitokondria sel eukariotik (Prokariotik – Membran Plasma).
Rantainya sebagian besar adalah protein (terdiri dari Komplek I sampai IV) dan gugus Prostetik yaitu omponen non protein yang penting untuk fungsi katalitik enzim-enzim yang terikat ke protein tersebut.
NADH (dari glikolisi dan krebs) akan mengantarkan elektron (e-) ke Flavoprotein: Flavin Mononukleotida (FMN). Flavoprotein kembali ke bentuk teroksidasinya saat meneruskan e- ke protein. Fe+S meneruskan e- ke senyawa Ubikuinon (Q; molekul hidrofobik kecil, nonprotein; KoQ) selanjutnya ke Cyt (sitokrom; pembawa e- antara Q dan O2), Cyt memiliki gugus prostetik: grup heme (menyumbangkan dan menerima e-).
Selanjutnya elektron akan turun dan digunakan untuk menghasilkan H2O Kemiosmosis: Mekanisme penggandengan energi yang menggunakan energi yang tersimpan dalam bentuk gradien H+ di kedua sisi membran untuk menggerakkan kerja seluler
104
Mari Menghitung Hasil Respirasi Sel
Mengapa Jumlahnya ATP Berbeda-beda (Tidak Tetap)?
• Fosforilasi dan Redoks tidak digandengkan satu sama lain. Rasio NADH terhadap jumlah ATP bukan bilangan bulat
1 NADH = 2.5 sampai 3.3 ATP 1 FADH2 = 1.5 sampai 2 ATP
• Perolehan ATP bervariasi, tergantung tipe wahana ulang-alik (shuttle) di membran untuk mentransfer elektron dari sitosol ke mitokondria.
105
• Membran Dalam Mitokondria tidak permeabel terhadap NADH sehingga NADH dalam sitosol terpisah dari Fosforilasi Oksidatif (FO).
• Penggunaan gaya gerak proton untuk macam-macam kerja yang lain (38 jika semua gaya gerak proton dibangkitkan, 34 jika kurang efisien).
Respirasi Anaerobik & Fermentasi Persamaan respirasi anaerobik dan
fermentasi sama-sama
mengoksidasi bahan-bahan organik dan membentuk ATP tanpa O2 Perbedaannya yaitu respirasi anaerobik memiliki Rantai Transpor Elektron (RTE) tapi tidak menggunakan O2 sebagai penerima terakhir di ujung rantai tersebut (contoh Ion sulfat).
Fermentasi cara memanen energi tanpa O2/ RTE manapun (tanpa respirasi seluler) contohnya fermentasi Alkohol dan Fermentasi Asam Laktat (bentuk ionisasinya:
Laktat).
106 Pengontrolan Respirasi Seluler
4. DEGRADASI ASAM LEMAK - ß-OKSIDASI