Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob - Respirasi ialah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi, baik memakai oksigen maupun tidak dari senyawa organik kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam proses tersebut dibebaskan sejumlah energi. Tenaga yang dibebaskan dalam respirasi berasal dari tenaga potensial kimia yang berupa ikatan kimia. Respirasi yang memerlukan oksigen disebut respirasi aerob dan respirasi yang tidak memerlukan oksigen disebut respirasi anaerob. Respirasi anaerob hanya sanggup dilakukan oleh kelompok mikroorganisme tertentu (bakteri), sedangkan pada organisme tingkat tinggi belum diketahui kemampuannya untuk melakukan respirasi anaerob. Dengan demikian bila tidak tersedia oksigen, organisme tingkat tinggi tidak akan melaksanakan respirasi anaerob melainkan akan melaksanakan proses fermentasi. Sementara itu, terdapat respirasi tepat yang hasil akhirnya berupa CO2 dan H2O dan respirasi tidak tepat yang hasil akhirnya berupa senyawa organik.
Di manakah reaksi respirasi berlangsung? Sebagian reaksi respirasi berlangsung dalam mitokondria dan sebagian yang lain terjadi di sitoplasma. Mitokondria mempunyai membran ganda (luar dan dalam) serta ruangan intermembran (di antara membran luar dan dalam). Krista merupakan lipatan-lipatan dari membran dalam. Ruangan paling dalam berisi cairan menyerupai gel yang disebut matriks. Perhatikan Gambar 1. ATP paling banyak dihasilkan selama respirasi pada mitokondria sehingga mitokondria sering disebut mesin sel. Pada awal penggalan ini telah dijelaskan bahwa berdasarkan kebutuhan oksigen, terdapat dua jenis respirasi yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob. Bagaimanakah proses kimia pada masing-masing jenis respirasi? Marilah kita pelajari dalam uraian berikut.
Berdasarkan jalur reaksinya, respirasi aerob dibedakan menjadi dua yaitu respirasi aerob melalui jalur daur Krebs dan jalur oksidasi eksklusif atau jalur pentosa fosfat (Hexose Monophosphat Shunt = HMS). Apa perbedaan kedua jalur itu?
Respirasi aerob melalui daur Krebs mempunyai empat tahap yaitu glikolisis, pembentukan asetil Co-A, daur Krebs, dan sistem transpor elektron.
a) Glikolisis
Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan hasil akhirnya berupa senyawa asam piruvat. Selain menghasilkan 2 molekul asam piruvat, dalam glikolisis juga dihasilkan 2 molekul NADH2 dan 2 ATP jika tumbuhan dalam keadaan normal (melalui jalur ATP fosfofruktokinase) atau 3 ATP jikalau flora dalam keadaan stress atau sedang aktif tumbuh (melalui jalur pirofosfat fosfofruktokinase). ATP yang dihasilkan dalam reaksi glikolisis dibuat melalui reaksi fosforilasi tingkat substrat. Bagaimanakah reaksi kimia yang terjadi dalam glikolisis? Coba pelajari skema proses glikolisis pada Gambar 1 berikut.
Piruvat merupakan hasil selesai jalur glikolisis. Jika berlangsung respirasi aerobik, piruvat memasuki mitokondria dan segera mengalami proses lebih lanjut. Hasil selesai glikolisis sebagai berikut.
 |
| Gambar 1. Rangkaian proses glikolisis, diawali dengan glukosa dan diakhiri dengan piruvat. |
Reaksi pembentukan asetil Co-A sering disebut reaksi transisi alasannya ialah menghubungkan glikolisis dengan daur Krebs. Pembentukan asetil Co-A pada organisme eukariotik berlangsung dalam matriks mitokondria, sedangkan pada organisme prokariotik berlangsung dalam sitosol. Pada reaksi ini, asam piruvat dikonversi menjadi gugus asetil (2C) yang bergabung dengan Coenzim A membentuk asetil Co-A dan melepaskan CO2 Reaksi ini terjadi 2 kali untuk setiap 1 molekul glukosa. Perhatikan reaksi pembentukan asetil Co-A berikut.
c) Siklus Krebs
Siklus Krebs terjadi di dalam matriks mitokondria. Daur Krebs menghasilkan senyawa antara yang berfungsi sebagai penyedia kerangka karbon untuk sintesis senyawa lain. Selain sebagai penyedia kerangka karbon, daur Krebs juga menghasilkan 3 NADH2, 1 FADH2 dan 1 ATP untuk setiap satu asam piruvat. Senyawa NADH dan FADH2 selanjutnya akan dioksidasi dalam sistem transpor elektron untuk menghasilkan ATP. Oksidasi 1 NADH menghasilkan 3 ATP, sedangkan oksidasi 1 FADH2 menghasilkan 2 ATP. Berbeda dengan glikolisis, pembentukan ATP pada daur Krebs terjadi melalui reaksi fosforilasi oksidatif. Reaksi yang terjadi pada daur Krebs sanggup Anda pelajari melalui Gambar 2 berikut.
Adapun hasil selesai siklus Krebs ditampilkan sebagai berikut.
 |
| Gambar 2. Siklus Krebs |
Output | Output |
2 Asetil | 4 CO2 |
2 ADP + 2 P | 2 ATP |
6 NAD+ | 6 NADH |
2 FAD | 2 FADH2 |
d) Sistem transpor elektron
Sistem transpor elektron merupakan suatu rantai pembawa elektron yang terdiri atas NAD, FAD, koenzim Q, dan sitokrom. Sistem transpor elektron terjadi dalam membran mitokondria. Sistem transpor elektron ini berfungsi untuk mengoksidasi senyawa NADH atau NADH2 dan FADH2 untuk menghasilkan ATP. Perhatikan skema sistem transpor elektron pada Gambar 3 berikut.
 |
| Gambar 3. Sistem transpor elektron |
Mengingat oksidasi NADH atau NADPH2 dan FADH2 terjadi di dalam membran mitokondria, sedangkan ada NADH yang dibuat di sitoplasma (dalam proses glikolisis), maka untuk memasukkan setiap 1 NADH dari sitoplasma ke dalam mitokondria diperlukan 1 ATP. Keadaan ini akan mempengaruhi total hasil higienis respirasi aerob pada organisme eukariotik. Organisme prokariotik tidak memiliki sistem membran dalam sehingga tidak diperlukan ATP lagi untuk memasukkan NADH ke dalam mitokondria. Akibatnya total hasil higienis ATP yang dihasilkan respirasi aerob pada organisme prokariotik lebih tinggi daripada eukariotik. Energi (ATP) dalam sistem transpor elektron terbentuk melalui reaksi fosforilasi oksidatif. Energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol NADH atau NADPH2 dapat dipakai untuk membentuk 3 mol ATP. Reaksinya sebagai berikut.
Sementara itu, energi yang dihasilkan oleh oksidasi 1 mol FADH2 dapat menghasilkan 2 mol ATP. Berapakah jumlah total ATP yang dihasilkan selama proses respirasi aerob pada organisme eukariotik? Perhatikan Gambar 4 berikut.
 |
| Gambar 4. Jumlah energi yang dihasilkan dari setiap molekul glukosa pada organisme eukariotik |
Berdasarkan Gambar 4 tersebut tampak bahwa pada organisme eukariotik setiap molekul glukosa akan menghasilkan 36 ATP dalam respirasi. Hasil ini berbeda dengan respirasi pada organisme prokariotik. Telah diketahui bahwa oksidasi NADH atau NADPH2 dan FADH2 terjadi dalam membran mitokondria, namun ada NADH yang dibuat di sitoplasma (dalam proses glikolisis). Pada organisme eukariotik, untuk memasukkan setiap 1 NADH dari sitoplasma ke dalam mitokondria dibutuhkan 1 ATP. Dengan demikian, 2 NADH dari glikolisis menghasilkan hasil higienis 4 ATP sesudah dikurangi 2 ATP. Sementara itu, pada organisme prokariotik, alasannya ialah tidak mempunyai sistem membran dalam maka tidak dibutuhkan ATP lagi untuk memasukkan NADH ke dalam mitokondria sehingga 2 NADH menghasilkan 6 ATP. Akibatnya total hasil higienis ATP yang dihasilkan respirasi aerob pada organisme prokariotik, yaitu 38 ATP.
Bagaimanakah efisiensi respirasi ? Pembakaran glukosa secara tepat menghasilkan CO2 dan H2O di luar badan makhluk hidup dan dihasilkan pula energi sebesar 680 kkal. Dari uraian di depan telah diketahui bahwa melalui respirasi 1 molekul glukosa menghasilkan 36 ATP. Sebuah ATP setara dengan 10 kkal energi sehingga perombakan glukosa dalam badan makhluk hidup melalui respirasi menghasilkan = 10 kkal x 36 = 360 kkal. Jika jumlah energi itu dibandingkan, akan diperoleh hasil efisiensi respirasi sebesar:
360 kkal
----------- x 100 % = 53%
680 kkal
Di Mana Tempat Terjadinya Reaksi Fosforilasi ?
Reaksi fosforilasi dalam glikolisis dan daur Krebs terjadi pada pengubahan senyawa berikut.
- 3 fosfogliseraldehid → 1,3- difosfogliserat
- Piruvat → asetil Co-A
- Isositrat → α-ketoglutarat
- α-ketoglutarat → suksinil Co-A
- Suksinat → fumarat
- Malat → oksaloasetat
Pentosa Fosfat (Hexose Monophosphat Shunt = HMS) Daur ini diawali dengan proses fosforilasi glukosa dengan fosfor yang berasal dari ATP sehingga terbentuk glukosa 6-fosfat. Selanjutnya, glukosa 6-fosfat dioksidasi dengan NADP terbentuk 6-fosfoglukonat. Tahap selanjutnya, 6-fosfoglukonat didekarboksilasi dan dioksidasi dengan NADP sehingga terbentuk ribulosa 5-fosfat. Ribulosa 5-fosfat melanjutkan siklus sehingga terbentuk kembali glukosa 6-fosfat. Perhatikan skema pada Gambar 5 berikut untuk membantu pemahaman Anda.
 |
| Gambar 5. Jalur pentosa fosfat (HMS) |
Pada daur HMS, setiap keluar 1 CO2 akan dihasilkan 2 NADPH2. Selanjutnya, NADPH2 dioksidasi dalam sistem transpor elektron. Pada daur ini, dihasilkan senyawa antara berupa gula, sedangkan pada siklus Krebs berupa asam organik. Pada daur HMS dihasilkan gula ribulosa 6-fosfat (gula beratom C=5) yang merupakan gula penting untuk membentuk nukleotida. Nukleotida merupakan senyawa yang sangat penting karena berperan antara lain sebagai penyusun ATP dan DNA.
2. Proses Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob terjadi bila tidak ada oksigen. Perlu diingat, bahwa dalam respirasi aerob oksigen berperan sebagai peserta elektron terakhir. Bila tugas oksigen digantikan oleh zat lain, terjadilah respirasi anaerob. Organela-organela dan reaksi-reaksi yang terlibat dalam proses respirasi aerob sama dengan respirasi anaerob. Adapun zat lain yang sanggup menggantikan tugas oksigen antara lain NO3 dan SO4. Sejauh ini gres diketahui bahwa yang dapat menggunakan zat pengganti oksigen merupakan golongan mikroorganisme. Dengan demikian, organisme tingkat tinggi tidak sanggup melaksanakan respirasi anaerob. Bagaimana organisme tingkat tinggi mengubah energi potensial kimia menjadi energi kinetik jikalau tidak ada oksigen? Apabila tidak tersedia oksigen, organisme tingkat tinggi mengubah energi potensial kimia menjadi energi kinetik melalui proses fermentasi.
Anda kini sudah mengetahui Respirasi Aerob dan Anaerob. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Anda kini sudah mengetahui Respirasi Aerob dan Anaerob. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Sembiring, L dan Sudjino. 2009. Biologi : Kelas XII untuk Sekolah Menengan Atas dan MA. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 282.
