Glikolisis Siklus Krebs Respirasi Aerob

Met ab olism e 31

b. Siklus Krebs

Dua molekul asam piruvat hasil dari glikolisis ditransportasikan dari sitoplasma ke dalam mitokondria, tempat terjadinya siklus Krebs. A kan tetapi, asam piruvat sendiri tidak akan memasuki reaksi siklus Krebs tersebut. A sam piruvat tersebut akan diubah menjadi asetil koenzim A asetil koA . Tahap pengubahan asam piruvat menjadi asetil koenzim A ini terkadang disebut tahap transisi atau reaksi dekarboksilasi oksidatif. Berikut ini gambar proses pengubahan satu asam piruvat menjadi asetil koenzim A . Gambar 2.9 Bagan proses glikolisis. Pada proses ini dihasilkan 4 m olekul ATP dan digunakan 2 m olekul ATP. Glukosa ATP ADP Heksokinase Glukosa-6-fosfat ATP ADP Fruktosa-6-fosfat Fosfoglukoisom erase Fruktosa 1,6-difosfat Fosfofrukt okinase Ald ose Dihidroksiaseton fosfat Gliseraldehid-3-fosfat Isom erase NAD + NADH H + + H + NADH + NAD + ADP ATP Gliseraldehid-3-fosfat 1,3-difosfogliserat 1,3-difosfogliserat ATP ADP 3-fosfogliserat 3-fosfogliserat 2-fosfogliserat 2 fosfogliserat Fosfoenolpiruvat Fosfoenolpiruvat ATP ADP H 2 O H 2 O ATP ADP Piruvat Piruvat Triose fosfat dehidrogenase Kata Kunci • Asam piruvat • Dekarboksilasi oksidat if • Koenzim A • Kreb s • Mit okond ria Mudah dan Akt if Belajar Biologi unt uk Kelas XII 32 Kompleks senyawa asetil koenzim A inilah yang akan memasuki siklus Krebs atau yang dikenal juga sebagai siklus asam sitrat. Koenzim A pada pembentukan asetil KoA merupakan turunan dari vitamin B. Siklus Krebs dijelaskan pertama kali oleh H ans Krebs pada sekitar 1930-an. Dalam siklus Krebs, satu molekul asetil KoA akan menghasilkan 4 NA DH, 1 GTP, dan 1 FA DH. GTP guanin trifosfat merupakan salah satu bentuk molekul berenergi tinggi. Energi yang dihasilkan satu molekul GT P setara dengan energi yang dihasilkan satu molekul AT P. M olekul CO 2 juga dihasilkan dari siklus Krebs ini. Karena satu molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul asetil KoA dan masuk ke siklus Krebs, berapa banyak molekul berenergi yang dihasilkannya? NADH NAD + Asam p iruvat Aset il KoA CO 2 Koenzim A Gambar 2.10 Bagan dekarboksilasi oksidat if asam p iruvat Gambar 2.11 Bagan siklus Krebs Asetil KoA Asam sit rat Isosit rat CO 2 NAD + NADH Asam α -ket oglut arat Siklus Krebs NAD + NADH CO 2 Suksinil KoA GDP GTP ATP ADP Asam suksinat 2H Asam fumarat FADH 2 FAD H 2 O Asam malat NAD + NADH Asam oksaloasetat Sekilas Biologi Hans Krebs 1900–1981 Hans Krebs melakukan penelitian tentang bagaim ana sel m elepaskan energi saat respirasi aerob. Ia menemukan bahwa glukosa dipecah dalam sebuah rantai reaksi yang kini dikenal dengan siklus asam sitrat atau siklus Krebs. Sumber: Concise Encyclopedia Nature , 1994 Met ab olism e 33 Selain dihasilkan energi pada siklus Krebs, juga dihasilkan hidrogen yang direaksikan dengan oksigen membent uk air. M olekul-molekul sumber elektron seperti NA DH dan FA DH 2 dari glikolisis dan siklus Krebs, selanjut nya memasuki t ahap t ranspor elekt ron unt uk menghasilkan molekul berenergi siap pakai.

c. Sistem Transfer Elektron

Tahap t erakhir dari respirasi seluler aerob adalah sist em t ransfer elektron. Tahap ini terjadi pada ruang intermembran dari mitokondria. Pada tahap inilah ATP paling banyak dihasilkan. Seperti A nda ketahui, sejauh ini hanya dihasilkan 4 molekul AT P dari satu molekul glukosa, yaitu 2 molekul dari glikolisis dan 2 molekul dari sikluk Krebs. A kan tetapi, dari glikolisis dan siklus Krebs dihasilkan 10 NA DH 2 dari glikolisis, 2 dari tahap transisi siklus Krebs, dan 6 dari siklus Krebs dan 2 FA DH 2 . M olekul-molekul inilah yang akan berperan dalam menghasilkan ATP. Jika A nda perhatikan, meskipun glikolisis dan siklus Krebs termasuk tahap respirasi aerob, namun sejauh ini belum ada molekul oksigen yang terlibat langsung dalam reaksi. Pada tahap transfer elektron inilah oksigen terlibat secara langsung dalam reaksi. Pada reaksi pertama, NA DH mentransfer sepasang elekron kepada molekul flavoprot ein FP. Transfer elekt ron mereduksi flavoprot ein, sedangkan N A DH t eroksidasi kembali menjadi ion N A D + . Elekt ron bergerak dari flavoprotein menuju sedikitnya enam akseptor elektron yang berbeda. A khirnya, elektron mencapai akseptor protein terakhir berupa sitokrom a dan a 3 . Perhatikan gambar berikut. Gambar 2.12 Ilust rasi t ransfer elekt ron. Sist em reaksi ini m em b erikan elekt ron dari glikolisis dan siklus Krebs pada oksigen sebagai aksept or elekt ron t erakhir. Sumber:Biologi: Evolusi, Kepelbagaian, dan Persekitaran, 1991 2H NAD NADH 2 FADH 2 2H FAD 2 sitokrom b ++ 2 sitokrom b +++ 2 sitokrom c + + 2 sitokrom c +++ 2 e 2 e 2 e 2 e 2 e 2 sitokrom a ++ 2 sitokrom a +++ 2 oksidasi sitokrom ++ 2 oksidasi sitokrom +++ 2 H + 2 H + Ruang m em b ran m it okondia Mat riks m it okondria O 2 Sem ua hew an m enghasilkan panas m elalui respirasi sel. Pada Mam m alia dan Aves, panas ini dipert ahankan oleh selapis bulu at au lem ak. Dengan m enyesuaikan kadar panas yang hilang, hew an endot erm at au berdarah panas m em elihara suhu badan yang st abil Hom oiot erm . Sumber: Concise Encyclopedia Nature, 1994 Fakta Biologi H 2 O Kata Kunci • Aksep t or elekt ron • Flavop rot ein • Int erm em b ran • Sit okrom • Transfer elekt ron Mudah dan Akt if Belajar Biologi unt uk Kelas XII 34 Sit oplasm a 2 NADH 2 NADH Glikolisis Glukosa 2 asam p iruvat 2 aset il KoA 2 NADH 6 NADH 2 FADH 2 Elekt ron yang m elint asi m em bran Mit okond ria Sist em t ransfer elekt ro n + 34 ATP + 2 ATP + 2 ATP Siklus asam sit rat 38 ATP Seperti A nda lihat pada Gambar 2.12, akseptor terakhir dari rantai reaksi merupakan oksigen. Elektron berenergi tinggi dari NA DH dan FA DH 2 memasuki sist em reaksi. Dalam perjalanannya, energi elektron tersebut mengalami penurunan energi yang digunakan untuk proses fosforilasi A DP menjadi ATP sehingga satu molekul NA DH setara dengan 3 ATP dan satu molekul FA DH 2 setara dengan 2 ATP. Berapakan total ATP yang dihasilkan satu molekul glukosa melalui respirasi aerob? Perhatikan gambar berikut.

2. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob adalah proses respirasi yang tidak memerlukan oksigen. Salah satu contoh proses ini adalah proses fermentasi. Respirasi anaerob dapat terjadi pada manusia dan hewan jika tubuh memerlukan energi secara cepat . Pada mikroorganisme sepert i bakt eri dan jamur, respirasi anaerob dilakukan karena keadaan lingkungan yang t idak memungkinkan dan belum memiliki sistem metabolisme yang kompleks. M engapa respirasi anaerob dapat terjadi dan berapa banyak energi yang dihasilkannya? M asih ingatkah A nda tahap glikolisis pada respirasi aerob? Pada tahap tersebut, glukosa dapat dipecah untuk menghasilkan t ot al 2 A T P dan t idak memerlukan oksigen. M eskipun energi yang dihasilkannya jauh lebih kecil daripada respirasi aerob, jumlah ini cukup bagi mikroorganisme dan energi awal bagi hewan. Selain menghasilkan A TP, glikolisis juga menghasilkan NA DH dan NA D + . Tanpa suplai NA D + yang memadai, proses glikolisis pada respirasi anaerob dapat terhenti. Oleh karena itu, organisme yang melakukan respirasi anaerob harus mampu mengoksidasi N A DH menjadi N A D + kembali. Berdasarkan hal tersebut terdapat dua cara respirasi anaerob yang dilakukan organisme.

a. Fermentasi alkohol

Beberapa organisme sepert i khamir Saccharomyces cereviceace melakukan fermentasi alkohol. Organisme ini mengubah glukosa melalui fermentasi menjadi alkohol etanol. Gambar 2.13 Ilust rasi reaksi yang t erjadi dalam respirasi sel dan jum lah ATP yang didapat kan Sumber: Biology: Concepts and Connections, 2006 Kata Kunci • Alkohol • Anaerob • Aset ild eh id • Ferm ent asi • Ragi