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