21 sehingga O
2
akan dibebaskan. Hal yang sama berlaku kebalikannya di mana pada saat O
2
diikat oleh pembuluh arteri paru-paru, daya ikat hemoglobin terhadap CO
2
pun akan menurun.
4. Proses Katabolisme di dalam Sel
Setelah darah mendistribusikan zat-zat makanan dan oksigen ke dalam jaringan tubuh, kemudian zat makanan dan oksigen tersebut
diteruskan menuju sel-sel tubuh untuk keperluan proses metabolisme sehingga dapat menghasilkan energi dalam bentuk ATP dan NADPH.
Proses metabolisme yang berlangsung merupakan proses katabolime atau proses pemecahan. Proses katabolisme ini terjadi di dalam sitoplasma yang
kemudian diteruskan menuju salah satu organel sel yang berfungsi untuk melakukan proses respirasi, yaitu bagian mitokondria. Di bawah ini
merupakan skema proses katabolisme secara umum :
Karbohidrat
enzim
Lemak + O
2
ATP energi + CO
2
+ H
2
O Protein
Proses katabolisme dimulai dengan pemecahan makromolekul, baik berupa karbohidrat, lemak, maupun protein menjadi senyawa-
senyawa penyusunnya yang lebih sederhana glukosa, asam lemak dan gliserol, serta asam amino. Semua reaksi metabolisme tersebut
berlangsung di dalam sel tubuh dengan bantuan enzim sebagai katalisator. Karbohidrat merupakan bahan bakar utama untuk proses pembentukan di
samping lemak dan protein. Apabila asupan karbohidrat ataupun simpanan glikogen sangat sedikit di dalam tubuh sehingga tidak mencukupi untuk
produksi energi, maka dilakukan perombakan lemak trigliserida dan protein. Skema proses katabolisme di dalam sel dapat dilihat pada
Lampiran 2. Secara garis besar reaksi katabolisme pada manusia terbagi
menjadi empat tahapan meliputi proses glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs, dan transpor elektron. Setelah bentukan polisakarida dan
22 oligosakarida dipecah menjadi bentuk monosakarida, maka tahap
selanjutnya masuk ke dalam proses glikolisis. Proses ini terjadi di dalam sitosol cairan sitoplasma tanpa menggunakan oksigen anaerob.
Glikolisis merupakan proses perombakan satu monomer glukosa memiliki 6 atom C menjadi dua molekul senyawa piruvat memiliki 3 atom C.
Dari keseluruhan proses glikolisis, selain menghasilkan asam piruvat juga dihasilkan 2 molekul ATP dan 2 molekul NADH Nicotinamide Adenine
Dinucleotide. Molekul NADH ini akan melalui proses lanjutan, yaitu transpor elektron di mana nantinya akan dipecah menjadi molekul ATP.
Proses glikolisis secara singkat dapat dilihat pada Lampiran 3. Menurut Scheffler 1999, setelah melalui tahap glikolisis, asam
piruvat akan masuk menuju siklus Krebs. Namun sebelum itu, asam piruvat perlu dioksidasi terlebih dahulu menjadi asetil Ko-A. Proses ini
disebut juga dekarboksilasi oksidatif karena menggunakan oksigen sebagai oksidatornya aerob dan berlangsung di dalam matriks mitokondria.
Tahapan ini merupakan tahap penggabungan asam piruvat 3C yang terbentuk dari proses glikolisis dengan koenzim A sehingga terbentuk
asetil ko-A 2C. Hasil akhir dekarboksilasi oksidatif berupa 2 molekul asetil ko-A dan 2 molekul NADH, serta hasil sampingan 2 molekul CO
2
. Asetil Ko-A kemudian masuk ke dalam rangkaian siklus Krebs atau siklus
asam trikarboksilat TCA cycle. Siklus ini dilalui sebanyak dua kali karena terdapat 2 molekul asetil ko-A yang masuk melaluinya. Siklus
Krebs atau siklus TCA secara sistematik dapat dilihat di Lampiran 4. Hasil akhir siklus ini berupa 6 molekul NADH, 2 molekul FADH
2
, 2 molekul ATP, dan 4 molekul CO
2
. Sebagian besar tahap glikolisis dan siklus Krebs merupakan reaksi redoks di mana terdapat enzim dehidrogenase
mentransfer elektron dari substrat ke NAD
+
lalu jadi NADH. Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi
respirasi sel aerobik yang meliputi proses perpindahan elektron dari molekul donor seperti NADH menuju penerima elektron terakhir, yaitu
oksigen. Proses ini berlangsung pada bagian krista membran dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah
23 NADH dan FADH
2
, yang telah dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Di samping itu terdapat
molekul lain yang ikut berperan, yaitu molekul oksigen, koenzim Q ubiquinone, sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a Scheffler, 1999.
Pertama-tama NADH dan FADH
2
mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke
koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH
2
melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik
menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H
+
. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses
oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom
c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom
oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima
elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H
+
yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air H
2
O. Oksidasi yang terakhir ini akan menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi
ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP Lehninger, 1982. Skema rantai transpor elektron
pada membrane dalam mitokondria dapat dilihat pada Lampiran 5. Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH
dan FADH
2
masing-masing sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH
2
tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut. 10 NADH + 5 O
2
ĺ 10 NAD
+
+ 10 H
2
O 2 FADH
2
+ O
2
ĺ 2FAD + 2H
2
O
24 Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, sedangkan
oksidasi FADH
2
menghasilkan 2 ATP. Jadi di dalam transpor elektron dihasilkan sebanyak 34 ATP dan H
2
O. Ditambah dari 4 molekul ATP hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi
seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil
bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP Lehninger, 1982. Oksigen yang dibawa ke dalam sel melalui sistem peredaran darah
berperan penting agar proses respirasi selular secara aerobik dapat berjalan secara normal. Seperti telah disebutkan di atas, molekul ini memegang
peranan penting sebagai penerima elektron terakhir pada tahap transpor elektron, di mana oksigen akan bereaksi dengan 4 H
+
dan menghasilkan dua molekul H
2
O. Apabila tidak terdapat molekul oksigen yang menangkap elektron dari protein kompleks yang terakhir sitokrom a pada
sistem, elektron akan tetap berikatan pada protein tersebut. Hal tersebut menyebabkan molekul NADH tidak dapat mentransfer elektronnya dan
tetap dalam bentuk tereduksi sehingga tidak dapat melepas energinya dan tidak dapat kembali ke siklus Krebs. Oleh karena itu, siklus Krebs akan
terhenti dan ATP tidak akan diproduksi lagi pada mitokondria. Ketiadaan oksigen akan menyebabkan respirasi yang seharusnya
berjalan normal secara aerobik akan berlangsung secara anaerobik. Respirasi anaerob pada manusia hanya terdiri dari 2 tahapan, yaitu proses
glikolisis dan fermentasi asam laktat. Energi hanya diperoleh dari proses glikolisis yang menghasilkan 2 molekul ATP saja. Jumlah oksigen yang
tidak mencukupi akan mengakibatkan proses oksidasi asam piruvat tidak berlangsung, begitu pula proses oksidasi pada siklus Krebs dan transpor
elektron. Padahal sistem rantai transpor elektron merupakan kunci utama untuk menghasilkan energi dalam jumlah yang besar, yaitu 34 ATP, selain
dari proses glikolisis 2 ATP dan siklus Krebs 2 ATP. Akibat ketidaktersediaan oksigen, setelah proses glikolisis yang
berlangsung secara anaerobik tanpa oksigen, asam piruvat sebagai hasil
25 akhir glikolisis akan melalui tahap fermentasi laktat. Berikut merupakan
skema singkat fermentasi asam laktat. 2 C
2
H
3
OCOOH + 2 NADH
2
ĺ 2 C
2
H
5
OCOOH + 2 NAD
As. Piruvat As. Laktat
Hasil akhir fermentasi ini hanya menghasilkan 2 molekul ATP dari satu molekul glukosa yang diuraikan. Jumlah ini kecil jika dibandingkan
dengan respirasi aerobik yang menghasilkan 38 ATP. Fermentasi asam laktat ini terutama pada jaringan otot yang tiba-tiba harus berkontraksi
kuat melebihi kemampuan jantung dan paru-paru untuk mengeluarkan gas CO
2
dari otot. Dengan persediaan oksigen yang terbatas ditambah dengan
pengeluaran karbondioksida yang terbatas pula akan mengakibatkan asam laktat yang terbentuk semakin menumpuk. Timbunan ini akan
berpengaruh terhadap penurunan pH otot sehingga kapasitas serat otot menurun dan akan membuat tubuh semakin lama akan menjadi pegal,
terasa lelah, dan sakit, serta napas pun akan terengah-engah untuk menebus oksigen yang defisit selama proses anaerobik berlangsung.
Meskipun respirasi anerobik dapat membantu dalam jangka pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja, tetapi tidak dapat bertahan dalam jangka
waktu yang lama pada organisme aerobik yang kompleks, seperti manusia. Pada manusia, fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi
selama 30 detik hingga 2 menit.
C. Air Minum Penambah Oksigen