Kondisi Anaerob pada Respirasi dan Ferme
qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwerty
uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasd
fghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzx
cvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq
KONDISI ANAEROB PADA
RESPIRASI DAN FERMENTASI
wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui
KARUNIA PUTRI SALEHA
opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg
1513046
SATUAN PROSES I
hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc
vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq
wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui
opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg
hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc
vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq
wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui
DAFTAR ISI
1. BAB I
1.1
Latar Belakang
3
1.3
Tujuan
4
1.2
Rumusan Masalah
3
2. BAB II
2.1. Respirasi Anaerob
2.1.1.
5
Definisi Respirasi Anaerob
5
2.1.2.
Persamaan Respirasi Anaerob
2.1.4.
Hubungan Respirasi Anaerob dengan Ekonomi
6
2.2.1.
Definisi Fermentasi Anaerob
7
2.2.3.
Jenis Fermentasi Anaerob
9
2.1.3.
Respirasi Anaerob dalam Ekologi
2.2. Fermentasi Anaerob
2.2.2.
Reaksi Fermentasi Anaerob
a.
b.
Fermentasi Alkohol
Fermentasi Asam Laktat
2.3. Organisme Anaerob
2.4. Proses Metabolisme Secara Anaerob
2.4.1.
2.4.2.
System PCr
5
6
8
10
11
14
15
15
Glikolisis
2.5. Perbedaan Respirasi Anaerob Dengan Fermentasi Anaerob
2.6. Sumber Energi Dalam Kondisi Anaerob
3. BAB III
3.1. KESIMPULAN
15
16
17
18
3.2. DAFTAR PUSTAKA
19
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Saat olahraga baik olahraga dengan gerakan-gerakan yang bersifat konstan
seperti jogging, marathon dan bersepeda atapun pada olahraga yang melibatkan
gerakan- gerakan yang eksplosif seperti menendang bola atau gerakan smash, jaringan
otot hanya akan memperoleh energi dari pemecahan molekul adenosinetriphospate
atau yang biasa disingkat sebagai ATP.
Melalui simpanan energy yang terdapat di dalam tubuh yaitu simpanan
phosphocreatine (PCr), karbohidrat, lemak dan protein, molekul ATP ini akan
dihasilkan melalui metabolisme energi yang akan melibatkan beberapa reaksi kimia
yang kompleks. Pengunaan simpanan-simpanan energi tersebut beserta jalur
metabolisme energi yang akan digunakan untuk menghasilkan molekul ATP ini
bergantung terhadap jenis aktivitas serta intensitas yang dilakukan.
Pada
keadaan
rendah
oksigen,
makhluk
bertulang
belakang
(vertebrata)mengalami kondisi anaerob yang lebih cepat tetapi kurang effisisen untuk
menghasilkan ATP. Anaerob adalah kata teknis yang secara harfiah berarti tanpa
udara (dimana udara biasanya berarti oksigen). Kata yang berlawanan dengannya
adalah aerobik. Anaerob digunakan untuk mengindikasikan tidak adanya akseptor
elektron (nitrat, sulfat atau oksigen). Sehingga alcohol adalah suatu keadaan dimana
organisme menghasilkan energi dalam ketiadaan oksigen.
1.2.
Rumusan Masalah
a.
Apa yang dimaksud kondisi Anaerob?
b.
Bagaimana ruang lingkup kondisi Anaerob?
d.
Bagaimana pemanfaatan Respirasi Anaerob?
f.
Apa yang membedakan Respirasi Anaerob dengan Fermentasi Anaerob?
c.
e.
Bagaimana metabolisme yang terjadi pada kondisi Anaerob?
Produk apa yang dihasilkan dari Fermentasi Anaerob?
3
1.3.
Tujuan
a.
Mengetahui kondisi Anaerob beserta ruang lingkupnya
b.
Mengetahui metabolisme yang terjadi pada kondisi Anaerob
d.
Mengetahui produk yang dihasilkan dari Fermentasi Anaerob
c.
e.
Mengetahui Respirasi Anaerob dan pemanfaatannya
Mampu membedakan Respirasi Anaerob dengan Fermentasi Anaerob
4
BAB II
PEMBAHASAN
2.1.
Respirasi Anaerob
2.1.1. Definisi Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak melibatkan oksigen. Pengertian
respirasi dalam biologi adalah proses mobilisasi energi yang dilakukan oleh makhluk
hidup melalui pemecahan senyawa berenergi tinggi untuk digunakan dalam
menjalankan fungsi hidup. Respirasi anaerob menggunakan pernapasan rantai
transpor elektron yang tidak membutuhkan oksigen. Agar rantai transpor elektron
berfungsi, akseptor eksogen elekron akhir harus tersedia supaya memungkinkan
elektron untuk melewati sistem.
Dalam respirasi anaerob menggunakan substansi pengurang oksidasi lain
seperti sulfat, nitrat, belerang, atau fumarat. Akseptor elektron memiliki kemampuan
mereduksi yang lebih rendah daripada oksigen, yang berarti lebih sedikit energi yang
dihasilkan molekul pengoksidasi. Pada kondisi anaerob ( tidak tersedia oksigen ),
suatu sel akan dapat mengubah asam piruvat menjadi CO2 dan etil alkohol serta
membebaskan energi (ATP). Atau oksidasi asam piruvat dalam sel otot menjadi CO2
dan asam laktat serta membebaskan energi ( ATP ).Bentuk proses reaksi yang terakhir
disebut, lazim dinamakan fermentasi. Proses ini juga melibatkan enzim-enzim yang
terdapat di dalam sitoplasma sel. Oleh karena itu, respirasi anaerob kurang efisien
dibandingkan respirasi aerobik. Respirasi anaerob hanya menghasilkan energi
sejumlah 2 ATP. Itu sangat kecil dibandingkan dengan respirasi aerob yang
menghasilkan 36 ATP.
Respirasi anaerob digunakan oleh prokariota yang hidup di lingkungan tanpa
oksigen. Itulah mengapa prokariota dapat hidup di lingkungan yang ekstrem. Banyak
organisme anaerob adalah anaerob obligat, yang berarti mereka hanya menggunakan
senyawa anaerob dan akan mati bila ada oksigen.
2.1.2.
Persamaan Respirasi Anaerob
Dalam proses respirasi anaerob, yang glikolisis langkah pertama adalah
respirasi sel aerobik. Langkah ini menghasilkan 2 molekul ATP. Produk dari glikolisis
5
adalah piruvat, digunakan dalam fermentasi respirasi anaerob. Ini fermentasi
respirasi anaerob membantu dalam produksi etanol dan nicotinamide adenine
dinucleotide (NAD+) atau untuk produksi laktat dan NAD +. Produksi NAD+ sangat
diperlukan sebagai glikolisis menggunakannya dan jika ada penipisan NAD +, hal itu
akan menyebabkan kematian sel. Proses respirasi anaerob mengikuti siklus Krebs dan
terjadi dalam cairan sitoplasma. Hasil energi utama dari respirasi aerobik terjadi di
mitokondria. Banyak energi pergi limbah dalam bentuk molekul etanol dan laktat
sebagai sel tidak dapat memanfaatkannya. Sebaliknya mereka mengeluarkan produk
ini sebagai limbah. Respirasi anaerob terjadi dalam bentuk dua jalur, yaitu fermentasi
alkohol dan fermentasi asam laktat. Berikut ini adalah persamaan respirasi anaerob
kimia.
Rumus Respirasi Anaerob
2ATP + C6H12O6 + Enzim
2CH3CH2OH + 2CO2 + 4ATP
2.1.3. Respirasi Anaerob dalam Ekologi
Respirasi anaerob memainkan peran utama dalam siklus nitrogen, sulfur, dan
karbon di seluruh dunia melalui pengurangan senyawa nitrogen, belerang, dan
karbon. Denitrifikasi adalah jalur utama yang digunakan makhluk hidup untuk
mengembalikan nitrogen ke atmosfer sebagai molekul gas nitrogen. Hidrogen sulfida
yang merupakan hasil dari respirasi sulfat adalah neurotoksin yang kuat dan
bertanggung jawab terhadap bau telur busuk yang terjadi di rawa payau.
2.1.4. Hubungan Respirasi Anaerob dengan Ekonomi
Dinitrifikasi dissimiltory secara luas digunakan untuk membersihkan nitrat
dan nitrit dari air limbah. Tingkat nitrit yang tinggi dalam air minum dapat menjadi
masalah karena air tersebut menjadi beracun. Denitrifikasi mengubah nitrat dan nitrit
menjadi gas nitrogen yang tidak berbahaya.
Metanogenesis adalah bentuk respirasi karbonat yang menghasilkan gas
metana oleh pencernaan anaerob. Metana biogenik digunakan sebagai alternatif
pengganti bahan bakar fosil. Di sisi negatif, metanogenesis yang tidak terkendali di
lokasi pembuangan akhir akan melepaskan metana dalam jumlah besar ke atmosfer,
yang menjadi penyebab utama dari efek gas rumah kaca.
6
Beberapa tipe respirasi anaerob juga digunakan untuk mengubah bahan
kimia yang beracun menjadi molekul yang lebih tidak berbahaya. Misalnya, arsenat
atau selenat yang beracun dapat direduksi menjadi senyawa yang tidak beracun oleh
berbagai bakteri.
2.2.
Fermentasi Anaerob
2.2.1. Definisi Fermentasi Anaerob
Beberapa organisme yang melakukan fermentasi di antaranya adalah bakteri
dan protista yang hidup di rawa, lumpur, makanan yang diawetkan, atau tempattempat lain yang tidak mengandung oksigen. Beberapa organisme dapat
menggunakan oksigen untuk respirasi, tetapi dapat juga melakukan fermentasi.
Organisme seperti ini melakukan fermentasi jika lingkungannya miskin oksigen. Selsel otot juga dapat melakukan fermentasi jika sel-sel otot kekurangan oksigen.
Fermentasi anaerob adalah metode yang digunakan sel untuk mengekstrak
energi dari karbohidrat ketika oksigen atau akseptor elektron lainnya tidak tersedia di
lingkungan sekitarnya. Hal ini membedakannya dari respirasi anaerob, yang tidak
menggunakan oksigen namun tidak menggunakan akseptor elektron molekul yang
berasal dari luar sel. Proses ini dapat diikuti oleh glikolisis sebagai langkah berikutnya
dalam pemecahan glukosa dan gula lain untuk menghasilkan molekul adenosin
trifosfat (ATP) yang menghasilkan sumber energi untuk sel.
Seperti pada respirasi aerob, glukosa merupakan substrat pada tahap awal
fermentasi. Glukosa dipecah menjadi dua molekul asam piruvat, dua NADH, dan
terbentuk dua ATP. Tetapi, reaksi fermentasi tidak sempurna memecah glukosa
menjadi karbon dioksida dan air. Mula-mula pada fermentasi anaerob, sel
meregenerasi nikotinamida adenine dinucleotide (NAD +) dari bentuk tereduksi
dinukleotida nikotinamida adenin (NADH), sebuah molekul yang diperlukan untuk
melanjutkan glikolisis. Fermentasi anaerob bergantung pada enzim untuk
menambahkan gugus fosfat ke molekul adenosine diphosphate individual (ADP)
untuk menghasilkan ATP, yang berarti itu adalah bentuk fosforilasi tingkat substrat.
Hal ini berbeda jelas dengan fosforilasi oksidatif, yang menggunakan energi dari
gradien proton yang didirikan untuk menghasilkan ATP. Contoh fermentasi adalah
fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.
7
2.2.2. Reaksi Fermentasi Anaerob
Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang
digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6) yang
merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan menghasilkan etanol
(2C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi
makanan.
Persamaan Reaksi Kimia
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 Kj per mol)
Dijabarkan sebagai
Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa)
(ATP)
Alkohol (etanol) + Karbon dioksida + Energi
Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang
terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari
tahap awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan
bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.
Berikut ini, diagram yang menunjukkan jalur glikolisis yang terjadi pada
fermentasi alcohol dan fermentasi asam laktat
8
Gambar B.2.2.2
Jalur glikolisis: pada fermentasi alcohol dan asam laktat
2.2.3. Jenis Fermentasi Anaerob
Ada dua jenis utama dari fermentasi anaerob yaitu, fermentasi alcohol dan
9
fermentasi asam laktat. Keduanya mengembalikan NAD + untuk memungkinkan sel
untuk terus menghasilkan ATP melalui glikolisis.
a.
Fermentasi alkohol
Fermentasi alcohol dilakukan oleh jamur ragi (yeast) secara anaerob. Sebagai
substrat fermentasi adalah asam piruvat. Dalam hal ini dua molekul piruvat (hasil
glikolisis) dikonversikan, dua molekul etanol dan dua molekul karbon dioksida
dibebaskan agar menjadi asetaldehid. NADH memberikan elektron dan hidrogen
kepada asetaldehid, sehingga terbentuk produk akhir alkohol yaitu etanol.
Reaksinya adalah proses dua langkah di mana piruvat diubah menjadi
asetaldehida dan karbon dioksida pertama, oleh enzim piruvat dekarboksilase.
Pada langkah kedua, alkohol dehidrogenase mengubah asetaldehida menjadi
etanol. Proses metabolik terjadi pada jenis tertentu dari sel bakteri dan sel-sel
ragi. Hal ini membuat ragi populer untuk membuat roti, bir, dan anggur, dengan
menggunakan salah satu karbon dioksida atau etanol dari fermentasi.Pada
fermentasi alkohol dihasilkan dua ATP.
Gambar B.2.2.3.a
Reaksi pada Fermentasi Alkohol
Dalam prosesnya, fermentasi alcohol melibatkan mikroorganisme. Berikut ini
mikroorganisme yang berperan dalam teknologi fermentasi 10lcohol adalah :
Streptococcus thermopiles, Streptococcus Lactis dan Streptococcus
cremoris. Semuanya ini adalah bakteri positif, berbentuk bulat (coccus)
yang terdapat sebagai rantai dan semuanya mempunyai nilai ekonomis
penting dalam industri susu.
Pediococcus cerevisae. Bakteri ini adalah gram positif berbentuk bulat,
khususnya terdapat berpasangan atau berempat (tetrads). Walaupun
10
jenis ini tercatat sebagai perusak bir dan anggur, bakteri ini berperan
penting dalam fermentasi daging dan sayuran.
Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc dextranicum. Bakteri ini
adalah gram positif berbentuk bulat yang terdapat secara berpasangan
atau rantai pendek. Bakteri-bakteri ini berperanan dalam perusakan
larutan gula dengan produksi pertumbuhan dekstran berlendir.
Walaupun demikian, bakteri- bakteri ini merupakan jenis yang penting
dalam permulaan fermentasi sayuran dan juga ditemukan dalam sari
buah, anggur, dan bahan pangan lainnya.
Lactobacillus
lactis,
Lactobacillus
acidophilus,
Lactobacillus
bulgaricus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus delbrueckii. Organismeorganisme ini adalah bakteri berbentuk batang, gram positif dan sering
berbentuk pasangan dan rantai dari sel-selnya. Jenis ini umumnya lebih
tahan terhadap keadaan asam dari pada jenis-jenis Pediococcus atau
Streptococcus dan oleh karenanya menjadi lebih banyak terdapat pada
tahapan terakhir dari fermentasi tipe asam laktat. Bakteri- bakteri ini
penting sekali dalam fermentasi susu dan sayuran.
b. Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras
dan persediaan oksigen kurang mencukupi. Pada fermentasi asam laktat molekul
asam piruvat hasil glikolisis menerima elektron dan hidrogen dari NADH. Transfer
elektron dan hidrogen menghasilkan NAD kembali. Pada saat yang sama, asam
piruvat diubah menjadi asam laktat yang menghasilkan dua ATP. Kerja otot terusmenerus akan menimbulkan asam laktat dalam jumlah besar. Penimbunan asam
laktat pada otot menyebabkan elastisitas otot menjadi berkurang dan
menimbulkan gejala kram serta kelelahan.
11
Gambar B.2.2.3.b
Reaksi pada Fermentasi Asam Laktat
Bakteri asam laktat mampu mengebah glukosa menjadi asam laktat. Bakeri
tersebut adalah Laktobbacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus dan
Bifidobacterium. Fermentasi asam laktat terbagi menjadi dua jenis, yaitu
homofermentatif (sebagian besar hasil akhir merupakan asam laktat) dan
heterofermentatif (hasil akhir berupa asam laktat, asam asetat, etanol dan CO2).
Secara
garis
besar,
keduanya
memiliki
kesamaan
dalam
mekanisme
pembentukan asam laktat, yaitu piruvat akan diubah menjadi laktat (atau asam
laktat) dan diikuti dengan proses transfer elektron dari NADH menjadi NAD +. Pola
fermentasi ini dapat dibedakan dengan mengetahui keberadaan enzim-enzim
yang berperan di dalam jalur metabolisme glikolisis.
Pada heterofermentatif, tidak ada aldolase dan heksosa isomerase tetapi
menggunakan enzim fosfoketolase dan menghasilkan CO 2. Metabolisme
heterofermentatif dengan menggunakan heksosa (golongan karbohidrat yang
terdiri dari 6 atom karbon) akan melalui jalur heksosa monofosfat atau pentosa
fosfat. Sedangkan homofermentatif melibatkan aldolase dan heksosa aldolase
namun tidak memiliki fosfoketolase serta hanya sedikit atau bahkan sama sekali
tidak menghasilkan CO2. Jalur metabolisme dari yang digunakan pada
homofermentatif adalah lintasan Embden-Meyerhof-Parnas. Beberapa contoh
genus bakteri yang merupakan bakteri homofermentatif adalah Streptococcus,
Enterococcus, Lactococcus, Pediococcus, dan Lactobacillus; sedangkan contoh
bakteri heterofermentatif adalah Leuconostoc dan Lactobacillus.
12
Gambar B.2.2.3.b1
Diagram Heterofermentatif
Gambar B.2.2.3.b2
Diagram Homofermentatif
13
2.3.
Organisme Anaerob
Organisme anaerob atau anaerob adalah setiap organisme yang tidak
memerlukan oksigen untuk tumbuh. Organism anaerob terbagi menjadi dua:
Anaerob obligat akan mati bila terpapar pada oksigen dengan kadar atmosfer.
Anaerob fakultatif dapat menggunakan oksigen jika tersedia.
Anaerob obligat dapat menggunakan fermentasi atau respirasi anaerob. Jika
terdapat oksigen, anaerob fakultatif menggunakan respirasi aerobik; tanpa oksigen
beberapa diantaranya berfermentasi, beberapa lagi menggunakan respirasi anaerob.
Organisme aerotoleran hanya dapat berfermentasi. Mikroaerofil melakukan respirasi
aerobik, dan beberapa diantaranya dapat juga melakukan respirasi anaerob.
Terdapat beberapa persamaan kimia untuk reaksi fermentasi anaerob.
Organisme anaerob fermentatif biasanya menggunakan jalur fermentasi asam laktat:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 fosfat
2 asam laktat + 2 ATP
Energi yang dilepaskan pada persamaan ini sekitar 150 Kj per mol, yang disimpan
dalam regenerasi dua ATP dari ADP per glukosa. Ini hanya 5% energi per molekul
gula daripada yang dapat dihasilkan oleh reaksi aerobik.
Tumbuhan dan jamur (contohnya ragi) biasanya melakukan fermentasi
alkohol (etanol) ketika oksigen terbatas melalui reaksi berikut:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 fosfat
2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP
Energi yang dilepaskan sekitar 180 Kj per mol, yang disimpan dalam regenerasi dua
ATP dari ADP per glukosa.
Bakteri anaerob dan archaea menggunakan jalur ini dan beberapa jalur
lainnya dalam melakukan fermentasi seperti: fermentasi asam propionat, fermentasi
asam butirat, fermentasi pelarut, fermentasi asam campuran, fermentasi butanediol,
fermentasi Stickland, asetogenesis atau metanogenesis.
Beberapa bakteri anaerob menghasilkan toksin (racun) seperti toksin tetanus
atau botulinum yang sangat berbahaya bagi organisme yang lebih besar, termasuk
manusia.
Anaerob obligat akan mati bila terdapat oksigen karena tidak adanya enzim
superoksida dismutase dan katalase yang dapat mengubah superoksida berbahaya
yang timbul dalam selnya karena adanya oksigen.
14
2.4.
Proses Metabolisme Secara Anaerob
2.4.1. System PCr
Creatine (Cr) merupakan jenis asam amino yang tersimpam di dalam otot
sebagai sumber energi. Di dalam otot, bentuk creatine yang sudah ter-fosforilasi yaitu
phosphocreatine (PCr) akan mempunyai peranan penting dalam proses metabolisme
energi secara anaerob di dalam otot untuk menghasilkan ATP.
Dengan bantuan enzim creatine kinase, phosphocreatine (PCr) yang tersimpan
di dalam otot akan dipecah menjadi Pi (inorganik fosfat) dan creatine dimana proses
ini juga akan disertai dengan pelepasan energi sebesar 43 Kj (10.3 kkal) untuk tiap 1
mol PCr. Inorganik fosfat (Pi) yang dihasilkan melalui proses pemecahan PCr ini
melalui proses fosforilasi dapat mengikat kepada molekul ADP (adenosine
diphospate) untuk kemudian kembali membentuk molekul ATP (adenosine
triphospate). Melalui proses hidrolisis PCr, energi dalam jumlah besar (2.3 mmol
ATP/kg berat basah otot per detiknya) dapat dihasilkan secara instant untuk
memenuhi kebutuhan energi pada saat berolahraga dengan intensitas tinggi yang
bertenaga. Namun karena terbatasnya simpanan PCr yang terdapat di dalam jaringan
otot yaitu hanya sekitar 14-24 mmol ATP/ kg berat basah maka energi yang dihasilkan
melalui proses hidrolisis ini hanya dapat bertahan untuk mendukung aktivitas anaerob
selama 5-10 detik.
Karena fungsinya sebagai salah satu sumber energi tubuh dalam aktivitas
anaerob, supplementasi creatine mulai menjadi popular pada awal tahun 1990-an
setelah berakhirnya Olimpiade Barcelona. Creatine dalam
bentuk
creatine
monohydrate telah menjadi suplemen nutrisi yang banyak digunakan untuk
meningkatkan kapasitas aktivitas anaerob. Namun secara alami, creatine ini akan
banyak terkandung di dalam bahan makanan protein hewani seperti daging dan ikan.
2.4.2. Glikolisis
Glikolisis merupakan salah satu bentuk metabolisme energi yang dapat
berjalan secara anaerob tanpa kehadiran oksigen. Proses metabolisme energi ini
mengunakan simpanan glukosa yang sebagian besar akan diperoleh dari glikogen otot
atau
juga
dari glukosa
yang
terdapat
di
dalam
aliran
darah
untuk
menghasilkan ATP. Inti dari proses glikolisis yang terjadi di dalam sitoplasma sel ini
adalah mengubah molekul glukosa menjadi asam piruvat dimana proses ini juga akan
15
disertai dengan membentukan ATP. Jumlah ATP yang dapat dihasilkan oleh proses
glikolisis ini akan berbeda bergantung berdasarkan asal molekul glukosa. Jika molekul
glukosa berasal dari dalam darah maka 2 buah ATP akan dihasilkan namun jika
molekul glukosa berasal dari glikogen otot maka sebanyak 3 buah ATP akan dapat
dihasilkan.
Mokelul asam piruvat yang terbentuk dari proses glikolisis ini dapat mengalami
proses metabolisme lanjut baik secara aerobik maupun secara anaerob bergantung
terhadap ketersediaan oksigen di dalam tubuh. Pada saat berolahraga dengan
intensitas rendah dimana ketersediaan oksigen di dalam tubuh cukup besar, molekul
asam piruvat yang terbentuk ini dapat diubah menjadi CO2 dan H2O di dalam
mitokondria sel. Dan jika ketersediaan oksigen terbatas di dalam tubuh atau saat
pembentukan asam piruvat terjadi secara cepat seperti saat melakukan sprint, maka
asam piruvat tersebut akan terkonversi menjadi asam laktat.
2.5.
Perbedaan Respirasi Anaerob Dengan Fermentasi Anaerob
Respirasi baik aerobik maupun anaerob menggunakan NADH dan FADH2
(yang dihasilkan selama proses glikolisis dan siklus asam sitrat) untuk membentuk
gradien elektrokimia (sering disebut gradien proton) yang melintasi membran, yang
mengakibatkan perbedaan potensial listrik atau ion konsentrasi melintasi membran.
Sebaliknya, fermentasi tidak membutuhkan gradien elektrokimia. Fermentasi bukan
hanya menggunakan fosforilasi tingkat sustrat untuk menghasilkan ATP. Akseptor
NAD+ diregenerasi dari NADH dibentuk pada tahap oksidatif dari jalur fermentasi
oleh penurunan senyawa teroksidasi. Senyawa ini teroksidasi sering terbentuk
selama
jalur
fermentasi.Misalnya,
homofermentatif,
NADH
terbentuk
dalam
selama
bakteri
oksidasi
asam
laktat
bersifat
gliseraldehida-3-fosfat
teroksidasi kembali ke NAD+ dengan mereduksi piruvat untuk asam laktat pada
tahap berikutnya. Dalam ragi, asetaldehida direduksi menjadi etanol.
2.6.
Sumber Energi Dalam Kondisi Anaerob
Fermentasi diperkirakan menjadi cara untuk menghasilkan energi pada
organisme purba sebelum oksigen berada pada konsentrasi tinggi di atmosfer seperti
saat ini, sehingga fermentasi merupakan bentuk purba dari produksi energi sel.
16
Produk fermentasi mengandung energi kimia yang tidak teroksidasi penuh
tetapi tidak dapat mengalami metabolisme lebih jauh tanpa oksigen atau akseptor
elektron lainnya (yang lebih highly-oxidized) sehingga cenderung dianggap produk
sampah (buangan). Konsekwensinya adalah bahwa produksi ATP dari fermentasi
menjadi kurang effisien dibandingkan oxidative phosphorylation, di mana pirufat
teroksidasi penuh menjadi karbon dioksida. Fermentasi menghasilkan dua molekul
ATP per molekul glukosa bila dibandingkan dengan 36 ATP yang dihasilkan respirasi
aerobik.
Glikolisis aerobik
adalah metode yang dilakukan oleh sel otot untuk
memproduksi energi intensitas rendah selama periode di mana oksigen berlimpah.
Pada keadaan rendah oksigen, makhluk bertulang belakang (vertebrata)
menggunakan glikolisis anaerob yang lebih cepat tetapi kurang effisisen untuk
menghasilkan ATP. Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100 kali lebih cepat daripada
oxidative phosphorylation. Walaupun fermentasi sangat membantu dalam waktu
pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja, ia tidak dapat bertahan dalam jangka
waktu lama pada organisme aerobik yang kompleks. Sebagai contoh, pada manusia,
fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2
menit.
Tahap akhir dari fermentasi adalah konversi piruvat ke produk fermentasi
akhir. Tahap ini tidak menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi sel anaerob
karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), yang
diperlukan untuk glikolisis. Ia diperlukan untuk fungsi sel normal karena glikolisis
merupakan satu-satunya sumber ATP dalam kondisi anaerob.
17
BAB III
PENUTUP
3.1.
KESIMPULAN
Anaerob adalah suatu keadaan dimana organisme menghasilkan energi dalam
ketiadaan oksigen. Dalam ruang lingkupnya, anaerob dapat merujuk pada respirasi
anaerob dan fermentasi anaerob.
Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak melibatkan oksigen. Dalam
prosesnya, respirasi anaerob menggunakan NADH dan FADH2 (yang dihasilkan
selama proses glikolisis dan siklus asam sitrat) untuk membentuk gradien
elektrokimia (sering disebut gradien proton) yang melintasi membran, yang
mengakibatkan perbedaan potensial listrik atau ion konsentrasi melintasi membran.
Respirasi anaerob digunakan untuk mengubah bahan kimia yang beracun
menjadi molekul yang lebih tidak berbahaya. Misalnya, arsenat atau selenat yang
beracun dapat direduksi menjadi senyawa yang tidak beracun oleh berbagai bakteri.
Berbeda dengan respirasi anaerob, fermentasi anaerob tidak membutuhkan
gradien elektrokimia. Akseptor NAD+ diregenerasi dari NADH dibentuk pada tahap
oksidatif dari jalur fermentasi oleh penurunan senyawa teroksidasi. NADH terbentuk
selama oksidasi gliseraldehida-3-fosfat teroksidasi kembali ke NAD+ dengan
mereduksi piruvat untuk asam laktat pada tahap berikutnya. Dalam ragi,
asetaldehida direduksi menjadi etanol.
Fermentasi anaerob diklasifikasikan menjadi dua, yaitu fermentasi asam laktat
dan fermentasi alcohol. Fermentasi alcohol dilakukan oleh jamur ragi (yeast) secara
anaerob. Sebagai substrat fermentasi adalah asam piruvat. Fermentasi asam laktat
terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras dengan persediaan oksigen
kurang mencukupi.
18
3.2. DAFTAR PUSTAKA
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/Homofermentative_Mil
chs%C3%A4ureg%C3%A4rung.png?download [26 Desember 2014]
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/Heterofermentative_M
ilchs%C3%A4ureg%C3%A4rung.png?download [26 Desember 2014]
http://id.wikipedia.org/wiki/Bakteri_asam_laktat [25 Desember 2014]
https://himbiounpad.files.wordpress.com/2013/06/kuliah-3-respirasiselular.pdf [25 Desember 2014]
http://id.wikipedia.org/wiki/Organisme_anaerob [22 Desember 2014]
http://1.bp.blogspot.com/-
kEzx9RLL6Ug/UIt7OUNB0_I/AAAAAAAAAFM/Ltd0qBHHWOs/s1600/fermentasi
+alkohol.png [22 Desember 2014]
Hernawati.2009.Produksi Asam Laktat pada Exercise Aerob dan Anaerob.Ebook:Bandung.
Irawan.M.Anwari.2007.Metabolisme
book:Jakarta.
19
Energi
Tubuh
dan
Olahraga.E-
uiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasd
fghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzx
cvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq
KONDISI ANAEROB PADA
RESPIRASI DAN FERMENTASI
wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui
KARUNIA PUTRI SALEHA
opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg
1513046
SATUAN PROSES I
hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc
vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq
wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui
opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg
hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc
vbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq
wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyui
DAFTAR ISI
1. BAB I
1.1
Latar Belakang
3
1.3
Tujuan
4
1.2
Rumusan Masalah
3
2. BAB II
2.1. Respirasi Anaerob
2.1.1.
5
Definisi Respirasi Anaerob
5
2.1.2.
Persamaan Respirasi Anaerob
2.1.4.
Hubungan Respirasi Anaerob dengan Ekonomi
6
2.2.1.
Definisi Fermentasi Anaerob
7
2.2.3.
Jenis Fermentasi Anaerob
9
2.1.3.
Respirasi Anaerob dalam Ekologi
2.2. Fermentasi Anaerob
2.2.2.
Reaksi Fermentasi Anaerob
a.
b.
Fermentasi Alkohol
Fermentasi Asam Laktat
2.3. Organisme Anaerob
2.4. Proses Metabolisme Secara Anaerob
2.4.1.
2.4.2.
System PCr
5
6
8
10
11
14
15
15
Glikolisis
2.5. Perbedaan Respirasi Anaerob Dengan Fermentasi Anaerob
2.6. Sumber Energi Dalam Kondisi Anaerob
3. BAB III
3.1. KESIMPULAN
15
16
17
18
3.2. DAFTAR PUSTAKA
19
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Saat olahraga baik olahraga dengan gerakan-gerakan yang bersifat konstan
seperti jogging, marathon dan bersepeda atapun pada olahraga yang melibatkan
gerakan- gerakan yang eksplosif seperti menendang bola atau gerakan smash, jaringan
otot hanya akan memperoleh energi dari pemecahan molekul adenosinetriphospate
atau yang biasa disingkat sebagai ATP.
Melalui simpanan energy yang terdapat di dalam tubuh yaitu simpanan
phosphocreatine (PCr), karbohidrat, lemak dan protein, molekul ATP ini akan
dihasilkan melalui metabolisme energi yang akan melibatkan beberapa reaksi kimia
yang kompleks. Pengunaan simpanan-simpanan energi tersebut beserta jalur
metabolisme energi yang akan digunakan untuk menghasilkan molekul ATP ini
bergantung terhadap jenis aktivitas serta intensitas yang dilakukan.
Pada
keadaan
rendah
oksigen,
makhluk
bertulang
belakang
(vertebrata)mengalami kondisi anaerob yang lebih cepat tetapi kurang effisisen untuk
menghasilkan ATP. Anaerob adalah kata teknis yang secara harfiah berarti tanpa
udara (dimana udara biasanya berarti oksigen). Kata yang berlawanan dengannya
adalah aerobik. Anaerob digunakan untuk mengindikasikan tidak adanya akseptor
elektron (nitrat, sulfat atau oksigen). Sehingga alcohol adalah suatu keadaan dimana
organisme menghasilkan energi dalam ketiadaan oksigen.
1.2.
Rumusan Masalah
a.
Apa yang dimaksud kondisi Anaerob?
b.
Bagaimana ruang lingkup kondisi Anaerob?
d.
Bagaimana pemanfaatan Respirasi Anaerob?
f.
Apa yang membedakan Respirasi Anaerob dengan Fermentasi Anaerob?
c.
e.
Bagaimana metabolisme yang terjadi pada kondisi Anaerob?
Produk apa yang dihasilkan dari Fermentasi Anaerob?
3
1.3.
Tujuan
a.
Mengetahui kondisi Anaerob beserta ruang lingkupnya
b.
Mengetahui metabolisme yang terjadi pada kondisi Anaerob
d.
Mengetahui produk yang dihasilkan dari Fermentasi Anaerob
c.
e.
Mengetahui Respirasi Anaerob dan pemanfaatannya
Mampu membedakan Respirasi Anaerob dengan Fermentasi Anaerob
4
BAB II
PEMBAHASAN
2.1.
Respirasi Anaerob
2.1.1. Definisi Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak melibatkan oksigen. Pengertian
respirasi dalam biologi adalah proses mobilisasi energi yang dilakukan oleh makhluk
hidup melalui pemecahan senyawa berenergi tinggi untuk digunakan dalam
menjalankan fungsi hidup. Respirasi anaerob menggunakan pernapasan rantai
transpor elektron yang tidak membutuhkan oksigen. Agar rantai transpor elektron
berfungsi, akseptor eksogen elekron akhir harus tersedia supaya memungkinkan
elektron untuk melewati sistem.
Dalam respirasi anaerob menggunakan substansi pengurang oksidasi lain
seperti sulfat, nitrat, belerang, atau fumarat. Akseptor elektron memiliki kemampuan
mereduksi yang lebih rendah daripada oksigen, yang berarti lebih sedikit energi yang
dihasilkan molekul pengoksidasi. Pada kondisi anaerob ( tidak tersedia oksigen ),
suatu sel akan dapat mengubah asam piruvat menjadi CO2 dan etil alkohol serta
membebaskan energi (ATP). Atau oksidasi asam piruvat dalam sel otot menjadi CO2
dan asam laktat serta membebaskan energi ( ATP ).Bentuk proses reaksi yang terakhir
disebut, lazim dinamakan fermentasi. Proses ini juga melibatkan enzim-enzim yang
terdapat di dalam sitoplasma sel. Oleh karena itu, respirasi anaerob kurang efisien
dibandingkan respirasi aerobik. Respirasi anaerob hanya menghasilkan energi
sejumlah 2 ATP. Itu sangat kecil dibandingkan dengan respirasi aerob yang
menghasilkan 36 ATP.
Respirasi anaerob digunakan oleh prokariota yang hidup di lingkungan tanpa
oksigen. Itulah mengapa prokariota dapat hidup di lingkungan yang ekstrem. Banyak
organisme anaerob adalah anaerob obligat, yang berarti mereka hanya menggunakan
senyawa anaerob dan akan mati bila ada oksigen.
2.1.2.
Persamaan Respirasi Anaerob
Dalam proses respirasi anaerob, yang glikolisis langkah pertama adalah
respirasi sel aerobik. Langkah ini menghasilkan 2 molekul ATP. Produk dari glikolisis
5
adalah piruvat, digunakan dalam fermentasi respirasi anaerob. Ini fermentasi
respirasi anaerob membantu dalam produksi etanol dan nicotinamide adenine
dinucleotide (NAD+) atau untuk produksi laktat dan NAD +. Produksi NAD+ sangat
diperlukan sebagai glikolisis menggunakannya dan jika ada penipisan NAD +, hal itu
akan menyebabkan kematian sel. Proses respirasi anaerob mengikuti siklus Krebs dan
terjadi dalam cairan sitoplasma. Hasil energi utama dari respirasi aerobik terjadi di
mitokondria. Banyak energi pergi limbah dalam bentuk molekul etanol dan laktat
sebagai sel tidak dapat memanfaatkannya. Sebaliknya mereka mengeluarkan produk
ini sebagai limbah. Respirasi anaerob terjadi dalam bentuk dua jalur, yaitu fermentasi
alkohol dan fermentasi asam laktat. Berikut ini adalah persamaan respirasi anaerob
kimia.
Rumus Respirasi Anaerob
2ATP + C6H12O6 + Enzim
2CH3CH2OH + 2CO2 + 4ATP
2.1.3. Respirasi Anaerob dalam Ekologi
Respirasi anaerob memainkan peran utama dalam siklus nitrogen, sulfur, dan
karbon di seluruh dunia melalui pengurangan senyawa nitrogen, belerang, dan
karbon. Denitrifikasi adalah jalur utama yang digunakan makhluk hidup untuk
mengembalikan nitrogen ke atmosfer sebagai molekul gas nitrogen. Hidrogen sulfida
yang merupakan hasil dari respirasi sulfat adalah neurotoksin yang kuat dan
bertanggung jawab terhadap bau telur busuk yang terjadi di rawa payau.
2.1.4. Hubungan Respirasi Anaerob dengan Ekonomi
Dinitrifikasi dissimiltory secara luas digunakan untuk membersihkan nitrat
dan nitrit dari air limbah. Tingkat nitrit yang tinggi dalam air minum dapat menjadi
masalah karena air tersebut menjadi beracun. Denitrifikasi mengubah nitrat dan nitrit
menjadi gas nitrogen yang tidak berbahaya.
Metanogenesis adalah bentuk respirasi karbonat yang menghasilkan gas
metana oleh pencernaan anaerob. Metana biogenik digunakan sebagai alternatif
pengganti bahan bakar fosil. Di sisi negatif, metanogenesis yang tidak terkendali di
lokasi pembuangan akhir akan melepaskan metana dalam jumlah besar ke atmosfer,
yang menjadi penyebab utama dari efek gas rumah kaca.
6
Beberapa tipe respirasi anaerob juga digunakan untuk mengubah bahan
kimia yang beracun menjadi molekul yang lebih tidak berbahaya. Misalnya, arsenat
atau selenat yang beracun dapat direduksi menjadi senyawa yang tidak beracun oleh
berbagai bakteri.
2.2.
Fermentasi Anaerob
2.2.1. Definisi Fermentasi Anaerob
Beberapa organisme yang melakukan fermentasi di antaranya adalah bakteri
dan protista yang hidup di rawa, lumpur, makanan yang diawetkan, atau tempattempat lain yang tidak mengandung oksigen. Beberapa organisme dapat
menggunakan oksigen untuk respirasi, tetapi dapat juga melakukan fermentasi.
Organisme seperti ini melakukan fermentasi jika lingkungannya miskin oksigen. Selsel otot juga dapat melakukan fermentasi jika sel-sel otot kekurangan oksigen.
Fermentasi anaerob adalah metode yang digunakan sel untuk mengekstrak
energi dari karbohidrat ketika oksigen atau akseptor elektron lainnya tidak tersedia di
lingkungan sekitarnya. Hal ini membedakannya dari respirasi anaerob, yang tidak
menggunakan oksigen namun tidak menggunakan akseptor elektron molekul yang
berasal dari luar sel. Proses ini dapat diikuti oleh glikolisis sebagai langkah berikutnya
dalam pemecahan glukosa dan gula lain untuk menghasilkan molekul adenosin
trifosfat (ATP) yang menghasilkan sumber energi untuk sel.
Seperti pada respirasi aerob, glukosa merupakan substrat pada tahap awal
fermentasi. Glukosa dipecah menjadi dua molekul asam piruvat, dua NADH, dan
terbentuk dua ATP. Tetapi, reaksi fermentasi tidak sempurna memecah glukosa
menjadi karbon dioksida dan air. Mula-mula pada fermentasi anaerob, sel
meregenerasi nikotinamida adenine dinucleotide (NAD +) dari bentuk tereduksi
dinukleotida nikotinamida adenin (NADH), sebuah molekul yang diperlukan untuk
melanjutkan glikolisis. Fermentasi anaerob bergantung pada enzim untuk
menambahkan gugus fosfat ke molekul adenosine diphosphate individual (ADP)
untuk menghasilkan ATP, yang berarti itu adalah bentuk fosforilasi tingkat substrat.
Hal ini berbeda jelas dengan fosforilasi oksidatif, yang menggunakan energi dari
gradien proton yang didirikan untuk menghasilkan ATP. Contoh fermentasi adalah
fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.
7
2.2.2. Reaksi Fermentasi Anaerob
Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang
digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6) yang
merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan menghasilkan etanol
(2C2H5OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi
makanan.
Persamaan Reaksi Kimia
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 Kj per mol)
Dijabarkan sebagai
Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa)
(ATP)
Alkohol (etanol) + Karbon dioksida + Energi
Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang
terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari
tahap awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan
bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.
Berikut ini, diagram yang menunjukkan jalur glikolisis yang terjadi pada
fermentasi alcohol dan fermentasi asam laktat
8
Gambar B.2.2.2
Jalur glikolisis: pada fermentasi alcohol dan asam laktat
2.2.3. Jenis Fermentasi Anaerob
Ada dua jenis utama dari fermentasi anaerob yaitu, fermentasi alcohol dan
9
fermentasi asam laktat. Keduanya mengembalikan NAD + untuk memungkinkan sel
untuk terus menghasilkan ATP melalui glikolisis.
a.
Fermentasi alkohol
Fermentasi alcohol dilakukan oleh jamur ragi (yeast) secara anaerob. Sebagai
substrat fermentasi adalah asam piruvat. Dalam hal ini dua molekul piruvat (hasil
glikolisis) dikonversikan, dua molekul etanol dan dua molekul karbon dioksida
dibebaskan agar menjadi asetaldehid. NADH memberikan elektron dan hidrogen
kepada asetaldehid, sehingga terbentuk produk akhir alkohol yaitu etanol.
Reaksinya adalah proses dua langkah di mana piruvat diubah menjadi
asetaldehida dan karbon dioksida pertama, oleh enzim piruvat dekarboksilase.
Pada langkah kedua, alkohol dehidrogenase mengubah asetaldehida menjadi
etanol. Proses metabolik terjadi pada jenis tertentu dari sel bakteri dan sel-sel
ragi. Hal ini membuat ragi populer untuk membuat roti, bir, dan anggur, dengan
menggunakan salah satu karbon dioksida atau etanol dari fermentasi.Pada
fermentasi alkohol dihasilkan dua ATP.
Gambar B.2.2.3.a
Reaksi pada Fermentasi Alkohol
Dalam prosesnya, fermentasi alcohol melibatkan mikroorganisme. Berikut ini
mikroorganisme yang berperan dalam teknologi fermentasi 10lcohol adalah :
Streptococcus thermopiles, Streptococcus Lactis dan Streptococcus
cremoris. Semuanya ini adalah bakteri positif, berbentuk bulat (coccus)
yang terdapat sebagai rantai dan semuanya mempunyai nilai ekonomis
penting dalam industri susu.
Pediococcus cerevisae. Bakteri ini adalah gram positif berbentuk bulat,
khususnya terdapat berpasangan atau berempat (tetrads). Walaupun
10
jenis ini tercatat sebagai perusak bir dan anggur, bakteri ini berperan
penting dalam fermentasi daging dan sayuran.
Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc dextranicum. Bakteri ini
adalah gram positif berbentuk bulat yang terdapat secara berpasangan
atau rantai pendek. Bakteri-bakteri ini berperanan dalam perusakan
larutan gula dengan produksi pertumbuhan dekstran berlendir.
Walaupun demikian, bakteri- bakteri ini merupakan jenis yang penting
dalam permulaan fermentasi sayuran dan juga ditemukan dalam sari
buah, anggur, dan bahan pangan lainnya.
Lactobacillus
lactis,
Lactobacillus
acidophilus,
Lactobacillus
bulgaricus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus delbrueckii. Organismeorganisme ini adalah bakteri berbentuk batang, gram positif dan sering
berbentuk pasangan dan rantai dari sel-selnya. Jenis ini umumnya lebih
tahan terhadap keadaan asam dari pada jenis-jenis Pediococcus atau
Streptococcus dan oleh karenanya menjadi lebih banyak terdapat pada
tahapan terakhir dari fermentasi tipe asam laktat. Bakteri- bakteri ini
penting sekali dalam fermentasi susu dan sayuran.
b. Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras
dan persediaan oksigen kurang mencukupi. Pada fermentasi asam laktat molekul
asam piruvat hasil glikolisis menerima elektron dan hidrogen dari NADH. Transfer
elektron dan hidrogen menghasilkan NAD kembali. Pada saat yang sama, asam
piruvat diubah menjadi asam laktat yang menghasilkan dua ATP. Kerja otot terusmenerus akan menimbulkan asam laktat dalam jumlah besar. Penimbunan asam
laktat pada otot menyebabkan elastisitas otot menjadi berkurang dan
menimbulkan gejala kram serta kelelahan.
11
Gambar B.2.2.3.b
Reaksi pada Fermentasi Asam Laktat
Bakteri asam laktat mampu mengebah glukosa menjadi asam laktat. Bakeri
tersebut adalah Laktobbacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus dan
Bifidobacterium. Fermentasi asam laktat terbagi menjadi dua jenis, yaitu
homofermentatif (sebagian besar hasil akhir merupakan asam laktat) dan
heterofermentatif (hasil akhir berupa asam laktat, asam asetat, etanol dan CO2).
Secara
garis
besar,
keduanya
memiliki
kesamaan
dalam
mekanisme
pembentukan asam laktat, yaitu piruvat akan diubah menjadi laktat (atau asam
laktat) dan diikuti dengan proses transfer elektron dari NADH menjadi NAD +. Pola
fermentasi ini dapat dibedakan dengan mengetahui keberadaan enzim-enzim
yang berperan di dalam jalur metabolisme glikolisis.
Pada heterofermentatif, tidak ada aldolase dan heksosa isomerase tetapi
menggunakan enzim fosfoketolase dan menghasilkan CO 2. Metabolisme
heterofermentatif dengan menggunakan heksosa (golongan karbohidrat yang
terdiri dari 6 atom karbon) akan melalui jalur heksosa monofosfat atau pentosa
fosfat. Sedangkan homofermentatif melibatkan aldolase dan heksosa aldolase
namun tidak memiliki fosfoketolase serta hanya sedikit atau bahkan sama sekali
tidak menghasilkan CO2. Jalur metabolisme dari yang digunakan pada
homofermentatif adalah lintasan Embden-Meyerhof-Parnas. Beberapa contoh
genus bakteri yang merupakan bakteri homofermentatif adalah Streptococcus,
Enterococcus, Lactococcus, Pediococcus, dan Lactobacillus; sedangkan contoh
bakteri heterofermentatif adalah Leuconostoc dan Lactobacillus.
12
Gambar B.2.2.3.b1
Diagram Heterofermentatif
Gambar B.2.2.3.b2
Diagram Homofermentatif
13
2.3.
Organisme Anaerob
Organisme anaerob atau anaerob adalah setiap organisme yang tidak
memerlukan oksigen untuk tumbuh. Organism anaerob terbagi menjadi dua:
Anaerob obligat akan mati bila terpapar pada oksigen dengan kadar atmosfer.
Anaerob fakultatif dapat menggunakan oksigen jika tersedia.
Anaerob obligat dapat menggunakan fermentasi atau respirasi anaerob. Jika
terdapat oksigen, anaerob fakultatif menggunakan respirasi aerobik; tanpa oksigen
beberapa diantaranya berfermentasi, beberapa lagi menggunakan respirasi anaerob.
Organisme aerotoleran hanya dapat berfermentasi. Mikroaerofil melakukan respirasi
aerobik, dan beberapa diantaranya dapat juga melakukan respirasi anaerob.
Terdapat beberapa persamaan kimia untuk reaksi fermentasi anaerob.
Organisme anaerob fermentatif biasanya menggunakan jalur fermentasi asam laktat:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 fosfat
2 asam laktat + 2 ATP
Energi yang dilepaskan pada persamaan ini sekitar 150 Kj per mol, yang disimpan
dalam regenerasi dua ATP dari ADP per glukosa. Ini hanya 5% energi per molekul
gula daripada yang dapat dihasilkan oleh reaksi aerobik.
Tumbuhan dan jamur (contohnya ragi) biasanya melakukan fermentasi
alkohol (etanol) ketika oksigen terbatas melalui reaksi berikut:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 fosfat
2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP
Energi yang dilepaskan sekitar 180 Kj per mol, yang disimpan dalam regenerasi dua
ATP dari ADP per glukosa.
Bakteri anaerob dan archaea menggunakan jalur ini dan beberapa jalur
lainnya dalam melakukan fermentasi seperti: fermentasi asam propionat, fermentasi
asam butirat, fermentasi pelarut, fermentasi asam campuran, fermentasi butanediol,
fermentasi Stickland, asetogenesis atau metanogenesis.
Beberapa bakteri anaerob menghasilkan toksin (racun) seperti toksin tetanus
atau botulinum yang sangat berbahaya bagi organisme yang lebih besar, termasuk
manusia.
Anaerob obligat akan mati bila terdapat oksigen karena tidak adanya enzim
superoksida dismutase dan katalase yang dapat mengubah superoksida berbahaya
yang timbul dalam selnya karena adanya oksigen.
14
2.4.
Proses Metabolisme Secara Anaerob
2.4.1. System PCr
Creatine (Cr) merupakan jenis asam amino yang tersimpam di dalam otot
sebagai sumber energi. Di dalam otot, bentuk creatine yang sudah ter-fosforilasi yaitu
phosphocreatine (PCr) akan mempunyai peranan penting dalam proses metabolisme
energi secara anaerob di dalam otot untuk menghasilkan ATP.
Dengan bantuan enzim creatine kinase, phosphocreatine (PCr) yang tersimpan
di dalam otot akan dipecah menjadi Pi (inorganik fosfat) dan creatine dimana proses
ini juga akan disertai dengan pelepasan energi sebesar 43 Kj (10.3 kkal) untuk tiap 1
mol PCr. Inorganik fosfat (Pi) yang dihasilkan melalui proses pemecahan PCr ini
melalui proses fosforilasi dapat mengikat kepada molekul ADP (adenosine
diphospate) untuk kemudian kembali membentuk molekul ATP (adenosine
triphospate). Melalui proses hidrolisis PCr, energi dalam jumlah besar (2.3 mmol
ATP/kg berat basah otot per detiknya) dapat dihasilkan secara instant untuk
memenuhi kebutuhan energi pada saat berolahraga dengan intensitas tinggi yang
bertenaga. Namun karena terbatasnya simpanan PCr yang terdapat di dalam jaringan
otot yaitu hanya sekitar 14-24 mmol ATP/ kg berat basah maka energi yang dihasilkan
melalui proses hidrolisis ini hanya dapat bertahan untuk mendukung aktivitas anaerob
selama 5-10 detik.
Karena fungsinya sebagai salah satu sumber energi tubuh dalam aktivitas
anaerob, supplementasi creatine mulai menjadi popular pada awal tahun 1990-an
setelah berakhirnya Olimpiade Barcelona. Creatine dalam
bentuk
creatine
monohydrate telah menjadi suplemen nutrisi yang banyak digunakan untuk
meningkatkan kapasitas aktivitas anaerob. Namun secara alami, creatine ini akan
banyak terkandung di dalam bahan makanan protein hewani seperti daging dan ikan.
2.4.2. Glikolisis
Glikolisis merupakan salah satu bentuk metabolisme energi yang dapat
berjalan secara anaerob tanpa kehadiran oksigen. Proses metabolisme energi ini
mengunakan simpanan glukosa yang sebagian besar akan diperoleh dari glikogen otot
atau
juga
dari glukosa
yang
terdapat
di
dalam
aliran
darah
untuk
menghasilkan ATP. Inti dari proses glikolisis yang terjadi di dalam sitoplasma sel ini
adalah mengubah molekul glukosa menjadi asam piruvat dimana proses ini juga akan
15
disertai dengan membentukan ATP. Jumlah ATP yang dapat dihasilkan oleh proses
glikolisis ini akan berbeda bergantung berdasarkan asal molekul glukosa. Jika molekul
glukosa berasal dari dalam darah maka 2 buah ATP akan dihasilkan namun jika
molekul glukosa berasal dari glikogen otot maka sebanyak 3 buah ATP akan dapat
dihasilkan.
Mokelul asam piruvat yang terbentuk dari proses glikolisis ini dapat mengalami
proses metabolisme lanjut baik secara aerobik maupun secara anaerob bergantung
terhadap ketersediaan oksigen di dalam tubuh. Pada saat berolahraga dengan
intensitas rendah dimana ketersediaan oksigen di dalam tubuh cukup besar, molekul
asam piruvat yang terbentuk ini dapat diubah menjadi CO2 dan H2O di dalam
mitokondria sel. Dan jika ketersediaan oksigen terbatas di dalam tubuh atau saat
pembentukan asam piruvat terjadi secara cepat seperti saat melakukan sprint, maka
asam piruvat tersebut akan terkonversi menjadi asam laktat.
2.5.
Perbedaan Respirasi Anaerob Dengan Fermentasi Anaerob
Respirasi baik aerobik maupun anaerob menggunakan NADH dan FADH2
(yang dihasilkan selama proses glikolisis dan siklus asam sitrat) untuk membentuk
gradien elektrokimia (sering disebut gradien proton) yang melintasi membran, yang
mengakibatkan perbedaan potensial listrik atau ion konsentrasi melintasi membran.
Sebaliknya, fermentasi tidak membutuhkan gradien elektrokimia. Fermentasi bukan
hanya menggunakan fosforilasi tingkat sustrat untuk menghasilkan ATP. Akseptor
NAD+ diregenerasi dari NADH dibentuk pada tahap oksidatif dari jalur fermentasi
oleh penurunan senyawa teroksidasi. Senyawa ini teroksidasi sering terbentuk
selama
jalur
fermentasi.Misalnya,
homofermentatif,
NADH
terbentuk
dalam
selama
bakteri
oksidasi
asam
laktat
bersifat
gliseraldehida-3-fosfat
teroksidasi kembali ke NAD+ dengan mereduksi piruvat untuk asam laktat pada
tahap berikutnya. Dalam ragi, asetaldehida direduksi menjadi etanol.
2.6.
Sumber Energi Dalam Kondisi Anaerob
Fermentasi diperkirakan menjadi cara untuk menghasilkan energi pada
organisme purba sebelum oksigen berada pada konsentrasi tinggi di atmosfer seperti
saat ini, sehingga fermentasi merupakan bentuk purba dari produksi energi sel.
16
Produk fermentasi mengandung energi kimia yang tidak teroksidasi penuh
tetapi tidak dapat mengalami metabolisme lebih jauh tanpa oksigen atau akseptor
elektron lainnya (yang lebih highly-oxidized) sehingga cenderung dianggap produk
sampah (buangan). Konsekwensinya adalah bahwa produksi ATP dari fermentasi
menjadi kurang effisien dibandingkan oxidative phosphorylation, di mana pirufat
teroksidasi penuh menjadi karbon dioksida. Fermentasi menghasilkan dua molekul
ATP per molekul glukosa bila dibandingkan dengan 36 ATP yang dihasilkan respirasi
aerobik.
Glikolisis aerobik
adalah metode yang dilakukan oleh sel otot untuk
memproduksi energi intensitas rendah selama periode di mana oksigen berlimpah.
Pada keadaan rendah oksigen, makhluk bertulang belakang (vertebrata)
menggunakan glikolisis anaerob yang lebih cepat tetapi kurang effisisen untuk
menghasilkan ATP. Kecepatan menghasilkan ATP-nya 100 kali lebih cepat daripada
oxidative phosphorylation. Walaupun fermentasi sangat membantu dalam waktu
pendek dan intensitas tinggi untuk bekerja, ia tidak dapat bertahan dalam jangka
waktu lama pada organisme aerobik yang kompleks. Sebagai contoh, pada manusia,
fermentasi asam laktat hanya mampu menyediakan energi selama 30 detik hingga 2
menit.
Tahap akhir dari fermentasi adalah konversi piruvat ke produk fermentasi
akhir. Tahap ini tidak menghasilkan energi tetapi sangat penting bagi sel anaerob
karena tahap ini meregenerasi nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), yang
diperlukan untuk glikolisis. Ia diperlukan untuk fungsi sel normal karena glikolisis
merupakan satu-satunya sumber ATP dalam kondisi anaerob.
17
BAB III
PENUTUP
3.1.
KESIMPULAN
Anaerob adalah suatu keadaan dimana organisme menghasilkan energi dalam
ketiadaan oksigen. Dalam ruang lingkupnya, anaerob dapat merujuk pada respirasi
anaerob dan fermentasi anaerob.
Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak melibatkan oksigen. Dalam
prosesnya, respirasi anaerob menggunakan NADH dan FADH2 (yang dihasilkan
selama proses glikolisis dan siklus asam sitrat) untuk membentuk gradien
elektrokimia (sering disebut gradien proton) yang melintasi membran, yang
mengakibatkan perbedaan potensial listrik atau ion konsentrasi melintasi membran.
Respirasi anaerob digunakan untuk mengubah bahan kimia yang beracun
menjadi molekul yang lebih tidak berbahaya. Misalnya, arsenat atau selenat yang
beracun dapat direduksi menjadi senyawa yang tidak beracun oleh berbagai bakteri.
Berbeda dengan respirasi anaerob, fermentasi anaerob tidak membutuhkan
gradien elektrokimia. Akseptor NAD+ diregenerasi dari NADH dibentuk pada tahap
oksidatif dari jalur fermentasi oleh penurunan senyawa teroksidasi. NADH terbentuk
selama oksidasi gliseraldehida-3-fosfat teroksidasi kembali ke NAD+ dengan
mereduksi piruvat untuk asam laktat pada tahap berikutnya. Dalam ragi,
asetaldehida direduksi menjadi etanol.
Fermentasi anaerob diklasifikasikan menjadi dua, yaitu fermentasi asam laktat
dan fermentasi alcohol. Fermentasi alcohol dilakukan oleh jamur ragi (yeast) secara
anaerob. Sebagai substrat fermentasi adalah asam piruvat. Fermentasi asam laktat
terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras dengan persediaan oksigen
kurang mencukupi.
18
3.2. DAFTAR PUSTAKA
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/Homofermentative_Mil
chs%C3%A4ureg%C3%A4rung.png?download [26 Desember 2014]
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/Heterofermentative_M
ilchs%C3%A4ureg%C3%A4rung.png?download [26 Desember 2014]
http://id.wikipedia.org/wiki/Bakteri_asam_laktat [25 Desember 2014]
https://himbiounpad.files.wordpress.com/2013/06/kuliah-3-respirasiselular.pdf [25 Desember 2014]
http://id.wikipedia.org/wiki/Organisme_anaerob [22 Desember 2014]
http://1.bp.blogspot.com/-
kEzx9RLL6Ug/UIt7OUNB0_I/AAAAAAAAAFM/Ltd0qBHHWOs/s1600/fermentasi
+alkohol.png [22 Desember 2014]
Hernawati.2009.Produksi Asam Laktat pada Exercise Aerob dan Anaerob.Ebook:Bandung.
Irawan.M.Anwari.2007.Metabolisme
book:Jakarta.
19
Energi
Tubuh
dan
Olahraga.E-