Respirasi sebagai Reaksi Katabolisme

Katabolisme adalah proses penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang Iebih sederhana. Proses tersebut menghasilkan energi sehingga disebut juga sebagai reaksi eksergonik. Respirasi merupakan salah satu contoh rekasi katabolisme.

1. Respirasi
Respirasi merupakan proses penguraian senyawa organik kompleks menjadi senyawa-senyawa sederhana. Sebagian besar proses respirasi berlangsung di dalam mitokondria. Adapun sebagian proses yang lain berlangsung dalam sitosol. Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan kebutuhan oksigen, respirasi dibedakan menjadi dua macam, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob.

a. Respirasi Aerob
Respirasi aerob merupakan respirasi yang memerlukan oksigen. Proses respirasi aerob mengubah energi kimia yang terkandung dalam sari makanan menjadi energi kimia yang tersimpan dalam ATP (energi yang Iangsung dapat digunakan dalam sel). Secara singkat, persamaan reaksi pada proses respirasi aerob dapat ditulis sebagai berikut.

Berdasarkan jalur reaksinya, respirasi aerob dibedakan menjadi dua macam berikut.

1) Respirasi aerob melalui jalur siklus Krebs.

Respirasi aerob melalui jalur sikius Krebs memiliki empat tahap, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs, dan sistem transpor elektron.

Gb. Rangkaian proses Glikolisis

a) Glikolisis

Glikolisis merupakan proses penguraian glukosa tanpa menggunakan oksigen. Proses Isomerisasi tersebut terjadi di dalam sitosol. Dalam glikolisis, dari satu molekul glukosa akan dihasilkan2 asam piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP. Perhatikan skema glikolisis di atas! Asam piruvat selanjutnya memasuki tahap dekarboksilasi oksidatif di dalam mitokondria.

b) Dekarboksilasi Oksidatif atau Pembentukan Asetil Co-A

Pada organisme eukariotik, dekarboksilasi oksidatif berlangsung dalam matriks mitokondria. Adapun pada organisme prokariotik, tahap tersebut berlangsung dalam sitosol. Pada tahap ini asam piruvat diubah menjadi asetil Co-A. Hal ini terjadi setelah asam piruvat bergabung dengan Co-enzim A. Proses tersebut menghasilkan NADH dan melepaskan CO₂. Perhatikan reaksi dekarboksilasi oksidatif berikut!

c) Siklus Krebs

Perhatikan animasi berikut

 

d) Sistem Transpor Elektron

Sistem transpor elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Tahap ini berfungsi mengoksidasi NADH atau NADPH₂ dan FADH₂ dari tahap-tahap sebelumnya. Elektron dan H+ dari senyawa-senyawa tersebut dialirkan melalui senyawa-senyawa penerima elektron seperti NAD, FAD, koenzim Q, dan sitokrom. Setiap terjadi perpindahan elektron, energi yang terlepas digunakan untuk membentuk ATP. Oksigen berfungsi sebagai penerima elektron terakhir pada proses tersebut.

Selanjutnya, oksigen bergabung dengan H+ membentuk H₂O. Pembentukan ATP dalam sistem transpor elektron terjadi melalui reaksi fosforilasi oksidatif.
Oksidasi 1 NADH dapat menghasilkan 3 ATP. Adapun oksidasi 1 FADH₂ menghasilkan 2 ATP.

Pada organisme eukariotik, oksidasi NADH dan FADH₂ terjadi dalam membran mitokondria. Namun, NADH hasil glikolisis dibentuk di dalam sitosol. Akibatnya, NADH tersebut harus dimasukkan ke dalam mitokondria. Pemindahan 2 NADH hasil glikolisis tersebut memerlukan 2 ATP. Dengan demikian, jumlah total ATP yang dihasilkan sebanyak 36.
Perhatikan skema berikut!

Gambar  Jumlah energi yang dihasilkan dari setiap molekul glukosa pada organisme eukariotik

Sementara itu, organisme prokariotik tidak memiliki mitokondria. Dengan demikian, pengurangan ATP untuk pemindahan NADH ke dalam mitokondria tidak terjadi. Jadi, jumlah total ATP yang dihasilkan sebanyak 38.

2) Respirasi aerob melalui jalur pentosa fosfat

Pada jalur pentosa fosfat dihasilkan CO₂ dan 2 NADPH₂ . Selanjutnya, NADPH₂ dioksidasi dalam sistem transpor elektron.
Pada jalur tersebut senyawa antara yang terbentuk berupa gula. Perhatikan skema berikut!

Gambar. Siklus Pentosa Fosfat

b. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak memerlukan oksigen. Reaksi-reaksi yang terjadi serta organel yang berperan dalam respirasi anaerob sama seperti pada respirasi aerob. Namun, dalam respirasi anaerob peran oksigen digantikan oleh zat lain, contoh NO₃ dan SO₄. Respirasi anaerob hanya dapat dilakukan oleh mikroorganisme tertentu, misal bakteri. Adapun organisme tingkat tinggi jika tidak tersedia oksigen akan melakukan fermentasi.

 

2. Fermentasi

Pada organisme tingkat tinggi, fermentasi terjadi apabila dalam proses respirasi tidak tersedia oksigen. Fermentasi terdiri atas dua tahap, yaitu tahap glikolisis dan pembentukan NAD+. Pada proses tersebut, asam piruvat hasil glikolisis tidak diubah menjadi asetil Co-A. Namun, senyawa tersebut akan direduksi menjadi senyawa lain dengan bantuan NADH. Perhatikan skema berikut!

Gambar. Skema Fermentasi

Ada perbedaan antara fermentasi dengan respirasi anaerob. Fermentasi tidak melibatkan mitokondria, sedangkan respirasi anaerob melibatkan mitokondria. Dalam fermentasi, dari satu molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP. Fermentasi dapat dibedakan menjadi dua macam berikut.

a. Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat terjadi pada sel-sel otot. Proses tersebut menggunakan bahan baku berupa asam piruvat (hasil dari glikolisis). Hasil dari proses tersebut berupa asam laktat dan ATP. Timbunan asam laktat yang berlebihan dapat mengakibatkan otot terasa lelah dan nyeri. Perhatikan reaksi dari fermentasi asam laktat berikut!

b. Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol dapat terjadi pada khamir atau yeast (Saccharomyces sp.). Proses tersebut menggunakan bahan baku berupa asam piruvat. Hasil dari proses tersebut berupa etanol, CO 2, dan ATP. Perhatikan reaksi dari fermentasi alkohol berikut!

 

Sumber:

Mader, S. Sylvia. 1995. Biology: Evolusi, Kepelbagaian dan Persekitaran. Kualalumpur: Wm. C. Brown Publisher.

McLaren, James E. and Lissa Rotundo. 1985. Health Biology. Massachusetts: D.C. Heath and Company.

Moore, Randy, et al. 1995. Biology. Indiana Polis: Brown Publisher.