Respirasi aerob adalah — pengertian, fungsi, tahapan, perbedaan

Respirasi aerob adalah proses di mana makhluk yang bernapas oksigen mengubah bahan bakar, seperti lemak dan gula, menjadi energi. Respirasi aerob melibatkan proses degradasi molekul organik, mereduksinya menjadi molekul tanpa energi pelepasan. Produk-produk degradasi awal molekul organik dikombinasikan dengan oksigen di udara dan diubah menjadi karbon dioksida dan air.

Respirasi adalah proses yang digunakan oleh semua sel untuk mengubah bahan bakar, yang mengandung energi yang tersimpan, menjadi bentuk yang dapat digunakan. Produk respirasi adalah molekul yang disebut ATP, yang dapat dengan mudah menggunakan energi yang tersimpan dalam ikatan fosfatnya untuk menggerakkan reaksi kimia yang dibutuhkan sel untuk bertahan hidup.

Mitokondria, organ kecil sel, atau organel, di mana respirasi sel aerob terjadi, yang ditemukan di dalam hampir semua sel eukariotik. Sel yang memiliki kebutuhan energi yang lebih tinggi, seperti sel-sel otak, mengandung jumlah yang lebih besar dari mitokondria.

Sebelum respirasi sel aerob dapat terjadi, langkah awal, yang dikenal sebagai glikolisis, terjadi di luar mitokondria, dalam sitoplasma sel. Sitoplasma adalah zat seperti gel yang mengisi sel dan di mana organel seperti mitokondria terletak.

Pengertian Respirasi aerob

Respirasi sel adalah proses di mana molekul makanan yang digunakan untuk menghasilkan energi sel. Respirasi ini dapat aerob, di mana oksigen hadir, atau anaerob, di mana oksigen tidak ada, dan gula seperti glukosa diperlukan untuk bahan bakar proses.

Respirasi sel aerob biasanya terjadi dalam sel eukariotik, sel-sel yang ditemukan pada tumbuhan dan hewan. Proses metabolisme yang terlibat berlangsung dalam struktur kecil di dalam sel yang dikenal sebagai mitokondria. Dimulai dengan glukosa dan berlanjut melalui serangkaian reaksi kimia, respirasi sel aerob memungkinkan produksi bentuk energi biokimia yang disebut adenosin trifosfat (ATP).

Respirasi aerob adalah respirasi yang menggunakan oksigen sebagai reaktan. Respirasi aerob jauh lebih efisien, dan menghasilkan ATP jauh lebih cepat, daripada respirasi anaerob (respirasi tanpa oksigen). Ini karena oksigen adalah akseptor elektron yang sangat baik untuk reaksi kimia.

Glikolisis adalah reaksi metabolik di mana glukosa dipecah, membentuk dua molekul asam piruvat dan dua pengurangan adenin dinukleotida nikotinamida (NADH). Proses ini adalah langkah awal yang terjadi pada sel-sel sebelum respirasi sel baik anaerob atau aerob. Glikolisis tidak membutuhkan oksigen dan, meskipun proses menggunakan dua molekul ATP itu menciptakan empat, menghasilkan keuntungan bersih dua molekul ATP. Asam piruvat dan NADH kemudian masuk mitokondria, di mana asam piruvat diubah menjadi zat yang disebut asetil CoA. Energi yang dibutuhkan untuk mengangkut NADH ke dalam mitokondria, dan ini mengakibatkan hilangnya dua ATP.

Proses kompleks respirasi aerob diilustrasikan dalam grafik ini. Anda mungkin ingin merujuk gambar ini ketika Anda mempelajari bagian-bagian berbeda dari proses respirasi sel.

Di sini, kami akan memecah proses menjadi langkah-langkah sederhana untuk menggambarkan bagaimana respirasi sel mengubah energi dari glukosa menjadi bentuk yang dapat digunakan sel untuk memberi daya pada fungsi kehidupannya.

Tahapan Respirasi aerob

Baik respirasi aerob dan respirasi anaerob menggunakan rantai transpor elektron untuk memindahkan energi dari penyimpanan jangka panjangnya dalam gula ke bentuk yang lebih bermanfaat.

Dalam respirasi, energi dari gula dipindahkan ke ATP, yang dapat digunakan untuk memberi daya pada banyak reaksi kimia yang diperlukan untuk kelangsungan hidup sel.

Baik respirasi aerob dan anaerob dimulai dengan proses glikolisis. “Glikolisis,” yang secara harfiah berarti “pemecahan gula,” memecah molekul gula menjadi dua molekul yang lebih kecil.

Dalam proses glikolisis, dua molekul ATP dikonsumsi dan empat diproduksi. Ini menghasilkan keuntungan bersih dari dua molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul gula yang dipecah melalui glikolisis.

Dalam sel yang menggunakan oksigen, molekul gula dipecah menjadi dua molekul piruvat. Dalam sel yang tidak memiliki oksigen, molekul gula dipecah menjadi bentuk lain, seperti laktat.

Meskipun sel-sel kita biasanya menggunakan oksigen untuk respirasi, yang jauh lebih efisien daripada respirasi anaerob, ketika kita menggunakan ATP lebih cepat daripada kita mendapatkan molekul oksigen ke sel kita, sel-sel kita dapat melakukan respirasi anaerob untuk memasok kebutuhan mereka selama beberapa menit.

Fakta menyenangkan: Penumpukan laktat dari respirasi anaerob adalah salah satu alasan mengapa otot bisa terasa sakit setelah latihan yang intens!

Dua langkah respirasi sel aerob kemudian terjadi, yang dikenal sebagai siklus Krebs, atau siklus asam sitrat, dan rantai transpor elektron. Asetil KoA memasuki siklus Krebs yang menghasilkan pengurangan dinukleotida flavine adenin (FADH2) dan NADH, bersama-sama dengan ATP. FADH2 dan NADH kemudian mengangkut elektron untuk rantai transpor elektron, di mana mereka teroksidasi dan banyak lagi ATP dibuat. Secara keseluruhan, perhitungan untuk kerugian awal dua ATP, reaksi yang terjadi di dalam mitokondria menghasilkan 36 molekul ATP.

Air dan karbon dioksida merupakan produk limbah respirasi sel aerob. Karbon dioksida menggabungkan dengan air untuk membuat asam karbonat, membuat darah lebih asam. Ini memainkan peran penting dalam mempertahankan pH darah. Respirasi terus menghilangkan karbon dioksida dari tubuh, mencegah darah menjadi terlalu asam.

Perbedaan Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob

Setelah glikolisis, berbagai proses kimia respirasi mengambil beberapa jalur berbeda:

  • Sel-sel yang kekurangan oksigen tetapi tidak dibuat untuk respirasi anaerob, seperti sel-sel otot kita sendiri, dapat meninggalkan produk-produk akhir glikolisis, hanya memperoleh dua ATP per molekul gula yang dibelah.
  • Sel yang dibuat untuk respirasi anaerob dapat melanjutkan rantai transfer elektron untuk mengekstraksi lebih banyak energi dari produk akhir glikolisis.
  • Sel yang menggunakan respirasi aerob melanjutkan rantai transfer elektronnya dalam proses yang sangat efisien yang pada akhirnya menghasilkan 38 molekul ATP dari setiap molekul gula!

Setelah glikolisis, sel-sel yang tidak menggunakan oksigen dapat menggunakan akseptor elektron yang berbeda, seperti sulfat atau nitrat, untuk mendorong reaksi mereka ke depan.

Proses-proses ini disebut “fermentasi.” Beberapa jenis reaksi fermentasi sebenarnya memiliki alkohol sebagai produk akhirnya. Jadi sekarang Anda tahu dari mana minuman beralkohol berasal: proses respirasi dari ragi yang membelah gula untuk menghasilkan energi!

Respirasi aerob, di sisi lain, mengirimkan piruvat yang tersisa dari glikolisis ke jalur kimia yang sangat berbeda.

Respirasi Aerob dan Penurunan Berat Badan

Respirasi aerob adalah proses di mana banyak sel, termasuk sel kita, menghasilkan energi menggunakan makanan dan oksigen. Ini juga menimbulkan karbon dioksida, yang kemudian tubuh kita harus singkirkan.

Persamaan ini menjelaskan mengapa kita membutuhkan makanan dan oksigen, karena keduanya bereaksi bersama untuk menghasilkan ATP yang memungkinkan sel kita berfungsi.

Persamaan ini juga menjelaskan mengapa kita menghembuskan karbon dioksida – dan bagaimana kita menurunkan berat badan!

Petunjuk: Kita menghirup O2 dan menghirup jumlah molekul CO2 yang sama. Dari mana asal atom karbon? Itu berasal dari makanan, seperti gula dan lemak, yang sudah Anda makan!

Ini juga mengapa Anda bernapas lebih keras dan lebih cepat saat melakukan aktivitas pembakaran kalori: tubuh Anda menggunakan oksigen dan makanan pada tingkat yang lebih cepat dari normal, dan menghasilkan lebih banyak ATP untuk memberi daya pada sel Anda, bersama dengan lebih banyak produk limbah CO2.

Sayangnya, hanya bernapas lebih cepat bukan berarti Anda akan menurunkan lebih banyak karbon: untuk kehilangan karbon lebih cepat, sel-sel Anda harus mengkonsumsi energi pada kecepatan yang lebih cepat dari biasanya.

Persamaan Respirasi Aerob

Persamaan untuk respirasi aerob menggambarkan reaktan dan produk dari semua langkahnya, termasuk glikolisis. Persamaan itu adalah:

1 glukosa + 6O2 → 6CO2+ 6 H2O + 38 ATP

Reaksi respirasi aerob dapat dipecah menjadi empat tahap, dijelaskan di bawah ini:

Langkah-Langkah Respirasi Aerob:

1. Glikolisis

Dalam sel aerob, persamaan untuk glikolisis adalah:

Glukosa + 2 HPO42- + 2 ADP3- + 2 NAD+ → 2 Pyruvate + 2 ATP4- + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

Seperti dibahas di atas, glikolisis dalam respirasi aerob mengacu pada pemisahan molekul gula menjadi dua molekul piruvat. Proses ini menciptakan dua molekul ATP.

Anda akan melihat bahwa proses ini juga menciptakan NADH dari NAD +. Ini penting karena nantinya dalam proses respirasi sel, NADH akan mendorong pembentukan ATP lebih banyak melalui rantai transpor elektron mitokondria.

Piruvat kemudian diproses untuk mengubahnya menjadi bahan bakar untuk siklus asam sitrat, menggunakan proses dekarboksilasi oksidatif.

2. Dekarboksilasi oksidatif piruvat

2 (Piruvat– + Koenzim A + NAD + → Asetil KoA + CO2 + NADH)

Dalam proses ini, piruvat dikombinasikan dengan koenzim A untuk menghasilkan asetil-KoA.

Anda akan mencatat bahwa lebih banyak NADH dibuat pada langkah ini. Ini berarti lebih banyak bahan bakar untuk membuat lebih banyak ATP di kemudian hari dalam proses respirasi sel!

Ini penting karena asetil-KoA adalah bahan bakar yang ideal untuk siklus asam sitrat, yang pada gilirannya dapat memberi daya pada proses fosforilasi oksidatif dalam mitokondria, yang menghasilkan ATP dalam jumlah besar!

3. Siklus asam sitrat

2 (Asetil CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP3- + HPO42- + 2H2O → 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP4- + 2H+ + Koenzim A)

Dalam siklus asam sitrat, NADH dan FADH2 – pembawa elektron lain untuk rantai transpor elektron – dibuat. Semua NADH dan FADH2 yang dibuat dalam langkah sebelumnya sekarang berperan dalam proses fosforilasi oksidatif.

4. Fosforilasi oksidatif

34 (ADP3- + HPO42- + NADH + 1/2 O2 + 2H+ → ATP4- + NAD+ + 2 H2O)

Fosforilasi oksidatif menggunakan membran terlipat di dalam mitokondria sel untuk menghasilkan ATP dalam jumlah besar.

Dalam proses ini, NADH dan FADH2 menyumbangkan elektron yang mereka peroleh dari glukosa selama langkah respirasi sel sebelumnya ke rantai transpor elektron dalam membran mitokondria.

Rantai transpor elektron terdiri dari sejumlah kompleks dalam membran mitokondria, termasuk kompleks I, Q, kompleks III, sitokrom C, dan kompleks IV.

Semua ini pada akhirnya berfungsi untuk melewatkan elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, memanen bit energi mereka dalam proses tersebut. Energi ini digunakan untuk menyalakan pompa proton, yang pada gilirannya membentuk daya ATP.

Sama seperti pompa natrium-kalium dari membran sel, pompa proton dari membran mitokondria digunakan untuk membuat gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan proses lainnya.

Dalam kasus gradien proton mitokondria, proton yang diangkut melintasi membran menggunakan energi yang dipanen dari NADH dan FADH2 “ingin” melewati protein saluran dari area konsentrasi tinggi ke area konsentrasi rendah.

Protein saluran ini sebenarnya adalah ATP synthase – enzim yang membuat ATP. Ketika proton melewati ATP synthase, mereka mendorong pembentukan ATP.

Proses inilah mengapa mitokondria disebut sebagai “pusat kekuatan sel.” Rantai transpor elektron mitokondria membuat hampir 90% dari semua ATP yang dihasilkan sel menghancurkan makanan.

Ini juga proses yang membutuhkan oksigen. Tanpa molekul oksigen untuk menerima elektron yang terkuras di ujung rantai transpor elektron, elektron akan kembali dan proses penciptaan ATP tidak akan dapat berlanjut.

Tidak heran kita membutuhkan oksigen untuk hidup!

Fungsi Respirasi Aerob

Respirasi aerob menghasilkan ATP, yang kemudian digunakan untuk memberi daya pada fungsi penopang kehidupan lainnya, seperti aksi pompa natrium-kalium, yang memungkinkan kita untuk bergerak, berpikir, dan merasakan dunia di sekitar kita; aksi banyak enzim; dan aksi protein lain yang tak terhitung jumlahnya yang menopang kehidupan!

Efisiensi energi respirasi aerob

Proses respirasi aerob jauh lebih efisien daripada fermentasi: untuk setiap molekul glukosa terdegradasi, 38 molekul ATP diproduksi dalam respirasi, dari 38 molekul ADP dan 38 gugus fosfat.

Dalam fermentasi, hanya dua molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang digunakan. Efisiensi energi pernapasan, oleh karena itu, sembilan belas kali lebih besar daripada fermentasi.

Respirasi aerob adalah proses yang jauh lebih kompleks daripada fermentasi. Dibutuhkan sekitar 60 langkah metabolisme lebih lanjut, selain sembilan yang membentuk glikolisis, sehingga molekul glukosa benar-benar terdegradasi menjadi CO2 dan H2O, di hadapan O2.



Related Posts

None found