Pengertian Respirasi Seluler dan tahapannya

Respirasi merupakan salah satu proses esensial yang dilakukan oleh semua organisme hidup untuk bertahan hidup. Saat Anda berlari mengejar bus sekolah, Anda mendapati diri Anda bernapas lebih cepat. Itu karena tubuh Anda membutuhkan energi ekstra untuk berlari, yang disediakan oleh pernapasan. Hal ini mengakibatkan pernapasan menjadi cepat. Pernapasan adalah bagian integral dari respirasi tetapi secara keseluruhan, ini adalah fenomena yang membuat tubuh kita terus berjalan.

Secara sederhana, respirasi adalah proses di mana nutrisi yang kita makan diubah menjadi energi yang berguna. Seperti yang kita ketahui, sel adalah unit struktural dan fungsional kehidupan dan setiap sel membutuhkan energi untuk menjalankan fungsinya. Oleh karena itu, respirasi yang terjadi pada tingkat terkecil tubuh kita yaitu tingkat sel disebut respirasi sel. Proses tersebut memastikan bahwa setiap sel menjalankan fungsinya dengan sempurna.

Mari kita lihat detail respirasi seluler yang terjadi pada manusia.

Pengertian

Respirasi seluler adalah serangkaian reaksi metabolik yang terjadi di dalam sel untuk mengubah energi biokimia yang diperoleh dari makanan menjadi senyawa kimia yang disebut adenosine triphosphate (ATP). Metabolisme mengacu pada serangkaian reaksi kimia yang dilakukan untuk mempertahankan keadaan hidup sel dalam suatu organisme. Ini dapat dibagi menjadi dua kategori:

  • Katabolisme – proses pemecahan molekul untuk mendapatkan energi.
  • Anabolisme – proses mensintesis semua senyawa yang dibutuhkan oleh sel.

Oleh karena itu, respirasi adalah proses katabolik, yang memecah molekul besar menjadi lebih kecil, melepaskan energi untuk memicu aktivitas seluler.

Melalui proses respirasi selular, energi dalam makanan diubah menjadi energi yang dapat digunakan oleh sel-sel tubuh. Awalnya, gula dalam makanan yang Anda makan akan dicerna menjadi glukosa gula sederhana, monosakarida.

Ingat glukosa yang merupakan gula yang dihasilkan oleh tanaman selama fotosintesis. Glukosa, atau polisakarida terbuat dari molekul glukosa banyak, seperti pati, yang kemudian diteruskan ke organisme yang memakan tanaman. Organisme ini bisa Anda, atau bisa juga organisme yang Anda makan. Salah satu cara, itu adalah molekul glukosa yang memegang energi.

Persamaan Respirasi Seluler

Persamaan Respirasi Aerob.

Persamaan respirasi aerob menunjukkan glukosa yang digabungkan dengan oksigen dan ADP menghasilkan karbon dioksida, air, dan ATP:

C6H12O6 (glikosa)+ 6O2 + 36 ADP + 36 Pi (gugus fosfat)→ 6CO2 + 6H2O + 36 ATP

Anda dapat melihat bahwa setelah dipecah sepenuhnya, molekul karbon glukosa dihembuskan sebagai enam molekul karbon dioksida.

Persamaan Fermentasi Asam Laktat.

Dalam fermentasi asam laktat, satu molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul asam laktat. Energi kimia yang disimpan dalam ikatan glukosa yang rusak dipindahkan ke ikatan antara ADP dan gugus fosfat.

C6H12O6 (glukosa) + 2 ADP (ATP habis) + 2 Pi (gugus fosfat) → 2 CH3CHOHCOOH (asam laktat) + 2 ATP

Persamaan Fermentasi alkohol.

Fermentasi alkohol mirip dengan fermentasi asam laktat karena oksigen bukanlah akseptor elektron terakhir. Di sini, alih-alih oksigen, sel menggunakan bentuk piruvat yang diubah untuk menerima elektron akhir. Ini menciptakan etil alkohol, yang ditemukan dalam minuman beralkohol. Pembuat bir dan penyuling menggunakan sel ragi untuk membuat alkohol ini, yang sangat bagus dalam bentuk fermentasi ini.

C6H12O6 (glukosa) + 2 ADP (ATP habis) + 2 Pi (gugus fosfat)→ 2 C2H5OH (etil alkohor) + 2 CO2 + 2 ATP

Tahapan Respirasi Seluler

Langkah 1.

Glikolisis adalah satu-satunya langkah yang dilakukan oleh semua jenis respirasi. Dalam glikolisis, molekul gula seperti glukosa dibagi menjadi dua, menghasilkan dua molekul ATP.

Persamaan untuk glikolisis adalah:

C6H12O6 (glukosa) + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3COCOO− + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 2H+

Nama “glikolisis” berasal dari bahasa Yunani “glyco”, untuk “gula”, dan “lisis” untuk “membelah”. Ini dapat membantu Anda untuk mengingat bahwa glikolisis itu proses pemecahan gula.

Di sebagian besar jalur, glikolisis dimulai dengan glukosa, yang kemudian dipecah menjadi dua molekul asam piruvat. Kedua molekul asam piruvat ini kemudian diproses lebih lanjut untuk membentuk produk akhir yang berbeda, seperti etil alkohol atau asam laktat.

Langkah 2.

Reduksi adalah bagian proses selanjutnya. Dalam istilah kimia, “mereduksi” molekul berarti menambahkan elektron ke dalamnya.

Dalam kasus fermentasi asam laktat, NADH mendonasikan satu elektron ke asam piruvat, menghasilkan produk akhir asam laktat dan NAD +. Ini bermanfaat bagi sel karena NAD + diperlukan untuk glikolisis. Dalam kasus fermentasi alkohol, asam piruvat mengalami tahap tambahan di mana ia kehilangan atom karbon dalam bentuk CO2. Molekul perantara yang dihasilkan, disebut asetaldehida, kemudian direduksi untuk menghasilkan NAD + plus etil alkohol.

Langkah 3.

Respirasi aerob membawa proses ini ke level lain. Alih-alih secara langsung mengurangi perantara dari siklus Krebs, respirasi aerobik menggunakan oksigen sebagai reseptor elektron terakhir. Tetapi pertama-tama, elektron dan proton yang terikat pada pembawa elektron (seperti NADH), diproses melalui rantai transpor elektron. Rantai protein dalam membran mitokondria ini menggunakan energi dari elektron-elektron ini untuk memompa proton ke satu sisi membran. Ini menciptakan gaya gerak listrik, yang digunakan oleh kompleks protein ATP sintase memfosforilasi sejumlah besar molekul ATD, menciptakan ATP.

Produk Respirasi Seluler

ATP.

Produk utama dari setiap respirasi sel adalah molekul adenosine triphosphate (ATP). Molekul ini menyimpan energi yang dilepaskan selama respirasi dan memungkinkan sel untuk mentransfer energi ini ke berbagai bagian sel. ATP digunakan oleh sejumlah komponen seluler sebagai sumber energi. Misalnya, enzim mungkin membutuhkan energi dari ATP untuk menggabungkan dua molekul. ATP juga biasa digunakan pada transporter, yaitu protein yang berfungsi untuk memindahkan molekul melintasi membran sel.

Karbon dioksida.

Karbon dioksida adalah produk universal yang dibuat oleh respirasi sel. Biasanya, karbon dioksida dianggap sebagai produk limbah dan harus dibuang. Dalam larutan air, karbon dioksida menciptakan ion asam. Ini secara drastis dapat menurunkan pH sel, dan akhirnya akan menyebabkan fungsi sel normal berhenti. Untuk menghindarinya, sel harus secara aktif mengeluarkan karbon dioksida.

Produk-produk lain.

Sementara ATP dan karbon dioksida secara teratur diproduksi oleh semua bentuk respirasi sel, jenis respirasi yang berbeda bergantung pada molekul yang berbeda untuk menjadi akseptor akhir dari elektron yang digunakan dalam proses tersebut.

Pentingnya

Setiap organisme hidup membutuhkan energi untuk kelangsungan hidupnya. Bahkan saat kita makan atau tidur, kita membutuhkan energi. Apakah Anda pikir Anda bisa berlari cepat jika kekurangan energi? Darimana energi ini berasal? Ya, itu berasal dari makanan dan itu adalah proses respirasi, yang mengubah makanan menjadi energi.

Sambil bernafas, kita menghirup udara yang mengandung oksigen dan kita menghirup udara yang kaya karbon dioksida. Saat kita menghirup udara, udara kaya oksigen diangkut ke seluruh bagian tubuh kita dan akhirnya ke setiap sel. Di dalam sel, makanan yang mengandung glukosa dipecah menjadi karbon dioksida dan air dengan bantuan oksigen. Proses pemecahan glukosa untuk melepaskan energi yang dapat dimanfaatkan oleh tubuh kita untuk melakukan pekerjaan sehari-hari seperti berjalan, duduk atau bahkan berpikir, dikenal dengan istilah pernapasan.

Energi disimpan dalam ikatan antara gugus fosfat (PO4) dari molekul ATP. Ketika ATP dipecah menjadi ADP (adenosin difosfat) dan fosfat anorganik, energi dilepaskan. Ketika ADP dan fosfat anorganik yang bergabung untuk membentuk ATP, energi disimpan. Selama respirasi sel, sekitar 36-38 molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa.

Tujuan Respirasi Seluler

Semua sel harus dapat memperoleh dan mengangkut energi untuk menjalankan fungsi kehidupannya. Agar sel dapat terus hidup, mereka harus dapat mengoperasikan mesin penting, seperti pompa di membran selnya yang menjaga lingkungan internal sel dengan cara yang sesuai untuk kehidupan.

“Mata uang energi” sel yang paling umum adalah ATP – molekul yang menyimpan banyak energi dalam ikatan fosfatnya. Ikatan ini dapat diputuskan untuk melepaskan energi itu dan membawa perubahan pada molekul lain, seperti yang diperlukan untuk menggerakkan pompa membran sel.

Karena ATP tidak stabil dalam jangka waktu yang lama, ATP tidak digunakan untuk penyimpanan energi jangka panjang. Sebaliknya, gula dan lemak digunakan sebagai bentuk penyimpanan jangka panjang, dan sel harus terus-menerus memproses molekul tersebut untuk menghasilkan ATP baru. Ini adalah proses respirasi.

Proses respirasi aerob menghasilkan ATP dalam jumlah besar dari setiap molekul gula. Faktanya, setiap molekul gula yang dicerna oleh sel tumbuhan atau hewan menghasilkan 36 molekul ATP! Sebagai perbandingan, fermentasi biasanya hanya menghasilkan 2-4 molekul ATP.

Proses respirasi anaerob yang digunakan oleh bakteri dan archaebacteria menghasilkan jumlah ATP yang lebih kecil, tetapi dapat berlangsung tanpa oksigen. Di bawah ini, kita akan membahas bagaimana berbagai jenis respirasi seluler menghasilkan ATP.

Jenis Respirasi Seluler

Respirasi aerob.

Organisme eukariotik melakukan respirasi seluler di mitokondria – organel yang dirancang untuk memecah gula dan menghasilkan ATP dengan sangat efisien. Mitokondria sering disebut “pembangkit tenaga sel” karena mereka mampu menghasilkan begitu banyak ATP!

Respirasi aerob sangat efisien karena oksigen adalah akseptor elektron paling kuat yang ditemukan di alam. Oksigen “mencintai” elektron – dan kecintaannya pada elektron “menarik” mereka melalui rantai transpor elektron di mitokondria.

Anatomi khusus mitokondria – yang menyatukan semua reaktan yang diperlukan untuk respirasi sel dalam ruang kecil yang terikat membran di dalam sel – juga berkontribusi pada efisiensi tinggi respirasi aerob.

Dengan tidak adanya oksigen, sebagian besar sel eukariotik juga dapat melakukan berbagai jenis respirasi anaerobik, seperti fermentasi asam laktat. Namun, proses ini tidak menghasilkan cukup ATP untuk mempertahankan fungsi kehidupan sel, dan tanpa oksigen, sel pada akhirnya akan mati atau berhenti berfungsi.

Fermentasi.

Fermentasi adalah nama yang diberikan untuk berbagai jenis respirasi anaerobik, yang dilakukan oleh spesies bakteri dan archaebacteria yang berbeda, dan oleh beberapa sel eukariotik tanpa adanya oksigen.

Proses ini dapat menggunakan berbagai akseptor elektron dan menghasilkan berbagai produk sampingan. Beberapa jenis fermentasi adalah:

  • Fermentasi alkohol – Jenis fermentasi ini dilakukan oleh sel ragi dan beberapa sel lain, memetabolisme gula dan menghasilkan alkohol dan karbon dioksida sebagai produk sampingan. Inilah sebabnya mengapa bir bersoda: selama fermentasi, ragi mereka melepaskan gas karbon dioksida, yang membentuk gelembung dan etil alkohol.
  • Fermentasi asam laktat – Jenis fermentasi ini dilakukan oleh sel otot manusia tanpa oksigen, dan oleh beberapa bakteri. Fermentasi asam laktat sebenarnya digunakan manusia untuk membuat yogurt. Untuk membuat yogurt, bakteri tidak berbahaya ditanam di dalam susu. Asam laktat yang dihasilkan oleh bakteri ini memberi yogurt rasa asam tajam yang khas dan juga bereaksi dengan protein susu untuk menciptakan tekstur yang kental dan lembut.
  • Fermentasi asam proprionat – Jenis fermentasi ini dilakukan oleh beberapa bakteri, dan digunakan untuk membuat keju swiss. Asam proprionat bertanggung jawab atas rasa tajam dan pedas khas keju Swiss. Gelembung gas yang dibuat oleh bakteri ini bertanggung jawab atas lubang yang ditemukan di keju.
  • Acetogenesis – Acetogenesis adalah jenis fermentasi yang dilakukan oleh bakteri, yang menghasilkan asam asetat sebagai produk sampingannya. Asam asetat adalah bahan khas dalam cuka yang memberikan rasa dan baunya yang tajam dan asam.

Menariknya, bakteri penghasil asam asetat menggunakan etil alkohol sebagai bahan bakarnya. Artinya untuk menghasilkan cuka, larutan yang mengandung gula harus difermentasi terlebih dahulu dengan ragi untuk menghasilkan alkohol, kemudian difermentasi lagi dengan bakteri yang mengubah alkohol menjadi asam asetat!

Metanogenesis.

Metanogenesis adalah jenis respirasi anaerobik unik yang hanya dapat dilakukan oleh archaebacteria. Dalam metanogenesis, karbohidrat sumber bahan bakar dipecah untuk menghasilkan karbon dioksida dan metana.

Metanogenesis dilakukan oleh beberapa bakteri simbiosis di saluran pencernaan manusia, sapi, dan beberapa hewan lainnya. Beberapa dari bakteri ini mampu mencerna selulosa, gula yang ditemukan pada tumbuhan yang tidak dapat dipecah melalui respirasi sel. Bakteri simbiosis memungkinkan sapi dan hewan lain memperoleh energi dari gula yang tidak dapat dicerna ini!

Kosa kata

  1. ATP (adenosin trifosfat): bentuk energi yang dapat digunakan didalam sel.
  2. respirasi sel: Proses memecah glukosa untuk memperoleh energi dalam bentuk ATP.
  3. glukosa: gula sederhana dengan rumus kimia C6H12O6; produk fotosintesis.
  4. monosakarida: gula sederhana, seperti glukosa, yang merupakan bahan bangunan dari karbohidrat.
  5. polisakarida: karbohidrat besar biasanya berisi ratusan atau ribuan monosakarida.
  6. pati: karbohidrat Besar dan kompleks; ditemukan dalam makanan seperti sayuran dan biji-bijian; dipecah oleh tubuh menjadi gula yang dapat memberikan energi.

Ringkasan

Melalui proses respirasi selular, energi dalam makanan diubah menjadi energi yang dapat digunakan oleh sel-sel tubuh. Selama respirasi sel, glukosa dan oksigen diubah menjadi ATP, karbon dioksida, dan air.



Leave a Reply