CARA SEL MENDAPATKAN ENERGI DALAM PROSES RESPIRASI AEROB MELALUI PEROMBAKAN GLUKOSA

AdiDharma17

download pdf here

MAKALAH

BIOENERGETIKA TERNAK

‘Cara Sel Mendapatkan Energi Dalam Proses Respirasi Aerob

Melalui Perombakan Glukosa’

                                 

NAMA                     : I MADE ADI SUDARMA

NIM                         : 1211010006

SEMESTER             : II (DUA)

PRODI                     : ILMU PETERNAKAN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS NUSA CENDANA

KUPANG

2013

DAFTAR ISI

 Halaman

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................     1

Latar Belakang ......................................................................................     1

Tujuan ...................................................................................................     1

BAB II PEMBAHASAN ...................................................................................     2

Sejarah : sel menghasilkan energi untuk aktifitas .................................     2

Karbohidrat sebagai sumber energi dalam bentuk glukosa  ..................     2

Proses metabolime glukosa dalam proses respirasi aerob ......................     3

Glikolisis ......................................................................................     5

Oksidasi piruvat ..........................................................................     8

Siklus krebs .................................................................................     9

Transport electron ......................................................................     12

Faktor yang mempengaruhi laju respirasi ............................................     14

Internal ......................................................................................     14

Eksternal ....................................................................................     15

BAB III PENUTUP .........................................................................................     17

Simpulan .............................................................................................     17

Saran  ..................................................................................................     17

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................     18

 

BAB I

PENDAHULUAN

A.           Latar belakang

Sel merupakan unit struktural, fungsional dan herediter terkecil dari makhluk hidup (Robertis, 1988 dalam Lukman, 2008). Sel mampu menghasilkan energi untuk kebutuhan aktifitasnya. Untuk menjalankan fungsinya, sel memproduksi energi melalui kinerja dari organel-organel sel yang dimilikinya. Organel sel yang cukup berperan penting dalam proses produksi energi adalah sitoplasma dan mitokondria. Kedua organel sel ini merupakan tempat diproduksinya energi yang dimulai dari sitoplasma dan berpindah ke mitokondria.

Dalam menghasilkan energi bagi aktifitas sel, maka sel membutuhkan bahan baku utama. Salah satu bahan baku tersebut adalah karbohidrat berupa glukosa. Menurut Irawan (2007) menyatakan bahwa karbohidrat dalam bentuk glukosa merupakan karbohidrat terpenting terutama dalam kaitannya dengan penyediaan energi di dalam tubuh makhluk hidup. Hal ini dikarenakan karbohidrat berbentuk glukosa akan mudah dirombak oleh sel untuk menghasilkan energi dan berbagai jenis karbohidrat lainnya dapat disimpan dalam tubuh apabila sudah dirombak terlebih dahulu menjadi glukosa tubuh.

Dalam proses perombakan glukosa menjadi energi, akan melewati beberapa proses atau tahapan dalam sistem respirasi aerob (menggunakan oksigen) dan respirasi anaerob (tanpa menggunakan oksigen). Menurut Keeton (1967) dalam Natalina (2010), menyatakan bahwa proses respirasi secara sempurna dalam tubuh makhluk hidup terjadi melalui proses reaksi glikolisis, oksidasi pirufat, siklus Krebs, dan rantai transpor elektron (fosforilasi oksidatif), dimana keempat proses atau tahapan tersebut akan menghasilkan suatu produk akhir yang diinginkan berupa ATP yang dapat digunakan oleh sel untuk berbagai aktifitas yang dikontrol oleh pusat kontrol sel yakni DNA. Respirasi aerob yang menggunakan bantuan oksigen dalam prosesnya akan menghasilkan energi yang jauh lebih besar dibandingkan respirasi anaerob. Dalam satu siklus perombakan satu mol glukosa secara sempurna melalui respirasi aerob akan mampu menghasilkan energi yang setara dengan 38 ATP.

B.            Tujuan

Adapun tujuan dari makalah ini adalah untuk mengetahui bagaimana cara kerja sel memperoleh energi terutama dalam proses respirasi aerob melalui perombakan glukosa.

BAB II

PEMBAHASAN

A.           Sejarah : sel menghasilkan energi untuk aktifitas

Sel merupakan unit struktural dan fungsional yang paling kecil dari makhluk hidup dan  sel juga merupakan unit hereditas yang paling kecil dari makhluk hidup (Robertis, 1988 dalam Lukman, 2008). Sebagai unit struktural dan fungsional terkecil dari makhluk hidup maka sel akan mampu menghasilkan energi untuk melakukan berbagai aktifitas yang dilakukan oleh organel-organel yang terdapat didalam sel seperti mitokondria, kloroplas, sitoplasma dan lain-lain. Selain itu, sel juga disebut sebagai unit herediter terkecil karena memiliki materi genetik berupa DNA yang dapat mengendalikan berbagai aktifitas sel serta menurunkan sifat genetic tersebut kepada keturunannya.

Menurut Lukman (2008) menyatakan bahwa terdapat beberapa jenis organisme yang tubuhnya hanya tersusun dari satu sel (uniseluler), seperti Paramaecium, Euglena dan masih banyak yang lain. Lebih lanjut dikemukakan bahwa dalam evolusi  pembentukan  enzim-enzim  metabolik maka enzim untuk sintesis molekul-molekul dasar akan terbentuk lebih  dahulu disusul enzim-enzim yang lain dimana enzim-enzim untuk glikolisis terbentuk lebih dahulu karena proses penguraian gula ini (glikolisis) dapat berlangsung tanpa oksigen dan sangat penting dalam  menghasilkan energi (ATP) yang digunakan untuk aktivitas sel. Hal ini terjadi kemungkinan dikarenakan unsur oksigen yang masih sedikit pada awal pembentukan kehidupan di bumi dan energi sangat dibutuhkan untuk aktifitas sel. Dalam teori evolusi tersebut terdapat adanya fotosintesis yang menggunakan carbon dioksida dan air serta matahari untuk membentuk glukosa dan oksigen. Dengan bantuan oksigen inilah dimulai reaksi glikolisis aerob yang mampu memanfaatkan setiap gram glukosa untuk menghasilkan energy dibandingkan glikolisis tanpa oksigen (anaerob).

B.            Karbohidrat sebagai sumber energi dalam bentuk glukosa

Karbohidrat glukosa merupakan karbohidrat terrpenting dalam kaitannya dengan penyediaan energi di dalam tubuh makhluk hidup (Irawan, 2007). Hal ini dimungkinkan karena pada manusia, semua jenis karbohidrat seperti monosakarida, disakarida maupun polisakarida yang  dikonsumsi berlebihan akan diubah menjadi glukosa di dalam hati. Glukosa inilah yang berperan sebagai salah satu molekul utama bagi pembentukan energi di dalam tubuh (Irawan, 2007) karena dapat menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Berdasarkan bentuknya, molekul glukosa dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu molekul D-glukosa dan L-glukosa dimana faktor yang menjadi penentu dari bentuk glukosa  ini adalah posisi gugus hidrogen (-H) dan alkohol (–OH) dalam struktur molekulnya (Irawan, 2007).  Bentuk molekul D dan L-glukosa dapat dimanfaatkan oleh system kerja tumbuh-tumbuhan, sedangkan pada manusia hanya dapat memanfaatkan bentuk molekul D-glukosa.

Menurut Irawan (2007) menyatakan bahwa dalam proses untuk menghasilkan energi, maka metabolisme glukosa akan berlangsung melalui dua mekanisme utama yakni melalui proses anaerobik dan proses aerobik. Proses aerobik biasanya terjadi menggunakan enzim sebagai katalis dalam mitokondria dengan kehadiran oksigen sedangkan proses anaerobik terjadi tanpa kehadiran oksigen dalam sitoplasma.

Proses metabolisme karbohidrat glukosa ini juga termasuk dalam proses respirasi. Proses respirasi adalah suatu proses katabolisme atau disasimilasi di mana energi yang tersimpan   dibongkar kembali untuk menyelenggarakan proses–proses kehidupan (Keeton, 1967 dalam Natalina, 2010). Respirasi juga merupakan proses oksidasi bahan organik yang terjadi di dalam sel, dan  berlangsung secara aerobik maupun anaerobik.

C.           Proses metabolisme glukosa dalam proses respirasi aerob

Proses metabolisme glukosa terdiri dari 2 tahapan yakni proses respirasi tanpa oksigen (glikolisis) dan respirasi oksidatif (Produksi acetil ko-A, siklus krebs dan transport electron. Menurut Keeton (1967) dalam Natalina (2010), menyatakan bahwa kebanyakan energi bebas yang tersimpan di dalam pati, protein, dan lemak masih tersimpan di dalam hasil akhir hidrolisisnya, yaitu glukosa, asam amino, asam lemak dan gliserol, dan untuk selanjutnya energi tersebut akan dibebaskan atau dilepaskan melalui proses respirasi, yang terjadi   melalui beberapa tahap repirasi, yaitu: glikolisis, oksidasi pirufat, siklus Krebs, dan transport electron. Berikut akan dibahas mengenai proses perombakan glukosa menjadi energi yang dirangkum dari referensi Pratiwi, dkk (2006), Irawan (2007) dan bahan ajar lainnya belum dipublikasikan.

Glikolisis

Glikolisis merupakan tahap awal pengubahan glukosa menjadi energi di dalam tubuh makhluk hidup. Menurut Irawan (2007), proses glikolisis ini berlangsung dengan mengunakan bantuan 10 jenis enzim yang berfungsi sebagai katalis di dalam sitoplasma yang terdapat pada sel eukaryotic. Hasil dari proses perombakan dalam glikolisis adalah untuk menghasilkan energy (ATP) dan asam pirufat yang berguna untuk menghasilkan energi yang lebih besar lagi. Dalam proses Glikolisis, 1 molekul glukosa yang memiliki 6 atom karbon pada rantainya (C₆H₁₂O₆) akan terpecah menjadi produk berupa 2 molekul piruvat yang memiliki 3 atom karbom (C₃H₄O₃) dan 2 molekul ATP serta NADH (1 NADH = 3 ATP) (Irawan, 2007) sehingga pada akhirnya akan dihasilkan 8 buah molekul ATP (2 molekul digunakan kembali untuk proses glikolisis berikutnya) dan 2 molekul piruvat serta 2 molekul air. Molekul ATP akan digunakan oleh tubuh sebagai sumber energy sedangkan molekul piruvat akan digunakan sebagai sumber utama dalam proses siklus krebs dan transport electron untuk menghasilkan energy yang lebih besar lagi.

Tahapan reaksi glikolisis

Menurut Heru Santoso dan Wahito Nugroho dalam bahan ajar Metabolisme Karbohidrat menyatakan bahwa reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tertentu dimana dari sembilan tahapan reaksi tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua fase, yaitu fase investasi energi, yaitu dari tahap 1 sampai tahap 4, dan fase pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5 sampai tahap 9.

Adapun proses reaksi glikolisis dari perombakan glukosa menjadi asam piruvat secara ringkas adalah sebagai berikut :

1.    Pertama-tama, glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat (fosforilasi dengan menggunakan enzim heksokinase) dari satu molekul ATP, yang kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat.

2.    Setelah itu, glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase.

3.    Satu molekul ATP yang lain memberikan satu gugus fosfatnya kepada fruktosa 6-fosfat, yang membuat ATP tersebut menjadi ADP dan fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase.

4.    Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling isomer satu sama lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL (fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat) yang dikatalisir oleh enzim aldolase.

-  PGAL dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi interkonversi) dengan menggunakan katalisator enzim fosfotriosa isomerase.

-  Tahapan-tahapan reaksi diatas itulah yang disebut dengan fase investasi energi.

5.    Selanjutnya, dihidroksi aseton fosfat dan PGAL masing-masing mengalami oksidasi dan mereduksi NAD+, sehingga terbentuk NADH, dan mengalami penambahan molekul fosfat anorganik (Pi) sehingga terbentuk 1,3-bifosfogliserat dengan bantuan enzim gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase.

6.    Kemudian masing-masing 1,3-bifosfogliserat melepaskan satu gugus fosfatnya dan berubah menjadi 3-fosfogliserat dengan enzim fosfogliserat kinase, dimana gugus fosfat yang dilepas oleh masing-masing 1,3-difosfogliserat dipindahkan ke dua molekul ADP dan membentuk dua molekul ATP.

7.    Setelah itu, 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat dengan bantuan enzim fosfogliserat mutase.

8.    Setelah menjadi 2-fosfogliserat, sebuah molekul air dari masing-masing 2-fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase (enzim ini dapat dihambat oleh fluoride).

9.    Terakhir, masing-masing fosfoenol piruvat melepaskan gugus fosfat terakhirnya dengan bantuan enzim piruvat kinase, yang kemudian diterima oleh dua molekul ADP untuk membentuk ATP, dan berubah menjadi asam piruvat.

-  Jika tak tersedia oksigen (anaerob), maka tidak akan terjadi reoksidasi NADH melalui pemindahan unsur ekuivalen preduksi sehingga piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat dengan bantuan enzim laktat dehidrogenase.

-  Jika tersedia oksigen (aerob), maka piruvat akan masuk ke mitokondria dan akan dirombak menjadi asetil-KoA dalam proses reaksi oksidasi piruvat yang kemudian dilanjutkan dalam siklus asam sitrat (siklus krebs) dan NADH dan FADH yang terbentuk akan diubah menjadi ATP pada proses rantai transport electron (fosforilasi oksidatif) hingga total akan terbentuk 38 ATP.

Jadi, setiap pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan produk kotor berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul ATP, dan 2 molekul air (Irawan, 2007). Akan tetapi, karena pada awal reaksi glikolisis telah digunakan 2 molekul ATP, sehingga hasil bersih yang diperoleh dari reaksi ini adalah 2 molekul asam piruvat (C₃H₄O₃), 2 molekul NADH, 2 molekul ATP, dan 2 molekul air.

Pada tahap selanjutnya, asam piruvat akan diubah menjadi Asetil CoA apabila terdapat oksigen dalam proses oksidasi piruvat dan sebaliknya jika oksigen tidak tersedia maka asam piruvat akan diubah menjadi etanol atau asam laktat. Berikut adalah gambar proses perombakan asam piruvat menjadi etanol dan asam laktat.

 

Adapun perbedaan produksi energi antara glikolisis aerob dan anaerob dapat dilihat pada skema berikut.

Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

-   hasil tingkat substrat                                                   :+ 4 ATP

-   hasil oksidasi respirasi 2 NADH                                 :+ 6 ATP

-   jumlah                                                                         :+10 ATP

-   dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P      : - 2 ATP

 + 8 ATP

Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

-   hasil tingkat substrat                                                  :+ 4 ATP

-   hasil oksidasi respirasi                                     :+ 0 ATP

-   jumlah                                                                         :+ 4 ATP

-   dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P      : - 2 ATP

             + 2 ATP

Oksidasi Piruvat / Dekarboksilasi Oksidatif

Pada proses respirasi aeerob ini, dua molekul piruvat yang telah dihasilkan dalam proses glikolisis akan dioksidasi menjadi Asetil-CoA dan CO yang berlangsung di dalam sel mitokondria (Irawan, 2007). Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Proses ini dapat berlangsung dengan bantuan multi enzim 2 pyruvate dehydrogenase  complex (PDC) melalui 5 urutan reaksi yang melibatkan 3 jenis enzim serta 5 jenis coenzim. 3 jenis enzim yang terlibat dalam reaksi ini adalah enzim Pyruvate  Dehydrogenase  (E1), dihydrolipoyl transacetylase (E2) & dihydrolipoyl dehydrogenase (E3), sedangkan coenzim yang telibat dalam reaksi ini adalah TPP, NAD+, FAD, CoA & Lipoate. Gambar 03. memperlihatkan secara sederhana proses konversi piruvat. Dari gambar ini juga dapat dilihat bahwa proses konversi piruvat tidak hanya akan menghasilkan CO  dan Acetyl-CoA namun juga akan menghasilkan produk samping berupa NADH yang memiliki nilai energi  ekivalen  dengan 3 x ATP.

Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:

1.   Dengan adanya TPP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi hidroksietil TPP yang terikat oleh komponen kompleks enzim Pyruvate  Dehydrogenase  (E1). Produk sisa yang dihasilkan adalah CO₂.

2.   Hidroksietil TPP bertemu dengan lipoate teroksidasi, dengan bantuan enzim dihydrolipoyl transacetylase (E2) akan membentuk asetil lipoamid, selanjutnya TPP lepas.

3.   Selanjutnya dengan adanya CoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.

4.   Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein yang mengandung FAD dengan bantuan enzim dihydrolipoyl dehydrogenase (E3).

5.   Flavoprotein tereduksi dioksidasi oleh NAD⁺, sehingga memindahkan ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.

Secara sederhana, reaksi oksidasi piruvat adalah sebagai berikut :

Piruvat + NAD⁺ + KoA à Asetil CoA + NADH + H⁺ + CO₂

Jadi, setiap oksidasi 1 molekul asam piruvat pada tahapan dekarboksilasi oksidatif akan dihasilkan produk kotor berupa 1 molekul Asetil CoA, 1 molekul NADH, 1 molekul CO₂, dan 1 molekul H⁺. Dan karena pada proses glikolisis menghasilkan 2 molekul asam piruvat maka total dihasilkan 2 molekul Asetil CoA, dan 2 molekul NADH. Molekul Asetil CoA yang dihasilkan akan masuk kedalam tahapan repirasi aerob berikutnya yakni siklus Kreb’s.

Siklus Kreb’s / Siklus Asam Sitrat

Molekul Acetyl CoA yang merupakan produk akhir dari proses oksidasi piruvat akan masuk kedalam Siklus Asam Sitrat. Secara sederhana persamaan reaksi untuk 1 Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) dapat dituliskan :

Asetil CoA + oxaloacetate + 3NAD⁺ + GDP + Pi + FAD à oxaloacetate + 2CO₂ + FADH₂ +3NADH + 3H⁺ + GTP

Siklus ini merupakan tahap akhir dari proses metabolisme energi glukosa. Proses konversi yang terjadi pada siklus asam sitrat berlangsung secara aerobik di dalam mitokondria dengan bantuan 8 jenis enzim. Inti dari proses yang terjadi pada siklus ini adalah untuk mengubah 2 atom karbon yang terikat didalam molekul Acetyl-CoA menjadi 2 molekul karbon dioksida  (C₂O), membebaskan koenzim A serta memindahkan energi yang dihasilkan pada siklus ini  ke dalam senyawa NADH, FADH₂ dan GTP. Selain menghasilkan C₂O dan GTP, dari  persamaan reaksi dapat terlihat bahwa satu putaran Siklus Asam Sitrat juga akan  menghasilkan molekul NADH & molekul FADH₂. Untuk melanjutkan proses metabolisme energi, kedua molekul ini kemudian akan diproses kembali secara aerobik di dalam    membran sel mitokondria melalui proses rantai transpor elektron untuk menghasilkan produk akhir berupa ATP dan air (H₂O).

 

Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat diuraikan sebagai berikut:

1.    Kondensasi

Gugus berkarbon 2 (Asetil CoA), bergabung dengan molekul berkarbon 4 (oksaloasetat), membentuk molekul berkarbon 6 (asam sitrat). Reaksi ini dikatalisir oleh sitrat sintase.

 Asetil KoA + Oksaloasetat + H₂O à Sitrat + KoA

2.    isomerasi

Sitrat dikonversi menjadi isositrat oleh enzim akonitase (akonitat hidratase) yang mengandung besi Fe²⁺. Konversi berlangsung dalam 2 tahap, yaitu: dehidrasi menjadi sis-akonitat dan rehidrasi menjadi isositrat.

3.    oksidasi pertama

Isositrat mengalami dehidrogenasi menjadi oksalosuksinat dibantu enzim isositrat dehidrogenase, yang bergantung NAD⁺.

Isositrat + NAD⁺ « Oksalosuksinat « µ–ketoglutarat + CO₂ + NADH + H⁺ (terikat enzim)

Kemudian terjadi dekarboksilasi menjadi µ–ketoglutarat yang juga dikatalisir oleh enzim isositrat dehidrogenase. Mn²⁺ atau Mg²⁺ berperan penting dalam reaksi dekarboksilasi.

4.    Oksidasi kedua

µ–ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi suksinil KoA dengan bantuan kompleks µ–ketoglutarat dehidrogenase, dengan kofaktor misalnya TDP, lipoat, NAD⁺, FAD serta KoA.

µ–ketoglutarat + NAD⁺ + KoA à Suksinil KoA + CO₂ + NADH + H⁺

5.    Suksinil KoA berubah menjadi suksinat dengan bantuan suksinat tiokinase (suksinil KoA sintetase).

Suksinil KoA + P_i + ADP « Suksinat + ATP + KoA

6.    Suksinat mengalami dehidrogenasi menjadi fumarat dengan peran suksinat dehidrogenase yang mengandung FAD.

Suksinat + FAD « Fumarat + FADH₂

7.    Fumarat mendapatkan penambahan air menjadi malat dengan bantuan enzim fumarase (fumarat hidratase)

Fumarat + H₂O « L-malat

8.    Malat mengalami hidrogensi menjadi oksaloasetat dengan katalisator malat dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD⁺.

L-Malat + NAD⁺ « oksaloasetat + NADH + H⁺

Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat

Pada proses oksidasi Asetil CoA, dihasilkan 3 molekul NADH dan 1 FADH₂. Sejumlah ekuivalen pereduksi dipindahkan ke rantai respirasi dalam membran interna mitokondria. Ekuivalen pereduksi NADH menghasilkan 3 ikatan fosfat berenergi tinggi (esterifikasi ADP menjadi ATP). FADH₂ menghasilkan 2 ikatan fosfat berenergi tinggi. Fosfat berenergi tinggi juga dihasilkan pada tingkat siklus (tingkat substrat) saat suksinil CoA diubah menjadi suksinat.

Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah:

1. Tiga molekul NADH, menghasilkan                       : 3 X 3ATP                  =  9ATP

2. Satu molekul FADH₂, menghasilkan                      : 1 x 2ATP                   =  2ATP

3. Pada tingkat substrat                                                                                  =  1ATP

Jumlah                                                                                                             = 12ATP

Jadi, dalam satu siklus Kreb’s akan menghasilkan energi sebesar 12 ATP yang diperoleh dalam bentuk 1 molekul ATP, 1 molekul FADH₂ dan 3 molekul NADH dimana molekul tersebut akan masuk ke tahapan selanjutnya untuk diubah menjadi ATP. Karena dalam proses oksidasi piruvat diperoleh 2 molekul asam piruvat maka total produksi energi perombakan 1 molekul glukosa dalam reaksi siklus Kreb’s adalah sebesar 24 ATP.

Proses /Rantai Transpor Elektron

Proses konversi molekul FADH₂  dan NADH yang dihasilkan dalam proses glikolisis, oksidasi piruvat dan siklus asam sitrat menjadi  energi dikenal  sebagai  proses  fosforilasi  oksidatif atau  juga dikenal dengan nama rantai transpor elektron (electron transport chain). Di dalam proses ini, elektron-elektron yang terkandung didalam molekul NADH & FADH₂ ini akan dipindahkan  ke dalam aseptor utama yaitu oksigen (O₂). Pada akhir tahapan proses ini, elektron yang terdapat di dalam molekul NADH akan mampu untuk menghasilkan 3 buah molekul ATP sedangkan elektron yang terdapat dalam molekul FADH  akan menghasilkan 2 buah molekul ATP (Irawan, 2007).

                     

Kalau kita hubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan dapat kita ketahui bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian sebagai berikut:

Tahapan proses respirasi seluler	Energi yang dihasilkan
	Secara langsung	Secara tidak langsung melalui sistem transport elektron
Glikolisis	2 ATP	2 NADH = 6 ATP
Oksidasi Piruvat	-	2 NADH = 6 ATP
Siklus Kreb’s	2 ATP	6 NADH = 18 ATP 2 FADH2 = 4 ATP
Total perombakan 1 mol glukosa secara sempurna (aerob)	4 ATP	34 ATP
	38 ATP

Energi Metabolisme Glukosa

Secara keseluruhan proses metabolisme Glukosa akan menghasilkan produk samping berupa karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O). Karbon dioksida dihasilkan dari siklus Asam Sitrat sedangkan  air (H₂O) dihasilkan  dari proses rantai transport elektron. Melalui proses metabolisme, energi kemudian  akan dihasilkan dalam bentuk  ATP  dan  kalor  panas.  Terbentuknya  ATP  dan  kalor  panas  inilah  yang  merupakan  inti  dari  proses metabolisme energi. Melalui proses Glikolisis, Siklus Asam Sitrat dan proses Rantai Transpor Elektron, sel-sel yang tedapat di dalam tubuh akan mampu untuk mengunakan dan menyimpan energi yang dikandung dalam bahan makanan sebagai energi ATP. Secara umum proses metabolisme secara aerobik akan mampu untuk menghasilkan energi yang lebih besar  dibandingkan  dengan  proses  secara  anaerobik.  Dalam  proses metabolisme secara aerobik, ATP akan terbentuk sebanyak 38 buah sedangkan proses anaerobik hanya akan menghasilkan 2 buah ATP.  Ikatan yang terdapat dalam molekul ATP ini akan mampu untuk menghasilkan energi sebesar 7.3 kilokalor per molnya (Irawan, 2007).

D.           Faktor yang mempengaruhi laju respirasi

Respirasi sangat dibutuhkan oleh makhluk hidup untuk dapat terus hidup dengan jalan memproduksi energi untuk melakukan aktifitasnya. Salah satu respirasi yang mampu menghasilkan energi yang cukup besar adalah respirasi aerob. Laju atau tingkat kecepatan respirasi untuk mengurai suatu molekul kompleks seperti glukosa menjadi senyawa sederhana dan energi dipengaruhi oleh beberapa aspek. Aspek tersebut perlu diketahui agar dapat digunakan dalam menentukan laju respirasi aerob pada tumbuhan yang diinginkan.

Menurut Nawawi (2010) dalam Subianto (2011) dan Pantastico (1993) dalam Rangkuti (2010) menyatakan bahwa laju repirasi ditentukan oleh 2 faktor utama yakni faktor internal (ketersediaan substrat, macam sel / jaringan, ukuran dan tebal produk) dan eksternal (cahaya, temperature, oksigen dan kerusakan sel/produk). Adapun faktor – faktor tersebut adalah sebagai berikut.

Faktor internal

Ketersediaan substrat

Menurut Pradana (2008) dalam Rangkuti (2010), menyatakan bahwa laju respirasi sangat dipengaruhi oleh ketersediaan substrat yang dimiliki oleh tumbuhan tersebut. Lebih lanjut dikemukakan bahwa buah-buahan yang banyak mengandung karbohidrat akan memiliki laju respirasi yang semakin cepat. Hal ini dimungkinkan karena dengan tingginya ketersediaan substrat pada tumbuhan tersebut maka akan meningkatkan ketersedian komponen utama yang dibutuhkan dalam proses respirasi tersebut seperti ketersediaan molekul glukosa yang akan dirombak untuk menghasilkan energi bagi sel.

Macam sel / jaringan

Menurut Nawawi (2010) dalam Subianto (2011), menyatakan bahwa sel meristematis, buah yang masak, dan biji yang sedang berkembang akan memiliki laju repirasi yang  tinggi. Hal yang serupa dikemukakan oleh Pantastico (1993) dalam Rangkuti (2010), yang menyatakan bahwa semakin tinggi tingkat perkembangan organ, maka akan semakin banyak jumlah CO₂  yang dihasilkan. Hal ini dimungkinkan karena pada buah yang masak terkandung substrat berupa karbohidrat yang cukup banyak sehingga laju respirasi akan meningkat, sedangkan pada biji yang sedang berkembang akan memiliki laju respirasi yang tinggi karena sel tumbuhan tersebut membutuhkan energi yang cukup banyak untuk aktifitas selnya yang tinggi pada tahap perkembangan. Hasil dari proses respirasi yang tinggi tersebut akan menghasilkan karbondioksida dan air dalam jumlah yang cukup banyak sebagai hasil akhir dalam proses respirasi sel.

Ukuran dan tebal produk

Menurut Pantastico (1993) dalam Rangkuti (2010), menyatakan bahwa produk yang lebih kecil ukurannya dan lapisan kulit yang tebal akan memiliki laju respirasi yang lebih rendah dibandingkan dengan produk yang lebih besar ukurannya dan lapisan kulit yang tipis. Hal ini dimungkinkan karena produk yang lebih kecil ukurannya memiliki jumlah luas permukaan yang lebih kecil yang berhubungan dengan udara sehingga pemasukkan oksigen dari luarpun lebih sedikit disbanding dengan produk yang lebih besar yang memliki luas permukaan yang lebih besar. Pada tumbuhan yang memiliki kulit yang tebalpun akan lebih sulit ditembus oleh oksigen ke dalam sel sehingga kebutuhan optimal O₂ dalam proses respirasi aerob pun tidak maksimal dibandingkan pada produk dengan kulit yang tipis.

Tipe dan umur tumbuhan

Masing-masing jenis tumbuhan memiliki perbedaan metabolisme sehingga kebutuhan   tumbuhan untuk berespirasipun akan berbeda-beda. Pada tumbuhan muda biasanya memiliki laju respirasi yang lebih tinggi dibanding tumbuhan yang tua. Hal ini dikarenakan tumbuhan yang masih muda akan memiliki sel yang aktif bekerja dan aktif memproduksi substrat berupa karbohidrat maupun merombaknya untuk mendapatkan energi dalam pertumbuhan dan aktifitas sel tersebut.

Enzim

Ketersediaan enzim dalam tubuh tumbuhan sangat penting diperlukan karena reaksi kimia yang berlangsung dalam proses respirasi aerob membutuhkan katalisator untuk mempercepat keberlangsungan reaksi kimia tersebut sehingga dapat diperoleh energi yang dibutuhkan oleh tumbuhan dalam bentuk ATP.

Faktor eksternal

Cahaya dan temperature.

Menurut Nawawi (2010) dalam Subianto (2011), menyatakan bahwa cahaya mempengaruhi laju respirasi secara tidak langsung melalui pembentukan glukosa. Faktor cahaya dan temperature juga diangkat oleh Pantastico (1993) dalam Rangkuti (2010), yang menyatakan bahwa umumnya  laju respirasi meningkat 2-2,5 kali tiap kenaikan suhu sebesar 10°C. Hal ini diperkirakan karena adanya percepatan pembentukan glukosa dengan bantuan cahaya sinar matahari sehingga ketersediaan substrat karbohidrat dalam bentuk glukosa yang cukup banyak tersebut akan dirombak lebih cepat oleh sel untuk menghasilkan energi dibandingkan pada ketersediaan glukosa yang rendah ketika panas matahari yang dibutuhkan dalam proses fotosintesis rendah.

Oksigen

Menurut Nawawi (2010) dalam Subianto (2011), menyatakan bahwa ketersediaan oksigen yang rendah akan mereduksi laju repirasi aerob. Hal yang sama dikemukakan oleh Pantastico (1993) dalam Rangkuti (2010), yang menyatakan bahwa semakin tinggi kadar oksigen, maka  laju respirasi semakin cepat. Hal ini dimungkinkan karena ketersediaan oksigen akan sangat dibutuhkan dalam proses repirasi aerob dalam tahapan oksidasi piruvat menjadi sumber energi yang tinggi dan molekul Asetil CoA serta tahapan siklus Krebs untuk menghasilkan sumber energi yang sangat besar. Apabila ketersediaan oksigen berkurang atau habis maka asam piruvat yang dihasilkan oleh tahapan glikolisis akan diubah menjadi asam laktat atau etanol dengan energi yang rendah dan laju respirasipun akan menurun.

Kerusakan sel / produk

Menurut Nawawi (2010) dalam Subianto (2011), menyatakan bahwa kerusakan mekanis, penyakit, gigitan serangga, herbisida dapat meningkatkan laju respirasi. Hal yang sama dikemukakan oleh Pantastico (1993) dalam Rangkuti (2010), yang menyatakan bahwa kerusakan atau luka pada produk dapat memacu terjadinya respirasi, sehingga umur simpan produk semakin pendek. Hal ini dimungkinkan karena kerusakan mekanis pada sel atau produk tumbuhan akan mengakibatkan sel bereaksi untuk menghasilkan energi bagi sel dalam penyembuhan terhadap produk yang luka/rusak atau melawan sel yang terkena penyakit sehingga laju respirasi akan meningkat untuk menghasilkan energi bagi sel dalam kegiatan tersebut.

BAB III

PENUTUP

A.           Simpulan

Berdasarkan pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa sel melakukan perombakan bahan makanan menggunakan energi dan enzim untuk menghasilkan energi (ATP) yang lebih besar. Proses respirasi aerob yang terdiri dari tahapan glikolisis, oksidasi piruvat, siklus krebs dan transport electron mampu menghasilkan energi dalam jumlah besar (38 ATP) dengan menggunakan energi dalam jumlah kecil (2 ATP).

B.            Saran

Dibutuhkan studi literature yang lebih banyak dalam memahami konsep katabolisme sel untuk menghasilkan energy dalam aktifitasnya serta faktor yang mempengaruhinya.

DAFTAR PUSTAKA

Irawan M. Anwari. 2007. Glukosa & Metabolisme Energi. Sports Science Brief. Volume 01. No. 06.

Lukman Aprizal. 2008. Evolusi Sel Sebagai Dasar Perkembangan Makhluk Hidup Saat Ini. Biospecies Journal. Volume 1. No. 2. Hlm 67 – 72.

Natalina. 2010. Respirasi Pada Tumbuhan (Respirasi Aerob). Jurnal Praktikum Fisiologi Tumbuhan. Fak. Mipa. Universitas Lambung Mangkurat. Banjarbaru.

Pratiwi D.A., Sri Maryati, Srikini, Suharno, dan Bambang S. 2006. Biologi SMA Jilid 3 untuk Kelas XII. Buku Ajar. Penerbit Erlangga.

Rangkuti Rahmi. 2010. Pengaruh Komposisi Udara Ruang Penyimpanan Terhadap Mutu Buah Terung Belanda Selama Penyimpanan. Skripsi. Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Sumatera.

Subianto Tommy Kurniawan. 2011. Respirasi. Praktikum Fisiologi Tanaman. Fakultas Pertanian Universitas Brawijaya. Malang.