Biokimia Respirasi Sel

KATA PENGANTAR

            Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah Swt yang telah begitu banyak melimpahkan karunia dan rahmat-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya tanpa tantangan yang berarti, Shalawat teriring salam semoga tetap terlimpah curah kepada panutan alam yakni Nabi besar Muhammad SAW, kepada para keluarganya, para sahabatnya sampai kepada kita semua selaku umatnya hingga akhir zaman.

            Alhamdulillah dengan segala keterbatasan makalah Inbreeding yang merupakan salah satu penunjang mata kuliah Biokimia Perairan dapat kami selesaikan, semoga dengan segal keterbatasan ini mampu menjadi acuan atau panduan untuk lebih mendalami mata kuliah Biokimia Perairan khususnya dalam materi Respirasi sel dan energi.

            Dalam makalah ini masih terdapat begitu banyak kekurangan karena pengetahuan kami mengenai materinya pun masih belum terlalu jauh serta keterbatasan sumber. Oleh karena itu segala bentuk kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan makalah ini sangat kami harapkan.

Jatinangor, November 2014

Penyusun

Kelompok 6

DAFTAR ISI

BAB                                                                                                                Hal.

            KATA PENGANTAR..................................................................   i

            DAFTAR ISI..................................................................................   ii

I          PENDAHULUAN

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

            1.2 Rumusan Masalah......................................................................   1

            1.3 Tujuan.........................................................................................   1

II         PEMBAHASAN

            2.1 Respirasi Sel...............................................................................   2

            2.2 Respirasi Sel Pada Hewan..........................................................   2

            2.3 Tahapan Respirasi Sel Pada Hewan...........................................   3

            2.3.1 Glikolisis..................................................................................   3

            2.3.2 Dekarboksilasi Oksidatif.........................................................   7

            2.3.3 Siklus Krebs............................................................................   8

            2.3.4 Transpor Elektron....................................................................   11

            2.4 Respirasi Anaerob......................................................................   13

            2.5 Respirasi Sel Pada Tumbuhan....................................................   15

            2.6 Fotosintesis Pada Tumbuhan......................................................   18

            2.6.1 Reaksi Terang..........................................................................   18

            2.6.2 Reaksi Gelap...........................................................................   20

III       KESIMPULAN DAN SARAN

            3.1 Kesimpulan.................................................................................   22

            3.2 Saran...........................................................................................   22

DAFTAR  PUSTAKA..............................................................................   23

BAB I

PENDAHULUAN

1.1              Latar Belakang

            Sebuah sel adalah blok bangunan dasar untuk semua organisme hidup. Sel dianggap sebagai unit terkecil dari entitas yang hidup dan dapat menciptakan bentuk kehidupan uniseluler atau kehidupan yang lebih rumit. Sel sangat membutuhkan ATP untuk memenuhi kebutuhan energi untuk melakukan berbagai tugas daam tubuh, termasuk menggerakan otot, menjaga organ-organ vital, pembelahan sel serta replikasi.           

            Respirasi sel adalah salah satu cara sel memperoleh energi. Ini adalah fungsi dari metabolisme sel. Respirasi sel mengubah partikel makanan kedalam air dan karbondioksida. Didalam setiap sel hidup terjadi proses metabolisme. Salah satu proses  tersebut adalah katabolisme . Katabolisme disebut pula disimilasi karena dalam proses ini energi yang tersimpan ditimbulkan kembali atau di bongkar untuk menyelenggarakan proses-proses kehidupan.

1.2              Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari pembuatan makalah ini yaitu :

1.      Apa itu respirasi sel?

2.      Bagaimana respirasi sel pada hewan?

3.      Bagaimana tahapan respirasi sel pada hewan?

4.      Bagaimana respirasi sel pada tumbuhan?

5.      Bagaimana tahapan respirasi sel pada tumbuhan?

1.3              Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini yaitu :

1.      Mengetahui apa itu respirasi sel.

2.      Mengetahui respirasi sel hewan

3.      Mengetahui tahapan-tahapan dalam respirasi sel hewan.

4.      Mengetahui respirasi sel tumbuhan.

5.      Mengetahui tahapan-tahapan dalam respirasi sel tumbuhan

BAB II

PEMBAHASAN

2.1       Respirasi Sel

            Respirasi sel adalah proses penguraian senyawa organik kompleks secara kimia dengan bantuan oksigen yang menghasilkan energi yang di gunakan untuk kegiatan  hidup makhluk hidup. Definisi respirasi sel dapat disederhanakan sebagai suatu proses oksidasi bahan makanan dalam sel tubuh untuk menghasilkan energi.  Respirasi sel adalah salah satu contoh dari proses katabolisme.

Respirasi sel menghasilkan energi dalam bentuk Adenosin trifosfat (ATP) yang merupakan sumber energi untuk seluruh kegiatan dan aktivitas makhluk hidup. Bahan baku yang digunakan dalah respirasi sel adalah sejenis gula yang dikenal dengan istilah gula heksosa. Proses respirasi sel terjadi dalam beberapa tahap.

2.2       Respirasi sel pada hewan

Respirasi sel pada hewan  berlangsung di dalam mitokondria  melalui proses glikolisis ,yakni  proses pengubahan atom  C₆ menjadi C₃ .Dilanjutkan dengan  proses  dekarboksilasi oksidatif yang mengubah senyawa C₃ menjadi senyawa C₂ dan C₁ (CO₂).Kemudian daur krebs  mengubah senyawa C₂ menjadi senyawa C₁(CO₂).Pada setiap tingkatan ini dihasilkan energi berupa ATP (Adenosine Tri Phospat) dan Hidrogen .  Hidrogen yang berenergi bergabung dengan akseptor hidrogen untuk dibawa ke transport electron, energinya di lepaskan dan hidrogen diterima oleh O2 menjadi H2O.

Di dalam proses respirasi dihasilkan senyawa antara CO2 yang merupakan bahan dasar proses anabolisme.Didalam proses respirasi sel bahan bakarnya adalah gula heksosa .Pembakaran tersebut memerlukan oksigen bebas,sehingga reaksi keseluruhan dapat ditulis sebagai berikut:

C₆   h ₁₂  O₆ + 6 CO  _{2    ------------------}6CO₂  + 6H ₂ O+675 kal        

           

2.3       Tahapan Respirasi Sel Hewan

2.3.1    Glikolisis

Adalah rangkaian reaksi pengubahan molekul glukosa menjadi asam piruvat dengan menghasilkan NADH dan ATP.

Sifat – sifat glikolisis ialah:

a.       Dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob

b.      Dalam glikolisis terdapat kegiatan enzimatis dan Adenosine Trifosfat (ATP)

       serta Adenosine Difosfat (ADP)

c.      ADP dan ATP berperan dalam pemindahan fosfat dari molukel satu ke

      molekul lainnya.

Glukosa sebagai substrat dalam respirasi aerob (maupun anaerob) diperoleh dari hasil fotosintesis. diawali dengan penambahan satu fosfat oleh ATPO terhadap glukosa, sehingga terbentuk glukosa -6 fosfat dan ATP menyusut menjadi ADP. Peristiwa ini disebut fosfolirasi yang berlangsung dengan bantuan enzim heksokinasi dan ion Mg⁺⁺ hasil akhir dari fosfolirasi berupa froktusa-1, 6-difosfat  dan dari sinilah dimulai glikolisis.

Langkah-langkah dalam glikolisis :

1.                  Fosforilasi glukosa

Langkah pertama adalah fosforilasi glukosa (penambahan gugus fosfat). Reaksi ini dimungkinkan oleh enzim heksokinase, yang memisahkan satu gugus fosfat dari ATP (Adenosine Triphsophate) dan menambahkannya ke glukosa, mengubahnya menjadi glukosa 6-fosfat. Dalam proses satu molekul ATP, yang merupakan sumber energi tubuh, digunakan dan akan berubah menjadi ADP (Adenosin difosfat), karena pemisahan satu gugus fosfat. Seluruh reaksi dapat diringkas sebagai berikut:

Glukosa (C₆H₁₂O₆) + ATP + Hexokinase → Glukosa-6-Phosphate (C₆H₁₁O₆P₁) + ADP.

2.                  Produksi Fruktosa-6 Fosfat

Langkah kedua adalah produksi fruktosa 6-fosfat. Hal ini dimungkinkan oleh aksi dari enzim fosfoglukoisomerase. Kerjanya pada produk dari langkah sebelumnya, glukosa 6-fosfat dan mengubahnya menjadi fruktosa 6-fosfat yang merupakan isomer nya (Isomer adalah molekul yang berbeda dengan rumus molekul yang sama tetapi pengaturan yang berbeda dari atom). Seluruh reaksi diringkas sebagai berikut:

Glukosa 6 Fosfat (C₆H₁₁O₆P₁) + Fosfoglukoisomerase (Enzim) → Fruktosa  6-Phosphate (C₆H₁₁O₆P₁)

3.                  Produksi Fruktosa 1, 6-difosfat

Pada langkah berikutnya, isomer Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi fruktosa 1, 6-difosfat dengan penambahan gugus fosfat lain. Konversi ini dimungkinkan oleh enzim fosfofruktokinase yang memanfaatkan satu lagi ATP molekul dalam proses. Reaksi dapat diringkas sebagai berikut:

Fruktosa 6-fosfat (C₆H₁₁O₆P₁) + fosfofruktokinase (Enzim) + ATP → Fruktosa 1, 6-difosfat (C₆H₁₀O₆P₂)

4.                   Memisahkan dari Fruktosa 1, 6-difosfat

Pada langkah keempat, enzim adolase melahirkan satu pemisahan Fruktosa 1, 6-difosfat menjadi dua molekul gula yang berbeda yang keduanya isomer satu sama lain. Kedua gula yang terbentuk adalah gliseraldehida fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Reaksi berjalan sebagai berikut:

Fruktosa 1, 6-difosfat (C₆H₁₀O₆P₂) + Aldolase (Enzim) → gliseraldehida fosfat (C₃H₅O₃P₁) + Dihydroxyacetone fosfat (C₃H₅O₃P₁)

5.                  Interkonversi dari Dua Gula

Dihidroksiaseton fosfat adalah molekul berumur pendek. Begitu dibuat, itu akan dikonversi menjadi gliseraldehida fosfat oleh enzim yang disebut fosfat triose. Jadi dalam totalitas, langkah keempat dan kelima dari glikolisis menghasilkan dua molekul gliseraldehida fosfat.

Dihidroksiaseton fosfat (C₃H₅O₃P₁) + triose Fosfat → gliseraldehida fosfat (C₃H₅O₃P₁)

6.                  Pembentukan NADH & asam 1,3-Diphoshoglyceric

Langkah keenam melibatkan dua reaksi penting. Pertama adalah pembentukan NADH dari NAD ⁺ (nikotinamida adenin dinukleotida) dengan menggunakan enzim fosfat dehidrogenase triose dan kedua adalah penciptaan asam 1,3-diphoshoglyceric dari molekul fosfat dua gliseraldehida dihasilkan pada langkah sebelumnya. Kedua reaksinya adalah sebagai berikut:

Fosfat dehidrogenase triose (Enzim) + 2 NAD⁺ + 2 H^- → 2NADH (reduksi Nikotinamida adenin dinukleotida) + 2 H ⁺

Triose fosfat dehidrogenase + 2 gliseraldehida fosfat (C₃H₅O₃P₁) + 2P (dari sitoplasma) → 2 molekul asam 1,3-difosfogliserat (C₃H₄O₄P₂).

7.                   Produksi ATP & Asam 3-fosfogliserat

Langkah ketujuh melibatkan penciptaan 2 molekul ATP bersama dengan dua molekul asam 3-fosfogliserat dari reaksi phosphoglycerokinase pada dua molekul produk asam 1,3-difosfogliserat, dihasilkan dari langkah sebelumnya.

2 molekul asam 1,3-difosfogliserat (C₃H₄O₄P₂) + + 2ADP phosphoglycerokinase → ​​2 molekul asam 3-fosfogliserat (C₃H₅O₄P₁) + 2ATP (Adenosin trifosfat)

8.                   Relokasi Atom Fosfor

Langkah delapan adalah reaksi penataan ulang sangat halus yang melibatkan relokasi dari atom fosfor dalam asam 3-fosfogliserat dari karbon ketiga dalam rantai untuk karbon kedua dan menciptakan 2 – asam fosfogliserat. Seluruh reaksi diringkas sebagai berikut:

2 molekul asam 3-fosfogliserat (C₃H₅O₄P₁) + phosphoglyceromutase (enzim) → 2 molekul asam 2-fosfogliserat (C₃H₅O₄P₁)

9.                   Penghapusan Air

Enzim enolase berperan penting dan menghilangkan sebuah molekul air dari asam 2-fosfogliserat untuk membentuk asam lain yang disebut asam fosfoenolpiruvat (PEP). Reaksi ini mengubah kedua molekul asam 2-fosfogliserat yang terbentuk pada langkah sebelumnya.

2 molekul asam 2-fosfogliserat (C₃H₅O₄P₁) + Enolase (Enzim) -> 2 molekul asam fosfoenolpiruvat (PEP) (C₃H₃O₃P₁) + 2 H2O

10.               Penciptaan piruvat Asam & ATP

Langkah ini melibatkan pembentukan dua molekul ATP bersama dengan dua molekul asam piruvat dari aksi piruvat kinase enzim pada dua molekul asam fosfoenolpiruvat dihasilkan pada langkah sebelumnya. Hal ini dimungkinkan oleh transfer atom fosfor dari asam fosfoenolpiruvat (PEP) menjadi ADP (Adenosin trifosfat). Dengan bantuan enzim transfosforilase fosfogliserat serta  ion – ion  Mg⁺⁺ asam 1,3-difosfogliserat kehilangan satu fosfat sehingga berubah menjadi asam-3- fosfogliserat. Selanjutnya asam-3- fosfogliserat menjadi asam-2- fosfogliserat karena pengaruh enzim fosfogliseromutase. Dengan pertolongan enzim enolase dan ion-ion Mg⁺⁺,maka asam-2- fosfogliserat melepaskan H₂O dan menjadi asam-2- fosfoenolpiruvat. Perubahan terakhir dalam glikosis adalah pelepasan satu fosfat dari -2- fosfoenolpiruvat menjadi asam piruvat. Enzim transfosforilase fosfopiruvat dan ion-ion Mg⁺⁺ membantu proses ini sedang ADP meningkat menjadi ATP.

2        molekul asam fosfoenolpiruvat (PEP) (C₃H₃O₃P₁) + + Piruvat kinase 2ADP (Enzim) → 2ATP + 2 molekul asam piruvat.

Gambar 1. Glikolisis

Sumber : Buku BSE biologi kelas XII

2.3.2    Reaksi Antara (Dekarboksilasi Oksidatif)

Dalam suatu reaksi metabolisme terjadi reaksi yang begitu kompleks. Satu tahap reaksi selesai, maka akan masuk pada tahapan selanjutnya. Demikian juga pada tahap respirasi aerobik ini. Senyawa hasil dari tahapan glikolisis akan masuk ke tahapan dekarboksilasi oksidatif, yaitu tahapan pembentukan CO₂ melalui reaksi oksidasi reduksi (redoks) dengan O₂ sebagai penerima elektronnya. Dekarboksilasi oksidatif ini terjadi di dalam mitokondria sebelum masuk ke tahapan siklus Krebs. Oleh karena itu, tahapan ini disebut sebagai tahapan sambungan (junction) antara glikolisis dengan siklus Krebs. Pada tahapan ini, asam piruvat (3 atom C) hasil glikolisis dari sitosol diubah menjadi asetil koenzim A (2 atom C) di dalam mitokondria. Pada tahap 1, molekul piruvat (3 atom C) melepaskan elektron (oksidasi) membentuk CO₂ (piruvat dipecah menjadi CO₂ dan molekul berkarbon 2). Pada tahap 2, NAD⁺ direduksi (menerima elektron) menjadi NADH + H⁺. Pada tahap 3, molekul berkarbon 2 dioksidasi dan mengikat Ko-A (koenzim A) sehingga terbentuk asetil Ko-A. Hasil akhir tahapan ini adalah asetil koenzim A, CO₂, dan 2NADH.

           

Gambar 2. Skema dekarboksilasi oksidatif Sumber : http://4.bp.blogspot.com

2.3.3    Siklus Krebs (Siklus Asam Sitrat)

Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler. Siklus Krebs adalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat. Tahap-tahap Siklus Krebs :

a)         Tahap I

Enzim sitrat sintase mengkatalisis reaksi kondensasi antara asetil koenzim-A dengan oksaloasetat menghasilkan sitrat. Reaksi ini merupakan suatu reaksi kondensasi aldol antara gugua metal dan asetil koenzim-A dan gugus karbonil dari oksaloasetat dimana terjadi hidrolisis ikatan tioester dan pembentukan senyawa koenzim-A bebas. Reaksi ini adalah suatu hidrolisis eksergonik yang menghasilkan energi dan merupakan reaksi pendorong pertama untuk daur krebs.

b)         Tahap II

Merupakan pembentukan isositrat dari sitrat melalui cas-akonitat, dikatalisis secara reversible oleh enzim akonitase. Enzim ini mengkatalisis reaksi reversible penambahan H₂O pada ikatan rangkap cis-akonitat dalam 2 arah, yang satu ke pembentukan sitrat dan yang lain ke pembentukan isositrat.

c)         Tahap III

Oksidasi isositrat menjadi α-ketoglutarat berlangsung melalui pembentukan enyawa antara oksalosuksinat yang berikatan dengan enzim isositrat dehidrogenase dengan NAD berperan sebagai koenzimnya. Enzim yang pertama mengkatalisis proses oksidasi isositrat menjadi oksalosuksinat dan dekarboksilasi oksalosuksinat menjadi α-ketoglutarat. Pengubahan isositrat ke oksaloasetat dapat dihambat oleh difenilkloroarsin, sedangkan dekarboksilasi oksaloasetat dihambat oleh pirofosfat.

d)         Tahap IV

Adalah oksidasi α-ketoglutarat menjadi suksinat melalui pembentukan suksinil koenzim-A, yang merupakan reaksi yang ieversibel dan dikatalisis oleh enzim kompleks α-ketoglutarat dehidrogenase. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim suksinil koenzim-A sintetase yang khas untuk GDP. Selanjutnya GTP yang terbentuk dari reaksi ini dipakai untuk sntesis ATP dari ADP dengan enzim nukleosida difosfat kinase.

e)         Tahap V

Suksinat dioksidasi menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase yang berikatan dengan flavin adenine dinukleotida (FAD) sebagai koenzimnya. Enzim ini terikat kuat pada membrane dalam mitokondrion. Dalam reaksi ini FAD berperan sebagai penerima hydrogen.

f)         Tahap VI

Merupakan reaksi reversible penambahan satu molekul H₂O ke ikatan rangkap fumarat, meghasilkan L-malat, dengan dikatalisis enzim fumarase tanpa koenzim. Enzim ini bersifat stereoospesifik, bertindak hanya terhadap bentuk L-stereoisomer dari malat. Dalam reaksi ini fumarase mengkatalisis proses penambahan tras atom H dan gugus OH ke ikatan rangkap fumarat.

g)         Reaksi VII (akhir)

L-malat doksidasi menjadi oksaloasetat oleh enzim L-malat dehidrogenase yang berikatan dengan NAD. Reaksi ini adalah endergonik tetapi laju rekasinya berjalan lancer ke kanan. Hal ini dimungkinkan karena reaksi berikutnya, yaitu reaksi kondensasi oksaloasetat dengan asetil koenzim-A adalah reaksi eksergonik yang ireversibel.

Gambar 3. Siklus Krebs

Sumber : Campbell, Reece, & Michell, Biologi 1 , hlm.169

2.3.4     Sistem transport electron

Transport elektron disebut sebagai reaksi pemanenan energi kimia. Hal tersebut disebabkan karena transport elektron menghasilkan molekul ATP sebanyak 30 molekul dari elektron yang dibawa oleh NADH dan FADH2. Reaksi transport elektron terjadi pada membran dalam mitokondria.
Transport elektron merupakan reaksi yang membutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir. Reaksi penangkapan elektron oleh oksigen akan menyebabkan terbentuknya molekul air (H2O).

Kompleks transport elektron tersusun atas lima kompleks protein, yang masing-masing memiliki fungsi spesifik.

1.      Kompleks I

Kompleks I dinamakan NADH reduktase. Fungsi dari kompleks I adalah memecah NADH menjadi NAD+ dan H+. Pemecahan tersebut akan menyebabkan elektron dibebaskan dari NADH. Setiap elektron yang dibebaskan akan bergerak melintasi kompleks I, yang mengakibatkan ion H+ bergerak dari matriks menuju ruang intermembran. Elektron yang melintasi kompleks I selanjutnya akan ditangkap oleh ubiquinon da dibawa menuju kompleks III.

2.    Kompleks II

Kompleks II dinamakan suksinat dehidrogenase. Fungsi dari kompleks II adalah membebaskan elektron yang ada pada FADH2, diikuti dengan reaksi perubahan suksinat menjadi fumarat. Elektron yang melintasi kompleks II tidak menyebabkan pergerakan ion hidrogen menuju ruang intermembran. Elektron juga akan ditangkap oleh ubiquinon, yang akan dibawa menuju kompleks III.

3. Kompleks III

    Kompleks III dinamakan dengan sitokrom reduktase. Elektron dari ubiquinon akan dilalukan melalui kompleks ini. Pergerakan elektron melintasi kompleks ini menyebabkan ion hidrogen bergerak dari matriks menuju ruang intermembran. Elektron selanjutnya akan dibawa oleh sitokrom C menuju kompleks IV.
4. Kompleks IV

    Pergerakan ion pada kompleks IV menyebabkan aliran ion hidrogen dari matriks menuju ruang intermembran. Selain itu, elektron akan dikembalikan ke matriks. Proses ini membutuhkan oksigen. Oksigen berperan sebagai penangkap elektron terakhir. Reaksi penangkapan tersebut menyebabkan terbentuknya molekul air (H2O).

6.    Kompleks V

     Kompleks V merupakan enzim ATP sintase. Enzim tersebut berfungsi untuk membentuk molekul berenergi, ATP, dari ADP dan Pi. Ion hidrogen yang dibergerak menuju ruang intermembran menimbulkan gradien elektrokimia dari ruang intermembran dengan matriks mitokondria. Matriks kehilangan ion hidrogen karena bergerak ke ruang intermembran menyebabkan konsentrasi ion H+ yang lebih rendah. Akibatnya, ion hidrogen akan bergerak menuju kembali ke matriks untuk menyeimbangkan konsentrasi. Akan tetapi, membran dalam mitokondria impermeabel (tidak bisa dilalui) terhadap ion H+. Satu-satunya lintasan yang ada adalah kompleks V. Pergerakan ion H+ melintasi kompleks V digunakan untuk membentuk ATP. Setiap ion hidrogen masuk, maka akan dibentuk ATP. Jadi, ada kaitannya antara proses lewatnya elektron dalam kompleks-kompleks sebelumnya dengan pembentukan ATP. Aliran elektron menyebabkan ion H+ bergerak ke ruang intermembran, akibatnya konsentrasi berbeda dan ion hidrogen yang kembali ke matriks melalui Kompleks V digunakan untuk membentuk ATP. 

Gambar 4. Transpor elektron

Sumber : http://evhieydoapoloeh.blogspot.com/2013/08/respirasi-sel.html

Setiap satu molekul NADH yang teroksidasi menjadi NAD akan melepaskan energi yang digunakan untuk pembentukan 3 molekul ATP. Sedangkan oksidasi FADH menjadi FAD, energi yang lepas hanya bisa digunakan untuk membentuk 2 ATP. Jadi, satu mol glukosa yang mengalami proses respirasi dihasilkan total 38 ATP.

Tabel berikut menjelaskan perhitungan pembentukan ATP per mol glukosa yang dipecah pada proses respirasi.

Proses	ATP	NADH	FADH
Glikolisis Dekarboksilasi oksidatif Daur Krebs Rantai transpor elektron	2 - 2 34	2 2 6 -	- - 2 -
Total	38	10	2

Dalam respirasi aerob,Gula heksosa mengalami pembongkaran dengan proses yang sangat panjang.Pertamakali  glukosa sebagai bahan dasar mengalami fosfolarisasi ,yaitu proses penambahan fosfat kepada molekul-molekul  glukosa hingga menjadi fruktosa ,ATP dan ADP  yang memegang peranan penting sebagai pengisi fosfat.Adapun pengubahan fruktosa -1,6 – difosfat hingga akhirnya menjadi CO₂ dan H₂O dapat dibagi menjadi empat tahap ,yaitu glikolisis ,reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) ,siklus krebs ,dan transfer electron.

2.4       Respirasi Anaerob

Oksigen diperlukan dalam respirasi aerob sebagai penerima H yang terakhir dan membentuk H2O. Bila berlangsung aktivitas respirasi yang sangat intensif seperti pada kontraksi otot yang berat akan terjadi kekurangan oksigen yang menyebabkan berlangsungnya respirasi anaerob. Contoh respirasi anaerob adalah fermentasi asam laktat pada otot, dan fermentasi alkohol yang dilakukan oleh jamur Sacharromyces (ragi).

1.        Fermentasi asam laktat

Asam piruvat yang  terbentuk pada glikolisis tidak memasuki daur Krebs dan rantai transpor elektron karena tak ada oksigen sebagai penerima H yang terakhir. Akibatnya asam piruvat direduksi karena menerima H dari NADH yang terbentuk saat glikolisis, dan terbentuklah asam laktat yang menyebabkan rasa lelah pada otot. Peristiwa ini hanya menghasilkan 2 ATP untuk setiap mol glukosa yang direspirasi.

 CH3.CO.COOH + NADH —–> CH3.CHOH.COOH + NAD + E

(asam piruvat)                           (asam laktat)

Gambar 5. Fermentasi asam laktat

Sumber: mulanovich.blogspot.com

2.        Fermentasi alkohol

Pada fermentasi alkohol asam piruvat diubah menjadi asetaldehid yang kemudian menerima H dari NADH sehingga terbentuk etanol. Reaksi ini juga menghasilkan 2 ATP.

CH3.CO.COOH —–> CH3.CHO + NADH —–> C2H50H + NAD + E

(asam piruvat)           (asetaldehid)                             (etanol)

Gambar 6. Fermentasi Alkohol

Sumber : mulanovich.blogspot.com

2.5              Respirasi Sel Pada Tumbuhan

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya. Fotosintesis juga dapat di artikan proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu.

Hasil dari Fotosintesis adalah glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

Proses fotosintesis berlangsung dengan adanya spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah dan ultra ungu tidak digunakan dalam fotosintesis.Fotosintesis menghasilkan karbohidrat dan oksigen, oksigen sebagai hasil sampingan dari fotosintesis, volumenya dapat diukur, oleh sebab itu untuk mengetahui tingkat produksi fotosintesis adalah dengan mengatur volume oksigen yang dikeluarkan dari tubuh tumbuhan.

Kloroplas

Gambar 7. Kloroplas

Sumber : dd-sulaiman.blogspot.com

Kloroplas merupakan organel yang hanya didapati pada tumbuhan hijau. Organel ini memiliki membran rangkap dua, yaitu membran luar dan membran dalam. Membran dalam memiliki bentuk perluasan yang disebut lamela. Pada lamela terdapat modifikasi membran yang menyerupai tumpukan koin yang disebut grana. Setiap grana disusun oleh thilakoid. Pada thilakoid tersebut terdapat pigmen fotosintetik. Semua ruang bagian dalam kloroplas berisi cairan yang disebut stroma.

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Reaksi penghasil glukosa :

6H₂O + 6CO₂ + cahaya → C₆H₁₂O₆ (glukosa) + 6O₂

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.

Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. Klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.

Gambar 8. Fotosintesis

Sumber : http://4.bp.blogspot.com

2.6              Proses fotosintesis

Gambar 9. Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

Sumber : fotosintesissss.blogspot.com

Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan fotosintesis. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis disebut fotosintat, biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.

Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).

2.6.1        Reaksi Terang

Tahap pertama dari sistem fotosintesis adalah reaksi terang, yang sangat bergantung kepada ketersediaan sinar matahari. Reaksi terang merupakan penggerak bagi reaksi pengikatan CO2 dari udara. Reaksi ini melibatkan beberapa kompleks protein dari membran tilakoid yang terdiri dari sistem cahaya (fotosistem I dan II), sistem pembawa elektron, dan komplek protein pembentuk ATP (enzim ATP sintase). Reaksi terang mengubah energi cahaya menjadi energi kimia, juga menghasilkan oksigen dan mengubah ADP dan NADP+ menjadi energi pembawa ATP dan NADPH. Reaksi terang terjadi di tilakoid, yaitu struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas . Membran tilakoid menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Jika ada bertumpuk-tumpuk tilakoid, maka disebut grana.

Secara ringkas, reaksi terang pada fotosintesis ini terbagi menjadi dua, yaitu fosforilasi siklik dan fosforilasi nonsiklik. Fosforilasi adalah reaksi penambahan gugus fosfat kepada senyawa organik untuk membentuk senyawa fosfat organik. Pada reaksi terang, karena dibantu oleh cahaya, fosforilasi ini disebut juga fotofosforilasi.

Keseluruhan perjalanan elektron tersebut disebut siklus non siklis, karena elektron berjalan dari H2O dan akhirnya diterima NADP. Bentuk lain dari lintasan elektron adalah siklus siklis. Siklus ini  bermula dari P700 yang menerima cahaya, elektron yang lepas diterima feredoksin tetapi tidak diberikan ke NADP melainkan ke sitokrom, lalu kembali ke P700. Saat elektron berjalan dari sitokrom ke P700 dihasilkan energi yang digunakan untuk membentuk  ATP.Dari keterangan di atas dapat diketahui ada tiga bahan yang dihasilkan saat reaksi terang, yaitu: NADPH, ATP, dan O2. Dua yang pertama digunakan sebagai bahan untuk terlaksananya reaksi gelap.

Gambar 10. Reaksi Terang

Sumber : funtoysfactory.com

2.6.2        Reaksi Gelap

Reaksi gelap merupakan reaksi lanjutan dari reaksi terang dalam fotosintesis. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya. Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplas yang disebut stroma. Bahan reaksi gelap adalah ATP dan NADPH, yang dihasilkan dari reaksi terang, dan CO2, yang berasal dari udara bebas. Dari reaksi gelap ini, dihasilkan glukosa (C6H12O6), yang sangat diperlukan bagi reaksi katabolisme. Reaksi ini ditemukan oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson, karena itu reaksi gelap disebut juga reaksi Calvin-Benson.

Salah satu substansi penting dalam proses ini ialah senyawa gula beratom karbon lima yang terfosforilasi yaitu ribulosa fosfat. Jika diberikan gugus fosfat kedua dari ATP maka dihasilkan ribulosa difosfat (RDP). Ribulosa difosfat ini yang nantinya akan mengikat CO2 dalam reaksi gelap. Secara umum, reaksi gelap dapat dibagi menjadi tiga tahapan (fase), yaitu fiksasi, reduksi, dan regenerasi.

Bagan Reaksi Gelap, klik disini untuk bagan yang lebih besarPada fase fiksasi, 6 molekul ribulosa difosfat mengikat 6 molekul CO2 dari udara dan membentuk 6 molekul beratom C6 yang tidak stabil yang kemudian pecah menjadi 12 molekul beratom C3 yang dikenal dengan 3-asam fosfogliserat (APG/PGA). Selanjutnya, 3-asam fosfogliserat ini mendapat tambahan 12 gugus fosfat, dan membentuk 1,3-bifosfogliserat. Kemudian, 1,3-bifosfogliserat masuk ke dalam fase reduksi, dimana senyawa ini direduksi oleh H+ dari NADPH, yang kemudian berubah menjadi NADP+, dan terbentuklah 12 molekul fosfogliseraldehid (PGAL) yang beratom 3C. Selanjutnya, 2 molekul fosfogliseraldehid melepaskan diri dan menyatukan diri menjadi 1 molekul glukosa yang beratom 6C (C6H12O6). 10 molekul fosfogliseraldehid yang tersisa kemudian masuk ke dalam fase regenerasi, yaitu pembentukan kembali ribulosa difosfat. Pada fase ini, 10 molekul fosfogliseraldehid berubah menjadi 6 molekul ribulosa fosfat. Jika mendapat tambahan gugus fosfat, maka ribulosa fosfat akan berubah menjadi ribulosa difosfat (RDP), yang kemudian kembali mengikat CO2 dan menjalani siklus reaksi gelap. Reaksi gelap ini menghasilkan APG (asam fosfogliserat), ALPG (fosfogliseraldehid), RDP (ribulosa difosfat), dan glukosa (C6H12O6).

Gambar 11. Siklus Calvin

Sumber : http://www.kamusq.com

Perbedaan Reaksi Gelap dan Reaksi Terang

BAB III

KESIMPULAN DAN SARAN

2.7              Kesimpulan

Respirasi sel adalah proses penguraian senyawa organik kompleks secara kimia dengan bantuan oksigen yang menghasilkan energi yang di gunakan untuk kegiatan  hidup makhluk hidup. Definisi respirasi sel dapat disederhanakan sebagai suatu proses oksidasi bahan makanan dalam sel tubuh untuk menghasilkan energi

Respirasi sel pada hewan  berlangsung di dalam mitokondria  melalui proses glikolisis ,yakni  proses pengubahan atom  C₆ menjadi C₃ .Dilanjutkan dengan  proses  dekarboksilasi oksidatif yang mengubah senyawa C₃ menjadi senyawa C₂ dan C₁ (CO₂).Kemudian daur krebs  mengubah senyawa C₂ menjadi senyawa C₁(CO₂).Pada setiap tingkatan ini dihasilkan energi berupa ATP (Adenosine Tri Phospat) dan Hidrogen .  Hidrogen yang berenergi bergabung dengan akseptor hidrogen untuk dibawa ke transport electron, energinya di lepaskan dan hidrogen diterima oleh O2 menjadi H2O.

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya. Fotosintesis juga dapat di artikan proses penyusunan atau pembentukan dengan menggunakan energi cahaya atau foton. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya infra merah (tidak kelihatan), merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dan ultra ungu.

Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).

3.2       Saran

Dengan adanya makalah ini diharapkan para pembaca dapat mengetahui lebih banyak lagi tentang Respirasi dan energi guna menambah wawasan untuk pembelajaran.

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, N A.,J.B. Reece, & L.G. Mithchell. 2005. Biologi. Edisi Kelima. Terj. dari: Biology.5th ed. oleh Manalu, W. Jakarta : Erlangga.

Darmawan dan Baharsjah. 1983. Pengantar Fisiologi Tumbuhan . Jakarta : PT Gramedia.

Kimbal,John W.1994. Biologi.Jillid 1, 2, dan3. Edisi kelima . Jakarta: Erlanga

Lakitan, Benyamin. 2007. Dasar-Dasar Fisiologi Tumbuhan.  PT.Raja Grafindo Persada. Jakarta

Lehninger, Albert . L. 1982. Dasar-Dasar Biokimia. Penerbit Erlangga

Salisbury, Frank. B dan C.W. Ross. 1995. Fisiologi Tumbuhan. Penerbit ITB.Bandung

Syamsuri. I. 2000. Biologi. Jakarta : Erlangga.