respira sit um buh an
TRANSCRIPT
RESPIRASI
Agar tumbuhan dapat mempertahankan hidupnya mereka harus mampu
menyediakan energi secara berkeseimbangan. Energi ini didapat dengan cara
menyadap energi kimia yang terbentuk dalam molekul organik yang disintesis dalam
fotosintesis. Proses pelepasan energi guna menyediakan energi bagi kehidupan
sel/tumbuhan tersebut dikenal dengan istilah Respirasi.
Biasanya respirasi sel - sel tumbuhan berupa oksidasi molekul organik
oleh oksigen (O2) dari udara, membentuk karbondioksida (CO2) dan air (H2O) di
samping energi sekitar 686 k. kalori.
C6H12Oe + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 686 k. kalori.
Respirasi bukanlah reaksi sederhana seperti yang digambarkan di atas.
Respirasi merupakan reaksi dalam banyak tahap, pada masing - masing tahap
dikatalisis oleh enzim yang cocok dalam proses Oksidasi - Reduksi yang
panjang, menghasilkan energi dalam bentuk molekul -molekul ATP (Adenosin Tri
Posphat).
REAKSI OKSIDASI - REDUKSI
Respirasi yang sering juga disebut proses biooksidasi adalah suatu
rangkaian proses oksidasi - ruduksi yang panjang. Oksidasi adalah proses
pengambilan elektron dari suatu senyawa, yang di dalam sel biasanya diikuti
dengan pengambilan hidrogen (H2). Sebaliknya Reduksi suatu senyawa adalah
proses penambahan elektron kepada suatu senyawa yang di dalam sel
biasanya diikuti dengan penambahan hidrogen. Proses oksidasi reduksi dapat
dituliskan dalam suatu reaksi sebagai berikut.
Oksidasi(-elektron)
A BReduksi(+Elektron)
Jika dalam suatu reaksi satu gugusan mengalami oksidasi, maka harus ada
gugusan lain yang mengalami reduksi, seperti contoh reaksi berikut ini.
A+B A(teroksidasi) + B (tereduksi)
Dalam reaksi kimia proses respirasi aerob terjadi reaksi sebagai berikut.
Zat Organik + O2 CO2 + H2O + Energi
Reaksi ini sesungguhnya terdiri dari dua proses yaitu proses oksidasi dari zat
organik menjadi CO2, dan proses reduksi dari O2 menjadi H2O.
Reaksi oksidasi zat organik dapat berlangsung melalui suatu proses
pembakaran biasa, atau dapat pula dengan bantuan enzim - enzim tertentu.
Hasil akhir dari proses pembakaran biasa dan reaksi dengan katalisator enzim
adalah sama, tetapi kedua sistem tersebut mempunyai perbedaan prinsip sebagai
berikut.
(1) Pada sistem pembakaran biasa hasil akhir tidak terjadi secara bertahap dari
satu degradasi ke degradasi lain, melainkan langsung di rombak dan
sekalian menghasilkan panas yang tinggi (kayu api dibakar). Sedang
dengan pertolongan enzim, hasil akhir dicapai secara bertahap melalui
tahapan yang teliti.
(2) Energi yang dihasilkan dari reaksi pembakaran biasanya tidak digunakan,
sedang energi yang dihasilkan oleh enzim akan ditangkap kembali, kemudian
dilepaskan, ditangkap lagi dan seterusnya. Reaksi yang bersifat endortermik
seimbang dengan eksotermik, sehingga tubuh selalu berada dalam keadaan
steade state (seimbang).
(3) Pada sistem pembakaran biasanya diperlukan panas yang tinggi yangh
digunakan sebagai energi aktifasi sedangkan dalam reaksi dengan enzim
energi aktivitasnya dapat dirurunkan, sehingga reaksi dapat terjadi pada
suhu kamar atau suhu yang lebih rendah, bahkan mungkin terjadi pada
suhu pembekuan.
Dalam reaksi oksidasi - reduksi terjadi proses pelepasan dan
penangkapan elektron. Bahan yang teroksidasi akan melepaskan elektron juga
disebut donor elektron atau donor hidrogcn. sedang bahan/zat tereduksi juga
disebut akscptor elektron atau akscptor hidrogen. Yang berperan sebagai
pembawa elektron tersebut dari donor elektron ke akseptor elektron adalah
koenzim seperti NAD, FAD dan Sitokrom yaitu suatu heme yang mengandung inti
besi (Fe) dan terikat dengan protein (Sitokrom - a, Sitokrom - b, Sitokrom - c dan
lain - lain).
Biooksidasi (respirasi) merupakan rangkaian dari reaksi - reaksi enzim
yang mengangkut oksidasi dari substrat dan reduksi molekul oksigen dalam suatu
sistem angkutan elektron yang secara umum dapat digambarkan sebagai berikut.
substrat Hasil
Dehidrogen
Flepoprotein
Sitokorom
SitrokomOksidase
O--
NADP
FADH2
Fe+++
Fe++
NADP + H2
FAD
Fe++
Fe+++
2H+
H2O
(Skema Sistem pengangkutan Elektron, diambil dari Winarno, 1979)
ENZIM
Sel - sel hidup merupakan fabrik - fabrik kimia bergantung energi yang
harus mengikuti hukum - hukum kimia. Reaksi - reaksi kimia yang berlangsung
dalam sel hidup secara keseluruhan disebut metabolisme. Ribuan reaksi
berlangsung dalam tiap sel, sehingga metabolisme merupakan proses yang
kompleks tetapi teratur dan mengesankan. Melalui metabolisme sel mampu
membentuk berbagai senyawa dan bahan dasar pembentukan organela -
organela dan struktur - struktur lain yang terdapat dalam sel. Tumbuhan juga
menghasilkan sejumlah senyawa kompleks yang disebut metabolit sekonder.
yang mungkin berperan melindungi tumbuhan terhadap insekta, bakteri, jamur
dan patogen lain. Tumbuhan juga menghasilkan vitamin yang berguna bagi
tumbuhan itu sendiri dan mahluk lain (hewan, manusia), hormon yang
mengontrol dan mengkoordinasi proses pertumbuhan dan perkembangan.
Seluruh kegiatan metabolisme tersebut dibantu oleh enzim yang berperan
sebagai biokatalisator. yang dapat mempercepat reaksi antara 108 - 10 20 kali.
Enzim tidak tercampur merata di seluruh sel, tetapi terdapat dalam kompartemen
-kompartemen. Enzim untuk fotosintesis terdapat pada kloroplas, untuk
respirasi pada mitakondria dan Sitosal, untuk sistesis DNA, RNA dan mitosis
pada inti. Pengelompokkan enzim dalam kompartemen meningkatkan efisiensi
proses - proses seluler dengan alasan sebagai berikut.
(1) Membantu memastikan bahwa konsentrasi reaktan cukup di tempat
enzim tersebut terdapat.
(2) Membantu memastikan bahwa satu senyawa diarahkan menjadi hasil yang
diperlukan, dan tidak dialihkan ke jalur lain oleh kerja enzim lain yang
berkompetensi yang juga dapat bekerja pada senyawa itu di tempat lain
dalam sel.
Pengelompokan enzim dalam kompartemen-kompartemen tidak mutlak.
Misalnya, membran yang mengelilingi kloroplas memungkinkan beberapa
gula-fosfat yang dihasilkan fotosintesis, keluar. Senyawa itu kemudian digunakan
oleh sejumlah enzim di luar kloroplas dilibatkan dalam sintesis dinding sel dan
respirasi yang penting untuk tubuh dan pemeliharaan tumbuhan tersebut.
SIFAT - SIFAT ENZIM
Beberapa sifat umum enzim adalah sebagai berikut.
(1) Enzim aktif dalam jumlah yang sangat kecil. Parameter pengukurannya
adalah angka turnover, yaitu banyaknya molekul substrat yang diubah
menjadi produk tiap menit oleh 1 gram mol enzim. Dalam reaksi biokomia
hanya diperlukan sejumlah kecil enzim guna mengubah substrat yang
banyak.
(2) Enzim adalah katalis mumi. tidak terpengaruh oleh reaksi yang dipercepatnya.
Karena sifat protein dari enzim, aktivitasnya dipengaruhi oleh temperatur,
pH dan lain - lain. Pada kondisi yang dianggap tidak optimum, suatu enzim
merupakan senyawa relatif tidak stabil dan dipengaruhi oleh reaksi yang
dikaliskan.
(3) Meskipun enzim mcmpercepat reaksi, tetapi enzim tidak mempengaruhi
keseimbangan reaksi yang terjadi. Harap diperhatikan bahwa reaksi dalam
sel umumnya bersifat bolak - balik
(4) Kerja katalis enzim spesifik. artinya untuk substrat tertentu diperlukan enzim
RO O 2→ RO
tertentu pula.
(5) Beberapa macam enzim dapat bekerja terhadap substrat tertentu dan
menghasilkan produk yang sama. Kelompok enzim semacam ini disebut
isozim atau isoenzim. Keuntungan adanya isozim adalah masing - masing
jenis enzim dapat memberikan tanggapan yang berbeda dalam lingkungan
yang berbeda. Isozim dapat terdapat pada sel yang berbeda, atau pada sel
yang sama.
NOMENKLATUR ENZIM
Sampai saat ini telah ditemukan lebih dari 4500 enzim dalam organisme
hidup. Dan jumlah ini akan terus bertambah. Dalam pemberian nama
biasanya didasarkan atas nama substrat yang ditindaknya, atau tipe reaksi
yang dikalisisnya ditambah akhiran - ase. Contoh protease, karbohidrase, lipase,
oksidase, reduktase.
International Union of Biochemistry memberi nama yang lebih panjang
dan lebih deskriptif atas kerja enzim tersebut. Misal, enzim Sitokrom - oksidase,
diberi nama : Sitokrom C : D2 Oksidoreduktase. yang menunjukkan bahwa
sitokrom tertentu yang elektronnya diambi] itu adalah tipe-C dan molekul oksigen
adalah akseptor elektron, kerja oksidasi - reduksi.
2.1.2.3 KLASIFIKASI ENZIM
Klasifikasi enzim secara sederhana didasarkan atas tipe reaksi kimia yang
diklasisnya. Klasifikasi yang dimaksud adalah sebagai berikut.
(1) Enzim Hidrolisis
Enzim hidrolisis mengkatalisis penambahan air ke ikatan spesifik dari
substrat. Karena sebagian besar reaksi hidrolisis dapat balik, maka enzim hidrolisis
juga dapat disebut enzim kondensasi atau sintesis.
HOH
R 1 CO-OR 2 R1COOH + R2OH
(Contoh enzim ini antara lain , esterase, karbohidrase, protease.
(2) Enzim Oksidasi - Reduksi
Enzim ini mengkatalisis pengambilan atau penambahan hidrogen, oksigen
atau elektron dari atau ke substrat, melalui proses oksidasi atau reduksi.
RH 2 A→ R AH 2
1
2
R 2→ R 3 e−
2
+
Enzim ini menepati posisi utama dalam metabolisme sel. Contoh, enzim
dihidrogenasi dan oksidase.
(3) Fosforilase
Enzim ini mengkatalisis pemecahan secara fosforolisis suatu ikatan
spesifik pada suatu substrat. Reaksi ini dapat bolak - balik. Aktivitas enzim ini
analog dengan enzim hidrolisis, kecuali yang ditambahkan asam fosfat dan bukan
air. Contoh :
fosforilase
Amilum + Pi Glukosa – 1 fosfat
(4) Transferrase
Enzim ini mengkatalisis pemindahan satu gugus daii satu molekul donor
ke satu molekul akseptor. Kelompok enzim ini adalah transglikosidase,
transpeptidase, transaminase, transmetilase dan transasilase. Contoh :
AsamGlutamat +
Asama-oksaloasetat
Asama-ketoglutarat
Asamaspartat
(5) Karboksilase
Enzim ini mengkatalisis pengembalian atau penambahan karbondioksida.
Contoh .
glutamat dikarboksilaseAsam glutamat Asam -aminobutirat + CO2
(6) Isomerase
Enzim ini mengkatalisis perubahan gula aldose menjadi gula ketose. Misalnya
perubahan glukosa - 6 - fosfat menjadi fruktose - 6 - fosfat.
7) Epimerase
Enzim ini mengkatalisis perubahan satu gula atau satu derivat gula menjadi
epimernya.
Misalnya pada epimerisasi Xilulosa - 5 - fosfat —> Ribulosa - 5 - fosfat.
KOFAKTOR : AKTIVATOR, GUGUS PROSTETIK DAN KOENZIM
Kofaktor adalah komponen enzim yang bersifat non-protein yang
berfungsi mengaktifkan enzim. Sifatnya stabil terhadap perubahan suhu atau
logam. Misal FAD yang mengandung riboflavin (Vitamin B2) yang
suatu reaksi. Kofaktor dibedakan menjadi tiga tipe yaitu , aktivator, gugus
prostetik dan ko-enzim.
(1) Aktivator
Aktivator adalah ion - ion anorganik yang biasanya berikatan lemah dengan
suatu enzim. Contoh beberapa logam berperan sebagai aktivator dalam
sistem enzim adalah Cu, Fe, Mn, Zn, Ca, K dan Co.
(2) Gugus Prostetik
Gugus prostetik berikatan erat dengan enzim (protein) oleh ikatan kovalen.
Gugus prostetik dapat berupa senyawa organik tertentu, vitamin atau ion
B
merupakan bagian FAD yang menerima atom Hidrogen. Ion logam kita
dapatkan pada sitokrom sebagai pembawa elektron misalnya Fe. Pada waktu
melepas besi tereduksi menjadi Fe2+, pada waktu melepas elektron,
teroksidasi menjadi Fe3+
(3) Koenzim
Enzim yang tidak mempunyai gugus prostetik, memerlukan senyawa organik
lain untuk aktivitasnya juga disebut koenzim. Koenzim tidak melekat erat pada
bagian protein enzim. Contoh NAD, NADP, Koenzim-A, ATP.
AH2(donor hidrogen)
A(substrat teroksidasi)
NAD
NADH2(koenzim)
BH2(substrat tereduksi)
B(akseptor hidrogen)
Gambar 2.1 mekanisme kerja koenzim
MEKANISME KERJA ENZIM
Dalam suatu reaksi kimia senyawa A menjadi B yang terjadi secara
spontan (tanpa enzim), maka disini terjadi hal - hal sebagai berikut.
Pada molekul A pada suhu tertentu terdapat energi kinetik rata - rata
tertentu. Meskipun sebgaian besar molekul mempunyai energi Idnetik rata -
rata, beberapa molekul ada yang mempunyai energi kinetik lebih tinggi dan atau
lebih rendah dari energi kinetik rata-rata tersebut akibat molekul - molekulnya
saling bertumbukan. Karena reaksi perubahan A menjadi B secara spontan,
energi kinetik rata - rata molekul A lebih tinggi dari energi kinetik rata - rata B.
Karenanya molekul - molekul A yang kaya energi mampu bereaksi dan diubah
untuk menjadi molekul -B. Energi di atas rata - rata yang diperlukan untuk
bereaksi dan diubah menjadi B disebut energi aktivasi.
Enzim bekerja menurunkan energi aktivasi suatu reaksi. Sehingga
bila perubahan molekul A ke B di sertai enzim, akan menyebabkan A lebih
banyak berubah menjadi B. Enzim meningkatkan kecepatan reaksi keseluruhan
tanpa mengubah suhu reaksi.
Gambar 2.2. Mekanisme kerja enzim (sumber: Salisbury & Ross, 1995)
Dalam proses enzimasi, enzim dan substrat berkombinasi sementara
membentuk kompleks enzim substrat. Terbentuknya kompleks enzim substrat
dihipotesakan oleh Fischer bahwa tempatnya enzim dan substrat terjadi persatuan
yang kaku seperti kunci dan anak kunci. Substrat adalah kunci yang bentuknya
komplemen dan enzim adalah anak kunci. Bagian enzim tempat substrat
berkombinasi disebut tempat aktif.
Setelah kompleks enzim - substrat terbentuk, kompleks diaktifkan
membentuk hasil reaksi yang berbeda dengan substrat asal. Hasil yang terbentuk
tidak sesuai lagi dengan tempat aktif enzim, mereka lalu dilepas, dan tempat aktif
tersebut siap menerima molekul substrat yang baru.
Gambar 2.3 Model tempat aktif dari cara kerja enzim. (Hipotesis kunci dan anak kunciFischer).
Berbeda dengan susunan tempat aktif yang kaku, Koshland
menggambarkan bahwa enzim dan tempat aktifhya merupakan struktur yang
secara fisik lebih fleksibel. Antara enzim dan substrak terjadi interaksi dinamis.
Jika substrat substrat berkombinasi dengan enzim, substrat menginduksi
perubahan-perubahan dalam struktur (konfirmasi) tempat aktif enzim, sehingga
fungsi katalisis enzim berlangsung efektif. Teori ini disebut hipotesis induced fit
(hipotesis sesuai terinduksi).
Gambar 2.4 Model tempat aktif dan kerja enzim menumt hipotesisinduced-fit dari koshland.
INHIBITOR ENZIM
Banyak substrat asing menghambat pengaruh/kerja katalisis enzim.
Senyawa tersebut dapat berupa zat anorganik (beberapa kation logam) atau
senyawa organik, senyawa asing ini disebut inhibitor enzim.
Inhibitor enzim dibedakan menjadi dua yaitu : inhibitor kompetitif dan inhibitor non-
kompetitif. Inhibitor kompetitif umumnya mempunyai struktur hampir sama dengan
substrat, sehingga mampu bersaing berikatan dengan tempat aktif enzim.
Apabila hal ini terjadi makalaju reaksi ensinasi akan menurun. Upaya
mengatasinya dapat dengan penambahan lebih banyak substrat asli. Contoh
malonat terhadap kerja enzim suksianat dihidrogenase.
Inhibitor non-kompetitif tidak mempunyai struktur yang serupa dengan
substrat, dan dapat membentuk kompleks enzim inhibitor pada tempat yang
bukan tempat aktif enzim. Inhibitor ini menyebabkan adanya perubahan struktur
enzim, sehingga walaupun substrat asli berikatan dengan enzim, katalisis tidak
dapat berlangsung, contoh sianida yang mengjkat ion Fe pada sitokrom
FAKTOR - FAKTOR YANG MEMPENGARUHI AKTIVITAS
ENZIM
Dari beberapa uraian di atas dapat disimpulkan tentang faktor -
faktor yang mempengaruni aktivitas enzim adalah sebagalberikut.
(1) Konsentrasi Substrat
Makin tinggj konsentrasi substrat, aktivitas enzim berbanding lurus dengan
penambahan substrat sampai setengah kecepatan maksimal. Setelah itu
kecepatan mulai tidak banyak dipengaruhi lagi sesuai dengan tahapan
Michaelis - Menten. V
2) Konsentrasi enzim
Selama substrat cukup, penambahan konsentrasi enzim secara teoritis akan
mempercepat reaksi enzimasi
(3) Temperatur
Karena enzim tersusun atas protein, maka mereka sangat sensitif terhadap
perubahan temperatur. Keniakan temperatur mula - mula akan menaikan
kecepatan reaksi sesuai hukum Van Hoff. Tetapi apabila protein mengalami
denaturasi maka kerja enzim akan turun/terhenti. Idem pada suhu rendah.
Enzim aktifnya mempunyai batas suhu minimal dan maksimal.
(4) pH
Perubahan pH juga dapat menyebabkan terjadinya denaturasi sehingga
enzim kehilangan aktivitasnya. Perubahan pH lebih sensitif dari pada
perubahan temperatur terhadap kerja enzim, karena enzim tersusun dari
protein yang bersifat bipolar, mudah melepas atau menerima ion, sehingga
aktivitasnya menurun.
(5) Adanya inhibitor yang bersifat kompetitif atau non-kompetitif seperti yang
telah diuraikan dimuka.
GLIKOLISIS DAN SIKLUS KREBS
Pada umumnya substrat respirasi adalah karbohidrat dengan glukosa
sebagai molekul pertama. Reaksi respirasi (biooksidasi) berlangsung dalam
empat tahapan yaitu glikolisis. dikarboksilasi oksidatif piruvat. daur asam sitrat
(siklus Krebs). dan oksidasi terminal dalam rantai respiratoris.
GLIKOLISIS
Glikolisis merupakan serangkaian reaksi yang menguraikan satu molekul
glukosa menjadi dua molekul asam piruvat. Jalur reaksi ini juga disebut jalur
Embden - Meyerhoff –Parnas (EMP) Jalur ini juga merupakan dasar dari respirasi
anaerobik atau fermentasi.
C6H12O6
(Hexosa)
2C3H4O3
(As. piruvat)
+ 4-H
Glikolisis berlangsung dalam sitoplasma, tidak memerlukan oksigen, dan
terjadi dalam dua fase utama yaitu fase persiapan dan fase oksidasi. Pada fase
persiapan glukosa diubah menjadi dua senyawa tiga-karbon (gliseraldehid - 3 - P
dan dihidroksiaseton - P), dan pada fase oksidasi kedua senyawa tiga karbon
tersebut diubah menjadi asam piruvat, seperti nampak pada bagan reaksi
(gambar 2.4).
Jumlah ATP yang dihasilkan pada glikolisis adalah sebagai berikut.
(1) Pada fase persiapan digunakan 2-ATP untuk setiap molekul glukosa yang
akan diubah menjadi dua molekul senyawa tiga karbon.
(2) Dalam fase oksidasi dibentuk 4-ATP, sehingga dalam seluruh jalur glikolisis
untuk setiap molekul glukosa menjadi 2-molekul asam piruvat (tanpa O2)
dihasilkan keuntungan 2-mol. ATP bersih.
Tetapi bila diperhitungkan energi yang dihasilkan berupa NADHz yang setara
dengan 3-ATP (untuk 1-mol asam piruvat) maka dalam seluruh rangkaian glikolisis
dihasilkan
2 ATP + (3 ATP x 2) = 8-ATP.
DEKARBOKSILASI OKSIDATIF PIRUVAT
Pada glikolisis tanpa diperlukan O2, glukosa diubah menjadi asam piruvat.
Apabila tersedia cukup oksigen atau dalam respirasi aerobik, asam piruvat
akan mengalami dekarboksilasi oksidatif membentuk asetil - S.KoA. Reaksi
ini sangat kompleks dan memerlukan beberapa kofaktor dan suatu komplek
enzim. Kofaktor yang diperlukan adalah tiamin pirofosfat (TPP), NAD. Koenzim
A (Ko A-SH), dan asam lipoat.
Proses reaksinya dapat digambai kan sebagai berikut.
(1) TPP + As. Piruvat
(2) Kompleks TPP + As. Lipoat
(teroksidasi)
Kompleks TPP + CO2
Kompleks asetil - As. Lipoat
(3) Kompleks Asetil - As lipoat + KoA Asetil KoA + asam lipoat
(4) As.Lipoat + NAD
(tereduksi)
Asm. lipoat + NADH2
(teroksidasi)
NADH2 yang terbentuk akan diteruskan ke rantai respiratoris (lihat sistem
angkutan elektron dalam biooksidasi), akan menghasilkan tiga molekul ATP.
Proses dikarboksilasi - oksidatif asam peruvat menjadi asetil - S Ko.A ini
berlangsung dalam mitokondria.
DAUR ASAM SITRAT (DAUR KREBS).
Asetil - S KoA merupakan mata rantai penghubung antara glikolisis dan
daur Krebs. Daur Krebs terjadi dalam mitokondria melalui langkah/rangkaian
reaksi seperti pada bagan/Gambar : 2.5.
Reaksi pertama daur Krebs adalah kondensasi asetil - KoA dengan asam
Oksaloasetat membentuk asam sitrat dan membebaskan KoA dengan bantuan
enzim kondensasi.
Melalui serangkaian reaksi yang melibatkan empat oksidasi dan tiga
molekul H2O (satu molekul digunakan dalam reaksi kondensasi), asam oksalat
diregenerasi dari asam sitrat dengan melepaskan dua molekul CO2 dan delapan
atom H. Oksidasi pertama pada daur Krebs terjadi dalam perubahan asam
isositrat menjadi a - ketoglutarat. Oksidasi kedua terjadi pada perubahan asam a
- ketoglutarat menjadi suksinil - KoA. Oksidasi ketiga terjadi pada reaksi asam
suksianat menjadi asam fiimarat. Qksidasi keempat terjadi pada pengubahan
asam malat menjadi asam oksaloasetat. Dalam keempat oksidasi tersebut, empat
pasang ion H + dan empat pasang elektron diambil dari senyawa perantara daur.
Tiga dari pasangan ion H + dan elektron digunakan untuk mereduksi piridin
nukleotida, dan sepasang ion H + dan elektron digunakan untuk mereduksi gugus
prostetik FAD dari suksianat dehidrogenase.
Gambar 2.5 Bagan Tahapan Glikolisis (sumber: Enger & Ross, 2003)
OKSIDASI TERMINAL DALAM RANTAI RESPIRATORISPada sistem angkutan elektron yang telah diuraikan di depan, H + yang
dilepas oleh substrat melalui proses oksidasi- reduksi yang panjang dengan
bantuan NAD, FAD, dan sitokrom, akan berikatan (diambil), oleh akseptor
elektron yaitu oksigen membentuk senyawa H2O (air).
Tiga ATP dibentuk untuk setiap NADH2 dan dua ATP untuk setiap
FADH2 dalam sistem angkutan elektron tersebut (rantai respiratoris) juga disebut
fosforilasi oksidatif biologis. Dalam proses oksidasi biologi memang mempunyai
dua fungsi yaitu menghasilkan energi dan mensuplai senyawa antara untuk
sintesis. Jika dihitung jumlah ATP yang dihasilkan oksidasi biologis untuk satu
molekul glukosa dalam siklus Krebs akan didapat sebanyak 38 mol. ATP, dengan
rincian sebagai berikut.
(1) Pada tahap persiapan glikolisis diburuhkan 2-ATP.
(2) Pada tahap oksidasi dihasilkan 10 ATP sehingga dari tahap (1) dan (2)
dihasilkan ATP bersih sebanyak - 8 ATP.
(3) Memasuki tahapan dekarboksilasi oksidatif piruvat dan daur Krebs untuk
satu mol. Asam piruvat dihasilkan 15 ATP, sehingga untuk satu mol glukosa
dihasilkan 30 ATP.
(4) Jumlah keseluruhan ATP yang dihasilkan dalam rantai respiratoris aerob
dari glukosa sebanyak - 38 ATP.
FERMENTASI
Fermentasi adalah proses penghasil energi utama dari berbagai
mikroorganisme yang bersifat anaerob. Sifat anaerob ada yang bersifat obligat
(absolut) artinya mokroorganisme tersebut akan mati bila diberi oksigen. Ada yang
bersifat anaerob fakultatif yaitu mereka dapat hidup dengan atau tanpa aksigen.
Dalam kondisi anaerob, asam piruvat tidak diubah mcnjadi Asetil - KoA,
tetapi mereka akan berubah menjadi etanol dengan reaksi sebagai berikut.
Enzim yang mengkatalisis adalah karboksilase dan dehidrogenase. Dalam reaksi
ini untuk 1-mol asam piruvat menjadi etanol dibutuhkan 1-mol NADH2 (3-ATP).
Sehingga untuk mengubah 2-mol. glukosa menjadi 2 mol piruvat dan 2-mol
etanol dibutuhkan 6-ATP. Dalam rangkaian glokolisis dihasilkan 8 ATP.
Sehingga dalam fermentasi glukosa menjadi alkohol hanya dihasilkan 2 -
ATP. Dengan kata lain fermentasi merupakan penghasil energi yang tidak
efisien.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHl RESPIRASI
(1) Substrat
Respirasi bergantung pada tersedianya substrat terutama dalam bentuk
karbohidrat (amilum, glukosa). Pada tumbuhan yang persediaan
kabohidratnya rendah, rspirasinya juga rendah. Daun - daun yang ada
pada bagian yang tersembunyi dari cahaya yang berarti proses
pembentukan karbohidrat melalui fotosintesis rendah, menunjukkan
adanya respirasi yang lebih rendah dari daun dibagian pucuk (yang banyak
kena cahaya). Apabila karbohidrat kurang, cadangan makanan lain
(protein, lemak) dapat dioksidasi hanya harus melalui proses yang lebih
panjang.
(2) Temperatur
Seperti halnya kerja enzim, respirasi juga dipengaruhi oleh temperatur.
Pada Oo C kecepatan respirasi sangat rendah. Kenaikan temperatur
sampai 35 o C atau 45o C akan meningkatkan kecepatan respirasi. Tetapi di
atas temperatur tersebut kecepatannya mulai menurun, karena enzim -
enzim yang diperlukan mulai ada yang mengalami denaturasi.
3) Oksigen
Karena oksigen berfungsi sebagai terminal penerimaan elektron pada daur
Krebs, maka bila konsentrasinya rendah respirasi aerob dan anaerob dapat
berlangsung bersamaan. Bila oksigen kadarnya dinaikkan maka respirasi
aerob akan berjalan lebih cepat, sedang respirasi anaerob akan terhenti.
Peristiwa ini disebut efek Pasteur.
Pengaruh oksigen terhadap respirasi tidak sama untuk spesies tumbuhan
berbeda, malahan berbeda untuk organ - organ yang berbeda pada
tumbuhan yang sama. Misalnya batang dan akar karena afinitas sitokrom
oksidase pada mitokondria organ tersebut terhadap oksigen tinggi,
mereka dapat mempertahankan laju respirasi pada konsentrasi O2 sekitar
0,05 % dari yang terdapat di udara bebas.
(4) Umur dan tipe jaringan
Respirasi pada jaringan muda lebih kuat dari pada jaringan tua. Pada
jaringan yang berkembang (tumbuh) respirasi lebih tinggi dari jaringan yang
sudah matang. Hal ini logis, karena respirasi merupakan penghasil energi
untuk pertumbuhan dan aktivitas dalam sel.
Pada perkembangan buah muda, laju respirasi tinggi. Kemudian berangsur
menurun sesuai tingkat kematangannya. Namun dalam banyak spesies
(apel) menurunnya secara berangsur angsur respirasi aerob, diikuti dengan
meningkatnya respirasi anaerob, yang disebut klimakterik. Klimakterik
biasanya bertepatan dengan masaknya dan timbulnya flavor (aroma) buah
tersebut. Buah jenis ini dapat tahan lama setelah dipetik. Beberapa buah
seperti jeruk, anggur dan nenas tidak menunjukkan klimakterik. Sehingga
jenis buah ini tidak tahan disimpan.
(5) Kadar garam anorganik dalam medium
Jaringan atau tumbuhan yang dipindahkan dari air ke larutan garam akan
menunjukkan kaniakan respirasi. Respirasi di atas normal semacam ini
disebut respirasi garam.
(6) Rangsangan Mekanik
Daun yang digoyang - goyang menunjukkan kenaikan respirasi. Tetapi
kalau ini dilakukan berulang - ulang reaksinya menurun. Kanaikan respirasi
ini mungkin disebabkan oleh efek pemompaan.
(7) Luka
Terjadinya luka di suatu bagian tumbuhan menyebabkan respirasi di
tempat tersebut naik, akibat terbentuknya meristem luka yang menghasilkan
kalus. Kenaikan respirasi ini mungkin dapat disebabkan oleh semakin
banyaknya osmosis dan difusi O2 yang masuk jaringan yang luka.