Respirasi Aerob – Biologi Kelas 12

Foto: Freepik.com

Hai Quipperian, bagaimana kabarnya? Semoga selalu sehat dan tetap semangat belajar, ya!

Siapa di antara Quipperian yang doyan banget makan? Sebenarnya, apa sih tujuan utama kamu makan? Apakah hanya untuk memuaskan keinginan? Tentu tidak ya. Makanan yang kamu makan merupakan salah satu sumber energi bagi tubuh. 

Berkaitan dengan makanan, pernah enggak sih kamu berpikir, bagaimana cara makanan berubah menjadi energi di dalam tubuh? Energi di dalam tubuh terbentuk melalui serangkaian proses yang disebut respirasi aerob. Ingin tahu selengkapnya tentang respirasi aerob? Ikuti terus pembahasan Quipper Blog, ya.

Pengertian Respirasi Aerob

Foto: Pexels.com

Respirasi aerob adalah proses penguraian senyawa organik menggunakan oksigen bebas. Respirasi ini berlangsung di dalam organel sel yang disebut mitokondria. Saat kamu mengonsumsi makanan yang mengandung glukosa, misalnya nasi, setiap molekul glukosa akan dipecah melalui empat tahap sampai dihasilkan energi. Bagaimana dengan jutaan molekul glukosa dalam makanan?

Tahapan Respirasi Aerob

Foto: Pexels.com

Adapun beberapa tahapan dalam respirasi aerob yang harus kamu tahu adalah sebagai berikut.

1. Glikolisis

Glikolisis merupakan tahap pertama respirasi aerob yang terjadi di dalam sitoplasma atau sitosol. Pada tahap ini molekul glukosa akan diuraikan menjadi senyawa yang lebih sederhana. Hasil penguraian molekul glukosa pada glikolisis berupa 2 molekul ATP, 2 molekul asam piruvat, dan 2 molekul NADH. Untuk lebih lengkapnya, perhatikan bagan berikut.

Urutan proses yang terjadi pada bagan di atas adalah sebagai berikut.

  • Glukosa diubah menjadi glukosa, 6-fosfat disertai pemecahan ATP menjadi ADP. ATP harus dipecah menjadi ADP karena dibutuhkan sumber energi.
  • Glukosa, 6-fosfat diubah menjadi fruktosa, 6-fosfat.
  • Fruktosa, 6-fosfat diubah menjadi fruktosa, 1,6-bifosfat disertai pemecahan ATP menjadi ADP.
  • Fruktosa, 1,6-bifosfat (6 atom C) dipecah menjadi 1 molekul gliseraldehid 3-fosfat atau PGAL (3 atom C) dan 1 molekul dihidroksiaseton fosfat atau DHAP (3 atom C). Molekul DHAP diubah menjadi senyawa PGAL, sehingga terbentuk 2 molekul PGAL.
  • Molekul PGAL diubah menjadi senyawa 1,3-bifosfogliserat dengan cara mengikat Pi (fosfat organik). Setiap 1 molekul PGAL menghasilkan 1 NADH. 
  • 1,3-bifosfogliserat diubah menjadi 3-fosfogliserat. Pada reaksi ini, dihasilkan ATP sebagai sumber energi.
  • 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat.
  • 2-fosfogliserat diubah menjadi senyawa fosfoenolpiruvat (PEP).
  • Fosfoenolpiruvat diubah menjadi asam piruvat disertai pembentukan ATP.

ATP (adenosin trifosfat) merupakan sumber energi yang nantinya digunakan untuk transpor aktif menuju mitokondria. Untuk 2 molekul NADH yang dihasilkan akan ditransfer ke tahap transpor elektron. Berikut ini ringkasan tahap glikolisis.

2. Dekarboksilasi Oksidatif

Tahap kedua setelah glikolisis adalah dekarboksilasi oksidatif. Tahap ini berlangsung di dalam mitokondria. Reaksi pertama diawali dengan perubahan asam piruvat menjadi asetil koenzim A (asetil koA). Perubahan tersebut menghasilkan molekul CO2 dan NADH. Artinya, satu molekul asam piruvat akan menghasilkan 1 molekul asetil koA, CO2, dan NADH. Oleh karena pada tahap glikolisis dihasilkan 2 asam piruvat, maka dekarboksilasi oksidatif menghasilkan 2 molekul asetil koA, 2 molekul CO2, dan 2 molekul NADH. Untuk prosesnya, simak bagan berikut.

Urutan prosesnya adalah sebagai berikut.

  • Asam piruvat yang terbentuk pada tahap glikolisis akan melepaskan gugus karboksilat (COO). Gugus tersebut akan diubah menjadi CO2.
  • Sisa atom C dalam bentuk CH3COO akan mentransfer kelebihan elektronnya pada molekul NAD+ menjadi NADH. Untuk CH3COO akan diubah menjadi asam asetat.
  • Asam asetat akan berikatan dengan koenzim A membentuk asetil koenzim A (asetil koA).

Untuk memudahkan pemahamanmu tentang dekarboksilasi oksidatif, perhatikan ringkasan berikut.

3. Siklus Krebs

Siklus Krebs adalah tahapan ketiga dari serangkaian proses respirasi aerob. Pada tahap ini akan dihasilkan 2 molekul ATP, 6 molekul NADH, 2 molekul FADH2, dan 4 molekul CO2. Untuk urutan prosesnya adalah sebagai berikut.

  • Asetil koA (2 atom C) berikatan dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6 atom C). Itulah mengapa siklus Krebs biasa disebut siklus asam sitrat.
  • Asam sitrat diubah menjadi asam isositrat.
  • Asam isositrat (6 atom C) diubah menjadi asam α-ketoglutarat (5 atom C). Reaksi ini disertai pelepasan CO2 dan pembentukan NADH.
  • Asam α-ketoglutarat (5 atom C) diubah menjadi suksinil koA yang memiliki 4 atom C. Reaksi ini juga disertai pelepasan CO2 dan pembentukan NADH.
  • Suksinil koA yang terbentuk diubah menjadi asam suksinat (4 atom C). Reaksi ini menghasilkan GTP. Selanjutnya, GTP diubah menjadi ATP.
  • Lalu, asam suksinat diubah menjadi asam fumarat disertai pembentukan FADH2.
  • Asam fumarat yang terbentuk diberi tambahan air agar berubah menjadi asam malat (4 atom C).
  • Asam malat diubah menjadi asam oksaloasetat kembali disertai pembentukan NADH.

Jika disederhanakan, siklus Kreb bisa dituliskan sebagai berikut.

4. Transpor Elektron

Tahap ini merupakan tahap akhir pada respirasi aerob yang disertai pembentukan ATP paling banyak. Transpor elektron berlangsung di dalam krista, yaitu membran dalam mitokondria. Reaksi yang berlangsung di dalam transpor elektron adalah reaksi reduksi dan oksidasi antara senyawa NADH dan FADH2. Kedua senyawa tersebut dihasilkan dari tahapan sebelumnya. Senyawa yang terlibat dalam transpor elektron adalah koenzim Q, sitokrom B, sitokrom C, sitokrom A, sitokrom A3, dan oksigen. Simak bagan berikut ini.

Adapun penjabaran bagan di atas adalah sebagai berikut.

  • NADH mampu menghasilkan elektron berenergi tinggi melalui proses oksidasi. Lalu, elektron tersebut ditransfer ke koenzim Q. Oleh karena tingginya energi elektron, ADP dan fosfat anorganik bersatu membentuk ATP.
  • Koenzim Q akan dioksidasi oleh sitokrom B. Akibatnya, koenzim Q akan melepaskan elektron dan 2 ion H+.
  • Sitokrom B akan dioksidasi oleh sitokrom C, sehingga dihasilkan energi cukup tinggi. Akibatnya, ADP dan fosfat anorganik akan bersatu membentuk ATP.
  • Selanjutnya, sitokrom C akan mereduksi sitokrom A.
  • Sitokrom A akan mengoksidasi sitokrom A3. Reaksi ini juga memicu bersatunya ADP dan fosfat anorganik membentuk ATP.
  • Sitokrom A3 dioksidasi oleh sebuah atom oksigen. Hasil akhir dari reaksi ini adalah terbentuknya molekul H2O.

Transpor elektron yang melibatkan oksidasi NADH akan menghasilkan 3 ATP dan 1 H2O. Demikian halnya dengan oksidasi FADH2. Pada oksidasi FADH2, jumlah ATP yang dihasilkan lebih sedikit, yaitu 2 ATP. Hal itu disebabkan oleh kecilnya energi yang dihasilkan dari oksidasi FADH2. Secara ringkas, pembentukan ATP dari NADH dan FADH2 ditulis sebagai berikut.

Dari tahapan glikolisis sampai siklus Krebs NADH dan FADH2 yang dihasilkan berturut-turut adalah 10 dan 2 molekul. Artinya,

Dengan demikian, tahap transpor elektron menghasilkan 34 ATP dan 12 H2O. Jika seluruh ATP  dijumlahkan (mulai glikolisis –  transpor elektron), akan dihasilkan seperti tabel berikut.

Reaksi Jumlah
Glikolisis 2 ATP (digunakan untuk transpor aktif)
Dekarboksilasi Oksidatif
Siklus Krebs 2 ATP
Transpor Elektron 34 ATP
Total 36 ATP

 

Tak lengkap rasanya belajar respirasi aerob tanpa soal, untuk itu Quipper Blog akan memberikan beberapa contoh soal, seperti berikut ini.

Contoh soal 1

Peristiwa yang terjadi pada proses glikolisis adalah…

  1. Pemecahan glukosa menjadi PGAL.
  2. Pemecahan glukosa menjadi asam laktat.
  3. Pemecahan glukosa menjadi asam piruvat.
  4. Pemecahan glukosa menjadi alkohol.
  5. Pemecahan glukosa menjadi CO2 dan H2O.

Pembahasan:

Glikolisis merupakan tahap awal dalam proses respirasi aerob. Pada tahap ini, 1 molekul glukosa akan dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 senyawa NADH, dan 2 ATP.

Jawaban: C

Contoh soal 2

Pada tahap dekarboksilasi oksidatif, CO2 dihasilkan dari…

  1. asetil koA
  2. gugus karboksilat asam piruvat
  3. senyawa asetat
  4. asetaldehid
  5. fosfogliseraldehid

Pembahasan:

Pada tahap dekarboksilasi oksidatif, asam piruvat akan melepaskan gugus karboksilat, sehingga terbentuk CO2.

Jadi, CO2 yang dihasilkan pada tahap dekarboksilasi oksidatif berasal dari gugus karboksilat asam piruvat.

Jawaban: B

Contoh soal 3

Senyawa yang hanya dihasilkan dari siklus Krebs adalah…

  1. NADH
  2. ATP
  3. CO2
  4. asetil koA
  5. FADH2

Pembahasan:

Senyawa yang hanya dihasilkan dari siklus Krebs adalah FADH2. Senyawa ini terbentuk saat terjadi perubahan asam suksinat menjadi asam fumarat.

Contoh soal 4

Pada proses oksidasi FADH2, ATP tidak bisa terbentuk karena…

  1. Ketersediaan ADP hanya sedikit.
  2. Elektron yang dibutuhkan cukup besar.
  3. Energi yang diperoleh kecil.
  4. Ketersediaan fosfat anorganik sedikit.
  5. Oksidasi FADH2 hanya melepaskan ion H+.

Pembahasan:

Pada proses oksidasi FADH2, energi yang terbentuk tidak cukup untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik, sehingga ATP tidak bisa terbentuk.

Jadi, ada proses oksidasi FADH2, ATP tidak bisa terbentuk karena energi yang diperoleh kecil.

Jawaban: C

Bagaimana Quipperian, mudah kan belajar respirasi aerob bareng Quipper Blog? Semoga materi ini bermanfaat buat Quipperian. Ingin melihat penjelasan lengkapnya oleh tutor Quipper Video? Jangan lupa buat akun Quipper Video-mu, ya. Temukan ribuan soal beserta pembahasannya. Salam Quipper!

Penulis: Eka Viandari