Makalah Biokimia Respirasi Dan Energi_kel 2

MAKALAH BIOKIMIA RESPIRASI DAN ENERGI Dibuat Untuk Memenuhi Tugas Biokimia

Mujizat Alam

230210130065

Fahmi Ghiffari

230210130022

Elsi Sri Mulyani

230210130052

Nurul Fadliani

230210130053

Joana Viviani K

230210130054

Khairul Umami

230210130055

M. Taufik Hidayah

230210130056

Taufik Candra

230210130057

Luthfi Fauzan Akuan

230210130058

M. Albar Ghiffar

230210130060

Lukman Bima P

230210130075

Justine Ardelia

230210130077

PROGRAM STUDI ILMU KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN UNIVERSITAS PADJADJARAN PADJADJARAN 2014

KATA PENGANTAR

Pertama kami panjatkan puji serta syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa. Dengan rahmat dan ridho-Nya lah sehingga kami bisa menyelesaikan makalah ini. Semoga di setiap derap langkah dan lantunan nafas kita senantiasa berada pada lindungan-Nya. Ilmu pengetahuan mengenai segala proses reaksi biologis dan kimiawi makhluk hidup sudah sangat berkembang pesat. Ditambah dengan kemajuan teknologi dan informasi sehingga memudahkan setiap orang untuk mendapatkan akses kajian. Dalam menjadikan sumber daya manusia yang handal, perlu adanya suatu kajian mendalam mengenai materi yang dibahas sehingga pembelajar bisa mencapai predikat mahir dan mampu mengaplikasikannya di kehidupan sehari-hari. Pembuatan makalah ini merupakan upaya untuk memenuhi tugas mata kuliah biokimia di Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. Hal ini dilakukan agar diperoleh pemahaman dan analisis mendalam mengenai materi yang disampaikan pada perkuliahan. Terimakasih kami ucapkan pula kepada seluruh pihak terkait dalam pembuatan makalah ini. Terimakasih secara khusus diberikan kepada seluruh anggota kelompok 2 yang telah membantu dalam pembuatan makalah ini hingga selesai. Akhir kata, kami mohon maaf jika terdapat kekurangan pada makalah yang kami buat ini. Semoga makalah ini bermanfaat bagi pembacanya dan menjadi pustaka rujukan pada mata kuliah Biokimia. Jatinangor, 4 November 2014

Penyusun

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Setiap organisme memiliki cara masing-masing dalam bertahan hidup begitupun memperoleh energi. Respirasi adalah suatu jalan dimana sel yang merupakan satuan unit struktural penyusun organisme mendapatkan energi guna mendukung aktifitas kehidupannya. Kemampuan untuk memanfaatkan energi dan menyalurkannya menjadi kerja biologis seperti ini merupakan sifat-sifat dasar dari semua makhluk hidup. Semua organisme termasuk tumbuhan memerlukan energi dalam setiap kegiatan (aktifitas) kehidupan. Berdasarkan hukum I termodinamika, energi di alam semesta bersifat konstan, tidak dapat dimusnahkan maupun diciptakan. Tumbuhan sebagai makhluk fotoautotrof dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi kimiawi dalam bentuk glukosa serta dapat mengkonversi glukosa menjadi energi metabolisme yaitu ATP (adenosine triphosphate) yang merupakan kompleks molekul berenergi tinggi. Tumbuhan memiliki organel-organel spesifik yang berfungsi menjalankan berbagai proses biokimia. Organel-organel yang terlibat dalam proses konversi energi, berupa mitokondria dan kloroplas. Mitokondria merupakan organel dalam sel tumbuhan yang berperan sebagai tempat respirasi seluler, yaitu proses katabolik yang dapat menghasilkan ATP saat tersedianya oksigen. Sedangkan kloroplas merupakan organel yang berperan sebagai tempat berlangsungnya proses fotosintesis.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa itu respirasi? 2. Bagaimana proses pembentukan energi? 3. Apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dibuatnya makalah ini adalah agar mahasiswa dapat memahami proses respirasi sel dalam membentuk energi dan faktor-faktor yang mempengaruhi proses pembentukkan energi tersebut dan juga agar para pembaca makalah ini dapat mengetahui informasi yang terjadi pada sel dengan segala proses biologis dan reaksi kimia yang terjadi di dalam sel.

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Definisi Respirasi

Respirasi adalah suatu proses pengambilan O2 untuk memecah senyawasenyawa organik menjadi CO2, H2O dan energi. Namun demikian respirasi pada hakikatnya adalah reaksi redoks, dimana substrat dioksidasi menjadi CO2 sedangkan O2 yang diserap sebagai oksidator mengalami reduksi menjadi H2O. Yang disebut substrat respirasi adalah setiap senyawa organik yang dioksidasikan dalam respirasi, atau senyawa-senyawa yang terdapat dalam sel tumbuhan yang secara relatif banyak jumlahnya dan biasanya direspirasikan menjadi CO2 dan air. Sedangkan metabolit respirasi adalah intermediat-intermediat yang terbentuk dalam reaksi-reaksi respirasi. Karbohidrat merupakan substrat respirasi utama yang terdapat dalam sel tumbuhan tinggi. Terdapat beberapa substrat respirasi yang penting lainnya diantaranya adalah beberapa jenis gula seperti glukosa, fruktosa, dan sukrosa; pati; asam organik; dan protein

(digunakan

pada

keadaan

&

spesies

tertentu).

Persamaan umum respirasi seluler : C6H12O6+ 6 O2

*

6 CO2 + 6 H2O + Energi

*

Energi = ATP ( Adenosine TriPhosphate) + Panas

Menurut Campbell et al . (2002), aktivitas hidup yang memerlukan energi antara lain, kerja mekanis (kontraktil dan motilitas), transpor aktif (mengangkut molekul zat atau ion yang melawan gradien konsentrasi zat), produksi panas (bagi tubuh burung dan hewan menyusui). Namun, selain ketiga tujuan tersebut, energi dibutuhkan oleh tubuh untuk transfer materi genetik dan metabolisme sendiri.

Jadi respirasi seluler adalah proses perombakan molekul organik kompleks yang kaya akan energi potensial menjadi produk limbah yang berenergi lebih rendah (proses katabolik) pada tingkat seluler. Pada respirasi sel, oksigen terlibat sebagai reaktan bersama dengan bahan bakar organik dan akan menghasilkan air, karbon dioksida, serta produk energi utamanya ATP. ATP (adenosin trifosfat) memiliki energi untuk aktivitas sel seperti melakukan sintesis biomolekul dari molekul pemula yang lebih kecil, menjalankan kerja mekanik seperti pada kontraksi otot, dan mengangkut biomolekul atau ion melalui membran menuju daerah berkonsentrasi lebih tinggi. Respirasi merupakan rangkaian dari banyak reaksi komponen, yang masingmasingnya

dikatalisis

oleh

enzim

yang

berbeda.

Respirasi dapat digolongkan menjadi dua jenis berdasarkan ketersediaan O2 di udara, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob. Respirasi aerob merupakan proses respirasi yang membutuhkan O2, sebaliknya respirasi anaerob merupakan proses repirasi yang berlangsung tanpa membutuhkan O2. Respirasi anaerob sering disebut juga dengan nama fermentasi. Perbedaan antara keduanya akan terlihat pada proses tahapan reaksi dalam respirasi. 2.2 Sintesis Energi (ATP) pada Tumbuhan

Siklus energi sel melibatkan ATP sebagai tenaga pendorong jalannya reaksi biokimia. Tumbuhan memperoleh energi melalui proses katabolisme nutrien menjadi senyawa kimia untuk mendapatkan ATP serta melalui melalui mekanisme reduksi dan oksidasi. Aliran elektron yang berasal dari reaksi redoks ini diawali dengan eksitasi elektron akibat adanya komponen sel yang mengabsorbsi cahaya. Proses ini dikenal dengan fotosintesis.

(Sumber: http://www.wonderfullygift.blogspot.com)

Gambar 1. Aliran energi dalam ekosistem. Energi berasal dari matahari

yang dikonversi menjadi energi kimia di dalam kloroplas. Energi

kemudian

digunakan

dalam

respirasi

sel

di

mitokondria, melepaskan energi potensial dan energi panas (Campbel, 2009).

Sintesis ATP dikatalisis oleh kompleks protein membran yang disebut ATP sintase. Berdasarkan mekanisme pembentukan ATP, energi untuk metabolisme sel tumbuhan dapat dibagi menjadi tiga, yaitu fosforilasi tingkat substrat, fosforilasi oksidatif, dan fotofosforilasi. Fosforilasi tingkat substrat terjadi selama proses glikolisis dan siklus Krabs menghasilkan ATP dan molekul tenaga pereduksi NADH/NADPH dan FADH yang kemudian akan digunakan untuk pembentukan ATP pada fosforilasi oksidatif. Fotofosforilasi dikenal dengan proses fotosintesis.


Gambar 2. Proses respirasi sel. Proses respirasi terdiri atas glikolisis, pembentukan

asam sitrat, siklus Krabs, dan transfer elektron. Baik proses glikolisis, maupun siklus Krabs, terjadi pembentukan ATP

melalui fosforilasi

tingkat substrat. NADH dan FADH2 akan mentransfer elektron ke dalam proses rangkaian transfer elektron melepaskan energi kimia membentuk ATP dengan bantuan ATP sintesis. Pembentukan ATP pada transfer elektron merupakan fosforilasi oksidatif.

1.

Fosforilasi Tingkat Substrat Fosforilasi tingkat substrat membentuk ATP menggunakan energi dari

substrat kaya-energi untuk memindahkan gugus fosfat ke ADP. Proses ini terjadi di dalam sitoplasma. Substrat dalam proses fosforilasi ini dihasilkan melalui proses katabolisme glukosa pada tahap glikolisis dan siklus Krebs. Selama proses pemecahan glikolisis menjadi piruvat, terjadi perpindahan elektron yang kaya-energi. Pemindahan elektron tersebut terjadi melalui reaksi reduksi-oksidasi (redoks) dengan +

+

bantuan coenzim NAD sebagai molekul pembawa elektron. NAD yang menangkap elektron akan memjadi NADH.

Gambar 3. Proses Fosforilisasi

Glikolisis merupakan proses pemecahan atau penyederhanaan molekul gula yang terdiri atas 6 gugus atom C menjadi 3 gugus atom C (piruvat/asam piruvat). Glikolisis terdiri atas9-10 reaksi. Fosforilasi tingkat substrat pada glikolisis terjadi sebanyak dua kali. Pertama, pada saat molekul 1,3 bifosfogliserat mentransfer langsung gugus fosfatnya secara enzimatik ke ADP. Kedua, pada saat fosfoenol piruvat mentransfer langsung gugus fosfatnya secara enzimatik ke ADP di akhir tahap glikolisis. Pembentukan ATP pada kedua fase tersebut disebut fosforilasi tingkat substrat. Fosforilasi tingkat substrat terjadi ketika enzim mentransfer fosfat dari substrat ke ADP.


Gambar 3. Garis besar proses glikolisis pada respirasi sel. Empat reaksi terlebih

dahulu memecah glukosa ke dalam 2 molekul dengan 3 gugus karbon. Reaksi selanjutnya menghasilkan 2 molekul piruvat dengan melepas 2 NADH dan 4 ATP.

Gambar 4. Perubahan Asam Piruvat menjadi Asetil Ko A

Pada fosforilasi tingkat substrat, dihasilkan 2 ATP dari proses glikolisis dan 2 ATP dari siklus Krebs. Pemecahan glukosa hanya melepas seperempat energi yang terkandung dalam glukosa, energi sebagian besar masih tersimpan dalam molekul piruvat.

Pelepasan

energi

pada

piruvat

terlebih

dahulu

dilakukan

dengan

mengkonversi piruvat menjadi asetil CoA yang kemudian akan dibawa ke dalam mitokondria melalui transfer aktif dengan bantuan transport protein. Piruvat akan kehilangan satu atom C, dan kemudian mengalami oksidasi dan membentuk asetil +

CoA yang bersifat sangat reaktif serta mereduksi NAD menjadi NADH. Siklus Krebs akan melepaskan energi yang tersimpan di dalam asetil CoA secara bertahap.


Gambar 5. Siklus Krebs

Umumnya terdapat beberapa tahapan reaksi kimia di dalam siklus Krebs yaitu dekarboksilasi dan reaksi redoks. Asetil CoA akan mengalami penambahan gugus 4 C dari oksaloasetat menjadi gugus 6 C (isocitric acid). Isocitric acid kemudian mengalami

pelepasan

atom

C

(dekarboksilasi)

menjadi

α-ketoglutaric

acid

+

melepaskan CO2 dan mereduksi NAD menjadi NADH. α-ketoglutaric acid kemudian +,

akan terdekarboksilasi kembali melepasan CO2, mereduksi NAD

membentuk

succinyl acid CoA yang memiliki 4 atom C. ATP kemudian terbentuk melalui jalur fosforilasi tingkat substrat pada pelepasan enzim CoA dari

succinyl acid CoA

menjadi succinic acid. Succinic acid akan dioksidasi membentuk fumaric acid dan mereduksi coenzim FAD menjadi FADH2. NADH dibentuk kembali pada saat malic acid dioksidasi menjadi oksaloacetad. Selama siklus Krebs dikasilkan 4 molekul CO2, 6 NADH, 2 FADH2 dan 2 ATP untuk setiap molekul glukosa. NADH dan FADH2 merupakan molekul kaya energi yang membawa elektron. ATP sebagian besar dihasilkan dari NADH dan FADH2 yang masuk ke dalam proses rantai transfer elektron. Rantai transport elektron terjadi di inner membrane mitokondria. 2. Fosforilasi Oksidatif Fosforilasi oksidatif merupakan pembentukan ATP menggunakan energi yang dihasilkan pada reaksi reduksi-oksidasi transfer elektron. Fosforilasi oksidatif pada mitokondria juga disebut sebagai rantai transfer elektron karena oksidasi molekul pembawa energi, dalam bentuk NADH dan FADH2 berlangsung melalui reaksi berantai. Reaksi ini terjadi di membran dalam dan ruang antar membran mitokondria. Elektron berpindah dari satu kompleks aseptor dengan tingkat elektronegatifan terendah menuju aseptor dengan tingkat elektronegatifitas yang lebih tinggi. Kompleks rantai respirasi ini secara berturut-turut adalah kompleks NADH dehidrogenase oleh flavaprotein (kompleks I), (kompleks II) kompleks sitokrom-b/c1 (kompleks III), dan sitokrom oksidase (kompleks III). Aseptor elektron terakhir adalah O2. NADH yang berada di dalam membran dalam mitokondria akan ditransfer melalui kompleks I menuju kompleks III melalui Q (ubiquinon) yang ada diantara

kompleks I dan III. Proses trasfer pada kompleks I melibatkan NADH yang kemudian melepas atom hidrogen dan dua elektron. Elektron akan mereduksi FMN menjadi +

+

FMNH2, dan mengoksidasi NADH menjadi NAD . FMNH2 kemudian melepas 2H

menuju membran antar ruang mitokondria melewati matriks yang secara bersamaan mentransfer elektron menuju Q. Suksinat dehidrogenase (kompleks II) merupakan satu-satunya enzim terikat membran di dalam siklus asam sitrat. Enzim ini tersusun atas Flavin Adenine nucleotide (FAD) sebagai akseptor elektron, beberapa protein pusat Fe-S, dan satu sitokrom b. Transpor elektron dari suksinat dehidrogenase menuju ubikuinon berlangsung dengan tanpa penurunan potensial redoks, sehingga tidak ada energi yang diperoleh melalui transfer elektron dari suksinat menuju ubikuinon seperti halnya reaksi yang dikatalisis oleh kompleks I. Kompleks II mereduksi FADH2 +

menjadi FAD dan mentransfer elektron menuju ubiquinon. Ubikuinon tereduksi yang berasal dari kompleks I dan II dioksidasi oleh kompleks III, sitokrom bc1. Kompleks III mengatalisis transfer elektron dari ubikuinol (QH2) menuju sitokrom c dan diikuti dengan pemindahan proton dari matriks mitokondria ke ruang antar membran. Sitokrom c merupakan protein yang terdapat di ruang antar membran, terletak antara kompleks III dan IV, dan memiliki gugus heme. Setelah gugus heme sitokrom c menerima elektron dari kompleks III, sitokrom c bergerak ke kompleks IV.


Gambar 5. Proses perpindahan elektron pada transport elektron. Tingkat energi

bebas yang dihasilkan dalam proses rantai transfer elektron. Elektron dari NADH dan FADH2 akan berpindah secara urut.

Gambar 6. Rantai Transpor Elektron

Kompleks IV atau sitokrom oksidase merupakan kompleks terakhir dalam rantai respirasi. Kompleks ini berfungsi memindahkan elektron dari sitokrom c ke oksigen (O2), membentuk molekul air (H2O). Kompleks ini dapat memasukkan 4 elektron dari ruang antar membran ke matriks mitokondria, bersama-sama dengan 4 proton yang terdapat di matriks, enzim ini dapat mereduksi O2 sehingga menjadi 2H2O. Kompleks ini juga mengeluarkan 1 proton dari matriks ke ruang antar membran untuk setiap 1 elektron yang melalui sitokrom. Elektron yang melintas dari satu enzim terikat-membran ke lainnya, kehilangan sejumlah energi setiap kali berpindah (sebagaimana hukum II termodinamika). Energi yang “hilang” memungkinkan pemompaan ion hidrogen bergerak menentang gradien +

konsentrasi (konsentrasi ion H di dalam matriks lebih rendah dibandingkan di dalam ruang antar membran.).

(Sumber: http://www.wonderfullygift.blogspot.com) +

Gambar 7. ATP sintase. Ion H melintas melalui ATP sintase dari ruang antar

membran menuju ke membran dalam mitokondria.

+

+

Ion H tidak dapat bergerak kembali melalui membran. Ion H hanya dapat kembali melalui enzim ATP sintase yang terdapat di dalam membran. Pada saat ion +

H melintas melalui enzim ATP sintase, energi dari enzim digunakan untuk mengikat fosfat ke ADP, membentuk ATP. Mekanisme tersebut dikenal dengan kemiosmosis. Sintesis ATP dapat terjadi baik di kloroplas ataupun di mitokondria sel tumbuhan. Mekanisme sintesisnya pun memiliki kemiripan. Meskipun demikian, ATP yang dihasilkan di mitokondria lebih banyak dihasilkan untuk dikirim ke sitosol, sedangkan ATP yang dihasilkan di kloroplas hanya digunakan oleh organel itu sendiri. Melalui proses fosforilasi, dihasilkan 36 ATP secara keseluruhan untuk satu molekul glukosa. Fosforilasi tingkat substrat hanya menghasilkan sejumlah kecil ATP (4 ATP). Sisanya dihasilkan selama proses fosforilasi oksidatif. Dengan demikian fosforilasi tingkat substrat hanya bertanggung jawab atas sebagian kecil penghasilan energi, sedangkan fosforilasi oksidatif bertanggung jawab atas 90% energi yang dihasilkan oleh respirasi sel tumbuhan.

A.3. Fotofosforilasi Fotofosforilasi merupakan proses penambahan Pi pada ADP membentuk ATP dengan bantuan sinar matahari. Secara singkat, energi dari matahari digunakan untuk menghasilkan molekul organik (glukosa) dan O2 dari CO2 dan air. Proses ini dikenal juga sebagai proses fotosintesis. Proses fotosintesis berlangsung pada organel khusus yang sensitif cahaya, yaitu kloroplas (Gambar 7) yang banyak terdapat di jaringan mesofil daun. Proses fotosintesis juga melibatkan reaksi redoks.


Gambar 7. Lokasi fotosintesis pada tanaman. Daun merupakan organ tumbuhan

utama yang melakukan fotosintesis. Kloroplas terdapat di dalam sel mesofil daun. Kloroplas terdiri atas outer dan inner membrane, tilakoid pada granum dan stroma.

Proses fotosintesis juga mengalami reaksi redoks seperti yang terjadi pada proses respirasi. Pada proses respirasi, energi dihasilkan melalui pemecahan molekul glukosa yang kemudia melepaskan elektron dan atom hidrogen yang ditansfer menuju oksigen. Peristiwa tersebut menghasilkan produk samping berupa air. Elektron akan kehilangan energi potensial selama berpindah melalui aseptor-aseptor pada teransfer elektron di mitokondria. Energi bebas tersebut mengaktifkan ATP sintase yang akan mengikat Pi dengan ADP membentuk ATP. Pada proses fotosintesis juga terjadi perpindahan elektron yang berasal dari pemecahan molekul air. Elektron akan dimanfaatkan oleh CO2 untuk membentuk glukosa. Perpindahan elektron dari air ke CO2 membutuhkan energi potensial yang berasal dari cahaya. Fotosintesis berlangsung dalam dua tahap, yaitu pembentukan ATP dan NADPH (reaksi terang), dan proses pemecahan CO2 untuk pembentukan glukosa (reaksi gelap).


Gambar 8. Proses fotosintesis. Fotosintesis terdiri atas reaksi pembentukan ATP

dan NADPH (reaksi terang) yang digunakan dalam siklus Calvin (reaksi gelap)

1.

Reaksi Terang +

Reaksi terang merupakan proses pembentukan NADP menjadi NADPH yang sekaligus membentuk ATP (fotofosforilasi) melalui proses kemiosmosis dengan bantuan energi potensial dari cahaya. Proses fotosintesis pada tanaman menghasilkan ATP dan NADPH melalui proses fotofosforilasi nonsiklik. Proses fotofosforilasi nonsiklik terjadi pada fotosistem I dan II. Fotosistem terdiri atas beberapa pigmen cahaya berupa klorofil a, klorofil b dan karotenoid. Pigmen cahaya akan berperan sebagai antena yang menangkap dan mentransfer energi cahaya menuju pusat fotosistem. Energi cahaya matahari ditransfer dari klorofil a dalam bentuk elektron, yang diterima oleh pigmen aseptor elektron dala m pusat fotosistem. Fotosistem mengkonversi energi cahaya ke dalam energi kimia. Kompleks fotosistem menangkap cahaya dan menggunakannya untuk memecah elektron dari

molekul air kemudian membawanya menuju rantai transpor afinitas molekulnya lebih rendah. Kekosongan elektron kemudian diisi kembali dengan pemecahan molekul air oleh energi cahaya. Pada reaksi ini juga dihasilkan donor elektron kuat pada kuinon (kompleks pembawa elektron). Kuinon akan melepaskan elektronnya menuju ke +

pompa H yang disebut dengan kompleks sitokrom b6-f, yang menyerupai kompleks +

sitokrom b-ct dalam reaksi respirasi mitokondria. Sitokrom b6-f akan memompa H

ke dalam tilakoid melewati membran tilakoid yang menyebabkan terjadinya gradien elektrokimia sehingga terbentuk ATP oleh ATP sintase


Gambar 9. Fosforilasi nonsiklik. Aliran elektron pada fosforilasi siklik yang

melibatkan fotosistem II dan fotosistem I.

Reaksi fotosintesis dimulai dari penangkapan cahaya oleh fotosistem II yang sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang tertentu (P680). Proton dari caha matahari akan meningkatkan afinitas elektron menjadi dan menaikkan energi yang terkandung dalam elektron. Elektron yang dengan afinitas yang tinggi kemudian tereksitasi menuju molekul pigmen yang afinitasnya lebih rendah. Elektron berenergi

tinggi kemudian berpindah dari satu pigmen cahaya menuju pigmen yang lain hingga mencapai sepasang pigmen P680 di pusat fotosistem. Perpindahan tersebut meningkatkan energi pada elektron. Kekosongan elektron diperoleh kembali dari +

reduksi molekul air oleh enzim menjadi 2 elektron, 2 atom H dan satu atom O. +

Kuinon pada pusat fotosistem II akan melepaskan elektronnya menuju ke pompa H

yang disebut dengan kompleks sitokrom b6-f, yang menyerupai kompleks sitokrom +

b-ct dalam reaksi respirasi mitokondria. Sitokrom b6-f akan memompa H ke dalam tilakoid

melewati

membran

tilakoid

yang

menyebabkan terjadinya

gradien

elektrokimia sehingga terbentuk ATP oleh ATP sintase. Aseptor terakhir dalam reaksi terang adalah fotosistem I. Elektron dari aseptor primer pada fotosistem II diteruskan ke fotosistem I melalui molekul pembawa elektron, yaitu plastoquinone (Pq), complex sitokrom, dan protein plastocyanin (Pc). Transfer elektron tersebut juga melepaskan energi yang digunakan untuk membentuk ATP. Elektron dari Pc diterima oleh aseptor dalam pusat fotosistem I, yaitu sepasang pigmen P700 yang kemudian ditransfer menuju aseptor primer. Dari fotosistem I, elektron kembali ditransfer menuju protein ferredoxin (Fd). Transfer elektron tersebut +

dikalatilis oleh enzim NADP reduktase, menghasilkan NADPH. Molekul NADPH merupakan molekul kaya energi yang siap masik ke dalam proses reaksi selanjutnya, yaitu siklus Calvin. Kloroplas dan mitokondria menghasilkan ATP melalui mekanisme dasar yang sama yaitu kemiosmosis. Ada perbedaan mencolok antara fosforilasi oksidatif pada mitokondria dan fosforilasi pada kloroplas. Pada mitokondria, elektron berenergitinggi yang jatuh menuruni rantai transpor diekstraksi dari molekul organik (yang kemudian menjadi teroksidasi), sedangkan pada kloroplas, sumber elektronnya adalah air. Kloroplas tidak membutuhkan molekul dari makanan untuk membuat ATP, fotosistem kloroplas menangkap energi cahaya dan menggunakannya untuk menggerakkan elektron dari air ke puncak rantai transpor. Untuk dapat memproduksi ekstra ATP, maka kloroplas mampu mengubah reaksi dalam fotosistem I menjadi reaksi siklik yang mampu memproduksi ATP.

Reaksi ini disebut dengan fotofosforilasi siklik karena elektron berenergi tinggi dari fotosistem I akan kembali ke fotosistem I dengan tingkat energy yang rendah. Elektron energi tinggi dalam fotosistem I akan ditransfer dari kompleks ferredoxin menuju ke dalam kompleks sitokrom. Elektron dari komplek sitokrom akan kembali lagi ke dalam kompleks fotosistem I. Di dalam kompleks sitokrom juga berlangsung +

pemompaan H melalui membran tilakoid menuju tilakoid, yang akan meningkatkan gradien proton elektrokimia yang kemudian memacu ATP sintase membentuk ATP. Fofosforilasi siklik hanya melibatkan fotosistem I dan mampu memproduksi ATP tanpa membentuk NADPH maupun O2.


Gambar 10. Fosforilasi siklik. Elektron dari fotosistem I tidak ditransfer menuju

feredoksin sehingga tidak membentuk NADPH

2.

Reaksi Gelap (Siklus Calvin) Siklus Calvin merupakan reaksi anabolisme yang membentuk karbohidrat dari

molekul sederhana dengan menggunakan energi dari ATP. Reaksi ini dikatakan reaksi gelap dikarenakan, dalam membentuk glukosa dari ATP tidak diperlukan cahaya matahari. Pada reaksi gelap, digunakan ATP dan NADPH yang sudah dihasilkan pada reaksi terang. ATP akan digunakan sebagai sumber energi sedangkan NADPH digunakan sebagai sumber elektron berenergi tinggi. Dari siklus Celvin,

dibutuhkan 6 molekul CO2 untuk tiap glukosa/fruktosa dan diperlukan 2 kali putaran untuk menghasilkan 1 molekul glukosa. Siklus Calvin tidak membentuk glukosa secara langsung, melainkan molekul gula gliseraldehyde 3-phosphate (G3P). Gliseraldehid yang terbentuk akan dikeluarkan dari kloroplas melalui triosafosfat translokator, protein utama pada membran luar kloroplas, dan akan dimetabolisme lebih lanjut di dalam sitosol. Siklus Calvin melibatkan beberapa metabolit intermediet dan terdiri atas beberapa reaksi enzimatis yang terjadi di dalam kloroplas. Siklus Calvin dibagi menjadi tiga fase, yaitu fiksasi karbon, reduksi 3-fosfogliserat, dan regenerasi RuBP. Siklus ini memerlukan energi dalam bentuk ATP dan NADPH yang diperoleh dari hasil reaksi terang.


Gambar 11. Siklus Calvin. Terdiri atas tiga tahap; fiksasi karbon, reduksi molekul

3-fosfogliserat, dan regenerasi Ribulosa Bifosfat.

a.

Fiksasi karbon Pada fase ini, tiga molekul CO2 dan tiga molekul gula berkarbon 5 (1,5-

bifosfogliserat) akan dirubah menjadi 6 molekul 3-fosfogliserat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim yang dinamakan ribulosa bifosfat karboksilase/oksigenase (RuBisco). b.

Reduksi molekul 3-fosfogliserat Masing-masing molekul 3-fosfogliserat mengalami penambahan gugus fosfat

menjadi 1,3 bisfosfogliserat. Gugus fosfat diperoleh dari pemecahan ATP menjadi ADP. Molekul 1,3 bisfosfogliserat kemudian direduksi oleh elektron dari NADPH membentuk gliseraldehid-3-fosfat (G3P). Untuk 3 molekul CO2 dihasilkan 6 molekul G3P. Namun hanya satu yang akan diteruskan dalam biosintesis glukosa, sementara kelima sisanya digunakan dalam regenerasi RuBP. Secara keseluruhan, reaksi ini membutuhkan 6 ATP dan 6 NADPH. c.

Regenerasi Ribulosa Bifosfat Pada tahap ini terdapat 3 macam enzim yang terlibat, yaitu aldolase, bifosfatase,

dan transketolase. Untuk menjalankan fase ini dibutuhkan 3 ATP, sehingga untuk setiap sintesis satu molekul gliseraldehid-3-fosfat pada siklus calvin dibutuhkan 9 molekul ATP dan 6 molekul NADPH. Gliseraldehid yang terbentuk akan dikeluarkan dari kloroplas melalui triosafosfat translokator, protein utama pada membran luar kloroplas, dan akan dimetabolisme lebih lanjut d i dalam sitosol. 2.3 Macam-Macam Respirasi

Berdasarkan kebutuhannya terhadap oksigen respirasi dibagi menjadi 2, yaitu: 1. Respirasi aerob Respirasi aerob adalah proses penguraian makanan dengan menggunakan oksigen. Ia berlaku di mitokondria sel. Pada proses respirasi aerob dibagi dalam tiga tahapan, yaitu glikolisis, siklus krebs, dan transfor elektron. Jadi, dari keseluruhan proses katabolisme 1

glukosa melalui respirasi aerobik, dihasilkan 38 ATP, dengan perincian sebagai berikut: Glikolisis

: 2 NADH + 2 ATP

= 8 ATP

Oksidasi dari piruvat : 2 NADH (atau 6 ATP)

= 6 ATP

Siklus Krebs

= 24 ATP

: 6 NADH + 2 FADH + 2 ATP

+

38 ATP Respirasi aerob : C6H12O6 ---- 6 CO2 + 6 H2O + 675 kal + 38 ATP 2. Respirasi anaerob Respirasi anerob adalah proses penguraian glukosa untuk menghasilkan tenaga tanpa menggunakan oksigen. Beberapa organisme seperti bakteria, hewan dan tumbuhan menjalankan proses ini. Respirasi anaerob dapat pula disebut fermentasi atau respirasi intramolekul. Tujuan fermentasi sama dengan respirasi aerob, yaitu mendapatkan energi. Hanya saja energi yang dihasilkan jauh lebih sedikit dari respirasi aerob. Respirasi anaerob: C6H12O6 ------> 2 C2H5OH + 2CO2 + 21 kal + 2 ATP Pernapasan anaerob dapat berlangsung didalam udara bebas, tetapi proses ini tidak menggunakan O2 yang disediakan di udara. Fermentasi sering pula disebut sebagai peragian alcohol atau alkoholisasi. Pada respirasi aerob maupun anaerob, asam piruvat hasil proses glikolisis merupakan substrat.

Gambar 12. Respirasi aerob dan anaerob

(Sumber : http:// http://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.html)

Asam piruvat dalam respirasi anaerob

Gambar 13. Asam piruvat dalam respirasi anaerob

(Sumber : http:// http://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.html)

Asam piruvat dalam respirasi aerob Pembongkaran sempurna terjadi pada oksidasi asam piruvat dalam respirasi aerob. Dari proses ini dihasilkan CO 2 dan H2O serta energy yang lebih banyak , yaitu 38 ATP.

Di bawah ini adalah tabel perbedaan respirasi aerob dan anaerob :

Gambar 14. Tabel perbedaan respirasi aerob dan anaerob.

(Sumber : http:// wonderfullygift.blogspot.com) 2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Respirasi

Laju respirasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain: 1. Ketersediaan substrat

Tersedianya substrat pada tanaman merupakan hal yang penting dalam melakukan respirasi. Tumbuhan dengan kandungan substrat yang rendah akan melakukan respirasi dengan laju yang rendah pula. Demikian sebliknya bila substrat yang tersedia

cukup

banyak

maka

laju

respirasi

akan

meningkat.

2. Ketersediaan Oksigen

Ketersediaan oksigen akan mempengaruhi laju respirasi, namun besarnya pengaruh tersebut berbeda bagi masing-masing spesies dan bahkan berbeda antara organ pada tumbuhan yang sama. Fluktuasi normal kandungan oksigen di udara tidak banyak mempengaruhi laju respirasi, karena jumlah oksigen yang dibutuhkan tumbuhan untuk berrespirasi jauh lebih rendah dari oksigen yang tersedia di udara.

3. Suhu

Pengaruh faktor suhu bagi laju respirasi tumbuhan sangat terkait dengan faktor Q10, dimana umumnya laju reaksi respirasi akan meningkat untuk setiap o

kenaikan suhu sebesar 10 C, namun hal ini tergantung pada masing-masing spesies.

4. Tipe dan umur tumbuhan

Masing-masing spesies tumbuhan memiliki perbedaan metabolsme, dengan demikian kebutuhan tumbuhan untuk berespirasi akan berbeda pada masing-masing spesies. Tumbuhan muda menunjukkan laju respirasi yang lebih tinggi dibanding tumbuhan yang tua. Demikian pula pada organ tumbuhan yang sedang dalam masa pertumbuhan.

BAB III PENUTUP 3.1

Kesimpulan

Respirasi merupakan bentuk katabolisme yaitu reaksi penguraian senyawa yang kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Penguraian suatu senyawa dapat menghasilkan energi. Energi itu berasal dari terlepasnya ikatan-ikatan kimia yang menyusun suatu persenyawaan. Semakin kompleks perseyawaan kimia itu, semakin banyak ikatan kimia yang menyusunnya dan akan semakin besar energi yang dilepaskannya. Akan tetapi, energi itu tidak dapat digunakan secara langsung oleh sel. Energi itu diubah terlebih dahulu menjadi persenyawaan adenosin trifosfat (ATP) yang dapat digunakan oleh sel sebagai sumber energi terpakai. Respirasi dapat terjadi secara aerob maupun anaerob. Faktor-faktor yang mempengaruhi

respirasi,

beberapa

diantaranya

yaitu:

ketersediaan

substrat,

ketersediaan oksigen, suhu, dan umur dan tipe tumbuhan tersebut. 3.2 Saran

Kajian ilmu mengenai proses respirasi dan hubungannya dengan sintesis energi makhluk hidup masih sangat luas dan cukup dalam untuk dapat dikaji lagi. Oleh karena itu dibutuhkan pengetahuan dari berbagai media lainnya guna mendukung diskusi tentang respirasi dan energi ini agar dapat membuat mahasiswa semakin memahami reaksi kimia dan proses biologis yang terjadi di sekitarnya.

Daftar Pustaka Mahmuddin.(2009).

Respirasi

Seluler

atau

Respirasi

Aerob.

http://mahmuddin.wordpress.com.Diakses tanggal 21 Desember 2012. Campbell, Neil A,dkk.(2002).Biologi.Jakarta:Erlangga. Parera, Herens Andreano.(2010).Siklus Krebs.www.scbrid.com.

22

Desember 2012. Lestari,Iis.(2012). Respirasi Sel .http://www.kamusq.com. 30 Desember 2012. Charisma,

Nanik.(2012).

Fotosintesis

dan

Respirasi

Seluler .

http://csbioinformatika.blogspot.com. 30 Desember 2012. Dejavu, Lan.(2010). Katabolisme Respirasi Seluler. http://landejavu.wordpress.com. 30 Desember 2012. Alberts, B., A. Johnson, J.Lewis, M. Raff, K. Roberts, dan P.Walter. 2008. Molecular Biology of The Cell, 5th Edition. Garland science, Taylor & Francis Group, USA. Campbell, N.A., J.B. Reece, L.A.Urry, M.L. Cain, S.A. Wasserman, P.V. Minorsky, dan R.B. Jackson. 2008. Biology, 8th Edition. Benjamin Cummings, San Fransisco. Stern, K.R. 2000. Introductory Plant Biology, eight edition, Mc Graw-Hill Companies, Inc. United State of America.

Makalah Biokimia Respirasi Dan Energi_kel 2

Recommend Documents