terbagi atas

melalui fermentasi

tahapan

melibatkan

tahapan tahapan 
RESPIRASI

Respirasi adalah proses penguraian bahan makanan yang menghasilkan energi. Respirasi dilakukan oleh semua penyusun tubuh, baik sel-sel tumbuhan maupun sel hewan dan manusia. Respirasi dilakukan baik pada siang maupun malam hari. Sebagaimana kita ketahui dalam semua aktivitas makhluk hidup memerlukan energy begitu juga dengan tumbuhan. Respirasi terjadi pada seluruh bagian tubuh tumbuhan, pada tumbuhan tingkat tinggirespirasi terjadi baik pada akar, batang maupun daun dan secara kimia pada respirasi aerobic pada karbohidrat (glukosa) adalah kebalikan fotosintesis. Pada respirasi pembakaran glukosa oleh oksigen akan menghasilkan energy karena semua bagian tumbuhan tersusun atas jaringan dan jaringan tersusun atas sel, maka respirasi terjadi pada sel.
A. Respirasi Aerob
Respirasi adalah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi, baik menggunakan oksigen maupun tidak dari senyawa organik kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam proses tersebut dibebaskan sejumlah energi. Tenaga yang dibebaskan dalam respirasi berasal dari tenaga potensial kimia yang berupa ikatan kimia. Respirasi yang memerlukan oksigen disebut respirasi aerob.
Berdasarkan jalur reaksinya, respirasi aerob dibedakan menjadi dua yaitu respirasi aerob melalui jalur daur krebs dan jalur oksidasi langsung atau jalur pentosa fosfat.
1. Respirasi melalui jalur Siklus Krebs
Respirasi melalu jalur siklus krebs memiliki 4 tahap yaitu glikolisis, pembentukan Asetil Co-A, daur krebs, dan sistem transpor elektron.
a. Glikolisis
Glikolisis merupakan reaksi tahap pertama secara aerob yang berlangsung dalam mitokondria dan hasil akhirnya berupa senyawa asam piruvat. Selain menghasilkan 2 molekul asam piruvat, dalam glikolisis juga dihasilkan 2 molekul NADH2, dan 2 ATP jika tumbuhan dalam keadaan normal atau 3 ATP jika tumbuhan sedang aktif tumbuh. Glikolisis terbagi atas 2 fase dan 10 tahapan, yaitu :

1) Fase 1 meliputi tahap reaksi enzim yang memerlukan ATP, yaitu tahap reaksi dari glukosa sampai dengan pembentukan fruktosa 6-fosfat. Fase 1 ini dimulai dari tahap 1 sampai tahap 5.
a) Tahap 1 Fosforilasi Glukosa
- Reaksi : Glukosa + ATP  glukosa 6 fosfat + ADP + H+
- Reaksi yang irreversibel (tidak dapat balik)
- Dikatalisis oleh heksokinase : transfer gugus fosfat pada molekul heksosa.
b) Tahap 2 Pengubahan glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat
- Reaksi : glukosa 6-fosfat  fruktosa 6 fosfat
- Reaksi yang reversibel (berjalan dua arah/ dapat dibalik)
- Dikatalisis oleh fosfoglukoimerase : perubahan isomer dari aldosa (glukosa 6-fosfat) ke ketosa (fruktosa 6-fosfat)
c) Tahap 3 Fosforilasi fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6 difosfat
- Reaksi : fruktosa 6 fosfat + ATP  fruktosa 1,6 difosfat + ADP + H+
- Dikatalisis oleh fosfofruktokinase (enzim pengatur utama pada glikolisis)
- Reaksi berlangsung irreversibel
d) Tahap 4 Penguraian fruktosa 1,6 difosfat
- Reaksi : fruktosa 1,6 bifosfat  dihydroxyacetone fosfat + gliseraldehid 3-fosfat
- Reaksi reversibel
- Dikatalisis oleh fruktosa 1,6 bifosfat aldolase (aldolase fruktosa difosfat)
e) Tahap 5 Interkonversi Triosa Fosfat
- Reaksi : dihydroxyacetone fosfat  gliseraldehid 3 fosfat
- Dikatalisis oleh Triose Fosfat Isomer
- Reaksi reversibel
2) Fase 2 meliputi tahap reaksi yang menghasilkan energi (ATP dan NADH) yaitu dari gliseraldehid 3-fosfat sampai dengan piruvat (dari tahap 6-sampai tahap 10).
a) Tahap 6 Pembentukan senyawa berenergi tinggi ke I
- Reaksi : gliseraldehid 3 fosfat + Pi + NAD+  1,3 bifosfogliserat + NADH + H+
- Dikatalisis oleh hidroginase gliseraldehida fosfat
- Reaksi yang reversibel
b) Tahap 7 Fosforilasi tingkat substrat ke I
- Reaksi : 1,3 bifosfogliserat + ADP  3 fosfogliserat + ATP
- Dikatalis oleh enzim kinase fosfogliserat untuk ADP menjadi ATP dan 3 fosfogliserat
- Reaksi yang reversibel
c) Tahap 8 Pengubahan 3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat
- Reaksi : 3-fosfogliserta  2-fosfogliserat
- Reaksi yang reversibe
- Dikatalisis oleh enzim fosfogliserat mutase
d) Tahap 9 Pembentukan senyawa berenergi tinggi ke II
- Reaksi : 2-fosfogliserat  fosfoenolpiruvat +H2O
- Dikatalis oleh enolasi menghasilkan fosfoenolpiruvat
e) Tahap 10 Fosforilasi tingkat substrat ke II
- Reaksi : fosfoenolpiruvat + ADP + H+  piruvat + ATP
b. Dekarbosilasi Oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi yang mengubah asam piruvat yang beratom 3 C menjadi senyawa baru yang beratom C 2 buah, yaitu Asetil Co-A. Reaksi dekarboksilasi oksidatif ini (di singkat DO) sering disebut juga sebagai tahap persiapan untuk masuk ke siklus krebs. Reaksi DO ini berlangsung di intermembran mitokondria
Proses dekarboksilasi yang berlangsung di membran luar mitokondria merupakan fase antara siklus krebs sehingga DO sering dimasukkan dalam siklus krebs.
Reaksi oksidasi piruvat hasil glikolisis menjadi asetil Co-A, merupakan tahap reaksi penghubung yang penting antara glikolisis dengan jalur metabolisme lingkar asam trikarboksilat (daur krebs).
Reaksi yang dikatalisis oleh kompleks piruvat dehidrogenase dalam matriks mitokondria melibatkan 3 macam enzim, yaitu piruvat dehidrogenase, dihidrolipoil transasetilase, dan dihidrolipoil dehidrogenase dan 5 macam koenzim yaitu tiaminpirofosfat, asam lipoat, Co-A, flavin adenin dinukleutida, dan nikotiamid adenin dinukleotida yang berlangsung dalam 5 tahap reaksi.

1) Tahap 1
Pada tahap reaksi ini akan dikatalisis oleh enzim piruvat dehidrogenase dan menggunakan tiamin pirofosfat sebagai koenzimnya.
2) Tahap 2
Pada tahap ini α-hidroksietil dehidrogenase menjadi asetil yang kemudian dipindahkan dari tiamin pirofosfat ke atom S dari koenzim yang berikutnya, yaitu asam lipoat, yang terikat pada enzim dihidrolipoil transasetilase. Dalam hal ini gugus disulfida dari asam lipoat menjadi bentuk reduksinya, sulfhidril.
3) Tahap 3
Pada tahap ini, gugus asetil dipindahkan dengan perantara enzim dari gugus lipoil pada asam dihidrolipoat, ke gugus tiol (sulfhidril pada Co-A). Kemudian asetil Co-A dibebaskan dari sistem enzim kompleks piruvat dehidrogenase.
4) Tahap 4
Pada tahap ini gugus tiol pada gugus lipoil yang terikat pada dihidrolipoil transasetilase dioksidasi kembali menjadi bentuk disulfidanya dengan enzim dihidrolipoil dehidrogenase yang berikatan dengan FAD (flavin adenin dinukleotida).
5) Tahap 5
Akhirnya pada tahap terakhir FADH+ (bentuk reduksi dari FAD) yang tetap terikat pada enzim, dioksidasi kembali oleh NAD+ (nikotinamid adenin dinukleotida) menjadi FAD, sedangkan NAD+ berubah menjadi NADH (bentuk reduksi dari NAD+) akan digunakan dalam siklus krebs.
Senyawa hasil dari tahapan glikolisis akan masuk ke tahapan dekarboksilasi oksidatif, yaitu tahapan pembentukan CO2 melalui reaksi redoks dengan O2 sebagai penerima elektronnya.
Pada tahapan ini, asam piruvat (3 atom C) hasil glikolisis dari sitosol di ubah menjadi asetil Co-A (2 atom C) di dalam mitokondria. Hasil akhir dari tahapan ini adalah asetil Co-A, CO2, dan 2NADH.
c. Siklus Krebs
Siklus Krebs adalah proses utama ke dua dalam reaksi pernafasan sel. Siklus Krebs ditemukan oleh Hans Krebs (1900-1981). Siklus krebs terjadi di matriks mitokondria. Daur krebs menghasilkan senyawa antara yang berfungsi sebagai penyedia kerangka karbon untuk sintesis senyawa lain. Selain sebagai penyedia kerangka karbon, daur krebs juga menghasilkan 3NADH2, 1FADH2, dan 1 ATP untuk setiap satu asam piruvat.
Senyawa NADH dan FADH2, selanjutnya akan dioksidasi dalam sistem traspor elektron untuk menghasilkan ATP. Oksidasi 1 NADH menghasilkan 3 ATP, sedangkan oksidasi 1 FADH2, menghasilkan 2 ATP. Berbeda dengan glikolisis, pembentukan ATP pada daur krebs terjadi melalui reaksi fosforilasi oksidatif.
Adapun tahapan-tahapan dalam Siklus Krebs adalah :

1) Kondensasi
Kondensasi merupakan reaksi penggabungan molekul asteil Co-A dengan oksaloasetat membentuk asam sitrat. Enzim yang bekerja dalam reaksi ini adalah enzim asam sitrat sintenase.
2) Isomerase sitrat
Tahapan ini di bantu oleh enzim acotinase, yang menghasilkan isositrat.
3) Produksi CO2
Dengan bantuan NADH, enzim isositrat dehidrogenase akan mengubah isositrat menjadi α-ketoglutara. Suatu molekul CO2 dibebaskan setiap satu reaksi.
4) Dekarboksilasi Oksidatif ke dua
Tahapan reaksi ini mengubah α-ketoglutara menjadi suksinil Co-A. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim α-ketoglutara dehidrogenase.
5) Fosforilasi tingkat substrat
Respirasi seluler menghasilkan ATP dari tahapan ini. Reaksi pembentukan ATP inilah yang dinamakan dengan fosforilasi, karena satu gugus fosfat akan ditambahkan ke ADP menjadi ATP. Pada awalnya, suksinil Co-A akan di ubah menjadi suksinat, dengan mengubah GDP + Pi menjadi GTP. GTP tersebut akan digunakan untuk membentuk ATP.
6) Dehidrogenasi
Suksinat yang dihasilkan dari proses sebelumnya akan di dehidrogenasi menjadi fumarat dengan bantuan enzim suksinat dehidrogenase.
7) Hidrasi dan regenerasi oksaloasetat
Dua tahapan ini merupakan akhir dari tahapan Siklus Krebs. Hidrasi merupakan penambahan atom hidrogen pada ikatan ganda karbon (C=C) yang ada pada fumarat sehingga menghasilkan malat. Malat dehidrogenase mengubah malat menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat yang dihasilkan berfungsi untuk menangkap asetil Co-A, sehingga Siklus Krebs akan terus berlangsung.
Hasil dari Siklus Krebs adalah ATP, FADH2, NADH dan CO2. Siklus akan menghasilkan 2 molekul CO2 yang dilepaskan. Jumlah molekul NADH yang dihasilkan adalah 6 molekul, sedangkan FADH ada 2 molekul.
ATP yang diproduksi secara langsung sebanyak 2 molekul, yang merupakan hasil dari fosforilasi tingkat substrat. FADH2 dan NADH adalah molekul yang digunakan dalam tahapan transpor elektron. Setiap molekul NADH akan dioksidasi lewat trasnpor elektron sehingga menghasilkan 3 ATP permolekul, sedangkan satu molekul FADH2 menghasilkan 2 molekul ATP.
d. Transport Elektron

Pada sistem transport elektron berlangsung pengepakan energi dari glukosa menjadi ATP. Reaksi ini terjadi di dalam mitokondria (krista mitokondria), hidrogen dari siklus Krebs yang tergabung dalam FADH2 dan NADH diubah menjadi elektron dan proton.
Pada sistem transpor elektron ini, oksigen adalah akseptor elektron yang terakhir setelah menerima elektron, O2 akan bereaksi dengan H+ membentuk H2O. Pada sistem ini dihasilkan 34 ATP.
Pada transpor elektron terjadi peromabakan NADH2 dan FADH2 menjadi ATP, dengan 1 NADH dirombak menjadi 3 ATP, dan 1 FADH dirombak menjadi 2 ATP. STE menghasilkan 12 molekul H2O, 34 molekul ATP yang diperoleh dari perombakan 2NADH2 dari glikolisis (2x3 ATP = 6 ATP), 2NADH2 dari dekarboksilasi oksidasi (2x3 ATP = 6 ATP), 6NADH2 dari Siklus Krebs (6x3 ATP = 18ATP), dan 2FADH2 dari Siklus Krebs (2x2 ATP = 4ATP). Sehingga total ATP yang terbentuk pada proses respirasi adalah 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka total bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.
2. Respirasi Aerob Melalui Oksidasi Langsung atau Jalur
Pentosa Fosfat (Hexose Monofosfat = HMS), daur ini diawali dengan proses fosforilasi glukosa dengan fosfor yang berasal dari ATP sehingga terbentuk glukosa 6-fosfat. Selanjutnya, glukosa 6-fosfat dioksidasi dengan NADP terbentuk 6-fosfoglukonat. Tahap selanjutnya 6-fosfoglukonat di dekarboksilasi dan oksidasi dengan NADP sehingga terbentuk ribulosa 5-fosfat. Ribulosa 5 fosfat melanjutkan siklus sehingga terbentuk kembali glukosa 6-fosfat.

Pada daur HMS, setiap keluar 1 CO2, akan dihasilkan NADPH2. Selanjutnya NADPH2 dioksidasi dalam sistem transport elektron . pada daur ini di hasilkan senyawa antara berupa gula, sedangkan pada Siklus Krebs berupa asam organik. Pada daur HMS dihasilkan gula ribosa 6-fosfat (gula beratom C=5) yang merupakan gula penting untuk membentuk nukleotida. Nukleotida merupakan senyawa yang sangat penting karena berperan antara lain sebagai penyusun ATP dan DNA.
B. Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob terjadi bila tidak ada oksigen.Respirasi aerob terjadi di sitoplasma dengan menghasilkan 2 ATP. Dalam respirasi anaerob oksigen berperan sebagai penerima elektron terakhir. Bila peran oksigen di gantikan oleh zat lain, terjadilah respirasi anaerob. Organela-organela dan reaksi-reaksi yang terlibat dalam proses respirasi aerob sama dengan respirasi anaerob. Adapun zat lain yang dapat menggantikan peran oksigen antara lain NO3 dan SO4. Pada organisme tingkat tinggi apabila tidak tersedia oksigen, dapat mengubah energi potensial kimia menjadi energi kinetik melalui proses fermentasi.
1. Fermentasi Alkohol
Fermentasi alkohol merupakan suatu reaksi pengubahan glukosa menjadi etanol (etil alkohol) dan karbon dioksida. Organisme yang berperan yaitu Saccharomyces cerevisiae (ragi) untuk pembuatan tape, roti atau minuman keras.
C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP
2. Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat adalah respirasi yang terjadi pada sel hewan atau manusia, ketika kebutuhan oksigen tidak tercukupi akibat bekerja terlalu berat.
Didalam sel otot, asam laktat dapat menyebabkan gejala kram dan kelelahan. Laktat yang terakumulasi sebagai produk limbah dapat menyebabkan otot letih dan nyeri, namun secara perlahan di angkut oleh darah ke hati untuk diubah menjadi piruvat. Glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat melalui glikolisis, membentuk 2 ATP dan 2 NADH.
3. Fermentasi Asam Cuka
Merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol. Energi yang dihasilkan 5x lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.