Makalah Biokimia Respirasi Dan Energi_kel 2

7/21/2019 Makalah Biokimia Respirasi Dan Energi_kel 2

1/29

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

2014


2/29

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


3/29

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar 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.


4/29

1.2Rumusan Masalah

1. Apa itu respirasi?

2. Bagaimana proses pembentukan energi?

3. Apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi?

1.3Tujuan

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.


5/29

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Definisi Respirasi

Respirasi adalah suatu proses pengambilan O2 untuk memecah senyawa-

senyawa organik menjadi CO2, H2O dan energi. Namun demikian respirasi pada

hakikatnya adalah reaksi redoks, dimana substrat dioksidasi menjadi CO2sedangkan

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.


6/29

Jadi respirasi seluler adalah proses perombakan molekul organik kompleks

yang kaya akanenergi potensial menjadi produklimbah 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 aktivitassel seperti melakukansintesisbiomolekul 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 masing-

masingnya dikatalisis oleh enzim yang berbeda.

Respirasi dapat digolongkan menjadi dua jenis berdasarkan ketersediaan O2di 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.
http://id.wikipedia.org/wiki/Molekulhttp://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_organikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Energi_potensialhttp://id.wikipedia.org/wiki/Limbahhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Katabolik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Selulerhttp://id.wikipedia.org/wiki/Oksigenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Reaktanhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakarhttp://id.wikipedia.org/wiki/Airhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_dioksidahttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_dioksidahttp://id.wikipedia.org/wiki/ATPhttp://id.wikipedia.org/wiki/Selhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sintesishttp://id.wikipedia.org/wiki/Biomolekulhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mekanik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kontraksihttp://id.wikipedia.org/wiki/Otothttp://id.wikipedia.org/wiki/Membranhttp://id.wikipedia.org/wiki/Membranhttp://id.wikipedia.org/wiki/Otothttp://id.wikipedia.org/wiki/Kontraksihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mekanik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Biomolekulhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sintesishttp://id.wikipedia.org/wiki/Selhttp://id.wikipedia.org/wiki/ATPhttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_dioksidahttp://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_dioksidahttp://id.wikipedia.org/wiki/Airhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakarhttp://id.wikipedia.org/wiki/Reaktanhttp://id.wikipedia.org/wiki/Oksigenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Selulerhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Katabolik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Limbahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Energi_potensialhttp://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_organikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Molekul


7/29

(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.
http://wonderfullygift.blogspot.com/2013/01/metabolisme-bakteri.htmlhttp://wonderfullygift.blogspot.com/2013/01/metabolisme-bakteri.htmlhttp://wonderfullygift.blogspot.com/2013/01/metabolisme-bakteri.html


8/29


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 FADH2akan 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.


9/29

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.


10/29


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


11/29

Pada fosforilasi tingkat substrat, dihasilkan 2 ATP dari proses glikolisis dan 2

ATP dari siklus Krebs. Pemecahan glukosa hanya melepas seperempat energi yangterkandung 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


12/29

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 -ketoglutaric acid

melepaskan CO2dan mereduksi NAD+menjadi NADH. -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 FADH2dan 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


13/29

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+. FMNH2kemudian 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.


14/29


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

bebas yang dihasilkan dalam proses rantai transfer elektron. Elektron

dari NADH dan FADH2akan berpindah secara urut.

Gambar 6. Rantai Transpor Elektron


15/29

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.).


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

membran menuju ke membran dalam mitokondria.


16/29

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 CO2dan 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.


17/29


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 molekulglukosa 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

CO2membutuhkan 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).


18/29


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

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

gelap)

1.

Reaksi TerangReaksi 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 dalam pusat fotosistem.

Fotosistem mengkonversi energi cahaya ke dalam energi kimia. Kompleks

fotosistem menangkap cahaya dan menggunakannya untuk memecah elektron dari


19/29

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


20/29

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 berenergi-

tinggi 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.


21/29


22/29

dibutuhkan 6 molekul CO2untuk 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.


23/29

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 CO2dihasilkan 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 di 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


24/29

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 : 6 NADH + 2 FADH + 2 ATP = 24 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.
http://www.geocities.com/ifilixu/laman61.htmhttp://www.geocities.com/ifilixu/laman61.htm


25/29

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 CO2 dan H2O serta energy yang lebih banyak , yaitu 38

ATP.
http://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.html


26/29

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.
http://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.htmlhttp://garnisah.blogspot.com/2011_11_01_archive.html


27/29

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

kenaikan suhu sebesar 10oC, 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.


28/29

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.


29/29

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

Documents

Transcript of Makalah Biokimia Respirasi Dan Energi_kel 2