RESPIRASI DAN FOTORESPIRASIRESPIRASI DAN FOTORESPIRASI

DefinisiRespirasi adalah proses reduksi substrat organik (utamanya karbohidrat dalam bentuk sukrosa) menggunakan O2 untuk menghasilkan CO2, H2O dan ATP.Proses respirasi juga melibatkan proses transfer elektron melalui komplek multi protein yang menyebabkan terjadinya perbedaan gradien proton antara matrik dan ruang intermembran mitokondria Organel utama : Mitokondria

TAHAPANEmpat tahapan utama respirasiGlikolisisKonversi piruvat ke asetil koenzim ASiklus asam sitratRantai transport elektron

GlikolisisProses katabolisme glukosaJalur pemecahannya ada beberapa macam pada berbagai jenis mikroorganismeEmbden-Meyerhof Pathway umum dilakukan oleh banyak sel, mikroorganisme, kecuali arkheaEntner Doudoroff Pathway mikroorganisme atau arkhea yang kekurangan enzim 6-fosfofruktokinase (key enzyme kunci thd kecepatan pemecahan glukosa pada EMP)Pentosa Phosphat Pathway penting untuk penyediaan gula ribosa pada DNA, RNA, ATP, ADP, NAD+ dan NADP+Methylglyoxal Pathway kekurangan sumber phosphat (E. coli, Clostridia, Pseudomonas)

Tahap awal masuk ke TCAPyruvate (dari glikolisis) dioksidasi dan dua dari tiga karbon akan berikatan dengan Coenzyme A,hasilnya 1 NADH, 1 CO2 and acetyl CoA.Acetyl CoA memberikan 2 karbonnya ke oxaloacetate dengan menghidrolisisair menghasilkancitrate.

Panduan umum TCATCA terdiri dari 8 langkah (tidak termasuk tahap awal)Langkah awal Acetyl CoA (dengan 2C) bergabung dengan oxaloacetate (4C) akan membentuk citrate (6C). Dan seterusnya sehingga setelah melalui beberapa tahap akan kembali ke bentuk oxaloacetat (4C)Dengan menggunakan koenzim dan juga enzim2: NAD+, NADH, FAD+, FADH2, ATP, CO2, H2O, CoA-SH, isocitrate dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase, citrate synthase

Reaksi pendahuluan2. Citrate synthase membentuk sitrat1. PyruvateDehydrogenasemembentuk AcCoA(redox,CO2 dilepas )3. Isomerisasi4. Redox/melepas CO2Isocitrate Dehidrogenase5. Redox/melepas CO26. Pembentukan ATP7. Redox9. Redox8. Hydratasi

RINGKASAN SIKLUS TCA2 Pyr (dari glikolisis) 2 Acetyl CoA2 CO2 dilepas2 NADH + H+ dibentuk

TCA cycleAcetyl CoA masuk, menambahkan grups acetyl (C2) to oxaloacetate (C4) untuk membentuk citrate (C6)CO2 dilepaskan dalam 2 langkahOksidasi/reduksi terjadi dalam 4 langkah to membuat:3 NADH + H+1 FADH2ATP dibentuk secara langsung dalam 1 lsngkshTerjadi 2 putaran siklus TCA untuk 1 glukosa

RINGKASAN: Glycolysis + TCAGlukosa + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4 Pi 6 CO2+ 10 NADHX 3 ATP/NADH =30 ATP+ 10 H ++ 2 FADH2X 2 ATP/FADH2 = 4 ATP+ 4 ATP4 ATP+ 4 H2OTotal =38 ATP

Oxidative phosphorylation .

Oxidative phosphorylation .

Sumber elektron: NADH2/FADH2 dari glicolisis and Siklus KrebsAkseptor elektron yang terakhir adalah O2Fosforilasi oksidatif

Electron Transport

Oxidative phosphorylation O2 (dari pernafasan) akseptor elektron yang terakhirNADH2 3 ATPFADH2 2 ATP

Enzyme Sitokrom oksidase mereaksikan O2 dengan H+ untuk meghasilkan H2OAnimal Physiology, Hill et al., 2004

Teori kemiosmosis : Sintesis ATPPada mitokondria terjadi rantai transfer elektron Proses tersebut bersamaan dengan pemindahan proton dari bagian matriks mitokondria ke ruang antar membran mitokondriaSehingga menciptakan adanya gradient elektrokimia (disamping itu pH di bagian matrik < dari pH di bagian ruang antar membran) Proton berdifusi kembali ke dalam matriks melaui kompleks F0F1-ATP sintase, dan mengkatalis konversi ADP dan Pi menjadi ATP.

Enzim ATP sintaseATP sintase merupakan enzim yang membuat ATPMekanismenya:Berperan sebagai pintu masuknya proton dari inner membran menuju matrik mitokondriaProses transport tersebut menyebabkan terfosforilasinya ADP menjadi ATP.

Beberapa senyawa beracun dapat mempengaruhi proses fosforilasi oksidatif3 mekanisme penghambatannyaMenghambat rantai transport elektron, sehingga elektron tidak bisa bergerak menuju komplek selanjutnyaRotenon menghambat komplek ISianida, azida, CO menghambat sitokrom oksidaseAntimisin A dan miksotiazol menghambat komplek IIIMemblok sistesis ATP, dengan cara menghambat transport H+ melewati ATP sintetase-Oligomycin (antibiotik yang berasal dari fungi)Mengganggu gradien H+ dengan cara membocorkan membran mitokondria sehingga menyebabkan tidak terbentuknya gradien proton-Dinitrophenol (DNP), 0

Beberapa senyawa beracun dapat mengganggu proses fosforilasi oksidatif0Figure 6.11H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+O2H2OPATPNADHNAD+FADH2FADRotenoneCyanide, carbon monoxideOligomycinDNPATP Synthase+2ADP+Electron Transport ChainChemiosmosis12RotenoneCyanide, carbon monoxideOligomycinDNP

Regulasi proses respirasiTergantung keberadaan ADP dan Pi. Adanya ADP dan Pi menyebabkan elektron akan melewati komplek rantai transport di membran mitokondria dengan cepat, kondisi tersebut berlaku sebaliknyaProses respirasi berkaitan dengan kebutuhan energi (ATP) yang sangat berkaitan dengan ketersediaan substrat (utamanya sukrosa),jika energi dibutuhkan dan substrat tersedia maka proses respirasi akan nerlangsung cepat.

FOTORESPIRASIDefinisi Fotorespirasi adalah proses metabolisme yang mengikat O2, memproduksi CO2, tidak dihaksilkan ATP dan menurunkan tingkat fofosintesis.Organel : kloroplas, peroksisom dan mitokondriaTujuan : belum jelas diketahui

Enzim rubisco berperan dalam mengikat O2 (punya aktivitas oksigenase maupun carboksigenase)

Fotorespirasi pada C3, C4 dan CAMFotorespirasi terjadi pada tanaman C3 karena enzim yang mengikat CO2 (rubisco) mempunyai kemampuan untuk mengikat O2 juga.Fotorespirasi tidak terjadi pada tanaman C4 karena enzim yang mengikat CO2 adalah PEP akrboksilase yang tidak bisa mengikat O2. Enzim rubisco berada tersembunyi pada bagian bundle sheat cell yang tidak bisa menjangkau O2Fotorespirasi tidak terjadi pada CAM karena pada siang hari stomata menutup (untuk mengurangi penguapan) sehingga O2 tidak bisa masuk

1920, Otto walburg : kenaikan tingkat O2 eksternal akan menurunkan fotosintesis pd chlorellaPada tanaman C3, tingkat fotosintesis menurun 50% saat [O2] meningkat 21% dibanding normalnya. Tetapi jika [O2] turun

Saat suhu meningkat (pada C3) :- Aktivitas pengikatan Rubp terhadap O2 meningkat dibanding terhadap CO2- Kelarutan CO2 dalam air menurun, sehingga menurunkan rasio keberadaan CO2 dibanding O2.Akibatnya kenaikan suhu 25-40 0C menurunkan tingkat fotosintesisPada tanaman C4, suhu lingkungan 40-50 0C tidak merubah tingkat fotosintesis