Respira Sit Um Buh An

25

Transcript of Respira Sit Um Buh An

RESPIRASI

Agar tumbuhan dapat mempertahankan hidupnya mereka harus mampu

menyediakan energi secara berkeseimbangan. Energi ini didapat dengan cara

menyadap energi kimia yang terbentuk dalam molekul organik yang disintesis dalam

fotosintesis. Proses pelepasan energi guna menyediakan energi bagi kehidupan

sel/tumbuhan tersebut dikenal dengan istilah Respirasi.

Biasanya respirasi sel - sel tumbuhan berupa oksidasi molekul organik

oleh oksigen (O2) dari udara, membentuk karbondioksida (CO2) dan air (H2O) di

samping energi sekitar 686 k. kalori.

C6H12Oe + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 686 k. kalori.

Respirasi bukanlah reaksi sederhana seperti yang digambarkan di atas.

Respirasi merupakan reaksi dalam banyak tahap, pada masing - masing tahap

dikatalisis oleh enzim yang cocok dalam proses Oksidasi - Reduksi yang

panjang, menghasilkan energi dalam bentuk molekul -molekul ATP (Adenosin Tri

Posphat).

REAKSI OKSIDASI - REDUKSI

Respirasi yang sering juga disebut proses biooksidasi adalah suatu

rangkaian proses oksidasi - ruduksi yang panjang. Oksidasi adalah proses

pengambilan elektron dari suatu senyawa, yang di dalam sel biasanya diikuti

dengan pengambilan hidrogen (H2). Sebaliknya Reduksi suatu senyawa adalah

proses penambahan elektron kepada suatu senyawa yang di dalam sel

biasanya diikuti dengan penambahan hidrogen. Proses oksidasi reduksi dapat

dituliskan dalam suatu reaksi sebagai berikut.

Oksidasi(-elektron)

A BReduksi(+Elektron)

Jika dalam suatu reaksi satu gugusan mengalami oksidasi, maka harus ada

gugusan lain yang mengalami reduksi, seperti contoh reaksi berikut ini.

A+B A(teroksidasi) + B (tereduksi)

Dalam reaksi kimia proses respirasi aerob terjadi reaksi sebagai berikut.

Zat Organik + O2 CO2 + H2O + Energi

Reaksi ini sesungguhnya terdiri dari dua proses yaitu proses oksidasi dari zat

organik menjadi CO2, dan proses reduksi dari O2 menjadi H2O.

Reaksi oksidasi zat organik dapat berlangsung melalui suatu proses

pembakaran biasa, atau dapat pula dengan bantuan enzim - enzim tertentu.

Hasil akhir dari proses pembakaran biasa dan reaksi dengan katalisator enzim

adalah sama, tetapi kedua sistem tersebut mempunyai perbedaan prinsip sebagai

berikut.

(1) Pada sistem pembakaran biasa hasil akhir tidak terjadi secara bertahap dari

satu degradasi ke degradasi lain, melainkan langsung di rombak dan

sekalian menghasilkan panas yang tinggi (kayu api dibakar). Sedang

dengan pertolongan enzim, hasil akhir dicapai secara bertahap melalui

tahapan yang teliti.

(2) Energi yang dihasilkan dari reaksi pembakaran biasanya tidak digunakan,

sedang energi yang dihasilkan oleh enzim akan ditangkap kembali, kemudian

dilepaskan, ditangkap lagi dan seterusnya. Reaksi yang bersifat endortermik

seimbang dengan eksotermik, sehingga tubuh selalu berada dalam keadaan

steade state (seimbang).

(3) Pada sistem pembakaran biasanya diperlukan panas yang tinggi yangh

digunakan sebagai energi aktifasi sedangkan dalam reaksi dengan enzim

energi aktivitasnya dapat dirurunkan, sehingga reaksi dapat terjadi pada

suhu kamar atau suhu yang lebih rendah, bahkan mungkin terjadi pada

suhu pembekuan.

Dalam reaksi oksidasi - reduksi terjadi proses pelepasan dan

penangkapan elektron. Bahan yang teroksidasi akan melepaskan elektron juga

disebut donor elektron atau donor hidrogcn. sedang bahan/zat tereduksi juga

disebut akscptor elektron atau akscptor hidrogen. Yang berperan sebagai

pembawa elektron tersebut dari donor elektron ke akseptor elektron adalah

koenzim seperti NAD, FAD dan Sitokrom yaitu suatu heme yang mengandung inti

besi (Fe) dan terikat dengan protein (Sitokrom - a, Sitokrom - b, Sitokrom - c dan

lain - lain).

Biooksidasi (respirasi) merupakan rangkaian dari reaksi - reaksi enzim

yang mengangkut oksidasi dari substrat dan reduksi molekul oksigen dalam suatu

sistem angkutan elektron yang secara umum dapat digambarkan sebagai berikut.

substrat Hasil

Dehidrogen

Flepoprotein

Sitokorom

SitrokomOksidase

O--

NADP

FADH2

Fe+++

Fe++

NADP + H2

FAD

Fe++

Fe+++

2H+

H2O

(Skema Sistem pengangkutan Elektron, diambil dari Winarno, 1979)

ENZIM

Sel - sel hidup merupakan fabrik - fabrik kimia bergantung energi yang

harus mengikuti hukum - hukum kimia. Reaksi - reaksi kimia yang berlangsung

dalam sel hidup secara keseluruhan disebut metabolisme. Ribuan reaksi

berlangsung dalam tiap sel, sehingga metabolisme merupakan proses yang

kompleks tetapi teratur dan mengesankan. Melalui metabolisme sel mampu

membentuk berbagai senyawa dan bahan dasar pembentukan organela -

organela dan struktur - struktur lain yang terdapat dalam sel. Tumbuhan juga

menghasilkan sejumlah senyawa kompleks yang disebut metabolit sekonder.

yang mungkin berperan melindungi tumbuhan terhadap insekta, bakteri, jamur

dan patogen lain. Tumbuhan juga menghasilkan vitamin yang berguna bagi

tumbuhan itu sendiri dan mahluk lain (hewan, manusia), hormon yang

mengontrol dan mengkoordinasi proses pertumbuhan dan perkembangan.

Seluruh kegiatan metabolisme tersebut dibantu oleh enzim yang berperan

sebagai biokatalisator. yang dapat mempercepat reaksi antara 108 - 10 20 kali.

Enzim tidak tercampur merata di seluruh sel, tetapi terdapat dalam kompartemen

-kompartemen. Enzim untuk fotosintesis terdapat pada kloroplas, untuk

respirasi pada mitakondria dan Sitosal, untuk sistesis DNA, RNA dan mitosis

pada inti. Pengelompokkan enzim dalam kompartemen meningkatkan efisiensi

proses - proses seluler dengan alasan sebagai berikut.

(1) Membantu memastikan bahwa konsentrasi reaktan cukup di tempat

enzim tersebut terdapat.

(2) Membantu memastikan bahwa satu senyawa diarahkan menjadi hasil yang

diperlukan, dan tidak dialihkan ke jalur lain oleh kerja enzim lain yang

berkompetensi yang juga dapat bekerja pada senyawa itu di tempat lain

dalam sel.

Pengelompokan enzim dalam kompartemen-kompartemen tidak mutlak.

Misalnya, membran yang mengelilingi kloroplas memungkinkan beberapa

gula-fosfat yang dihasilkan fotosintesis, keluar. Senyawa itu kemudian digunakan

oleh sejumlah enzim di luar kloroplas dilibatkan dalam sintesis dinding sel dan

respirasi yang penting untuk tubuh dan pemeliharaan tumbuhan tersebut.

SIFAT - SIFAT ENZIM

Beberapa sifat umum enzim adalah sebagai berikut.

(1) Enzim aktif dalam jumlah yang sangat kecil. Parameter pengukurannya

adalah angka turnover, yaitu banyaknya molekul substrat yang diubah

menjadi produk tiap menit oleh 1 gram mol enzim. Dalam reaksi biokomia

hanya diperlukan sejumlah kecil enzim guna mengubah substrat yang

banyak.

(2) Enzim adalah katalis mumi. tidak terpengaruh oleh reaksi yang dipercepatnya.

Karena sifat protein dari enzim, aktivitasnya dipengaruhi oleh temperatur,

pH dan lain - lain. Pada kondisi yang dianggap tidak optimum, suatu enzim

merupakan senyawa relatif tidak stabil dan dipengaruhi oleh reaksi yang

dikaliskan.

(3) Meskipun enzim mcmpercepat reaksi, tetapi enzim tidak mempengaruhi

keseimbangan reaksi yang terjadi. Harap diperhatikan bahwa reaksi dalam

sel umumnya bersifat bolak - balik

(4) Kerja katalis enzim spesifik. artinya untuk substrat tertentu diperlukan enzim

RO O 2→ RO

tertentu pula.

(5) Beberapa macam enzim dapat bekerja terhadap substrat tertentu dan

menghasilkan produk yang sama. Kelompok enzim semacam ini disebut

isozim atau isoenzim. Keuntungan adanya isozim adalah masing - masing

jenis enzim dapat memberikan tanggapan yang berbeda dalam lingkungan

yang berbeda. Isozim dapat terdapat pada sel yang berbeda, atau pada sel

yang sama.

NOMENKLATUR ENZIM

Sampai saat ini telah ditemukan lebih dari 4500 enzim dalam organisme

hidup. Dan jumlah ini akan terus bertambah. Dalam pemberian nama

biasanya didasarkan atas nama substrat yang ditindaknya, atau tipe reaksi

yang dikalisisnya ditambah akhiran - ase. Contoh protease, karbohidrase, lipase,

oksidase, reduktase.

International Union of Biochemistry memberi nama yang lebih panjang

dan lebih deskriptif atas kerja enzim tersebut. Misal, enzim Sitokrom - oksidase,

diberi nama : Sitokrom C : D2 Oksidoreduktase. yang menunjukkan bahwa

sitokrom tertentu yang elektronnya diambi] itu adalah tipe-C dan molekul oksigen

adalah akseptor elektron, kerja oksidasi - reduksi.

2.1.2.3 KLASIFIKASI ENZIM

Klasifikasi enzim secara sederhana didasarkan atas tipe reaksi kimia yang

diklasisnya. Klasifikasi yang dimaksud adalah sebagai berikut.

(1) Enzim Hidrolisis

Enzim hidrolisis mengkatalisis penambahan air ke ikatan spesifik dari

substrat. Karena sebagian besar reaksi hidrolisis dapat balik, maka enzim hidrolisis

juga dapat disebut enzim kondensasi atau sintesis.

HOH

R 1 CO-OR 2 R1COOH + R2OH

(Contoh enzim ini antara lain , esterase, karbohidrase, protease.

(2) Enzim Oksidasi - Reduksi

Enzim ini mengkatalisis pengambilan atau penambahan hidrogen, oksigen

atau elektron dari atau ke substrat, melalui proses oksidasi atau reduksi.

RH 2 A→ R AH 2

1

2

R 2→ R 3 e−

2

+

Enzim ini menepati posisi utama dalam metabolisme sel. Contoh, enzim

dihidrogenasi dan oksidase.

(3) Fosforilase

Enzim ini mengkatalisis pemecahan secara fosforolisis suatu ikatan

spesifik pada suatu substrat. Reaksi ini dapat bolak - balik. Aktivitas enzim ini

analog dengan enzim hidrolisis, kecuali yang ditambahkan asam fosfat dan bukan

air. Contoh :

fosforilase

Amilum + Pi Glukosa – 1 fosfat

(4) Transferrase

Enzim ini mengkatalisis pemindahan satu gugus daii satu molekul donor

ke satu molekul akseptor. Kelompok enzim ini adalah transglikosidase,

transpeptidase, transaminase, transmetilase dan transasilase. Contoh :

AsamGlutamat +

Asama-oksaloasetat

Asama-ketoglutarat

Asamaspartat

(5) Karboksilase

Enzim ini mengkatalisis pengembalian atau penambahan karbondioksida.

Contoh .

glutamat dikarboksilaseAsam glutamat Asam -aminobutirat + CO2

(6) Isomerase

Enzim ini mengkatalisis perubahan gula aldose menjadi gula ketose. Misalnya

perubahan glukosa - 6 - fosfat menjadi fruktose - 6 - fosfat.

7) Epimerase

Enzim ini mengkatalisis perubahan satu gula atau satu derivat gula menjadi

epimernya.

Misalnya pada epimerisasi Xilulosa - 5 - fosfat —> Ribulosa - 5 - fosfat.

KOFAKTOR : AKTIVATOR, GUGUS PROSTETIK DAN KOENZIM

Kofaktor adalah komponen enzim yang bersifat non-protein yang

berfungsi mengaktifkan enzim. Sifatnya stabil terhadap perubahan suhu atau

logam. Misal FAD yang mengandung riboflavin (Vitamin B2) yang

suatu reaksi. Kofaktor dibedakan menjadi tiga tipe yaitu , aktivator, gugus

prostetik dan ko-enzim.

(1) Aktivator

Aktivator adalah ion - ion anorganik yang biasanya berikatan lemah dengan

suatu enzim. Contoh beberapa logam berperan sebagai aktivator dalam

sistem enzim adalah Cu, Fe, Mn, Zn, Ca, K dan Co.

(2) Gugus Prostetik

Gugus prostetik berikatan erat dengan enzim (protein) oleh ikatan kovalen.

Gugus prostetik dapat berupa senyawa organik tertentu, vitamin atau ion

B

merupakan bagian FAD yang menerima atom Hidrogen. Ion logam kita

dapatkan pada sitokrom sebagai pembawa elektron misalnya Fe. Pada waktu

melepas besi tereduksi menjadi Fe2+, pada waktu melepas elektron,

teroksidasi menjadi Fe3+

(3) Koenzim

Enzim yang tidak mempunyai gugus prostetik, memerlukan senyawa organik

lain untuk aktivitasnya juga disebut koenzim. Koenzim tidak melekat erat pada

bagian protein enzim. Contoh NAD, NADP, Koenzim-A, ATP.

AH2(donor hidrogen)

A(substrat teroksidasi)

NAD

NADH2(koenzim)

BH2(substrat tereduksi)

B(akseptor hidrogen)

Gambar 2.1 mekanisme kerja koenzim

MEKANISME KERJA ENZIM

Dalam suatu reaksi kimia senyawa A menjadi B yang terjadi secara

spontan (tanpa enzim), maka disini terjadi hal - hal sebagai berikut.

Pada molekul A pada suhu tertentu terdapat energi kinetik rata - rata

tertentu. Meskipun sebgaian besar molekul mempunyai energi Idnetik rata -

rata, beberapa molekul ada yang mempunyai energi kinetik lebih tinggi dan atau

lebih rendah dari energi kinetik rata-rata tersebut akibat molekul - molekulnya

saling bertumbukan. Karena reaksi perubahan A menjadi B secara spontan,

energi kinetik rata - rata molekul A lebih tinggi dari energi kinetik rata - rata B.

Karenanya molekul - molekul A yang kaya energi mampu bereaksi dan diubah

untuk menjadi molekul -B. Energi di atas rata - rata yang diperlukan untuk

bereaksi dan diubah menjadi B disebut energi aktivasi.

Enzim bekerja menurunkan energi aktivasi suatu reaksi. Sehingga

bila perubahan molekul A ke B di sertai enzim, akan menyebabkan A lebih

banyak berubah menjadi B. Enzim meningkatkan kecepatan reaksi keseluruhan

tanpa mengubah suhu reaksi.

Gambar 2.2. Mekanisme kerja enzim (sumber: Salisbury & Ross, 1995)

Dalam proses enzimasi, enzim dan substrat berkombinasi sementara

membentuk kompleks enzim substrat. Terbentuknya kompleks enzim substrat

dihipotesakan oleh Fischer bahwa tempatnya enzim dan substrat terjadi persatuan

yang kaku seperti kunci dan anak kunci. Substrat adalah kunci yang bentuknya

komplemen dan enzim adalah anak kunci. Bagian enzim tempat substrat

berkombinasi disebut tempat aktif.

Setelah kompleks enzim - substrat terbentuk, kompleks diaktifkan

membentuk hasil reaksi yang berbeda dengan substrat asal. Hasil yang terbentuk

tidak sesuai lagi dengan tempat aktif enzim, mereka lalu dilepas, dan tempat aktif

tersebut siap menerima molekul substrat yang baru.

Gambar 2.3 Model tempat aktif dari cara kerja enzim. (Hipotesis kunci dan anak kunciFischer).

Berbeda dengan susunan tempat aktif yang kaku, Koshland

menggambarkan bahwa enzim dan tempat aktifhya merupakan struktur yang

secara fisik lebih fleksibel. Antara enzim dan substrak terjadi interaksi dinamis.

Jika substrat substrat berkombinasi dengan enzim, substrat menginduksi

perubahan-perubahan dalam struktur (konfirmasi) tempat aktif enzim, sehingga

fungsi katalisis enzim berlangsung efektif. Teori ini disebut hipotesis induced fit

(hipotesis sesuai terinduksi).

Gambar 2.4 Model tempat aktif dan kerja enzim menumt hipotesisinduced-fit dari koshland.

INHIBITOR ENZIM

Banyak substrat asing menghambat pengaruh/kerja katalisis enzim.

Senyawa tersebut dapat berupa zat anorganik (beberapa kation logam) atau

senyawa organik, senyawa asing ini disebut inhibitor enzim.

Inhibitor enzim dibedakan menjadi dua yaitu : inhibitor kompetitif dan inhibitor non-

kompetitif. Inhibitor kompetitif umumnya mempunyai struktur hampir sama dengan

substrat, sehingga mampu bersaing berikatan dengan tempat aktif enzim.

Apabila hal ini terjadi makalaju reaksi ensinasi akan menurun. Upaya

mengatasinya dapat dengan penambahan lebih banyak substrat asli. Contoh

malonat terhadap kerja enzim suksianat dihidrogenase.

Inhibitor non-kompetitif tidak mempunyai struktur yang serupa dengan

substrat, dan dapat membentuk kompleks enzim inhibitor pada tempat yang

bukan tempat aktif enzim. Inhibitor ini menyebabkan adanya perubahan struktur

enzim, sehingga walaupun substrat asli berikatan dengan enzim, katalisis tidak

dapat berlangsung, contoh sianida yang mengjkat ion Fe pada sitokrom

FAKTOR - FAKTOR YANG MEMPENGARUHI AKTIVITAS

ENZIM

Dari beberapa uraian di atas dapat disimpulkan tentang faktor -

faktor yang mempengaruni aktivitas enzim adalah sebagalberikut.

(1) Konsentrasi Substrat

Makin tinggj konsentrasi substrat, aktivitas enzim berbanding lurus dengan

penambahan substrat sampai setengah kecepatan maksimal. Setelah itu

kecepatan mulai tidak banyak dipengaruhi lagi sesuai dengan tahapan

Michaelis - Menten. V

2) Konsentrasi enzim

Selama substrat cukup, penambahan konsentrasi enzim secara teoritis akan

mempercepat reaksi enzimasi

(3) Temperatur

Karena enzim tersusun atas protein, maka mereka sangat sensitif terhadap

perubahan temperatur. Keniakan temperatur mula - mula akan menaikan

kecepatan reaksi sesuai hukum Van Hoff. Tetapi apabila protein mengalami

denaturasi maka kerja enzim akan turun/terhenti. Idem pada suhu rendah.

Enzim aktifnya mempunyai batas suhu minimal dan maksimal.

(4) pH

Perubahan pH juga dapat menyebabkan terjadinya denaturasi sehingga

enzim kehilangan aktivitasnya. Perubahan pH lebih sensitif dari pada

perubahan temperatur terhadap kerja enzim, karena enzim tersusun dari

protein yang bersifat bipolar, mudah melepas atau menerima ion, sehingga

aktivitasnya menurun.

(5) Adanya inhibitor yang bersifat kompetitif atau non-kompetitif seperti yang

telah diuraikan dimuka.

GLIKOLISIS DAN SIKLUS KREBS

Pada umumnya substrat respirasi adalah karbohidrat dengan glukosa

sebagai molekul pertama. Reaksi respirasi (biooksidasi) berlangsung dalam

empat tahapan yaitu glikolisis. dikarboksilasi oksidatif piruvat. daur asam sitrat

(siklus Krebs). dan oksidasi terminal dalam rantai respiratoris.

GLIKOLISIS

Glikolisis merupakan serangkaian reaksi yang menguraikan satu molekul

glukosa menjadi dua molekul asam piruvat. Jalur reaksi ini juga disebut jalur

Embden - Meyerhoff –Parnas (EMP) Jalur ini juga merupakan dasar dari respirasi

anaerobik atau fermentasi.

C6H12O6

(Hexosa)

2C3H4O3

(As. piruvat)

+ 4-H

Glikolisis berlangsung dalam sitoplasma, tidak memerlukan oksigen, dan

terjadi dalam dua fase utama yaitu fase persiapan dan fase oksidasi. Pada fase

persiapan glukosa diubah menjadi dua senyawa tiga-karbon (gliseraldehid - 3 - P

dan dihidroksiaseton - P), dan pada fase oksidasi kedua senyawa tiga karbon

tersebut diubah menjadi asam piruvat, seperti nampak pada bagan reaksi

(gambar 2.4).

Jumlah ATP yang dihasilkan pada glikolisis adalah sebagai berikut.

(1) Pada fase persiapan digunakan 2-ATP untuk setiap molekul glukosa yang

akan diubah menjadi dua molekul senyawa tiga karbon.

(2) Dalam fase oksidasi dibentuk 4-ATP, sehingga dalam seluruh jalur glikolisis

untuk setiap molekul glukosa menjadi 2-molekul asam piruvat (tanpa O2)

dihasilkan keuntungan 2-mol. ATP bersih.

Tetapi bila diperhitungkan energi yang dihasilkan berupa NADHz yang setara

dengan 3-ATP (untuk 1-mol asam piruvat) maka dalam seluruh rangkaian glikolisis

dihasilkan

2 ATP + (3 ATP x 2) = 8-ATP.

DEKARBOKSILASI OKSIDATIF PIRUVAT

Pada glikolisis tanpa diperlukan O2, glukosa diubah menjadi asam piruvat.

Apabila tersedia cukup oksigen atau dalam respirasi aerobik, asam piruvat

akan mengalami dekarboksilasi oksidatif membentuk asetil - S.KoA. Reaksi

ini sangat kompleks dan memerlukan beberapa kofaktor dan suatu komplek

enzim. Kofaktor yang diperlukan adalah tiamin pirofosfat (TPP), NAD. Koenzim

A (Ko A-SH), dan asam lipoat.

Proses reaksinya dapat digambai kan sebagai berikut.

(1) TPP + As. Piruvat

(2) Kompleks TPP + As. Lipoat

(teroksidasi)

Kompleks TPP + CO2

Kompleks asetil - As. Lipoat

(3) Kompleks Asetil - As lipoat + KoA Asetil KoA + asam lipoat

(4) As.Lipoat + NAD

(tereduksi)

Asm. lipoat + NADH2

(teroksidasi)

NADH2 yang terbentuk akan diteruskan ke rantai respiratoris (lihat sistem

angkutan elektron dalam biooksidasi), akan menghasilkan tiga molekul ATP.

Proses dikarboksilasi - oksidatif asam peruvat menjadi asetil - S Ko.A ini

berlangsung dalam mitokondria.

DAUR ASAM SITRAT (DAUR KREBS).

Asetil - S KoA merupakan mata rantai penghubung antara glikolisis dan

daur Krebs. Daur Krebs terjadi dalam mitokondria melalui langkah/rangkaian

reaksi seperti pada bagan/Gambar : 2.5.

Reaksi pertama daur Krebs adalah kondensasi asetil - KoA dengan asam

Oksaloasetat membentuk asam sitrat dan membebaskan KoA dengan bantuan

enzim kondensasi.

Melalui serangkaian reaksi yang melibatkan empat oksidasi dan tiga

molekul H2O (satu molekul digunakan dalam reaksi kondensasi), asam oksalat

diregenerasi dari asam sitrat dengan melepaskan dua molekul CO2 dan delapan

atom H. Oksidasi pertama pada daur Krebs terjadi dalam perubahan asam

isositrat menjadi a - ketoglutarat. Oksidasi kedua terjadi pada perubahan asam a

- ketoglutarat menjadi suksinil - KoA. Oksidasi ketiga terjadi pada reaksi asam

suksianat menjadi asam fiimarat. Qksidasi keempat terjadi pada pengubahan

asam malat menjadi asam oksaloasetat. Dalam keempat oksidasi tersebut, empat

pasang ion H + dan empat pasang elektron diambil dari senyawa perantara daur.

Tiga dari pasangan ion H + dan elektron digunakan untuk mereduksi piridin

nukleotida, dan sepasang ion H + dan elektron digunakan untuk mereduksi gugus

prostetik FAD dari suksianat dehidrogenase.

Gambar 2.5 Bagan Tahapan Glikolisis (sumber: Enger & Ross, 2003)

Gambar : 2.5 Siklus asam sitrat (siklus Kreb, sumber: Salisbury & Ross, 1996)

OKSIDASI TERMINAL DALAM RANTAI RESPIRATORISPada sistem angkutan elektron yang telah diuraikan di depan, H + yang

dilepas oleh substrat melalui proses oksidasi- reduksi yang panjang dengan

bantuan NAD, FAD, dan sitokrom, akan berikatan (diambil), oleh akseptor

elektron yaitu oksigen membentuk senyawa H2O (air).

Tiga ATP dibentuk untuk setiap NADH2 dan dua ATP untuk setiap

FADH2 dalam sistem angkutan elektron tersebut (rantai respiratoris) juga disebut

fosforilasi oksidatif biologis. Dalam proses oksidasi biologi memang mempunyai

dua fungsi yaitu menghasilkan energi dan mensuplai senyawa antara untuk

sintesis. Jika dihitung jumlah ATP yang dihasilkan oksidasi biologis untuk satu

molekul glukosa dalam siklus Krebs akan didapat sebanyak 38 mol. ATP, dengan

rincian sebagai berikut.

(1) Pada tahap persiapan glikolisis diburuhkan 2-ATP.

(2) Pada tahap oksidasi dihasilkan 10 ATP sehingga dari tahap (1) dan (2)

dihasilkan ATP bersih sebanyak - 8 ATP.

(3) Memasuki tahapan dekarboksilasi oksidatif piruvat dan daur Krebs untuk

satu mol. Asam piruvat dihasilkan 15 ATP, sehingga untuk satu mol glukosa

dihasilkan 30 ATP.

(4) Jumlah keseluruhan ATP yang dihasilkan dalam rantai respiratoris aerob

dari glukosa sebanyak - 38 ATP.

FERMENTASI

Fermentasi adalah proses penghasil energi utama dari berbagai

mikroorganisme yang bersifat anaerob. Sifat anaerob ada yang bersifat obligat

(absolut) artinya mokroorganisme tersebut akan mati bila diberi oksigen. Ada yang

bersifat anaerob fakultatif yaitu mereka dapat hidup dengan atau tanpa aksigen.

Dalam kondisi anaerob, asam piruvat tidak diubah mcnjadi Asetil - KoA,

tetapi mereka akan berubah menjadi etanol dengan reaksi sebagai berikut.

Enzim yang mengkatalisis adalah karboksilase dan dehidrogenase. Dalam reaksi

ini untuk 1-mol asam piruvat menjadi etanol dibutuhkan 1-mol NADH2 (3-ATP).

Sehingga untuk mengubah 2-mol. glukosa menjadi 2 mol piruvat dan 2-mol

etanol dibutuhkan 6-ATP. Dalam rangkaian glokolisis dihasilkan 8 ATP.

Sehingga dalam fermentasi glukosa menjadi alkohol hanya dihasilkan 2 -

ATP. Dengan kata lain fermentasi merupakan penghasil energi yang tidak

efisien.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHl RESPIRASI

(1) Substrat

Respirasi bergantung pada tersedianya substrat terutama dalam bentuk

karbohidrat (amilum, glukosa). Pada tumbuhan yang persediaan

kabohidratnya rendah, rspirasinya juga rendah. Daun - daun yang ada

pada bagian yang tersembunyi dari cahaya yang berarti proses

pembentukan karbohidrat melalui fotosintesis rendah, menunjukkan

adanya respirasi yang lebih rendah dari daun dibagian pucuk (yang banyak

kena cahaya). Apabila karbohidrat kurang, cadangan makanan lain

(protein, lemak) dapat dioksidasi hanya harus melalui proses yang lebih

panjang.

(2) Temperatur

Seperti halnya kerja enzim, respirasi juga dipengaruhi oleh temperatur.

Pada Oo C kecepatan respirasi sangat rendah. Kenaikan temperatur

sampai 35 o C atau 45o C akan meningkatkan kecepatan respirasi. Tetapi di

atas temperatur tersebut kecepatannya mulai menurun, karena enzim -

enzim yang diperlukan mulai ada yang mengalami denaturasi.

3) Oksigen

Karena oksigen berfungsi sebagai terminal penerimaan elektron pada daur

Krebs, maka bila konsentrasinya rendah respirasi aerob dan anaerob dapat

berlangsung bersamaan. Bila oksigen kadarnya dinaikkan maka respirasi

aerob akan berjalan lebih cepat, sedang respirasi anaerob akan terhenti.

Peristiwa ini disebut efek Pasteur.

Pengaruh oksigen terhadap respirasi tidak sama untuk spesies tumbuhan

berbeda, malahan berbeda untuk organ - organ yang berbeda pada

tumbuhan yang sama. Misalnya batang dan akar karena afinitas sitokrom

oksidase pada mitokondria organ tersebut terhadap oksigen tinggi,

mereka dapat mempertahankan laju respirasi pada konsentrasi O2 sekitar

0,05 % dari yang terdapat di udara bebas.

(4) Umur dan tipe jaringan

Respirasi pada jaringan muda lebih kuat dari pada jaringan tua. Pada

jaringan yang berkembang (tumbuh) respirasi lebih tinggi dari jaringan yang

sudah matang. Hal ini logis, karena respirasi merupakan penghasil energi

untuk pertumbuhan dan aktivitas dalam sel.

Pada perkembangan buah muda, laju respirasi tinggi. Kemudian berangsur

menurun sesuai tingkat kematangannya. Namun dalam banyak spesies

(apel) menurunnya secara berangsur angsur respirasi aerob, diikuti dengan

meningkatnya respirasi anaerob, yang disebut klimakterik. Klimakterik

biasanya bertepatan dengan masaknya dan timbulnya flavor (aroma) buah

tersebut. Buah jenis ini dapat tahan lama setelah dipetik. Beberapa buah

seperti jeruk, anggur dan nenas tidak menunjukkan klimakterik. Sehingga

jenis buah ini tidak tahan disimpan.

(5) Kadar garam anorganik dalam medium

Jaringan atau tumbuhan yang dipindahkan dari air ke larutan garam akan

menunjukkan kaniakan respirasi. Respirasi di atas normal semacam ini

disebut respirasi garam.

(6) Rangsangan Mekanik

Daun yang digoyang - goyang menunjukkan kenaikan respirasi. Tetapi

kalau ini dilakukan berulang - ulang reaksinya menurun. Kanaikan respirasi

ini mungkin disebabkan oleh efek pemompaan.

(7) Luka

Terjadinya luka di suatu bagian tumbuhan menyebabkan respirasi di

tempat tersebut naik, akibat terbentuknya meristem luka yang menghasilkan

kalus. Kenaikan respirasi ini mungkin dapat disebabkan oleh semakin

banyaknya osmosis dan difusi O2 yang masuk jaringan yang luka.