Respirasi Seluler

a. Pengertian respirasi seluler

Pada hakikatnya, respirasi adalah pemanfaatan energi bebas dalam

makanan menjadi energi bebas yang ditimbun dalam bentuk ATP. Dalam

sel, ATP digunakan sebagai sumber energi bagi seluruh aktivitas hidup

yang memerlukan energi. 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.

b. Persamaan umum respirasi seluler

C6H12O6+ 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energi

Energi = ATP(Adenosine TriPhosphate) + panas

1 | P a g e

c. Struktur dan Fungsi mitokondria

Mitokondria adalah salah satu dari beberapa bagian yang terdapat

di dalam sel atau yang biasa disebut sebagai organel sel. Mitokondria

dalam sebuah sel memiliki jumlah yang bervariasi tergantung pada

kebutuhan energi pada sel tersebut. Pada beberapa jenis sel, mitokondria

memiliki susunan yang kompak yaitu pada bagian yang paling banyak

membutuhkan energi. Sebagai salah satu contoh, mitokondria ada pada

tubuh manusia yang terletak diantara unit-unit kontraktil pada sel otot

jantung. Mitokondria berbentuk seperti batang atau cenderung oval,

memiliki ukuran yang besar seperti bakteri. Mitokondria memiliki dua

lapisan, yaitu lapisan luar dan lapisan dalam. Lapisan luar bersifat halus

dan mengelilingi mitokondria. Sedangkan lapisan dalamnya berbentuk

lipatan-lipatan yang disebut krista. Ada bukti yang menyebutkan bahwa

mitokondria merupakan turunan dari bakteri yang menginvansi dan

kemudian ditelan oleh sel primitif. Hal itu terjadi akibat adanya hubungan

simbiotik antara mitokondria dan bakteri, sehingga menyebabkan

mitokondria berkembang dan menjadi organel permanen.

Fungsi mitokondria mengambil energi dari zat-zat gizi dalam

makanan dan mengubahnya menjadi suatu bentuk yang dapat digunakan

untuk menjalankan aktivitas sel. Sehingga mitokondria disebut juga

2 | P a g e

dengan “organel energi”. Pada mitokondria terdapat lipatan-lipatan yang

mengarah ke dalam  dan menonjol ke rongga dalam yang disebut krista. 

Krista diisi oleh cairan yang berbentuk gel yang dinamakan matriks.

Selain itu krista juga ditempeli oleh protein-protein transportasi elektron

yang bertanggung jawab untuk mengubah sebagian besar energi yang

terkandung dalam makanan menjadi bentuk yang dapat digunakan.

Sedangkan cairan gel di dalam krista atau yang disebut matriks. Matriks

merupakan cairan yang mengandung campuran pekat ratusan enzim

berbeda yang memiliki fungsi untuk mempersiapkan molekul-molekul

nutrien untuk pengambilan akhir energi yang dapat digunakan oleh

protein-protein yang terdapat di krista.

a. Mekanisme respirasi seluler

Secara garis besar, respirasi sel melibatkan proses-proses yang

disebut glikolisis, siklus Krebs atau siklus asam sitrat, dan rantai transpor

elektron. Perhatikan diagram respirasi seluler berikut:

3 | P a g e

Gambaran umum respirasi seluler pada eukarioti.

Sumber: Pearson education inc.

1. Glikolisis (di sitosol/sitoplasma)

Kata “glikolisis” berarti “menguraikan gula” dan itulah yang

tepatnya terjadi selama jalur ini. Glukosa, gula berkarbon enam,

diuraikan menjadi dua gula berkarbon tiga. Gula yang lebih kecil ini

4 | P a g e

kemudian dioksidasi, dan atom sisanya disusun ulang untuk membuat

dua molekul piruvat (champbell, 2002)

NADH merupakan sumber elektron berenergi tinggi, sedangkan

ATP adalah persenyawaan berenergi tinggi. Selama glikolisis

dihasilkan 4 molekul ATP, akan tetapi 2 molekul ATP diantaranya

digunakan kembali untuk berlangsungnya reaksi-reaksi yang lain

sehingga tersisa 2 molekul ATP yang siap digunakan untuk tubuh.

Seluruh proses glikolisis tidak memerlukan oksigen. Reaksi glikolisis

terjadi di sitoplasma (di luar mitokondria). Hasil akhir sebelum

memasuki siklus krebs adalah asam piruvat. Ada yang membedakan

tahap ini menjadi dua yaitu glikolisis dan dekarbosilasi oksidatif.

Glikolisis mengubah senyawa 6C menjadi senyawa 2C pada hasil akhir

glikolisis. Yang dimaksud dekarbosilasi oksidatif adalah reaksi asam

piruvat diubah menjadi asetil KoA (syamsuri, 1980)

2. Dekarboksilasi Oksidatif

Setelah memasuki mitokondria,asam piruvat mula-mula diubah

menjadi suatu senyawa yang disebut asetilCoA. Dekarboksilasi

Oksidatif ini merupakan persambungan antara glikolisis dan siklus

krebs, yang diselesaikan oleh kompleks multi enzim yang mengkatalis

3 reaksi:

1. Gugus karboksil piruvat dikeluarkan dan dilepaskan sebagai

molekul CO2

2. Fragmen ber-karbon dua yang tersisa dioksidasi untuk membuat

senyawa yang dinamai asetat. Suatu enzim mentransfer electron

yang diekstraksi ke NAD+ dan menyimpan energy dalam bentuk

NADH.

5 | P a g e

3. Koenzim A (senyawa yang mengandung sulfur diikatkan pada

asetat tadi oleh ikatan yang tidak stabil yang membuat gugus asetil 

sangat reaktif.

3. Siklus kreb / siklus asam sitrat (di mitokondria)

Glikolisis melepas energi kurang dari seperempat energi

kimiawi yang tersimpan dalam glukosa, sebagian besar energi itu tetap

tersimpan dalam dua molekul piruvet. Jika ada oksigen molekuler,

piruvat itu memasuki mitokondria dimana enzim siklus krebs

menyempurnakan oksidasi bahan bakar organiknya (champbell, 2002)

Memasuki siklus krebs, asetil KoA direaksikan dengan asam

oksaloasetat (4C) menjadi asam piruvat (6C). selanjutnya asam

oksaloasetat memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya

menjadi asam oksalosuksinat. Dalam perjalanannya, 1C (CO2)

dilepaskan. Pada tiap tahapan, dilepaskan energi dalam bentuk ATP dan

hidrogen. ATP yang dihasilkan langsung dapat digunakan. Sebaliknya,

hidrogen berenergi digabungkan dengan penerima hidrogen yaitu NAD

dan FAD, untuk dibawa ke sistem transport elektron. Dalam tahap ini

6 | P a g e

dilepaskan energi, dan hidrogen direasikan dengan oksigen membentuk

air. Seluruh reaksi siklus krebs berlangsung dengan memerlukan

oksigen bebas (aerob). Siklus krebs berlangsung didalam mitokondria

(Syamsuri, 1980).

4. Sistem Transpor Elektron (di mitokondria)

Energi yang terbentuk dari peristiwa glikolisis dan siklus krebs

ada dua macam. Pertama dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi,

yaitu ATP atau GTP (Guanin Tripospat). Energi ini merupakan energi

siap pakai yang langsung dapat digunakan. Kedua dalam bentuk

transport elektron, yaitu NADH (Nikotin Adenin Dinokleutida) dan

FAD (Flafin adenine dinukleotida) dalam bentuk FADH2. Kedua

macam sumber elektron ini dibawa kesistem transfer elektron. Proses

transfer elektron ini sangat komplek, pada dasarnya, elektron dan H+

dan NADH dan FADH2 dibawa dari satu substrak ke substrak yang lain

secara berantai. Setiap kali dipindahkan, energi yang terlepas digunakan

untuk mengikatkan fosfat anorganik (P) kemolekul ADP sehingga

terbentuk ATP. Pada bagian akhir terdapat oksigen sebagai penerima,

sehingga terbentuklah H2O. katabolisme 1 glukosa melalui respirasi

aerobik menghasilkan 3 ATP. Setiap reaksi pada glikolisis, siklus krebs

7 | P a g e

dan transport elektron dihasilkan senyawa – senyawa antara. Senyawa

itu digunakan bahan dasar anabolisme (Syamsuri, 1980).

Selama respirasi seluler, pemanenan energi makanan untuk

sintesis ATP jika satu molekul glukosa terurai secara sempurna maka

fosforilasi tingkat substrat menghasilkan 4 ATP dan fosforilasi oksidatif

menghasilkan 34 ATP. Proses oksidasi satu molekul glukosa dapat

memanen energi sebanyak 38 ATP. Sementara itu, dalam oksidasi

sempurna satu molekul glukosa melepaskan 686 kkal (DG = -686

kkal/mol), dan fosforilasi ADP menjadi ATP menyimpan sedikitnya 7,3

kkal per mol ATP. Oleh karena itu, efisiensi respirasi adalah 7,3 kali 38

dibagi 686, atau kira-kira 40%. Sedangkan sisa energi simpanan hilang

sebagai panas untuk mempertahankan suhu tubuh, dan menghamburkan

sisanya melalui keringat dan mekanisme pendinginan lainnya

(Campbell et al., 2002)

ATP yang dihasilkan dari sebuah molekul glukosa yang dioksidasi

di dalam sel, dari glikolisis sampai rantai respirasi antara lain:

a.    Glikolisis menghasilkan

1 NADH + H+ = 1 X 2 X 3 ATP       = 6 ATP

2 ATP             = 2 X 2 X 2 ATP       = 4 ATP

Jumlah                                               = 10 ATP

Dipakai                                              = 2 ATP

Hasil bersih ATP glikolisis                  = 8 ATP

8 | P a g e

b. Dekarboksilasi oksidatif menghasilkan

1 NADH + H+ = 1 X 2 X 3 ATP        = 6 ATP

c. Siklus krebs menghasilkan

3 NADH+H+ = 3 X 2 X 3 ATP        = 18 ATP

1 FADH2 = 1 X 2 X 2 ATP        = 4 ATP

1 ATP             = 1X 2 X 1 ATP         = 2 ATP

Jumlah b + c                                      = 30 ATP

Jadi hasil bersih ATP dalam respirasi dari 1 molekul glukosa

adalah 38 ATP

9 | P a g e

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.

10 | P a g e