Respirasi dan metabolisme lipid Sub pokok bahasan

Pertemuan
: Minggu ke 7
Estimasi waktu
: 150 menit
Pokok Bahasan
: Respirasi dan metabolisme lipid
Sub pokok bahasan
: 1.
Tujuan khusus
Respirasi aerob
2.
Respirasi anaerob
3.
Faktor-faktor yg mempengaruhi laju respirari
4.
Peran respirasi selain sebagai penghasil energi
5.
Metabolisme lipid
: 1.
Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan reaksi
oksidasi glukose secara aerob.
2.
Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan reaksi
oksidasi glukose secara anaerob.
3.
Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan faktorfaktor yg mempengaruhi laju respirasi
4.
Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan peran
respirasi selain sebagai penghasil energi
5.
Mahasiswa dapat menjelaskan proses metabolisme lipid.
Metode
: Kuliah dan diskusi
Media
: OHP dan white-board
Materi
: Respirasi dan Metabolisme Lipid
I.
Respirasi
Energi potensial yang terdapat di dalam senyawa kimia, yang merupakan
hasil proses asimilasi, dapat diubah menjadi energi kinetik melalui proses
respirasi.
Respirasi adalah proses reduksi oksidasi dan dekomposisi, baik
menggunakan oksigen maupun tidak, dari senyawa organik komplek
menjadi senyawa yang lebih sederhana dan dalam proses tersebut
dibebaskan sejumlah tenaga.
Tenaga yang dibebaskan dalam proses respirasi berasal dan tenaga
potensial kimia yang berupa ikatan kimia.
Berdasarkan pernyataan yang berbunyi “baik menggunakan oksigen
maupun tidak” terkandung pengertian ada respirasi yang tidak memerlukan
oksigen (respirasi anaerob) dan respirasi yang memerlukan oksigen (respirasi
aerob). Berdasarkan pemyataan yang berbunyi “menjadi senyawa yang lebih
sederhana” terkandung pengertian ada respirasi yang hasil akhirnya berupa CO2
dan H2O (respirasi yang sempurna) dan respirasi yang hasil akhirnya berupa
senyawa organik (respirasi yang tidak sempurna).
1.1 Respirasi aerob
Respirasi aerob ada 2 jalur, yaitu jalur yang melalui daur Krebs dan
jalur oksidasi secara langsung (jalur pentosa fosfat/jalur heksosa monofosfat
shunt=HMS)
1.1.1 Respirasi aerob yang melalui daur Krebs
Respirasi aerob yang melalui daur Krebs memiliki 4 tahap yaitu:
a. glikolisis
b. pembentukan asetil KoA
c. daur Krebs (daur asam sitrat/daur asam trikarboksilat)
d. sistem transpor elektron
A. Glikolisis
Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma dan hasil akhirnya berupa
senyawa asam piruvat. Disamping dihasilkan 2 asam piruvat, juga dihasilkan
2 NADH2 dan 2 ATP bila tumbuhan dalam keadaan normal (melalui jalur
ATP fosfofruktokinase) atau 3 ATP bila tumbuhan dalam keadaan stres
atau sedang aktif tumbuh (melalui jalur pirofosfat fosfofruktokinase). Jadi
jelasnya, glikolisis ada 2 macam yaitu: glikolisi yang melalui jalur ATP
fosfofruktokinase dan jalur pirofosfat fosfofruktokinase. Kedua jalur tersebut
perbedaannya hanyalah terletak pada saat membentuk fruktosa-1,6-difosfat
dan fruktosa-6-fosfat. Jalur ATP fosfofruktokinase maksudnya adalah fosfor
yang digunakan untuk membentuk fruktosa -1,6-difosfat dan fruktosa-6-fosfat
berasal dan ATP. Sedangkan jalur pirofosfat fosfofruktokinase, fosfor yang
digunakan untuk membentuk fruktosa-1,6-difosfat dan fruktosa-6-fosfat berasal
dan pirofosfat. ATP yang dihasilkan dalam reaksi glikolisis dibentuk melalui
reaksi fosforilasi tingkat substrat dengan perantaraan enzim. Dalam
rangkaian reaksi glikolisis dapat dibedakan menjadi 2 sub tahap yaitu:
a.1 tahap fosforilasi (reaksi pengikatan fosfat), reaksi ini terjadi antara glukosa
sampai dengan fruktosa-1,6- difosfat
a.2 tahap glikolisis (reaksi pemecahan gula), reaksi ini terjadi antara fruktosa1,6-difosfat sampai dengan piruvat.
B. Pembentukan Asetil KoA
Pembentukan asetil KoA terjadi di dalam matriks mitokondria. Dalam
pembentukan asetil KoA dan asam piruvat diperlukan 5 faktor, yaitu: tiamin
pirofosfat (TPP), asam lipoat, koenzim A, NAD, dan ion Mg. Reaksi
pembentukannya adalah sebagai berikut:
C. Daur Krebs/daur Asam Sitrat/daur Asam Trikarboksilat
Daur Krebs terjadi di dalam matriks mitokondria. Di dalam daur Krebs
terdapat senyawa antara yang berfungsi sebagai penyedia kerangka karbon
untuk sintesis senyawa lain. Disamping sebagai penyedia kerangka karbon,
daur Krebs juga menghasilkan 3 NADH2, 1 FADH2, dan 1 ATP untuk setiap 1
asam piruvat. Senyawa NADH2 dan FADH2 selanjutnya dioksidasi di dalam
sistem transpor elektron untuk menghasilkan ATP.
Oksidasi 1 NADH2 akan menghasilkan 3 ATP, sedangkan oksidasi 1
FADH2 akan menghasilkan 2 ATP. Pembentukan ATP dalam sistem transpor
elektron dilakukan secara fosforilasi oksidatif. Mekanisme pembentukannya
dapat dijelaskan dengan teori kemiosmotik.
D. Sistem Transpor Elektron
Sistem transpor elektron terjadi di dalam membran mitokondria. Fungsi
dari sistem transpor elektron adalah untuk mengoksidasi senyawa NADH2 atau
NADPH2 dan FADH2 untuk menghasilkan ATP. Dengan mengingat bahwa
oksidasi NADH2 atau NADPH2 dan FADH2 terjadi di dalam membran
mitokondria, sedangkan ada NADH2 yang dibentuk di sitoplasma (dalam
proses glikolisis), maka untuk memasukkan setiap 1 NADH2 dan sitoplasma ke
dalam mitokondria dibutuhkan 1 ATP.
Keadaan ini akan mempengaruhi total hasil bersih respirasi aerob pada
organisme eukariotik. Pada organisme yang prokariotik, karena tidak memiliki
sistem membran dalam, tidak akan diperlukan lagi ATP untuk memasukkan
NADH2 ke dalam mitokondria. Akibatnya total hasil bersih ATP pada respirasi
aerob yang melalui daur Kreb lebih tinggi pada organisme prokariotik daripada
eukariotik.
E. Efisiensi Penangkapan Energi Pada respirasi
Efisiensi
penangkapan
energi
pada
respirasi
dapat
dihitung
berdasarkan hal berikut:
a. 1 mol ATP
ADP + Pi ~ 10.000 kal
b. 1 mol glukosa dibakar ~ 60.000 kal
Efisiensi =
jumlah ATP X 10.000 kal
680.000 kal
X 100 %
F. Kosien Respirasi (RQ)
Kosien respirasi dapat digunakan untuk menduga substrat respirasi,
bila respirasi berjalan sempurna.
RQ =
CO 2
O2
RQ karbohidrat = 1
RQ protein dan lemak kurang dan 1
RQ asam organik = lebih dan 1
RQ tumbuhan sukulen = 0
1.1.2 Respirasi aerob yang melalui oksidasi langsung (daur HMS)
Daur ini diawali dengan proses fosforilasi glukosa dengan fosfor
yang berasal dan ATP, sehingga terbentuk glukosa-6-fosfat. Glukosa-6fosfat kemudian dioksidasi dengan NADP terbentuk 6- fosfoglukonat.
6 fosfoglukonat kemudian didekarboksilasi dan dioksidasi
dengan NADP terbentuklah ribulosa-5-fosfat. Ribulosa-5-fosfat kemudian melanjutkan sikius sehingga terbentuk kembali glukosa-6-fosfat.
Dalam daur HMS, setiap keluar 1 CO2 akan dihasilkan 2 NADPH2.
NADPH2 selanjutnya dioksidasi di dalam sistem transpor elektron.
Dalam daur ini senyawa antaranya berupa gula, sedangkan pada daur
Krebs senyawa antaranya berupa asam organik. Dalam daur HMS
dihasilkan gula ribulosa-5-fosfat (gula beratom C=5) yang merupakan
gula penting untuk membentuk nukleotida. Nukleotida adalah senyawa
yang sangat penting karena perannya antara lain sebagai penyusun
DNA dan ATP yang berperan dalam pengaturan energi.
1.2 Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob terjadi bila tidak ada oksigen. Peran oksigen adalah
sebagai penerima elektron terakhir dalam proses respirasi aerob. Bila peran
oksigen digantikan oleh zat lain, terjadilah respirasi anaerob. Jadi, organelorganel sel yang terlibat dalam respirasi anaerob pun harus sama dengan
respirasi aerob. Zat lain yang dapat menggantikan oksigen antara lain; NO3
dan SO4. Namun sejauh ini baru diketahui bahwa yang dapat menggunakan
zat pengganti oksigen adalah golongan mikroorganisme. Organisme tingkat
tinggi tidak dapat menggunakan zat pengganti oksigen. Dengan demikian
organisme tingkat tinggi tidak dapat melakukan respirasi anaerob. Bagaimana
organisme tingkat tinggi mengubah energi potensial kimia menjadi tenaga
kinetik bila tidak ada oksigen? Untuk mengubah energi potensial kimia bagi
organisme tingkat tinggi bila tidak ada oksigen dilakukan dengan proses
fermentasi.
1.3 Fermentasi
Fermentasi terjadi bila tidak ada oksigen. Respirasi anaerob juga terjadi
bila tidak ada oksigen. Namun demikian respirasi anaerob tidak sama dengan
fermentasi. Salah satu perbedaannya antara lain terletak pada keterlibatan
organel mitokonria pada respirasi anaerob yang berfungsi untuk mengoksidasi
NADH2 atau NADPH2, sedangkan pada fermentasi tidak terlibat organel
mitokondria. Dengan kata lain perbedaan respirasi anaerob dan fermentasi
tentunya juga terletak pada proses-proses yang terjadi di dalam organel
mitokondria.
1.4 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Respirasi
Banyak faktor yang mempengaruhi respirasi, antara lain:
1.4.1 Kelompok faktor Dalam
a. Faktor protoplasmatik
Pengaruh faktor protoplsmatik dapat ditinjau dari kuantitas
maupun kualitas protoplasma. Semakin meningkat kuantitas maupun
kualitas protoplasma akan semakin baik pula respirasi. Demikian pula
sebaliknya. Kuantitas maupun kualitas sangat bergantung dengan
tingkat perkembangan.
b. Konsentrasi substrat respirasi
1.4.2 Kelompok Faktor Luar
a. Temperatur
Pengaruh temperatur dapat ditinjau dari:
a.1 batas-batas rentang temperatur, yaitu: temperatur minimum,
optimum, dan maksimum. Semakin meningkat temperatur dari
minimum ke optimum, laju respirasi semakin meningkat.
Sedangkan semakin meningkat temperatur dari optimum ke
maksimum, laju respirasi semakin menurun. Ini adalah salah satu
ciri reaksi enzimatis. Temperatur di sekitar minimum sering pula
disebut sebagai temperatur rendah, sedangkan temperatur di
sekitar maksimum sering pula disebut sebagai temperatur tinggi.
a.2 Lama bekerjanya temperatur, yaitu temperatur tinggi bila
bekerjanya sebentar biasanya akan memacu respirasi, tetapi bila
bekerjanya lama, akan membunuh/merusak.
b. Cahaya
Pengaruh cahaya dapat ditinjau dani:
b.1 peran cahaya dalam fotosintesis, dalam hal ini sebagai penyedia
substrat respirasi
b.2 peran cahaya dalam peningkatan temperatur, dalam hal ini akan
mempengaruhi reaksi enzimatis.
b.3 peran cahaya dalam pembukaan stoma, dalam hal ini berkaitan
dengan kelancaran pertukaran gas.
c. Ketersediaan oksigen, dalam hal ini berkaitan dengan respirasi aerob
d. Ketersediaan air, dalam hal ini sebagai medium reaksi ataupun
terlibat dalam reaksi
e. Luka
f.
II.
Perlakuan mekanik
Metabolisme Lipid
Batasan mengenai lipid sangat sulit diberikan, sebab lipid adalah senyawa
kimia yang sangat heterogen.
2.1 Ciri-ciri senyawa yang termasuk lipid antara lain:
a. senyawa heterogen yang tersusun atas minyak dan senyawa serupa
minyak/lemak
b. larut dalam pelarut non polar
c. tidak larut dalam air
2.2 Lipid dapat dibedakan menjadi:
a. lemak, bila pada temperatur kamar berbentuk padat
b. minyak, bila pada temperatur kamar berbentuk cair
c. senyawa seperti lemak/minyak, misalnya pigmen dll.
Dari ketiga bagian lipid, yang akan dibahas lebih lanjut adalah lemak,
khususnya lemak netral.
2.3 Fungsi lipid
Lipid mempunyai banyak fungsi, antar lain sebagai:
a. sumber tenaga
b. aktivator enzim, misalnya pada glukosa-6-fosfat monooksigenase
c. komponen dan sistem transpor elektron pada membran dalam mitokondria
d. substrat dekarboksiiase serin menjadi etanolamin
e. penyusun membrane
LEMAK NETRAL
Lemak netral adalah merupakan ester asam lemak dengan alcohol. Dengan
batasan ini, jelas bahwa untuk sintesis lemak netral harus disintesis asam lemak dan
alkohol terlebih dahulu.
1. Sintesis asam Lemak
Asam lemak dapat disintesis dari bahan dasar asetil KoA, seperti terlihat
pada skema berikut:
Setelah asam lemak terbentuk, kemudian bereaksi dengan alcohol dalam hal ini
gliserol, sehingga terbentuk lemak.
2. Degradasi Lemak
Enzim yang berperan untuk mendegradasi lemak adalah lipase.
Asam lemak yang telah terbentuk selanjutnya mengalami beta oksidasi, sehingga
diperoleh asetil KoA
3. Macam-Macam Lemak
A. Berdasarkan jenis alkoholnya, dikenal
a.1 Lemak, yaitu ester asam lemak dengan alkohol berderajat rendah.
Contohnya: lemak dan minyak
a.2 Lilin, yaitu ester asam lemak dengan alkohol berderajat tinggi
B. Berdasarkan senyawa penyusunnya, dikenal:
b.1 Lemak sederhana, komponen penyusunnya adalah alkohol alifatik
berderajat rendah dan monokarboksilat alifatik
b.2 Lemak
majemuk,
komponen
penyusunnya
adalah
alkohol
alifatik,
karboksilat alifatik, dan senyawa lain: Misalnya: karbohidrat, basa N, dan
asam fosfat.
C. Berdasarkan ikatannya, dikenal:
c.1 Lemak jenuh, tidak memiliki ikatan rangkap
c.2 Lemak tidak jenuh, memiliki ikatan rangkap