Respirasi Selluler Terjadi dalam 3 seri reaksi Glikolisis Siklus Asam

Respirasi
• Semua sel tumbuhan dan hewan
melakukan respirasi.
• Proses Pertukaran gas (CO2 dan O2)
antara tumbuhan dan atm.
• Respirasi adalah proses pengubahan KH
menjadi energi (ATP) untuk digunakan
pada reaksi-reaksi metobolisme termasuk
FS
24/07/2017
1
Oksidasi-Reduksi dan Aliran
Energi
• Oksidasi adalah hilangnya elektron dan
reduksi adalah penambahan elektron.
• Oksidasi juga hilangnya atom hidrogen
dan reduksi penambahan atom hidrogen
• Karena oksidasi dan reduksi terjadi
bersama-sama disebut reaksi redox
• Reaksi Redox dicontohkan pada reaksi
fotosintesis dan respirasi seluler
• Melalui fotosintesis dan respirasi terjadi
aliran energi dari matahari melalui semua
mahluk hidup.
Respirasi Selluler
• Persamaan respirasi selluler merupakan
kebalikan dari fotosintesis:
• C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energy
• Dalam reaksi ini, glukosa dioksidasi dan
oksigen direduksi menjadi air.
• Oksidasi sempurna 1 mol glukosa
mengahsilkan 686 kcal yang digunakan
untuk mensintesis ATP.
Respirasi Selluler
Terjadi dalam 3 seri reaksi
1. Glikolisis
2. Siklus Asam Sitrat
3. Rantai Transpor Elektron
Menghasilkan
• karbon dioksida
• air
• ATP (energi kimia)
• panas
Termasuk
• reaksi anaerob (tanpa O2) – menghasilkan sedikit ATP
• reaksi aerob (memerlukan O2) – menghasilkan sebagian
besar ATP
4-11
Respirasi Selluler
• Repirasi selluler adalah langkah untuk
melepaskan energi dari karbohidrat dan
molekul lain yang digunakan untuk
mensintesis molekul ATP
• Merupakan reaksi aerob yang
memerlukan oksigen (O2) dan melepaskan
karbon dioksida (CO2), dan termasuk
pemecahan sempurna glukosa menjadi
karbon dioksida dan air.
• Oksidasi glukosa adalah reaksi exergonik
(melepaskan energi) yang mendorong
sintesis ATP, yang merupakan reaksi
endergonik (membutuhkan energi ).
• Reaksi keseluruhan respirasi selluler
menunjukkan pemecahan glukosa untuk
penimbunan.
• Pemecahan satu molekul glukosa
menghasilkan maximum 36 hingga 38 ATP,
merupakan 40% energi potensial dalam
molekul glukosa.
Molekul ATP
• setiap molekul ATP memiliki 3 bagian:
• satu molekul adenine
• satu mol ribosa
• tiga molekul phosphate dalam satu rantai
• fospat yang ketiga berikatan energi tinggi
• Ketika ikatan putus, energi ditransfer
• Bila ikatan putus, ATP menjadi ADP
• ADP menjadi ATP melalui phosphorylasi
• fosforilasi memerlukan energi yang dihasilkan dari respirasi selluler
4-12
Respirasi Selluler
Tahap-tahap pemecahan
sempurna Glukosa
• Oksidasi glukosa dengan melepaskan
atom hidrogen meliputi 4 tahap:
• Glycolysis – pemecahan glukosa menjadi
dua molekul pyruvat dalam sitoplasma
tanpa oksigen; menghasilkan 2 ATP
• Reaksi transisi – pyruvat dioksidasi
menjadi 2-carbon acetyl grup yang dibawa
oleh CoA, dan CO2 dilepaskan; dua kali
per molekul glukosa.
• Siklus asam sitrat – satu seri reaksi oksidasi yang
•
•
melepaskan CO2 dan meghasilkan; dua kali permol
glukosa
System transpor elektron – satu seri carrier yang
menerima elektron yang dilepas dari glukosa dan
melewat kannya dari satu carrier ke carrier
berikutnya hingga pada elektron receptor terakhir
yaitu, O2 ; air dihasilkan; energi dihasilkan dan
digunakan untuk mensintesis 32 hingga 34 ATP
Jika oksigen tidak tersedia, terjadi fermentasi di
dalam sitoplasma, tidak terjadi respirasi selluler.
Di luar Mitokondria: Glikolisis
• Glycolysis terjadi di dalam sitoplasma ,
pemecahan glukosa menjadi dua molekul
piruvat.
• Glikolisis dijumpai diseluruh organisme
dan berkembang sebelum siklus asam
sitrat dan sistem transpor elektron
• Glikolisis tidak memerlukan oksigen.
Glikolisis
• seri dari 10 reaksi
• memecahkan glukosa menjadi 2 asam piruvat
• terjadi di sitoplasma
• fase anaerob dari respirasi sellular
• menghasilkan 2 molekul ATP per glukosa
Diringkas menjadi 3 kejadian utama
1. Fosforilasi
2. Penguraian
3. Menghasilkan NADH dan ATP
4-13
Tahap-Tahap Investasi
Energi
• Pada saat glikolisis mulai, dua ATP
digunakan untukmengaktifkan glukosa,
molekul berkarbon 6 menjadi dua molekul
berkarbon 3 (C3), yaitu PGAL.
• PGAL membawa fosfat dari ATP.
• Dari titik ini, setiap molekul C3 mengalami seri
reaksi yang sama.
Glikolisis
Kejadian 1 – Fosforilasi
• dua fosfat ditambahkan
ke glukosa
• memerlukan ATP
Kejadian 2 – Penguraian
• 6-karbon glukosa
diuraikan menjadi dua
molekul berkarbon 3
4-14
Langkah –langkah Memanen
Energi
• Oksidasi PGAL dengan memindahkan
elektron diikuti ion hidrogen, keduanya
diikat oleh coenzyme NAD+:
• 2 NAD+ + 4H → 2 NADH + 2 H+
• Oksidasi PGAL dan substrat berikutnya
menghasilkan grup fosfat berenrgi tinggi
yang digunakan untuk mensintesis ATP
pada fosforilasi tingkat substrat .
Glikolisis
Langkah 3 – Produksi NADH dan
ATP
• atom hidrogen dilepas
• atom hidrogen berikatan dengan
NAD+ untuk menghasilkan NADH
• NADH mengirimkan hidrogen ke
rantai transpor elektron jika
oksigen tersedia
• ADP difosforilasi menjadi ATP
• dua molekul asam piruvat
dihasilkan
4-15
Ringkasan Glikolisis
• Input:
• Glukosa
• 2 NAD+
• 2 ATP
• 4 ADP + 2 P
• Output:
• 2 pyruvat
• 2 NADH
• 2 ADP
• 2 ATP (hasil bersih)
Reaksi Anaerob
Jika oksigen tidak tersedia
• rantai transpor
elektron tidak dapat
menerima NADH
• asam piruvat diubah
menjadi asamlaktat .
• glykolisis terhambat
• produki ATP
berkurang
4-16
Reaksi Aerob
If oxygen tersedia
• asam piruvat digunakan
untuk menghasilkan
acetyl CoA
• siklus asam sitrat mulai
• Rantai transpor
elektron berfngsi
• karbon dioksida dan air
terbentuk
• 36 molekul ATP
dihasilkan per glukosa
4-17
Di dalam Mitokondria
• Mitokondria adalah organel sel yang memiliki dua lapis
•
•
membran, dengan ruang antar membran diantara kedua
lapis membaran.
Cristae adalah lipatan membran bagian dalam yang
menjulur ke matrix, bagian palin dalam yang
mengandung cairan seperti gel
Reaksi transisi dan siklus asam sitrat berlangsung di
matrix; system transpor elektron terdapat pada crista.
Reaksi Transisi /Antara
• Reaksi transisi menghubungkan glikolisis ke
•
•
siklus asam sitrat.
Pyruvat dirubah menjadi acetyl group (C2 ayang
berikatan dengan coenzyme A (CoA), dan CO2
dilepaskan.
Selama reaksi oksidasi ini, NAD+ dirubah
menjadi NADH + H+; Reaksi transisi ini terjadi
dua kali per molekul glukosa.
Siklus Asam Sitrat
• Siklus asam sitrat adalah jalur metabolisme
•
•
yang terdapat di dalam matrik mitokondria.
Pada awal siklus asam sitrat, CoA membawa
C2 acetyl group bergabung dengan molekul C4 ,
dan menghasilkan C6 (asam sitrat).
Setiap acetyl group yang diterima dari reaksi
transisi dioksidasi menjadi 2 molekul CO2
• Selama siklus, oksidasi berlangsung bila NAD+
•
•
•
menerima elektron pada ketiga tempat dan FAD
menerima satu kali elektron.
Fosforilasi tingkat substrat menghasilkan satu ATP
setiap putaran (siklus); per glukosa terjadi dua kali
putaran.
Selama siklus asam sitrat, ke enam carbon dalam
glukosa menjadi CO2.
Reaksi transisi menghasilkan dua CO2, dan siklus
asam sitrat mengasilkan empat CO2 per molekul
glukosa.
Siklus Asam Sitrat
• mulai dengan ketika acetyl
CoA berikatan dengan asam
oxaloacetat untuk
menghasilkan asam sitrat
asam sitrat berubah menjadi
asam oksalo asetat melalui
satu seri reaksi
• Siklus berlangsung ber
ulang-ulang sepanjang asam
piruvat dan oksigen tersedia.
• untuk setiap siklus
ditransfer atom hidrogen ke
NAD+ dan FAD
• Dihasilkan Dua CO2
4-18
Siklus Asam Sitrat
Input dan Output Siklus sam
Sitrat per Glukosa
• Input:
• 2 acetyl groups
• 6 NAD+
• 2 FAD
• 2 ADP + 2 P
• Output:
• 4 CO2
• 6 NADH
• 2 FADH2
• 2 ATP
Sistem Transpor Elektron
• Sistem transpor elektron terdapat pada krista
•
•
mitokondria, merupakan satu seri protein carrier
yang melewatkan elektron dari satu ke yang
lain.
Elektron di bawa oleh NADH dan FADH2 ke
sistem transpor elektron.
Pada saat elektron di lewatkan dari satu carrier
ke carrier berikutnya, energi dilepas dan
digunakan untuk membentuk ATP dengan
fosforilasi oksidatif
• Oxygen menerima energi elektron yang dihabiskan
pada akhir sistem transpor elektron.
• Kemudia, oxygen bergabung dengan hidrogen,
•
dan membentuk air:
• ½ O2 + 2 e- + 2 H+ → H2O
Pada saa NADH membawa elektron ke carrier
pertama, cukup energi dilepaskan pada saat
elektron diterima O2 untuk menghasilkan 3 ATP;
dua ATP dihasilkan pada saat FADH2
menyampaikan elektron ke carrier.
Sistem Transpor Elektron