Respirasi aerob adalah proses biologis yang melibatkan memperoleh energi dari molekul organik – terutama glukosa – melalui serangkaian reaksi oksidasi, di mana akseptor terakhir elektron adalah oksigen.
Proses ini hadir di sebagian besar makhluk organik, khususnya eukariota. Semua hewan, tumbuhan, dan jamur bernafas aerobik. Selain itu, beberapa bakteri juga menunjukkan metabolisme aerob.
Secara umum, proses memperoleh energi dari molekul glukosa dibagi menjadi glikolisis (langkah ini umum di jalur aerobik dan anaerob), siklus Krebs dan rantai transpor elektron.
Konsep respirasi aerobik berlawanan dengan respirasi anaerob. Dalam yang terakhir, akseptor elektron terakhir adalah zat anorganik lain, selain oksigen. Ini khas dari beberapa prokariota.
Apa itu oksigen??
Sebelum membahas proses respirasi aerobik, perlu diketahui aspek-aspek tertentu dari molekul oksigen.
Ini adalah unsur kimia yang diwakili dalam tabel periodik dengan huruf O, dan nomor atom 8. Di bawah kondisi standar suhu dan tekanan, oksigen cenderung mengikat berpasangan, sehingga menimbulkan molekul dioksigen..
Gas ini, yang dibentuk oleh dua atom adalah oksigen, tidak memiliki warna, bau atau rasa, dan diwakili oleh rumus O2. Di atmosfer, itu adalah komponen yang menonjol, dan perlu untuk mempertahankan sebagian besar bentuk kehidupan di bumi.
Berkat sifat gas oksigen, molekul ini dapat dengan bebas melintasi membran sel – baik membran luar yang memisahkan sel dari lingkungan ekstraseluler, dan membran kompartemen subseluler, di antaranya adalah mitokondria.
Karakteristik respirasi
Sel-sel menggunakan molekul yang kita konsumsi melalui makanan kita sebagai semacam “bahan bakar” pernapasan.
Respirasi sel adalah proses menghasilkan energi, dalam bentuk molekul ATP, di mana molekul yang akan mengalami degradasi mengalami oksidasi dan akseptor terakhir dari elektron, dalam banyak kasus, merupakan molekul anorganik..
Fitur penting yang memungkinkan melakukan proses pernapasan adalah adanya rantai transpor elektron. Dalam respirasi aerobik, akseptor terakhir elektron adalah molekul oksigen.
Dalam kondisi normal, “bahan bakar” ini adalah karbohidrat atau karbohidrat dan lemak atau lemak. Ketika tubuh memasuki kondisi genting karena kekurangan makanan, ia menggunakan protein untuk mencoba memenuhi tuntutan energinya..
Kata respirasi adalah bagian dari kosa kata kita dalam kehidupan sehari-hari. Untuk tindakan menghirup udara di paru-paru kita, dalam siklus pernafasan dan inhalasi yang terus menerus kita menyebutnya bernafas.
Namun, dalam konteks formal ilmu biologi, tindakan ini ditunjuk oleh istilah ventilasi. Dengan demikian, istilah respirasi digunakan untuk merujuk pada proses yang terjadi di tingkat seluler.
Proses (tahapan)
Tahap respirasi aerobik melibatkan langkah-langkah yang diperlukan untuk mengekstraksi energi dari molekul organik – dalam hal ini kita akan menggambarkan kasus molekul glukosa sebagai bahan bakar pernapasan – hingga mencapai akseptor oksigen.
Jalur metabolisme kompleks ini dibagi menjadi glikolisis, siklus Krebs dan rantai transpor elektron:
Glukolisis
Langkah pertama untuk degradasi monomer glukosa adalah glikolisis, juga disebut glikolisis. Langkah ini tidak memerlukan oksigen secara langsung, dan hadir di hampir semua makhluk hidup.
Tujuan dari jalur metabolisme ini adalah pembelahan glukosa menjadi dua molekul asam piruvat, perolehan dua molekul energi bersih (ATP) dan pengurangan dua molekul NAD+.
Di hadapan oksigen, rute dapat melanjutkan ke siklus Krebs dan rantai transpor elektron. Jika oksigen tidak ada, molekul akan mengikuti jalur fermentasi. Dengan kata lain, glikolisis adalah jalur metabolisme yang umum dari respirasi aerob dan anaerob.
Sebelum siklus Krebs, harus terjadi dekarboksilasi asam piruvat. Langkah ini dimediasi oleh kompleks enzim yang sangat penting, yang disebut piruvat dehidrogenase, yang melakukan reaksi yang disebutkan di atas..
Dengan demikian, piruvat menjadi radikal asetil yang kemudian ditangkap oleh koenzim A, yang bertanggung jawab untuk mengangkutnya ke siklus Krebs..
Siklus Krebs
Siklus Krebs, juga dikenal sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam tricarboxylic, terdiri dari serangkaian reaksi biokimia yang dikatalisis oleh enzim spesifik yang berupaya untuk secara bertahap melepaskan energi kimia yang disimpan dalam asetil koenzim A.
Ini adalah jalur yang sepenuhnya mengoksidasi molekul piruvat dan terjadi dalam matriks mitokondria.
Siklus ini didasarkan pada serangkaian reaksi oksidasi dan reduksi yang mentransfer energi potensial dalam bentuk elektron ke elemen yang menerimanya, terutama molekul NAD.+.
Ringkasan siklus Krebs
Setiap molekul asam piruvat dipecah menjadi karbon dioksida dan molekul dua karbon, yang dikenal sebagai gugus asetil. Dengan pengikatan pada koenzim A (disebutkan pada bagian sebelumnya) kompleks asetil koenzim A terbentuk.
Dua karbon asam piruvat memasuki siklus, berkondensasi dengan oksaloasetat dan membentuk molekul sitrat enam karbon. Jadi, reaksi langkah oksidatif terjadi. Sitrat kembali ke oksaloasetat dengan produksi teoritis 2 mol karbon dioksida, 3 mol NADH, 1 dari FADH2 dan 1 mol GTP.
Ketika dua molekul piruvat terbentuk dalam glikolisis, molekul glukosa melibatkan dua putaran siklus Krebs..
Rantai transpor elektron
Rantai transpor elektron terdiri dari urutan protein yang memiliki kemampuan untuk melakukan reaksi oksidasi dan reduksi.
Bagian dari elektron oleh kompleks protein tersebut diterjemahkan menjadi pelepasan energi bertahap yang kemudian digunakan dalam pembentukan ATP secara kimia. Penting untuk dicatat bahwa reaksi terakhir rantai adalah dari jenis ireversibel.
Pada organisme eukariotik, yang memiliki kompartemen subselular, unsur-unsur rantai transpor ditambatkan ke membran mitokondria. Pada prokariota, yang tidak memiliki kompartemen seperti itu, unsur-unsur rantai terletak di membran plasma sel.
Reaksi rantai ini mengarah pada pembentukan ATP, melalui energi yang diperoleh dengan perpindahan hidrogen oleh transporter, hingga mencapai akseptor akhir: oksigen, reaksi yang menghasilkan air.
Kelas molekul transporter
Rantai ini terdiri dari tiga varian conveyor. Kelas pertama adalah flavoprotein, ditandai dengan adanya flavin. Konveyor jenis ini dapat melakukan dua jenis reaksi, baik reduksi maupun oksidasi.
Tipe kedua dibentuk oleh sitokrom. Protein ini memiliki gugus heme (seperti hemoglobin), yang dapat memiliki tingkat oksidasi yang berbeda.
Kelas transporter terakhir adalah ubiquinone, juga dikenal sebagai koenzim Q. Molekul-molekul ini bukan protein di alam..
Organisme dengan respirasi aerobik
Sebagian besar organisme hidup memiliki respirasi dari jenis aerobik. Ini adalah tipikal organisme eukariotik (makhluk dengan nukleus sejati dalam selnya, dibatasi oleh selaput). Semua hewan, tumbuhan, dan jamur bernafas aerobik.
Hewan dan jamur adalah organisme heterotrofik, yang berarti bahwa “bahan bakar” yang akan digunakan dalam jalur metabolisme pernapasan harus secara aktif dikonsumsi dalam makanan. Berbeda dengan tanaman, yang memiliki kemampuan menghasilkan makanan sendiri oleh jalur fotosintesis.
Beberapa gen prokariota juga membutuhkan oksigen untuk bernafas. Secara khusus, ada bakteri aerobik yang ketat – yaitu, mereka hanya tumbuh di lingkungan dengan oksigen, seperti pseudomonas.
Genera bakteri lain memiliki kemampuan untuk mengubah metabolisme mereka dari aerob menjadi anaerob tergantung pada kondisi lingkungan, seperti salmonella. Pada prokariota, menjadi aerobik atau anaerob adalah karakteristik penting untuk klasifikasinya.
Beda dengan respirasi anaerob
Proses yang berlawanan dengan respirasi aerobik adalah modalitas anaerob. Perbedaan yang paling jelas antara keduanya adalah penggunaan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir. Respirasi anaerob menggunakan molekul anorganik lainnya sebagai akseptor.
Selain itu, dalam respirasi anaerobik, produk akhir dari reaksi adalah molekul yang masih memiliki potensi untuk terus teroksidasi. Misalnya, asam laktat terbentuk di otot selama fermentasi. Sebaliknya, produk akhir dari respirasi aerobik adalah karbon dioksida dan air.
Ada juga perbedaan dari sudut pandang energi. Dalam jalur anaerob, hanya dua molekul ATP (sesuai dengan jalur glikolitik) yang diproduksi, sedangkan dalam respirasi aerobik produk akhir umumnya sekitar 38 molekul ATP – yang merupakan perbedaan signifikan.
