Respirasi seluler adalah salah satu proses biologis paling mendasar yang terjadi di dalam sel-sel semua organisme hidup. Proses ini bertanggung jawab atas penghasilan energi yang diperlukan untuk menjalankan berbagai fungsi seluler.
Respirasi seluler melibatkan serangkaian reaksi metabolik kompleks yang terjadi di dalam mitokondria sel. Proses dimulai dengan pemecahan bahan bakar biologis, seperti glukosa, asam lemak, dan asam amino, menjadi molekul yang lebih sederhana. Selanjutnya, molekul-molekul tersebut mengalami oksidasi dengan menggunakan oksigen sebagai penerima elektron, menghasilkan energi yang disimpan dalam bentuk ATP.
Adenosin trifosfat (ATP) adalah mata uang energi dalam sel yang dihasilkan selama proses respirasi seluler. ATP menyediakan energi yang dibutuhkan untuk berbagai aktivitas seluler, termasuk sintesis DNA, RNA, protein, kontraksi otot, dan transportasi zat melintasi membran sel. Dengan melepaskan ikatan fosfatnya, ATP melepaskan energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan reaksi kimia di dalam sel.
Respirasi seluler penting untuk kehidupan organisme karena merupakan sumber utama energi yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup dan fungsi-fungsi biologis. Tanpa respirasi seluler yang efisien, sel tidak akan dapat mempertahankan kehidupan, dan organisme tidak akan mampu bertahan dalam lingkungan yang berubah-ubah.
Dalam kesimpulannya, respirasi seluler adalah proses yang krusial dalam menjaga keberlangsungan hidup organisme. Dengan mengubah energi kimia dari bahan bakar biologis menjadi bentuk energi yang dapat digunakan oleh sel, proses ini memberikan fondasi bagi semua fungsi biologis. Pemahaman yang lebih dalam tentang respirasi seluler dapat memberikan wawasan yang berharga tentang mekanisme dasar kehidupan dan kesehatan manusia.
Pernapasan aerobik
Untuk menghasilkan ATP selama respirasi aerobik, oksigen (O2) dibutuhkan. Respirasi aerobik adalah cara yang lebih disukai untuk menghasilkan piruvat dalam glikolisis, dan piruvat diperlukan untuk mencapai mitokondria agar siklus asam sitrat dapat mengoksidasinya sepenuhnya. Hal ini berlaku bahkan ketika protein, lipid, dan karbohidrat dimakan sebagai reaktan. Proses ini menghasilkan karbon dioksida dan air, dan energi yang disediakan digunakan untuk memfosforilasi NADH dan FADH2 pada tingkat substrat, membentuk hubungan antara ADP dan gugus fosfat ketiga untuk menghasilkan ATP (adenosin trifosfat).
Keseimbangan massa reaksi global: C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) + energi
ΔG = −2880 kJ per mol C6H12O6
Nilai ΔG yang negatif menunjukkan bahwa reaksi tersebut bersifat eksotermik (eksergonik) dan dapat terjadi secara spontan.
- Glikolisis
Semua makhluk hidup memiliki proses metabolisme yang disebut glikolisis yang terjadi di sitoplasma selnya. Diterjemahkan secara harfiah, glikolisis berarti "pemecahan gula". Itu terjadi terlepas dari adanya oksigen atau tidak. Dalam keadaan aerobik, proses ini menghasilkan dua molekul bersih ATP, atau energi, dengan mengubah satu molekul glukosa menjadi dua molekul piruvat (asam piruvat). Pada kenyataannya, empat molekul ATP diciptakan untuk setiap glukosa, namun fase awal menggunakan dua molekul tersebut. Agar enzim aldolase dapat memecah glukosa menjadi dua molekul piruvat, molekul tersebut harus mengalami fosforilasi terlebih dahulu agar menjadi lebih reaktif dan kurang stabil. Dalam fase pembayaran glikolisis, dua NADH dibuat ketika piruvat dioksidasi dan empat gugus fosfat diubah dari empat ADP menjadi empat ATP melalui fosforilasi tingkat substrat. Tanggapan umum dapat diartikulasikan sebagai berikut:
Glukosa + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 piruvat + 2 H+ + 2 NADH + 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O + energi
- Dekarboksilasi oksidatif piruvat
Piruvat dioksidasi menjadi asetil-KoA dan CO2 oleh kompleks piruvat dehidrogenase (PDC). PDC berisi banyak salinan dari tiga enzim dan terletak di mitokondria sel eukariotik dan di sitosol prokariota. Dalam konversi piruvat menjadi asetil-KoA, satu molekul NADH dan satu molekul CO2 terbentuk.
- Siklus asam sitrat
Siklus asam sitrat disebut juga siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat. Ketika oksigen hadir, asetil-KoA diproduksi dari molekul piruvat yang dibuat dari glikolisis. Setelah asetil-KoA terbentuk, respirasi aerobik atau anaerobik dapat terjadi. Ketika oksigen tersedia, mitokondria akan menjalani respirasi aerobik yang mengarah pada siklus Krebs. Namun, jika oksigen tidak ada, fermentasi molekul piruvat akan terjadi. Dengan adanya oksigen, ketika asetil-KoA diproduksi, molekul tersebut kemudian memasuki siklus asam sitrat (siklus Krebs) di dalam matriks mitokondria, dan dioksidasi menjadi CO2 sekaligus mereduksi NAD menjadi NADH. NADH dapat digunakan oleh rantai transpor elektron untuk menghasilkan ATP lebih lanjut sebagai bagian dari fosforilasi oksidatif. Untuk mengoksidasi penuh setara dengan satu molekul glukosa, dua asetil-KoA harus dimetabolisme melalui siklus Krebs. Dua produk limbah berenergi rendah, H2O dan CO2, tercipta selama siklus ini.
Siklus asam sitrat adalah proses 8 langkah yang melibatkan 18 enzim dan ko-enzim berbeda. Selama siklus, asetil-KoA (2 karbon) + oksaloasetat (4 karbon) menghasilkan sitrat (6 karbon), yang disusun ulang menjadi bentuk yang lebih reaktif yang disebut isositrat (6 karbon). Isositrat dimodifikasi menjadi α-ketoglutarat (5 karbon), suksinil-KoA, suksinat, fumarat, malat dan terakhir oksaloasetat.
Keuntungan bersih dari satu siklus adalah 3 NADH dan 1 FADH2 sebagai senyawa pembawa hidrogen (proton plus elektron) dan 1 GTP energi tinggi, yang selanjutnya dapat digunakan untuk menghasilkan ATP. Jadi, hasil total dari 1 molekul glukosa (2 molekul piruvat) adalah 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.
- Fosforilasi oksidatif
Fosforilasi oksidatif terjadi di krista mitokondria eukariota. Ini terdiri dari rantai transpor elektron, yang mengoksidasi NADH yang dihasilkan oleh siklus Krebs untuk menciptakan gradien proton (potensial kemiosmotik) melintasi batas membran bagian dalam. Ketika fosforilasi ADP didorong oleh gradien kemiosmotik, enzim ATP sintase menghasilkan ATP. Terakhir, elektron dikirim ke oksigen eksogen, di mana elektron tersebut bergabung dengan dua proton untuk menghasilkan air.
Disadur dari: