RESPIRASI AEROBIK: KARAKTERISTIK, TAHAPAN DAN ORGANISME - BIOLOGI - 2025

The respirasi aerobik atau aerobik adalah proses biologis yang melibatkan memperoleh energi dari molekul organik - terutama glukosa - oleh serangkaian reaksi oksidasi, dimana akseptor elektron terakhir adalah oksigen.

Proses ini terjadi pada sebagian besar makhluk hidup, khususnya eukariota. Semua hewan, tumbuhan, dan jamur bernapas secara aerob. Selain itu, beberapa bakteri juga menunjukkan metabolisme aerobik.

Pada eukariota, mesin untuk respirasi sel terletak di mitokondria.
Sumber: Institut Penelitian Genom Manusia Nasional (NHGRI) dari Bethesda, MD, AS, melalui Wikimedia Commons

Secara umum, proses memperoleh energi dari molekul glukosa dibagi menjadi glikolisis (langkah ini umum terjadi pada jalur aerobik dan anaerobik), siklus Krebs, dan rantai transpor elektron.

Konsep respirasi aerobik bertentangan dengan respirasi anaerobik. Yang terakhir, akseptor terakhir elektron adalah zat anorganik lain, berbeda dari oksigen. Ini khas dari beberapa prokariota.

Apakah oksigen itu?

Sebelum membahas proses respirasi aerobik, perlu diketahui aspek tertentu dari molekul oksigen.

Ini adalah unsur kimia yang direpresentasikan dalam tabel periodik dengan huruf O, dan nomor atom 8. Dalam kondisi suhu dan tekanan standar, oksigen cenderung berikatan berpasangan, sehingga menghasilkan molekul dioksigen.

Gas ini, terdiri dari dua atom oksigen, tidak memiliki warna, bau atau rasa, dan dinyatakan dengan rumus O ₂ . Di atmosfer, ini adalah komponen penting, dan diperlukan untuk menopang sebagian besar bentuk kehidupan di bumi.

Berkat sifat gas oksigen, molekul tersebut dapat dengan bebas melintasi membran sel - baik membran luar yang memisahkan sel dari lingkungan ekstraseluler, maupun membran kompartemen subseluler, termasuk mitokondria.

Karakteristik respirasi

Sel menggunakan molekul yang kita telan melalui makanan kita sebagai semacam "bahan bakar" pernapasan.

Respirasi seluler adalah proses menghasilkan energi, dalam bentuk molekul ATP, di mana molekul yang akan terdegradasi mengalami oksidasi dan akseptor akhir elektron, dalam banyak kasus, adalah molekul anorganik.

Fitur penting yang memungkinkan terjadinya 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 lipid. Saat tubuh berada dalam kondisi genting karena kekurangan makanan, tubuh menggunakan protein untuk mencoba memenuhi kebutuhan energinya.

Kata respirasi adalah bagian dari kosa kata kita dalam kehidupan sehari-hari. Tindakan mengambil udara ke paru-paru kita, dalam siklus pernafasan dan pernafasan yang terus menerus, kita sebut respirasi.

Namun, dalam konteks formal ilmu hayat, tindakan tersebut disebut dengan istilah ventilasi. Jadi, istilah respirasi digunakan untuk merujuk pada proses yang terjadi di tingkat sel.

Proses (tahapan)

Tahapan respirasi aerobik melibatkan langkah-langkah yang diperlukan untuk mengekstraksi energi dari molekul organik - dalam hal ini kami akan menjelaskan kasus molekul glukosa sebagai bahan bakar pernapasan - hingga mencapai akseptor oksigen.

Jalur metabolisme kompleks ini dibagi menjadi glikolisis, siklus Krebs, dan rantai transpor elektron:

Glikolisis

Gambar 1: glikolisis vs glukoneogenesis. Reaksi dan enzim terlibat.

Langkah pertama dalam pemecahan monomer glukosa adalah glikolisis, juga disebut glikolisis. Langkah ini tidak membutuhkan oksigen secara langsung, dan ada pada hampir semua makhluk hidup.

Tujuan dari jalur metabolik ini adalah pemecahan glukosa menjadi dua molekul asam piruvat, memperoleh dua molekul energi bersih (ATP), dan mereduksi dua molekul NAD ⁺ .

Dengan adanya oksigen, jalur tersebut dapat melanjutkan ke siklus Krebs dan rantai transpor elektron. Jika oksigen tidak ada, molekul akan mengikuti rute fermentasi. Dengan kata lain, glikolisis adalah jalur metabolisme umum untuk respirasi aerobik dan anaerobik.

Sebelum siklus Krebs, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat harus terjadi. Langkah ini dimediasi oleh kompleks enzim yang sangat penting, yang disebut piruvat dehidrogenase, yang melakukan reaksi tersebut.

Jadi, 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 trikarboksilat, terdiri dari serangkaian reaksi biokimia yang dikatalisasi oleh enzim tertentu yang berusaha 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 unsur-unsur yang menerimanya, khususnya molekul NAD ⁺ .

Ringkasan siklus Krebs

Setiap molekul asam piruvat terurai menjadi karbon dioksida dan molekul dua karbon, yang dikenal sebagai gugus asetil. Dengan penyatuan ke koenzim A (disebutkan di bagian sebelumnya) kompleks asetil koenzim A terbentuk.

Kedua karbon asam piruvat memasuki siklus, mengembun dengan oksaloasetat, dan membentuk molekul enam karbon sitrat. Dengan demikian, reaksi langkah oksidatif terjadi. Sitrat kembali menjadi oksaloasetat dengan produksi teoritis 2 mol karbon dioksida, 3 mol NADH, 1 FADH _2, dan 1 mol GTP.

Karena dua molekul piruvat terbentuk dalam glikolisis, satu 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 elektron melalui kompleks protein ini menghasilkan pelepasan energi secara bertahap yang kemudian digunakan dalam pembentukan ATP oleh kemoosmotik. Yang penting, reaksi berantai terakhir adalah dari jenis yang tidak dapat diubah.

Pada organisme eukariotik, yang memiliki kompartemen subseluler, elemen rantai transporter ditambatkan ke membran mitokondria. Pada prokariota, yang tidak memiliki kompartemen ini, elemen rantai terletak di membran plasma sel.

Reaksi rantai ini mengarah pada pembentukan ATP, melalui energi yang diperoleh dengan perpindahan hidrogen melalui transporter, hingga mencapai akseptor terakhir: oksigen, reaksi yang menghasilkan air.

Kelas molekul pembawa

Rantai terdiri dari tiga varian konveyor. Kelas pertama adalah flavoprotein, yang ditandai dengan adanya flavin. Transporter jenis ini dapat melakukan dua jenis reaksi, baik reduksi maupun oksidasi, secara bergantian.

Jenis kedua terdiri dari sitokrom. Protein ini memiliki kelompok heme (seperti hemoglobin), yang dapat menunjukkan bilangan oksidasi yang berbeda.

Kelas transporter terakhir adalah ubikuinon, juga dikenal sebagai koenzim Q. Molekul-molekul ini bukan protein di alam.

Organisme dengan respirasi aerobik

Sebagian besar organisme hidup memiliki respirasi tipe aerobik. Ini adalah tipikal organisme eukariotik (makhluk dengan inti sejati di dalam selnya, dibatasi oleh membran). Semua hewan, tumbuhan, dan jamur bernapas secara aerob.

Hewan dan jamur adalah organisme heterotrofik, yang berarti bahwa "bahan bakar" yang akan digunakan dalam jalur metabolisme respirasi harus dikonsumsi secara aktif dalam makanan. Berbeda dengan tumbuhan yang memiliki kemampuan menghasilkan makanan sendiri melalui proses fotosintesis.

Beberapa genera prokariota juga membutuhkan oksigen untuk respirasi mereka. Secara khusus, ada bakteri aerob yang ketat - yaitu, mereka hanya tumbuh di lingkungan yang kaya oksigen, seperti pseudomonas.

Genera bakteri lain memiliki kemampuan untuk mengubah metabolisme dari aerobik menjadi anaerobik berdasarkan kondisi lingkungan, seperti salmonellae. Pada prokariota, menjadi aerobik atau anaerobik merupakan karakteristik penting untuk klasifikasi mereka.

Perbedaan dengan respirasi anaerobik

Proses kebalikan dari respirasi aerobik adalah mode anaerobik. Perbedaan paling jelas antara keduanya adalah penggunaan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir. Respirasi anaerobik menggunakan molekul anorganik lain sebagai akseptor.

Lebih lanjut, pada respirasi anaerobik produk akhir reaksi adalah molekul yang masih berpotensi untuk terus teroksidasi. Misalnya asam laktat yang terbentuk di otot selama fermentasi. Sebaliknya, produk akhir respirasi aerobik adalah karbon dioksida dan air.

Ada juga perbedaan dari sudut pandang energi. Dalam jalur anaerobik, hanya dua molekul ATP yang diproduksi (sesuai dengan jalur glikolitik), sedangkan dalam respirasi aerobik produk akhir umumnya sekitar 38 molekul ATP - yang merupakan perbedaan yang signifikan.

Referensi

1. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokimia. Edisi keenam. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Undangan ke Biologi. Edisi keenam. Buenos Aires: Medis Pan-Amerika.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas Histologi Vertebrata. Universitas Otonomi Nasional Meksiko. Halaman 173.
4. Hall, J. (2011). Perjanjian Fisiologi Medis. New York: Ilmu Kesehatan Elsevier.
5. Harisha, S. (2005). Pengantar Bioteknologi Praktis. New Delhi: Media Firewall.
6. Hill, R. (2006). Fisiologi Hewan. Madrid: Pan-American Medical.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Dasar Fisiologi. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Teks Biokimia untuk Mahasiswa Kedokteran. Edisi keenam. Meksiko: JP Medical Ltd.