Proses respirasi dibutuhkan oleh makhluk hidup. Secara umum, respirasi merupakan proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi yang akan memecah senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dengan bantuan oksigen maupun tidak, disertai pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia. Dalam biologi, ada dua jenis respirasi, yaitu respirasi aerob dan anaerob.
Saat bernapas atau melakukan respirasi, tubuh sedang mengalami proses metabolisme. Pada respirasi aerob misalnya, kita menghirup oksigen, namun saat dihembuskan kita mengeluarkan karbon dioksida. Selain karbon dioksida, metabolisme juga menghasilkan molekul air dan Adenosina Trifosfat atau ATP.
ATP ini berfungsi sebagai sumber energi yang dapat membantu manusia beraktivitas, mulai dari membuka mata, berbicara, berjalan, belajar, bekerja, hingga kembali menutup mata untuk tidur.
Pengertian Respirasi Aerob
Respirasi aerob adalah proses metabolisme yang terjadi di dalam sel-sel makhluk hidup untuk menghasilkan energi dengan menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir. Dalam respirasi aerob akan menghasilkan atp sebanyak 36 ATP.
Dalam respirasi ini, senyawa organik, terutama glukosa, diuraikan dengan bantuan oksigen untuk menghasilkan energi yang dibutuhkan oleh tubuh dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP), air (H₂O), dan karbon dioksida (CO₂). Proses ini berlangsung secara efisien dan terjadi di dalam mitokondria, organel penghasil energi dalam sel eukariotik.
Ciri-ciri Respirasi Aerob
Respirasi aerob memiliki beberapa ciri yang membedakannya dengan jenis respirasi anaerob. Berikut ini adalah ciri-ciri utama dari respirasi aerob:
- Membutuhkan Oksigen
Salah satu ciri paling mendasar dari respirasi aerob adalah ketergantungan pada oksigen. Tanpa oksigen, proses respirasi aerob tidak bisa berlangsung. Oksigen berperan penting dalam rangkaian reaksi kimia yang mengubah glukosa menjadi energi dalam bentuk ATP. - Menghasilkan 36 ATP
Proses respirasi aerob menghasilkan jumlah ATP yang jauh lebih banyak dibandingkan dengan respirasi anaerob. Dalam respirasi aerob akan menghasilkan ATP sebanyak 36 ATP per molekul glukosa yang dipecah. - Berlangsung di Mitokondria
Proses respirasi aerob terjadi di mitokondria. Mitokondria memiliki peran vital dalam mengubah energi yang disimpan dalam makanan (terutama glukosa) menjadi energi yang dapat digunakan oleh sel, dalam bentuk ATP. - Mempunyai 4 Tahapan Reaksi
Respirasi aerob terjadi melalui empat tahapan yaitu:- Glikolisis (terjadi di sitoplasma, mengubah glukosa menjadi asam piruvat)
- Dekarboksilasi Oksidatif (mengubah asam piruvat menjadi asetil KoA di mitokondria)
- Siklus Krebs (produksi NADH, FADH2, ATP, dan CO2 di mitokondria)
- Transpor Elektron (di membran mitokondria, menghasilkan sebagian besar ATP dan air)
Tahapan Respirasi Aerob
Respirasi aerob terdiri dari empat tahapan utama yang saling berhubungan. Setiap tahap memiliki fungsi spesifik dan memainkan peran penting dalam pemecahan glukosa secara bertahap untuk menghasilkan energi yang diperlukan oleh sel. Berikut adalah tahapan-tahapan tersebut:
Glikolisis
Glikolisis adalah tahap pertama dalam respirasi sel aerob, di mana satu molekul glukosa (C₆H₁₂O₆) dipecah menjadi dua molekul asam piruvat (C₃H₄O₃) di dalam sitoplasma sel. Proses ini tidak memerlukan oksigen, sehingga glikolisis dapat terjadi baik dalam kondisi aerob maupun anaerob.
Selama glikolisis, dua molekul ATP dihasilkan, bersama dengan dua molekul NADH (nicotinamide adenine dinucleotide), yang nantinya akan berperan dalam rantai transpor elektron. Proses ini juga menghasilkan dua molekul asam piruvat yang akan memasuki mitokondria jika oksigen tersedia.
Input: Glukosa (C₆H₁₂O₆)
Produk: 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, 2 ATP
Tahapan Glikolisis:
- Fosforilasi Glukosa: Glukosa diubah menjadi glukosa 6-fosfat menggunakan satu molekul ATP, yang mencegah glukosa keluar dari sel.
- Pembentukan Fruktosa 1,6-Bifosfat: Glukosa 6-fosfat diubah menjadi fruktosa 6-fosfat, kemudian menjadi fruktosa 1,6-bifosfat dengan penggunaan ATP lainnya.
- Pembelahan Fruktosa 1,6-Bifosfat: Molekul fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi dua molekul tiga karbon, yaitu gliseraldehida 3-fosfat (G3P) dan dihidroksiaseton fosfat (DHAP). DHAP kemudian diubah menjadi G3P.
- Pembentukan Asam Piruvat: Molekul G3P kemudian diubah menjadi asam piruvat, menghasilkan NADH dan ATP dalam proses ini.
Tahapan glikolisis ini menunjukkan bagaimana glukosa diubah melalui serangkaian reaksi enzimatik menjadi asam piruvat, dengan beberapa molekul ATP dan NADH sebagai produk sampingan. Anda dapat memperhatikan bagan glikolisis di bawah ini:
Glikolisis menghasilkan dua ATP bersih, karena dua ATP digunakan pada awal proses tetapi empat ATP dihasilkan pada akhirnya.
Dekarboksilasi Oksidatif
Setelah glikolisis, dua molekul asam piruvat yang dihasilkan memasuki mitokondria untuk mengalami dekarboksilasi oksidatif. Proses ini terjadi di dalam matriks mitokondria dan memerlukan oksigen. Dekarboksilasi oksidatif adalah tahap yang menghubungkan glikolisis dengan siklus Krebs dan memainkan peran penting dalam mempersiapkan molekul-molekul untuk oksidasi lebih lanjut.
Dalam tahapan dekarboksilasi oksidatif, setiap molekul asam piruvat diubah menjadi asetil-KoA, sebuah molekul penting yang diperlukan untuk siklus Krebs. Selama proses ini, satu molekul karbon dioksida dilepaskan dari setiap molekul asam piruvat, dan satu molekul NADH dihasilkan.
Input: 2 molekul asam piruvat
Produk: 2 molekul asetil-KoA, 2 molekul CO₂, 2 molekul NADH
Tahapan Dekarboksilasi Oksidatif:
- Pelepasan CO₂: Setiap molekul asam piruvat kehilangan satu atom karbon, yang dilepaskan sebagai karbon dioksida (CO₂).
- Pembentukan Asetil-KoA: Molekul dua karbon yang tersisa (CH₃CO) berikatan dengan koenzim A (KoA) untuk membentuk asetil-KoA.
- Pembentukan NADH: Elektron-elektron berenergi tinggi dilepaskan dan ditangkap oleh NAD+, membentuk NADH yang akan digunakan dalam rantai transpor elektron.
Hasil dekarboksilasi oksidatif sangat penting karena NADH yang dihasilkan berkontribusi pada produksi ATP dalam tahap akhir respirasi.
Siklus Krebs (Daur Asam Sitrat)
Siklus Krebs, juga dikenal sebagai siklus asam sitrat, adalah tahap ketiga dari proses respirasi aerob. Tahap ini berlangsung di dalam matriks mitokondria dan berfungsi untuk mengoksidasi asetil-KoA menjadi karbon dioksida, sekaligus menghasilkan NADH, FADH₂, dan ATP.
Input: 2 molekul asetil-KoA
Produk: 2 molekul ATP, 6 molekul NADH, 2 molekul FADH₂, 4 molekul CO₂
Tahapan Siklus Krebs:
- Pembentukan Asam Sitrat: Asetil-KoA bergabung dengan oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat, sebuah molekul enam karbon.
- Penguraian Asam Sitrat: Asam sitrat dioksidasi secara bertahap melalui beberapa langkah, menghasilkan dua molekul CO₂, serta NADH dan FADH₂.
- Produksi ATP: Energi dari beberapa reaksi digunakan untuk membentuk GTP, yang kemudian diubah menjadi ATP.
- Pembentukan Oksaloasetat: Siklus ini berakhir dengan pembentukan kembali oksaloasetat, yang siap untuk bergabung dengan asetil-KoA lainnya.
Siklus Krebs menghasilkan molekul NADH dan FADH₂ yang sangat penting dalam tahap berikutnya, yaitu rantai transpor elektron.
Rantai Transpor Elektron
Rantai transpor elektron adalah tahap terakhir dan paling produktif dari respirasi aerob. Tahap ini terjadi di membran dalam mitokondria, yang disebut krista. Elektron dari NADH dan FADH₂ yang dihasilkan dari glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs ditransfer melalui serangkaian kompleks protein.
Elektron-elektron ini bergerak dari satu protein ke protein lain, dan energi yang dilepaskan digunakan untuk memompa proton ke ruang antar membran mitokondria, menciptakan gradien proton. Gradien ini kemudian digunakan oleh enzim ATP sintase untuk menghasilkan ATP dalam jumlah besar.
Input: 10 NADH, 2 FADH₂
Produk: 34 molekul ATP, 6 molekul H₂O
Tahapan Rantai Transpor Elektron:
- Transfer Elektron: Elektron dari NADH dan FADH₂ dilepaskan ke rantai transpor elektron. Elektron-elektron ini bergerak melalui serangkaian kompleks protein yang bertindak sebagai pembawa elektron.
- Pembentukan Gradien Proton: Energi dari elektron-elektron ini digunakan untuk memompa proton (H⁺) ke ruang antar membran mitokondria, menciptakan gradien elektrokimia.
- Produksi ATP: Proton mengalir kembali ke matriks mitokondria melalui enzim ATP sintase. Aliran ini memicu sintesis ATP dari ADP dan fosfat anorganik.
- Pembentukan Air: Oksigen bertindak sebagai akseptor elektron terakhir dan bergabung dengan proton untuk membentuk air (H₂O).
Dalam respirasi aerob jumlah seluruh atp terbanyak diperoleh dalam tahapan ini, yaitu sebanyak 34 molekul ATP, yang merupakan sebagian besar ATP yang dihasilkan selama respirasi aerob.
Kelebihan dan Kekurangan Respirasi Aerob
Sementara respirasi anaerob memiliki kekurangan dalam hal efisiensi energi, respirasi aerob menawarkan keuntungan yang lebih signifikan. Respirasi aerob mampu menghasilkan ATP dalam jumlah besar—hingga 36 ATP per molekul glukosa—berkat proses yang lebih kompleks dan melibatkan oksigen sebagai akseptor elektron.
Ini memungkinkan organisme untuk menghasilkan energi yang cukup untuk melakukan berbagai aktivitas yang lebih rumit dan membutuhkan energi tinggi, seperti pertumbuhan, pemeliharaan, dan perbaikan sel.
Selain itu, respirasi aerob menghasilkan produk sampingan yang tidak berbahaya, yaitu karbon dioksida dan air, yang keduanya dapat dengan mudah dibuang dari tubuh tanpa menimbulkan efek merugikan.
Namun, ada juga beberapa kekurangan yang terkait dengan respirasi aerob. Proses ini sangat bergantung pada ketersediaan oksigen; tanpa oksigen, respirasi aerob tidak dapat berlangsung, dan organisme harus beralih ke respirasi anaerob, yang jauh lebih sedikit menghasilkan energi.
Selain itu, respirasi aerob lebih lambat dibandingkan respirasi anaerob karena memiliki banyak tahapan, yang membutuhkan waktu lebih lama untuk menghasilkan energi. Proses yang lebih lambat ini dapat menjadi kelemahan ketika energi dibutuhkan dalam jumlah besar dan dalam waktu singkat.
Selain itu, respirasi aerob memerlukan struktur sel yang lebih kompleks, seperti mitokondria, untuk melaksanakan seluruh proses, yang membuat organisme tanpa mitokondria atau dengan sedikit mitokondria tidak dapat melaksanakan respirasi aerob.
Pengertian Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob adalah proses penguraian senyawa organik yang terjadi tanpa bantuan oksigen. Berbeda dengan respirasi aerob, yang membutuhkan oksigen sebagai elemen utama dalam pembentukan energi, respirasi anaerob terjadi dalam kondisi kekurangan oksigen atau bahkan tanpa oksigen sama sekali.
Dalam proses ini, glukosa akan dipecah melalui fermentasi untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Respirasi anaerob akan menghasilkan atp sebanyak 2 ATP, yang mana 18 kali lebih sedikit daripada repirasi aerob.
Pada respirasi anaerob, tidak ada oksigen yang terlibat dalam proses pengambilan elektron untuk menghasilkan energi. Sebagai gantinya, proses ini bergantung pada akseptor elektron lain seperti senyawa organik untuk menghasilkan ATP.
Ciri-Ciri Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob memiliki beberapa ciri khas yang membedakannya dari respirasi aerob, terutama dalam hal penggunaan oksigen dan proses penguraian energi. Berikut adalah beberapa ciri-ciri dari respirasi anaerob:
- Tidak Membutuhkan Oksigen
Salah satu ciri utama respirasi anaerob adalah ketidakbergantungannya pada oksigen. Tanpa oksigen, sel tetap dapat menghasilkan energi meskipun jumlah energi yang dihasilkan lebih kecil. - Proses Fermentasi
Pada respirasi anaerob, proses utama yang terjadi adalah fermentasi. Fermentasi alkohol biasanya terjadi pada jamur ragi, di mana asam piruvat diubah menjadi etanol dan karbon dioksida, sedangkan fermentasi asam laktat terjadi pada sel otot manusia yang kekurangan oksigen. - Hasil ATP Lebih Sedikit
Respirasi anaerob akan menghasilkan ATP sebanyak 2 ATP per molekul glukosa, yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan respirasi aerob yang menghasilkan 36 ATP. - Tidak Ada Pembentukan Air
Berbeda dengan respirasi aerob, yang menghasilkan air sebagai produk sampingan, respirasi anaerob tidak menghasilkan air. Produk utama yang terbentuk adalah asam laktat atau etanol, tergantung pada jenis fermentasi yang terjadi.
Tahapan Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob adalah proses penguraian senyawa organik tanpa memerlukan oksigen, yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Pada respirasi anaerob, hanya terdapat dua tahap proses utama, yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat. Berikut adalah penjelasan mengenai dua tahapan respirasi anaerob tersebut:
Fermentasi Alkohol
Fermentasi alkohol umumnya terjadi pada jamur ragi dan beberapa mikroorganisme lainnya. Proses ini dimulai dengan glikolisis, di mana molekul glukosa dipecah menjadi molekul asam piruvat. Glikolisis menghasilkan ATP dan NADH. Pada tahap selanjutnya, asam piruvat akan mengalami dekarboksilasi, yaitu pelepasan gugus karboksil (CO2), yang menghasilkan asetaldehida. Asetaldehida kemudian menerima elektron dari NADH, menghasilkan etanol dan mengembalikan NAD+ yang dibutuhkan untuk glikolisis agar dapat terus berlangsung.
Proses fermentasi alkohol berlangsung sebagai berikut:
- Glikolisis: Glukosa diubah menjadi 2 molekul asam piruvat, menghasilkan 2 ATP dan 2 NADH.
- Dekarboksilasi Oksidatif: Asam piruvat diubah menjadi asetaldehida dengan pelepasan CO2.
- Reduksi Asetaldehida: Asetaldehida menerima elektron dari NADH untuk membentuk etanol, mengembalikan NAD+ agar glikolisis dapat terus berjalan.
Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat terjadi di dalam sel hewan, terutama saat otot bekerja keras dan kekurangan oksigen. Proses ini juga dimulai dengan glikolisis, di mana glukosa dipecah menjadi asam piruvat, menghasilkan ATP dan NADH. Namun, karena kekurangan oksigen, NADH tidak dapat mengalir melalui rantai transpor elektron untuk mengembalikan NAD+. Oleh karena itu, NADH akan mentransfer elektronnya ke asam piruvat, yang menghasilkan asam laktat dan mengembalikan NAD+ agar glikolisis dapat terus berlanjut.
Proses fermentasi asam laktat terjadi sebagai berikut:
- Glikolisis: Glukosa diubah menjadi 2 molekul asam piruvat, menghasilkan 2 ATP dan 2 NADH.
- Reduksi Asam Piruvat: NADH mentransfer elektron ke asam piruvat, menghasilkan asam laktat dan mengembalikan NAD+.
Kelebihan dan Kekurangan Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob memiliki beberapa kelebihan yang membuatnya penting dalam kondisi tertentu. Salah satu kelebihannya adalah proses ini tidak memerlukan oksigen, sehingga memungkinkan organisme bertahan hidup di lingkungan tanpa oksigen, seperti pada beberapa jenis bakteri atau bahkan dalam otot manusia saat kekurangan oksigen.
Selain itu, respirasi anaerob berlangsung lebih cepat dibandingkan respirasi aerob karena hanya melibatkan dua tahapan utama, yaitu glikolisis dan fermentasi, yang memungkinkan energi dihasilkan secara cepat.
Proses ini juga memungkinkan organisme untuk bertahan hidup dalam kondisi darurat di mana oksigen terbatas. Namun, respirasi anaerob juga memiliki beberapa kekurangan yang signifikan. Salah satunya adalah jumlah energi yang dihasilkan yang sangat terbatas.
Respirasi anaerob akan menghasilkan atp sebanyak 2 ATP yang dapat diproduksi per molekul glukosa, yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan respirasi aerob yang menghasilkan hingga 36 ATP.
Selain itu, proses anaerob menghasilkan produk sampingan yang dapat berbahaya bagi tubuh. Pada fermentasi asam laktat, misalnya, asam laktat dapat menumpuk dalam otot, menyebabkan rasa sakit, kelelahan, dan kram. Demikian pula, pada fermentasi alkohol, etanol yang dihasilkan bisa bersifat toksik jika menumpuk dalam tubuh.
Karena produksi energi yang terbatas dan potensi efek samping yang merugikan, respirasi anaerob tidak dapat berlangsung lama jika organisme membutuhkan energi dalam jumlah besar dan berkelanjutan.
Manfaat Respirasi Anaerob bagi Kehidupan
Tidak diragukan lagi, fermentasi hasil respirasi anaerob memiliki banyak manfaat bagi kehidupan kita. Yogurt, tempe, dan acar adalah beberapa produk fermentasi yang tidak asing di sekitar Anda. Ada 6 alasan mengapa fermentasi bermanfaat bagi kehidupan:
- Mudah dicerna tubuh, misalnya enzim laktosa dalam susu dipecah menjadi bentuk lain yang lebih mudah dicerna setelah difermentasi menjadi yogurt.
- Kaya akan enzim, seperti kandungan enzim pada kimchi atau acar yang membantu memecah nutrisi dalam makanan.
- Kaya vitamin, contohnya susu fermentasi mengandung asam folat, vitamin B, riboflavin, dan biotin.
- Dapat menghasilkan bakteri baik, seperti dalam minuman probiotik yang bakteri baiknya membantu saluran pencernaan bekerja lebih optimal.
- Menghindari mubazir pada makanan yang busuk, khususnya untuk sayuran yang mudah busuk seperti sawi putih, wortel, kol, mentimun, dll.
- Hemat biaya, karena proses fermentasi lebih murah daripada proses pengawetan lainnya.
Perbedaan Respirasi Aerob dan Anaerob
Baik respirasi aerob maupun respirasi anaerob adalah proses penting dalam penghasil energi bagi sel, namun keduanya memiliki perbedaan yang signifikan. Berikut adalah perbedaan utama antara keduanya:
1. Kebutuhan Oksigen
Respirasi aerob memerlukan oksigen sebagai komponen utama dalam proses penguraian glukosa untuk menghasilkan energi. Oksigen berfungsi sebagai akseptor elektron terakhir dalam rantai transpor elektron.
Sementara itu respirasi anaerob tidak membutuhkan oksigen untuk memproduksi energi. Ketika oksigen terbatas, tubuh atau sel menggunakan metode alternatif untuk menghasilkan ATP, seperti fermentasi.
2. Tempat Proses Terjadi
Proses utama respirasi aerob berlangsung di dalam mitokondria, tempat yang berfungsi untuk menghasilkan energi melalui serangkaian reaksi kimia yang kompleks.
Lain halnya respirasi anaerob, ia terjadi di sitosol atau sitoplasma sel. Meskipun glikolisis bagian dari respirasi anaerob dan aerob, respirasi anaerob tidak melibatkan mitokondria.
3. Proses dan Tahapan
Respirasi aerob melibatkan empat tahapan utama—glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs, dan transpor elektron. Proses ini lebih lama dan melibatkan lebih banyak tahapan untuk menghasilkan ATP.
Respirasi anaerob hanya melalui dua tahap utama fermentasi yaitu alkohol atau asam laktat. Proses ini jauh lebih sederhana dan cepat, tetapi menghasilkan energi yang jauh lebih sedikit dibandingkan respirasi aerob.
4. Produk yang Dihasilkan
Produk utama yang dihasilkan dari respirasi aerob adalah ATP, karbon dioksida (CO2), dan air (H2O). Karena oksigen digunakan, respirasi aerob lebih efisien dalam menghasilkan ATP dan menghasilkan produk sampingan yang relatif aman bagi sel.
Produk utama dari respirasi anaerob adalah ATP (dalam jumlah yang lebih sedikit), etanol (dalam fermentasi alkohol), atau asam laktat (dalam fermentasi asam laktat). Produk ini, terutama asam laktat, dapat menumpuk dan menyebabkan kelelahan pada otot.
Singkatnya cobalah untuk lihat tabel berikut:
| Respirasi Aerob | Respirasi Anaerob |
|---|---|
| Memerlukan oksigen | Tidak memerlukan oksigen |
| Berlangsung di mitokondria | Terjadi di sitoplasma |
| Memiliki 4 Tahapan | Hanya memiliki 2 tahapan |
| Menghasilkan 36 ATP | Menghasilkan 2 ATP |
Yuk, simak juga materi biologi menarik di artikel kami lainnya!
Kesimpulannya, baik respirasi aerob maupun respirasi anaerob memainkan peran penting dalam menyediakan energi bagi tubuh. Meskipun respirasi aerob jauh lebih efisien dalam menghasilkan ATP, respirasi anaerob tetap berguna dalam kondisi kekurangan oksigen.
Jika Anda tertarik untuk memahami lebih dalam tentang biologi, cobalah untuk mengikuti les biologi di Superprof.
Apa Anda menyukai artikel ini? Berikan penilaian Anda
Loading...
