RESPIRASI SELULAR Cara Sel Memanen Energi TIK: Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa dapat menjelaskan cara sel memanen energi kimia melalui proses respirasi selular dan faktorfaktor yang mempengaruhi respirasi Pokok Bahasan: Glikolisis Respirasi Anaerob Respirasi Aerob: Siklus Krebs & Rantai Respirasi Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
1
Energi Matahari Ekosistem
Fotosintesis dan Respirasi merupakan proses yang berkebalikan
Fotosintesis
Respirasi Selular
Kerja Selular Energi Panas
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
2
Aktivitas hidup memerlukan energi dalam bentuk ATP Pernapasan
Paru-paru
Gambar Orang berolah raga
Aliran darah
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
Sel-sel otot melakukan Respirasi Selular
3
ATP dapat digunakan untuk: Kerja transpor
Protein membran
Solut
Solut ditranspor Kerja mekanik
Portein motor
Portein dipindahkan Kerja kimia
Reaktan
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
Produk
4
ATP dihasilkan dari proses oksidasi molekul organik (seperti glukosa) di dalam sel hidup Glukosa + Oksigen
Karbondioksida + Air + Energi
Oksidasi
C6H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O Reduksi
ΔG = - 686 kkal/mol
Reaksi oksidasi dan reduksi memiliki peran penting dalam proses-proses biologi, seperti Respirasi BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
5
Respirasi Selular Melibatkan reaksi oksidasi-reduksi di dalam sel Memanen energi kimia menjadi ATP Reaksi umum C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 6 CO2 + 12 H2O + ATP
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
6
Glikolisis tahap awal dari respirasi selular 1 molekul Glukosa
2 ATP
2 molekul asam piruvat 4 ATP 2 NADH Glikolisis sitosol
glukosa
2 piruvat
Respirasi selular
Terjadi pada seluruh organisme Menggunakan enzim-enzim sitoplasma BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
7
Glikolisis
Glukosa
ATP ADP
Tahap persiapan (memerlukan energi) Glukosa 6-Fosfat Fruktosa 6-Fosfat
ATP ADP
Fruktosa 1,6-difosfat
Gliseraldehid 3-difosfat NADH
Asam 1,3-difosfogliserat (2 molekul)
ATP
Tahap menghasilkan Asam 3-fosfogliserat energi (2 molekul) Asam 2-fosfogliserat (2 molekul) Asam fosfoenolpiruvat (2 molekul)
ATP
Asam piruvat (2 molekul per molekul glukosa)
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
8
Lintasan Respirasi Aerobik-Anaerobik Ketersediaan Oksigen
Asam Piruvat
Oksigen tak ada / tak cukup
Respirasi Anaerobik
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
Oksigen ada / cukup
Respirasi Aerobik
9
Lintasan Respirasi Anaerobik Contoh : Fermentasi pada Ragi
Glukosa 2 Piruvat
2 Asetaldehid 2 Etanol BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
10
Pada otot hewan dan manusia saat kontraksi berlebihan
Glukosa 2 Piruvat 2 Asam laktat Timbunan asam laktat menurunkan pH otot sehingga kapasitas serat otot menurun, menimbulkan rasa lelah. Asam laktat dibawa ke liver, dan diubah kembali menjadi asam piruvat jika oksigen telah cukup kembali. Pada respirasi anaerob hanya dihasilkan 2 ATP (per 1 molekul glukosa) BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
11
Lintasan Respirasi Aerobik Respirasi : Pernapasan (memasukkan O2 dan mengeluarkan CO2) Oksidasi molekul-molekul organik oleh sel (respirasi selular) terjadi di dalam mitokondria (pada sel-sel eukariot) Ruang intermembran Kompleks Membran sintesis ATP Membran luar dalam
matriks
Krista
Keterangan : • membran luar
: permeabel terhadap sebagian besar molekul kecil • membran dalam : hanya dapat melewatkan molekul-molekul tertentu seperti asam piruvat dan ATP BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
12
Respirasi aerobik Tahap awal : oksidasi asam piruvat Siklus Krebs Transport elektron Elektron berenergi tinggi dibawa NADH NADH & FADH2
glukosa
Glikolisis
Rantai transport edan kemiosmosis
siklus Krebs
asam piruvat
mitokondria
Fluida sitoplasma CO2 ATP
CO2 ATP
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
ATP
13
Perubahan piruvat menjadi asetil KoA
sitosol
Mitokondria
Protein transpor
Piruvat
Koenzim A
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
Asetil Ko A
14
Asam sitrat (6 karbon)
Asetil KoA (2 karbon masuk)
Asam α-ketoglutarat (5 karbon)
Siklus Krebs
Asam suksinat (4 karbon)
Asam oksaloasetat (4 karbon) Asam malat (4 karbon)
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
15
Rantai Transport Elektron Hasil oksidasi gula menghasilkan : - ATP - NADH dan FADH2 (pembawa elektron berenergi tinggi) Elektron berenergi tinggi dalam NADH dan FADH2 dilewatkan setahap demi setahap ke tingkat energi yang rendah dan akhirnya diterima oksigen (O2) Siklus Krebs
Energi
Te red uks i Te rok sid asi
Rantai Transport Elektron BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
16
Mengapa harus ada rantai transpor elektron ?
Dari makanan via NADH
spor tran tai Ra n
Pelepasan energi panas
Energi untuk sintesis
tron elek BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
17
H+
H+
H+
Kompleks Protein
H+
Pembawa elektron
Aliran elektron NADH
NAD+
H+
ADP
Rantai Transpor Elektron BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
+
P
ATP
ATP sintase 18
Sintesis ATP Melalui Kemiosmosis Digerakkan oleh gradien proton (H+) antara ruang antar membran dan matriks mitokondria Melibatkan 2 hal : - gradien proton - energi potensial yang terbentuk dilepaskan dan digunakan untuk membentuk ATP
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
19
Mitokondria
Sitosol elektron melintasi membran
Glikolisis Glukosa
Rantai transport elektron dan fosforilasi oksidatif
2 Piruvat
Fosforilasi substrat
Fosforilasi substrat Maksimum per satu mol glukosa
Fosforilasi oksidatif
38 ATP
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
20
Energi maksimum hasil oksidasi 1 molekul glukosa Tempat proses Dalam sitoplasma glikolisis
Produk
Setara ATP Total ATP
2 ATP
2 ATP
2 ATP
2 NADH
6 ATP
6 ATP
asam piruvatAsetil KoA
1 NADH
3 ATP (2 X)
6 ATP
Siklus Krebs
3 NADH 1 FADH2 1 ATP
9 ATP 2 ATP (2 X) 1 ATP
24 ATP
Dalam mitokondria dari glikolisis dari respirasi
Total
38 ATP
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
21
Efisiensi Konversi Energi
Gula dibakar
100 % hilang sebagai panas 75 % hilang sebagai panas
Mesin mobil
25 % energi terpakai 60 % hilang
Sel hidup
40 % energi (ATP) BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
22
Rotenon
Sianida, CO
Rantai transpor elektron
Oligomisin
ATP sintase
Pengaruh senyawa racun pada proses transpor elektron dan kemiosmosis (Cambel et al., 2000). - Rotenon: termasuk insektisida, - oligomisin: fungisida, - dinitrophenol (DNP) pernah digunakan sebagai obat 101 / V / Glikolisis dan penurun beratBIO badan Respirasi
23
ATP diperlukan untuk menggerakkan biosintesis
Siklus Kreb
Sintesis Glukosa
Asetil KoA
Grup amino Asam amino Protein
Asam lemak Gliserol Lemak
Gula Karbohidrat
sel, jaringan, organisma
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
24
Makanan, co. kacang tanah
Karbohidrat
Lintasan Pemecahan Bahan Makanan
Lemak
Protein
Gliserol Asam lemak
Glukosa
Asam amino Grup amino
Glikolisis
Asetil KoA
ATP
Siklus Kreb
BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi
Fosforilasi Oksidatif
25
