Respirasi Aerob

Respirasi aerob adalah peristiwa pemecahan glukosa dengan bantuan oksigen untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat). ATP digunakan oleh organisme untuk melakukan berbagai aktivitas yang membutuhkan energi. Organisme yang melakukan respirasi aerob adalah Hewan, tumbuhan, sebagian besar jamur, dan sebagian kecil bakteri. Persamaan reaksi untuk perombakan satu molekul glukosa secara sederhana adalah sebagai berikut.

C6H12O6 + 6O2   →  6H2O + 6CO2 + 38 ATP
Glukosa        Oksigen             Air    Karbon dioksida     Energi

Pada proses tersebut glukosa dirombak (dipecah) menjadi molekul yang lebih sederhana dengan melepaskan energi. Peristiwa pemecahan molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana dengan melepaskan energi disebut katabolisme. Proses respirasi aerob terjadi melalui 4 tahap, yaitu 1) Glikolisis, 2) Dekarboksilasi oksidatif, 3) Siklus krebs, dan 4) Transfer elektron. Gikolisis terjadi di sitoplasma, sedangkan tiga tahapan yang lain terjadi di mitokondria. Karena menjadi tempat berlangsungnya respirasi aerob, mitokondria dikenal sebagi organel sel penghasil energi. Sel sperma memiliki banyak mitokondria agar mampu menghasilkan banyak energi yang dibutuhkan dalam perjalanannya menuju ovum.

Glikolisis
Glikolisis merupakan peristiwa pemecahan 1 molekul glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat. Reaksi ini terjadi di sitoplasma sel. Jalur glikolisis terdiri atas 10 langkah dan masing-masing dikatalisis oleh enzim yang spesifik. Langkah-langkah dalam glikolisis dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Langkah-langkah dalam glikolisis

Glikolisis menghasilkan 4 molekul ATP, namun 2 ATP digunakan untuk membayar hutang langkah ke-1 dan ke-3 yang justru membutuhkan ATP. Dua molekul NADH dihasilkan dalam proses ini, nantinya NADH tersebut akan diubah menjadi ATP dalam tahap transfer elektron.
Hasil akhir dari glikolisis adalah sebagai berikut:

• 2 molekul asam piruvat
• 2 molekul ATP
• 2 molekul NADH

Selengkapnya tentang glikolisis dapat dibaca dalam artikel Proses dan Tahapan Glikolisis.

Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif merupakan reaksi pengubahan asam piruvat menjadi asetil CoA. Proses Dekarboksilasi oksidatif terjadi di matriks mitokondria, langkah-langkahnya terdapat pada Gambar 2.

Gambar 2. Dekarboksilasi oksidatif

Asam piruvat dari sitoplasma akan masuk ke dalam mitokondria dan menuju matriks mitokondria. Kemudian, gugus karboksil dalam piruvat dikeluarkan sebagai CO2 yang berdifusi keluar dari sel. NAD+ direduksi menjadi NADH. Akhirnya, koenzim A diikatkan dan terbentuklah asetil CoA.
Terdapat dua asam piruvat hasil glikolisis yang masuk dekarboksilasi oksidatif, hasil akhirnya adalah sebagai berikut. Asetil CoA kemudian akan masuk siklus krebs untuk diproses lebih lanjut menghasilkan energi.

• 2 molekul Asetil CoA
• 2 molekul NADH

Siklus Krebs
Siklus krebs terjadi di matriks mitokondria. Asetil CoA akan masuk siklus krebs berikatan dengan oksaloasetat. Dalam siklus krebs terdapat 8 tahap reaksi. Tahapan siklus krebs dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3. Siklus krebs

Dua molekul asetil CoA masing-masing akan menjalani siklus krebs. Dimulai dengan bereaksinya asetil CoA dengan oksaloasetat yang berubah menjadi asam sitrat. Siklus krebs dalam sekali siklusnya melepaskan dua molekul CO2. Proses ini disebut sebagai suatu siklus karena dalam tahap-tahap reaksinya selalu berputar-putar seperti roda.
Hasil akhir dari siklus krebs dalam respirasi 1 molekul glukosa (2 kali siklus) adalah sebagai berikut.

• 2 molekul ATP
• 6 molekul NADH
• 2 molekul FADH2

Selengkapnya tentang siklus krebs dapat dibaca pada artikel Proses dan Tahapan Siklus Krebs.

Transfer Elektron

Transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Rantai tansfer elektron merupakan proses produksi ATP dari NADH dan FADH2 yang dihasilkan dalam glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus krebs. NADH dan FADH2 akan masuk transfer elektron dan melalui suatu peristiwa yang disebut kemiosmosis akan dihasilkan ATP.

Gambar 4. Transfer elektron

Proses transfer elektron diawali dengan NADH melepaskan elektron dan H+ sehingga berubah menjadi NAD+. Elektron akan ditangkap oleh komplekas protein pembawa elektron yang terletak pada membran dalam mitokondria. Saat elektron melewati kompleks protein pertama, H+ dari matriks akan dipompa menuju ruang antar membran. Elektron kemudian ditangkap oleh quinon yang dapat bergerak untuk mengantarkan elektron menuju kompleks protein kedua. Saat elektron melewati kompleks protein kedua, H+ dipompa dari matriks menuju ruang antar membran. Elektron kemudian akan ditangkap oleh sitokrom c yang bergerak menuju kompleks protein ketiga. Saat elektron melewati kompleks protein ketiga, H+ dipompa menuju ruang antar membarn mitokondria. H+ yang tadi dikeluarkan akan masuk kembali menuju matriks melalui ATP sintase, yaitu enzim yang terdapat pada membran dalam mitokondria. Setiap H+ melewati ATP sintase, energi dari H+ akan digunakan untuk membentuk ATP yang dilepaskan dalam matriks.

Transfer elektron dari 1 molekul NADH menyebabkan 3 H+ keluar dan dimasukkan kembali sehingga terbentuk 3 ATP. Sedangkan transfer elektron dari 1 molekul FADH2 tidak melewati protein pembawa pertama, hanya melewati yang kedua dan ketiga. Hal ini menyebabkan hanya 2 H+ yang dikeluarkan dan masuk kembali melaui ATP sintase, sehingga hasilnya hanya 2 ATP saja. Oksigen akan masuk sebagai penerima elektron terakhir setelah lepas dari protein pembawa ketiga. Oksigen akan menerima elektron dan berikatan dengan H+ sehingga terbentuklan H2O. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 4. diatas.

Hasil akhir dari transfer elektron adalah sebagai berikut.

• 2 molekul NADH dari glikolisis                          = 6 ATP
• 2 molekul NADH dari dekarboksilasi oksidatif   = 6 ATP
• 6 molekul NADH dari siklus krebs                      = 18 ATP
• 2 molekul FADH2 dari siklus krebs                     = 4 ATP

Total ATP yang dihasilkan dalam respirasi aerob glukosa adalah 38 molekul ATP, dengan rincian sebagai berikut.

• 2 molekul ATP dari glikolisis
• 2 molekul ATP dari siklus krebs
• 34 molekul ATP dari transfer elektron

Selengkapnya tentang transfer elektron dapat dibaca pada artikel Proses dan Tahapan Transfer Elektron.