Kuliah 3 Respirasi Selular

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