Cara Sel Memanen Energi RESPIRASI SELULAR Cara Sel Memanen Energi TIK: Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa dapat menjelaskan cara sel memanen energi kimia melalui proses respirasi selular dan faktor- faktor 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 Fotosintesis Respirasi Selular Kerja Selular Fotosintesis dan Respirasi merupakan proses yang berkebalikan Energi Panas BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi 2

Aktivitas hidup memerlukan energi dalam bentuk ATP Pernapasan Paru-paru Gambar Orang berolah raga Sel-sel otot melakukan Respirasi Selular 3 Aliran darah BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi

ATP dapat digunakan untuk: Protein membran Kerja transpor Solut ditranspor Kerja mekanik Solut Portein motor Reaktan Portein dipindahkan Kerja kimia Produk BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi 4

ATP dihasilkan dari proses oksidasi molekul organik (seperti glukosa) di dalam sel hidup Glukosa + Oksigen Oksidasi C6H12O6 + 6 O2 Karbondioksida + Air + Energi 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

Melibatkan reaksi oksidasi-reduksi di dalam sel 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 2 ATP 1 molekul Glukosa 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 Tahap persiapan (memerlukan energi) Fruktosa 6-Fosfat Glukosa Glukosa 6-Fosfat Tahap persiapan (memerlukan energi) ATP ADP Fruktosa 6-Fosfat ATP ADP Fruktosa 1,6-difosfat Gliseraldehid 3-difosfat NADH Asam 1,3-difosfogliserat (2 molekul) menghasilkan Asam 3-fosfogliserat Tahap ATP energi Asam 2-fosfogliserat (2 molekul) Asam fosfoenolpiruvat 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 Oksigen ada / cukup Respirasi Aerobik 9

Contoh : Fermentasi pada Ragi 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

Pernapasan (memasukkan O2 dan mengeluarkan CO2) 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 matriks Krista Membran sintesis ATP Membran luar dalam 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

Tahap awal : oksidasi asam piruvat Siklus Krebs Transport elektron Respirasi aerobik Tahap awal : oksidasi asam piruvat Siklus Krebs Transport elektron Elektron berenergi tinggi dibawa NADH NADH & FADH2 Glikolisis siklus Krebs Rantai transport e- dan kemiosmosis glukosa asam piruvat Fluida sitoplasma mitokondria CO2 CO2 ATP ATP BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi ATP 13

Perubahan piruvat menjadi asetil KoA sitosol Protein transpor Mitokondria Koenzim A BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi Asetil Ko A Piruvat 14

Asetil KoA (2 karbon masuk) Siklus Krebs Asam sitrat (6 karbon) Asam α-ketoglutarat (5 karbon) Asetil KoA (2 karbon masuk) Siklus Krebs Asam oksaloasetat (4 karbon) Asam malat BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi Asam suksinat (4 karbon) 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 Te red uksi Te rok sid asi Energi Rantai Transport Elektron BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi 16

Mengapa harus ada rantai transpor elektron ? Dari makanan via NADH BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi Energi untuk sintesis Ran tai Pelepasan energi panas tran spor elek tron 17

Rantai Transpor Elektron BIO 101 / V / Glikolisis dan H+ H+ H+ Kompleks Protein Pembawa elektron H+ Aliran elektron NADH NAD+ H+ + ADP P ATP Rantai Transpor Elektron BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi 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 Glikolisis Rantai transport Fosforilasi melintasi membran Glikolisis Glukosa 2 Piruvat Rantai transport elektron dan fosforilasi oksidatif Fosforilasi substrat Fosforilasi substrat Maksimum per satu 38 ATP mol glukosa BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi Fosforilasi oksidatif 20

Energi maksimum hasil oksidasi 1 molekul glukosa Tempat proses Dalam sitoplasma Produk Setara ATP Total ATP glikolisis 2 ATP 2 ATP 2 ATP Dalam mitokondria dari glikolisis 2 NADH 6 ATP 6 ATP dari respirasi asam piruvat- Asetil KoA Siklus Krebs 1 NADH 3 NADH 1 FADH2 1 ATP 3 ATP (2 X) 9 ATP 2 ATP (2 X) 1 ATP 6 ATP 24 ATP Total 38 ATP BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi 21

Efisiensi Konversi Energi 100 % hilang sebagai panas 75 % hilang sebagai panas 25 % energi terpakai 60 % hilang Gula dibakar Mesin mobil Sel hidup 40 % energi (ATP) BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi 22

Pengaruh senyawa racun pada proses transpor elektron dan Rotenon Sianida, CO Oligomisin ATP sintase Rantai transpor elektron Pengaruh senyawa racun pada proses transpor elektron dan kemiosmosis (Cambel et al., 2000). - Rotenon: termasuk insektisida, - oligomisin: fungisida, - dinitrophenol (DNP) pernah digunakan sebagai obat BIO 101 Respirasi penurun berat badan/ V / Glikolisis dan 23

ATP diperlukan untuk menggerakkan biosintesis Sintesis Glukosa Gula Karbohidrat Siklus Kreb Grup amino Asam amino Protein Asetil KoA Asam lemak Gliserol Lemak sel, jaringan, organisma BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi 24

Makanan, co. kacang tanah Lintasan Pemecahan Bahan Makanan Fosforilasi Karbohidrat Lemak Protein Glukosa Gliserol Asam lemak Asam amino Grup amino Fosforilasi Oksidatif Asetil KoA Siklus Kreb Glikolisis ATP BIO 101 / V / Glikolisis dan Respirasi 25