Reaksi Biokimia Dalam Respirasi Sel

By On Wednesday, February 22nd, 2017 Categories : Sains

Glikolisis adalah langkah pertama dari respirasi selular, di mana sebuah molekul glukosa dipecah untuk melepaskan energi.

Respirasi selular menghasilkan energi yang diciptakan selama fotosintesis melalui serangkaian reaksi biokimia:

• Glikolisis
• Siklus Kreb
• rantai transpor Elektron
• Fermentasi
• Glikolisis

Sel memanen energi yang terkandung dalam ikatan kimia glukosa yang sangat terkontrol, langkah-demi-langkah serangkaian reaksi yang melepaskan sejumlah kecil energi selama setiap reaksi biokimia. Proses glikolisis adalah terkontrol enzim, reaksi empat langkah yang terjadi dalam sitoplasma sel:

  1. Energi yang dibutuhkan untuk memulai proses, sehingga molekul glukosa menerima dua gugus fosfat berenergi tinggi dari dua molekul ATP.
  2. Dihasilkan molekul intermediasi segera terbagi menjadi dua, tiga molekul karbon yang disebut PGAL, masing-masing berisi gugus fosfat berenergi tinggi.
  3. Sebuah gugus fosfat berenergi tinggi kedua ditambahkan ke molekul PGAL tiga karbon dan dua molekul NADH yang dihasilkan.
  4. Akhirnya, molekul PGAL tiga karbon menyumbangkan fosfat berenergi tinggi untuk membuat ATP dan bentuk piruvat tiga karbon sebagai produk akhir.

Merujuk kepada ilustrasi glikolisis untuk melihat aksi dari senyawa intermediasi dan molekul energi. Kelompok fosfat berenergi tinggi ditambahkan dalam Langkah 1 dan 3 akan dihapus pada Langkah 4 untuk membuat empat ATP (dua dari Langkah 1 dan dua dari Langkah 3) dari empat ADP.

Karena dua molekul ATP yang diperlukan untuk memulai glikolisis dan empat diproduksi di langkah terakhir, keuntungan bersih dua molekul ATP. Meskipun ATP diproduksi, glikolisis tidak menghasilkan energi yang cukup untuk mempertahankan siklus hidup mereka untuk bentuk kehidupan yang kompleks. Oleh karena itu, tujuan utama dari glikolisis adalah untuk menghasilkan elektron energi tinggi untuk digunakan dalam rantai transpor elektron. Produk akhir, asam piruvat atau piruvat, masih mengandung energi yang dapat dipanen dalam dua cara tergantung pada ketersediaan oksigen.

Siklus Kreb

Jika oksigen, piruvat mengalami respirasi aerobik, yang terdiri dari dua bagian: siklus Kreb (juga dikenal sebagai siklus asam sitrat), dan rantai transpor elektron. Setelah glikolisis, piruvat bergerak dari sitoplasma ke dalam mitokondria dan bereaksi dengan koenzim untuk menciptakan molekul dua-karbon, asetil koenzim A (asetil CoA) dengan kehilangan satu molekul karbon dioksida. Sembilan reaksi terkontrol-enzim dipadatkan dan disajikan dalam lima langkah-langkah berikut:glikolisis

  1. Asetil KoA menyumbangkan gugus asetil dua karbon senyawa intermediasi empat karbon, asam oksaloasetat, untuk menciptakan molekul asam sitrat enam karbon.
  2. Elektron energi tinggi yang teroksidasi untuk menciptakan molekul NADH kaya energi bila senyawa enam karbon kehilangan molekul karbon dioksida menjadi molekul lima karbon.
  3. Sebuah molekul kedua NADH dan molekul ATP yang diproduksi ketika molekul karbon dioksida lain dilepaskan dari molekul lima karbon, yang kemudian degradasi ke molekul empat karbon baru.
  4. Molekul empat karbon selanjutnya teroksidasi untuk mentransfer elektron energi tinggi untuk menciptakan senyawa energi tinggi, FADH2, dan banyak lagi NADH.
  5. Enzim mengatur ulang ikatan dalam molekul empat karbon menjadi asam oksaloasetat, yang menggabungkan dengan asetil KoA untuk memulai siklus Kreb.
Siklus Krebs
Hans Adolf Krebs pertama kali mempostulatkan siklus asam sitrat (juga dikenal sebagai siklus Krebs) pada tahun 1937

Mengacu pada siklus Kreb ilustrasi untuk melihat rincian dari molekul yang mengandung energi. Singkatnya, siklus Kreb menghilangkan molekul karbon dioksida dari glukosa secara bertahap untuk melepaskan energi, tapi seperti glikolisis, tujuan utama adalah untuk menciptakan energi tinggi elektron pembawa NADH dan FADH2. Karbon dioksida dikeluarkan dalam proses ini adalah produk limbah dan harus dihilangkan dari sistem. Sebagai contoh, ini adalah mengapa Anda mengeluarkan napas.

Siklus Kreb menghasilkan 10 molekul ATP dan menghasilkan molekul energi NADH dan FADH2, yang merupakan dipanen kemudian dalam rantai transpor elektron.

Pada akhir siklus Kreb, molekul glukosa asli sepenuhnya teroksidasi, sehingga sebagian besar energi kini berada dalam energi tinggi elektron dihilangkan dari ikatan karbon-karbon dan karbon-hidrogen yang menciptakan pembawa elektron NADH dan FADH2. Elektron energi tinggi yang terkandung dalam NADH dan FADH2 yang disumbangkan untuk molekul akseptor elektron yang terletak di lipatan panjang krista pada membran bagian dalam mitokondria. Mereka memulai proses pembentukan ATP dalam rantai transpor elektron.

Rantai Transportasi Elektron

Rantai transpor elektron adalah di mana sebagian besar energi dilepaskan dalam respirasi selular. Mekanisme rantai transpor elektron dapat digambarkan dalam lima langkah:

  1. Elektron energi tinggi dari NADH dan FADH2 memasuki rantai transpor elektron dan ditularkan dari molekul ke molekul, kehilangan energi secara bertahap terkendali.
  2. Hilangnya energi dari elektron ini digunakan untuk memompa ion hidrogen dari kompartemen dalam mitokondria ke kompartemen luar mitokondria melintasi membran mitokondria. Hal ini menciptakan daerah konsentrasi ion hidrogen yang tinggi pada satu sisi membran mitokondria dan konsentrasi ion hidrogen rendah di sisi lain dari membran. Hasilnya adalah gradien konsentrasi melintasi membran dalam menciptakan sumber energi potensial, yang lagi sebanding dengan energi potensial air tertahan oleh bendungan raksasa.
  3. Gradien konsentrasi digunakan sebagai sumber energi potensial untuk mendorong sintesis kemiosmotik ATP.
  4. Sebuah protein pembawa membantu ion hidrogen berdifusi melalui lubang saluran protein dalam membran. Karena ion hidrogen berdifusi dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah, protein pembawa memanfaatkan energi kinetik dari ion hidrogen untuk menambahkan gugus fosfat berenergi tinggi ke ADP membentuk ATP, dengan bantuan enzim ATP sintetase.
  5. Ini-energi tinggi elektron melewati sepanjang rantai transpor elektron sampai kelebihan energi akan dihapus dan kemudian dikombinasikan dengan ion hidrogen berlebih dan oksigen untuk membentuk air, yang kemudian menjadi sia-sia dan harus dihilangkan dari sistem. Sebagai contoh, ini adalah mengapa Anda buang air kecil.

Singkatnya, oksidasi glukosa adalah sekitar 37 persen efisien dan menghasilkan semua energi yang dibutuhkan untuk hampir setiap jenis sel. Respirasi aerobik lengkap 1 molekul glukosa menciptakan hasil maksimum 36 molekul ATP, sebagai berikut:

Glikolisis = 4 ATP molekul
Siklus Kreb = 10 ATP
Rantai transpor Elektron = 22 ATP

Fermentasi

Jika oksigen tidak hadir setelah glikolisis, rantai transpor elektron tidak dapat beroperasi karena tidak ada oksigen hadir untuk melayani sebagai akseptor elektron terakhir. Jadi piruvat diubah oleh sel-sel khusus tertentu menjadi senyawa lain dalam proses yang disebut fermentasi. Fermentasi tidak menghasilkan ATP tambahan, tetapi tidak meregenerasi NAD +, yang kemudian dapat berpartisipasi dalam glikolisis untuk membuat lebih ATP. NADH akan diubah menjadi NAD + dengan menambahkan elektron energi tinggi ekstra dalam NADH pada molekul organik menengah. Gabungan total glikolisis dan fermentasi menghasilkan 2 ATP molekul untuk setiap glukosa, dibandingkan dengan 36 ATP melalui respirasi aerobik. Meskipun ada beberapa jalur fermentasi, dua yang paling umum menghasilkan asam laktat dan etanol.
Dalam fermentasi asam laktat katalis-enzim, piruvat tiga karbon disusun kembali ke dalam molekul laktat tiga karbon, alias asam laktat. Dalam prosesnya, NADH dioksidasi menjadi NAD +, yang kemudian tersedia untuk digunakan dalam glikolisis, sedangkan piruvat direduksi menjadi laktat. Proses ini akrab bagi atlet karena kelebihan penumpukan asam laktat karena latihan anaerobik (tidak menerima cukup oksigen), menyebabkan daerah menyakitkan di otot yang terkena.

Fermentasi alkohol menghasilkan etanol, juga dikenal sebagai etil alkohol, komponen beralkohol minuman beralkohol dewasa. Proses ini dua tahap dimulai ketika piruvat kehilangan sebuah molekul karbon dioksida menjadi perantara molekul dua-karbon. Pada Langkah 2, ion hidrogen dari NADH ditambahkan untuk membuat etil alkohol dan regenerasi NAD +.