respirasi aerobik atau aerobik adalah proses biologis yang melibatkan memperoleh energi dari molekul organik – terutama glukosa – oleh serangkaian reaksi oksidasi, dimana akseptor elektron terakhir adalah oksigen.
Proses ini hadir di sebagian besar makhluk organik, khususnya eukariota . Semua hewan , tumbuhan, dan jamur bernafas secara aerobik. Selain itu, beberapa bakteri juga menunjukkan metabolisme aerobik.
Pada eukariota, mesin untuk respirasi seluler terletak di mitokondria. Sumber: National Human Genome Research Institute (NHGRI) dari Bethesda, MD, AS [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], melalui Wikimedia Commons
Secara umum, proses memperoleh energi dari molekul glukosa dibagi menjadi glikolisis (langkah ini umum di kedua jalur aerobik dan anaerobik), siklus Krebs dan rantai transpor elektron.
Konsep respirasi aerobik bertentangan dengan respirasi anaerobik. Dalam yang terakhir, akseptor terakhir elektron adalah zat anorganik lain, berbeda dari oksigen. Ini khas dari beberapa prokariota .
Indeks artikel
Apa itu oksigen?
Sebelum membahas proses respirasi aerobik, perlu diketahui aspek-aspek tertentu dari molekul oksigen.
Ini adalah unsur kimia yang diwakili dalam tabel periodik dengan huruf O, dan nomor atom 8. Dalam kondisi standar suhu dan tekanan, oksigen cenderung mengikat berpasangan, sehingga menimbulkan molekul dioksigen.
Gas ini, terdiri dari dua atom oksigen, tidak memiliki warna, bau atau rasa, dan diwakili oleh rumus O 2 . Di atmosfer , itu adalah komponen yang menonjol, dan diperlukan untuk menopang sebagian besar bentuk kehidupan di bumi.
Berkat sifat gas oksigen, molekul ini dapat dengan bebas melintasi membran sel – baik membran luar yang memisahkan sel dari lingkungan ekstraseluler, dan membran kompartemen subseluler, termasuk mitokondria .
Ciri-ciri pernapasan
Sel menggunakan molekul yang kita telan melalui makanan kita sebagai semacam “bahan bakar” pernapasan.
respirasi sel adalah energi proses pembangkit di dalam bentuk molekul ATP , di mana molekul mengalami oksidasi untuk menurunkan dan akseptor akhir elektron adalah, dalam banyak kasus, sebuah molekul anorganik.
Fitur penting yang memungkinkan proses respirasi dilakukan adalah adanya rantai transpor elektron. Dalam respirasi aerobik, akseptor terakhir untuk elektron adalah molekul oksigen.
Dalam kondisi normal, “bahan bakar” ini adalah karbohidrat atau karbohidrat dan lemak atau lipid. Saat tubuh memasuki kondisi genting karena kekurangan makanan, ia menggunakan protein untuk mencoba memenuhi kebutuhan energinya.
Kata respirasi merupakan bagian dari kosakata kita dalam kehidupan sehari-hari. Tindakan mengambil udara ke paru-paru kita, dalam siklus pernafasan dan inhalasi yang terus menerus, kita sebut respirasi.
Namun, dalam konteks formal ilmu kehidupan, tindakan semacam itu disebut dengan istilah ventilasi. Dengan demikian, istilah respirasi digunakan untuk merujuk pada proses yang terjadi pada tingkat sel.
Proses (tahapan)
Tahapan respirasi aerobik melibatkan langkah-langkah yang diperlukan untuk mengekstrak energi dari molekul organik – dalam hal ini kita akan menggambarkan kasus molekul glukosa sebagai bahan bakar pernapasan – sampai mencapai akseptor oksigen.
Jalur metabolisme kompleks ini dibagi menjadi glikolisis, siklus Krebs, dan rantai transpor elektron:
Glikolisis
Gambar 1: glikolisis vs glukoneogenesis. Reaksi dan enzim yang terlibat.
Langkah pertama dalam pemecahan monomer glukosa adalah glikolisis, juga disebut glikolisis. Langkah ini tidak memerlukan oksigen secara langsung, dan ada di hampir semua makhluk hidup .
Tujuan dari jalur metabolisme ini adalah pemecahan glukosa menjadi dua molekul asam piruvat, memperoleh dua molekul energi bersih (ATP), dan mereduksi dua molekul NAD + .
Dengan adanya oksigen, jalur dapat berlanjut ke siklus Krebs dan rantai transpor elektron. Jika oksigen tidak ada, molekul akan mengikuti rute fermentasi . Dengan kata lain, glikolisis adalah jalur metabolisme umum untuk respirasi aerobik dan anaerobik.
Sebelum siklus Krebs, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat harus terjadi. Langkah ini dimediasi oleh kompleks enzim yang sangat penting, yang disebut piruvat dehidrogenase, yang melakukan reaksi yang disebutkan di atas.
Dengan demikian, piruvat menjadi radikal asetil yang kemudian ditangkap oleh koenzim A, yang bertanggung jawab untuk mengangkutnya ke siklus Krebs.
Siklus Krebs
Siklus Krebs, juga dikenal sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat, terdiri dari serangkaian reaksi biokimia yang dikatalisis oleh enzim tertentu yang berusaha untuk secara bertahap melepaskan energi kimia yang tersimpan dalam asetil koenzim A.
Ini adalah jalur yang sepenuhnya mengoksidasi molekul piruvat dan terjadi dalam matriks mitokondria.
Siklus ini didasarkan pada serangkaian reaksi oksidasi dan reduksi yang mentransfer energi potensial dalam bentuk elektron ke unsur yang menerimanya, terutama molekul NAD + .
Ringkasan siklus Krebs
Setiap molekul asam piruvat terurai menjadi karbon dioksida dan molekul dua karbon, yang dikenal sebagai gugus asetil. Dengan penyatuan ke koenzim A (disebutkan di bagian sebelumnya) kompleks asetil koenzim A terbentuk.
Dua karbon asam piruvat memasuki siklus, mengembun dengan oksaloasetat, dan membentuk molekul sitrat enam karbon. Dengan demikian, reaksi langkah oksidatif terjadi. muallaf sitrat untuk oksaloasetat dengan produksi teoritis dari 2 mol karbon dioksida, 3 mol NADH, 1 dari FADH 2 dan 1 mol GTP.
Karena dua molekul piruvat terbentuk dalam glikolisis, satu molekul glukosa melibatkan dua putaran siklus Krebs.
Rantai transpor elektron
Rantai transpor elektron terdiri dari urutan protein yang memiliki kemampuan untuk melakukan reaksi oksidasi dan reduksi.
Lintasan elektron melalui kompleks protein ini menghasilkan pelepasan energi secara bertahap yang selanjutnya digunakan dalam pembentukan ATP oleh kemoosmotik. Yang penting, reaksi berantai terakhir adalah tipe ireversibel.
Pada organisme eukariotik, yang memiliki kompartemen subselular, unsur-unsur rantai pengangkut ditambatkan ke membran mitokondria. Pada prokariota, yang tidak memiliki kompartemen ini, unsur rantai terletak di membran plasma sel.
Reaksi rantai ini mengarah pada pembentukan ATP, melalui energi yang diperoleh dengan perpindahan hidrogen melalui transporter, hingga mencapai akseptor akhir: oksigen, reaksi yang menghasilkan air.
Kelas molekul pembawa
Rantai terdiri dari tiga varian konveyor. Kelas pertama adalah flavoprotein, ditandai dengan adanya flavin. Jenis transporter ini dapat melakukan dua jenis reaksi, baik reduksi maupun oksidasi, secara bergantian.
Tipe kedua terdiri dari sitokrom. Protein ini memiliki gugus heme (seperti hemoglobin), yang dapat menunjukkan keadaan oksidasi yang berbeda.
Kelas transporter terakhir adalah ubiquinone, juga dikenal sebagai koenzim Q. Molekul-molekul ini bukanlah protein di alam.
Organisme yang melakukan respirasi aerob
Sebagian besar organisme hidup memiliki respirasi tipe aerobik. Ini khas organisme eukariotik (makhluk dengan inti sejati dalam sel mereka, dibatasi oleh membran). Semua hewan, tumbuhan, dan jamur bernafas secara aerobik.
Hewan dan jamur adalah organisme heterotrofik , yang berarti bahwa “bahan bakar” yang akan digunakan dalam jalur metabolisme respirasi harus dikonsumsi secara aktif dalam makanan. Berbeda dengan tumbuhan, yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan makanannya sendiri melalui fotosintesis.
Beberapa genera prokariota juga membutuhkan oksigen untuk respirasi mereka. Secara khusus, ada bakteri aerobik yang ketat – yaitu, mereka hanya tumbuh di lingkungan yang kaya oksigen, seperti pseudomonas.
Genus bakteri lain memiliki kemampuan untuk mengubah metabolismenya dari aerobik menjadi anaerobik berdasarkan kondisi lingkungan, seperti salmonella. Pada prokariota, menjadi aerobik atau anaerobik merupakan karakteristik penting untuk klasifikasi mereka.
Perbedaan respirasi anaerobik
Proses kebalikan dari respirasi aerobik adalah cara anaerobik. Perbedaan yang paling jelas antara keduanya adalah penggunaan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir. Respirasi anaerob menggunakan molekul anorganik lain sebagai akseptor.
Selanjutnya pada respirasi anaerob produk akhir reaksi adalah molekul yang masih berpotensi untuk terus teroksidasi. Misalnya, asam laktat yang terbentuk di otot selama fermentasi. Sebaliknya, produk akhir respirasi aerobik adalah karbon dioksida dan air.
Ada juga perbedaan dari sudut pandang energi. Dalam jalur anaerobik, hanya dua molekul ATP yang diproduksi (sesuai dengan jalur glikolitik), sedangkan pada respirasi aerobik produk akhir umumnya sekitar 38 molekul ATP – yang merupakan perbedaan yang signifikan.
Referensi
- Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokimia. Edisi keenam. Thomson. Brooks / Cole.
- Curtis, H. (2006). Undangan Biologi. Edisi keenam. Buenos Aires: Dokter Pan-Amerika.
- Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas Histologi Vertebrata. Universitas Otonomi Nasional Meksiko. halaman 173.
- Hall, J. (2011). Perjanjian Fisiologi Medis. New York: Ilmu Kesehatan Elsevier.
- Harisha, S. (2005). Pengantar Bioteknologi Praktis. New Delhi: Media Firewall.
- Bukit, R. (2006). Fisiologi Hewan. Madrid: Medis Pan-Amerika.
- Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Dasar Fisiologi. Madrid: Tebar.
- Koolman, J., & Rohm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas . Ed. Medis Panamerika.
- Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Teks Biokimia untuk Mahasiswa Kedokteran . Edisi keenam. Meksiko: JP Medical Ltd.
