Sel Anda sibuk. Mereka membutuhkan bahan bakar untuk menjaga jantung Anda tetap berdetak, otak Anda tetap aktif, dan otot-otot Anda berkontraksi. Bahan bakar tersebut berasal dari respirasi seluler, proses di mana sel mengekstraksi energi dari gula dan molekul organik lainnya. Ini bukan hanya reaksi tunggal. Ini adalah rangkaian peristiwa kimia kompleks yang terjadi terus-menerus di dalam diri Anda.
Hasil akhirnya sangat jelas: karbon dioksida, air, dan ATP.
Apa yang Sebenarnya Terjadi di Dalam Sel Anda?
ATP, atau adenosin trifosfat, adalah mata uang energi kehidupan. Sel Anda menggunakannya untuk melakukan pekerjaan. Karbon dioksida adalah limbah. Ia meninggalkan sel. Air adalah produk sampingan. Keajaiban sebenarnya adalah konversi ikatan kimia menjadi energi yang dapat digunakan.
Proses ini tidak terjadi di semua tempat di dalam sel. Itu terjadi di dua lokasi tertentu:
– Sitoplasma
– Mitokondria
Enzim mendorong reaksi ini. Mereka adalah protein khusus yang mempercepat proses kimia. Tanpa mereka, prosesnya akan terlalu lambat untuk menopang kehidupan. Setiap enzim menangani langkah tertentu, memastikan pemecahan karbon dan hidrogen dengan adanya oksigen atau senyawa lain terjadi secara efisien.
Respirasi seluler adalah cara kehidupan mengubah makanan menjadi tindakan.
Mengapa ini penting? Karena setiap gerakan yang Anda lakukan, setiap pikiran yang Anda miliki, dan setiap napas yang Anda hirup bergantung pada mesin mikroskopis ini. Mesin itulah yang membuat Anda tetap hidup.
Mengapa respirasi anaerobik tidak memiliki persamaan kimia universal
Respirasi aerobik mengikuti skenario yang dapat diprediksi. Glukosa bertemu oksigen. Karbon dioksida, air, dan ATP muncul. Keseimbangannya sangat mudah.
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energi (ATP)
Persamaan bersih tersebut tidak berlaku untuk respirasi anaerobik. Mengapa? Karena organisme yang berbeda menggunakan bahan kimia yang berbeda sebagai akseptor elektron akhir. Beberapa menukar oksigen dengan sulfat. Yang lain menggunakan nitrat. Sifat kimiawi berubah seiring dengan setiap spesies dan lingkungan.
Satu-satunya hal yang tetap ada. Oksigen tidak ada. Efisiensi turun secara signifikan dibandingkan dengan versi aerobik. Anda mendapatkan lebih sedikit ATP untuk jumlah glukosa yang sama.
Tiga tahap pemecahan glukosa
Respirasi seluler bukanlah reaksi tunggal. Itu adalah sebuah saluran pipa. Tiga fase berbeda menangani pekerjaan itu.
1. Glikolisis: Pemula sitoplasma
Ini terjadi pertama kali. Di sebagian besar sel, aksinya bergerak melalui sitoplasma.
Satu molekul glukosa (enam karbon) terpecah menjadi dua molekul piruvat (masing-masing tiga karbon). Sepuluh reaksi terpisah mendorong proses ini. Setiap langkah dikatalisis oleh enzim tertentu.
Perhitungan energinya sederhana. Sel menghabiskan dua molekul ATP untuk memulai garis. Ia memanen empat ATP pada akhirnya. Keuntungan bersih: dua ATP.
Ini juga menghasilkan dua molekul NADH. Pembawa ini menyiapkan atom hidrogen untuk tahap akhir. Mereka adalah bahan bakar untuk apa yang akan terjadi selanjutnya.
2. Siklus asam sitrat: Mesin mitokondria
Pada eukariota, keadaannya bergeser ke mitokondria. Ini adalah tahap kedua. Para ilmuwan juga menyebutnya siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat.
Di sini, tujuannya berubah dari produksi ATP langsung ke pengumpulan elektron.
Siklus ini memiliki delapan langkah. Ini dimulai ketika oksalasetat (empat karbon) bertemu dengan asetil-KoA (dua karbon). Bersama-sama, mereka membentuk sitrat (enam karbon).
Dari sana, molekul melepaskan karbon. Karbon dioksida meninggalkan sistem. Kerangka karbon yang tersisa menyusut, melepaskan pembawa elektron berenergi tinggi di sepanjang jalan.
Anda mendapatkan NADH. Anda mendapatkan FADH2. Ini belum menjadi ATP. Itu adalah tiket ke tahap berikutnya.
Atom karbon yang dilepaskan sebagai CO2 akhirnya dikeluarkan dari sel. Siklus diakhiri dengan regenerasi oksalasetat. Ini siap untuk memulai lagi.
Siklus ini tidak menghasilkan banyak ATP secara langsung. Ini mempersiapkan bahan bakar untuk pelepasan energi utama.
Membandingkan jalur aerobik dan anaerobik
Perbedaannya bukan hanya ada tidaknya oksigen. Itu adalah hasil.
Respirasi aerobik mengekstrak energi maksimum dari glukosa. Respirasi anaerobik adalah solusinya. Hal ini memungkinkan kehidupan terus berlanjut tanpa oksigen, namun tidak efisien.
Formula universal untuk respirasi aerobik berhasil karena masukan dan keluarannya konsisten. Rumus respirasi anaerobik bervariasi karena masukannya berubah. Pereduksi sulfat, pereduksi nitrat, dan mikroba lainnya semuanya menjalankan skrip kimia yang berbeda.
Kedua proses tersebut melayani kebutuhan biologis yang sama. Mengubah energi kimia menjadi ATP yang dapat digunakan. Metode menentukan berapa banyak yang Anda dapatkan.
Bagaimana fosforilasi oksidatif mengubah elektron menjadi energi sel
Tindakan terakhir respirasi sel terjadi di membran dalam mitokondria. Di sinilah fosforilasi oksidatif sebenarnya terjadi. Ini adalah satu-satunya tahap yang menggunakan oksigen secara langsung.
Anggap saja sebagai perlombaan estafet. Pembawa elektron, khususnya NADH dan FADH2, menyerahkan elektron berenergi tinggi ke rantai protein. Protein ini tertanam di membran. Ketika elektron bergerak ke bawah, mereka akhirnya mencapai molekul oksigen. Oksigen menangkap elektron tersebut dan bergabung dengan ion hidrogen (H+) untuk membentuk air. Itu adalah produk limbah yang Anda hirup.
Namun hasil sebenarnya adalah ATP. Saat rantai transpor elektron berjalan, ia memompa proton melintasi membran, menciptakan gradien. Tekanan tersebut menggerakkan enzim mirip turbin untuk memasukkan gugus fosfat ke ADP, menghasilkan ATP. Reaksi spesifik ini disebut fosforilasi. Perhitungannya sangat mengesankan. Satu molekul glukosa dapat menghasilkan antara 36 dan 38 molekul ATP. Ini adalah lompatan besar dari hasil glikolisis yang sedikit.
Tempat respirasi aerobik dan anaerobik berbeda
Persimpangan jalan bermuara pada satu variabel: oksigen. Kalau punya, ambil jalur aerobik. Jika tidak, Anda menjadi anaerobik.
Dalam respirasi aerobik, piruvat yang dihasilkan selama glikolisis di sitosol dialirkan ke mitokondria. Di sana, itu diubah. Ia melepaskan karbon dioksida dan menjadi Asetil-KoA. Asetil-KoA tersebut kemudian dimasukkan ke dalam siklus Krebs, menjaga mesin tetap berjalan pada kapasitas penuh.
Respirasi anaerobik adalah rencana cadangan. Ini dimulai dengan cara yang sama. Glukosa melewati glikolisis. Tapi begitu Anda menekan piruvat, jalurnya berubah. Karena tidak ada oksigen untuk menerima elektron di mitokondria, sel bergantung pada fermentasi di sitoplasma.
Inilah sebabnya mengapa para sprinter terkesiap setelah balapan. Otot Anda beralih ke fermentasi. Piruvat berubah menjadi laktat. Dalam ragi, itu berubah menjadi etanol dan karbon dioksida. Hasilnya sama saja: lebih sedikit energi. Jalur anaerobik kurang efisien. Anda mendapatkan sebagian kecil dari ATP yang akan Anda dapatkan jika ada oksigen. Ini berhasil, tetapi ini adalah perbaikan jangka pendek.
