Faktor faktor yang mempengaruhi respirasi

Respirasi Aerob

Respirasi aerob adalah reaksi katabolisme yang membutuhkan suasaa aerobik besar. Energy yang dihasilkan disimpan dalam bentuk energy kimia yang siap digunakan yaitu ATP. Pelepasan gugus fosfat menghasilkan energy yang digunakan langsung oleh sel untuk melangsungkan reaksi kimia, pertumbuhan, transportasi, gerak, reproduksi, dan sebagainya. Reaksi aerobic secara sederhana sebagai berikut:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ à 6CO₂ + 6H₂O

Proses respirasi aerob berlangsung dalam tiga tahap yang berurutan, yaitu: glikolisis, siklus krebs dan Transpor electron. Penjelasan lebih lanjut engenai proses tersebut akan dijelaskan sebagi berikut.

Glikolisis

            Istilah glikolisis yang berarti pemecahan gula diperkenalkan secara langsung pada tahun1909 untuk maksut perombakan gula menjadi etil alkohol(etanol). Tapi sebagian besar sel akan menghasilkan asam piruvat, bukan etanol, jika mendapat aerasi secara normal. Gula yang lazim dirombak adalah heksosa, seingga glikolisis berarti perombakan heksosa menjadi asam piruvat. Setiap reaksi dalam glikolisis, enzim yang mengkatalisis dan kebutuhan khusus akan aktifator logam. Tapi proses keseluruhan dapat dirangkum sebagai berikut:

Glukosa+ 2 NAD⁺ + 2 ADP^2- + 2 H₂PO₄^- à 2 piruvat + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP ^3- + 2 H₂O

            Berikut fungsi-fungsi glikolisis:

1.      Glikolisis mengubah satu molekul heksosa menjadi dua asam piruvat, dan terjadi oksidasi sebagian pada heksosa. Untuk setiap heksosa yang dirubah, dua molekul NAD⁺ direduksi menjadi NADPH. NADH ini sangat penting, sebab secara berurutan akan dioksidassi oleh O₂ di mitokondria yang akan menghasilkan NAD⁺ dan dua molekul ATP.

2.      Produksi ATP. Secara keseluruhan glikolisis menghasilkan ATP, tapi pada tahap awal menggunakan ATP. Ketika glukosa dan fruktosa masuk glikolisis, masing-masing difosforilasi oleh ATP pada reaksi yang dikatalis oleh hidrokinase aau fruktokinase.

Proses Reaksi Glikolisis (respirasi aerob)- Glikolisis merupakan reaksi tahap pertama secara aerob (cukup oksigen) yang berlangsung dalam mitokondria.

Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen dan tidak menghasilkan banyak energi. Tahap glikolisis merupakan awal terjadinya respirasi sel. Glikolisis terjadi dalam sitoplasma dan hasil akhir glikolisis berupa senyawa asam piruvat. Glikolisis memiliki sifat-sifat, antara lain: glikolisis dapat berlangsung secara aerob maupun anaerob, glikolisis melibatkan enzim ATP dan ADP, serta peranan ATP dan ADP pada glikolisis adalah memindahkan (mentransfer) fosfat dari molekul yang satu ke molekul yang lain. Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di sitoplasma (sitosol). Glikolisis terjadi melalui 10 tahapan yang terdiri dari 5 tahapan penggunaan energi dan 5 tahapan pelepasan energi. Berikut ini reaksi glikolisis secara lengkap:

Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini mengakibatkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim heksokinase. Glikolisis ini terjadi pada saat sel memecah molekul glukosa yang mengandung 6 atom C (6C) menjadi 2 molekul asam piruvat yang mengandung 3 atom C (3C) yang melalui dua rangkaian reaksi yaitu rangkaian I (pelepasan energi) dan rangkaian II (membutuhkan oksigen).

Rangkaian I

Rangkaian I Reaksi Glikolisis (pelepasan energi) berlangsung di dalam sitoplasma (dalam kondisi anaerob) yaitu diawali dari reaksi penguraian molekul glukosa menjadi glukosa-6-fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP dan melepas 1 P. Jika glukosa-6-fosfat mendapat tambahan 1 P menjadi fruktosa-6-fosfat kemudian menjadi fruktosa 1,6 fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP yang melepas 1 P. Jadi untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa 1,6 fosfat, energi yang dibutuhkan sebanyak (-2) ATP. Selanjutnya fruktosa 1,6 fosfat masuk ke mitokondria dan mengalami lisis (pecah) menjadi dehidroksik aseton fosfat dan fosfogliseraldehid.

Rangkaian II

Rangkaian II Reaksi Glikolisis (membutuhkan oksigen) berlangsung di dalam mitokondria (dalam kondisi awal), molekul fosfogliseraldehid yang mengalami reaksi fosforilasi (penambahan gugus fosfat) dan dalam waktu yang bersamaan, juga terjadi reaksi dehidrogenasi (pelepasan atom H) yang ditangkap oleh akseptor hidrogen, yaitu koenzim NAD. Dengan lepasnya 2 atom H, fosfogliseraldehid berubah menjadi 2×1,3-asam difosfogliseral kemudian berubah menjadi 2×3-asam fosfogliseral yang menghasilkan (+2) energi ATP. Selanjutnya 2×3-asam fosfogliseral tersebut berubah menjadi 2xasam piruvat dengan menghasilkan (+2) energi ATP serta H₂O (sebagai hasil sisa). Jadi, energi hasil akhir bersih untuk mengubah glukosa menjadi 2 x asam piruvat, adalah:

Energi yang dibutuhkan Tahap I : (-2) ATP

Energi yang dihasilkan Tahap II : (+4) ATP

Energi hasil akhir bersih : 2 ATP

Pada perjalanan reaksi berikutnya, asam piruvat tergantung pada ketersediaan oksigen dalam sel. Jika oksigen cukup tersedia, asam piruvat dalam mitokondria akan mengalami dekarboksilasi oksidatif yaitu mengalami pelepasan CO₂ dan reaksi oksidasi dengan pelepasan 2 atom H (reaksidehidrogenasi). Selama proses tersebut berlangsung, maka asam piruvat akan bergabung dengan koenzim A (KoA–SH) yang membentuk asetil koenzim A (asetyl KoA). Dalam suasana aerob yang berlangsung di membran krista mitakondria terbentuk juga hasil yang lain, yaitu NADH2 dari NAD yang menangkap lepasnya 2 atom H yang berasal dari reaksi dehidrogenasi. Kemudian kumpulan NADH2 diikat oleh rantai respirasi di dalam mitokondria. Setelah asam piruvat bergabung dengan koenzim dan membentuk asetil Co-A kemudian masuk dalam tahap siklus Krebs.

Jika Anda amati lebih cermat lagi, Anda akan mengetahui pada tahapan mana sajakah energi ( ATP) dibentuk. Nah, proses pembentukan ATP inilah yang disebut fosforilasi. Pada tahapan glikolisis tersebut, enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat (molekul organik dalam glikolisis) ke ADP sehingga prosesnya disebut fosforilasi tingkat substrat. Keseluruhan reaksi glikolisis, dapat dibuat persamaaan reaksi sebagai berikut:

Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD⁺ → 2 Piruvat + 2H₂O + 2ATP + 2NADH + 2H⁺

Selain glukosa, bahan makanan yang Anda konsumsi tidak selalu mengandung gula sederhana seperti glukosa saja. Kadang-kadang Anda mengkonsumsi bahan-bahan yang mengandung gula kompleks (karbohidrat kompleks) seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa. Kemudian, dapatkah gula-gula atau karbohidrat yang kompleks tersebut langsung dimetabolisme oleh sel? Tentu saja tidak, bahan-bahan yang belum sederhana tersebut harus dirombak dahulu sehingga menjadi bahan yang dapat dimetabolisme langsung oleh sel. Bukankah Anda sudah mengetahui macam-macam gula? Maltosa, sukrosa, dan laktosa terlebih dahulu diubah menjadi monomer penyusunnya yaitu glukosa dan gula sederhana yang lain yaitu fruktosa atau galaktosa. Selanjutnya, glukosa atau gula-gula sederhana akan masuk siklus glikolisis seperti biasa. Glukosa akan diubah menjadi glukosa 6P dan seterusnya sehingga dapat dihasilkan 2 asam piruvat. Lalu, bagaimana dengan fruktosa dan manosa? Fruktosa dan manosa dapat langsung diubah menjadi fruktosa 6P.

Faktor-factor yang mempengaruhi respirasi:

Factor-faktor yang mempengaruhi respirasi adalah sebagai berikut(Salisbury,1995):

1.      Suhu

Pengaruh factor suhu bagi laju respirasi tumbuhan sangat terkait dengan factor Q10. Umumnya laju reaksi respirasi akan meningkat setiap kenaikan suhu 10^oC, namun tergantung pada masing-masing spesies. Nilai Q10 untuk respirasi antara suhu 5^oC sampai 25^oC adalah 2-2,5, berarti untuk kisaran tersebut laju respirasi akan meningkat lebih dari 2 kali lipat untuk setiap kenaikan 10^oC. jika suhu ditingkatkan sampai sekitar 35^oC, laju respirasi tetap meningkat tetapi dengan nilai Q10 yang rendah. Penurunan ini diduga disebabkan karena penetrasi oksigen melalui kutikula atau epidermis tidak mencukupi kebutuhan. Pada suhu(40^oC) yang lebih tinggi lagi laju respirassi akan menurun, hal ini disebabkan karena sebagian enzim yang berperan akan mulai denaturasi.

2.      Ketersediaa O₂

Oksigen akan mempengaruhi laju respirasi, namun besarnya pengaruh tersebut berbeda bagi masing-masing spesies dan bahkan berbeda antara organ tumbuhan yang sama. Fluktuasi normal kandungan oksigen di udara tidak banyak dipengaruhi laju respirasi, karena jumlah oksigen yang dibutuhkan tumbuhan untuk berespirasi jauh lebih rendah daripada oksigen yag tersedia di udara. Pada kondisi kurang oksigen, seperti tanah terlalu basah atau ergenang air, maka jaringan akar atau biji-biji yang terbenam didalamnya akan mengalami kekurangan oksigen dalam keadaan sperti ini maka pada jaringan akan terjadi respirasi anaerobic.

3.      Ketersediaan subtract

Ketersediaan subtract pada tanaman merupakan hal yang penting dalam melakukan respirasi. Tumbuhan dalam kandungan substrat yang rendah akan melakukan respirasi dengan laju yang rendah pula. Demikian sebaliknya bila subtract yang tersedia cukup banyak maka laju respirasi akan meningkat.

Subtract respirasi adalah setiap senyawa organic yang dioksidasikan dalam respirasi, atau senyawa senyawa yang terdapat dalam sel tumbuhan yang secara relative banyak jumlahnya dan biasanya direspirasikan menjadi CO₂.

4.      Tipe dan umurtumbuhan

Tiap-tiap spesies tumbuhan memiliki perbedaan metabolism, dengan demikian kebutuhan tumbuhan untuk berespirasi akan berbeda pada masing-masing spesies. Tumbuhan muda menunjukkan laju respirasi yang lebih tinggi dari pada tumbuhan tua. Demikian pula pada organ tumbuhan yang sedang mengalami masa pertumbuhan, jaringan meristematik menunjukkan laju yang lebih tinggi dari pada jaringan tua.

 (Salisbury, 1995)