PENJELASAN TAHAP-TAHAP PROSES RESPIRASI

PENJELASAN TAHAP-TAHAP PROSES RESPIRASI

A. Pengertian Respirasi

Kata respirasi berasal dari istilah latin yaitu “respirare” yang pengertiannya adalah bernafas. Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan O2, proses pengambilan O2 untuk memecah senyawa-senyawa organik menjadi CO2, H2O dan energi. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan. Respirasi merupakan proses pernafasan yang menghirup / menghisap oksigen dari udara dan mengeluarkan/ melepaskan karbondioksida ke udara.

Semua sel aktif terus menerus melakukan respirasi, sering menyerap O2 dan melepaskan CO2 dalam volume yang sama. Namun respirasi lebih dari pertukaran gas secara sederhana. Proses keseluruhan dipergunakan oleh tumbuhan untuk mempertahankan hidup diperoleh dengan cara merombak (katabolisme atau disimilasi) energi kimia yang terbentuk dalam molekul organik yang disintesis dalam kegiatan fotosintesa. Proses keseluruhan merupakan rekasi Oksidasi-reduksi, yaitu senyawa dioksidasi menjadi CO2, sedangkan O2 yang diserap direduksi membentuk H2O. Pelepasan energi yang menyediakan energi bagi keperluan sel disebut dengan proses respirasi (Salisbury, 1995: 86) .

Pembakaran membutuhkan oksigen (O2), terjadai di dalam setiap sel yang  hidup.Energi yang diperoleh berupa energi kimia (ATP) yang digunakan untuk berbagai aktivitas fisiologi dalam tubuh. Di samping itu, pembakaran menghasilkan pula zat sisa berupa gas asam arang (CO2) dan air. Bagaimana dengan organaisme yang hidup dilingkungan yang kurang oksigen (anaerob) ?. Pada organisme anaerob, pembongkaran zat sumber tenaga (glukosa) berlangsung tanpa melibatkan oksigen. Pembongkaran semacam ini disebut respirasi anaerob.

Tumbuhan juga menyerap O2 untuk pernafasannya, umumnya diserap melalui daun (stomata). Pada keadaan aerob, tumbuhan melakukan respirasi aerob. Bila dalam keadaan anaerob atau kurang oksigen, jaringan melakukan respirasi secara anaerob. Misal pada akar yang tergenang air. Pada respirasi aerob, terjadi pembakaran (oksidasi) zat gula (glukosa) secara sempurna, sehingga menghasilkan energi jauh lebih besar (36 ATP)dari pada respirasi anaerob (2 ATP saja). Demikian pula respirasi yang terjadi pada jazad renik (mikroorganisma). Sebagian mikroorgaanisma melakukan respirasi aerobik (dengan zat asam), anerobik (tanpa zat asam) atau cara keduanya (aerobik fakultatif).

Biasanya respirasi sel-sel tumbuhan berupa oksidasi molekul organik oleh oksigen dari udara membentuk karbon dioksida dan air. Untuk alasan inilah metode respirasi umum diberikan tambahan kata aerob (respirasi aerob). Respirasi glukosa, misalnya, dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

C6H12O6  +  6 O2  ————- > 6 CO2 +  6 H2O  +  Energi

Sebagian besar energi yang dilepaskan selama respirasi kira-kira 2870 kJ atau 686 kcal per mol. Glukosa berupa bahang. Bila suhu rendah, bahang ini dapat merangsang metabolisme dan menguntungkan beberapa spesies tertentu,tetapi bahang tersebut dilepas ke atmosfer atau ke tanah, dan berpengaruh kecil untuk tumbuhan. Yang lebih penting dari bahang adalah energi yang terhimpun dalam ATP, sebab senyawa ini digunakan untuk berbagai proses sesensial dalam kehidupan misalnya, pertumbuhan dan penimbunan ion (Salisbury, 1995 : 86).

Dari reaksi di atas tampak bahwa jika 1 grammol heksosa yang menjadi bahan bakar untuk dioksidasikan oleh 6 grammol oksigen, maka hasil akhir dari proses itu berupa 6 grammol CO2 + 6 grammol H2O dan adanya energi sebesar 686 kkal yang dilepaskan. Dapat dikatakan bahwa 6 grammol O2  yang terlibat dalam respirasi ditukar dengan terlepasnya 6 grammol CO2. Karena volume 1 grammol tiap-tiap zat itu sama besar, maka banyaknya O2 yang dipergunakan sama dengan banyaknya CO2 yang terlepas, yang dikenal dengan Koesien Respirasi.

B. Fungsi Respirasi

  1. Mengambil O2 (Oksigen) yang kemudian di bawa oleh darah ke seluruh tubuh (sel – selnya) guna mengadakan pembakaran.
  2. Mengeluarkan CO2 (karbondioksida) yang terjadi sebagai sisa dari pembakaran, kemudian di bawa oleh darah keparu – paru untuk di buang (karena tidak berguna lagi oleh tubuh).
  3. Menghangatkan dan melembabkan udara (Anonim: 2013).

CJenis-Jenis Respirasi

Berdasarkan kebutuhannya terhadap oksigen, respirasi dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu:

  1. Respirasi Aerob, yaitu respirasi yang memerlukan oksigen, penguraiannya  lengkap sampai menghasilkan energi, karbondioksida, dan uap air.
  2. Respirasi Anaerob, yaitu respirasi yang tidak memerlukan oksigen tetapi penguraian bahan organiknya tidak lengkap. Respirasi ini jarang terjadi, hanya dalam keadaan khusus.

D. Perbedaan Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob

Perbedaan antara respirasi aerob dan respirasi anaerob dapat dijabarkan sebagai berikut:

  1. Respirasi Aerob : Umum terjadi pada semua makhluk hidup  termasuk tumbuhan, berlangsung seumur hidup, energi yang dihasilkan besar, tidak merugikan tumbuhan, memerlukan oksigen, hasil akhir berupa karbondioksida dan uap air.
  2. Respirasi Anaerob : Hanya terjadi dalam keadaan khusus, bersifat sementara (hanya pada fase tertentu saja), energi yang dihasilkan kecil, jika terjadi terus menerus akan menghasilkan senyawa yang bersifat racun bagi tumbuhan, tidak memerlukan oksigen, hasil akhirnya berupa alkohol atau asam laktat dan karbondioksida.

E.  Substrat Respirasi

Substrat respirasi adalah setiap bahan organik tumbuhan yang teroksidasi sebagian (menjadi senyawa teroksidasi) atau reteduksi sempurna (menjadi karbondioksida dan uap air) dalam metabolisme respiratoris. Umumnya substrat untuk respirasi adalah zat yang tertimbun dalam jumlah yang relatif banyak dalam sel tumbuhan dan bukan zat yang merupakan senyawa antara hasil dari penguraian. Hasil penguraian biasanya disebut metabolik antara.

Karbohidrat merupakan substrat utama respirasi dalam sel-sel tumbuhan dengan glukosa sebagai molekul pertama. Substrat respirasi yang paling penting di antara karbohidrat adalah sukrosa (disakarida= glukosa dan fruktosa) dan pati (sering terdapat dalam sel tumbuhan sebagai cadangan karbohidrat). Dalam beberapa jaringan tumbuhan, selain karbohidrat, senyawa lain kadang-kadang dapat menjadi substrat respirasi. Pada biji-biji tertentu, seperti jarak, mengandung lemak yang sangat tinggi sebagai bahan cadangan yang terdapat di dalam jaringan endosperma yang mengelilingi embrio. Selama beberapa hari pertama perkecambahan, lemak ini akan diubah menjadi sukrosa yang selanjutnya diserap dan direspirasi oleh embrio yang sedang tumbuh.

Pada keadaan tertentu dalam beberapa jaringan tumbuhan juga, beberapa asam organik dapat digunakan sebagai substrat respirasi, misalnya asam organik berkerbon empat (asam malat) yang ditimbun dalam daun tumbuhan sukulen familia Crassulaceae, asam malat ini direspirasi menjdi karbondioksida dan air melalui mekanisme khusus; asam organik berkarbon dua (asam glikolat), yang ditimbun dalam daun yang disinari sebagian besar tumbuhan tinggi juga dapat digunakan untuk respirasi. Protein jarang direspirasi kecuali dalam keadaan tertentu. Protein berperan sebagai substrat respirasi selama tahap awal perkecambahan biji yang mengandung protein tinggi sebagai cadangan makanan. Protein akan diubah menjadi asam-asam amino yang kemudian asam amino diubah menjadi senyawa antara respirasi karbohidrat. Dengan demikian, asam amino direspirasi oleh jalur yang digunakan oleh respirasi glukosa.

F.  Mekanisme Respirasi

1. Mekanisme Respirasi Aerob

Reaksi respirasi (disebut juga oksidasi biologis) suatu karbohidrat, misalnya glukosa, berlangsung dalam empat tahapan, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif piruvat, daur krebs, dan tranfor elektron

a. Glikolisis

Glikolisis adalah serangkaian reaksi kimia yang mengubah gula heksosa, biasanya glukosa, menjadi asam piruvat. Reaksi glikolisis berlangsung di dalam sitoplasme sel dan tidak memerlukan adanya oksigen. Glikolisis dapat dibagi dalam dua fase utama, yaitu:

  • Fase Persiapan (Glukosa diubah menjadi dua senyawa tiga karbon)

Pada fase ini pertama sekali glukosa difosforilasi oleh ATP dan enzim heksokinase membentuk glukosa-6-fosfat dan ADP. Reaksi berikutnya melibatkan perubahan gula aldosa menjadi gula ketosa. Reaksi ini dikatalis oleh enzim fosfoglukoisomerase dan menyebabkan perubahan glukosa-6-fosfat yang difosforilasi oleh ATP dan enzim fosfofruktokinase menghasilkan fruktosa-1,6-difosfat dan ADP. Selanjutnya fruktosa-1,6-difosfat dipecah menjadi dua molekul senyawa tiga karbon yaitu gliseraldehida-3-fosfat dan dihidroasetonfosfat, dengan bantuan enzim aldolase. Dihidroasetonfosfat dikatalis oleh enzim fosfotriosa isomerase menjadi senyawa gliseraldehida-3-fosfat. Jadi pada fase ini dihasilkan dua gliseldehida-3-fosfat. Pada fase ini tidak dihasilkan energi tetapi membutuhkan energi 2 ATP.

  • Fase Oksidasi (Senyawa tiga karbon diubah menjadi asam piruvat)

Dua senyawa gliseraldehida-3-fosfat diubah menjadi 1,3-difosfogliserat. Reaksi ini melibatkan penambahan fosfat anorganik pada karbon pertama dan reduksi NAD menjadi NADH2 yang dibantu oleh enzim fosfogliseraldehida dehidrogenase. Dengan adanya ADP dan enzim fosfogliserat kinase, asam 1,3-difosfogliserat diubah menjadi asam 3-fosfogliserat dan ATP dibentuk. Asam 3-fosfogliserat selanjutnya diubah menjadi asam 2-fosfogliserat oleh aktivitas enzim fosfogliseromutase. Pelepasan air dari 2-fosfogliserat oleh enzim enolase membentuk asam fosfoenolpiruvat. Dengan adanya ADP dan piruvat kinase, asam fosfoenolpiruvat diubah menjadi asam piruvat dan ATP dibentuk. Pada fase ini dihasilkan dua molekul asam piruvat. Pada fase ini juga dihasilkan energi sebesar 2 NADH2 dan 4 ATP.

 


Gambar 1. Proses Glikolisis

b. Dekarboksilasi Oksidatif Piruvat

Dekarboksilasi oksidatif piruvat adalah reaksi antara yang menghasilkan asetil-CoA. Dekarboksilasi oksidatif piruvat adalah proses pengubahan asam piruvat yang dihasilkan pada tahap akhir glikolisis menjadi senyawa asetil-CoA, yang jika direaksikan dengan asam oksaloasetat akan masuk ke dalam siklus krebs. Reaksi berlangsung pada membran luar mitokondria. Reaksi ini sangat kompleks dan memerlukan beberapa kofaktor dan suatu kompleks enzim.

Langkah pertama adalah pembentukan suatu kompleks antara TPP dan piruvat diikuti dengan dekarboksilasi asam piruvat. Pada langkah kedua, unit asetaldehida yang tertinggal setelah dekarboksilasi, bereaksi dengan asam lipoat membentuk kompleks asetil-asam lipoat. Asam lipoat tereduksi dan aldehida dioksidasi menjadi asam yamg membentuk suatu tioster dengan asam lipoat.

Pada langkah ketiga, terjadi pelepasan gugus asetil dari asam lipoat ke CoASH, hasil reaksinya adalah asetil-ScoA dan asam lipoat tereduksi. Langkah terakhir, adalah regenerasi asam lipoat dengan memindahkan elektron dari asam lipoat tereduksi ke NAD. Reaksi terakhir ini penting agar suplai asam lipoat teroksidasi secara berkesinambungan selalu tersedia untuk pembentukan asetil-SCoA dari asam piruvat. Pada reaksi ini dihasilkan dua molekul asetil-CoA, energi sebanyak 2 NADH2, dan 2 CO2.

Berikut ini adalah reaksi sederhana dekarboksilasi oksidatif piruvat:

Asam piruvat + CoA + NAD+    →  Asetil-CoA + CO2 + NADH + H+

 


Gambar 2. Proses Dekarboksilasi Oksidatif Piruvat

Siklus Krebs

Siklus krebs (daur asam sitrat atau daur trikarboksilat) merupakan pembongkaran asam piruvat secara aerob menjadi karbondioksida dan air serta sejumlah energi kimia. Asetil-CoA merupakan mata rantai penghubung antara glikolisis dan siklus krebs. Reaksi ini berlangsung di dalam matriks mitokondria. Siklus krebs terjadi dalam 2 fase utama :

1)       Fase Pembentukan Asam Sitrat
Reaksi pertama siklus krebs adalah kondensasi asetil-CoA denga asam oksaloasetat (asam dikarboksilat berkarbon empat) membentuk asam sitrat (asam dikarboksilat berkarbon enam) dan membebaskan koenzim A (CoSH) dengan bantuan enzim kondensasi sitrat.

2)         Fase Regenerasi Asam Oksaloasetat
Hidrasi asam sirat oleh enzim akonitase membentuk asam sis-akonitat. Dengan reaksi yang sama, asam sis-akonitat diubah menjadi asam isositrat. Reaksi berikutnya adalah asam isositrat diubah menjadi asam oksalosuksinat dengan bantuan enzim isositrat dehidrogenase dan NAD atau NADP yang pada akhirnya membentuk NADH2 atau NADPH2. Reaksi siklus krebs berikutnya adalah dekarboksilasi asam oksalosuksinat membentuk asam α-ketoglutarat, dikatalis enzim karboksilase sehingga menghasilkan CO2. Selanjutnya, asam  α-ketoglutarat diubah menjadi asam suksinil-SCoA dengan bantuan enzim α-ketoglutarat dehisrogenase dan NAD serta CoASH. Pada reaksi ini dibentuk NADH2 dan CO2. Suksinil-SCoA diubah oleh suksinat tiokinase menjadi asam suksinat dan CoASH. Pada reaksi tiokinase energi yang tersimpan dalam tioester dari suksinil-SCoA digunakan untuk mengubah ADP+iP menjadi ATP. Oksidasi asam suksinat membentuk asam fumarat dengan bantuan suksinat dehidrogenase dan FAD. Pada reaksi ini FAD diubah menjadi FADH2. Asam fumarat mengalami hidrasi menjadi asam malat oleh enzim fumarase. Asam malat diubah menjadi asam oksaloasetat oleh malat dehidrogenase. Dalam proses ini NAD direduksi menjadi NADH2. Jadi regenerasi asam oksaloasetat melengkapi siklus krebs.

Pada reaksi siklus krebs (dua asetil-CoA) dihasilkan energi sebanyak 6 NADH2, 2 FADH2, 2 ATP dan 4 CO2


Gambar 3. Proses Siklus Krebs

            

d.  Transpor Elektron dan Fosforilasi Oksidatif

Proses glikolisis dan siklus krebs menghasilkan energi yang tersimpan dalam bentuk NADH dan FADH. Untuk menghasilkan ATP diperlukan sistem transpor elektron. Transpor elektron ini berlangsung di dalam membran mitokondria sebelah dalam. Walaupun dalam reaksi ini akan diserap O2 dan dihasilkan H2O, namun NADH dan FADH tidak dapat bereksi langsung dengan oksigen dan molekul air tersebut. Elektron yang terlibat ditransfer melalui beberapa senyawa perantara sebelum H2O dibentuk. Senyawa-senyawa ini membentuk sistem pengangkutan elektron pada mitokondria. Pengangkutan elektron berlangsung mulai dari senyawa perantara yang secara termodifikasi sulit direduksi (senyawa dengan potensial reduksi negatif) menuju senyawa yang mempunyai kecenderungan yang lebih besar untuk menerima elektron (senyawa dengan potensial reduksi yang lebih tinggi atau bahkan positif). Oksigen mempunyai kecenderungan tertinggi untuk menerima elektron. Setiap senyawa pembawa elektron dalam sistem ini hanya menerima elektron dari senyawa pembawa lainnya yang letaknya berdekatan dengannya. Senyawa-senyawa pembawa elektron ini tersusun secara terbaris pada bagian dalam membran mitokondria. Pada setiap mitokondria terdapat ribuan sistem pengangkutan elektron.

Lintasan utama transpor elektron dimulai dengan dua elektron dan dua ion H+ dipindahkan ke NAD, sehingga direduksi menjadi NADH2­. NADH2­memindahkan dua elektron dan dua ion H+ ke suatu enzim flavin, flavin mononukleotida (FMN) atau flavin adenin dinukleotida (FAD), sehingga mereduksi senyawa tersebut. Energi yang diperlukan untuk mereduksi FAD kurang dari yang dilepaska oleh oksidasi NADH2 dan energi sisanya digunakan untuk sintesis satu molekul ATP dari ADP dan iP. Selanjutnya FADH2mereduksi suati enzim besi yang terkait dengan gugus SH. Senyawa ini mereduksi dua molekul enzim porfirin-besi pemindah elektron yaitu sitokrom b. Sitokrom b mereduksi senyawa fenolik menjadi kinon dan ubiquinon; pada titik ini perlu ditambahkan ion H+ dan eklektron. Elektron dari ubiquinon kemudian mereduksi sitokrom c, dua ion H+ meninggalkan sistem angkutan. Pada titik ini, dibebaskan energi yang cukup untuk sintesis molekul aTP kedua untuk setiap dua elektron yang dipindahkan. Sitokrom c mereduksi sitokrom a yang selanjutnya mereduksi sitokrom a3 dan pada titik ini dibentuk ATP ketiga untuk setiap dua elektron yang dipindahkan.

Sitokrom a3 merupakan anggota sistem transpor elektron yang dapat bereaksi dengan molekul oksigen. Sitokrom a dan a3 membentuk suatu asosiasi molekuler yang disebut sitokrom oksidase yang secara kimia belum dapat dipisahkan. Dua elektron dipindahkan ke satu atom oksigen (  O2). Ini menyempurnakan pemindahan dua elektron dari tingkat energi tinggi yang dimiliki substrat (AH2) ke tingkat energi rendah yang terdapat dalam air. Energi yang dilepaskan oleh oksidasi substrat disimpan dalam tiga molekul ATP yang disintesis di sepanjang proses angkutan elektron.


Gambar 4. Proses Transpor Elektron

Pembentukan ATP dalam sistem transpor elektron (rantai respiratoris) dikenal juga sebagai fosforilasi oksidatif biologis. Proses keseluruhan oksidasi biologis mempunyai dua fungsi yaitu menghasilkan energi dan menyediakan senyawa antara untuk sintesis. Jika dihitung jumlah ATP yang dihasilkan dalam oksidasi biologis, dengan bahan awal adalah satu molekul glukosa, maka akan diperoleh 38 molekul ATP.

e. Jalur Pentosa Fosfat
Setelah tahun 1950, mulai disadari bahwa glikolisis dan siklus krebs bukan merupakan rangkaian reaksi satu-satunya bagi tumbuhan untuk mendapatkan energi dari oksidasi gula menjadi karbondioksida dan air. Lintasan yang berbeda ini disebut dengan Lintasan Pentosa Fosfat (LPF), karena terbentuk senyawa antara yang terdiri atas lima atom karbon. Lintasan ini juga disebut sebagai Lintasan Fosfoglukonat.

Beberapa senyawa lintasan pentosa fosfat juga anggota daur calvin, tempat gula fosfat disintesis di kloroplas. Perbedaan utama antara daur calvin dan lintasan pentosa fosfat adalah pada lintasan pentosa fosfat gula fosfat tidak disintesis melainkan dirombak. Dalam hal ini, reaksi pentosa fosfat serupa dengan reaksi glikolisis hanya perbedaannya lintasan pentosa fosfat penerima elektronnya selalu NADP+, sedangkan di glikolisis penerima elektronnya adalah NAD+. Jalur pentosa fosfat ini terjadi di dalam sitoplasma sel.

Reaksi LPF pertama melibatkan glukosa-6-fosfat, yang berasal dari perombakan pati fosforilase di glikolisis, dari penambahan fosfat akhir pada ATP ke glukosa atau langsung dari fotosintesis. Senyawa ini segera dioksidasi oleh glukosa-6-fosfat dehidrogenase menjadi 6-fosfoglukono-laktona. Laktona ini secara cepat dihodrolisis oleh laktonase menjadi 6-fosfoglukonat, kemudian senyawa ini diderkaboksilasi secara oksidatif menjadi ribulosa-5-fosfat oleh 6-fosfoglukonat dehidrogenase. Selanjutnya ribulosa-5-fosfat oleh isomerase diubah menjadi ribosa-5-fosfat, dan oleh epimerase diubah menjadi xilulosa-5-fosfat. Ribosa-5-fosfat dan xilulosa-5-fosfat yang dihasilkan kemudian oleh transketolase diubah menjadi sedoheptulosa-7-fosfat dan 3-fosfogliseraldehid (gliseraldehida-3-fosfat). Selanjutnya oleh transsaldolase,  sedoheptulosa-7-fosfat dan 3-fosfogliseraldehid  diubah menjadi eritosa-4-fosfat dan fruktosa-6-fosfat. Setelah itu xilulosa-5-fosfat dengan eritosa-4-fosfat oleh transkelotase diubah menjadi 3-fosfogliseraldehida dan fruktosa-6-fosfat, yang merupakan senyawa antara pada glikolisis. Jadi, LPF dapat dianggap sebagai jalur alternatif menuju senyawa yang akan dirombak oleh glikolisis. Reaksi-reaksi ini dipicu oleh enzim isomerase, epimerase, transketolase, dan transaldolase.

Dari jalur LPF, dua molekul NADP direduksi bagi setiap molekul CO2yang dilepaskan dari glukosa, yang akan menghasilkan enam molekul ATP. Jika 3-fosfogliseraldehida yang dihasilkan LPF masuk ke jalur glikolisis dan selanjutnya ke siklus krebs, maka energi yang dihasilkan adalah 37 ATP per molekul glukosa yang dioksidasi.


Gambar 5. Proses Jalur Pentosa Fosfat

Fungsi lintasan pentosa fosfat adalah:

  1. Produksi NADPH, senyawa ini kemudian dapat dioksidasi untuk menghasilkan ATP.
  2. Terbentuknya senyawa eritosa-4-fosfat, senyawa ini merupakan bahan  baku essensial untuk pembentukan senyawa fenolik seperti sianin dan lignin.
  3. Menghasilkan ribulosa-5-fosfat yang merupakan bahan baku unit ribosa dan deoksiribosa pada nukleutida pada RNA dan DNA.

2.  Mekanisme Respirasi Anaerob

Pada kebanyakan tumbuhan dan hewan respirasi yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada suatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut akan melangsungsungkan respirasi anaerob untuk dapat bertahan hidup. Pada umumnya respirasi anaerob pada makhluk hidup hanya terjadi jika persediaan oksigen bebas ada di bawah batas minimum. Respirasi anaerob lazim disebut sebagai fermentasi.

a.  Fermentasi

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel tanpa membutuhkan oksigen. Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lainnya dapat juga dihasilkan dari proses fermentasi ini seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur, dan minuman beralkohol lainnya.

Pada banyak tumbuhan yang biasa tumbuh di darat, penggenangan dalam air dalam waktu yang lama merupakan ancaman bagi kehidupannya. Hal ini dikarenakan respirasi aerob akan terhenti sama sekali, sehingga terjadilah respirasi anaerob yang terkadang tidak mencukupi energi yang dibutuhkannya, dan akumulasi zat beracun akibat respirasi anaerob dalam waktu yang lama akan mengakibatkan kematian bagi tumbuhan tersebut.

Fermentasi yang umum terjadi pada tumbuhan adalah fermentasi alkohol atau fermentasi etanol. Pada proses fermentasi, satu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul etanol dan dua molekul karbondioksida. Seperti pada glikolisis, glukosa diubah menjadi asam piruvat selama proses fermentasi. Kemudian asam piruvat diubah menjadi etanol dan karbondioksida dengan bantuan enzim karboksilase dan alkohol dehidrogenase.


Gambar 6. Proses Fermentasi Etanol

b.  Respirasi Intra Molekuler

Respirasi antar atau intramolekul terjadi sama seperti pada proses fermentasi. Respirasi anaerob pada tumbuhan disebut juga respirasi intramolekul, mengingat, bahwa respirasi ini hanya terjadi di dalam molekul saja.dalam respirasi anaerob, oksigen tidak diperlukan; juga di dalam proses ini hanya ada pengubahan zat organik yang satu menjadi zat organik yang lain. Contohnya perubahan gula menjadi alkohol, di mana pada hakikatnya hanya ada pergeseran tempat-tempat antara molekul glukosa dan molekul alkohol.
Beberapa spesies bakteri dan mikroorganisme dapat melakukan respirasi intramolekuler. Oksigen yang diperlukan tidak diperoleh dari udara bebas, melainkan dari suatu persenyawaan.

Contoh :
CH3CHOH.COOH + HNO3 →  CH3.CO.COOH + HNO2 + H2O + Energi
(asam susu)                                          (asam piruvat)

Respirasi anaerob dapat berlangsung pada biji-bijian seperti jagung, kacang, padi, biji bunga matahari dan lain sebagainya yang tampak kering. Akan tetapi pada buah-buhan yang basah mendaging pun terdapat respirasi anaerob. Hasil dari respirasi anaerob di dalam jaringan-jaringan tumbuhan tinggi tersebut kebanyakan bukanlah alkohol, melainkan bermacam-macam asam organik seperti asam sitrat, asam malat, asam oksalat, asam tartarat dan asam susu.

Dengan demikian, respirasi aerob merupakan pembongkaran yang jauh lebih efisien,
karena :

  1. Dapat membongkar jauh lebih sempurna dengan zat sisa berupa

molekul kecil, yaitu CO2 dan H2O

  1. Dapat menghasilkan 36 ATP dari setiap pembakaran 1 mol glukosa
  2. Energi yang terbuang dalam bentuk panas sangat kecil

Pembongkaran glukosa sumber energi dalam suasana aerobik yang melibatkan proses
glikolisis (di sitosol) dan daur Krebs (di matrik mitokondria) disebut peristiwa
pembakaran sempurna.

 

G.  Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Respirasi
Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi dapat dibedakan menjadi dua faktor, yaitu:

1.      Faktor internal, merupakan faktor yang berasal dari dalam tubuh tumbuhan itu sendiri, yaitu :

a.    Jumlah plasma dalam sel
Jaringan-jaringan meristematis muda memiliki sel-sel yang masih penuh dengan plasma dengan viabilitas tinggi biasanya mempunyai kecepatan respirasi yang lebih besar daripada jaringan-jaringan yang lebih tua di mana jumlah plasmanya sudah lebih sedikit.

b.    Jumlah substrat respirasi dalam sel
Tersedianya substrat respirasi pada tumbuhan merupakan hal yang penting dalam melakukan respirasi. Tumbuhan dengan kandungan substrat yang sedikit akan melakukan respirasi dengan laju yang rendah pula. Sebaliknya, tumbuhan dengan kandungan substrat yang banyak akan melakukan respirasi dengan laju yang tinggi. Substrat utama respirasi adalah karbohidrat.

c.    Umur dan tipe tumbuhan
Respirasi pada tumbuhan muda lebih tinggi dari tumbuhan yang sudah dewasa atau lebih tua. Hal ini dikarenakan pada tumbuhan muda jaringannya juga masih muda dan sedang berkembang dengan baik. Umur tumbuhan juga akan memepengaruhi laju respirasi. Laju respirasi tinggi pada saat perkecambahan dan tetap tinggi pada fase pertumbuhan vegetatif awal (di mana laju pertumbuhan juga tinggi) dan kemudian akan menurun dengan bertambahnya umur tumbuhan.

2.      Faktor eksternal, adalah faktor yang berasal dari luar sel atau lingkungan,
terdiri atas:

a.       Suhu
Pada umumnya dalam batas-batas tertentu kenaikan suhu menyebabkan pula kenaikan laju respirasi. Kecepatan reaksi respirasi akan meningkat untuk setiap kenaikan suhu sebesar 10oC, namun hal ini tergantung pada masing-masing spesies tumbuhan. Perlu diingat, kenaikan suhu yang melebihi batas minimum kerja wnzim, akan menurunkan laju respirasi karena enzim respirasi tidak dapat bekerja dengan baik pada suhu tertalu tinggi.

b.      Kadar O2 udara
Pengaruh kadar oksigen dalam atmosfer terhadap kecepatan respirasi akan berbeda-beda tergantung pada jaringan dan jenis tumbuhan, tetapi meskipun demikian makin tinggi kadar oksigen di atmosfer maka makin tinggi kecepatan respirasi tumbuhan.

c.       Kadar CO2 udara
Semakin tinggi konsentrasi karbondioksida diperkirakan dapat menghambat proses respirasi. Konsentrasi karbondioksida yang tinggi menyebabkan stomata menutup sehingga tidak terjadi pertukaran gas atau oksigen tidak dapat diserap oleh tumbuhan. Pengaruh hambatan yang telah diamati pada respirasi daun mungkin disebabkan oleh hal ini.

d.      Kadar air dalam jaringan
Pada umumnya dengan naiknya kadar air dalam jaringan kecepatan respirasi juga akan meningkat. Ini nampak jelas pada biji yang sedang berkecambah.

e.       Cahaya
Cahaya dapat meningkatkan laju respirasi pada jaringan tumbuhan yang berklorofil karena cahaya berpengaruh pada tersedianya substrat respirasi yang dihasilkan dari proses fotosintesis.

f.       Luka dan stimulus mekanik
Luka atau kerusakan jaringan (stimulus mekanik) pada jaringan daun menyebabkan laju respirasi naik untuk sementara waktu, biasanya beberapa menit hingga satu jam. Luka memicu respirasi tinggi karena tiga hal, yaitu: 1) oksidasi senyawa fenol terjadi dengan cepat karena pemisahan antara substrat dan oksidasenya dirusak; 2) proses glikolisis yang normal dan katabolisme oksidatif meningkat karena hancurnya sel atau sel-sel sehingga menambah mudahnya substrat dicapai enzim respirasi; 3) akibat luka biasanya sel-sel tertentu kembali ke keadaan meristematis diikuti pembentukan kalus dan penyembuhan atau perbaikan luka.

g.      Garam-garam mineral
Jika akar menyerap garam-garam mineral dari dalam tanah, laju respirasi meningkat. Hal ini dikaitkan dengan energi yang diperlukan pada saat garam/ion diserap dan diangkut. Keperluan energi itu dipenuhi dengan menaikkan laju respirasi. Fenomena ini dikenal dengan respirasi garam.

Older Post

COMMENTS