Respirasi Sel

Respirasi sel, juga dikenal sebagai ‘metabolisme oksidatif’, adalah salah satu cara kunci sel berguna mendapatkan energi. Ini adalah himpunan reaksi metabolik dan proses-proses yang terjadi dalam organisme ‘biokimia sel untuk mengubah energi dari nutrisi menjadi adenosin trifosfat (ATP), dan kemudian melepas produk-produk limbah. Reaksi respirasi yang terlibat dalam reaksi katabolik yang melibatkan oksidasi satu molekul dan pengurangan lain.

Nutrisi biasa digunakan oleh sel-sel hewan dan tumbuhan dalam respirasi termasuk glukosa, asam amino dan asam lemak, dan agen oksidasi yang umum (penerima elektron) adalah molekul oksigen (O2). Bakteri dan archaea juga dapat lithotrophs dan organisme ini dapat bernafas menggunakan berbagai molekul anorganik sebagai donor dan akseptor elektron, seperti belerang, ion logam, methane atau hidrogen. Organisme yang menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir dalam digambarkan sebagai respirasi aerobik, sedangkan mereka yang tidak disebut sebagai anaerobik .
Energi yang dilepaskan dalam respirasi digunakan untuk mensintesis ATP untuk menyimpan energi ini. Energi yang tersimpan dalam ATP kemudian dapat digunakan untuk mendorong proses-proses yang membutuhkan energi, termasuk biosintesis, gerak atau pengangkutan molekul melintasi membran sel.

Respirasi Aerobik

Respirasi aerobik memerlukan oksigen untuk menghasilkan energi (ATP). Meskipun karbohidrat, lemak, dan protein dapat semua akan diproses dan dikonsumsi sebagai pereaksi, itu adalah metode paling disarankan untuk pemecahan dari glikolisis piruvat dan piruvat mensyaratkan bahwa mitokondria masukkan agar dapat sepenuhnya dioksidasi oleh siklus Krebs. Produk dari proses ini adalah energi dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat), oleh fosforilasi tingkat substrat, NADH dan FADH2.

Sederhana reaksi: C6H12O6 (aq) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)
ΔG = -2.880 kJ per mol C6H12O6

ΔG negatif menunjukkan bahwa produk-produk dari proses kimia toko sedikit energi dari reaktan dan reaksi dapat terjadi secara spontan; Dengan kata lain, tanpa sebuah input energi.
Potensi yang mengurangi NADH dan FADH2 dikonversi menjadi lebih ATP melalui rantai transpor elektron dengan oksigen sebagai “terminal akseptor elektron”. Sebagian besar ATP dihasilkan oleh respirasi sel aerobik dibuat oleh fosforilasi oksidatif. Ini bekerja dengan energi yang dilepaskan dalam konsumsi piruvat yang digunakan untuk menciptakan potensi kemiosmotik oleh memompa proton melintasi membran. Potensi ini kemudian digunakan untuk menggerakkan ATP sintase dan memproduksi ATP dari ADP. Buku pelajaran biologi sering menyatakan bahwa 38 molekul ATP dapat dibuat per molekul glukosa dioksidasi selama respirasi selular (2 dari glikolisis, 2 dari siklus Krebs, dan sekitar 34 dari sistem transportasi elektron). Namun, hasil maksimal ini tidak pernah cukup mencapai akibat kerugian (bocor membran) serta biaya pindah dan ADP piruvat ke matriks mitokondria dan perkiraan arus kisaran sekitar 29-30 ATP per glukosa.
Metabolisme aerobik adalah 19 kali lebih efisien daripada metabolisme anaerob (yang menghasilkan 2 mol ATP per 1 mol glukosa). Mereka berbagi jalur awal glikolisis tapi metabolisme aerobik terus dengan siklus Krebs dan fosforilasi oksidatif. Glikolitik pos reaksi terjadi di mitokondria dalam sel eukariotik, dan di sitoplasma dalam sel prokariotik.

Glikolisis

Glikolisis adalah jalur metabolik yang ditemukan dalam sitoplasma sel dalam semua makhluk hidup dan anaerobik (yakni, oksigen tidak diperlukan). Proses mengkonversi satu molekul glukosa menjadi dua molekul piruvat, dan membuat energi dalam bentuk dua molekul ATP bersih. Empat molekul ATP per glukosa diproduksi sebenarnya, namun dua dikonsumsi untuk tahap persiapan. Awal fosforilasi glukosa diperlukan untuk menggoyang untuk pembelahan molekul menjadi dua triose gula. Selama membayar-off tahap glikolisis, empat gugus fosfat ditransfer ke ADP oleh fosforilasi tingkat substrat untuk membuat empat ATP, dan dua NADH yang dihasilkan ketika gula triose dioksidasi. Reaksi keseluruhan dapat dinyatakan dengan cara ini:

Glucose + 2 NAD⁺ + 2 P_i + 2 ADP → 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP + 2 H⁺ + 2 H₂O

Dekarboksilasi oksidatif piruvat

Yang piruvat dioksidasi menjadi asetil-KoA dan CO2 oleh piruvat dehidrogenase kompleks, sekelompok enzim-banyak salinan dari masing-masing dari tiga enzim-terletak di mitokondria dari sel-sel eukariotik dan di dalam sitosol dari prokariota. Dalam proses satu molekul NADH dibentuk per piruvat dioksidasi, dan 3 mol ATP dibentuk untuk setiap mol piruvat. Langkah ini juga dikenal sebagai reaksi link, seperti link glikolisis dan siklus Krebs.

Siklus Asam Sitrat

Ini juga disebut siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat. Ketika oksigen hadir, asetil-KoA yang dihasilkan dari molekul piruvat diciptakan dari glikolisis. Setelah asetil-KoA terbentuk, dua proses dapat terjadi, aerobik atau respirasi anaerobik. Ketika oksigen hadir, mitokondria akan mengalami respirasi aerobik yang mengarah pada siklus Krebs. Namun, jika oksigen tidak ada, fermentasi dari molekul piruvat akan terjadi. Dengan keberadaan oksigen, ketika asetil-KoA yang dihasilkan, molekul kemudian memasuki siklus asam sitrat (Siklus Krebs) di dalam matriks mitokondria, dan akan teroksidasi menjadi CO2, sementara pada saat yang sama mengurangi NAD menjadi NADH. NADH dapat digunakan oleh rantai transpor elektron untuk membuat ATP lebih lanjut sebagai bagian dari fosforilasi oksidatif. Mengoksidasi sepenuhnya setara dengan satu molekul glukosa, dua asetil-KoA harus dimetabolisme oleh siklus Krebs. Dua produk limbah, H2O dan CO2, diciptakan selama siklus ini.

Siklus asam sitrat adalah sebuah 8-langkah proses yang melibatkan enzim dari 8. Di seluruh siklus, asetil-KoA akan berubah menjadi sitrat, Isositrat, α-ketoglutarat, suksinil-CoA, suksinat, Fumarat, malat, dan akhirnya, oksaloasetat. Memperoleh energi bersih dari satu siklus adalah 3 NADH, 1 FADH, dan 1 ATP. Dengan demikian, total jumlah energi seluruh hasil dari satu molekul glukosa (2 piruvat molekul) adalah 6 NADH, 2 FADH, dan 2 ATP.

Fosforilasi oksidatif

Pada eukariota, fosforilasi oksidatif terjadi di krista mitokondria. Ini terdiri dari rantai transpor elektron yang membentuk gradien proton (kemiosmotik potensial) melintasi membran dengan mengoksidasi yang NADH yang dihasilkan dari siklus Krebs. ATP disintesis oleh enzim ATP sintase ketika gradien kemiosmotik digunakan untuk mendorong fosforilasi ADP. Elektron akhirnya ditransfer ke eksogen oksigen dan, dengan tambahan dua proton, air terbentuk.

Teoritis

Produktivitas dalam tabel di bawah ini untuk satu molekul glukosa sepenuhnya teroksidasi menjadi karbon dioksida. Diasumsikan bahwa semua koenzim tereduksi dioksidasi oleh rantai transpor elektron dan digunakan untuk fosforilasi oksidatif.

Step	coenzyme yield	ATP yield	Source of ATP
Glycolysis preparatory phase		-2	Fosforilasi glukosa dan fruktosa 6-fosfat menggunakan dua ATP dari sitoplasma.
Glycolysis pay-off phase		4	Fosforilasi tingkat substrat
	2 NADH	4 (6)	Fosforilasi oksidatif. Hanya 2 ATP per NADH sejak koenzim harus disisipkan kedalam rantai transpor elektron dari sitoplasma daripada matriks mitokondria. Jika alik malat digunakan untuk memindahkan NADH ke mitokondria ini mungkin menghitung sebagai 3 ATP per NADH.
Oxidative decarboxylation of pyruvate	2 NADH	6	Fosforilasi oksidatif
Krebs cycle		2	Fosforilasi tingkat substrat
	6 NADH	18	Fosforilasi oksidatif
	2 FADH2	4	Oxidative phosphorylation
Total yield		36 (38) ATP	Dari lengkap oksidasi satu molekul glukosa menjadi karbon dioksida dan oksidasi koenzim semua berkurang.

Meskipun ada hasil teoritis 36-38 molekul ATP per glukosa selama respirasi sel, kondisi seperti itu umumnya tidak menyadari akibat kerugian seperti biaya bergerak piruvat (dari glikolisis), fosfat, dan ADP (substrat untuk sintesis ATP) ke mitokondria. Semua secara aktif diangkut menggunakan operator yang memanfaatkan energi yang tersimpan dalam proton gradien elektrokimia.

* Piruvat diambil oleh yang spesifik, km rendah transporter untuk membawa ke dalam matriks mitokondria untuk oksidasi oleh kompleks dehidrogenase piruvat.
* The fosfat translokase symporter dan merupakan kekuatan pendorong untuk memindahkan ion fosfat ke dalam mitokondria adalah proton gaya penggeraknya.
* Para pembawa adenin nukleotida adalah antiporter dan pertukaran ADP dan ATP melintasi membran. Kekuatan pendorong ini disebabkan oleh ATP (-4) memiliki muatan negatif yang lebih daripada ADP (-3) dan dengan demikian itu menghantarkan beberapa komponen listrik proton gradien elektrokimia.
Hasil dari proses transportasi ini menggunakan proton gradien elektrokimia adalah bahwa lebih dari 3 H + yang diperlukan untuk membuat 1 ATP. Jelas ini mengurangi efisiensi teoretis seluruh proses dan maksimum yang mungkin lebih dekat dengan 28-30 molekul ATP. Dalam praktik efisiensi mungkin lebih rendah lagi karena membran mitokondria agak bocor untuk menjadi proton.  Faktor lain mungkin juga menghilangkan gradien proton menciptakan bocor tampaknya mitokondria. Uncoupling protein yang dikenal sebagai thermogenin dinyatakan dalam beberapa jenis sel dan merupakan saluran yang dapat transportasi proton. Ketika protein ini aktif dalam membran sirkuit pendek yang coupling antara rantai transpor elektron dan sintesis ATP. Energi potensial dari gradien proton tidak digunakan untuk membuat ATP tapi menghasilkan panas. Hal ini terutama penting dalam lemak cokelat thermogenesis dari mamalia yang baru lahir dan berhibernasi.

Fermentasi

Tanpa oksigen, piruvat tidak dimetabolisme oleh respirasi sel tetapi mengalami proses fermentasi. Yang piruvat tidak diangkut ke dalam mitokondria, tetapi tetap dalam sitoplasma, di mana waktunya akan diubah ke produk-produk limbah yang dapat dikeluarkan dari sel. Ini melayani tujuan pembawa mengoksidasi hidrogen sehingga mereka dapat melakukan glikolisis lagi dan mengeluarkan kelebihan piruvat. Produk limbah ini bervariasi tergantung pada organisme. Dalam kerangka otot, produk limbah asam laktat. Jenis ini disebut fermentasi asam laktat fermentasi. Dalam ragi, produk limbah etanol dan karbon dioksida. Jenis ini dikenal sebagai fermentasi alkohol atau fermentasi etanol. ATP dihasilkan dalam proses ini adalah dibuat oleh fosforilasi tingkat substrat, yang tidak memerlukan oksigen.

Fermentasi kurang efisien dalam menggunakan energi dari glukosa sejak 2 ATP diproduksi per glukosa, dibandingkan dengan 38 ATP per glukosa diproduksi oleh respirasi aerobik. Hal ini karena produk-produk dari fermentasi limbah masih mengandung banyak energi. Etanol, misalnya, dapat digunakan di bensin (bensin) solusi. Glikolitik ATP Namun, dibuat lebih cepat. Untuk prokariota untuk melanjutkan tingkat pertumbuhan yang cepat ketika mereka dialihkan dari lingkungan aerobik ke lingkungan anaerobik, mereka harus meningkatkan laju reaksi glikolitik. Untuk organisme multiseluler, selama semburan pendek aktivitas berat, sel-sel otot menggunakan fermentasi untuk melengkapi produksi ATP dari respirasi aerobik lebih lambat, sehingga fermentasi dapat digunakan oleh sebuah sel bahkan sebelum tingkat oksigen habis, seperti yang terjadi dalam olahraga yang dilakukan tidak mengharuskan atlet untuk kecepatan sendiri, seperti berlari.

Respirasi Anaerobik

Respirasi anaerobik digunakan oleh beberapa mikroorganisme di mana tidak ada oksigen (aerobik respirasi) maupun piruvat piruvat atau derivatif (fermentasi) adalah akseptor elektron terakhir. Sebaliknya, seorang akseptor anorganik (misalnya, Sulfur) digunakan.

 untuk ebook klik disini