Proses respirasi sel, jenis dan fungsi



itu respirasi sel itu adalah proses yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP (adenosine triphosphate). Selanjutnya, energi ini diarahkan ke proses seluler lainnya. Selama fenomena ini, molekul mengalami oksidasi dan akseptor elektron akhir, dalam banyak kasus, adalah molekul anorganik.

Sifat akseptor elektron akhir tergantung pada jenis respirasi organisme yang diteliti. Pada aerob - seperti Homo sapiens - akseptor elektron terakhir adalah oksigen. Sebaliknya, untuk individu dengan respirasi anaerob, oksigen bisa menjadi racun. Dalam kasus terakhir ini, akseptor akhir adalah molekul anorganik yang berbeda dari oksigen.

Respirasi aerobik telah banyak dipelajari oleh ahli biokimia dan terdiri dari dua tahap: siklus Krebs dan rantai transpor elektron.

Pada organisme eukariotik, semua mesin yang diperlukan untuk respirasi terjadi di dalam mitokondria, baik dalam matriks mitokondria dan dalam sistem membran organel ini..

Mesin tersebut terdiri dari enzim yang mengkatalisasi reaksi proses. Garis keturunan prokariotik ditandai dengan tidak adanya organel; Untuk alasan ini, respirasi terjadi di daerah spesifik membran plasma yang mensimulasikan lingkungan yang sangat mirip dengan mitokondria..

Indeks

  • 1 Terminologi
  • 2 Di mana respirasi seluler terjadi??
    • 2.1 Lokasi respirasi pada eukariota
    • 2.2 Jumlah mitokondria
    • 2.3 Lokasi respirasi prokariotik
  • 3 Jenis
    • 3.1 Respirasi aerobik
    • 3.2 Respirasi anerbik
    • 3.3 Contoh organisme anaerob
  • 4 Proses
    • 4.1 Siklus Krebs
    • 4.2 Reaksi dari siklus Krebs
    • 4.3 Rantai transpor elektron
    • 4.4 Kopling chemosmotic
    • 4.5 Jumlah ATP terbentuk
  • 5 fungsi
  • 6 Referensi

Terminologi

Di bidang fisiologi, istilah "respirasi" memiliki dua definisi: pernapasan paru dan pernapasan seluler. Ketika kita menggunakan kata respirasi dalam kehidupan sehari-hari, kita merujuk pada tipe pertama.

Pernafasan paru-paru melibatkan tindakan menginspirasi dan kedaluwarsa, proses ini menghasilkan pertukaran gas: oksigen dan karbon dioksida. Istilah yang tepat untuk fenomena ini adalah "ventilasi".

Sebaliknya, respirasi sel terjadi - seperti namanya - di dalam sel dan merupakan proses yang bertanggung jawab untuk menghasilkan energi melalui rantai transpor elektron. Proses terakhir ini adalah yang akan dibahas dalam artikel ini.

Di mana respirasi seluler terjadi??

Lokasi respirasi pada eukariota

Respirasi sel terjadi di organel kompleks yang disebut mitokondria. Secara struktural, mitokondria memiliki lebar 1,5 mikrometer dan panjang 2 hingga 8. Mereka dicirikan dengan memiliki bahan genetik mereka sendiri dan dengan membaginya dengan pembelahan biner - karakteristik sisa asal endosimbiotik mereka.

Mereka memiliki dua membran, satu halus dan satu internal dengan lipatan yang membentuk punggungnya. Semakin aktif mitokondria, semakin banyak pula lambang yang dimilikinya.

Bagian dalam mitokondria disebut matriks mitokondria. Dalam kompartemen ini adalah enzim, koenzim, air dan fosfat yang diperlukan untuk reaksi pernapasan.

Membran luar memungkinkan lewatnya sebagian besar molekul kecil. Namun, membran bagian dalam adalah yang benar-benar membatasi jalan melalui pengangkut yang sangat spesifik. Permeabilitas struktur ini memainkan peran mendasar dalam produksi ATP.

Jumlah mitokondria

Enzim dan komponen lain yang diperlukan untuk respirasi seluler ditemukan berlabuh di membran dan bebas dalam matriks mitokondria.

Oleh karena itu, sel yang membutuhkan jumlah energi lebih besar, ditandai dengan memiliki jumlah mitokondria yang tinggi, berbeda dengan sel yang kebutuhan energinya lebih rendah.

Sebagai contoh, sel-sel hati rata-rata memiliki 2.500 mitokondria, sedangkan sel otot (sangat aktif secara metabolik) mengandung jumlah yang jauh lebih besar, dan mitokondria dari tipe sel ini lebih besar.

Selain itu, ini terletak di daerah tertentu di mana energi diperlukan, misalnya mengelilingi flagel sperma.

Lokasi respirasi prokariotik

Secara logis, organisme prokariotik perlu bernafas dan ini tidak memiliki mitokondria - atau karakteristik organel kompleks dari eukariota. Untuk alasan ini, proses pernapasan terjadi di invaginasi kecil dari membran plasma, analog dengan mitokondria..

Jenis

Ada dua jenis dasar pernapasan, tergantung pada molekul yang bertindak sebagai akseptor terakhir elektron. Dalam respirasi aerobik, akseptor adalah oksigen, sedangkan dalam respirasi anaerobik itu adalah molekul anorganik - meskipun dalam beberapa kasus yang jarang akseptor adalah molekul organik. Selanjutnya kita akan menjelaskan masing-masing secara rinci:

Respirasi aerobik

Pada organisme dengan respirasi aerobik, akseptor terakhir elektron adalah oksigen. Langkah-langkah yang terjadi dibagi ke dalam siklus Krebs dan rantai transpor elektron.

Penjelasan terperinci dari reaksi yang terjadi dalam jalur biokimia ini akan dikembangkan di bagian berikut.

Respirasi anechobic

Akseptor terakhir terdiri dari molekul selain oksigen. Jumlah ATP yang dihasilkan oleh respirasi anaerob tergantung pada beberapa faktor, termasuk organisme penelitian dan rute yang digunakan..

Namun, produksi energi selalu lebih besar dalam respirasi aerobik, karena siklus Krebs hanya bekerja sebagian dan tidak semua molekul transporter dalam rantai berpartisipasi dalam respirasi.

Untuk alasan ini, pertumbuhan dan perkembangan individu anaerob secara signifikan lebih rendah daripada aerobik.

Contoh organisme anaerob

Dalam beberapa organisme oksigen beracun dan disebut anaerob yang ketat. Contoh paling terkenal adalah bakteri yang menyebabkan tetanus dan botulisme: Clostridium.

Selain itu, ada organisme lain yang dapat bergantian antara respirasi aerobik dan anaerob, yang disebut anaerob fakultatif. Dengan kata lain, mereka menggunakan oksigen ketika cocok untuk mereka dan tanpa itu mereka menggunakan respirasi anaerob. Misalnya saja bakteri yang terkenal Escherichia coli memiliki metabolisme ini.

Bakteri tertentu dapat menggunakan ion nitrat (NO3-) sebagai akseptor terakhir elektron, seperti genre Pseudomonas dan Bacillus. Ion ini dapat direduksi menjadi ion nitrit, dinitrogen oksida atau gas nitrogen.

Dalam kasus lain, akseptor akhir terdiri dari ion sulfat (SO42-) yang menimbulkan hidrogen sulfida dan yang menggunakan karbonat untuk membentuk metana. Genus bakteri Desulfovibrio adalah contoh dari jenis akseptor ini.

Penerimaan elektron dalam molekul nitrat dan sulfat ini sangat penting dalam siklus biogeokimiawi senyawa ini - nitrogen dan sulfur.

Proses

Glikolisis adalah rute sebelumnya menuju respirasi seluler. Dimulai dengan molekul glukosa dan produk akhirnya adalah piruvat, molekul tiga karbon. Glikolisis terjadi di sitoplasma sel. Molekul ini harus dapat memasuki mitokondria untuk melanjutkan degradasinya.

Piruvat dapat berdifusi dengan gradien konsentrasi ke dalam organel, melalui pori-pori membran. Tujuan akhir adalah matriks mitokondria.

Sebelum memasuki langkah pertama respirasi seluler, molekul piruvat mengalami modifikasi tertentu.

Pertama, ia bereaksi dengan molekul yang disebut koenzim A. Setiap piruvat dibelah menjadi karbon dioksida dan menjadi kelompok asetil, yang berikatan dengan koenzim A, sehingga menimbulkan kompleks asetil koenzim A..

Dalam reaksi ini, dua elektron dan satu ion hidrogen ditransfer ke NADP+, menghasilkan NADH dan dikatalisis oleh dehidrogenase piruvat kompleks enzimatik. Reaksi membutuhkan serangkaian kofaktor.

Setelah modifikasi ini, dua tahap dalam pernapasan dimulai: siklus Krebs dan rantai transpor elektron.

Siklus Krebs

Siklus Krebs adalah salah satu reaksi siklik yang paling penting dalam biokimia. Ini juga dikenal dalam literatur sebagai siklus asam sitrat atau siklus asam tricarboxylic (TCA).

Ia menerima namanya untuk menghormati penemunya: ahli biokimia Jerman Hans Krebs. Pada tahun 1953, Krebs dianugerahi Hadiah Nobel berkat penemuan ini yang menandai bidang biokimia.

Tujuan dari siklus ini adalah pelepasan bertahap energi yang terkandung dalam asetil koenzim A. Ini terdiri dari serangkaian reaksi oksidasi dan reduksi yang mentransfer energi ke molekul yang berbeda, terutama ke NAD+.

Untuk setiap dua molekul asetil koenzim A yang memasuki siklus empat molekul karbon dioksida dilepaskan, enam molekul NADH dan dua FADH dihasilkan2. CO2 Ini dilepaskan ke atmosfer sebagai zat limbah proses. GTP juga dihasilkan.

Karena jalur ini berpartisipasi dalam proses anabolik (sintesis molekul) dan katabolik (degradasi molekul), ini disebut "amphibolik".

Reaksi dari siklus Krebs

Siklus dimulai dengan perpaduan molekul asetil koenzim A dengan molekul oksaloasetat. Penyatuan ini menghasilkan molekul enam karbon: sitrat. Jadi, koenzim A. dilepaskan, bahkan digunakan kembali dalam jumlah besar. Jika ada banyak ATP dalam sel, langkah ini terhambat.

Reaksi di atas membutuhkan energi dan diperoleh dari penguraian ikatan energi tinggi antara kelompok asetil dan koenzim A.

Sitrat berpindah ke cis aconitato, dan terjadi pada isocitrato oleh enzim aconitasa. Langkah selanjutnya adalah konversi isocitrate menjadi alpha ketoglutarate oleh dehydrogenated isocitrate. Tahap ini relevan karena mengarah pada pengurangan NADH dan melepaskan karbon dioksida.

Alpha ketoglutarat diubah menjadi suksinil koenzim A, alpha ketoglutarat dehidrogenase, yang menggunakan kofaktor sama kinase piruvat. Pada langkah NADH ini juga dihasilkan dan, sebagai langkah awal, dihambat oleh kelebihan ATP.

Produk selanjutnya adalah suksinat. Dalam produksinya, pembentukan GTP terjadi. Succinate lolos ke fumarat. Reaksi ini menghasilkan FADH. Fumarat, pada gilirannya, menjadi malat dan akhirnya oksalat asetat.

Rantai transpor elektron

Rantai transpor elektron bertujuan untuk mengambil elektron dari senyawa yang dihasilkan pada langkah sebelumnya, seperti NADH dan FADH2, yang berada pada tingkat energi tinggi, dan menuntun mereka ke tingkat energi yang lebih rendah.

Penurunan energi ini terjadi selangkah demi selangkah, yaitu, itu tidak terjadi secara tiba-tiba. Ini terdiri dari serangkaian langkah di mana reaksi reduksi oksidasi terjadi.

Komponen utama rantai adalah kompleks yang dibentuk oleh protein dan enzim yang digabungkan dengan sitokrom: metalloporphyrins dari tipe heme.

Sitokrom cukup mirip dalam struktur mereka, meskipun masing-masing memiliki fitur khusus memungkinkan Anda untuk melakukan fungsi spesifik dalam rantai, bernyanyi elektron pada tingkat energi yang berbeda.

Perpindahan elektron melalui rantai pernapasan ke tingkat yang lebih rendah, menghasilkan pelepasan energi. Energi ini dapat digunakan dalam mitokondria untuk mensintesis ATP, dalam proses yang dikenal sebagai fosforilasi oksidatif.

Kopling chemosmotic

Untuk waktu yang lama mekanisme pembentukan ATP dalam rantai adalah sebuah teka-teki sampai ahli biokimia Peter Mitchell mengusulkan kopling kemiosmotik.

Dalam fenomena ini, gradien proton terbentuk melalui membran mitokondria bagian dalam. Energi yang terkandung dalam sistem ini dilepaskan dan digunakan untuk mensintesis ATP.

Jumlah ATP terbentuk

Seperti yang kita lihat, ATP tidak terbentuk langsung dalam siklus Krebs, tetapi dalam rantai transpor elektron. Untuk setiap dua elektron yang berpindah dari NADH ke oksigen, terjadi sintesis tiga molekul ATP. Perkiraan ini mungkin sedikit berbeda tergantung pada literatur yang dikonsultasikan.

Demikian pula untuk setiap dua elektron yang lulus dari FADH2, dua molekul ATP terbentuk.

Fungsi

Fungsi utama respirasi sel adalah menghasilkan energi dalam bentuk ATP untuk mengarahkannya ke fungsi sel..

Kedua hewan dan tumbuhan memerlukan penggalian energi kimia yang terkandung dalam molekul organik yang digunakan sebagai pakan. Dalam kasus tanaman, molekul ini adalah gula yang mensintesis tanaman yang sama menggunakan energi matahari dalam proses fotosintesis terkenal.

Hewan, di sisi lain, tidak dapat mensintesis makanan mereka sendiri. Jadi, heterotrof mengkonsumsi makanan dalam diet - seperti kita, misalnya. Proses oksidasi bertanggung jawab untuk mengekstraksi energi dari makanan.

Kita tidak boleh membingungkan fungsi fotosintesis dengan fungsi respirasi. Tumbuhan, seperti hewan, juga bernafas. Kedua proses itu saling melengkapi dan mempertahankan dinamika dunia yang hidup.

Referensi

  1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Pengantar biologi sel. Ed. Panamericana Medical.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi. Pendidikan Pearson.
  3. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2007). Prinsip-prinsip zoologi yang terintegrasi. McGraw-Hill.
  5. Randall, D., Burggren, W., Perancis, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologi hewan Eckert. Macmillan.
  6. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Pengantar mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.
  7. Young, B., Heath, J.W., Lowe, J.S., Stevens, A., & Wheater, P.R. (2000). Histologi fungsional: atlas teks dan warna. Harcourt.