Apa yang dimaksud dengan Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob? Lalu apa itu katabolisme dan anabolisme? Respirasi aerob adalah suatu proses pernapasan yang membutuhkan oksigen dari udara. Sementara itu, respirasi anaerob bisa disebut pula dengan fermentasi atau respirasi intramolekul merupakan reaksi yang tidak memerlukan oksigen bebas dari udara.

Tujuan dari fermentasi sama dengan respirasi aerob, adalah mendapatkan energi. Hanya saja energi yang dihasilkan yang ada dalam respirasi anaerob jauh lebih sedikit jika dibandingkan dengan respirasi aerob.

Respirasi anaerob bisa berlangsung di dalam udara bebas, tetapi untuk proses ini tidak menggunakan oksigen O2 yang tersedia di udara. Fermentasi yang sering pula disebut dengan peragian alkohol atau alkoholisasi. Respirasi aerob ataupun anaerob merupakan bagian dari katabolisme. Untuk memahami mengenai respirasi aerob dan anaerob, ada baiknya kita mulai dari pembelajaran mengenai metabolisme.

Pengertian Metabolisme

Metabolisme (bahasa Yunani: μεταβολισμος, metabolismos, perubahan) adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular. Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain.

Metabolisme Karbohidrat

Berdasarkan tujuannya, metabolisme dibedakan menjadi katabolisme dan anabolisme.

Katabolisme karbohidrat

Katabolisme merupakan reaksi kimia sel untuk merombak senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana dan menghasilkan energi. Salah satu proses yang merupakan katabolisme adalah respirasi. Berdasarkan kebutuhan akan oksigen atau penerima elektronnya, respirasi dibedakan menjadi dua macam yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob.

Respirasi aerob

Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen bebas dari udara sebagai penerima elektron terakhir. Secara singkat reaksi yang terjadi pada respirasi aerob adalah sebagai berikut:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP

Respirasi aerob terjadi dalam empat tahap, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus kreb, dan transpor elektron.

1. Glikolisis

Glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel. Glikolisis adalah reaksi pelepasan energi yang memecahkan 1 molekul glukosa (terdiri dari 6 atom karbon) atau monosakarida yang lain menjadi 2 molekul asam piruvat (terdiri dari 3 karbon), 2 NADH, dan 2 ATP.

2. Dekarboksilasi oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif terjadi di dalam mitokondria. Pada tahap ini asam piruvat (3 atom C) diubah menjadi aetil koenzim A (2 atom C). Pada tahap 1, molekul piruvat melepaskan elektron (oksidasi) membentuk CO2 dan molekul berkarbon 2. Pada tahap 2, NAD+ menerima elektron (reduksi) menjadi NADH + H+. Pada tahap 3, molekul berkarbon 2 dioksidasi dan mengikat Ko-A (koenzim A) sehinggal terbentuk asetil Ko-A. hasil akhir tahapan ini adalah asetil koenzim A, CO2, dan 2 NADH.

3. Siklus krebs

Siklus krebs terjadi di dalam mitokondria. Selama reaksi dilepaskan 3 molekul CO2, 4 NADH, 1 FADH2, dan 1 ATP. Reaksi ini terjadi dua kali karena pada glikolisis, glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat. Jadi siklus krebs menghasilkan 8 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.

4. Transfer elektron

Transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Pada sistem transfer elektron, NADH dan FADH2 masing-masing menghasilkan rata-rata 3 ATP dan 2 ATP. Sebanyak 2 NADH hasil glikolisis dan 2 NADH hasil dekarboksilasi oksidatif masing-masing menghasilkan 6 ATP. Sementara itu, 6 NADH dan 2 FADH2 hasil siklus krebs masing-masing menghasilkan 18 ATP dan 4 ATP. Jasi sistem transfer elektron menghasilkan 34 ATP.

Respirasi anaerob

Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima elektron akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi aerob merupakan proses fermentasi. Fermentasi Glukosa merupakan substrat pada tahap awal fermentasi. Glukosa dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP.

Akan tetapi, reaksi fermentasi tidak secara sempurna memecah glukosa menjadi karbon dioksida dan air, sehingga ATP yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan hasil respirasi aerob (2 ATP : 38 ATP). Berdasarkan produknya, fermentasi dibedakan menjadi fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.

1. Fermentasi alkohol

Fermentasi alkohol dilakukan oleh jamur ragi. Pada fermentasi alkohol, molekul piruvat (hasil glikolisis) difermentasi menjadi asetaldehid. NADH memberikan elektron dan hidrogen kepada asetaldehid, sehingga terbentuk produk akhir alkohol yaitu etanol.

2. Fermentasi asam laktat

Fermentasi asam laktat terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras dan persediaan oksigen kurang mencukupi. Pada, fermentasi asam laktat, molekul asam piruvat hasil glikolisis menerima elektron dan hidrogen dari NADH. Transfer elektron dan hidrogen menghasilkan NAD+ kembali. Pada saat yang sama, asam piruvat diubah menjadi asam laktat menghasilkan 2 ATP.

Pada respirasi aerob maupun anaerob, asam piruvat hasil proses glikolisis merupakan seuatu substrat. Asam piruvat yang dihasilkan pada proses glikolisis bisa dimetabolisasi menjadi suatu senyawa yang berbeda bergantung pada tersedia ataupun tidaknya oksigen. Di kondisi aerob (ada oksigen) sistem enzim mitokondria bisa mengatalisis oksidasi asam piruvat menjadi CO2 dan H2O dan juga membebaskan energi.

Pada saat kondisi anaerob, sel dan jaringan tumbuhan bisa mengubah asam piruvat menjadi CO2 dan etil alkohol serta juga membebaskan energi. Bisa juga asam piruvat di dalam sel otot menjadi CO2 dan asam laktat serta pula membebaskan energi. Bentuk respirasi ini lazim dikenal dengan nama fermentasi. Untuk respirasi anaerob, jalur yang ditempuh meliputi:

a. Lintasan glikolisis.
b. Pembentukan suatu alkohol (fermentasi alkohol) ataupun pembentukan asam laktat (fermentasi asam laktat).
c. Akseptor elektron terakhir bukan oksigen, tetapi molekul alkohol atau asam laktat.
d. Energi yang dihasilkan hanya 2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa

Anabolisme karbohidrat

Anabolisme merupakan reaksi kimia sel untuk menyusun senyawa sederhana menjadi senyawa komplek dan memerlukan energi. Contoh anabolisme adalah fotosintesis.

Fotosintesis

Fotosintesis adalah peristiwa penggunaan energi cahaya untuk membentuk senyawa dasar karbohidrat dari karbon dioksida dan air. Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Reaksi fotosintesis dapat disingkat sebagai berikut:
12H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Jalannya reaksi fotosintesis terdiri dari reaksi terang dan reaksi gelap.

a). Reaksi terang
Dalam reaksi terang terjadi tiga proses yang berlangsung di dalam kloroplas, khususnya di membran tilakoid.
1. Pigmen fotosintesis menyerap energi cahaya dan melepaskan elektron yang akan masuk ke sistem transpor elektron.
2. Molekul air pecah, ATP dan NADPH terbentuk dan oksigen dilepaskan.
3. Pigmen fotosintesis yang melepaskan elektron menerima kembali elektron sebagai gantinya.

b). Reaksi gelap
Reaksi gelap terjadi di bagian kloroplas yaitu stroma. Reaksi gelap terjadi melalui tahapan berikut ini.
1. Karbon dioksida diikat oleh RuBP (terdiri dari 5 atom C) menjadi senyawa 6 karbon yang labil. Senyawa 6 karbon kemudian memecah menjadi 2 PGA.
2. Masing-masing PGA menerima gugus fosfat dari ATP dan menerima hidrogen serta elektron dari NADPH. Reaksi ini menghasilkan PGAL.
3. Untuk tiap 6 molekul karbon dioksida yang diikat akan dihasilkan 12 PGAL.
4. Dari 12 PGAL, 10 molekul kembali ke tahap awal menjadi RuBP, dan seterusnya RuBP akan mengikat CO2 yang baru.
5. 2 PGAL lainnya akan berkondensasi menjadi glukosa 6 fosfat. Molekul ini merupakan prekursor (bahan baku) untuk produk akhir menjadi molekul sukrosa atau tepung pati.

Hubungan antara Metabolisme Karbohidrat, Lemak dan Protein

Kemampuan metabolisme lemak untuk menghasilkan energi lebih besar (44 ATP) dibandingkan dengan metabolisme karbohidrat dan protein (38 ATP). Lemak adalah senyawa karbon yang paling tereduksi, sedangkan karbohidrat dan protein adalah senyawa yang lebih teroksidasi.

Senyawa karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan energi dan jika dibakar sempurna akan membebaskan energi lebih banyak. Hal ini disebabkan oleh pembebasan elektron yang lebih banyak. Jumlah elektron yang dilepaskan menyatakan jumlah energi yang dihasilkan.

Sumber: Aryulina, Diah, dkk. 2007. Biologi SMA dan MA untuk Kelas X. Jakarta: Esis.