Proses Respirasi Pada Tumbuhan!
Proses pernapasan sangat terkait dengan proses pelepasan energi dari makanan. Semua energi yang diperlukan untuk proses kehidupan diperoleh dengan oksidasi beberapa makromolekul yang dapat memakan ‘makanan’. Hanya tumbuhan hijau dan cyanobacteria yang dapat menyiapkan makanannya sendiri; dengan proses fotosintesis mereka menjebak energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia yang disimpan dalam ikatan karbohidrat seperti glukosa, sukrosa dan pati.
Pada tumbuhan hijau juga, tidak semua sel, jaringan, dan organ berfotosintesis; hanya sel yang mengandung kloroplas, yang paling sering terletak di lapisan superfisial, yang melakukan fotosintesis. Fotosintesis, tentu saja, terjadi di dalam kloroplas, sedangkan pemecahan molekul kompleks untuk menghasilkan energi terjadi di sitoplasma dan di mitokondria. Pemutusan ikatan CC senyawa kompleks melalui oksidasi di dalam sel, yang menyebabkan pelepasan sejumlah besar energi disebut respirasi.
Senyawa yang teroksidasi selama proses ini dikenal sebagai substrat pernapasan. Biasanya karbohidrat dioksidasi untuk melepaskan energi, tetapi protein, lemak, dan bahkan asam organik dapat digunakan sebagai zat pernapasan pada beberapa tumbuhan, dalam kondisi tertentu.
Selama oksidasi dalam sel, semua energi yang terkandung dalam substrat pernapasan tidak dilepaskan secara bebas ke dalam sel, atau dalam satu langkah. Ini dilepaskan dalam serangkaian reaksi bertahap lambat yang dikendalikan oleh enzim, dan terperangkap sebagai energi kimia dalam bentuk ATP.
Hampir semua sel hidup pada tumbuhan memiliki permukaan yang terpapar udara. Stomata dan lentisel memungkinkan pertukaran gas melalui difusi. Pemutusan ikatan CC molekul organik kompleks oleh sel oksidasi yang menyebabkan pelepasan banyak energi disebut respirasi seluler. Glukosa adalah substrat yang disukai untuk respirasi.
Lemak dan protein juga dapat dipecah untuk menghasilkan energi. Tahap awal respirasi seluler terjadi di sitoplasma. Setiap molekul glukosa dipecah melalui serangkaian reaksi yang dikatalisis oleh enzim menjadi dua molekul asam piretik. Proses ini disebut glikolisis.
Fermentasi terjadi dalam kondisi anaerobik di banyak prokariota, eukariota uniseluler dan benih berkecambah. Pada organisme eukariotik, respirasi aerobik terjadi dengan adanya oksigen. Asam piruvat diangkut ke dalam mitokondria di mana ia diubah menjadi asetil KoA dengan pelepasan CO2 . Asetil KoA kemudian memasuki jalur asam trikarboksilat atau siklus Krebs yang beroperasi di matriks mitokondria. NADH + H + dan FADH 2 dihasilkan dalam siklus Krebs.
Energi dalam molekul-molekul ini serta dalam NADH + H + yang disintesis selama glikolisis digunakan untuk mensintesis ATP. Ini dicapai melalui sistem pembawa elektron yang disebut sistem transpor elektron (ETS) yang terletak di membran dalam mitokondria.
Elektron, saat bergerak melalui sistem, melepaskan cukup energi yang terperangkap untuk mensintesis ATP. Dalam proses ini adalah akseptor elektron terakhir dan direduksi menjadi air. Jalur pernapasan adalah jalur amfibol karena melibatkan anabolisme dan katabolisme.
Tumbuhan membutuhkan O 2 untuk respirasi terjadi dan mereka juga mengeluarkan CO 2 . Oleh karena itu, tanaman memiliki sistem yang menjamin ketersediaan O 2. Ada beberapa alasan mengapa tanaman dapat hidup tanpa organ pernapasan. Pertama, setiap bagian pabrik menangani kebutuhan pertukaran gasnya sendiri. Ada sangat sedikit pengangkutan gas dari satu bagian tanaman ke bagian lainnya. Kedua, tanaman tidak memberikan tuntutan besar untuk pertukaran gas. Akar, batang, dan daun bernafas dengan kecepatan yang jauh lebih rendah daripada hewan.
Hanya selama fotosintesis volume besar pertukaran gas dan, setiap daun beradaptasi dengan baik untuk memenuhi kebutuhannya sendiri selama periode ini. Ketika sel berfotosintesis, ketersediaan O 2 tidak menjadi masalah dalam sel ini karena O 2 dilepaskan di dalam sel. Pembakaran sempurna glukosa, yang menghasilkan CO 2 dan H 2 O sebagai produk akhir, menghasilkan energi yang sebagian besar dilepaskan sebagai panas.
Selama proses respirasi, oksigen digunakan, dan karbon dioksida, air, dan energi dilepaskan sebagai produk. Reaksi pembakaran membutuhkan oksigen. Tetapi beberapa sel hidup di mana oksigen mungkin tersedia atau tidak.
Beberapa dari organisme ini adalah anaerob fakultatif, sementara yang lain persyaratan untuk kondisi anaerob adalah wajib. Bagaimanapun, semua organisme hidup mempertahankan mesin enzimatik untuk mengoksidasi sebagian glukosa tanpa bantuan oksigen.
Dalam fermentasi, katakanlah oleh ragi, oksidasi glukosa yang tidak lengkap dicapai dalam kondisi anaerobik dengan serangkaian reaksi di mana asam piruvat diubah menjadi CO 2 dan etanol. Enzim, dekarboksilase asam piruvat dan alkohol dehidrogenat mengkatalisasi reaksi ini. Langkah-langkah yang terlibat ditunjukkan pada Gambar. 14.9. Dalam sel-sel hewan juga, seperti otot selama latihan, ketika oksigen tidak cukup untuk respirasi sel, asam piruvat direduksi menjadi asam laktat oleh dehidrogenase laktat.
Reduktornya adalah NADH+H + yang dideoksidasi menjadi NAD + dalam kedua proses tersebut. Dalam fermentasi asam laktat dan alkohol tidak banyak energi yang dilepaskan; kurang dari tujuh persen energi dalam glukosa dilepaskan dan tidak semuanya terperangkap sebagai ikatan energi tinggi ATP.
Respirasi aerobik adalah proses yang mengarah pada oksidasi lengkap zat organik dengan adanya oksigen, dan melepaskan CO 2 , air dan sejumlah besar energi yang ada di substrat. Jenis respirasi ini paling umum pada organisme yang lebih tinggi.
Siklus asam sitrat seperti yang ditunjukkan pada gambar menunjukkan pelepasan CO 2 . Reaksi dikatalisis oleh sintesis enzim sitrat dan molekul CoA dilepaskan. Sitrat kemudian diisomerisasi menjadi sitrat. Ini diikuti oleh dua langkah dekarboksilasi berturut-turut, yang mengarah ke pembentukan asam a-ketoglutarat dan kemudian suksinil-KoA.
Dapat dicatat bahwa glukosa telah dipecah untuk melepaskan CO2 dan delapan molekul NADH+H + ; dua FADH2 telah disintesis selain hanya dua molekul ATP. Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kita membahas respirasi sama sekali – baik O 2 belum muncul maupun sejumlah besar ATP yang dijanjikan belum disintesis. Juga apa peran NADH + H+ dan FADH 2 yang disintesis? Mari kita pahami peran O2 dalam respirasi dan bagaimana ATP disintesis.
Energi yang tersimpan dalam NADH+H + dan FADH 2 . Ini dicapai ketika mereka dioksidasi melalui sistem transpor elektron dan elektron diteruskan ke O 2 yang menghasilkan pembentukan H 2 O. Jalur metabolisme yang dilalui elektron dari satu pembawa ke pembawa lainnya, disebut sistem transpor elektron. (ETS) ditunjukkan pada Gambar dan hadir dalam membran mitokondria bagian dalam.
Glukosa adalah substrat yang disukai untuk respirasi. Semua karbohidrat biasanya terlebih dahulu diubah menjadi glukosa sebelum digunakan untuk respirasi. Substrat lain juga dapat direspirasi, seperti yang telah disebutkan sebelumnya, tetapi kemudian mereka tidak memasuki jalur pernapasan pada langkah pertama.
Gambar menunjukkan titik masuk substrat yang berbeda di jalur pernapasan. Lemak perlu dipecah menjadi gliserol dan asam lemak terlebih dahulu. Jika asam lemak akan direspirasi, pertama-tama akan terdegradasi menjadi asetil KoA dan memasuki jalur. Gliserol akan memasuki jalur setelah diubah menjadi PGAL.
Karena respirasi melibatkan penguraian substrat, proses pernapasan secara tradisional dianggap sebagai proses katabolik dan jalur pernapasan sebagai jalur katabolik. Dalam jalur pernapasan substrat yang berbeda akan masuk jika mereka akan direspirasi dan digunakan untuk memperoleh energi. Yang penting untuk dikenali adalah bahwa senyawa inilah yang akan ditarik dari jalur pernapasan untuk sintesis substrat tersebut.
Oleh karena itu, asam lemak akan dipecah menjadi asetil KoA sebelum memasuki jalur pernapasan saat digunakan sebagai substrat. Tetapi ketika organisme perlu mensintesis asam lemak, asetil KoA akan ditarik dari jalur pernapasan untuk itu.
Oleh karena itu, jalur pernapasan muncul selama pemecahan dan sintesis asam lemak. Demikian pula, selama penguraian dan sintesis protein juga, perantara pernapasan membentuk penghubung. Memecah proses dalam organisme hidup adalah katabolisme, dan sintesis adalah anabolisme.
Selama respirasi aerobik, O 2 dikonsumsi dan CO 2 dilepaskan. Rasio volume CO 2 berevolusi dengan volume O 2 yang dikonsumsi dalam respirasi disebut respiratory quotient (RQ) atau rasio pernapasan.
RQ = volume CO 2 yang dikeluarkan / volume O 2 yang dikonsumsi.
Hasil bagi pernapasan tergantung pada jenis substrat pernapasan yang digunakan selama respirasi. Ketika karbohidrat digunakan sebagai substrat dan teroksidasi sempurna, RQ akan menjadi 1 , karena jumlah CO2 dan O2 yang sama, masing-masing dikeluarkan dan dikonsumsi.
Ketika lemak digunakan dalam respirasi, RQ kurang dari 1. Perhitungan untuk asam lemak, tripalmitin, jika digunakan sebagai substrat. Ketika protein adalah substrat pernapasan, rasionya sekitar 0,9. Yang penting untuk diketahui adalah bahwa dalam organisme hidup, substrat pernapasan seringkali lebih dari satu; protein atau lemak murni tidak pernah digunakan sebagai substrat respirator.
Dalam respirasi anaerobik (respirasi tanpa oksigen), piruvat tidak dimetabolisme oleh respirasi sel tetapi mengalami proses fermentasi. Piruvat tidak diangkut ke mitokondria, tetapi tetap berada di sitoplasma, di mana piruvat diubah menjadi produk limbah yang dapat dikeluarkan dari sel.
