Respirasi Aerob dan Anaerob – Respirasi sel merupakan proses dimana energi yang tersimpan di dalam glukosa dilepaskan oleh sel-sel. Hal ini terjadi baik pada manusia, hewan maupun tumbuhan dan berlangsung dalam berbagai tahapan. Saat terjadi respirasi sel, energi dari glukosa akan dilepaskan dengan adanya gas O2 atau oksigen.
Proses ini juga disebut dengan respirasi aerob, sedangkan jenis respirasi lain yaitu anaerob merupakan respirasi yang terjadi tanpa adanya gas O2. Proses ini juga kerap disebut katabolisme, yaitu proses pemecahan bahan organic menjadi bahan anorganik kemudian melepaskan sejumlah energi.
Energi yang dilepaskan dari proses ini kemudian akan digunakan untuk membentuk adenosine trifosfat (ATP) yang merupakan sumber energi bagi aktivitas dalam kehidupan ini.
Dalam prinsipnya, respirasi adalah reaksi reduksi-oksidasi (redoks), sebab pada reaksi ini dibutuhkan akseptor untuk menerima electron dari reaksi oksidasi bahan organic. Beberapa akseptor elektron yang termasuk di dalamnya antara lain adalah.
- FAD (Flavin adenine dinukleotida)
- NAD (nikotiamida adenine dinukleotida)
- Ubikuinom
- Sitokrom
Sesuai dengan penjelasan di atas jika respirasi sendiri dibagi menjadi dua yakni respirasi anaerob dan aerob. Nah pada kesempatan kali ini akan dibahas lebih detail tentang respirasi aerob.
Contents
Pengertian Respirasi Aerob
Respirasi aerob ialah sebuah reaksi katabolisme yang membutuhkan suasana aerobic dengan adanya oksigen yang begitu dibutuhkan demi menghasilkan energi dalam jumlah besar. energi yang disimpan merupakan energi dalam bentuk kimiawi yang kerap disebut dengan kode ATP.
Energi ATP ini kemudian digunakan oleh sel pada tubuh makhluk hidup untuk gerak transportasi reproduksi, menunjang kebutuhan dan kegiatan lain. Dalam rumusan sederhana, respirasi aerob dituliskan dalam rumus:
C6H12 + 6O2 = 6HCO2 + 6H2O
Ciri-Ciri Respirasi Aerob
Terjadinya respirasi aerob sendiri dibarengi dengan beberapa ciri, seperti:
- Membutuhkan gas O2 atau oksigen untuk akseptor elektron.
- Proses yang terjadi pada matriks mitokondria.
- Untuk memecah senyawa organic menjadi anorganik menghasilkan energi dalam jumlah yang besar yaitu 36 ATP.
- Respirasi aerob terbagi dalam 4 tahap utama yakni Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs dan juga Transpor Elektron.
Pada prosesnya, bakteri aerob membutuhkan oksigen untuk bertahan hidup, dan jika tak ada oksigen maka bakteri tersebut akan mati. Selain itu bakteri aerob juga memakai glukosa atau zat organic lainnya layaknya etanol untuk dioksidasi menjadi H2O, CO2 dan sejumlah energi lainnya.
Contoh Bakteri Aerob
- Nitrosococcus
Yaitu bakteri nitrit, amfitrik yang memiliki metabolisme berbasis oksigen. Peran bakteri ini ialah dalam proses penambahan kesuburan tanah atau untuk membentuk humus.
- Nitrosomonas
Yaitu bakteri nitrit, Amfitrik yang bentuknya menyerupai batang yang terdiri dari enus chemototrophic dan memiliki peran pada proses nitrifikasi menghasilkan ion nitrat yang diperlukan oleh tanaman.
- Nitrobacter
Yaitu bakteri nitrat, autotroph yang mengubah nitrite menjadi nitrate.
- Mycobacterium Tuberculosis
Yakni bakteri yang berbentuk batang, aerob obligat serta mempunyai ciri khusus yaitu adanya lapisan lilin pada dinding selnya. Bakteri ini membutuhkan oksigen, bermanifest di paru-paru mamalia, sebab kandungan oksigen pada organ hewan ini sangat tinggi.
Bakteri mycobacterium tuberculosis sendiri dapat menyebabkan penyakit tuberkulosis, namun dengan pembelahan yang begitu lambat yakni sekitar 15 jam setelah terjadinya infeksi.
- Bacillus
Bakteri yang bersifat hiperteromofil, gram positif serta dapat hidup pada suhu derajat 75 derajat celcius bahkan 100 derajat ini merupakan bakteri yang menghasilkan berbagai enzim yang digunakan pada obat-obatan.
- Nocardia
Bentuknya seperti batang, bersifat patogen dan nonpatogen, dapat menyebabkan penyakit nocardiosis, mempengaruhi paru-paru bahkan seluruh organ tubuh. Umumnya bakteri Nocardia tumbuh di rongga mulut, terutama pada bagain kantong periodontal dan gusi.
Tahapan Respirasi Aerob
Terjadinya respirasi aerob berlangsung dengan beberapa tahapan berurut, yakni:
Glikolisis
Glikolisis adalah peristiwa pemecahan suatu molekul glukosa (senyawa beratom C 6 buah) menjadi 2 molekul asam piruvat (senyawa beratom C 3 buah).
Peristiwa yang berlangsung pada sitosol (sitoplasma) sel hidup ini dalam kondisi anaerob atau tanpa oksigen bebas dan dikatalis oleh enzim-enzim seperti heksokinase, fosfogliserokinase, isomerase, piruvatkinase, dehydrogenase. Tahapan pertama ini akan menghasilkan 2 molekul ATP dan juga 2 molekul NADH2.
Dekarboksilasi Oksidatif
Dekarboksilasi oksidatif terjadi di matriks mitokondria, yang sebenarnya merupakan tahap awal untuk memulai langkah ketiga yakni daun Krebs. Dalam langkah ke 2 ini molekul asam piruvat yang terbentuk dalam glikolisis masing-masing diubah menjadi asetil-KoA (asetil koenzim A) serta menghasilkan 2 NADH.
Siklus Krebs
Awal mula siklus Krebs terjadi dengan masuknya Asetil CoA (beratom C2) yang bereaksi dengan asam oksaloasetat (beratom C4) kemudian menghasilkan Asam Sitrat (beratom C6). Secara bertahap asam sitrat akan melepaskan 2 atom C kemudian kembali menjadi asam oksaloasetat (beratom C4).
Peristiwa ini akan diikuti dengan reaksi reduksi yaitu pelepasan elektron dan ion hidrogen oleh NAD+ dan FAD+ serta menghasilkan 2 molekul NADH2 2 molekul FADH2, 2 molekul ATP. Dari panjangnya rangkaian siklus Krebs diperoleh 4 molekul CO2, 6 molekul NADH2, 2 molekul FADH2 serta 2 molekul ATP.
Transpor Elektron
Langkah atau tahap terakhir pada respirasi aerob ialah transpor elektron yang kerap disebut sistem (enzim) sitokrom oksidase atau sistem rantai pernapasan yang berlangsung di krista pada mitokondria.
Tahapan ini melibatkan donor elektron, aksepton, electron dan juga reaksi reduksi serta oksidasi (redoks). Donor elektron ialah senyawa yang diperoleh selama tahap glikolisis ataupun siklus Krebs serta berpotensi untuk melepaskan electron yakni FADH2 dan NADH2.
Awalnya molekul NADH memasuki reaksi kemudian dihidrolisis oleh enzim dehydrogenase kembali dalam bentuk ion NAD+ diikuti pelepasan 3 ATP.
Berikutnya diikuti molekul FADH2 yang dihidrolisis oleh enzim flavoprotein kembali dalam bentuk ion FAD+ serta menghasilkan 2 molekul ATP. Keduanya melepaskan ion Hidrogen yang diikuti elektron dan peristiwa ini disebut dengan reaksi oksidasi.
Selanjutnya, elektron akan ditangkap oleh Fe+++ sebagai akseptor elektron serta dikatalis oleh enzim sitokrom b, c dan a. peristiwa reduksi dan juga oksidasi ini berlangsung terus hingga elektron ditangkap oleh O2, dengan begitu akan terikat dengan ion Hidrogen (H+) yang menghasilkan H2O (air). Hasil akhir dari system transport electron ini ialah 34 molekul ATP, dan 6 molekul H2O (air).
Jadi secara keseluruhan respirasi aerob akan menghasilkan 38 molekul ATP, 6 molekul H2O dan juga 6 molekul CO2. Di bawah ini akan dijelaskan bagaimana perhitungan pembentukan ATP per mol glukosa yang dipecah dalam proses respirasi.
| Proses | ATP | NADH | FADH |
| Glikolisis Dekarboksilasi oksidatif Daur Krebs Rantai transpor elektron | 2 – 2 34 | 2 2 6 – | – – 2 – |
| Total | 38 | 10 | 2 |
Pengertian Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob ialah salah satu proses katabolisme yang tidak memakai oksigen bebas sebagai penerima atom hidrogen (H) terakhir, akan tetapi memakai senyawa tertentu semisal etanol atau asam laktat. Asam piruvat yang dihasilkan oleh tahapan glikolisis bisa dimetabolisme menjadi senyawa yang berbeda (ada ketersediaan oksigen ataupun tidak).
Dalam kondisi aerobic (tersedia oksigen) maka sistem enzim mitokondria dapat mengkatalisis oksidasi asam piruvat menjadi H2) atau CO2 serta menghasilkan energi dengan bentuk ATP (Adenosin Tri Phosphat).
Dalam kondisi anaerob (tidak ada oksigen) sebuah sel akan bisa mengubah asam piruvat menjadi karbondioksida serta etil alkohol dan juga membebaskan ATP, dan oksidasi asam piruvat pada sel otot menjadi CO2 serta asam laktat dan membebaskan ATP.
Proses reaksi terakhir ini umumnya disebut dengan fermentasi. Dalam proses fermentasi beberapa enzim juga terlibat di dalam sitoplasma sel.
Tahapan Respirasi Anaerob
Reaksi anaerob juga terdiri dari beberapa tahapan, yakni:
Fermentasi Alkohol
Proses fermentasi alkohol ini terjadi pada beberapa mikroorganisme seperti jamur atau ragi, yang mana tahap glikolisis sama dengan yang terjadi pada tahap respirasi aerob. Beberapa organisme yang melakukan fermentasi alkohol yakni khamir (Saccharomyces cereviceace). Dimana organisme ini mengubah glukosa melalui tahap fermentasi menjadi etanol atau alkohol.
Setelah berubah bentuk menjadi asam piruvat, selanjutnya asam ini akan mengalami dekarboksilasi (molekul CO2 dikeluarkan) serta dikatalisis oleh enzim alcohol dehydrogenase menjadi etanol atau alkohol serta terjadi degradasi molekul NADH menjadi NAD+ dan membebaskan energi.
Proses ini juga kerap disebut sebagai pemborosan sebab sebagian besar energi yang terdapat pada molekul glukosa masih tersimpan pada alkohol. Inilah sebabnya mengapa alkohol atau etanol bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar.
Fermentasi alkohol pada mikroorganisme ialah proses yang berbahaya jika konsentrasi etanolnya tinggi. Secara sederhana reaksi fermentasi alkohol dapat dituliskan:
2CH3COCOOH 2CH3CH2OH + 2CO2 + 28 kkal
Fermentasi Asam Laktat
Pada sel hewan maupun manusia, terutama pada bagian sel-sel otot yang bekerja keras, energi yang yang ada tidak selalu seimbang dengan kecepatan penggunaannya karena kadar O2 yang ada tidak mencukupi untuk kegiatan respirasi aerob. Proses fermentasi asam laktat ini akan dimulai dengan lintasan glikolisis yang menghasilkan asam piruvat.
Sebab tidak tersedianya oksigen sehingga asam piruvat akan mengalami degradasi molekul dan dikatalisis oleh enzim asam laktat dehydrogenase serta direduksi oleh NADH untuk bisa menghasilkan energi serta asam laktat. Secara sederhana reaksi fermentasi asam laktat bisa dituliskan dalam rumus:
2CH2COCOOH 2CH3CHOHCOOH + 47 kkal
Pada manusia, proses ini kerap ditemukan saat seseorang berolahraga atau bekerja keras. Akibat dari kurangnya oksigen ialah asam piruvat yang terbentuk dari tahap glikolisis akan diuraikan menjadi asam laktat yang menjadikan timbulnya rasa nyeri atau pegal setelah seseorang melakukan aktivitas fisik.
Asam piruvat yang terbentuk di glikolisis tak akan memasuki daur Krebs serta rantai transpor elektron, sebab tidak tersedianya oksigen sebagai penerima H yang terakhir.
Alhasil asam piruvat direduksi karena telah menerima H dari NADH yang dihasilkan saat tahapan glikolisis dan kemudian terbentuklah asam laktat yang menjadikan munculnya rasa lelah. Peristiwa ini akan menghasilkan 2 ATP untuk setiap mol glukosa yang direspirasi.
CH3.CO.COOH + NADH CH3. CHOH.COOH + NAD + E
Ciri-Ciri Respirasi Anaerob
Untuk lebih memahami respirasi anaerob, berikut adalah ciri-cirinya.
- Apabila tak ada gas O2, sel tidak mempunyai akseptor alternatif untuk memproduksi ATP, sehingga terpaksa elektron yang diperoleh dari glikolisis diangkut senyawa organik.
- Proses pada poin sebelumnya disebut fermentasi alkohol, dimana proses ini dilakukan oleh ragi dengan cara melepaskan gugus gas CO2 dari piruvat melalui dekarboksilasi serta menghasilkan molekul 2 karbon asetaldehida.
- Asetaldehida ini kemudian menerima elektron dari NADH, dengan begitu akan berubah menjadi etanol.
- Fermentasi alkohol dilakukan oleh tumbuhan.
- Fermentasi asam laktat dilakukan oleh sel hewan dengan cara mentransfer elektron dari NADH kemudian kembali ke piruvat.
Jenis BAKTERI ANAEROB
Sama seperti respirasi aerob, reaksi anaerob juga terdiri dari berbagai bakteri. Hanya saja bakteri anaerob tidak membutuhkan oksigen untuk hidupnya. Secara umum bakteri anaerob terbagi menjadi 2 yakni bakteri anaerob fakultatif dan bakteri anaerob obligat.
Bakteri Anaerob Fakultatif
Bakteri anaerob fakultatif ialah bakteri yang mampu hidup dengan bagi meskipun tanpa oksigen ataupun dengan oksigen. Contoh bakteri yang termasuk dalam kelompok ini ialah Streptococcus, Escherichia coli, Aerobacter aerogenes, Lactobacillus, Alcaligenesis dan lainnya.
Bakteri Anaerob Obligat
Bakteri anaerob obligat ialah bakteri yang tak membutuhkan oksigen dalam hidupnya. Apabila ada oksigen bakteri tersebut justru akan mati.
Contoh bakteri yang termasuk dalam kelompok ini ialah Prevotella melaninogenica (bakteri penyebab abses pada faring dan rongga mulut), Peptostreptococcus (penyebab abses saluran kelamin wanita dan abses otak), Clostridium tetani (penyebab kejang otot), Methanobacterium (bakteri yang dapat menghasilkan gas metana), dan Bacteroides fragilis (bakteri penyebab abses atau tumpukan nanah pada anus).
Contoh Bakteri Anaerob
Berikut ini adalah contoh beberapa bakteri anaerob.
- Clostridium Tetani (Anaerob Obligat)
Yakni bakteri yang memiliki karakteristik gram positif, mampu membentuk spora serta memiliki bentuk drum stick. Bakteri ini dapat menyebabkan penyakit tetanus dengan infeksi yang muncul melalui berbagai cara, seperti luka tusuk, luka bakar, patah tulang terbuka, pembedahan, gigitan binatang, penyuntikan, aborsi, melahirkan ataupun luka pemotongan umibilicus.
- Micrococcus Denitrificans (Anaerob Obligat)
Bakteri yang memiliki karakteristik mesofil, mampu hidup di daerah dengan suhu 15-55 derajat celcius, dan dapat menimbulkan proses denitrifikasi (disebabkan karena kurangnya oksigen dalam tanah) yakni nitrat direduksi sehingga terbentuklah nitrit dan kemudian menjadi amonia yang tak bisa dimanfaatkan oleh tumbuhan.
Kerugian yang muncul akibat bakteri ini ialah nitrat yang menjadi nitrogen, sehingga kesuburan tanah berkurang.
- Clostridium Botulinum (Anaerob Obligat)
Bakteri yang memiliki bentuk bang tunggal gram positif serta bisa membentuk spora (spora yang dihasilkan tahan panas serta dapat hidup dalam makanan dengan pemrosesan yang tidak benar). Bakteri ini juga bisa menghasilkan racun saraf yang kuat, dimana bakteri yang bisa tumbuh pada makanan ini menghasilkan racun botulininyang.
- Shigella (Anaerob Fakultatif)
Bakteri genus gram positif yang bisa menyebabkan penyakit disentri. Infeksi shigella bisa terjadi melalui proses menelan makanan atau minuman yang sudah terkontaminasi bakteri, atau melalui kegiatan seksual tertentu yang melibatkan anus dan lidah.
Gejala yang muncul ketika seseorang terserang bakteri ini adalah diare, mual, demam, kram perut, sembelit dan perut kembung.
- Staphylococcus Pyogenes
Bakteri dengan bentuk coccus dan memiliki kapsul formasi staphylaea. Bakteri ini juga memiliki gram positif namun tak dapat membentuk spora. Staphylococcus juga dapat bertahan terhadap pengaruh buruk dari luar serta mampu mengeluarkan exotoxin.
Perbedaan Respirasi Aerob dan Anaerob
Dari penjabaran di atas, respirasi aerob ialah reaksi katabolisme yang berlangsung pada suasana ada oksigen yang biasanya dilakukan oleh organisme-organisme tingkat tinggi.
Sedangkan respirasi anaerob ialah reaksi katabolisme yang terjadi dalam suasana tanpa oksigen dan biasanya dilakukan oleh organisme tingkat rendah.
Selain dilihat dari pengertiannya tersebut, respirasi aerob dan anaerob juga memiliki perbedaan yang begitu nyata pada proses, lokasi maupun produk yang dihasilkan. Berikut adalah tabel yang menunjukkan perbedaan dari respirasi anaerob dan aerob.
| Perbedaan | Respirasi Aerob | Respirasi Anaerob |
| Keberadaan Oksigen | Dibutuhkan | Tidak Dibutuhkan |
| Energi yang dihasilkan | Menghasilkan 36 ATP energi | Menghasilkan 2 ATP energi |
| Hidrogen yang terlepas | Menghasilkan karbondioksida dan air secara sempurna | Menghasilkan karbondioksida dan air secara tidak sempurna |
| Hasil samping | Hidrogen yang terlepas membentuk air | Membentuk Asam Laktat dan Etanol |
| Proses dan Tahapan | Kompleks, yaitu Glikolisis, Siklus Krebs, dan Transpor Elektron | Sederhana, yaitu Glikolisis atau Fermentasi |
| Lokasi | Mitokondria | Sitoplasma |
Perbedaan Kebutuhan Oksigen
Yup dari pengertiannya saja Anda sudah bisa melihat perbedaan utama ini, dimana respirasi aerob dapat berlangsung dengan adanya oksigen dan respirasi anaerob sebaliknya. Dalam proses anaerob, oksigen menjadi unsur penting yang akan menunjang keberhasilan katabolisme, sedangkan pada respirasi anaerob organisme tidak membutuhkan oksigen untuk bertahan hidup.
Perbedaan Lokasi
Lokasi juga menjadi satu hal yang sangat berbeda diantara keduanya. Pada respirasi aerob umumnya lokasinya ada pada organel sel yang disebut dengan mitokondria, sedangkan respirasi anaerob biasanya terjadi di sitoplasma.
Perbedaan Proses dan Tahapan
Selanjutnya perbedaan proses dan tahapan. Pada respirasi aerob proses dan tahapannya cenderung lebih kompleks dan rumit, sebab melalui tahapan antara glikolisis, siklus krebs serta transpor elektron. Sedangkan respirasi anaerob memiliki proses dan tahapan yang lebih sederhana, yaitu hanya melalui tahap glikolisi atau fermentasi saja.
Perbedaan Produk Energi yang Dihasilkan
Dengan proses yang lebih kompleks, respirasi aerob menghasilkan energi yang jauh lebih banyak dibandingkan respirasi anaerob. Dimana aerob biasanya menghasilkan energi hingga 36 ATP, sedangkan respirasi anaerob hanya menghasilkan energi sejumlah 2 ATP saja.
Perbedaan Hasil Samping
Perbedaan yang terakhir yaitu pada hasil sampingnya. Dalam respirasi aerob, proses yang terjadi akan merombak substrat menjadi karbondioksida serta air secara sempurna, dengan kata lain semua hydrogen yang lepas dari substrat selama proses akan beraksi dengan gas O2 dan menghasilkan HO2.
Sedangkan pada respirasi anaerob substrat dirombak menjadi air dengan tidak sempurna. Sebagian hydrogen yang lepas dari substrat selama tahapan berlangsung akan bereaksi dengan senyawa lain kemudian membentuk berbagai jenis asam, seperti asam laktat, asam piruvat dan juga etanol.
Bagaimana, sudah lebih paham apa itu respirasi aerob dan anaerob? Bisa dikatakan jika kedua respirasi tersebut memiliki perbedaan yang begitu menonjol dari berbagai sisi. Bahkan hingga ke organismenya.
Semoga rangkaian informasi yang sudah disusun di atas bisa memberikan pembelajaran yang berguna bagi Anda, yang sedang menggali tentang respirasi.