KEHIDUPAN SEL

Respirasi Anaerob

* Jalur anaerob atau jalur fermentasi yaitu jalur metabolisme yang tidak membutuhkan oksigen
* Organisme yang menggunakan jalur fermentasi adalah sel apa saja yang terdedah dalam kondisi kekurangan atau bahkan tanpa oksigen, bisa bakteri, protista lain yang hidup dalam perut hewan, makanan kaleng, bahkan sel otot kita melakukan jalur anaerob ini.
* Glikolisis juga adalah tahap pertama reaksi jalur anaerob.
* Dalam anaerob, glukosa juga dipecah menjadi dua molekul piruvat, nettonya terbentukdua NADH dan dua ATP, tetapi reaksi anaerob tidak memecah glukosa menjadi CO2 dan air sepenuhnya, dan jalur anaerob tidak menghasilkan energi ATP lagi selain yang hasil tahap glikolisis.
* Tahap terakhir atau finalnya hanya menghasilkan koenzim NAD+ yang penting untuk proses jalur anaerob. Perhatikan Gambar 2.9
* Hasil energi jalur anaerob memang kecil, tetapi itu cukup untuk organisme sel tunggal anaerob. Bahkan dalam kondisi stress jalur anaerob juga terbukti cukup menyediakan energi yang diperlukan bagi sel hewan yang terdedah dalam kondisi anaerob atau kekurangan oksigen.
* Gambar 2.9 B dapat dilihat diagram fermentasi laktat, yaitu tahapan utama reaksi penghasil energi yang disebut fermentasi laktat, perhatikan bahwa piruvat yang terbentuk selama tahap pertama glikolisis, menerima hidrogen dan elektron dari NADH, dan menyebabkan piruvat diubah menjadi molekul laktat.
* Seringkali molekul laktat disebut asam laktat.
* Namun demikian bentuk ion (laktat) lebih umum terdapat dalam sel. Jalur fermentasi laktat umum pada jalur anaerob ini.
* Beberapa sel hewan juga dapat melakukan fermentasi laktat untuk memperoleh energi ATP dengan cepat.
* Contoh klasik adalah apabila pada atlit lari cepat, untuk pemenuhan energi yang cepat dan segera untuk lari cepat, sel otot atlit tersebut melakukan fermentasi laktat.
* Jalur fermentasi alkohol, adalah jalur lain respirasi anaerob.
* Dalam jalur ini masing-masing molekul pirivat hasil tahap glikolisis disusun menjadi senyawa intermedier yang disebut asetildehid.
* Bila molekul asetildehid ini menerima hidrogen dan elektron dari NADH, maka akan diuabh menjadi etanol, yaitu produk akhir jalur ini.
* Yeast, organisme sel tunggal eukariot fungi menggunakan jalur anaerob fermentasi alkohol ini. Ingat adonan roti? Itulah kerja organisme ini, yang memetabolisme gula dengan mengeluarkan CO2 yang mengembangkan adonan roti. Pabrik bir dan anggur juga memanfaatkan organisme yang menempuh jalur fermentasi alkohol ini.
* Ada lagi jalur penghasil energi yang bukan respirasi aerob dan bukan fermentasi, dan khususnya yang dilakukan bakteri. Jalur yang sangat tidak umum ini mempengaruhi siklus global akan sulfur, nitrogen, dan elemen vitasl lain dan mempengaruhi ketersediaan nutrisi organisme disebut jalur transport elektron anaerob.
* Transport elektron secara anaerob adalah jalur yang umum dilakukan oleh beberapa bakteri. Elektron dipisahkan dari komponen organik dan dikirim ke sistem transport yang terdapat dalam plasma membran. Energi yang dihasilkan akibat proses ini sangat bervariasi.
* Suatu komponen inorganik dalam lingkungan seringkali merupakan penangkap elektron terakhir.
* Contohnya, bakteri anaerob tertentu yang hidup di tanah berlumpur basah memisahkan elektron dari suatu atau beberapa komponen dan membuangnya ke gugus sulfat (SO4), menghasilkan H2S yang berbau.
* Jadi dalam transport elektron anaerob, senyawa inorganik, bukan oksigen adalah penangkap elektron terakhir.

Fotosintesis: jalur metabolisme yang memerlukan energi

* fotosintesis adalah proses bagaimana tanaman membuat molekul makanan dengan menggunakan sinar matahari dari bahan dasar karbon dioksida dan air
* Proses ini amat penting bagi kelestarian organisme di dunia karena proses inilah yang menyebabkan makanan organisme tersedia baik untuk tanaman, hewan, jamur dan bakteri.
* Proses ini merupakan jalur utama metabolisme yang membutuhkan energi
* Energi untuk proses ini diperoleh dari energi matahari yang di dalam proses fotosintesis diubah menjadi energi bentuk lain (ATP) dan selanjutnya energi ATP diubah atau digunakan untuk sintesis komponen organik
* Proses tersebut terjadi di dalam organel kloroplast, pada sel tanaman yang disebut mesofil yaitu jaringan hijau di bagian dalam daun
* Persamaan sebagai penyederhanaan proses fotosintesis yang sebenarnya kompleks.
* 6CO2 + 12H2O + energi sinar matahari à C6H12O6 + 6H2O + 6O2
* Dalam proses fotosintesis ada dua tahapan, di mana masing-masing tahap terdiri atas beberapa langkah
* Tahap pertama disebut reaksi sinar, yaitu reaksi perubahan energi matahari menjadi energi kimia dengan menghasilkan oksigen sebagai hasil sampingnya.
* Tahap pertama fotosintesis adalah langkah-langkah penyerapan energi matahari oleh klorofil dan perubahannya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP dan NADH dan terjadi pada membran bagian dalam, yaitu sistem membran tylakoid.
* Langkah tahap reaksi yang tergantung adanya sinar ini (karenanya disebut reaksi sinar) ada tiga langkah, yaitu:
o (1) langkah pertama penyerapan energi matahari oleh pigmen dan menghasilkan elektron;
o (2) langkah kedua adalah pemindahan elektron dan hidrogen menghasilkan ATP dan NADPH;
o (3) langkah ketiga, pigmen yang memberikan elektron pada langkah pertama memperoleh atau mengambil elektron kembali.
* Sistem penangkapan energi matahari dengan hasil molekul energi (a.l. ATP) tersebut disebut fotosistem. Dalam membran tylakoid, ada dua fotosistem yang menghasilkan elektron melalui dua sistem transport elektron yang berbeda.
* Tanaman, oleh karenanya, dapat membuat ATP dengan dua jalur yang berbeda, satu jalur siklus dan satunya jalur yang nonsiklus. Jalur yang siklus pembentukan ATP dikenal sebagai fotosistem I dan mungkin jalur pembentukan ATP yang tertua.
* Jalur yang nonsiklus saat ini mendominasi pembentukan ATP dan dikenal dengan fotosistem II.
* Dalam fotosistem II ada proses fotolisis, yaitu rangkaian reaksi pemecahan molekul air menjadi ion oksigen dan hidrogran dan elektron.
* Elektron hasil fotosistem II diberikan ke fotosistem I (Gambar 2.10).
* Pada tahap pertama fotosintesis reaksi terang ini, gula belum dibentuk, gula baru terbentuk setelah melewati tahap kedua.
* Tahap kedua dikenal sebagai siklus Calvin (atau buku lain menulis siklus Calvin-Beson, penemunya) yaitu suatu reaksi berurutan pembentukan molekul gula dari bahan dasar CO2 dan energi hasil proses reaksi sinar (nama Calvin diambil untuk penghargaan peraih Nobel Melvin Calvin yang mempelajari ini secara detail dan menerangkan bahwa fotosintesis berarti dua kata dari dua proses, yaitu foto atau tahap reaksi sinar dan sintesis yang berarti pembentukan)
* Tempat terjadinya reaksi tahap kedua adalah di stroma klorofil
* Pembentukan komponen organik pada tahap kedua ini tidak secara langsung tergantung ada tidaknya energi sinar matahari, bahkan dalam kondisi gelap sekalipun sepanjang ada ATP dan NADPH
* Proses tersebut dimulai dari masuknya molekul CO2 ke dalam siklus Calvin disebut juga fiksasi karbon. Yaitu ketika molekul CO2 yang masuk melalui stomata ditangkap oleh atau terikat oleh enzim ribulosa bifosfat (sering disingkat RuBP).
* Setelah fiksasi karbon, enzim dalam siklus Calvin membuat gula dengan cra mereduksi terus ataom-atom karbon dengan menambahkan elektron berenergi tinggi ke dalamnya dengan ion H+.

Ringkasan

1. Interaksi di antara atom-atom, ion-ion, dan molekul-molekul adalah awal terbentuknya susunan dan sifat serta tingkah laku substansi yang menyusun sel dan lingkungan sel
2. Molekul yang dapat menarik air disebut hidrofilik, dan molekul yang takut atau tak mau bersentuhan dengan air disebut hidrofobik
3. Molekul organik adalah molekul yang mengandung gugus karbon, yaitu karbohidrat, protein, lemak, dan asam nukleat. Struktur dan tingkah laku komponen organik dipengaruhi oleh gugus fungsionil yang terikat secara kovalen dengan kerangka karbon. Asam nukleat DNA dan RNA dan molekul RNA berfungsi dalam proses di mana informasi dan instruksi genetis digunakan dalam membuat protein.
4. Teori sel, yaitu (1) kehidupan disusun dari satu atau lebih sel, (2) sel adalah unit kehidupan paling dasar yang hidup saling ketergantungan dan memiliki atau menyimpan kemampuan untuk hidup dan (3) sel berasal dari sel lain yang sudah ada. Ada dua macam sel yaitu prokariot dan eukariot.
5. Struktur sel minimum terdiri atas membran sel, bagian untuk sitoplasma dan bagian untuk DNA. Membran sel terdiri atas dua lapis lipida dan protein. Struktur dua lapis lipida memberikan batasan dari substansi yang larut air, karena lipida hidrofobik. Proteinnya dapat menjalankan fungsi sel memasukkan dan atau mengeluarkan molekul masuk dan atau keluar sel. Struktur sel eukariot tersusun atas membran internal yang membagi sitoplasma sel menjadi bagian-bagian yang memiliki fungsi-fungsi yang berbeda, disebut organel. Organel utama adalah inti atau nukleus. Pada sel prokariot (misal bakteri) tidak ada struktur semacam organel inti yang dikelilingi membran. Organel-organel sel tertentu hanya dijumpai pada sel tertentu saja.
6. Perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain melalui suatu jalur reaksi metabolisme tertentu berhubungan dengan fungsi sel. Enzim diperlukan dalam proses perubahan tersebut, dan kadang-kadang koenzim membutuhkan energi dan jalur yang menghasilkan energi
7. Jalur utama penghasil energi dikenal dengan respirasi sel, ada yang aerob dan ada yang anaerob. Jalur awal respirasi sel adalah glikolisis. Jalur aerob terjadi dalam organel mitokondria dan menghasilkan banyak ATP disebut siklus Krebs atau siklus trikarboksilat. Jalur anaerob, tidak banyak menghasilkan ATP bisa terjadi melalui jalur fermentasi asam laktat atau jalur fermentasi alkohol. Jalur anaerob lain adalah transport elektron anaero.
8. Fosintesis merupakan jalur utama metabolisme yang membutuhkan energi. Proses fotosintesis terdir atas dua tahap yaitu (1) tahap yang membutuhkan sinar disebut reaksi terang atau reaksi sinar yang terdiri atas fotosistem I dan fotosistem II di mana di sini terjadi proses perubahan energi matahari yang ditangkapa pigmen warna dan diubahnya menjadi molekul energi ATP dan NADPH; (2) tahap yang tidak tergantung sinar karena bisa terjadi dalam keadaaan gelap asalkan tersedia ATP dan NADPH yang cukup untuk mensintesis molekul organik dari bahan dasar CO2 dan H2O. Langkah pertama menempelkan molekul CO2 ke enzim ribulosa bifosfat disebut fiksasi karbon, diikuti langkah berikutnya yaitu masuk ke siklus Calvin atau siklus Calvin-Benson dengan hasil akhir gugus organik (gula, misalnya).