Dokumen tersebut merangkum proses respirasi selular yang terdiri dari tiga tahapan utama yaitu glikolisis, siklus asam sitrat, dan fosforilasi oksidatif. Tahapan-tahapan tersebut bekerja sama untuk mengoksidasi bahan bakar seperti glukosa menjadi karbon dioksida dan air serta menghasilkan ATP sebagai sumber energi utama bagi sel. Seluruh proses ini berlangsung di dalam mitokondria dan melibatkan transfer

1. Respirasi Selular
Mata Kuliah
Botani Farmasi I
Drs. Suryadi Ahmad, M.Sc., Apt.

2. Energi
cahaya
EKOSISTEM
Fotosintesis
di kloroplas
Respirasi selular
di mitokondria
CO2  H2O  O2
Molekul
organik
ATP memberikan
tenaga bagi sebagian
besar kerja selular
ATP
Energi
panas

3. • Respirasi selular mencakup proses aerob dan
anaerob. Tetapi, istilah tersebut sering
dimaksudkan kepada respirasi aerob
• Walaupun karbohidrat, lemak, maupun protein
dapat diproses dan dikonsumsi sebagai sumber
energi, ada baiknya mempelajari langkah-
langkah respirasi selular dengan menelusuri
penguraian gula glukosa
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + Energi (ATP + panas)

4. Oksidasi Molekul Bahan Bakar-Organik
Selama Respirasi Selular
• Selama respirasi selular, bahan bakar
(contohnya glukosa) teroksidasi, and O2
tereduksi
teroksidasi
tereduksi

5. Tahapan Respirasi Selular
• Terdiri dari tiga tahapan:
– Glikolisis (memecah glukosa menjadi dua
molekul senyawa piruvat)
– Siklus Asam Sitrat (menyelesaikan
penguraian glukosa dengan cara
mengoksidasi turunan piruvat)
– Fosforilasi Oksidatif (menghasilkan ATP
dengan menggunakan hasil oksidasi piruvat
sebagai bahan bakar)

6. Elektron
diangkut
melalui
NADH
Elektron diangkut
melalui NADH
dan FADH2
Siklus
Asam
Sitrat
Oksidasi
piruvat
Asetil KoA
Glikolisis
Glukosa Piruvat
Fosforilasi
Oksidatif:
Transpor Elektron
dan Kemiosmosis
SITOSOL MITOKONDRIA
ATP ATP ATP
Fosforilasi
tingkat-substrat
Fosforilasi
tingkat-substrat
Fosforilasi
Oksidatif

7. • Proses yang menghasilkan sekitar 90% ATP yang
diproduksi oleh respirasi adalah fosforilasi
oksidatif yang memperoleh tenaga dari reaksi-
reaksi redoks dalam rantai transpor elektron
• ATP dalam jumlah yang lebih sedikit dibentuk
pada glikolisis dan siklus asam sitrat
• Untuk setiap molekul glukosa yang didegradasi
menjadi karbon dioksida dan air melalui respirasi,
sel membuat sekitar 32 molekul ATP

8. Glikolisis memanen energi kimia dengan cara
mengoksidasi glukosa menjadi piruvat
• Glikolisis (“pemecahan gula”) memecah glukosa
menjadi dua molekul piruvat
• Glikolisis terjadi di sitoplasma dan memiliki dua
fase:
– Fase investasi energi
– Fase pembayaran energi
• Terjadinya glikolisis tidak tergantung dari ada atau
tidaknya O2

9. Glikolisis: Fase Investasi Energi
ATP ATP
Glukosa Glukosa-6-fosfat Fruktosa-6-fosfat Fructosa-1,6-bisfosfat
Dihidroksiaseton
fosfat
Gliseraldehid-
3-fosfat
Ke
langkah 6
ADP ADP
Heksokinase Fosfogluko-
isomerase
Fosfo-
fruktokinase
Aldolase
Isomerase
1
2 3 4
5

10. Glikolisis: Fase Pembayaran Energi
2 ATP 2 ATP
2 NADH
2 NAD + 2 H
2 P i
2 ADP
1,3-Bisfosfo-
gliserat
3-Fosfo-
gliserat
2-Fosfo-
gliserat
Fosfoenol-
piruvat (PEP)
Piruvat
2 ADP
2 2 2
2 H2O
Fosfo-
gliserokinase
Fosfo-
gliseromutase
Enolase Piruvat
kinase
6
7 8
9
10
Triosa
fosfat
dehidrogenase

11. Siklus asam sitrat menyelesaikan oksidasi
molekul organik yang menghasilkan energi
• Jika ada O2, piruvat memasuki mitokondria (dalam
sel eukariot) tempat dimana oksidasi glukosa
diselesaikan
• Sebelum siklus asam sitrat dimulai, piruvat harus
dikonversi menjadi senyawa asetil koenzim A
(asetil KoA), proses ini merupakan
persambungan antara glikolisis dan siklus asam
sitrat
• Diselesaikan oleh suatu kompleks multienzim
yang mengkatalisis tiga reaksi

12. Piruvat
Protein transpor
SITOSOL
MITOKONDRIA
CO2 Koenzim A
NAD + HNADH Asetil KoA
1
2
3

13. • Siklus asam sitrat, juga disebut dengan Siklus Krebs,
menyelesaikan pemecahan piruvat menjadi CO2
• Siklus ini menghasilkan 1 ATP, 3 NADH, and 1 FADH2 per sekali
putaran
• Siklus ini memiliki delapan langkah, yang masing-masing
dikatalisis oleh suatu enzim spesifik
• Gugus asetil pada asetil KoA bergabung ke dalam siklus dengan
cara berkombinasi dengan senyawa oksaloasetat, membentuk
sitrat
• Ketujuh langkah berikutnya menguraikan sitrat kembali menjadi
oksaloasetat, menjadikan proses ini sebagai suatu siklus
• NADH dan FADH2 yang diproduksi meneruskan elektron-elektron
yang diekstraksi dari makanan ke rantai transpor elektron,
menyuplai energi yang dibutuhkan untuk fosforilasi ADP menjadi
ATP
Siklus Asam Sitrat

14. Piruvat
(dari glikolisis,
2 molekul per
glukosa) NAD
NADH
+ H
Asetil KoA
CO2
KoA
KoA
KoA
2 CO2
ADP + P i
FADH2
FAD
ATP
3 NADH
3 NAD
Siklus
Asam
Sitrat
+ 3 H

15. NADH
1
Asetil KoA
Sitrat
Isositrat
-Ketoglutarat
Suksinil
KoA
Suksinat
Fumarat
Malat
Siklus
Asam
Sitrat
NAD
NADH
NADH
FADH2
ATP
+ H
+ H
+ H
NAD
NAD
H2O
H2O
ADP
GTP GDP
P i
FAD
3
2
4
5
6
7
8
CoA-SH
CO2
CoA-SH
CoA-SH
CO2
Oksaloasetat

16. Selama fosforilasi oksidatif kemiosmosis
menggandengkan transpor elektron dengan
sintesis ATP
• Hasil dari glikolisis dan siklus asam sitrat yang
menampung sebagian besar energi yang
diekstraksi dari glukosa adalah NADH dan
FADH2
• Kedua pembawa elektron ini menautkan
glikolisis dan siklus asam sitrat ke mesin
fosforilasi oksidatif, yang menggunakan energi
yang dilepaskan oleh rantai transpor elektron
untuk memberikan tenaga bagi sintesis ATP

17. Jalur Transpor Elektron
• Rantai transpor elektron adalah sekumpulan molekul
yang tertanam di dalam membran-dalam mitokondria sel
eukariot (pada prokariot, molekul-molekul tersebut
terdapat di dalam membran plasma)
• Sebagian besar komponen rantai tersebut adalah protein
yang terdapat sebagai kompleks multiprotein
• Pembawa elektron secara bergantian tereduksi dan
teroksidasi saat menerima dan menyumbangkan elektron
• Kejatuhan elektron dari makanan ke oksigen
menguraikan penurunan energi-bebas dalam jumlah
besar menjadi serangkaian energi yang dapat dikelola
oleh sel
• Proses ini berlanjut ke kemiosmosis

18. NADH
FADH2
2 H + 1/2 O2
2 e
2 e
2 e
H2O
NAD
Kompleks
multiprotein
(berasal dari
NADH atau FADH2)
I
II
III
IV
50
40
30
20
10
0
Energibebas(G)relatifterhadapO2(kkal/mol)
FMN
FeS FeS
FAD
Q
Cyt b
Cyt c1
Cyt c
Cyt a
Cyt a3
FeS

19. • Elektron ditransfer dari NADH atau FADH2 ke
kompleks molekul pada rantai transpor elektron
• Elektron diteruskan ke molekul-molekul yang
ada pada rantai transpor elektron termasuk
sitokrom berlanjut ke O2
• Transpor elektron tidak membuat ATP secara
langsung
• Proses menguraikan penurunan energi-bebas
dalam jumlah besar menjadi serangkaian energi
yang dapat dikelola oleh sel dan digunakan
untuk membentuk ATP pada kemiosmosis

20. Kemiosmosis
• Transfer elektron pada rantai transpor elektron
mengakibatkan protein-protein tersebut
memompa H+ dari matriks mitokondria ke ruang
antar membran
• Lalu H+ kembali lagi ke matriks mitokondria
melewati ATP sintase
• ATP sintase menggunakan energi aliran H+
tersebut untuk melakukan fosforilasi ATP
• Mekanisme ini merupakan contoh dari
kemiosmosis, menggunakan energi dari gradien
H+ untuk melakukan kerja sel

21. Kompleks
protein
pembawa
elektron
(membawa elektron
dari makanan)
Rantai transpor elektron
Fosforilasi oksidatif
Kemiosmosis
Sinta-
se
ATP
I
II
III
IV
Q
Cyt c
FADFADH2
NADH ADP  P i
NAD
H
2 H + 1/2O2
H
H
H
21
H
H2O
ATP

22. RUANG ANTARMEMBRAN
Rotor
Stator
H
Tangkai
internal
Knop
katalitik
ADP
+
P i ATP
MATRIKS MITOKONDRIA

23. • Energi yang tersimpan dalam bentuk gradien H+
di kedua sisi membran digunakan untuk
menggerakkan kerja selular berupa sintesis
ATP
• Gradien H+ yang dihasilkan disebut sebagai
gaya gerak proton (proton-motive force),
dengan menekankan pada kapasitas gradien
untuk melakukan kerja

24. Perhitungan Produksi ATP Melalui
Respirasi Selular
• Selama respirasi selular, sebagian besar
energi mengalir dalam urutan sebagi berikut:
glukosa  NADH  rantai transpor elektron
 gaya-gerak proton  ATP
• Sekitar 34% energi potensial kimia dalam
glukosa telah ditransfer ke ATP, menghasilkan
32 ATP

25. Wahana ulang-alik elektron
merentang di membran
MITOKONDRIA
2 NADH
2 NADH 2 NADH 6 NADH
2 FADH2
2 FADH2
atau
 2 ATP 2 ATP  sekitar 26 or 28 ATP
Glikolisis
Glukosa 2 Piruvat
Oksidasi Piruvat
2 Asetil KoA
Siklus
Asam
Sitrat
Fosforilasi
Oksidatif:
Transpor Elektron
dan Kemiosmosis
SITOSOL
Makimum per glukosa:
Sekitar
30 or 32 ATP

26. SELESAI