Respirasi seluler pada manusia

definisi

Respirasi sel, juga disebut aerobik (dari bahasa Yunani kuno "aer" - udara), menggambarkan pemecahan nutrisi seperti glukosa atau asam lemak pada manusia menggunakan oksigen (O2) untuk menghasilkan energi, yang diperlukan untuk kelangsungan hidup sel. Dalam prosesnya, nutrisi dioksidasi, yaitu melepaskan elektron, sementara oksigen berkurang, yang berarti menerima elektron. Produk akhir yang muncul dari oksigen dan nutrisi adalah karbon dioksida (CO2) dan air (H2O).

Fungsi dan tugas respirasi seluler

Semua proses dalam tubuh manusia membutuhkan energi. Olahraga, fungsi otak, detak jantung, pembuatan air liur atau rambut, dan bahkan pencernaan semuanya membutuhkan energi untuk berfungsi.

Selain itu, tubuh membutuhkan oksigen untuk bertahan hidup. Respirasi seluler sangat penting di sini. Dengan bantuan ini dan gas oksigen, tubuh memungkinkan untuk membakar zat-zat yang kaya energi dan memperoleh energi yang dibutuhkan darinya. Oksigen sendiri tidak memberi kita energi, tetapi diperlukan untuk melakukan proses pembakaran kimiawi di dalam tubuh dan karena itu penting untuk kelangsungan hidup kita.

Tubuh mengetahui berbagai jenis pembawa energi:

• Glukosa (gula) adalah pembawa energi utama dan bahan penyusun dasar serta produk akhir yang dipisahkan dari semua makanan bertepung
• Asam lemak dan gliserin adalah produk akhir dari pemecahan lemak dan juga dapat digunakan dalam produksi energi
• Kelompok pembawa energi terakhir adalah asam amino, yang tersisa sebagai produk pemecahan protein. Setelah transformasi tertentu dalam tubuh, ini kemudian dapat digunakan dalam respirasi sel dan dengan demikian untuk pembangkit energi

Baca lebih lanjut tentang ini di bawah Latihan dan pembakaran lemak

Sumber energi yang paling umum digunakan oleh tubuh manusia adalah glukosa. Terdapat rantai reaksi yang pada akhirnya menghasilkan produk CO2 dan H2O dengan konsumsi oksigen. Proses ini mencakup Glikolisis, sehingga Pemisahan glukosa dan transfer produk, file Piruvat melalui langkah perantara dari Asetil-KoA dalam Siklus asam sitrat (Sinonim: siklus asam sitrat atau siklus Krebs). Produk pemecahan nutrisi lain seperti asam amino atau asam lemak juga mengalir ke siklus ini. Proses di mana asam lemak "dipecah" sehingga dapat mengalir ke dalam siklus asam sitrat disebut Oksidasi beta.

Oleh karena itu, siklus asam sitrat adalah semacam titik masuk di mana semua sumber energi dapat dimasukkan ke dalam metabolisme energi. Siklus berlangsung di Mitokondria sebaliknya, "pembangkit tenaga energi" sel manusia.

Selama semua proses ini, sebagian energi dikonsumsi dalam bentuk ATP, tetapi sudah diperoleh, seperti halnya, misalnya, dalam glikolisis. Selain itu, terdapat sebagian besar simpanan energi antara (misalnya NADH, FADH2) yang hanya memenuhi fungsinya sebagai simpanan energi antara selama pembangkitan energi. Molekul penyimpan antara ini kemudian mengalir ke tahap terakhir respirasi sel, yaitu tahap fosforilasi oksidatif yang disebut juga dengan rantai respirasi. Ini adalah langkah menuju semua proses yang telah bekerja sejauh ini. Rantai pernapasan, yang juga terjadi di mitokondria, juga terdiri dari beberapa langkah, di mana ATP pembawa energi serba guna kemudian diperoleh dari molekul penyimpanan perantara yang kaya energi. Secara total, pemecahan satu molekul glukosa menghasilkan total 32 molekul ATP.

Bagi mereka yang sangat tertarik

Rantai pernafasan mengandung berbagai protein kompleks yang berperan sangat menarik disini. Mereka berfungsi sebagai pompa yang memompa proton (ion H +) ke dalam rongga membran ganda mitokondria sambil mengkonsumsi molekul penyimpan antara, sehingga terdapat konsentrasi proton yang tinggi di sana. Hal ini menyebabkan gradien konsentrasi antara ruang antar membran dan matriks mitokondria. Dengan bantuan gradien ini, akhirnya ada molekul protein yang bekerja dengan cara yang mirip dengan jenis turbin air. Didorong oleh gradien proton ini, protein mensintesis molekul ATP dari ADP dan gugus fosfat.

Anda dapat menemukan informasi lebih lanjut di sini: Apa itu rantai pernafasan?

ATP

Itu Adenosin trifosfat (ATP) adalah pembawa energi tubuh manusia. Semua energi yang muncul dari respirasi sel awalnya disimpan dalam bentuk ATP. Tubuh hanya dapat menggunakan energi jika dalam bentuk molekul ATP.

Jika energi molekul ATP habis, adenosin difosfat (ADP) dibuat dari ATP, dimana gugus molekul fosfat dipisahkan dan energi dilepaskan. Respirasi sel atau pembangkitan energi berfungsi untuk meregenerasi ATP secara terus menerus dari apa yang disebut ADP sehingga tubuh dapat menggunakannya kembali.

Persamaan reaksi

Karena asam lemak memiliki panjang yang berbeda dan asam amino juga memiliki struktur yang sangat berbeda, tidak mungkin untuk membuat persamaan sederhana untuk kedua kelompok ini untuk secara tepat mengkarakterisasi hasil energinya dalam respirasi sel. Karena setiap perubahan struktur dapat menentukan tahap mana dari siklus sitrat asam amino mengalir.
Penguraian asam lemak dalam apa yang disebut oksidasi beta bergantung pada panjangnya. Semakin lama asam lemaknya, semakin banyak energi yang bisa diperoleh darinya. Ini bervariasi antara asam lemak jenuh dan tak jenuh, dengan asam lemak tak jenuh memberikan energi yang lebih sedikit, asalkan jumlahnya sama.

Untuk alasan yang telah disebutkan, persamaan paling baik dijelaskan untuk pemecahan glukosa. Sebuah molekul glukosa (C6H12O6) dan 6 molekul oksigen (O2) menghasilkan total 6 molekul karbondioksida (CO2) dan 6 molekul air (H2O):

• C6H12O6 + 6 O2 menjadi 6 CO2 + 6 H2O

Apa itu glikolisis?

Glikolisis menggambarkan pemecahan glukosa, yaitu gula anggur. Jalur metabolisme ini terjadi di sel manusia dan juga di orang lain, misalnya ragi selama fermentasi. Tempat sel melakukan glikolisis berada di sitoplasma. Di sini terdapat enzim yang mempercepat reaksi glikolisis untuk mensintesis ATP secara langsung dan menyediakan substrat untuk siklus asam sitrat. Proses ini menciptakan energi dalam bentuk dua molekul ATP dan dua molekul NADH + H +. Glikolisis, bersama dengan siklus asam sitrat dan rantai pernapasan, keduanya terletak di mitokondria, mewakili jalur pemecahan glukosa gula sederhana ke ATP pembawa energi universal. Glikolisis terjadi di sitosol semua sel hewan dan tumbuhan . Produk akhir glikolisis adalah piruvat, yang kemudian dapat dimasukkan ke dalam siklus asam sitrat melalui langkah perantara.

Secara total, 2 ATP digunakan per molekul glukosa dalam glikolisis untuk dapat melakukan reaksi. Namun, 4 ATP diperoleh, sehingga secara efektif terdapat keuntungan bersih dari 2 molekul ATP.

Glikolisis sepuluh langkah reaksi sampai gula dengan 6 atom karbon berubah menjadi dua molekul piruvat, masing-masing terdiri dari tiga atom karbon. Dalam empat langkah reaksi pertama, gula diubah menjadi fruktosa-1,6-bifosfat dengan bantuan dua fosfat dan penataan ulang. Gula aktif ini sekarang dipecah menjadi dua molekul dengan masing-masing tiga atom karbon. Penataan ulang lebih lanjut dan penghilangan dua gugus fosfat pada akhirnya menghasilkan dua piruvat. Jika oksigen (O2) sekarang tersedia, piruvat dapat dimetabolisme lebih lanjut menjadi asetil-KoA dan dimasukkan ke dalam siklus asam sitrat. Secara keseluruhan, glikolisis dengan dua molekul ATP dan dua molekul NADH + H + memiliki hasil energi yang relatif rendah. Namun, ini meletakkan dasar untuk pemecahan gula lebih lanjut dan oleh karena itu penting untuk produksi ATP dalam respirasi sel.

Pada titik ini masuk akal untuk memisahkan glikolisis aerobik dan anaerobik. Glikolisis aerobik mengarah ke piruvat yang dijelaskan di atas, yang kemudian dapat digunakan untuk menghasilkan energi.
Sebaliknya, pada glikolisis anaerobik, yang berlangsung dalam kondisi kekurangan oksigen, piruvat tidak dapat lagi digunakan karena siklus asam sitrat membutuhkan oksigen. Dalam konteks glikolisis, molekul penyimpanan perantara NADH juga dibuat, yang kaya akan energi dan juga akan mengalir ke siklus Krebs dalam kondisi aerobik. Namun, molekul induk NAD + diperlukan untuk mempertahankan glikolisis. Inilah sebabnya mengapa tubuh “menggigit” “apel asam” di sini dan mengubah molekul berenergi tinggi ini kembali ke bentuk aslinya. Piruvat digunakan untuk melakukan reaksi. Yang disebut asam laktat atau laktat dibentuk dari piruvat.

Baca lebih lanjut tentang ini di bawah

• Laktat
• Ambang batas anaerobik

Apa itu rantai pernafasan?

Rantai pernapasan adalah bagian terakhir dari jalur pemecahan glukosa. Setelah gula dimetabolisme dalam glikolisis dan siklus asam sitrat, rantai pernapasan berfungsi meregenerasi ekuivalen reduksi (NADH + H + dan FADH2) yang dibuat. Ini menciptakan ATP pembawa energi universal (adenosine triphosphate). Seperti siklus asam sitrat, rantai pernapasan terletak di mitokondria, yang oleh karena itu juga disebut sebagai "pembangkit tenaga sel". Rantai pernapasan terdiri dari lima kompleks enzim yang tertanam di dalam membran mitokondria bagian dalam. Dua kompleks enzim pertama masing-masing meregenerasi NADH + H + (atau FADH2) menjadi NAD + (atau FAD). Selama oksidasi NADH + H +, empat proton diangkut dari ruang matriks ke ruang antar membran. Dua proton juga dipompa ke ruang antar membran di masing-masing dari tiga kompleks enzim berikut. Ini menciptakan gradien konsentrasi yang digunakan untuk menghasilkan ATP. Untuk tujuan ini, proton mengalir dari ruang antar membran melalui sintase ATP kembali ke ruang matriks. Energi yang dilepaskan akhirnya digunakan untuk menghasilkan ATP dari ADP (adenosin difosfat) dan fosfat. Tugas lain dari rantai pernapasan adalah mencegat elektron yang dihasilkan oleh oksidasi ekuivalen reduksi. Ini dilakukan dengan mentransfer elektron ke oksigen. Dengan menyatukan elektron, proton, dan oksigen, air normal dibuat di kompleks enzim keempat (sitokrom c oksidase). Ini juga menjelaskan mengapa rantai pernafasan hanya bisa berlangsung bila ada cukup oksigen.

Apa tugas mitokondria dalam respirasi sel?

Mitokondria adalah organel yang hanya ditemukan di sel eukariotik. Mereka juga disebut sebagai "pembangkit tenaga sel", karena di dalamnya respirasi sel terjadi. Produk akhir dari respirasi sel adalah ATP (adenosine triphosphate). Ini adalah pembawa energi universal yang dibutuhkan di seluruh organisme manusia. Kompartementalisasi mitokondria merupakan prasyarat untuk respirasi sel. Ini berarti ada ruang reaksi terpisah di dalam mitokondria. Ini dicapai dengan membran dalam dan luar, sehingga ada ruang antarmembran dan ruang matriks dalam.

Dalam perjalanan rantai pernafasan, proton (ion hidrogen, H +) diangkut ke ruang antar membran, sehingga timbul perbedaan konsentrasi proton. Proton-proton ini berasal dari berbagai ekivalen reduksi, seperti NADH + H + dan FADH2, yang dengan demikian diregenerasi menjadi NAD + dan FAD.

ATP sintase adalah enzim terakhir dalam rantai pernapasan, tempat ATP pada akhirnya diproduksi. Didorong oleh perbedaan konsentrasi, proton mengalir dari ruang antar membran melalui ATP sintase ke dalam ruang matriks. Aliran muatan positif ini melepaskan energi yang digunakan untuk menghasilkan ATP dari ADP (adenosin difosfat) dan fosfat. Mitokondria sangat cocok untuk rantai pernapasan, karena mereka memiliki dua ruang reaksi karena adanya membran ganda. Selain itu, banyak jalur metabolisme (glikolisis, siklus asam sitrat), yang menyediakan bahan awal (NADH + H +, FADH2) untuk rantai pernapasan, berlangsung di mitokondria. Kedekatan spasial ini merupakan keuntungan lain dan menjadikan mitokondria tempat yang ideal untuk respirasi sel.

Di sini Anda bisa mengetahui segalanya tentang topik rantai pernapasan

Keseimbangan energi

Keseimbangan energi respirasi sel dalam kasus glukosa dapat diringkas sebagai berikut, dengan pembentukan 32 molekul ATP per glukosa:

C6H12O6 + 6 O2 menjadi 6 CO2 + 6 H2O + 32 ATP

(Demi kejelasan, ADP dan residu fosfat Pi telah dihilangkan dari reaktan)

Dalam kondisi anaerobik, yaitu kekurangan oksigen, siklus asam sitrat tidak dapat berjalan dan energi hanya dapat diperoleh melalui glikolisis aerobik:

C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP menjadi 2 laktat + 2 ATP. + 2 H2O. Jadi hanya sekitar 6% dari proporsi yang diperoleh per molekul glukosa, seperti halnya dengan glikolisis aerobik.

Penyakit yang berhubungan dengan respirasi sel

Itu Respirasi seluler penting untuk kelangsungan hidup, yaitu banyak mutasi pada gen yang mengkode protein respirasi sel, misalnya enzim glikolisis, mematikan (fatal) adalah. Namun, penyakit genetik pada respirasi sel memang terjadi. Ini bisa berasal dari DNA inti serta dari DNA mitokondria. Mitokondria itu sendiri mengandung materi genetiknya sendiri, yang diperlukan untuk respirasi sel. Namun, penyakit-penyakit ini menunjukkan gejala yang serupa, karena semuanya memiliki satu kesamaan: mereka mengintervensi respirasi sel dan mengganggunya.

Penyakit pernafasan seluler seringkali menunjukkan gejala klinis yang serupa. Ini sangat penting di sini Gangguan jaringan, yang membutuhkan banyak energi. Ini terutama termasuk sel saraf, otot, jantung, ginjal dan hati. Gejala seperti kelemahan otot atau tanda kerusakan otak sering terjadi bahkan pada usia muda, bahkan pada saat lahir. Juga berbicara diucapkan Asidosis laktat (Pengasaman tubuh yang berlebihan dengan laktat, yang terakumulasi karena piruvat tidak dapat cukup dipecah dalam siklus asam sitrat). Organ internal juga bisa mengalami kerusakan.

Diagnosis dan terapi penyakit pada respirasi sel harus diambil alih oleh spesialis, karena gambaran klinisnya bisa sangat beragam dan berbeda. Sampai hari ini masih tidak ada terapi kausal dan kuratif memberi. Penyakit hanya bisa diobati secara simptomatis.

Karena DNA mitokondria diturunkan dari ibu ke anak dengan cara yang sangat rumit, wanita yang menderita penyakit pernapasan seluler harus menghubungi spesialis jika mereka ingin memiliki anak, karena hanya mereka yang dapat memperkirakan kemungkinan pewarisan.