Respirasi Sel pada Manusia Human

Tujuan respirasi sel adalah untuk mengubah glukosa dari makanan menjadi energi.

Sel memecah glukosa dalam serangkaian reaksi kimia yang kompleks dan menggabungkan produk reaksi dengan oksigen untuk menyimpan energi di adenosin trifosfat (ATP) molekul. Molekul ATP digunakan untuk menggerakkan aktivitas sel dan bertindak sebagai sumber energi universal untuk organisme hidup.

Respirasi seluler pada manusia dimulai pada sistem pencernaan dan pernapasan. Makanan dicerna di usus dan diubah menjadi glukosa. Oksigen diserap di paru-paru dan disimpan dalam sel darah merah. Glukosa dan oksigen perjalanan keluar ke dalam tubuh melalui sistem peredaran darah untuk mencapai sel-sel yang membutuhkan energi.

Sel-sel menggunakan glukosa dan oksigen dari sistem peredaran darah untuk produksi energi. Mereka mengirimkan produk limbah, karbon dioksida, kembali ke sel darah merah dan karbon dioksida dilepaskan ke atmosfer melalui paru-paru.

Sementara sistem pencernaan, pernapasan dan peredaran darah memainkan peran utama dalam respirasi manusia, respirasi pada tingkat sel terjadi di dalam sel dan di dalam sel.

• Glikolisis: Sel membagi molekul glukosa dalam sitosol sel.
  
• Siklus Krebs (atau siklus asam sitrat): Serangkaian reaksi siklis menghasilkan donor elektron yang digunakan pada langkah berikutnya dan berlangsung di mitokondria.
• Rantai transpor elektron: Rangkaian reaksi terakhir yang menggunakan oksigen untuk menghasilkan molekul ATP terjadi di membran dalam mitokondria.

Dalam reaksi respirasi seluler secara keseluruhan, setiap molekul glukosa menghasilkan 36 atau 38 molekul ATP, tergantung pada jenis sel. Respirasi seluler pada manusia merupakan proses yang berkesinambungan dan membutuhkan suplai oksigen yang berkesinambungan. Dengan tidak adanya oksigen, proses respirasi seluler berhenti pada glikolisis.

Tujuan respirasi sel adalah untuk menghasilkan molekul ATP melalui oksidasi dari glukosa.

Misalnya, rumus respirasi seluler untuk produksi 36 molekul ATP dari satu molekul glukosa adalah C₆H₁₂HAI₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂Energi O + (36 molekul ATP). Molekul ATP menyimpan energi dalam tiga ikatan gugus fosfat.

Energi yang dihasilkan oleh sel disimpan dalam ikatan gugus fosfat ketiga, yang ditambahkan ke molekul ATP selama proses respirasi seluler. Ketika energi dibutuhkan, ikatan fosfat ketiga diputus dan digunakan untuk reaksi kimia sel. Sebuah adenosin difosfat (ADP) molekul dengan dua gugus fosfat yang tersisa.

Selama respirasi sel, energi dari proses oksidasi digunakan untuk mengubah molekul ADP kembali menjadi ATP dengan menambahkan gugus fosfat ketiga. Molekul ATP kemudian siap untuk memutuskan ikatan ketiga ini untuk melepaskan energi untuk digunakan sel.

Dalam glikolisis, molekul glukosa enam karbon dipecah menjadi dua bagian untuk membentuk dua piruvat molekul dalam serangkaian reaksi. Setelah molekul glukosa memasuki sel, dua bagian tiga karbonnya masing-masing menerima dua gugus fosfat dalam dua langkah terpisah.

Pertama, dua molekul ATP fosforilasi dua bagian dari molekul glukosa dengan menambahkan gugus fosfat untuk masing-masing. Kemudian enzim menambahkan satu gugus fosfat lagi ke masing-masing bagian dari molekul glukosa, menghasilkan dua bagian molekul tiga karbon, masing-masing dengan dua gugus fosfat.

Dalam dua rangkaian reaksi akhir dan paralel, dua bagian tiga karbon terfosforilasi dari molekul glukosa asli kehilangan gugus fosfatnya untuk membentuk dua molekul piruvat. Pemecahan akhir molekul glukosa melepaskan energi yang digunakan untuk menambahkan gugus fosfat ke molekul ADP dan membentuk ATP.

Setiap setengah dari molekul glukosa kehilangan dua gugus fosfatnya dan menghasilkan molekul piruvat dan dua molekul ATP.

Glikolisis terjadi di sitosol sel, tetapi sisa proses respirasi seluler bergerak ke mitokondria. Glikolisis tidak memerlukan oksigen, tetapi setelah piruvat pindah ke mitokondria, oksigen diperlukan untuk semua langkah selanjutnya.

Mitokondria adalah pabrik energi yang membiarkan oksigen dan piruvat masuk melalui membran luarnya dan kemudian biarkan produk reaksi karbon dioksida dan ATP keluar kembali ke sel dan masuk ke peredaran darah sistem.

Itu siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi kimia melingkar yang menghasilkan NADH dan FADH₂ molekul. Kedua senyawa ini memasuki langkah selanjutnya dari respirasi seluler, yaitu rantai transpor elektron, dan menyumbangkan elektron awal yang digunakan dalam rantai. NAD yang dihasilkan⁺ dan senyawa FAD dikembalikan ke siklus asam sitrat untuk diubah kembali ke NADH dan FADH semula₂ bentuk dan daur ulang.

Ketika molekul piruvat tiga karbon memasuki mitokondria, mereka kehilangan salah satu molekul karbonnya untuk membentuk karbon dioksida dan senyawa dua karbon. Produk reaksi ini selanjutnya dioksidasi dan bergabung koenzim A membentuk dua asetil KoA molekul. Selama siklus asam sitrat, senyawa karbon dihubungkan dengan senyawa empat karbon untuk menghasilkan sitrat enam karbon.

Dalam serangkaian reaksi, sitrat melepaskan dua atom karbon sebagai karbon dioksida dan menghasilkan 3 NADH, 1 ATP dan 1 FADH2.₂ molekul. Pada akhir proses, siklus membentuk kembali senyawa empat karbon asli dan dimulai lagi. Reaksi berlangsung di interior mitokondria, dan NADH dan FADH₂ molekul kemudian mengambil bagian dalam rantai transpor elektron pada membran bagian dalam mitokondria.

Rantai transpor elektron terdiri dari empat kompleks protein terletak di membran dalam mitokondria. NADH menyumbangkan elektron ke kompleks protein pertama sementara FADH while₂ memberikan elektronnya ke kompleks protein kedua. Kompleks protein melewatkan elektron ke rantai transpor dalam serangkaian reduksi-oksidasi atau redoks reaksi.

Energi dibebaskan selama setiap tahap redoks, dan setiap kompleks protein menggunakannya untuk memompa proton melintasi membran mitokondria ke dalam ruang antar membran antara membran dalam dan luar. Elektron melewati kompleks protein keempat dan terakhir di mana molekul oksigen bertindak sebagai akseptor elektron terakhir. Dua atom hidrogen bergabung dengan atom oksigen untuk membentuk molekul air.

Ketika konsentrasi proton di luar membran dalam meningkat, an gradien energi terbentuk, cenderung menarik proton kembali melintasi membran ke sisi yang memiliki konsentrasi proton lebih rendah. Enzim membran dalam yang disebut ATP sintase menawarkan proton jalan kembali melalui membran dalam.

Saat proton melewati ATP sintase, enzim menggunakan energi proton untuk mengubah ADP menjadi ATP, menyimpan energi proton dari rantai transpor elektron dalam molekul ATP.

Proses biologis dan kimia kompleks yang membentuk respirasi pada tingkat sel melibatkan enzim, pompa proton, dan protein yang berinteraksi pada tingkat molekuler dengan cara yang sangat rumit. Sementara input glukosa dan oksigen adalah zat sederhana, enzim dan protein tidak.

Sekilas tentang glikolisis, Krebs atau siklus asam sitrat dan rantai transfer elektron membantu menunjukkan bagaimana respirasi seluler bekerja pada tingkat dasar, tetapi operasi sebenarnya dari tahapan ini jauh lebih kompleks.

Untuk menggambarkan proses respirasi seluler lebih sederhana pada tingkat konseptual. Tubuh mengambil nutrisi dan oksigen dan mendistribusikan glukosa dalam makanan dan oksigen ke sel-sel individu sesuai kebutuhan. Sel-sel mengoksidasi molekul glukosa untuk menghasilkan energi kimia, karbon dioksida dan air.

Energi digunakan untuk menambahkan gugus fosfat ketiga ke molekul ADP untuk membentuk ATP, dan karbon dioksida dihilangkan melalui paru-paru. Energi ATP dari ikatan fosfat ketiga digunakan untuk menggerakkan fungsi sel lainnya. Begitulah cara respirasi sel membentuk dasar untuk semua aktivitas manusia lainnya.