4 Langkah dalam proses respirasi Metabolisme Karboidrat, Mekanisme kerja Hormon

Soal. Tuliskan 4 langkah dalam proses respirasi Metabolisme karbohidrat.

1. Respirasi Aerob

Respirasi bertujuan menghasilkan energi dari sumber nutrisi yang dimiliki. Semua makhluk hidup melakukan respirasi dan tidak hanya berupa pengambilan udara secara langsung. Respirasi dalam kaitannya dengan pembentukan energi dilakukan di dalam sel. Oleh karena itu, prosesnya dinamakan respirasi sel. Organel sel yang berfungsi dalam menjalankan tugas pembentukan energi ini adalahmitokondria. Respirasi termasuk ke dalam kelompok katabolisme karena di dalamnya terjadi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, diikuti dengan pelepasan energi. Energi yang kita gunakan dapat berasal dari hasil metabolisme tumbuhan. Oleh karena itu, tumbuhan merupakan organisme autotrof, yang berarti dapat memproduksi makanan sendiri. Adapun konsumen, seperti hewan dan manusia, yang tidak dapat menyediakan makanan sendiri disebut organisme heterotrof. Proses respirasi erat kaitannya dengan pembakaran bahan bakar berupa makanan menjadi energi. Kondisi optimal akan tercapai dalam kondisi aerob (ada oksigen). Secara singkat, proses yang terjadi sebagai berikut.

Pembentukan energi siap pakai akan melalui beberapa tahap reaksi dalam sistem respirasi sel pada mitokondria. Menurut Campbell, et al, (2006: 93) reaksi-reaksi tersebut, yaitu:

1. Glikolisis, yakni proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat;
2. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, yakni perombakan asam piruvat menjadi asetil Co-A;
3. Daur asam sitrat, yakni siklus perombakan asetil Ko-A menjadi akseptor elektron dan terjadi pelepasan sumber energi;
4. Transfer elektron, yakni mekanisme pembentukan energi terbesar dalam proses respirasi sel yang menghasilkan produk sampingan berupa air.

 Glikolisis

Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini mengakibatkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim heksokinase. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah molekul gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan bantuan satu ATP dan enzim fosfoheksokinase. Proses selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya adalah 4 molekul ATP dan hasil akhir berupa 2 molekul asam piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yang terjadi sebagai berikut (Gambar 1).

Gambar 1. Tahap reaksi sistem respirasi sel pada mitokondria.

Walaupun empat molekul ATP dibentuk pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi keseluruhan adalah dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yang harus diberikan pada fase awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen.

.2. Dekarboksilasi Oksidatif

Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA (koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan hilang sebagai CO₂ dan akan berdifusi keluar sel. Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan mengalami oksidasi sehingga gugus hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron NAD⁺. Perhatikan Gambar 2. 

Gambar 2. Proses glikolisis berlangsung dalam sembilan tahap.

Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA. Hasil akhir dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2 molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1. Berdasarkan hal tersebut, dapat diketahui betapa pentingnya vitamin B dalam tubuh hewan maupun tumbuhan.

Gambar 3. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat menghasilkan CO2, 2 asetil- KoA, dan 2 molekul NADH.

3. Siklus Krebs / Asam Sitrat

Proses selanjutnya adalah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga dihasilkan banyak akseptor elektron. Selain disebut sebagai daur asam sitrat, proses ini disebut juga daur Krebs. Hans A. Krebs adalah orang yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini pada tahun 1930. Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus.

Berikut adalah beberapa tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat. (Gambar 4).

Gambar 4. siklus asam sitrat / krebs.

1. Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat. Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan molekul air.
2. Perubahan formasi asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.
3. Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan bantuan enzim asam isositrat dehidrogenase, membentuk asam α-ketoglutarat. NAD⁺ akan mendapatkan donor elektron dari hidrogen untuk membentuk NADH. Asam α-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil KoA.
4. Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan donor fosfat menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.
5. Asam suksinat dengan bantuan suksinat dehidrogenase akan berubah menjadi asam fumarat disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini, elektron akan ditangkap oleh akseptor FAD menjadi FADH2.
6. Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan bantuan enzim fumarase.
7. Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan bantuan enzim asam malat dehidrogenase. NAD⁺ akan menerima sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk NADH.
8. Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi dengan sumbangan dua gugus karbon dari asetil KoA.

4. Transfer Elektron

Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akibat penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yakni ATP. Reaksi ini berlangsung di dalam membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yang melibatkan NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), dan molekul-molekul lainnya. Dalam pembentukan ATP ini, ada akseptor elektron yang akan memfasilitasi pertukaran elektron dari satu sistem ke sistem lainnya.

1. Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah oleh enzim (substrat). Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut : 2H → 2H⁺ + 2e (Elektron).
2. NADH dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen kepada flavoprotein (FP), flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang bertindak sebagai pembawa ion hidrogen. Dari flavoprotein atau FAD, setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma untuk membentuk molekul H₂O.
3. Elektron akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung besi dan sulfur (FeSa dan FeSb) → sitokrom b → koenzim quinon → sitokrom b2 sitokrom o → sitokrom c → sitokrom a → sitokrom a3, dan terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk H2O perhatikan Gambar 5.

Gambar 5. Sistem transfer elektron membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi.

Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H₂O) dihasilkan melalui NADH dan 1 molekul H₂O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H₂O yang melalui NADH setara dengan 3 ATP dan 1 molekul air yang melalui FAD

setara dengan 2 ATP.

Tabel 1 Tahap Reaksi pada Respirasi

Walaupun ATP total yang tertera pada Tabel 1 adalah 38 ATP, jumlah total yang dihasilkan pada proses respirasi adalah 36 ATP. Hal tersebut disebabkan 2 ATP digunakan oleh elektron untuk masuk ke mitokondria.

No	Proses	Akseptor	ATP
1.	Glikolisis → 2 asam piruvat	2 NADH	2 ATP
2.	Siklus Krebs
	2 asam piruvat → 2 asetil KoA + 2CO2	2 NADH	2ATP
	2 asetil KoA → 4CO2	6 NADH
3.	Rantai transfer elektron 10NADH + 502 → 10NAD+ + 10H2O 2 FADH2 + O2 → 2 FAD + 2H2O		30 ATP  4 ATP	34 ATP

Soal. Jelaskan  3 cara penagturan keseimbangan asam basa dalam tubuh manusia.

Ada 3 sistem utama yang mengatur konsentrasi ion hidrigen dalam cairan tubuh untuk mencegah asidosis atau alkalosis:

      1.         Sistem penyangga asam basa kimiawi dalam cairan tubuh, yang dengan segera bergabung dengan asam atau basa untuk mencegah perubahan konsentrasi ion hidrogen yang berlebihan.

       2.         Pusat pernapasan yang mengatur pembuangan CO₂ dari cairan ekstraseluler.

        3.         Ginjal yang dapat mengekskresikan urin asam atau urin alakalin, sehingga menyesuaikan kembali konsentrasi ion hidrogen cairan ekstraseluler menuju normal selama asidosis dan alkalisis.

Saat terjadi perubahan dalam konsentrasi ion hidrogen ,sistem penyangga cairan tubuh bekerja dalam waktu singkat untuk menimbulkan perubahan-perubahan ini. Sistem penyangga tidak mengeliminasi ion-ion hidrogen dari tubuh atau menambahnya kedalam tubuh tetapi hanya menjaga agar mereka tetep terikat sampai keseimbangan tercapai kembali. Kemudian sistem pernafasan juga bekerja dalam beberapa menit untuk mengeliminasi CO2 dan oleh karena itu H2CO3 dari tubuh. Kedua pengaturan ini menjaga konsentrasi ion hidrogen dai perubahan yang terlalu banyak sampai pengaturan yang ketiga bereaksi lebih lambat,Ginjal dapat mengeliminasi kelebihan asam dan basa dari tubuh.

Walaupun ginjal relatif lambat memberi respon,dibandingkan sistem penyangga dan pernafasan, ginjal merupakan sistem pengaturan asam-basa yang paling kuat selama beberapa jam sampai beberapa hari.

      ·         Tubuh menggunakan 3 mekanisme untuk mengendalikan keseimbangan asam-basa darah:

     1. Kelebihan asam akan dibuang oleh ginjal, sebagian besar dalam bentuk amonia
Ginjal memiliki kemampuan untuk merubah jumlah asam atau basa yang dibuang, yang biasanya berlangsung selama beberapa hari.

2.  Tubuh menggunakan penyangga pH (buffer)

Tubuh menggunakan penyangga pH (buffer) dalam darah sebagai pelindung terhadap perubahan yang terjadi secara tiba-tiba dalam pH darah. Suatu penyangga pH bekerja secara kimiawi untuk meminimalkan perubahan pH suatu larutan. Penyangga pH yang paliing penting dalam darah menggunakan bikarbonat. Bikarbonat (suatu komponen basa) berada dalam kesetimbangan dengan karbondioksida (suatu komponen asam). Jika lebih banyak asam yang masuk ke dalam aliran darah, maka akan dihasilkan lebih banyak bikarbonat dan lebih sedikit karbondioksida. Jika lebih banyak basa yang masuk ke dalam aliran darah, maka akan dihasilkan lebih banyak karbondioksida dan lebih sedikit bikarbonat.

3. Pembuangan karbondioksida.

Karbondioksida adalah hasil tambahan penting dari metabolisme oksigen dan terus menerus yang dihasilkan oleh sel. Darah membawa karbondioksida ke paru-paru dan di paru paru karbondioksida tersebut dikeluarkan (dihembuskan). Pusat pernafasan di otak mengatur jumlah karbondioksida yang dihembuskan dengan mengendalikan kecepatan dan kedalaman pernafasan. Jika pernafasan meningkat, kadar karbon dioksidadarah menurun dan darah menjadi lebih basa. Jika pernafasan menurun, kadar karbondioksida darah meningkat dan darah menjadi lebih asam. Dengan mengatur kecepatan dan kedalaman pernafasan, maka pusat pernafasan dan paru-paru mampu mengatur pH darah menit demi menit.

 Soal . Jelaskan pengertian hormon dan Tuliskan 3 fungsi hormon.

  

   HORMON adalah zat kimia yang terbentuk dalam satu organ atau bagian tubuh dan dibawa dalam darah ke organ atau bagian dimana mereka menghasilkan efek fungsional.Hormon  membawapesan dari kelenjar kepada sel-sel untuk mempertahankan tingkat bahan kimia dalam aliran darah yang mencapai homoestasis.

 3 FUNGSI HORMON.

1. Melatonin

Melatonin dirembes oleh kalenjar pineal dan mempunyai fungsi seperti pil tidur. Orang tua yang tidak dapat tidur dengan nyenyak biasanya disebabkan oleh kekurangan rembesan bahan melatonin. Ahli sains jarang memberi perhatian kepada kepentingan rembesan ini pada zaman lepas. Walaupun begitu, melatonin adalah penting untuk :

• Memperbaiki kualiti tidur pada waktu malam

• Melegakan tekanan yang di sebabkan oleh perbezaan masa, contohnya keletihan dan kebolehan mengenali arahtuju (direction)

• Mengoksidasikan radikal bebas yang boleh merosakkan sel-sel badan dan kesan-kesan sampingan metabolism.

2. Hormon Kalenjar Tiroid

Hormon kalenjar tiroid dirembes oleh kalenjar tiroid pada bahagian hadapan leher. Ia merupakan hormone yang dikenali ramai kerana kekurangan hormone ini boleh mengakibatkan kelembapan otak, kegemukkan, kulit dan rambut yang kurang bermaya dan kemungkinan juga jangkitan penyakit jantung.

Fungsi utamanya:-

• Membantu tumbesaran normal dan fungsi otak pada peringkat bayi.
• Membantu tumbesaran normal organ dan tisu kanak-kanak.
• Menjamin metabolisma sel, tisu dan organ.

3. Insulin

Insulin dirembes oleh “islets-of-langerhans”, sejenis sel yang terdapat dalam organ pancreas. Di dalam tubuh kita, metabolisma glukosa biasanya dikawal oleh insulin. Rembesan insulin berkaitrapat dengan paras glukosa di dalam darah. Kekurangan insulin boleh menyebabkan kandungan gula yang tinggi didalam darah. Ini menyebabkan ketidakseimbangan glukosa dan akhirnya mengakibatkan penyakit kencing manis.

Fungsi insulin:-

• Membantu pembakaran dan penyerapan glukosa oleh sel badan
• Mengimbangkan paras glukosa didalam darah dan mencegah kencing manis.
• Membantu sel menyimpan tenaga dalam bentuk glukosa didalam hati
• Membantu proses penyimpanan glukosa berlebihan dalam bentuk lemak didala

  SOAL.  Jelaskan mekanisme kerja hormon .

Mekanisme kerja hormon

       •         Sekresi endokrin.

Sel endokrin mensekresi hormon→ hormon dialirkan ke darah → ditangkap oleh reseptor pada sel sasaran

Hormon merupakan mediator kimia yang mengatur aktivitas sel / organ tertentu. Dahulu sekresi hormonal dikenal dengan cara dimana hormon disintesis dalam suatu jaringan diangkut oleh sistem sirkulasi untuk bekerja pada organ lain disebut sebagai fungsi Endokrin

Ini bisa dilihat dari sekresi hormon Insulin oleh pulau β Langerhans Pankreas yang akan dibawa melalui sirkulasi darah ke organ targetnya sel-sel hepar. Sekarang diakui hormon dapat bertindak setempat di sekitar mana mereka dilepaskan tanpa melalui sirkulasi dalam plasma di sebut sebagai fungsi Parakrin, digambarkan oleh kerja Steroid seks dalam ovarium, Angiotensin II dalam ginjal, Insulin pada sel α pulau Langerhans.Hormon juga dapat bekerja pada sel dimana dia disintesa disebut sebagai fungsi Autokrin. Secara khusus kerja autokrin pada sel kanker yang mensintesis berbagai produk onkogen yang bertindak dalam sel yang sama untuk merangsang pembelahan sel dan meningkatkan pertumbuhan kanker secara keseluruhan.

       •         Neurosekresi.

Badan sel saraf mensekresi hormon→ melalui akson hormon dialirkan melalui aliran darah → hormon ditangkap oleh reseptor pada sel sasaran

      •         Neurotransmisi.

Badan sel saraf mengeluarkan sinyal → sehingga mempengaruhi sel sasaran melakukan sesuatu

Negative Feedback System dan Positive Feedback System

System pengaturan tubuh yang lain untuk mempertahankan homeostasis ini adalah dengan system umpan balik negative (negative feedback system), peningkatan atau penurunan suhu tubuh, tubuh akan memberikan reaksi berlawanan-sistem ini menguntungkan bagi tubuh. Sedangkan system umpan balik positif atau positive feedback system sering merugikan tubuh karena reaksinya memperburuk keadaan dan merupakan lingkaran setan seperti pendarahan, hipotensi, gangguan perfusi jaringan termasuk miokard.

Pengaturan produksi hormone

      1.      Umpan balik negative

Berusaha agar kejadian ini tidak berlanjut terus (agar tetap stabil). Berlaku di hampir semua sistem tubuh. (Jika produk sudah berlebihan, berusaha untuk menghentikan).

       2.      Umpan balik positif

Terdapat pada 4 sistem:

       a. Proses penghantaran impuls saraf

       b. Proses pembekuan darah

       c. Proses partes (persalinan)

       d. Proses ovulasi

Proses umpan balik

Hypothalamus – menghasilkan RH – menuju adenohypofisis – menghasilkan SH – menuju target gland – menghasilkan hormone. Jika hormone yang dihasilkan sudah banyak, target gland – hormone – ke hypothalamus dan atau adenohypohisis untuk menghambat produksi RH atau SH. Jika hormone yang dihasilkan kurang, target gland akan merangsang hypothalamus untuk menghasilkan RH.

Contoh pada proses ovulasi

LH dan FSH diproduksi – berikatan dengan estrogen – estrogen memberi umpak balik positif – LH meningkat – tidak terjadi umpan balik negatif – terjadi lonjakan LH – terjadi ovulasi.

Jika tidak sampai terjadi lonjakan LH maka tidak terjadi ovulasi (siklus anovulatoa). Jika umpan balik terganggu, dapat menyebabkan terjadi akromegali atau gigantisme.