Respirasi anaerob: Pengertian, jenis, contoh, ciri, perbedaan

Respirasi anaerob adalah proses biologis yang dilakukan oleh mikroorganisme anaerob, yang terdiri dari oksiduksi reduksi monosakarida dan senyawa lain di mana akseptor terminal adalah molekul anorganik selain oksigen, dan lebih jarang sebuah molekul organik, melalui rantai transpor elektron yang dianalogikan dengan mitokondria dalam respirasi aerob.

Respirasi anaerob menunjukkan kepada kita bahwa makhluk hidup tidak hanya menghirup oksigen, makhluk-makhluk ini, terutama prokariota, dapat menghirup zat lain seperti sulfat, nitrat atau senyawa lainnya.

Seharusnya tidak bingung dengan fermentasi, yang juga merupakan proses anaerob, tetapi di mana tidak ada yang mirip dengan rantai transpor elektron yang terlibat dan akseptor elektron akhir selalu merupakan molekul organik seperti piruvat.

Respirasi anaerob adalah jenis respirasi di mana sel-sel dapat memecah gula untuk menghasilkan energi tanpa adanya oksigen. Respirasi anaerob berbeda dengan proses respirasi aerob yang sangat efisien, yang mengandalkan oksigen untuk menghasilkan energi.

Oksigen molekuler adalah akseptor elektron yang paling efisien untuk respirasi, karena afinitasnya yang tinggi terhadap elektron. Namun, beberapa organisme telah berevolusi untuk menggunakan akseptor elektron akhir lainnya, dan dengan demikian, dapat melakukan respirasi tanpa oksigen.

Respirasi adalah proses melalui mana energi yang tersimpan dalam bahan bakar diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan sel. Biasanya, energi yang tersimpan dalam ikatan molekul molekul gula atau lemak digunakan untuk membuat ATP, dengan mengambil elektron dari molekul bahan bakar dan menggunakannya untuk memberi daya pada rantai transpor elektron.

Respirasi sangat penting untuk kelangsungan hidup sel karena jika ia tidak dapat membebaskan energi dari bahan bakar, ia tidak akan memiliki energi yang cukup untuk menjalankan fungsi normalnya. Inilah sebabnya mengapa organisme bernafas udara mati begitu cepat tanpa pasokan oksigen yang konstan: sel-sel kita tidak dapat menghasilkan energi yang cukup untuk tetap hidup tanpanya.

Alih-alih oksigen, sel-sel anaerob menggunakan zat-zat seperti sulfat, nitrat, sulfur, dan fumarat untuk menggerakkan respirasi sel mereka. Banyak sel dapat melakukan respirasi aerob atau anaerob, tergantung pada ketersediaan oksigen.

Pengertian

Dalam biologi, respirasi anaerob adalah proses metabolisme di mana sel-sel menghasilkan energi kimia tanpa menggunakan oksigen. Ini adalah jenis respirasi selular, merupakan bagian penting dari metabolisme dan sumber dari semua pertumbuhan, reproduksi, dan perbaikan yang terjadi dalam sel.

Glikolisis, yang mengubah gula menjadi molekul energi, adalah jenis utama dari jalur anaerob ditemukan di sebagian besar organisme. Metabolisme anaerob memfasilitasi pertukaran kimia penting antara organisme dan lingkungan, seperti siklus nitrogen. Semua organisme hidup menggunakan energi untuk pertumbuhan dan reproduksi mereka. Respirasi selular adalah jenis metabolisme sel yang mengekstraksi energi biokimia dari berbagai bahan kimia nutrisi dan mengubahnya menjadi ATP, molekul mentransfer energi universal.

Respirasi anaerob adalah jenis respirasi selular terjadi pada sel-sel yang tidak menggunakan molekul oksigen dalam metabolisme mereka. Jalur utama kimia respirasi anaerob – selain dari bakteri logam-yang ekstrim mencerna – adalah glikolisis, yang memisahkan molekul glukosa gula sederhana menjadi dua molekul asam piruvat, menghasilkan dua molekul ATP dalam proses.

Respirasi Aerob – menggunakan oksigen – adalah lebih umum daripada anaerob pada organisme yang paling tinggi, yang secara efisien bergantung pada oksigen untuk respirasi. Ini menghasilkan lebih banyak ATP – 38 molekul – daripada glikolisis, yang menghasilkan hanya dua. Pada periode awal evolusi kehidupan di bumi, namun, ada cukup oksigen di atmosfer untuk sel untuk metabolisme, sehingga mereka bergantung pada berbagai molekul lain untuk menghasilkan energi anaerob. Organisme primitif, termasuk bakteri dan makhluk hidup tertua yang hidup di air panas dan di dasar laut, masih mengandalkan ini, banyak dari ini akan mati jika terkena oksigen.

Manusia dan hewan lainnya menggunakan kedua respirasi aerob dan anaerob. Yang terakhir ini penting selama ledakan singkat aktivitas otot, gerakan yang menggunakan kekuatan glikolisis dan menghasilkan asam laktat. Jika asam ini terbentuk, akibatnya nyeri otot dan kram. Beberapa ragi menggabungkan jenis khusus dari respirasi anaerob – fermentasi – dalam metabolisme mereka. Fermentasi mencerna gula dan menghasilkan etil alkohol dan beberapa gas sebagai produk sampingan, ini adalah alasan mengapa roti naik, karena proses biokimia dalam ragi mengubah reaksi kimia dalam adonan.

Pertukaran unsur nitrogen, sulfur, dan karbon di permukaan bumi dan di atmosfer yang dikelola oleh respirasi anaerob. Misalnya, protein dan senyawa biologis penting lainnya mengandung banyak nitrogen, yang dilepaskan kembali ke atmosfer dengan metabolisme anaerob bakteri.

Ketika beberapa bakteri memetabolisme bahan bakar tanpa oksigen, mereka juga melepaskan gas metana. Sementara fungsi ini berguna dalam mikrobiologi dan industri perminyakan, kelebihan produksi metana menjadi masalah karena itu adalah sebagai banyak gas rumah kaca seperti karbon dioksida, terkait dengan perubahan iklim.

Ciri respirasisi anaerob

Dalam proses respirasi anaerob, oksigen tidak digunakan, tetapi zat yang berbeda seperti sulfat atau nitrat. Pada bakteri dengan respirasi anaerob, rantai transpor elektron juga terlibat di mana koenzim tereduksi dioksidasi ulang selama oksidasi substrat nutrisi; Ini adalah analog dari respirasi aerob, karena terdiri dari unsur-unsur yang sama (sitokrom, kuinon, protein ferrosulfurik, dll.). Karena itu, satu-satunya perbedaan adalah akseptor elektron utama bukanlah oksigen.

Semua akseptor yang mungkin dalam respirasi anaerob memiliki potensi reduksi yang lebih rendah daripada O2, oleh karena itu, dimulai dari substrat yang sama (glukosa, asam amino, trigliserida), lebih sedikit energi yang dihasilkan dalam metabolisme ini daripada respirasi aerob konvensional.

Respirasi anaerob tidak boleh disamakan dengan fermentasi, di mana sama sekali tidak ada rantai transpor elektron, dan akseptor elektron akhir adalah molekul organik; Kedua jenis metabolisme ini hanya memiliki kesamaan sehingga mereka tidak bergantung pada oksigen.

Persamaan Respirasi anaerob dan Aerob

Respirasi aerob dan anaerob adalah metode pengambilan energi dari sumber makanan, seperti lemak atau gula. Kedua proses dimulai dengan pemisahan molekul gula enam karbon menjadi 2 molekul piruvat tiga karbon dalam proses yang disebut glikolisis. Proses ini mengkonsumsi dua molekul ATP dan menciptakan empat ATP, untuk keuntungan bersih dua ATP per molekul gula yang dipecah.

Baik dalam respirasi aerob maupun anaerob, kedua molekul piruvat tersebut mengalami serangkaian reaksi lain yang menggunakan rantai transpor elektron untuk menghasilkan lebih banyak ATP.

Reaksi inilah yang membutuhkan akseptor elektron – baik itu oksigen, sulfat, nitrat, dll – untuk menggerakkannya.

Banyak bakteri dan archaea hanya dapat melakukan respirasi anaerob. Banyak organisme lain dapat melakukan respirasi aerobik atau anaerobik, tergantung pada apakah ada oksigen.

Manusia dan hewan lain bergantung pada respirasi aerobik untuk tetap hidup, tetapi dapat memperpanjang hidup atau kinerja selnya tanpa adanya oksigen melalui respirasi anaerob.

Perbedaan Respirasi anaerob dan Aerob

Setelah glikolisis, baik sel aerob maupun anaerob mengirim dua molekul piruvat melalui serangkaian reaksi kimia untuk menghasilkan lebih banyak ATP dan mengekstraksi elektron untuk digunakan dalam rantai transpor elektronnya.

Namun, apa reaksi ini, dan di mana mereka terjadi, bervariasi antara respirasi aerobik dan anaerobik

Selama respirasi aerobik, rantai transpor elektron, dan sebagian besar reaksi kimia respirasi, terjadi di mitokondria. Sistem membran mitokondria membuat proses ini jauh lebih efisien dengan memusatkan reaktan kimia respirasi bersama dalam satu ruang kecil.

Sebaliknya, respirasi anaerobik biasanya terjadi di sitoplasma. Ini karena sebagian besar sel yang secara eksklusif melakukan respirasi anaerob tidak memiliki organel khusus. Serangkaian reaksi biasanya lebih pendek dalam respirasi anaerob dan menggunakan akseptor elektron akhir seperti sulfat, nitrat, belerang, atau fumarat sebagai ganti oksigen.

Respirasi anaerob juga menghasilkan lebih sedikit ATP untuk setiap molekul gula yang dicerna daripada respirasi aerobik, menjadikannya metode yang kurang efisien untuk menghasilkan energi seluler. Selain itu, ia menghasilkan berbagai produk limbah – termasuk, dalam beberapa kasus, alkohol!

Respirasi Seluler pada Berbagai Organisme

Organisme dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis respirasi seluler yang mereka lakukan.

  • Aerob obligat – organisme yang tidak dapat bertahan hidup tanpa oksigen. Sebagai contoh, manusia adalah aerob yang wajib.
  • Anaerob Obligat – organisme yang tidak dapat bertahan hidup di hadapan oksigen. Spesies bakteri tertentu adalah anaerob obligat, seperti Clostridium tetani, yang menyebabkan tetanus.
  • Organisme aerotolerant – organisme yang dapat hidup dengan adanya oksigen, tetapi tidak menggunakannya untuk tumbuh. Misalnya, bakteri Streptococcus, yang menyebabkan radang tenggorokan.
  • Aerob fakultatif – organisme yang dapat menggunakan oksigen untuk tumbuh, tetapi juga dapat melakukan respirasi anaerob. Misalnya, Saccharomyces cerevisiae yang merupakan ragi yang digunakan dalam pembuatan bir.

Para ilmuwan dapat mengklasifikasikan mikroba dengan cara ini menggunakan eksperimen sederhana dengan kaldu thioglycolate. Media ini mengandung berbagai konsentrasi oksigen, menghasilkan gradien. Ini karena adanya natrium tioglikolat, yang mengonsumsi oksigen, dan pasokan oksigen yang terus-menerus dari udara; di bagian atas tabung, oksigen akan ada, dan di bagian bawah, tidak ada oksigen yang ada.

Jenis Respirasi Anaerob

Jenis-jenis respirasi anaerob bervariasi seperti akseptor elektronnya. Jenis respirasi anaerob yang penting meliputi:

  • Fermentasi asam laktat – Pada jenis respirasi anaerob ini, glukosa dibagi menjadi dua molekul asam laktat untuk menghasilkan dua ATP. Ini terjadi pada beberapa jenis bakteri dan beberapa jaringan hewan, seperti sel otot
  • Fermentasi alkoholik – Pada jenis respirasi anaerobik ini, glukosa dipecah menjadi etanol atau etil alkohol. Proses ini juga menghasilkan dua ATP per molekul gula. Ini terjadi pada ragi dan bahkan pada beberapa jenis ikan, seperti ikan mas.
  • Jenis fermentasi lainnya – Fermentasi jenis lain dilakukan oleh beberapa bakteri dan archaea. Ini termasuk fermentasi asam propionat, fermentasi asam butirat, fermentasi pelarut, fermentasi asam campuran, fermentasi butanadiol, fermentasi Stickland, asetogenesis, dan metanogenesis.

Persamaan Reaksi Anaerob

Persamaan untuk dua jenis respirasi anaerob yang paling umum adalah:

Fermentasi asam laktat:

C6H12O6 (glucose)+ 2 ADP + 2 pi → 2 asam laktat + 2 ATP

Fermentasi alkohol:

C6H12O6 (glukosa) + 2 ADP + 2 pi → 2 C2H5OH (etanol) + 2 CO2 + 2 ATP

Contoh Respirasi Anaerob

1. Otot Sakit dan Asam Laktat

Selama latihan yang intens, otot-otot kita menggunakan oksigen untuk menghasilkan ATP lebih cepat daripada yang bisa kita suplai.

Ketika ini terjadi, sel-sel otot dapat melakukan glikolisis lebih cepat daripada mereka dapat memasok oksigen ke rantai transpor elektron mitokondria.

Hasilnya adalah respirasi anaerob dan fermentasi asam laktat terjadi di dalam sel kita – dan setelah latihan yang berkepanjangan, asam laktat yang terbentuk dapat membuat otot kita sakit!

2. Ragi dan Minuman Beralkohol

Minuman beralkohol seperti anggur dan wiski biasanya diproduksi oleh pembotolan ragi – yang melakukan fermentasi alkohol – dengan larutan gula dan senyawa penyedap lainnya.

Ragi dapat menggunakan karbohidrat kompleks termasuk yang ditemukan dalam kentang, anggur, jagung, dan banyak biji-bijian lainnya, sebagai sumber gula untuk melakukan respirasi seluler.

Menempatkan ragi dan sumber bahan bakarnya dalam botol kedap udara memastikan bahwa tidak akan ada cukup oksigen di sekitar, dan dengan demikian ragi akan dikonversi menjadi respirasi anaerob. Ini menghasilkan alkohol.

Alkohol sebenarnya beracun bagi ragi yang memproduksinya – ketika konsentrasi alkohol menjadi cukup tinggi, ragi akan mulai mati.

Karena itu, tidak mungkin untuk menyeduh anggur atau bir yang memiliki kandungan alkohol lebih dari 30%. Namun, proses penyulingan, yang memisahkan alkohol dari komponen lain dari brew, dapat digunakan untuk memekatkan alkohol dan menghasilkan arwah seperti vodka.

3. Metanogenesis

Sayangnya, fermentasi alkohol bukan satu-satunya jenis fermentasi yang dapat terjadi pada materi tanaman. Alkohol yang berbeda, yang disebut metanol, dapat dihasilkan dari fermentasi selulosa. Ini bisa menyebabkan keracunan metanol.

Bahaya “minuman keras” – alkohol homebrewed yang murah yang sering mengandung metanol dalam jumlah besar karena proses pembuatan dan distilasi yang buruk – diiklankan pada abad ke-20 selama pelarangan.

Kematian dan kerusakan saraf akibat keracunan metanol masih menjadi masalah di daerah-daerah di mana orang-orang mencoba membuat alkohol dengan murah. Jadi, jika Anda akan menjadi pembuat bir, pastikan Anda melakukan pekerjaan rumah Anda!

4. Keju Swiss dan Asam Propionat

Fermentasi asam propionat memberikan rasa khas keju Swiss. Lubang-lubang pada keju Swiss sebenarnya dibuat oleh gelembung-gelembung gas karbon dioksida yang dilepaskan sebagai produk limbah dari bakteri yang menggunakan fermentasi asam propionat.

Setelah penerapan standar sanitasi yang lebih ketat pada abad ke-20, banyak produsen keju Swiss bingung untuk menemukan bahwa keju mereka kehilangan lubangnya – dan rasanya.

Pelakunya ditemukan kekurangan bakteri spesifik yang menghasilkan asam propionat. Selama berabad-abad, bakteri ini telah diperkenalkan sebagai kontaminan dari jerami yang dimakan sapi. Tetapi setelah standar kebersihan yang lebih ketat diperkenalkan, ini tidak terjadi lagi!

Bakteri ini sekarang ditambahkan dengan sengaja selama produksi untuk memastikan bahwa keju Swiss tetap beraroma dan mempertahankan penampilan berlubang yang langsung dikenali.

5. Cuka dan Asetogenesis

Bakteri yang melakukan acetogenesis bertanggung jawab untuk pembuatan cuka, yang terutama terdiri dari asam asetat.

Cuka sebenarnya membutuhkan dua proses fermentasi, karena bakteri yang membuat asam asetat membutuhkan alkohol sebagai bahan bakar!

Dengan demikian, cuka pertama difermentasi menjadi sediaan alkohol, seperti anggur. Campuran alkohol kemudian difermentasi lagi menggunakan bakteri asetogenik.

Related Posts