Katabolisme disebut juga respirasi, merupakan proses pemecahan bahan organik menjadi bahan anorganik dan melepaskan sejumlah energi (reaksi eksergonik). Energi yang lepas tersebut digunakan untuk membentuk adenosin trifosfat (ATP), yang merupakan sumber energi untuk seluruh aktivitas kehidupan.
Pada prinsipnya katabolisme merupakan reaksi reduksi-oksidasi (redoks), karena itu dalam reaksi tersebut diperlukan akseptor elektron untuk menerima elektron dari reaksi oksidasi bahan organik. Akseptor elektron tersebut diantaranya adalah:
- NAD (nikotinamida adenin dinukleotida)
- FAD (flavin adenin dinukleotida)
- Ubikuinon
- Sitokrom
- Oksigen
Ada empat langkah dalam proses respirasi, yaitu: glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, daur Krebs, dan rantai transpor elektron.
1. Glikolisis
Glikolisis berlangsung di sitosol, merupakan proses pemecahan molekul glukosa yang memiliki 6 atom C menjadi dua molekul asam piruvat yang memiliki 3 atom C. Reaksi yang berlangsung di sitosol ini menghasilkan 2 NADH dan 2 ATP.
2. Dekarboksilasi Oksidatif
Dekarboksilasi oksidatif berlangsung di matriks mitokondria, sebenarnya merupakan langkah awal untuk memulai langkah ketiga, yaitu daur Krebs. Pada langkah ini 2 molekul asam piruvat yang terbentuk pada glikolisis masing-masing diubah menjadi Asetil-KoA (asetil koenzim A) dan menghasilkan 2 NADH.
3. Daur Krebs
Daur Krebs yang berlangsung di matriks mitokondria disebut juga daur asam sitrat atau daur asam trikarboksilat dan berlangsung pada matriks mitokondria. Asetil-KoA yang terbentuk pada dekarboksilasi oksidatif, memasuki daur ini. Pada akhir siklus dihasilkan 6 NADH, 2 FADH, dan 2 ATP. (lihat skema di bawah)
4. Rantai Transpor Elektron
Rantai transpor elektron berlangsung pada krista mitokondria. Prinsip dari reaksi ini adalah: setiap pemindahan ion H (elektron) yang dilepas dari dua langkah pertama tadi antar akseptor dihasilkan energi yang digunakan untuk pembentukan ATP.
Setiap satu molekul NADH yang teroksidasi menjadi NAD akan melepaskan energi yang digunakan untuk pembentukan 3 molekul ATP. Sedangkan oksidasi FADH menjadi FAD, energi yang lepas hanya bisa digunakan untuk membentuk 2 ATP. Jadi, satu mol glukosa yang mengalami proses respirasi dihasilkan total 38 ATP.
Respirasi Anaerob
Oksigen diperlukan dalam respirasi aerob sebagai penerima H yang terakhir dan membentuk H2O. Bila berlangsung aktivitas respirasi yang sangat intensif seperti pada kontraksi otot yang berat akan terjadi kekurangan oksigen yang menyebabkan berlangsungnya respirasi anaerob. Contoh respirasi anaerob adalah fermentasi asam laktat pada otot, dan fermentasi alkohol yang dilakukan oleh jamur Sacharromyces (ragi).
1. Fermentasi asam laktat
Asam piruvat yang terbentuk pada glikolisis tidak memasuki daur Krebs dan rantai transpor elektron karena tak ada oksigen sebagai penerima H yang terakhir. Akibatnya asam piruvat direduksi karena menerima H dari NADH yang terbentuk saat glikolisis, dan terbentuklah asam laktat yang menyebabkan rasa lelah pada otot. Peristiwa ini hanya menghasilkan 2 ATP untuk setiap mol glukosa yang direspirasi.
CH3.CO.COOH + NADH —–> CH3.CHOH.COOH + NAD + E
(asam piruvat) (asam laktat)
2. Fermentasi alkohol
Pada fermentasi alkohol asam piruvat diubah menjadi asetaldehid yang kemudian menerima H dari NADH sehingga terbentuk etanol. Reaksi ini juga menghasilkan 2 ATP.
CH3.CO.COOH —–> CH3.CHO + NADH —–> C2H50H + NAD + E
(asam piruvat) (asetaldehid) (etanol)
Penjelasan Tentang Respirasi anaerob -
Respirasi anaerob adalah proses respirasi yang tidak memerlukan oksigen.
Salah satu contoh proses ini adalah proses fermentasi. Respirasi anaerob dapat
terjadi pada manusia dan hewan jika tubuh memerlukan energi secara cepat. Pada
mikroorganisme seperti bakteri dan jamur, respirasi anaerob dilakukan karena
keadaan lingkungan yang tidak memungkinkan dan belum memiliki sistem metabolisme
yang kompleks.
Mengapa respirasi anaerob dapat terjadi dan berapa banyak energi yang
dihasilkannya? Masih ingatkah Anda tahap glikolisis pada respirasi aerob? Pada
tahap tersebut, glukosa dapat dipecah untuk menghasilkan total 2 ATP dan tidak
memerlukan oksigen. Meskipun energi yang dihasilkannya jauh lebih kecil daripada
respirasi aerob, jumlah ini cukup bagi mikroorganisme dan energi awal bagi
hewan.
Selain menghasilkan ATP, glikolisis juga menghasilkan NADH dan
NAD+. Tanpa suplai NAD+ yang memadai, proses glikolisis
pada respirasi anaerob dapat terhenti. Oleh karena itu, organisme yang melakukan
respirasi anaerob harus mampu mengoksidasi NADH menjadi NAD+ kembali.
Berdasarkan hal tersebut terdapat dua cara respirasi anaerob yang dilakukan
organisme.
Fermentasi alkohol
Beberapa organisme seperti khamir (Saccharomyces cereviceace) melakukan
fermentasi alkohol. Organisme ini mengubah glukosa melalui fermentasi menjadi
alkohol (etanol).
 |
| Bagan fermentasi alkohol |
Proses fermentasi alkohol diawali dengan pemecahan satu molekul glukosa
menjadi dua molekul asam piruvat. Pada proses tersebut, dibentuk juga 2 ATP dan
2 NADH. Setiap asam piruvat diubah menjadi asetildehid dengan membebaskan
CO2. Asetildehid diubah menjadi etanol dan NADH diubah menjadi
NAD+ untuk selanjutnya digunakan dalam glikolisis kembali.
Fermentasi alkohol merupakan jenis fermentasi yang banyak digunakan manusia
selama ribuan tahun dalam pengolahan bahan makanan. Khamir banyak digunakan
dalam pembuatan roti dan minuman beralkohol
Fermentasi Asam Laktat
Sama halnya dengan fermentasi alkohol, fermentasi asam laktat dimulai dengan
tahap glikolisis. Fermentasi asam laktat dilakukan oleh sel otot dan beberapa
sel lainnya, serta beberapa bakteri asam laktat. Pada otot, proses ini dapat
menyediakan energi yang dibutuhkan secara cepat. Akan tetapi, penumpukan asam
laktat berlebih dapat menyebabkan otot lelah. Asam laktat berlebih dibawa darah
menuju hati untuk diubah kembali menjadi asam piruvat. Industri susu menggunakan
fermentasi asam laktat oleh bakteri untuk membuat keju dan yoghurt.
Glukosa akan dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat melalui glikolisis, membentuk 2 ATP dan 2 NADH. NADH diubah kembali menjadi NAD+ saat pembentukan asam laktat dari asam piruvat. Fermentasi asam laktat tidak menghasilkan CO2, seperti halnya fermentasi alkohol.
 |
| Bagan fermentasi asam laktat |
Glukosa akan dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat melalui glikolisis, membentuk 2 ATP dan 2 NADH. NADH diubah kembali menjadi NAD+ saat pembentukan asam laktat dari asam piruvat. Fermentasi asam laktat tidak menghasilkan CO2, seperti halnya fermentasi alkohol.
