PEWARISAN SIFAT ATAU HEREDITAS MAKHLUK HIDUP / HUKUM MENDELL

PEWARISAN SIFAT MAKHLUK HIDUP

 Peta Konsep

Penurunan sifat dari induk kepada keturunannya dikenal sebagai hereditas. Pewarisan sifat induk kepada keturunannya melalui gamet dengan mengikuti aturanaturan tertentu. Orang pertama yang meneliti tentang penurunan sifat yaitu Gregor Johann Mendel. Mendel adalah tokoh genetika yang diakui sebagai penemu hukumhukum hereditas atau pewarisan sifat menurun.

Memang sebelum maupun sesudah Mendel, banyak tokoh-tokoh yang berbicara tentang teori hukum-hukum pewarisan sifat menurun, antara lain sebagai berikut :

1. Teori Darah; mengatakan bahwa sifat keturunan dibawa oleh darah. Teori ini gugur setelah ditemukannya peristiwa transfusi darah, sebab orang yang menerima tambahan darah ternyata sifatnya tidak berubah seperti sifat donornya.
2. Teori performasi, menyatakan adanya makhluk hidup kecil di dalam gamet sebagai calon individu baru.
3. Teori Epigenesis; (teori ini mengkritik teori preformasi) menyatakan bahwa sel telur yang telah dibuahi oleh sperma akan mengadakan pertumbuhan sedikit demi sedikit.
4. Teori Pangenesis; menyatakan bahwa setelah ovum dibuahi oleh sperma maka dalam sel kelamin terdapat tunas-tunas yang tumbuh menjadi makhluk hidup baru.
5. Teori Haeckel; menyatakan bahwa yang bertanggung jawab atas sifat keturunan adalah substansi inti dari sperma.

Untuk membuktikan kebenaran teorinya, Gregor Johan Mendel telah melakukan eksperimen dengan membastarkan tanaman-tanaman yang memiliki sifat beda. Tanaman yang dipilih adalah tanaman kacang ercis (Pisum sativum), karena memiliki kelebihan-kelebihan sebagai berikut :

1. mudah melakukan penyerbukan silang
2. mudah didapat
3. mudah hidup dan dipelihara
4. cepat berbuah atau berumur pendek
5. terdapat jenis-jenis dengan sifat beda yang menyolok, seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

     Gambar : Variasi pada kacang kapri

Mendel juga memastikan dia memulai percobaannya denga varietas galur murni, yang berarti ketika tanaman melakukan penyerbukan sendiri semua keurunannya akan mempunyai varias yang sama. Contohnya tanaman yang berbunga ungu akan menghasilkan keturunan yang semuanya berbunga ungu. Dan untuk selanjutnya Mendel melakukan percobaan dengan melakukan penyerbukan silang terhadap dua varietas ercis bergalur murni yang sifatnya kontras, contoh tanaman berbunga ungu dengan tanaman yang berbunga putih. Perkawinan atau persilangan dua varietas ini disebut hibridisasi. 

Pada persilangan/perkawinan, induk jantan dengan induk betina disebut parental dan disimbolkan dengan hurup P (capital). Hasil persilangan parental atau keturunannya disebut anak (filial) dan diberi symbol dengan huruf F (capital). Persilangan induk galur murni dengan galur murni disebut P1 dan filialnya disebut F1. Persilangan induk jantan F1 dengan induk betina F1 secara acak disebut P2 dan filialnya disebut F2 dan seterusnya. Galur murni selalu bergenotif homozigot dan disimbolkan dengan dengan huruf yang sama, huruf capital semua atau huruf kecil semua, misalnya AA untuk sifat dominant atau aa untuk sifat resesif.  Genotif adalah sifat yang tidak tampak yang ditentukan oleh pasangan gen atau susunan gen dalam individu yang menentukan sifat yang tampak. Sifat yang tampak dari luar atau sifat keturunan yang dapat kita amati sebagai ekspresi dari susunan gen (genotif) disebut dengan fenotif.

Hukum Mendell I (Persilangan Monohibrid)

Hukum Mendel I atau hukum segregasi bebas (pemisahan) adalah suatu kaidah pemisahan pasangan alel secara bebas pada saat pembelahan meiosis dala pembentukan gamet. Segregasi ini disertai dengan penurunan jumlah kromosom diploid menjadi haploid. Hukum Mendel I dapat dibuktikan pada persilangan monohibrid.

Monohibrid adalah persilangan dengan satu sifat beda yang merupakan satu pasangan alel. Mendel menyilangkan kacang ercis berbunga ungu dengan kacang ercis berbunga putih. Keturunan pertama atau filial 1 (F1) tanaman kacang ercis 100% berbunga ungu. Sifat bunga berwarna ungu adalah dominan, sedangkan sifat bunga berwarna putih adalah resesif. Jika bunga berwarna ungu dari F1 disilangkan dengan sesamanya (inbreeding), akan dihasilkan keturunan kedua atau filial 2 (F2) berupa 75% kacang ercis berbunga ungu dan 25% kacang ercis berbunga putih. Contoh diagram penyilangan monohibrid dapat dilihat pada gambar di samping.

Hukum Mendell II (Persilangan Dihibrid)

Hukum Mendel II atau hukum asortasi (berpasangan) secara bebas adalah suatu kaidah yang menyatakan bahwa setiap alel dapat berpasangan secara bebas dengan alel lainnya yang tidak sealel pada waktu pembentukan gamet. Hukum Mendel II dapat dijelaskan pada persilangan dihibrid.

ersilangan Dihibrid adalah persilangan dengan dua sifat beda atau dua alel yang berbeda, misalnya sifat biji bulat atau keriput dengan warna biji kuning atau hijau. Hukum Mendel II ini hanya berlaku pada gen-gen yang letaknya berjauhan sehingga dapat memisah secara bebas. Pada gen yang letaknya berdekatan, cenderung akan terjadi tautan (tidak dapat memisah secara bebas).

Pada penyilangan tanaman kacang ercis berbiji bulat dan berwarna kuning dengan tanaman kacang ercis berbiji keriput berwarna hijau, dihasilkan keturuna pertama (F1) tanaman kacang ercis berbiji bulat berwarna kuning. Sifat biji bulat dan berwarna kuning adalah dominan, sedangkan sifa biji keriput dan berwarna hijau adalah resesif. Jika tanaman kacang ercis berbiji bulat dan berwarna kuning dari keturunan pertama disilangkan dengan sesamanya akan menghasilkan keturunan (F2) berupa tanaman kacang ercis berbiji bulat kuning, bulat hijau, keriput kuning, dan keriput hijau dengan perbandingan 9 : 3 : 3 : 1. Diagram penyilangan dihibrid adalah sebagai berikut.

 

Pembentukan gamet pada persilangan diibrid terjadi dengan cara pemisahan alel secara bebas, yaitu sebagai berikut:

1. BB berpisah menjadi B dan B; Bb berpisah menjadi B dan b; bb berpisah menjadi b dan b.
2. KK berpisah menjadi K dan K; Kk berpisah menjadi K dan k; kk berpisah menjadi k dan k.
3. Pembentukan gamet pada persilangan dihibrid terjadi melalui penggabungan alel secara bebas, yaitu B berpasangan denga K menjadi BK, B berpasangan dengan k menjadi Bk, b berpasangan dengan K menjadi bK, dan  b berpasangan dengan k menjadi bk.

 Testcross, Backcross, dan Penyilangan Resiprok

1.      Testcross

Testcross merupakan penyilangan antara suatu individu yang tidak diketahui genotipnya dengan individu yang bergenotip homozigot resesif. Tujuan dari testcross adalah sebagai berikut:

a.       Untuk menguji sifat individu yang menunjukan fenotip domnan, apakah bergeotip homozigot atau heterozigot. Jika hasil keturunanya menunjukkan sifatyang sama 100%, genotip individu terebut adalah dominan homozigot Jika hasil keturnannya menunjukkansifat yang berbeda-beda, genotip individu tersebut adalah domina heterozigot.

b.      Mengetahui berapa macam gamet yang dihasilkan oleh individu yang genotipnya dipertanyakan. Individu dominan homozigot aka menghasilkan hanya satu macam gamet. Individu dominan heterozigot akan menghasikan jenis gamet yang berbeda dengan frekuensi yang sebanding (monohibrid 2 gamet dan dihibrid  gamet). Contoh testcross dapat dilihat  pada gambar berikut ini.

Gambar 5. Contoh Diagram Testcross

 

2.      Backcross

Backcross merupakan penyilangan antara suatu individu dengan salah sau induknya (atau denga individu lain yang genotipnya identik dengan induknya). Tujuan backcross adalah untuk mendapatkankembali individu yang bergalur murni (yang bergenotip homozigot dominan atau homozigot resesif). Backcross menghasilkan progeni, yaitu keturuna yang berasal dari sumber yang sama. Contoh penyilangan backcross ditunjukan pada gambar berikut ini.

Gambar 6. Contoh Diagram Penyilangan Backross

 

3.      Penyilangan Resiprok

SDalam persilangan antara ercis berbuah hijau dengan ercis berbuah kuning misalnya, serbuk sari diambil dari ercis berbuah hijau kemudian diserbukkan pada putik tanaman ercis berbuah kuning. Semua keturunan F1nya berbuah hijau. Keturunan F2nya menghasilkan ercis berbuah hijau dan kuning dengan perbandingan 3:1. Demikian halnya jika serbuk sari diambil dari tanaman ercis berbuah kuning dan diserbukkan pada putik ercis berbuah hijau, hasil yang diperoleh baik pada F1 maupun F2nya tetap sama. Persilangan yang merupakan kebalikan dari persilangan sebelumnya inilah yang disebut persilangan resiprok. Oleh karena itu, baik tanaman yang berfungsi sebagai gamet jantan maupun sebagai gamet betina, mempunyai kesempatan yang sama di dalam pewarisan sifat. Berarti, Hukum Mendel I dan II tidak dipengaruhi oleh asal dari gamet jantan maupun betinanya. Contoh persilangan resiprok dapat dilihat pada gambar 7.

Gambar 7. Contoh Penyilangan Resiprok

Dari hasil tersebut, jelaslah bahwa persilangan resiprok menghasilkan keturunan yang sama.

 

SINTESIS PROTEIN ( TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI) - SUBSTANSI GENETIK

SINTESIS PROTEIN

Sintesis protein yaitu proses penyusunan senyawa protein dengan membentuk rangkaian rantai polipeptida. Sintesis protein ini terjadi di dalam ribosom dan pengaturan sintesis protein dilakukan oleh gen (DNA) di dalam inti. Perubahan struktur gen dapat menyebabkan perubahan struktur protein pada tingkat asam amino, yang selanjutnya akan menyebabkan perubahan dalam proses metabolisme. Ekspresi gen dilakukan melalui dua tahapan yaitu transkripsi dan translasi. 

Transkripsi

Dalam sintesis protein, proses transkripsi berlangsung di dalam inti sel. Transkripsi merupakan proses pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi utas RNA yang komplementer (DNA - mRNA). embacaan oleh transkriptase dimulai dari tanda awal (promotor) sampai tanda akhir (terminator). Hanya ruas yang diapit oleh kedua tanda itu yang akan ditranskripsikan. Utas DNA yang digunakan bagi sintesis RNA disebut sebagai utas cetakan (template), sedangkan utas DNA lainnya disebut dengan utas pendamping.

Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis RNA, yaitu RNA duta (mRNA), RNA transfer (tRNA), dan RNA ribosomal (rRNA). ketiga jenis RNA ini berperan dalam proses trasnlasi. Hanya mRNA yang akan diterjemahkan kedalam protein.

Proses transkripsi dikatalisis oleh enzim transcriptase atau RNA polymerase. Proses transkripsi dapat dibagi dalam tiga tahap yaitu inisiasi sintesis RNA, pemanjangan (elongasi) RNA, dan penyelesaian (terminasi) sintesis RNA.

Tahapan Transkripsi:

1. Berlangsung dalam inti sel.
2. Dimulai dengan membukanya pita "Double Helix" oleh enzim DNA polymerase.
3. Pita DNA yang berfungsi sebagai pencetakan RNA disebut pita template atau sense dan pita DNA yang tidak mencetakan RNA disebut dengan pita antisense. 
4. Pita RNA dibentuk sepanjang pita DNA pencetak dengan urutan basa nitrogennya komplementer dengan basa nitrogen yang ada pada pita cetakan DNA.
5. Pita RNA yang telah selesai menerima pesan genetik dari pita DNA pencetak segera meninggalkan inti nukleus menuju ke ribosom, tempat sintesis protein dalam sitoplasma. Pita RNA menempatkan diri pada leher ribosom.
6. RNA yang ada dalam sitoplasma bersiap-siap untuk berperan dalam proses sintesis protein berikutnya. Setiap satu RNA ini, mengikat satu asam amino yang mengandung ATP.

Translasi

Translasi berlangsung di sitoplasma, sehingga RNA harus dikeluarkan dari inti sel menuju sitoplasma. Dalam proses translasi, terjadi penerjemahan urutan kodon pada RNAd menjadi urutan asam amino pada ribosom, artinya asam amino akan dirangkaikan dengan asam amino lainnya untuk membentuk rantai polipeptida atau protein. Setelah mRNA sampai di ribosom, tRNA mulai mengangkut asam amino ke dalam kompleks translasi (ribosom), serta membaca sandi-sandi (kodon) pada mRNA. Setiap tRNA mempunyai antikodon yang spesifik. Translasi bermulai dari kodon awal sampai kodon akhir. Hubungan antara kodon dengan asam amino diatur melalui kode genetik. 

Dalam proses translasi ini, hanya ada satu kodon awal yaitu AUG yang menyandi asam amino metionin dan tiga kodon akhir UAA, UAG, dan UGA. Seperti pada proses transkripsi, translasi dapat dibagi dalam tiga tahap yaitu inisiasi, elongasi /pemanjangan, dan terminasi /penyelesaian.

Kode Genetik

Kode genetik merupakan instruksi berupa kode-kode yang merumuskan jenis protein yang akan dibuat. Ciri khas protein ditentukan oleh jumlah asam amino. Pada sandi genetic terdapat 20 macam asam amino. Dalam sintesis protein dapat terjadi kesalahan dalam menerjemahkan kodekode yang diterima dari DNA. Jika terjadi kesalahan penerjemahan, akibatnya protein yang disusun juga keliru sehingga enzim yang dihasilkan juga salah. Pada asam nukleat DNA atau RNA-d terdapat 4 jenis nukleotida (basa) yang menyusun rantainya. Pada polipeptida dikenal 20 jenis asam amino penyusunnya. Dengan adanya 20 jenis asam amino tersebut, harus ada aturan yang dapat menjamin pengendalian gen dalam pembentukan protein, selalu bersifat khas (satu gen hanya menyandikan satu jenis protein). Untuk menjamin kekhasan tersebut harus banyak factor pengendali (kodon), sekurang -kurangnya sama dengan yang dikendalikan (asam amino). Hal ini bertujuan untuk mencegah adanya satu kodon mengendalikan lebih dari satu asam amino. Berdasarkan persyaratan ini, tidak mungkin satu asam amino dikendalikan hanya oleh satu nukleotida, karena keempat nukleotida yang ada tidak akan mencukupi untuk mengendalikan 20 asam amino. 

Sistem pengkodean seharusnya didasarkan pada kombinasi dari nukleotida yang ada. Yang paling mungkin adalah setiap kodon merupakan kombinasi 3 nukleotida DNA sehingga akan diperoleh 64 kodon yang akan mencukupi untuk mengendalikan 20 asam amino.

METABOLISME - KATABOLISME ( RESPIRASI AEROB DAN RESPIRASI ANAEROB )

METABOLISME

Metabolisme (bahasa Yunani, metabole = berubah) adalah reaksi-reaksi kimiawi untuk mengubah zat-zat yang menghasilkan energi maupun memerlukan energi yang terjadi di dalam sel-sel tubuh. Proses metabolisme dibedakan menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme

Katabolisme : reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana

Anabolisme : reaksi penyusunan senyawa kompleks dari senyawa-senyawa sederhana. 

Poses metabolisme, baik katabolisme atau anabolisme melibatkan sejumlah enzim dalam reaksinya. Enzim diperlukan sebagai katalisator untuk mempercepat terjadinya reaksi, dan setiap reaksi memerlukan enzim-enzim yang spesifik. (uraian tentang enzim silahkan klik di sini)

Katabolisme

Di dalam setiap sel hidup terjadi proses metabolisme, salah satunya adalah katabolisme.  Katabolisme disebut pula desimilasi karena dalam proses ini energi yang tersimpan ditimbulkan kembali atau dibongkar untuk menyelenggarakan proses-proses kehidupan. Proses katabolisme yang akan kita bahas adalah katabolisme karbohidrat di dalam sel hidup, yaitu respirasi sel.  Respirasi sel menyangkut proses enzimatis di dalam sel, ketika molekul karbohidrat, asam lemak, dan asan amino diuraikan menjadi karbondioksida dan air dengan konvensi energi biologis yang sangat bermanfaat.

Katabolisme karbohidrat adalah proses penguraian atau pemecahan karbohidrat untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Karbohidrat untuk respirasi sel berupa gula heksosa, yaitu glukosa. Glukosa akan dioksidasi (reaksi yang memerlukan O2) untuk menghasilkan energi secara bertingkat melalui serangkaian reaksi yang disebut respirasi aerob. Namun, jika persediaan O2 di dalam sel tubuh kurang mencukupi, akan terjadi respirasi aerob.

1. Respirasi Aerob

Respirasi aerob adalah reaksi pemecahan senyawa glukosa dengan memerlukan oksigen. Bahan bakar pada proses respirasi adalah gula heksosa. Secara sederhana dapat dituliskan sebagai berikut:

C₆H₁₂O₆ + 6CO₂ → 6 H₂O + 6CO₂ + Energi (ATP dan panas)

Tahapan respirasi aerob.  

Reaksi respirasi aerob terdiri dari 4 tahap, yaitu glikolisis, pemecahan molekul gula menjadi senyawa asam piruvat terjadi di sitoplasma. Selanjutnya, terjadi proses dekarboksilasi oksidatif di mitokondria yang mengubah asam piruvat menjadi asetil Co-A.  Setelah itu, terjadi tahapan ketiga, yaitu siklus krebs di mitokondria yang menghasilkan oksaloasetat dan asam sitrat.  Di tahapan terakhir, terjadi trannspor elektron di  membran dalam mitokondria yang menghasilkan H₂O dan energi.

a. Glikolisis

Glikolisis adalah serangkaian reaksi kimia yang mengubah gula heksosa, biasanya glukosa, menjadi asam piruvat.  Reaksi glikolisis berlangsung di dalam sitoplasma sel dan tidak memerlukan adanya oksigen. Glikolisis dapat dibagi dalam dua fase utama, yaitu :

• Tahap penggunaan energi

1. glukosa difosforilasi oleh ATP dan enzim heksokinase membentuk glukosa-6-fosfat dan ADP.
2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi isomernya yaitu fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoglukoisomerase..
3. Fosfofruktokinase mentransfer gugus fosfat dari ATP ke glukosa 6-fosfat menghasilkan fruktosa 1,6 bisfosfat.
4. Aldolase membagi molekul gula (fruktosa 1,6 bisfosfat) menjadi 2 molekul gula yang berbeda dan merupakan isomernya yaitu, gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dan dihidroksiaseton.
5. PGAL akan menjadi substrat glikolisis berikutnya.

• Tahap pelepasan energi

1. Triosafosfat dehidrogenase mengkatalisis pemindahan elektron dan H+ dari substrat (gliseraldehid fosfat) ke NAD+ membentuk NADH dan 1,3-bifosfogliserat.
2. Terbentuklah ATP. Kelompok fosfat ditransfer dari 1,3-bifosfogliserat ke ADP dibantu dengan enzim fosfogliserokinase. Setiap molekul glukosa menghasilkan dua molekul ATP. Sehingga terbentuk senyawa 3-fosfogliserat.9
3. Gugus fosfat dari 3-fosfogliserat dipindahkan sehingga menjadi 2-fosfogliserat oleh fosfogliseromutase.
4. 2-fosfogliserat melepaskan molekul H₂O sehingga terbentuk fosfoenol piruvat kinase (PEP) oleh enolase.
5. Piruvat kinase mentransfer gugus fosfat sehingga menghasilkan 2 ATP lagi.

Dari skema tahapan glikolisis menunjukkan bahwa energi yang dibutuhkan pada tahap penggunaan energi adalah 2 ATP (tahap 1 dan 3). Sementara itu, energi yang dihasilkan pada tahap pelepasan energi adalah 4 ATP (tahap 7 dan 10) dan 2 NADH.  Dengan demikian, hasil akhir glikolisis adalah 2 ATP + 2 NADH.

Jika kita amati lebih cermat lagi, kita akan mengetahui pada tahapan mana sajakah energi (ATP) dibentuk.  Nah, proses pembentukan ATP inilah yang disebut fosforilasi.  Pada tahapan glikolisis tersebut, enzim mentransfer gugus fosfat dari substrat (molekul organik dalam glikolisis) ke ADP sehingga prosesnya disebut fosforilasi tingkat substrat.  Perhatikan Gambar di bawah ini Keseluruhan reaksi glikolisis, dapat dibuat persamaaan reaksi sebagai berikut :

Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD⁺  →  2 Piruvat +2H₂O + 2ATP + 2NADH + 2H⁺

b. Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif piruvat adalah reaksi antara yang menghasilkan asetil-CoA. Dekarboksilasi oksidatif piruvat adalah proses pengubahan asam piruvat yang dihasilkan pada tahap akhir glikolisis menjadi senyawa asetil-CoA, yang jika direaksikan dengan asam oksaloasetat akan masuk ke dalam siklus krebs.

Asam piruvat dari sitoplasma akan masuk ke dalam mitokondria dan menuju matriks mitokondria. Kemudian, gugus karboksil dalam piruvat dikeluarkan sebagai CO₂ yang berdifusi keluar dari sel.  NAD+ direduksi menjadi NADH.  Akhirnya, koenzim A diikatkan dan terbentuklah asetil CoA.   Asetil CoA kemudian akan masuk siklus krebs untuk diproses lebih lanjut menghasilkan energi.  Pada reaksi ini dihasilkan dua molekul asetil-CoA, energi sebanyak 2 NADH₂, dan 2 CO₂. Berikut ini adalah reaksi sederhana dekarboksilasi oksidatif piruvat:

 Asam piruvat + CoA + NAD⁺   →   Asetil-CoA + CO₂ + NADH + H⁺ 

c. Siklus Krebs

Siklus krebs (daur asam sitrat atau daur trikarboksilat) merupakan pembongkaran asam piruvat secara aerob menjadi karbondioksida dan air serta sejumlah energi kimia. Asetil-CoA merupakan mata rantai penghubung antara glikolisis dan siklus krebs. Reaksi ini berlangsung di dalam matriks mitokondria.

Tahap-tahap dalam siklus krebs adalah sebagai berikut:

1. Asetil Co-A akan berikatan dengan oksaloasetat membentuk sitrat, reaksi ini dikatalisis  enzim sitrat sintase.
2. Sitrat akan diubah menjadi isositrat oleh enzim akonitase.
3. Isositrat akan diubah menjadi alfa-ketoglutarat oleh ezim isositrat dehidrogenase. Dalam reaksi ini dilepaskan molekul CO₂ dan dihasilkan NADH.
4. Alfa-ketoglutarat akan diubah menjadi suksinil ko-A oleh enzim alfa ketoglutarat dehidrogenase. Dalam reaksi ini akan dilepaskan CO₂ dan dihasilkan NADH.
5. Suksinil ko-A akan diubah menjadi suksinat oleh enzim suksinil ko-A sintetase. Pada reaksi ini akan dihasilkan GTP yang kemudian dapat berubah menjadi ATP.
6. Suksinat akan diubah menjadi fumarat oleh enzim suksinat dehidrogenase. Pada reaksi ini akan dihasilkan FADH₂.
7. Fumarat akan diubah menjadi malat oleh enzim fumarase.
8. Malat akan diubah menjadi oksaloasetat oleh enzim malat dehidrogenase. Pada tahap ini juga dihasilkan NADH.

Pada reaksi siklus krebs (dua asetil-CoA) dihasilkan energi sebanyak 6 NADH₂, 2 FADH₂, 2 ATP dan 4 CO₂. Untuk lebih jelas, dapat diamati pada gambar berikut ini.

d. Transport Elektron

Proses glikolisis dan siklus krebs menghasilkan energi yang tersimpan dalam bentuk NADH dan FADH. Untuk menghasilkan ATP diperlukan sistem transpor elektron. Transpor elektron ini berlangsung di dalam membran mitokondria sebelah dalam.

Tahapan transfer elektron adalah sebagai berikut.

1. NADH akan melepaskan elektronnya (e^-) kepada komplek protein I. Peristiwa ini membebaskan energi yang memicu dipompanya H⁺ dari matriks mitokondria menuju ruang antar membran. NADH yang telah kehilangan elektron akan berubah menjadi NAD⁺.
2. Elektron akan diteruskan kepada ubiquinon.
3. Kemudian elektron diteruskan pada komplek protein III. Hal ini akan memicu dipompanya H⁺ keluar menuju ruang antar membran.
4. Elektron akan diteruskan kepada sitokrom c.
5. Elektron akan diteruskan kepada komplek protein IV. Hal ini juga akan memicu dipompanya H⁺  keluar menuju ruang antar membran.
6. Elektron kemudian akan diterima oleh molekul oksigen, yang kemudian berikatan dengan 2 ion H⁺  membentuk H₂O.
7. Bila dihitung, transfer elektron dari bermacam-macam protein tadi memicu dipompanya 3 H⁺  keluar menuju ruang antar membran. H⁺  atau proton tersebut akan kembali menuju matriks mitokondria melalui enzim yang disebut ATP sintase.
8. Lewatnya H⁺  pada ATP sintase akan memicu enzim tersebut membentuk ATP secara bersamaan. Karena terdapat 3 H⁺  yang masuk kembali ke dalam matriks, maka terbentuklah 3 molekul ATP.
9. Proses pembentukan ATP oleh enzim ATP sintase tersebut dinamakan dengan kemiosmosis.

Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut.

Pembentukan ATP dalam sistem transpor elektron (rantai respiratoris) dikenal juga sebagai fosforilasi oksidatif biologis.  Proses keseluruhan oksidasi biologis mempunyai dua fungsi yaitu menghasilkan energi dan menyediakan senyawa antara untuk sintesis. Jika dihitung jumlah ATP yang dihasilkan dalam oksidasi biologis, dengan bahan awal adalah satu molekul glukosa, maka akan diperoleh 38 molekul ATP.

2. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob adalah suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam bahan bakar organik (misalnya karbohidrat) melalui serangkaian reaksi tanpa melibatkan oksigen. Respirasi anaerob disebut juga fermentasi. Fermentasi dapat terjadi pada jamur bersel satu, bakteri yang hidup di rawa/lumpur yang miskin oksigen, sel hewan maupun sel manusia.

Respirasi anaerob terdiri atas dua tahapan reaksi, yaitu glikolisis dan transport elektron. Glikolisis pada respirasi anaerob sama seperti glikolisis pada respirasi aerob, yaitu satu molekul glukosa diubah menjadi 2 Asam piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP. Proses transport elektron pada respirasi anaerob terjadi dari NADH ke asam piruvat atau turunan asan piruvat sehingga dihasilkan NAD⁺ . Kemudian NAD⁺ akan masuk kembali ke glikolisis.

berdasarkan produknya, jenis fermentasi yang umum yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.

Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol dilakukan oleh bakteri anaerob dan ragi (yeast). Fermentasi alkohol dapat terjadi pada proses pembuatan minuman anggur (bir) dan tapai. Mekanisme reaksi fermentasi alkohol adalah sebagai berikut:

1. Bahan baku glukosa (6 C) diubah menjadi asam piruvat (3 C) melalui rentetan reaksi glikolisis;
2. Asam piruvat (3 C) melepaskan CO₂ menjadi asetaldehida (2 C);
3. Asetaldehida (2 C) direduksi oleh NADH menghasilkan etanol dan melepaskan NAD⁺ ;
4. NAD⁺ masuk kembali ke dalam reaksi glikolisis. Sementara itu, asetaldehida berperan sebagai akseptor elektron.

Hasil fermentasi alkohol setiap 1 molekul glukosa yaitu 2 etanol, 2 CO₂ , 2 ATP. Reaksi sederhana fermentasi alkohol adalah sebagai berikut:

Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat terjadi pada sel otot hewan dan manusia ketika kekurangan oksigen. Hal ini terjadi jika katabolisme gula untuk membentuk ATP melebihi pasokan oksigen dalam darah. Pada sel hewan (juga manusia) terutama pada sel-sel otot yang bekerja keras, energi yang tersedia tidaklah seimbang dengan kecepatan pemanfaatan energi karena kadar O₂ yang tersedia tidak mencukupi untuk kegiatan respirasi aerob (reaksi yang membutuhkan oksigen). Mekanisme reaksi fermentasi asam laktat adalah sebagai berikut:

1. Glikolisis mengubah glukosa (6 C) menjadi asam piruvat (3 C).
2. Asam piruvat langsung direduksi oleh NADH sehingga membentuk asam laktat (3 C) dan melepaskan NAD⁺.
3. NAD⁺ masuk kembali ke glikolisis. Asam piruvat berperan sebagai akseptor elektron.

hasil fermentasi asam laktat yaitu 2 asam laktat dan 2 ATP. Reaksi sederhana fermentasi asam laktat adalah sebagai berikut:

Katabolisme Lemak dan Protein

Selain karbohidrat, bahan katabolisme untuk menghasilkan ATP yaitu lemak dan protein. Jumlah ATP yang dihasilkan dalam setiap satu molekul protein sama dengan karbohidrat, yaitu 38 ATP. Sedangkan satu molekul lemak menfhasilkan 48 ATP. 

Protein dihidrolisis menjadi asam amino. Asam amino dimanfaatkan sebagai bahan bakar setelah menfalami deaminasi. Asam amino gliserin, serin, alanin, dan sistein, masuk ke jalur respirasi reaksi transisi setelah diubah menjadi asam piruvat. Asam amino fenilalanin, isoleusin, leusin, treonin, lisin, triptofan, dan tirosin, masuk ke siklus krebs setelah diubah menjadi asetil ko-A. Asparagin dan asam aspartat masuk ke siklus krebs setelah diubah menjadi asam oksaloasetat. Glutamin, glutamat, arginin, histidin, dan prolin masuk ke siklus Krebs setelah diubah menjadi asam alfaketoglutarat. 

Lemak dikatabolisme menjadi gliserol dan asam lemak. Gliserol diubah menjadi PGAL (gliseraldihidea fosfat), akan masuk ke jalur glikolisis. Asam lemak diubah menjadi asetil ko-A yang akan  masuk ke siklus Krebs. 

DAFTAR PUSTAKA

Irnaningtyas. 2018. Biologi Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta : Penerbit Erlangga.

Yani Nurhayati. 2019. Bahan Ajar Biologi SMA Kelas XII "What is Metabolisme". Yogyakarta: PPGDJ 2019.