Respirasi Sel — Nota JomSkor

Keperluan Tenaga dan Substrat Utama

Katabolisme membebaskan tenaga, anabolisme menggunakan tenaga (contoh: pembentukan protein untuk otot). Respirasi sel ialah proses pengoksidaan molekul organik melalui beberapa peringkat untuk membebaskan tenaga. Substrat utama respirasi sel ialah GLUKOSA. Manusia/haiwan memperoleh glukosa melalui pencernaan karbohidrat; tumbuhan hijau menghasilkan glukosa melalui fotosintesis menggunakan tenaga cahaya yang diperangkap klorofil.

Jenis Respirasi Sel

Respirasi AEROB berlaku DALAM kehadiran oksigen. Respirasi ANAEROB berlaku TANPA kehadiran oksigen. FERMENTASI ialah laluan alternatif mendapatkan tenaga apabila oksigen terhad/tiada — penguraian glukosa TIDAK LENGKAP.

Glikolisis

Glikolisis ialah penguraian glukosa oleh enzim, berlaku dalam SITOPLASMA. Satu molekul glukosa diuraikan kepada DUA molekul piruvat. Ini adalah peringkat PERTAMA bagi kedua-dua respirasi aerob dan fermentasi.

1 Glukosa → 2 Piruvat (dalam sitoplasma)

Respirasi Aerob

Selepas glikolisis (sitoplasma), piruvat memasuki MITOKONDRION dan dioksidakan melalui satu siri tindak balas menghasilkan karbon dioksida, air dan tenaga. Proses lengkap: oksigen digunakan untuk mengoksidakan glukosa secara LENGKAP. Tenaga digunakan untuk menghasilkan ATP (ADP + fosfat → ATP). Apabila ikatan fosfat ATP diputuskan (ATP → ADP + fosfat), tenaga terbebas untuk aktiviti sel.

Persamaan perkataan: Glukosa + Oksigen → Karbon dioksida + Air + Tenaga (2898 kJ)

Fermentasi Alkohol

Berlaku dalam YIS dan TUMBUHAN (contoh padi). Pada yis: etanol digunakan dalam pembuatan bir/wain; CO2 yang dibebaskan menaikkan adunan roti. Pada tumbuhan (padi di kawasan berair kurang oksigen): etanol yang terhasil toksik kepada kebanyakan tumbuhan, tetapi padi mempunyai toleransi tinggi dan menghasilkan banyak enzim alkohol dehidrogenase untuk menguraikan etanol kepada CO2 yang tidak toksik.

Glukosa → Etanol + Karbon dioksida + Tenaga (210 kJ)

Fermentasi Asid Laktik

Berlaku dalam SEL OTOT MANUSIA semasa aktiviti cergas (apabila penggunaan oksigen melebihi bekalan oleh sistem peredaran darah — "hutang oksigen") dan dalam bakteria LACTOBACILLUS (menukarkan laktosa susu kepada asid laktik, menggumpalkan kasein menjadi dadih/yogurt — punca rasa masam). Asid laktik terkumpul dalam otot menyebabkan kelesuan dan kekejangan. Selepas aktiviti berhenti, pengambilan oksigen berlebihan mengoksidakan asid laktik kepada CO2, air dan tenaga ("hutang oksigen dibayar").

Glukosa → Asid laktik + Tenaga (150 kJ)

Perbandingan Respirasi Aerob dengan Fermentasi

Persamaan: kedua-dua proses menguraikan glukosa dan menghasilkan tenaga kimia (ATP), bermula dengan glikolisis (glukosa→piruvat) dalam sitoplasma. Perbezaan: Aerob — penguraian LENGKAP dengan oksigen, berlaku dalam sitoplasma DAN mitokondrion, menghasilkan AIR, hasilkan tenaga JAUH LEBIH BANYAK (2898 kJ). Fermentasi — penguraian TIDAK LENGKAP tanpa/kurang oksigen, hanya dalam sitoplasma, TIDAK menghasilkan air, hasilkan tenaga jauh lebih SEDIKIT (210/150 kJ).

Aerob: 1 glukosa = 2898 kJ; Fermentasi alkohol = 210 kJ; Fermentasi asid laktik = 150 kJ

Contoh soalan

Seorang pelari pecut 100 meter biasanya menahan nafas semasa berlari. Selepas berlari, dia memerlukan oksigen untuk menyingkirkan asid laktik yang terkumpul. Terangkan mengapa fenomena ini berlaku.

• Semasa larian pecut yang sangat cergas, kadar penggunaan oksigen oleh sel otot melebihi kadar bekalan oksigen oleh sistem peredaran darah.
• Otot mengalami kekurangan oksigen (hutang oksigen), menyebabkan sel otot menjalankan fermentasi asid laktik untuk terus menghasilkan tenaga walaupun tanpa oksigen mencukupi.
• Glukosa diuraikan secara tidak lengkap kepada asid laktik dan tenaga, dan asid laktik terkumpul dalam otot.
• Selepas larian, oksigen tambahan diambil untuk mengoksidakan asid laktik yang terkumpul kepada karbon dioksida, air dan tenaga — proses ini dikenali sebagai membayar hutang oksigen.

Contoh soalan

Pokok padi yang ditanam di kawasan berair (kurang oksigen) menjalankan fermentasi alkohol. Nyatakan jenis fermentasi ini dan tuliskan persamaan perkataannya.

• Jenis fermentasi: fermentasi alkohol.
• Persamaan perkataan: Glukosa → Etanol + Karbon dioksida + Tenaga.
• Pokok padi mempunyai toleransi tinggi terhadap etanol berbanding tumbuhan lain kerana ia menghasilkan banyak enzim alkohol dehidrogenase yang menguraikan etanol kepada karbon dioksida yang tidak toksik.

Contoh soalan

Bandingkan respirasi aerob dengan fermentasi dari segi kehadiran oksigen, lokasi proses, hasil akhir dan jumlah tenaga yang dibebaskan.

• Kehadiran oksigen: respirasi aerob memerlukan kehadiran oksigen; fermentasi berlaku dalam keadaan oksigen terhad atau tanpa oksigen.
• Lokasi: respirasi aerob berlaku dalam sitoplasma (glikolisis) DAN mitokondrion (pengoksidaan piruvat); fermentasi hanya berlaku dalam sitoplasma.
• Hasil akhir: respirasi aerob menghasilkan karbon dioksida dan AIR; fermentasi tidak menghasilkan air — menghasilkan etanol+CO2 (fermentasi alkohol) atau asid laktik (fermentasi asid laktik).
• Tenaga: respirasi aerob membebaskan 2898 kJ bagi setiap molekul glukosa (penguraian lengkap); fermentasi hanya membebaskan 210 kJ (alkohol) atau 150 kJ (asid laktik) kerana penguraian glukosa tidak lengkap.