Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler. Siklus Krebs adalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.

Pertama-tama, asetil ko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat. Setelah “mengantar” asetil masuk ke dalam siklus Krebs, ko-A memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat. Lalu, asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi NADH, dan melepaskan satu molekul CO2 dan membentuk asam a-ketoglutarat(baca: asam alpha ketoglutarat). Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO2, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan tambahan satu ko-A dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinil ko-A, molekul ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan ko-A dan perubahan suksinil ko-A menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik menjadi satu molekul ATP. Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi dan melepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2, dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asam fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat, karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malat mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima oleh NAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil ko-A dan kembali menjalani siklus Krebs.

Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron.

Transpor Elektron

Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksiglikolisisdekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.

Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.

Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH dan FADH2sebanyak 10 dan 2 molekul. Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.

Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP. Ditambah dari hasil glikolisis dan siklus Krebs, maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul glukosa. Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.

Metabolisme adalah semua reaksi kimiawi yang dilakukan oleh sel yang menghasilkan energi maupun yang menggunakan energi untuk sintesis komponen-komponen sel dan untuk kegiatan-kegiatan selular, seperti pergerakan. Reaksi kimiawi yang membebaskan energi melalui perombakan nutrien disebut reaksi disimilasi atau penguraian. jadi dapat dikatakan bahwa prombakan nutrien dapat pula disebut sebagai kegiatan katabolik sel. Sedangkan reaksi kimiawi yang menggunakan energi untuk sintesis dan fungsi-fungsi sel disebut reaksi asimilasi atau anabolik. Bila sel merombak ikatan-ikatan kimiawi tertentu selama metabolisme, energi yang dilepaskan menjadi tersedia untuk melangsungkan kerja biologis. Selama masa hidup sel, kerja ini bersifat ekstensif dan beragam. Mikroorganisme heterotrofik nonfotosintesik memperoleh energinya dari oksidasi (pelepasan elektron atau atom hidrogen) yang melibatkan senyawa-senyawa anorganik (Pelezer 2006).

Cara Bakteri Memperoleh Energi Melalui proses Oksidasi-reduksi. Oksidasi adalah proses pelepasan elektron sedangkan reduksi adalah proses penangkapan elektron. Karena elektron tidak dapat berada dalam bentuk bebas, maka setiap reaksi oksidasi selalu diiringi oleh reaksi reduksi. Hasil dari reaksi oksidasi yaitu terbentuknya energi. Umumnya reaksi oksidasi secara biologi dikatalisis oleh enzim dehidrogenase. Enzim tersebut mentransfer elektron dan proton yang dibebaskan kepada aseptor elektron intermedier seperti NAD+ dan NADP+ untuk dibentuk menjadi NADH dan NADPH. Fosforilasi oksidatif terjadi pada saat elektron yang mengandung energi tinggi tersebut ditransfer ke dalam serangkain transpor elektron sampai akhirnya ditangkap oleh oksigen atau oksidan anorganik lainnya sehingga oksigen akan tereduksi menjadi H2O.

Berikut adalah tahapan proses Fosforilasi Oksidatif :

  1. Transfer elektron menuju oksigen melalui berbagai caier seperti flavoprotein,quinon maupun citekrom.
  2. Adanya transfer elektron ini mengakibatkan aliran proton (H+) dari sitoplasma ke luar sel. Jadi arah aliran adalah dari dalam ke luar. Hal ini akan menimbulkan peredaan konsentrasi proton atau dikenal dengan gradien pH.
  3. Umumnya pH 7.5, Gradien pH terjadi jika pH di luar sel lebih kecil dari 7.5. Selanjutnya gradien pH bersama dengan potensial membentukprotonmotive force. Kekuatan (protonmotive force) akan menarik proton dari luar sel kembali ke dalam sel. Bersamaan dengan masuknya kembali proton akan terbentuk energi yang digunakan untuk berbagai aktifitas sel.
  4. Para membran terdapat enzim spesifik disebut dengan ATPase. Energi
    yang disebabkan pada saat masuknya kembali proton akan digunakan oleh ATPase untuk forforilasi ADP menjadi ATP. Energi ini disimpan dalam bentuk ikatan fosfat yang selanjutnya dapat digunakan untuk aktifitas sel.

Reaksinya adalah: Adenosin -P ~ P + Pi. ……energi…… Adenosin- P~ P~ P

Ada dua macam energi yang digunakan oleh makhluk hidup yaitu :

  1. Sinar matahari. Organisme ini disebut organisme fotosintesis atau dikenal dengan organisme fototrofik.
  2. Oksidasi senyawa kimia. Organisme ini disebut dengan organisme kemosintesis kemotrofik atau autotrofik.

Fotosintesis ada dua macam :

  1. Fotosintesis tipe Cynobacteria. Fotosintesis tipe ini sama dengan fotosintesis yang terjadi pada tanaman tingkat tinggi dengan keseluruhan reaksi adalah :

CO2 + 2H2O ……sinar matahari…… H2O + [ CH2O ]n + O2 klorofil

Pada sistem fotosintesis ini terdapat 2 fotosistem yaitu fotosistem (PS) I dan II. Aliran elektron dari PS II ke PS I akan mengubah NADP+ menjadi NADPH. Aliran elektron disebut noncyelic phosphorilation.

  1. Fotosintesis tipe Noncyanobacteria. Kelompok bakteri ini tidak memiliki fotosistem II untuk memfotolisis H2O. Dengan demikian bakteri ini tidak pernah menggunakan air sebagai reduktan sehingga oksigen tidak pernah dihasilkan dari fotosintesis. Fotosintesis yang demikian berlangsung dalam keadaan anaerob, sehingga dikenal dengan fotosintesis anaerob. Jadi organisme ini memerlukan suplai senyawa organik sebagai donor hidrogennya Persamaan reaksi secara umum adalah:

Sinar matahari CO2 +2H2A → H2O + [CH2O]n + 2A klorofil

Respirasi didefenisikan sebagai penggunaan serangkaian transfor elektron untuk mentransfer elektron menuju aseptor elektron terakhir. Energi diperoleh melalui fosporilasi oksidatif tetapi dalam prosesnya bisa menggunakan oksigen sebagai aseptor elektron terakhir (respirasi aerob) atau senyawa anorganik lain (resfirasi anaerob).

Respirasi Aerob, banyak organisme mampu menggunakan oksigen sebagai aseptor elektron terakhir. Dalam hal ini tidak diperlukan reduksi senyawaintermediator seperti dalam fermentasi. Hasilnya senyawa-senyawa intermediet tersebut dapat dioksidasi sempurna menjadi karbon dioksida dan air. Ini merupakan keuntungan yang sangat besar bagi organisme karena jumlah energi yang dihasilkan dari oksidasi sempurna satu molekul glukosa jauh lebih besar bila dibandingkan melalui fermentasi. Hal ini disebabkan rangka aliran elektron dari NADH ke O2 melalui serangkaian karir Cytocrom menghasilkan 3 ATP. Energi tersebut, bersama dengan energi yang diperoleh dari oksidasi piruvat menjadi asetil COA menghasilkan 36 ATP yang dihasilkan dari metabolisme glukosa menjadi CO2 dan H2O.

Perbandingan antara dua ATP yang dibentuk dari satu molekul glukosa melalui fermentasi alkohol atau asam laktat, maka metabolisme aerob jauh lebih efesien dibanding dengan permentasi. Hal ini dipenuhi melalui proses degradasi disebut tricarboxylic Acid Cycle (TCA Cycle) atau dikenal dengan siklus asam sitrat maupun siklus Krebs. Setiap kali oksalo asetat bergabung dengan asetil COA yang berasal dari Piruvat masuk ke dalam siklus akan membentuk senyawa 6 karbon yang dikenal dengan asan sitrat sehingga dinamakan siklus asam sitrat. Dalam setiap putaran menghasilkan serangkaian oksidasi menyebabkan terjadinya reduksi NAD atau FAD dan membebaskan 2 molekul CO2. Jadi senyawa 6 karbon asam sitrat kembali ke bentuk semula yaitu senyawa 4 karbon oksalo asetat yang siap bergabung kembali dengan asetat / astil COA. Akhirnya semua senyawa NADH dan FADH mengalami posforilasi oksidatif dengan melepaskan elektron melalui serangkain cyticrom ke oksigen menghasilkan air dan 3 molekul ATP untuk setiap pasang elektron dari NADH.

Respirasi Anaerob, disamping metabolisma aerob, dan fermentasi terdapat metabolisma lain yang pada umumnya bersifat anaerob. Akan tetapi mikroorganisme tersebut tidak melakukan fermentasi. Bakteri tersebut menggunakan senyawa anorganik sebagai aseptor elektron terakhirnya. Organisme tersebut dapat dibagai dalam 3 kelompok yaitu : reduser sulfat, reduser nitrat dan bakteri metan. Pada metabolisme anaerob, elektron yang dibebaskan melalui reaksi oksidasi ditransfer melalui serangkaian transfer elektron dan energi dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif. Letak perbedaan antara resfirasi aerob dan anaerob yaitu respiriasi anaerob yang berperan sebagai aseptor elektron terkahir adalah senyawa anorganik, bukan oksigen (Dwidjo 1988).

Hasil Uji Biokimia

  1. Hidrolisis pati : ( + ), karena terdapat zona bening setelah ditambah lugols Iodin.
  2. Uji Methyl Red : ( + ) , karena warna tetap merah setelah ditambah methyl red.
  3. Uji Sitrat : ( – ), karena tetap berwarna hijau.
  4. Uji TSIA : ( + ) , karena media naik kepermukaan.
  5. Uji Karbohidrat : manitol ( – ), karena tidak ada gelembung dalam tabung durham hanya terjadi kekeruhan. Dexstrosa (+), karena terdapat gelembung di dalam tabung durham dan terjadi kekeruhan. Sukrosa ( – ), karena tidak terdapat gelembung udara dalam tabung durham.
  6. Uji motilitas : ( + ) , karena terjadi motility ( pergerakan bakteri ).
  7. Uji Katalase : ( + ) , karena terdapat gelembung saat diamati dengan mikroskop.