Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 7: Respirasi Sel
RINGKASAN
Ringkasan Komprehensif (Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 7: Respirasi Sel)
Respirasi sel ialah proses metabolik asas di mana organisma hidup menguraikan molekul organik untuk menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk semua aktiviti sel. Proses ini terbahagi kepada katabolisme, yang membebaskan tenaga, dan anabolisme, yang menggunakan tenaga.
Substrat Utama dan Jenis Respirasi: Substrat utama untuk respirasi sel ialah glukosa. Tenaga kimia yang tersimpan dalam glukosa dibebaskan untuk kegunaan sel. Manusia dan haiwan memperoleh glukosa daripada pencernaan karbohidrat, manakala tumbuhan menghasilkannya melalui fotosintesis.
Terdapat dua jenis utama respirasi sel:
1. Respirasi Aerob: Berlaku dengan kehadiran oksigen.
2. Respirasi Anaerob: Berlaku tanpa kehadiran oksigen.
Selain itu, fermentasi ialah laluan alternatif untuk penghasilan tenaga apabila bekalan oksigen terhad atau tiada, di mana penguraian glukosa berlaku secara tidak lengkap.
Respirasi Aerob
Respirasi aerob adalah proses penguraian glukosa yang lengkap dengan kehadiran oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan sejumlah besar tenaga.
Peringkat-peringkat Respirasi Aerob:
1. Glikolisis: Peringkat pertama ini berlaku di dalam sitoplasma. Satu molekul glukosa diuraikan oleh enzim menjadi dua molekul piruvat.
2. Pengoksidaan Piruvat: Peringkat kedua berlaku di dalam mitokondrion. Piruvat yang terhasil daripada glikolisis dioksidakan melalui satu siri tindak balas untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan tenaga.
Penghasilan Tenaga (ATP): Sebahagian besar tenaga yang dibebaskan digunakan untuk menghasilkan adenosina trifosfat (ATP) daripada adenosina difosfat (ADP) dan fosfat. ATP menyimpan tenaga dalam ikatan fosfatnya yang lemah. Apabila ikatan ini diputuskan, tenaga dibebaskan untuk kegunaan sel.
Persamaan Perkataan: Glukosa + Oksigen → Karbon dioksida + Air + Tenaga (2898 kJ)
Fermentasi
Fermentasi ialah proses penguraian glukosa yang tidak lengkap dalam keadaan tanpa oksigen atau oksigen terhad. Proses ini bermula dengan glikolisis, sama seperti respirasi aerob, tetapi laluan metaboliknya berbeza selepas penghasilan piruvat.
Terdapat dua jenis fermentasi utama:
1. Fermentasi Asid Laktik Proses ini menguraikan glukosa kepada asid laktik dan tenaga.
• Dalam Sel Otot Manusia: Semasa aktiviti cergas, kadar penggunaan oksigen melebihi kadar bekalan. Otot mengalami kekurangan oksigen (hutang oksigen) dan menjalankan fermentasi. Pengumpulan asid laktik menyebabkan kelesuan dan kekejangan otot. Selepas aktiviti berhenti, pengambilan oksigen berlebihan akan mengoksidakan asid laktik, dan hutang oksigen dibayar.
• Dalam Bakteria Lactobacillus: Bakteria ini menukarkan laktosa (gula susu) kepada asid laktik. Asid laktik ini akan menggumpalkan kasein (protein susu) untuk menghasilkan dadih atau yogurt, dan memberikannya rasa masam.
Persamaan Perkataan: Glukosa → Asid laktik + Tenaga (150 kJ)
2. Fermentasi Alkohol Proses ini menguraikan glukosa secara tidak lengkap kepada etanol, karbon dioksida, dan tenaga.
• Dalam Yis: Digunakan dalam pembuatan roti, di mana karbon dioksida yang terbebas menaikkan adunan. Ia juga digunakan dalam pembuatan bir dan wain untuk menghasilkan etanol.
• Dalam Tumbuhan (Contoh: Padi): Pokok padi yang tumbuh di kawasan berair (kekurangan oksigen) boleh menjalankan fermentasi alkohol. Sel padi mempunyai toleransi yang tinggi terhadap etanol kerana ia menghasilkan enzim alkohol dehidrogenase yang boleh menguraikan etanol kepada karbon dioksida yang tidak toksik.
Persamaan Perkataan: Glukosa → Etanol + Karbon dioksida + Tenaga (210 kJ)
Perbandingan Respirasi Aerob dan Fermentasi
| Ciri | Respirasi Aerob | Fermentasi |
| Keperluan Oksigen | Memerlukan oksigen. | Berlaku tanpa oksigen atau dalam keadaan oksigen terhad. |
| Lokasi | Sitoplasma dan mitokondrion. | Sitoplasma sahaja. |
| Penguraian Glukosa | Penguraian lengkap. | Penguraian tidak lengkap. |
| Hasil Akhir | Karbon dioksida, air, dan tenaga. | Alkohol: Etanol, karbon dioksida, tenaga.<br>Asid Laktik: Asid laktik, tenaga. |
| Penghasilan Air | Menghasilkan air. | Tidak menghasilkan air. |
| Jumlah Tenaga (ATP) | Menghasilkan jumlah yang besar (2898 kJ per molekul glukosa). | Menghasilkan jumlah yang kecil (150 kJ – 210 kJ per molekul glukosa). |
Persamaan:
• Kedua-duanya bermula dengan proses glikolisis di sitoplasma.
• Kedua-duanya menukarkan glukosa kepada piruvat pada peringkat awal.
• Kedua-duanya menghasilkan tenaga kimia dalam bentuk ATP.
• Boleh berlaku dalam yis, bakteria, haiwan, dan tumbuhan.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Adenosina difosfat (ADP) | Molekul yang menerima kumpulan fosfat tak organik untuk membentuk ATP dengan menggunakan tenaga. |
| Adenosina trifosfat (ATP) | Molekul yang menyimpan dan membekalkan tenaga untuk aktiviti sel. Terhasil daripada penambahan fosfat kepada ADP. |
| Anabolisme | Proses metabolisme yang menggunakan tenaga untuk membina molekul kompleks, contohnya pembentukan protein. |
| Etanol | Sejenis alkohol yang dihasilkan semasa fermentasi alkohol. Digunakan dalam pembuatan bir dan wain. |
| Fermentasi | Proses penguraian glukosa secara tidak lengkap dalam keadaan oksigen terhad atau tanpa oksigen. |
| Fermentasi alkohol | Sejenis fermentasi yang menguraikan glukosa kepada etanol, karbon dioksida, dan tenaga. |
| Fermentasi asid laktik | Sejenis fermentasi yang menguraikan glukosa kepada asid laktik dan tenaga. |
| Glikolisis | Peringkat pertama respirasi sel di mana glukosa diuraikan menjadi dua molekul piruvat. Berlaku di sitoplasma. |
| Glukosa | Substrat utama bagi respirasi sel untuk penghasilan tenaga. |
| Hutang oksigen | Keadaan kekurangan oksigen dalam otot apabila kadar penggunaan oksigen melebihi kadar bekalan semasa aktiviti cergas. |
| Katabolisme | Proses metabolisme yang membebaskan tenaga melalui penguraian molekul. |
| Kekejangan otot | Kesakitan otot yang disebabkan oleh pengumpulan asid laktik pada kepekatan yang tinggi. |
| Lactobacillus | Genus bakteria yang menjalankan fermentasi susu (laktosa) kepada asid laktik untuk menghasilkan dadih. |
| Metabolisme | Semua tindak balas kimia yang berlaku dalam organisma hidup, terdiri daripada anabolisme dan katabolisme. |
| Mitokondrion | Organel sel di mana peringkat kedua respirasi aerob (pengoksidaan piruvat) berlaku. |
| Piruvat | Molekul yang terhasil daripada penguraian glukosa semasa proses glikolisis. |
| Respirasi aerob | Proses penguraian glukosa secara lengkap dalam kehadiran oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan tenaga. |
| Respirasi anaerob | Proses respirasi yang berlaku tanpa kehadiran oksigen. |
| Respirasi sel | Proses pengoksidaan molekul organik (seperti glukosa) untuk membebaskan tenaga bagi keperluan sel hidup. |
| Sitoplasma | Bahagian dalam sel di mana proses glikolisis dan fermentasi berlaku. |
| Yis | Mikroorganisma yang menjalankan fermentasi alkohol untuk menghasilkan etanol dan karbon dioksida. |
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan KBAT dan Jawapan
Soalan 1: Jelaskan mengapa seorang atlet lazimnya berasa kurang lesu berbanding individu biasa apabila kedua-duanya melakukan larian cergas untuk tempoh yang sama.
Jawapan: Seorang atlet yang menjalani latihan intensif mempunyai bilangan mitokondrion yang lebih banyak dalam sel ototnya. Ini membolehkan kadar respirasi aerob yang lebih tinggi berlaku, membekalkan lebih banyak tenaga. Sistem peredaran darah atlet juga lebih cekap dalam membekalkan oksigen ke otot. Ini melambatkan proses fermentasi asid laktik dan mengurangkan pengumpulan asid laktik yang menyebabkan kelesuan otot. Tubuh mereka juga mempunyai toleransi yang lebih tinggi terhadap asid laktik.
Soalan 2: Seorang pelari pecut 100 meter biasanya menahan nafas semasa berlari. Terangkan proses respirasi sel yang berlaku di dalam ototnya dan mengapa dia tercungap-cungap selepas menamatkan larian.
Jawapan: Apabila pelari pecut menahan nafas, bekalan oksigen ke sel otot menjadi sangat terhad. Untuk mendapatkan tenaga segera, sel ototnya menjalankan fermentasi asid laktik. Proses ini menghasilkan tenaga dengan cepat tetapi juga mengakibatkan pengumpulan asid laktik dan mewujudkan hutang oksigen. Selepas larian, dia perlu tercungap-cungap untuk mengambil oksigen tambahan bagi mengoksidakan asid laktik yang terkumpul kepada karbon dioksida, air, dan tenaga, iaitu untuk “membayar” hutang oksigen.
Soalan 3: Mikroorganisma seperti bakteria memainkan peranan penting dalam penghasilan dadih. Terangkan mengapa dadih akan menjadi rosak jika tidak disimpan di dalam peti sejuk.
Jawapan: Dadih dihasilkan oleh tindakan bakteria Lactobacillus yang menukarkan laktosa kepada asid laktik. Jika dadih tidak disimpan di dalam peti sejuk, suhu yang lebih tinggi akan membenarkan bakteria (termasuk bakteria yang tidak diingini) untuk terus aktif dan membiak dengan cepat. Aktiviti metabolik berterusan ini akan menghasilkan lebih banyak asid dan bahan sampingan lain yang akan mengubah rasa, tekstur, dan bau dadih, menyebabkannya menjadi rosak.
Soalan 4: Mengapakah respirasi aerob lebih sesuai bagi yis berbanding fermentasi untuk kemandirian jangka panjang?
Jawapan: Respirasi aerob menguraikan glukosa secara lengkap dan menghasilkan jumlah tenaga yang jauh lebih besar (2898 kJ) berbanding fermentasi alkohol (210 kJ). Tenaga yang lebih banyak ini membolehkan yis menjalankan semua proses hidup seperti pertumbuhan dan pembiakan dengan lebih cekap. Walaupun fermentasi membolehkan yis hidup tanpa oksigen, penghasilan tenaga yang rendah tidak mencukupi untuk menampung keperluan tenaga jangka panjang.
Soalan 5: Seorang murid cuba membuat roti menggunakan yis kering tetapi adunannya tidak naik. Apakah kemungkinan punca masalah ini dan cadangkan cara untuk menyelesaikannya.
Jawapan: Kemungkinan puncanya ialah yis tidak diaktifkan. Yis kering berada dalam keadaan dorman. Untuk mengaktifkannya, ia perlu dicampurkan dengan air suam dan sedikit gula (glukosa sebagai substrat). Suhu yang terlalu sejuk akan melambatkan tindak balas, manakala suhu yang terlalu panas akan membunuh yis. Murid tersebut perlu memastikan dia menggunakan air suam (bukan air panas atau sejuk) dan sedikit gula untuk mengaktifkan yis sebelum mencampurkannya dengan tepung. Ini akan memulakan proses fermentasi alkohol, yang akan membebaskan karbon dioksida untuk menaikkan adunan.