Biologi notesnota, bab 7

Respirasi Sel

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), pageshalaman 112-124

What this chapter coversMatlamat bab ini

Saya boleh mewajarkan keperluan tenaga dalam proses metabolisme (7.1.1)
Saya boleh mengenal pasti glukosa sebagai substrat utama dalam penghasilan tenaga (7.1.2)
Saya boleh menyenaraikan jenis respirasi sel, iaitu respirasi aerob, respirasi anaerob dan fermentasi (7.1.3)
Saya boleh mengkonsepsikan penghasilan tenaga daripada glukosa semasa respirasi aerob dalam sel (7.2.1)
Saya boleh menulis persamaan perkataan bagi respirasi aerob dalam sel (7.2.2)
Saya boleh mengeksperimen untuk mengkaji respirasi aerob menggunakan respirometer (7.2.3)
Saya boleh menyatakan faktor yang menyebabkan fermentasi berlaku dalam sel (7.3.1)
Saya boleh menjelaskan dengan contoh penghasilan tenaga semasa fermentasi dalam sel otot manusia, Lactobacillus, yis dan tumbuhan seperti padi (7.3.2)
Saya boleh menulis dan menerangkan persamaan perkataan bagi fermentasi asid laktik dan fermentasi alkohol (7.3.3)
Saya boleh mengeksperimen untuk mengkaji fermentasi yis (7.3.4)
Saya boleh membanding dan membezakan respirasi aerob dengan fermentasi (7.3.5)

7.1Penghasilan tenaga melalui respirasi sel

Respirasi sel ialah proses pengoksidaan molekul organik melalui beberapa peringkat bagi membebaskan tenaga untuk aktiviti semua sel hidup.

Keperluan tenaga dalam metabolisme

Metabolisme mempunyai dua jenis tindak balas. Katabolisme menguraikan molekul dan membebaskan tenaga. Anabolisme membina molekul dan menggunakan tenaga. Tanpa tenaga, anabolisme seperti pembentukan protein, bahan asas otot, tidak akan berlaku. Tenaga juga diperlukan untuk aktiviti sel yang lain, misalnya pertumbuhan, pembahagian sel, pengangkutan aktif dan pengecutan otot.

Substrat utama

Substrat utama bagi respirasi sel ialah glukosa. Tenaga kimia dalam glukosa dibebaskan untuk menghasilkan tenaga yang diperlukan oleh sel.

Organisma	Cara memperoleh glukosa
Manusia dan haiwan	Pencernaan karbohidrat daripada makanan yang dimakan
Tumbuhan hijau	Fotosintesis: tenaga cahaya diperangkap oleh klorofil

Jenis respirasi sel

Respirasi aerob: berlaku dalam kehadiran oksigen.
Respirasi anaerob: berlaku tanpa kehadiran oksigen.
Fermentasi: laluan alternatif untuk mendapatkan tenaga; glukosa tidak diuraikan dengan lengkap apabila oksigen terhad atau tiada.

Bab ini menekankan respirasi aerob dan fermentasi sahaja.

Namakan substrat utama dalam penghasilan tenaga dan nyatakan bagaimana tumbuhan hijau memperolehnya.

Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan

Glukosa. Tumbuhan hijau menghasilkannya melalui fotosintesis, dengan klorofil memerangkap tenaga cahaya.

7.2Respirasi aerob

Respirasi aerob ialah proses penguraian glukosa dalam kehadiran oksigen untuk menghasilkan tenaga kimia. Oksigen mengoksidakan glukosa kepada karbon dioksida, air dan tenaga.

Peringkat	Tempat	Apa yang berlaku
Glikolisis	Sitoplasma	Enzim menguraikan satu molekul glukosa kepada dua molekul piruvat
Pengoksidaan piruvat	Mitokondrion	Piruvat dioksidakan melalui satu siri tindak balas kepada karbon dioksida, air dan tenaga

Sebahagian besar tenaga digunakan untuk menghasilkan adenosina trifosfat (ATP). ATP terhasil apabila kumpulan fosfat tak organik ditambahkan kepada adenosina difosfat (ADP). ATP mempunyai ikatan fosfat yang lemah; apabila ikatan itu diputuskan, tenaga yang terbebas dibekalkan kepada sel untuk aktiviti harian.

Persamaan

ADP + fosfat + tenaga → ATP
ATP → ADP + fosfat + tenaga
Glukosa + oksigen → karbon dioksida + air + tenaga (2898 kJ)

Glikolisis berlaku dalam sitoplasma dan tidak memerlukan mitokondrion. Hanya pengoksidaan piruvat berlaku dalam mitokondrion. Jangan tertukar tempat kedua-dua peringkat ini.

Atlet yang menjalani latihan intensif mempunyai lebih banyak mitokondrion dalam sel ototnya, maka lebih banyak tenaga dihasilkan melalui respirasi aerob (soalan Fikirkan! buku teks, m.s. 115).

Aktiviti 7.1: respirasi aerob dengan respirometer

Dua tabung didih dalam kukus air; tabung A mengandungi lipas di atas kasa dawai dan kapur soda, tabung B hanya kapur soda; setiap satu disambung ke tiub kapilari yang tercelup dalam cecair berwarna — Susunan radas untuk mengkaji respirasi aerob (respirometer).

Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 116.

Hipotesis: organisma hidup menggunakan oksigen dan membebaskan karbon dioksida semasa respirasi aerob.
Pemboleh ubah: dimanipulasikan, kehadiran organisma hidup; bergerak balas, peningkatan aras cecair berwarna; dimalarkan, aras awal cecair berwarna.
Kapur soda menyerap karbon dioksida yang dibebaskan, jadi isi padu gas berkurang hanya kerana oksigen digunakan. Aras cecair berwarna dalam tiub kapilari A naik.
Tabung didih B tanpa organisma ialah kawalan; aras cecair tidak berubah.
Semua sambungan disapu jeli petroleum supaya radas kedap udara; kukus air mengekalkan suhu.
Kesimpulan: hipotesis diterima, organisma hidup menggunakan oksigen dalam respirasi aerob.

Apakah yang akan berlaku pada aras cecair berwarna jika kapur soda tidak diletakkan dalam tabung A?

Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan

Aras tidak naik dengan jelas. Karbon dioksida yang dibebaskan menggantikan oksigen yang digunakan, maka isi padu dan tekanan gas hampir tidak berubah.

7.3Fermentasi

Fermentasi ialah proses penguraian glukosa yang tidak lengkap dalam keadaan oksigen terhad atau tanpa oksigen. Fermentasi bermula dengan glikolisis; selepas itu piruvat menjalani sama ada fermentasi alkohol atau fermentasi asid laktik.

Faktor yang menyebabkan fermentasi: keadaan oksigen terhad atau tiada oksigen dalam sel.

Jenis	Persamaan perkataan	Berlaku dalam
Fermentasi alkohol	Glukosa → etanol + karbon dioksida + tenaga (210 kJ)	Yis; pokok padi
Fermentasi asid laktik	Glukosa → asid laktik + tenaga	Lactobacillus; sel otot manusia

Contoh fermentasi

Yis: etanol digunakan dalam pembuatan bir dan wain; karbon dioksida menaikkan adunan roti.
Pokok padi: tumbuh di kawasan berair yang kekurangan oksigen dan menjalankan fermentasi alkohol. Etanol toksik kepada kebanyakan tumbuhan, tetapi sel padi bertoleransi tinggi kerana menghasilkan banyak enzim alkohol dehidrogenase yang menguraikan etanol kepada karbon dioksida yang tidak toksik.
Lactobacillus: menukarkan laktosa (gula susu) kepada asid laktik. Asid laktik menggumpalkan kasein (protein susu) menjadi dadih atau yogurt dan menyebabkan rasa masamnya.
Sel otot manusia: semasa aktiviti cergas, kadar penggunaan oksigen melebihi kadar yang dibekalkan oleh sistem peredaran darah. Otot mengalami kekurangan oksigen atau hutang oksigen. Setiap molekul glukosa hanya menghasilkan dua molekul ATP atau 150 kJ. Asid laktik yang terkumpul menyebabkan kelesuan dan kekejangan otot. Selepas aktiviti berhenti, pengambilan oksigen berlebihan mengoksidakan asid laktik kepada karbon dioksida, air dan tenaga; apabila semua asid laktik disingkirkan, hutang oksigen telah dibayar.

Graf pengambilan oksigen melawan masa: kawasan merah semasa senaman ialah kekurangan oksigen, kawasan biru semasa pemulihan ialah hutang oksigen dibayar — Rajah 7.1: kekurangan oksigen dan hutang oksigen dibayar.

Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 119.

Fermentasi alkohol membebaskan karbon dioksida (menaikkan adunan); fermentasi asid laktik tidak menghasilkan gas.

Aktiviti 7.3: fermentasi yis

Tabung didih A: larutan glukosa 5% terdidih (sudah sejuk) + ampaian yis 5%. Tabung B: larutan glukosa sahaja (kawalan). Kedua-duanya ditutup dengan minyak parafin untuk mengekalkan keadaan anaerob, dan tiub penghantar dicelup ke dalam air kapur.
Larutan glukosa didihkan dahulu untuk menyingkirkan oksigen terlarut dan mematikan mikroorganisma lain supaya hanya yis yang bertindak.
Keputusan dalam A: suhu naik (tenaga dibebaskan), air kapur menjadi keruh (karbon dioksida) dan larutan berbau etanol. Tiada perubahan dalam B. Hipotesis diterima.

Perbandingan respirasi aerob dengan fermentasi

Persamaan: kedua-duanya menguraikan glukosa dan menukarkannya kepada tenaga kimia dalam bentuk ATP; bermula dengan glikolisis di sitoplasma apabila glukosa ditukarkan kepada piruvat; berlaku dalam yis, bakteria, haiwan dan tumbuhan.

Aspek	Respirasi aerob	Fermentasi
Oksigen	Ada	Terhad atau tiada
Penguraian glukosa	Lengkap	Tidak lengkap
Tempat	Sitoplasma dan mitokondrion	Sitoplasma
Hasil	Karbon dioksida dan air	Etanol dan karbon dioksida, atau asid laktik
Air	Dihasilkan	Tidak dihasilkan
Tenaga bagi satu molekul glukosa	2898 kJ	210 kJ (alkohol) atau 150 kJ (asid laktik)

Contoh pengiraan

Berapa kali ganda tenaga respirasi aerob berbanding fermentasi alkohol? 2898 ÷ 210 = 13.8 kali. Berbanding fermentasi asid laktik: 2898 ÷ 150 = 19.3 kali.

Fermentasi bukan "tiada tenaga": ATP tetap dihasilkan, tetapi jauh lebih sedikit daripada respirasi aerob.

Mengapakah otot pelari pecut menghasilkan kurang tenaga daripada otot pelari jarak jauh bagi glukosa yang sama?

Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan

Otot pelari pecut menjalankan fermentasi asid laktik (150 kJ bagi satu molekul glukosa) kerana kekurangan oksigen, manakala respirasi aerob mengoksidakan glukosa dengan lengkap (2898 kJ).