Pada hakikatnya, respirasi adalah pemanfaatan energi bebas dalam
makanan menjadi energi bebas yang ditimbun dalam bentuk ATP. Dalam sel,
ATP digunakan sebagai sumber energi bagi seluruh aktivitas hidup yang
memerlukan energi. Menurut Campbell
et al. (2002), aktivitas
hidup yang memerlukan energi antara lain, kerja mekanis (kontraktil dan
motilitas), transpor aktif (mengangkut molekul zat atau ion yang melawan
gradien konsentrasi zat), produksi panas (bagi tubuh burung dan hewan
menyusui). Namun, selain ketiga tujuan tersebut, energi dibutuhkan oleh
tubuh untuk transfer materi genetik dan metabolisme sendiri.
Respirasi merupakan fungsi kumulatif dari tiga tahapan metabolik
yaitu glikolisis, siklus krebs, rantai transport electron dan
fosforilasi oksidatif (lihat gambar). Dua tahapan yang pertama, glikolisis
dan siklus krebs merupakan jalur katabolic yang menguraikan glukosa dan
bahan bakar organik lainnya.
Gambaran umum respirasi seluler pada eukarioti. Sumber: Pearson education inc.
Gambar di atas menunjukkan bahwa glikolisis terjadi dalam sitosol dan
mengawali perombakan dengan pemecahan glukosa menjadi dua molekul
senyawa piruvat. Siklus krebs terjadi dalam mitokondria dengan
menguraikan turunan piruvat menjadi karbodioksida. Dengan demikian,
karbondioksida yang dihasilkan respirasi dan biasanya dikeluarkan oleh
organisme ke udara merupakan fragmen dari molekul organik yang
teroksidasi. Sebagian tahap glikolisis dan daur krebs merupakan reaksi
redoks di mana enzim dehidrogenase mentransfer electron dari substrat ke
NAD
+ dan membentuk NADH.
Pada langkah ketiga respirasi, rantai transport elektron menerima
elektron dari produk hasil perombakan kedua langkah yang pertama
tersebut dan melewatkan electron ini dari satu molekul ke molekul yang
lain. pada akhir rantai ini, elektron digabungkan dengan ion hydrogen
dan oksigen melekuler untuk membentuk air. Energi yang dilepas dari
rantai tersebut disimpan dalam suatu bentuk dan digunakan oleh
mitokondria untuk membuat ATP. Modus sintesis ATP ini disebut
fosforilasi oksidatif karena digerakkan oleh reaksi redoks yang
mentransfer elektron dari makanan oksigen.
Selama respirasi seluler, pemanenan energi makanan untuk sintesis ATP
jika satu molekul glukosa terurai secara sempurna maka fosforilasi
tingkat substrat menghasilkan 4 ATP dan fosforilasi oksidatif
menghasilkan 34 ATP. Proses oksidasi satu molekul glukosa dapat memanen
energi sebanyak 38 ATP. Sementara itu, dalam oksidasi sempurna satu
molekul glukosa melepaskan 686 kkal (DG = -686 kkal/mol), dan
fosforilasi ADP menjadi ATP menyimpan sedikitnya 7,3 kkal per mol ATP.
Oleh karena itu, efisiensi respirasi adalah 7,3 kali 38 dibagi 686, atau
kira-kira 40%. Sedangkan sisa energi simpanan hilang sebagai panas
untuk mempertahankan suhu tubuh, dan menghamburkan sisanya melalui
keringat dan mekanisme pendinginan lainnya (Campbell
et al., 2002)
