Respirasi Sel

Mudah mengelirukan respirasi dengan pernafasan, respirasi ialah pembebasan tenaga secara kimia di dalam sel.

Respirasi bermula dengan cara sama dalam setiap sel, sama ada oksigen tersedia atau tidak: glukosa mula-mula dipecahkan dalam sitoplasma melalui glikolisis, membebaskan sedikit tenaga. Apa yang berlaku kepada hasil glikolisis selepas itu bergantung pada bekalan oksigen, jika oksigen tersedia, ia memasuki mitokondria untuk peringkat aerobik yang membebaskan jauh lebih banyak tenaga; jika oksigen kurang, ia ditukar menjadi asid laktik (dalam manusia) atau etanol dan karbon dioksida (dalam yis).

Langkah pertama yang dikongsi ini menerangkan mengapa organisma anaerobik masih boleh mengekstrak sedikit tenaga yang boleh diguna daripada glukosa tanpa sebarang oksigen langsung, dan mengapa jumlah tenaga yang diperoleh selepas itu bergantung sepenuhnya pada sama ada peringkat aerobik dalam mitokondria dapat diteruskan.

Oleh sebab soalan Kertas 3 sering meminta pelajar mereka bentuk atau mentafsir eksperimen tentang respirasi, bab ini turut merangkumi cara proses ini disiasat secara praktikal, menggunakan air kapur untuk mengesan karbon dioksida yang dibebaskan, termometer atau kelalang bertebat untuk mengesan haba yang dibebaskan, atau respirometer untuk mengukur oksigen yang digunakan oleh benih yang bercambah atau invertebrat kecil. Jawapan Kertas 3 yang baik bagi topik ini menyatakan pemboleh ubah bergerak balas, pemboleh ubah dimanipulasi, sekurang-kurangnya satu pemboleh ubah dimalarkan, dan menerangkan dengan tepat perubahan pada air kapur, bacaan termometer atau isi padu gas yang dikira sebagai keputusan positif.

Standard kandungan dalam bab ini

1. 7.1 Penghasilan Tenaga melalui Respirasi Sel
2. 7.2 Respirasi Aerobik
3. 7.3 Fermentasi

Konsep utama

Tenaga dan ATP

Respirasi memindahkan tenaga yang tersimpan dalam ikatan kimia glukosa kepada ATP, molekul kecil yang bertindak sebagai bentuk tenaga segera dan boleh diguna oleh sel. ATP dipecahkan di mana-mana tenaga diperlukan dalam sel, membebaskan tenaga itu serta-merta, kemudian dibina semula menggunakan lebih banyak tenaga daripada respirasi, jadi sel tidak pernah kekurangan bekalan tenaga.

Respirasi aerobik

Respirasi aerobik memecahkan glukosa sepenuhnya menggunakan oksigen, menghasilkan karbon dioksida, air dan tenaga banyak: glukosa + oksigen memberi karbon dioksida + air + tenaga. Ia berlaku terutamanya dalam mitokondria dan jauh lebih cekap berbanding mana-mana laluan anaerobik, sebab itu sel otot dan hati mengandungi bilangan mitokondria yang sangat banyak. Bilangan mitokondria yang tinggi ini secara langsung mencerminkan permintaan tenaga sel berkenaan.

Respirasi anaerobik dalam manusia

Apabila bekalan oksigen tidak dapat memenuhi permintaan otot semasa senaman lasak, sel manusia berespirasi secara anaerobik: glukosa memberi asid laktik + tenaga sedikit. Asid laktik terkumpul dalam otot, menurunkan pHnya, dan menyumbang kepada keletihan serta kejang yang dirasai semasa dan sejurus selepas senaman lasak.

Penapaian dalam yis

Sel yis berespirasi secara anaerobik melalui penapaian, memecahkan glukosa kepada etanol dan karbon dioksida sambil membebaskan tenaga sedikit: glukosa memberi etanol + karbon dioksida + tenaga. Tindak balas ini dieksploitasi secara industri, karbon dioksida menaikkan doh roti semasa pembakaran, dan etanol menjadi asas pengeluaran bir dan wain. Kedua-dua industri ini bergantung sepenuhnya pada keupayaan yis mengekalkan hidup tanpa oksigen.

Perbandingan

Respirasi aerobik membebaskan jauh lebih banyak tenaga daripada setiap molekul glukosa berbanding mana-mana laluan anaerobik, kerana ia memecahkan glukosa sepenuhnya kepada karbon dioksida dan air dan bukan hanya separa kepada asid laktik atau etanol, yang kedua-duanya masih mengandungi banyak tenaga kimia belum dibebaskan.

Hutang oksigen

Semasa senaman lasak, asid laktik terkumpul lebih pantas daripada yang boleh disingkirkan, mewujudkan hutang oksigen. Selepas senaman berhenti, kadar pernafasan dan degupan jantung kekal tinggi supaya oksigen tambahan dapat diambil untuk memecahkan asid laktik terkumpul, sebab itu seseorang terus termengah-mengah selepas larian pantas yang lasak tamat.

Tempat respirasi berlaku

Setiap sel memulakan respirasi dengan cara sama: glikolisis memecahkan glukosa dalam sitoplasma, membebaskan tenaga sedikit tanpa memerlukan oksigen. Jika oksigen tersedia, hasil glikolisis kemudian memasuki mitokondria, tempat peringkat aerobik berlaku dan membebaskan sebahagian besar jumlah tenaga yang diperoleh daripada molekul glukosa. Susunan dua peringkat ini turut menjelaskan mengapa sel otot masih dapat menghasilkan sedikit tenaga walaupun bekalan oksigen terhad buat seketika.

Kegunaan tenaga daripada respirasi

ATP yang dihasilkan oleh respirasi menggerakkan hampir semua aktiviti organisma hidup, termasuk kontraksi otot untuk pergerakan, pengangkutan aktif bahan merentasi membran sel, biosintesis molekul besar seperti protein semasa pertumbuhan, penghantaran impuls saraf, dan penjanaan haba yang mengekalkan suhu badan stabil dalam haiwan berdarah panas. Tanpa bekalan ATP yang berterusan ini, kebanyakan proses hidup asas akan terhenti dalam masa beberapa minit sahaja.

Menyiasat respirasi

Respirasi lazimnya disiasat dengan mengesan salah satu hasilnya atau mengukur salah satu bahan tindak balasnya: air kapur menjadi keruh apabila karbon dioksida daripada benih atau organisma yang berespirasi digelegakkan melaluinya, termometer atau kelalang bertebat dapat mengesan haba yang dibebaskan oleh benih bercambah, dan respirometer mengukur isi padu oksigen yang digunakan dari semasa ke semasa. Guru sering menggunakan sekurang-kurangnya dua kaedah ini bersama supaya keputusan boleh disahkan silang antara satu sama lain.

Aplikasi penapaian

Penapaian oleh yis digunakan secara langsung dalam industri makanan: dalam pembakaran, karbon dioksida yang dihasilkan menaikkan doh roti dan memberi tekstur kepada roti, manakala dalam pembuatan bir, etanol yang dihasilkan daripada gula ialah alkohol yang hadir dalam bir dan wain. Kedua-dua proses ini bergantung pada laluan anaerobik yang sama tepat seperti yang diajar dalam bab ini.

Bagaimana bab ini diperiksa

Biologi SPM ditaksir dalam tiga kertas. Kertas 1 mempunyai 40 soalan objektif (40 markah) dalam 1 jam 15 minit; Kertas 2 membawa 100 markah merentasi Bahagian A, B dan C dalam 2 jam 30 minit; Kertas 3 ialah amali yang menguji kemahiran proses sains. Kandungan bab ini boleh muncul dalam mana-mana, jadi kelas melatih ingatan untuk Kertas 1 dan jawapan berstruktur untuk Kertas 2.

Sudut peperiksaan biasa

• Menulis persamaan perkataan respirasi aerobik dan anaerobik, termasuk bahan tindak balas dan hasil yang betul bagi setiap laluan.
• Membandingkan respirasi dalam manusia dan yis, termasuk tempat setiap laluan berlaku dan apa yang mengehadkannya.
• Menerangkan eksperimen respirasi atau penapaian (Kertas 3), termasuk kawalan yang sesuai dan keputusan dijangka.
• Menerangkan cara air kapur atau termometer digunakan untuk menunjukkan respirasi membebaskan karbon dioksida atau haba.
• Menerangkan mengapa senaman lasak menyebabkan keletihan dan kejang otot dari segi asid laktik dan hutang oksigen.
• Mentafsir graf atau jadual penggunaan oksigen, penghasilan karbon dioksida atau haba dibebaskan semasa percambahan atau penapaian. Termasuk menentukan pemboleh ubah bergerak balas dan menerangkan corak am yang ditunjukkan oleh graf tersebut.

Kesilapan biasa

Belajar bab ini

Proses dalam bab ini

• Respirasi aerobik
• Respirasi anaerobik
• Glikolisis

Eksperimen dalam bab ini

• Menyiasat Respirasi Aerobik dalam Biji Benih yang Bercambah
• Menyiasat Fermentasi dalam Yis

Istilah utama

Respirasi selRespirasi aerobRespirasi anaerobATPFermentasi

Soalan lazim

Sumber:SRC-DSKP-EN, SRC-FORMAT