Rantai transpor elektron adalah tahap krusial dalam respirasi seluler yang bertanggung jawab atas sebagian besar produksi energi sel berupa ATP. Proses kompleks ini terjadi di membran dalam mitokondria, melibatkan serangkaian kompleks protein yang memindahkan elektron dari NADH dan FADH₂ ke akseptor elektron terakhir, yaitu oksigen. Perpindahan elektron ini memicu pemompaan ion hidrogen (proton) ke ruang antar-membran, menciptakan gradien elektrokimia yang kemudian dimanfaatkan oleh ATP sintase melalui kemiosmosis untuk menghasilkan ATP dalam jumlah besar. Memahami mekanisme transpor elektron sangat penting untuk menguasai biologi sel dan metabolisme. Artikel ini menyediakan kumpulan soal biologi transpor elektron terlengkap, mencakup pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan, lengkap dengan kunci jawaban dan pembahasan. Persiapkan dirimu untuk menaklukkan materi ini!
I. Pilihan Ganda (Multiple Choice)
-
Di mana lokasi utama terjadinya rantai transpor elektron pada sel eukariotik?
- Sitoplasma
- Matriks mitokondria
- Membran dalam mitokondria
- Membran luar mitokondria
- Ruang antar-membran mitokondria
Jawaban: C
Penjelasan: Rantai transpor elektron dan kemiosmosis terjadi pada membran dalam mitokondria, tempat kompleks protein transpor elektron dan ATP sintase tertanam.
-
Molekul manakah yang bertindak sebagai donor elektron utama bagi Kompleks I dalam rantai transpor elektron?
- FADH₂
- Oksigen (O₂)
- ATP
- NADH
- Sitokrom c
Jawaban: D
Penjelasan: NADH adalah donor elektron yang mengantarkan elektron ke Kompleks I, sementara FADH₂ mengantarkan elektron ke Kompleks II.
-
Akseptor elektron terakhir dalam rantai transpor elektron pada respirasi aerob adalah?
- Karbon dioksida (CO₂)
- Air (H₂O)
- Oksigen (O₂)
- NADH
- FADH₂
Jawaban: C
Penjelasan: Oksigen adalah akseptor elektron terakhir yang menerima elektron dari Kompleks IV dan berikatan dengan proton (H⁺) membentuk air (H₂O).
-
Proses pembentukan ATP yang digerakkan oleh gradien proton melintasi membran disebut?
- Fosforilasi substrat
- Glikolisis
- Siklus Krebs
- Kemiosmosis
- Fermentasi
Jawaban: D
Penjelasan: Kemiosmosis adalah proses pembentukan ATP yang memanfaatkan energi dari gradien konsentrasi ion H⁺ (proton) yang terbentuk akibat pemompaan proton selama transpor elektron.
-
Enzim besar yang bertanggung jawab langsung dalam sintesis ATP menggunakan gradien proton adalah?
- Heksokinase
- Fosfofruktokinase
- Sitrat sintase
- ATP sintase
- Suksinat dehidrogenase
Jawaban: D
Penjelasan: ATP sintase adalah kompleks protein yang bertindak sebagai saluran bagi proton yang kembali ke matriks mitokondria dan menggunakan energi dari aliran proton tersebut untuk mensintesis ATP dari ADP dan Pi.
-
Manakah pernyataan yang benar mengenai peran oksigen dalam rantai transpor elektron?
- Oksigen menghasilkan CO₂.
- Oksigen memompa proton ke ruang antar-membran.
- Oksigen adalah sumber utama elektron.
- Oksigen menerima elektron di akhir rantai dan membentuk air.
- Oksigen berfungsi sebagai kofaktor untuk ATP sintase.
Jawaban: D
Penjelasan: Oksigen berfungsi sebagai akseptor elektron terakhir dan bereaksi dengan H⁺ membentuk H₂O, yang sangat penting untuk menjaga aliran elektron tetap berjalan.
-
Berapa perkiraan molekul ATP yang dihasilkan dari satu molekul NADH yang masuk ke rantai transpor elektron?
- 1 ATP
- 1,5 ATP
- 2 ATP
- 2,5 ATP
- 3 ATP
Jawaban: D
Penjelasan: Satu molekul NADH yang masuk ke rantai transpor elektron diperkirakan menghasilkan sekitar 2,5 molekul ATP, karena NADH melewati tiga titik pemompaan proton (Kompleks I, III, IV).
-
Berapa perkiraan molekul ATP yang dihasilkan dari satu molekul FADH₂ yang masuk ke rantai transpor elektron?
- 1 ATP
- 1,5 ATP
- 2 ATP
- 2,5 ATP
- 3 ATP
Jawaban: B
Penjelasan: Satu molekul FADH₂ yang masuk ke rantai transpor elektron diperkirakan menghasilkan sekitar 1,5 molekul ATP, karena FADH₂ melewati Kompleks II, III, dan IV (dua titik pemompaan proton).
-
Gradien elektrokimia yang terbentuk di membran dalam mitokondria selama transpor elektron adalah?
- Gradien konsentrasi ATP
- Gradien konsentrasi glukosa
- Gradien konsentrasi ion hidrogen (proton)
- Gradien konsentrasi CO₂
- Gradien konsentrasi oksigen
Jawaban: C
Penjelasan: Pemompaan proton (H⁺) ke ruang antar-membran menciptakan gradien konsentrasi dan muatan listrik (elektrokimia) yang merupakan sumber energi untuk sintesis ATP.
-
Kompleks protein manakah yang menerima elektron langsung dari FADH₂?
- Kompleks I
- Kompleks II
- Kompleks III
- Kompleks IV
- ATP sintase
Jawaban: B
Penjelasan: FADH₂ mentransfer elektronnya ke Kompleks II (suksinat dehidrogenase), bukan ke Kompleks I seperti NADH.
-
Senyawa mana yang berfungsi sebagai penghubung dan pembawa elektron antara Kompleks I/II dan Kompleks III?
- Sitokrom c
- ATP
- Ubikuinon (Koenzim Q)
- NADH
- FADH₂
Jawaban: C
Penjelasan: Ubikuinon (CoQ atau Q) adalah pembawa elektron hidrofobik yang bergerak bebas dalam membran, menerima elektron dari Kompleks I dan II, lalu menyalurkannya ke Kompleks III.
-
Senyawa mana yang berfungsi sebagai penghubung dan pembawa elektron antara Kompleks III dan Kompleks IV?
- Ubikuinon
- NADH
- FADH₂
- Sitokrom c
- Air (H₂O)
Jawaban: D
Penjelasan: Sitokrom c adalah protein kecil yang dapat bergerak bebas di permukaan luar membran dalam mitokondria, menerima elektron dari Kompleks III dan memberikannya ke Kompleks IV.
-
Apa yang akan terjadi jika tidak ada oksigen yang cukup tersedia untuk rantai transpor elektron?
- Produksi ATP akan meningkat.
- Elektron akan terus mengalir dengan cepat.
- NADH dan FADH₂ akan terakumulasi.
- Siklus Krebs akan berputar lebih cepat.
- Proses glikolisis akan berhenti.
Jawaban: C
Penjelasan: Jika tidak ada oksigen, akseptor elektron terakhir tidak tersedia, sehingga elektron akan terhenti di akhir rantai, menyebabkan NADH dan FADH₂ tidak dapat dioksidasi kembali dan menumpuk.
-
Inhibitor seperti sianida bekerja dengan mengikat?
- ATP sintase
- NADH dehidrogenase (Kompleks I)
- Suksinat dehidrogenase (Kompleks II)
- Sitokrom oksidase (Kompleks IV)
- Ubikuinon
Jawapan: D
Penjelasan: Sianida adalah racun yang sangat kuat karena mengikat secara ireversibel pada gugus besi-heme di sitokrom oksidase (Kompleks IV), mencegah transfer elektron ke oksigen dan menghentikan seluruh rantai transpor elektron.
-
Peristiwa manakah yang TIDAK terjadi selama rantai transpor elektron?
- Produksi CO₂
- Pembentukan gradien proton
- Reduksi oksigen menjadi air
- Oksidasi NADH dan FADH₂
- Sintesis ATP
Jawaban: A
Penjelasan: Produksi CO₂ sebagian besar terjadi selama dekarboksilasi piruvat dan siklus Krebs, bukan langsung di rantai transpor elektron.
-
Energi yang dilepaskan selama transfer elektron menuruni rantai transpor elektron digunakan untuk?
- Memecah ATP
- Memompa proton (H⁺) ke ruang antar-membran
- Mensintesis glukosa
- Menghasilkan CO₂
- Memanaskan sel
Jawaban: B
Penjelasan: Energi yang dilepaskan secara bertahap saat elektron berpindah dari tingkat energi tinggi ke rendah digunakan untuk menggerakkan pompa proton di Kompleks I, III, dan IV.
-
Kompleks protein mana yang tidak memompa proton?
- Kompleks I
- Kompleks II
- Kompleks III
- Kompleks IV
- ATP sintase
Jawaban: B
Penjelasan: Kompleks II (suksinat dehidrogenase) hanya berfungsi menerima elektron dari FADH₂ dan menyalurkannya ke ubikuinon; ia tidak memompa proton ke ruang antar-membran.
-
Proton (H⁺) yang dipompa ke ruang antar-membran mitokondria mengalir kembali ke matriks melalui?
- Membran luar mitokondria
- Saluran protein khusus di Kompleks I
- Saluran protein khusus di Kompleks IV
- ATP sintase
- Matriks mitokondria secara langsung
Jawaban: D
Penjelasan: Proton mengalir kembali ke matriks mitokondria melalui saluran yang tersedia di kompleks ATP sintase, memanfaatkan energi dari aliran ini untuk mensintesis ATP.
-
Apa yang dimaksud dengan potensi redoks dalam konteks rantai transpor elektron?
- Kemampuan suatu molekul untuk menghasilkan ATP.
- Kemampuan suatu molekul untuk menyerap cahaya.
- Kecenderungan suatu molekul untuk menerima atau menyumbangkan elektron.
- Kecepatan suatu molekul bergerak dalam membran.
- Jumlah energi yang tersimpan dalam ikatan fosfat.
Jawaban: C
Penjelasan: Potensi redoks mengukur kecenderungan suatu zat untuk mendapatkan atau kehilangan elektron; dalam ETC, elektron bergerak dari molekul dengan potensi redoks rendah ke molekul dengan potensi redoks tinggi (lebih kuat menarik elektron).
-
Jika rantai transpor elektron terhambat total, berapa banyak ATP yang masih bisa dihasilkan dari satu molekul glukosa?
- 0 ATP
- 2 ATP
- 4 ATP
- 28-30 ATP
- 32-34 ATP
Jawaban: B
Penjelasan: Jika ETC terhambat total, hanya ATP dari glikolisis (fosforilasi tingkat substrat) yang dapat dihasilkan, yaitu bersih 2 ATP per molekul glukosa. Siklus Krebs juga akan terhenti karena kekurangan NAD⁺ dan FAD.
II. Isian Singkat (Short Answer)
-
Nama proses pembentukan ATP yang utama di mitokondria, yang melibatkan rantai transpor elektron dan gradien proton, adalah?
Jawaban: Fosforilasi Oksidatif / Kemiosmosis
-
Molekul pembawa energi tinggi NADH dan FADH₂ akan dioksidasi untuk melepaskan elektronnya di mana pada rantai transpor elektron?
Jawaban: Membran dalam mitokondria
-
Molekul terakhir yang menerima elektron di ujung rantai transpor elektron adalah?
Jawaban: Oksigen (O₂)
-
Apa nama kompleks protein yang menerima elektron langsung dari NADH?
Jawaban: Kompleks I (NADH dehidrogenase)
-
Apa nama protein kecil yang bergerak bebas di ruang antar-membran dan membawa elektron dari Kompleks III ke Kompleks IV?
Jawaban: Sitokrom c
III. Uraian (Essay)
-
Jelaskan secara singkat tahapan utama dalam rantai transpor elektron dan peran gradien proton.
Jawaban: Rantai transpor elektron dimulai ketika NADH dan FADH₂ menyumbangkan elektron ke kompleks protein di membran dalam mitokondria (NADH ke Kompleks I, FADH₂ ke Kompleks II). Elektron kemudian bergerak melintasi serangkaian kompleks protein (Kompleks I, II, III, IV), dilepaskan energinya secara bertahap. Energi yang dilepaskan ini digunakan untuk memompa proton (ion H⁺) dari matriks mitokondria ke ruang antar-membran. Pemompaan proton ini menciptakan gradien konsentrasi H⁺ dan gradien listrik (gradien elektrokimia) melintasi membran dalam. Gradien proton ini adalah energi potensial yang kemudian dimanfaatkan oleh ATP sintase melalui kemiosmosis untuk menghasilkan ATP ketika proton mengalir kembali ke matriks.
-
Bagaimana peran oksigen dalam rantai transpor elektron? Apa yang akan terjadi jika pasokan oksigen tidak mencukupi?
Jawaban: Oksigen memainkan peran krusial sebagai akseptor elektron terakhir di ujung rantai transpor elektron. Setelah elektron melewati Kompleks IV, mereka diserahkan kepada oksigen, yang kemudian bergabung dengan proton (H⁺) membentuk air (H₂O). Peran oksigen ini sangat penting karena ia “membersihkan” elektron dari rantai, memungkinkan aliran elektron terus berlanjut. Jika pasokan oksigen tidak mencukupi, aliran elektron akan terhenti di Kompleks IV karena tidak ada akseptor elektron terakhir. Ini akan menyebabkan penumpukan elektron dan bentuk tereduksi NADH serta FADH₂. Akibatnya, siklus Krebs dan dekarboksilasi piruvat juga akan berhenti karena tidak ada NAD⁺ dan FAD yang diregenerasi, dan produksi ATP via fosforilasi oksidatif akan terhenti sepenuhnya.
-
Jelaskan konsep kemiosmosis dan hubungannya dengan pembentukan ATP.
Jawaban: Kemiosmosis adalah proses di mana energi dari gradien proton (ion H⁺) diubah menjadi energi kimia dalam bentuk ATP. Selama rantai transpor elektron, proton dipompa dari matriks mitokondria ke ruang antar-membran, menciptakan gradien elektrokimia. Konsentrasi proton di ruang antar-membran menjadi lebih tinggi daripada di matriks. Proton ini tidak dapat dengan mudah melewati membran dalam yang impermeabel, kecuali melalui saluran protein khusus, yaitu ATP sintase. Ketika proton mengalir kembali dari ruang antar-membran ke matriks melalui ATP sintase, energi potensial yang tersimpan dalam gradien ini dilepaskan. Energi ini kemudian digunakan oleh ATP sintase untuk mengkatalisis sintesis ATP dari ADP dan gugus fosfat anorganik (Pi). Jadi, kemiosmosis adalah mekanisme kunci yang menghubungkan transpor elektron dengan sintesis ATP.
-
Bandingkan jumlah ATP yang dihasilkan dari satu molekul NADH dan satu molekul FADH₂ yang masuk ke rantai transpor elektron. Jelaskan mengapa ada perbedaan.
Jawaban: Satu molekul NADH yang masuk ke rantai transpor elektron diperkirakan menghasilkan sekitar 2,5 molekul ATP, sedangkan satu molekul FADH₂ menghasilkan sekitar 1,5 molekul ATP. Perbedaan ini terjadi karena NADH menyumbangkan elektronnya pada Kompleks I, yang merupakan titik awal rantai. Elektron dari NADH melewati tiga kompleks protein pemompa proton (Kompleks I, III, dan IV), sehingga lebih banyak proton yang dipompa dan lebih banyak ATP yang dihasilkan. Sebaliknya, FADH₂ menyumbangkan elektronnya pada Kompleks II, melewati Kompleks I. Oleh karena itu, elektron dari FADH₂ hanya melewati dua kompleks protein pemompa proton (Kompleks III dan IV). Karena lebih sedikit proton yang dipompa ke ruang antar-membran, energi gradien proton yang dihasilkan dari FADH₂ lebih rendah, sehingga ATP yang dihasilkan juga lebih sedikit.
-
Sebutkan dan jelaskan kompleks-kompleks protein utama yang terlibat dalam rantai transpor elektron mitokondria.
Jawaban: Ada empat kompleks protein utama dalam rantai transpor elektron:
- Kompleks I (NADH Dehidrogenase): Menerima dua elektron dari NADH, mengoksidasi NADH menjadi NAD⁺. Energi dari transfer elektron ini digunakan untuk memompa empat proton (H⁺) dari matriks ke ruang antar-membran. Elektron kemudian disalurkan ke ubikuinon (Koenzim Q).
- Kompleks II (Suksinat Dehidrogenase): Menerima dua elektron dari FADH₂ (yang dihasilkan dari oksidasi suksinat di siklus Krebs). Kompleks ini tidak memompa proton ke ruang antar-membran. Elektron disalurkan ke ubikuinon (Koenzim Q).
- Kompleks III (Sitokrom bc₁ Kompleks): Menerima elektron dari ubikuinon yang telah tereduksi (ubikuinol). Kompleks ini memompa empat proton (H⁺) dari matriks ke ruang antar-membran. Elektron kemudian disalurkan ke sitokrom c.
- Kompleks IV (Sitokrom Oksidase): Menerima elektron dari sitokrom c. Kompleks ini memompa dua proton (H⁺) dari matriks ke ruang antar-membran. Pada akhirnya, elektron diserahkan kepada oksigen (O₂), yang menjadi akseptor elektron terakhir dan bereaksi dengan H⁺ membentuk air (H₂O).
IV. Menjodohkan/Mencocokkan (Matching)
Pertanyaan 1
Jodohkan istilah di kolom kiri dengan definisi atau fungsi yang tepat di kolom kanan.
| Kolom Kiri | Kolom Kanan |
|---|---|
| NADH | Enzim pembentuk ATP |
| FADH₂ | Akseptor elektron terakhir |
| Oksigen | Donatur elektron (masuk di Kompleks I) |
| ATP Sintase | Donatur elektron (masuk di Kompleks II) |
| Membran dalam mitokondria | Tempat terjadinya ETC |
Jawaban:
- NADH – Donatur elektron (masuk di Kompleks I)
- FADH₂ – Donatur elektron (masuk di Kompleks II)
- Oksigen – Akseptor elektron terakhir
- ATP Sintase – Enzim pembentuk ATP
- Membran dalam mitokondria – Tempat terjadinya ETC
Pertanyaan 2
Jodohkan istilah di kolom kiri dengan definisi atau fungsi yang tepat di kolom kanan.
| Kolom Kiri | Kolom Kanan |
|---|---|
| Kompleks I | Aliran H⁺ melalui ATP sintase |
| Kompleks III | Membentuk gradien elektrokimia |
| Kompleks IV | Pompa H⁺ dan reduksi O₂ menjadi H₂O |
| Kemiosmosis | Memompa H⁺ dan menerima elektron dari ubikuinon |
| Proton (H⁺) | Menerima elektron dari NADH dan memompa H⁺ |
Jawaban:
- Kompleks I – Menerima elektron dari NADH dan memompa H⁺
- Kompleks III – Memompa H⁺ dan menerima elektron dari ubikuinon
- Kompleks IV – Pompa H⁺ dan reduksi O₂ menjadi H₂O
- Kemiosmosis – Aliran H⁺ melalui ATP sintase
- Proton (H⁺) – Membentuk gradien elektrokimia