3 bioenergetika

Click here to load reader

Post on 09-Jun-2015

500 views

Category:

Art & Photos

10 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 1. Bagian ke-3: Bioenergetika dan oksidasi biologiBIOENERGETIKA , OKSIDASI BIOLOGIDAN RANTAI RESPIRASIDisajikan sebagai Bahan Kuliah Biokimia bagi Mahasiswa D III KebidananPenyusun:Heru Santoso Wahito Nugroho, S.Kep., Ns., M.M.KesTelefon:0352-752747 (rumah), 081335251726 (mobile), 0351-895216 (kantor)E-mail:[email protected] atau [email protected]:www.heruswn.weebly. comReferensi:http://www.biology.arizona.edubiochemistry, 2003, The Biology Project-Biochemistryhttp://www.bioweb.wku.educoursesBIOL115Wyatt, 2008, WKU Bio 113 Biochemistryhttp://www.en.wikipedia.org, 2008, Oxidative Phosphorylationhttp://www.gwu.edu_mpb, 1998, The Metabolic Pathways of Biochemistry, Karl J. Millerhttp://www.ull.chemistry.uakron.edugenobc, 2008, General, Organic and Biochemistryhttp://www.wiley.comlegacycollegeboyer0470003790animationselectron_transport,2008, Interactive Concepts in Biochemistry: Oxidative PhosphorylationMurray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW, 2003, Biokimia Harper, Edisi XXV,Penerjemah Hartono Andry, Jakarta: EGCStryer L, 1996, Biokimia, Edisi IV, Penerjemah: Sadikin dkk (Tim Penerjemah BagianBiokimia FKUI), Jakarta: EGC1 Biokimia-Program D3 Kebidanan

2. Bagian ke-3: Bioenergetika dan oksidasi biologiBioenergetika dan ATPBioenergetika atau termodinamika biokimia adalah ilmu pengetahuan mengenaiperubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Sistem nonbiologik dapat menggunakanenergi panas untuk melangsungkan kerjanya. Sedangkan sistem biologik bersifat isotermikdan menggunakan energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan.Kaidah termodinamika dalam sistem biologikKaidah pertama termodinamika:Kaidah pertama ini merupakan hukum penyimpanan energi, yang berbunyi: energi totalsebuah sistem, termasuk energi sekitarnya adalah konstan. Ini berarti bahwa saat terjadiperubahan di dalam sistem tidak ada energi yang hilang atau diperoleh. Namun energidapat dialihkan antar bagian sistem atau dapat diubah menjadi energi bentuk lain.Contohnya energi kimia dapat diubah menjadi energi listrik, panas, mekanik dansebagainya.Kaidah kedua termodinamika:Kaidah kedua berbunyi: entropi total sebuah sistem harus meningkat bila proses inginberlangsung spontan. Entropi adalah derajat ketidakteraturan atau keteracakan sistem.Entropi akan mencapai taraf maksimal di dalam sistem seiring sistem mendekati keadaanseimbang yang sejati. Dalam kondisi suhu dan tekanan konstan, hubungan antaraperubahan energi bebas (G) pada sebuah sistem yang bereaksi, dengan perubahanentropi (S), diungkapkan dalam persamaan:G = H TSKeterangan: H adalah perubahan entalpi (panas) dan T adalah suhu absolut.Di dalam kondisi reaksi biokimia, mengingat H kurang lebih sama dengan E, perubahantotal energi internal di dalam reaksi, hubungan di atas dapat diungkapkan denganpersamaan:G = E TSJika G bertanda negatif, reaksi berlangsung spontan dengan kehilangan energi bebas(reaksi eksergonik). Jika G sangat besar, reaksi benar-benar berlangsung sampai selesaidan tidak bisa membalik (irreversibel).Jika G bertanda positif, reaksi berlangsung hanya jika memperoleh energi bebas (reaksiendergonik). Bila G sangat besar, sistem akan stabil tanpa kecenderungan untuk terjadireaksi.Peran senyawa fosfat berenergi tinggi dalam penangkapan dan pengalihanenergi2 Biokimia-Program D3 Kebidanan 3. Bagian ke-3: Bioenergetika dan oksidasi biologiUntuk mempertahankan kehidupan, semua organisme harus mendapatkan pasokan energibebas dari lingkungannya. Organisme autotrofik melakukan metabolisme dengan proseseksergonik sederhana, misalnya tumbuhan hijau menggunakan energi cahaya matahari,bakteri tertentu menggunakan reaksi Fe2+ Fe3+. Sebaliknya organisme heterotrofik,memperoleh energi bebasnya dengan melakukan metabolisme yaitu pemecahan molekulorganik kompleks.Adenosin trifosfat (ATP) berperan sentral dalam pemindahan energi bebas dari proseseksergonik ke proses endergonik. ATP adalah nukleotida trifosfat yang mengandungadenin, ribosa dan 3 gugus fosfat (lihat Gambar 3.1). Dalam reaksinya di dalam sel, ATPberfungsi sebagai kompleks Mg2+Mg2+Gambar 3.1 ATP diperlihatkan sebagai kompleks magnesiumGambar 3.2 ATP dan ADPEnergi bebas baku hasil hidrolisis senyawa-senyawa fosfat penting dalam biokimia terterapada Tabel 3.1. Terlihat bahwa nilai hidrolisis gugus terminal fosfat pada ATP terbagimenjadi 2 kelompok. Pertama, fosfat berenergi rendah yang memiliki G lebih rendah daripada G0 pada ATP. Kedua, fosfat berenergi tinggi yang memiliki nilai G lebih tinggidaripada G0 pada ATP, termasuk di dalamnya, ATP dan ADP, kreatin fosfat, fosfoenolpiruvat dan sebagainya.3 Biokimia-Program D3 Kebidanan 4. Bagian ke-3: Bioenergetika dan oksidasi biologiSenyawa biologik penting lain yang berenergi tinggi adalah tiol ester yang mencakupkoenzim A (misal asetil-KoA), protein pembawa asil, senyawa-senyawa ester asam aminoyang terlibat dalam sintesis protein, S-adenosilmetionin (metionin aktif), uridin difosfatglukosa dan 5-fosforibosil-1-pirofosfat.Tabel 3.1 Energi bebas baku hasil hidrolisis beberapa senyawaorganofosfat yang memiliki peran penting dalam biokimiaSenyawa G0kJ/mol kkal/molFosfoenolpiruvatKarbamoil fosfat1,3-bifosfogliserat(sampai 3-fosfogliserat)Kreatin fosfatATP ADP + PiADP AMP + PiPirofosfatGlukosa 1-fosfatFruktosa 6-fosfatAMPGlukosa 6-fosfatGliserol 3-fosfat-61,9-51,4-49,3-43,1-30,5-27,6-27,6-20,9-15,9-14,2-13,8-9,2-14,8-12,3-11,8-10,3-7,3-6,6-6,6-5,0-3,8-3,4-3,3-2,2Gugus fosfat berenergi tinggi oleh Lipmann dilambangkan dengan ~. Simbol inimenunjukkan bahwa gugus yang melekat pada ikatan, pada saat peralihan pada suatuakseptor yang tepat, akan mengakibatkan pemindahan kuantitas energi bebas yang lebihbesar. Oleh karena itulah sebagian ahli biokimia lebih menyukai istilah potensialpemindahan gugus daripada ikatan berenergi tinggi.Berdasarkan posisi ATP pada Tabel 3.1, maka ATP merupakan donor fosfat berenergi tinggi(donor energi bebas) bagi senyawa-senyawa di bawahnya. Di sisi lain, ADP dapat menerimafosfat berenergi tinggi untuk membentuk ATP dari senyawa yang berada di atas ATP dalamtabel. Akibatnya siklus ATP/ADP menghubungkan proses-proses yang menghasilkan ~dan proses-proses yang menggunakan ~. Dengan demikian ATP terus dikonsumsi danterus diproduksi. Proses terjadi dengan kecepatan sangat tinggi, karena depot ATP/ADPsangat kecil dan hanya cukup untuk mempertahankan jaringan aktif dalam beberapa detiksaja.Ada 3 sumber utama ~ yang berperan dalam konservasi atau penangkapan energi.1. Fosforilasi oksidatifFosforilasi oksidatif adalah sumber ~ terbesar dalam organisme aerobik. Energi bebasuntuk menggerakkan proses ini berasal dari oksidasi rantai respirasi di dalammitokondria dengan menggunakan oksigen.2. GlikolisisDalam glikolisis terjadi pembentukan netto dua ~ yang terjadi akibat pembentukanlaktat4 Biokimia-Program D3 Kebidanan 5. Bagian ke-3: Bioenergetika dan oksidasi biologi3. Siklus asam sitratDalam siklus asam sitrat satu ~ dihasilkan langsung pada tahap suksinil tiokinase.Oksidasi biologiOksidasi adalah pengeluaran elektron dan reduksi adalah pemerolehan elektron. Sebagaicontoh adalah oksidasi ion fero menjadi feri yang dilukiskan pada Gambar 3.3. Dengandemikian oksidasi akan selalu disertai reduksi akseptor elektron.e- (elektron)Fe2+Fe3+Gambar 3.3 Oksidasi ion fero menjadi feriEnzim-enzim penting dalam oksidasi biologiEnzim-enzim yang terlibat dalam reaksi reduksi dan oksidasi dinamakan enzimoksidoreduktase. Terdapat 4 kelompok enzim oksidoreduktase yaitu: oksidase,dehidrogenase, hidroperoksidase dan oksigenase.1. OksidaseEnzim oksidase mengkatalisis pengeluaran hidrogen dari substrat dengan menggunakanoksigen sebagai akseptor hidrogen. Enzim-enzim tersebut membentuk air atauhidrogen peroksida. Contoh peran enzim tersebut dilukiskan pada Gambar 3.4Gambar 3.4 Oksidasi metabolit yang dikatalisis oleh enzim oksidaseTermasuk sebagai oksidase antara lain sitokrom oksidase, oksidase asam L-amino,xantin oksidase, glukosa oksidase.5 Biokimia-Program D3 Kebidanan 6. Bagian ke-3: Bioenergetika dan oksidasi biologi2. DehidrogenaseDehidrogenase tidak dapat menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen. Enzim-enzimini memiliki 2 fungsi utama yaitu:Pertama, berperan dalam pemindahan hidrogen dari substrat yang satu ke substratyang lain dalam reaksi reduksi-oksidasi berpasangan.Kedua, sebagai komponen dalam rantai respirasi pengangkutan elektron dari substratke oksigen.Gambar 3.5 Oksidasi suatu metabolit yang dikatalisis oleh enzim-enzim dehidrogenaseContoh dari enzim dehidrogenase adalah suksinat dehidrogenase, asil-KoAdehidrogenase, gliserol-3-fosfat dehidrogenase, semua sitokrom kecuali sitokromoksidase.3. HidroperoksidaseEnzim hidroperoksidase menggunakan hidrogen peroksida atau peroksida organiksebagai substrat. Ada 2 tipe enzim yang masuk ke dalam kategori ini yaitu peroksidasedan katalase. Enzim hidroperoksidase melindungi tubuh terhadap senyawa-senyawaperoksida yang berbahaya. Penumpukan peroksida menghasilkan radikal bebas yangdapat merusak membran sel dan menimbulkan kanker serta aterosklerosis.4. OksigenaseOksigenase mengkatalisis pemindahan langsung dan inkorporasi oksigen ke dalammolekul substrat. Enzim ini dikelompokkan menjadi 2 yaitu monooksigenase dandioksigenase.Rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif6 Biokimia-Program D3 Kebidanan 7. Bagian ke-3: Bioenergetika dan oksidasi biologiRantai respirasi terjadi di dalam mitokondria sebagai pusat tenaga. Di dalam mitokondriainilah sebagian besar peristiwa penangkapan energi yang berasal dari oksidasi respiratorikberlangsung. Sistem respirasi dengan proses pembentukan intermediat berenergi tinggi(ATP) ini dinamakan fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif memungkinkan organismeaerob menangkap energi bebas dari substrat respiratorik dalam proporsi jauh lebih besardaripada organisme anaerob.Proses fosforilasi oksidatifOrganisme kemotrop memperoleh energi bebas dari oksidasi molekul bahan bakar,misalnya glukosa dan asam lemak. Pada organisme aerob, akseptor elektron t