BIOENERGETIKA
Oleh:
Moammad Hanafi
Trimartini Dan
2
BIOENERGETIKA
MEMPELAJARI DINAMIKA/ PERUBAHAN ENERGI PADA REAKSI BIOKIMIAWI (REAKSI KIMIA
PADA ORGANISME)
PADA ILMU KIMIA TELAH DIKENAL ADANYA:
¾ 1.REAKSI EKSOTERMIS: REAKSI YG MENGHASILKAN PANAS
¾ 2.REAKSI ENDOTERMIS: REAKSI YG MEMERLUKAN PANAS PADA SISTEM NON BIOLOGIS ENERGI PANAS DAPAT DIUBAH MENJADI ENERGI MEKANIS ATAU ENERGI LISTRIK
PADA SISTEM BIOLOGIS: MANUSIA BERSIFAT ISOTERMIS (SUHU TUBUH KONSTAN). MANUSIA MENGGUNAKAN PANAS YANG TERBENTUK PADA SUATU REAKSI ANTARA LAIN UNTUK
MEMPERTAHANKAN SUHU TUBUH TETAPI TIDAK DAPAT
MENGUBAHNYA MENJADI ENERGI MEKANIK ATAU ENERGI LISTRIK,
PADA SISTEM BIOLOGIS PROSES YG MEMERLUKAN ENERGI MENDAPATKANNYA DENGAN CARA MENGAITKAN REAKSI YG PERLU ENERGI (REAKSI ENDERGONIK) DENGAN DENGAN
REAKSI YANG MENGHASILKAN ENERGI (REAKSI EKSERGONIK)
R. ENDERGONIK
R. EKSERGONIK 1 Æ Æ PROSES SINTESIS 2 Æ ~ E Æ KONTRAKSI OTOT
3 Æ ÆPENGHANTARAN SARAF
4 Æ ÆTRANSPOR AKTIF
G
E~ E
Eks End
Eksergonik
Endergonik
Panas
Energi kimia
Pada sistim Biologis energi yang dihasilkan sedikit sekali yang dlm
bentuk panas.
Sebagian besar dalam bentuk senyawa kaya energi (ATP,GTP)
Demikian pula reaksi yang memerlukan energi bukan dalam bentuk panas
akan tetapi dalam bentuk ATP/GTP
MEKANISME PENGAITAN:
¾ 1. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA ANTARA:
A + C Æ | SA | Æ B + D
¾ 2. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA KAYA ENERGI (~ E ) AD2:
CARA: SUATU SENYAWA (E) AKAN MENANGKAP ENERGI YG
DIHASILKAN OLEH REAKSI EKSERGONIK Æ ~E, DAN KEMUDIAN ~E AKAN MEMBERIKAN ENERGINYA UNTUK REAKSI ENDERGONIK
~ ADALAH SIMBOL UNTUK MENUNJUKKAN IKATAN BERENERGI TINGGI
SENYAWA KAYA ENERGI (~ E ) YG PALING BANYAK DIDAPAT ADALAH ATP: ADENOSIN – P ~ P ~ P
SENYAWA KAYA ENERGI (~E)
ATP: ADENOSIN – P ~ P ~ P (ADENOSIN TRIFOSFAT)
¾ ATP ADALAH SUATU NUKLEOTIDA YG DALAM BENTUK AKTIFNYA MEMBENTUK KOMPLEKS DENGAN Mg++ ATAU Mn++
¾ PERANAN ATP SBG PEMBAWA ENERGI TERLETAK PADA GUGUSAN TRIFOSFAT YG MENGANDUNG 2 IKATAN FOSFOANHIDRID.
HIDROLISIS IKATAN INI AKAN MELEPASKAN BANYAK ENERGI BEBAS.
¾ ANALOG ATP : GTP, CTP, UTP
SENYAWA KAYA ENERGI (~ E ) LAINNYA MISALNYA
FOSFOENOLPIRUVAT, KREATINFOSFAT ( ADA SIMBOL IKATAN BERTENAGA TINGGI (~)
TUMBUHAN MENDAPATKAN ENERGINYA DARI FOTOSINTESIS SEDANGKAN HEWAN DAN MANUSIA MENDAPATKANNYA DARI BAHAN MAKANAN
PERUBAHAN ENERGI BEBAS
PADA REAKSI A + B ÅÆ C + D SECARA TERMODINAMIKA:
¾
APABILA Δ G < 0 Æ DIKATAKAN REAKSI KE KANAN BERSIFAT EKSERGONIK (DAPAT BERLANGSUNG
SPONTAN)
¾
APABILA Δ G = 0 Æ DIKATAKAN REAKSI SETIMBANG
¾
APABILA Δ G > 0 Æ DIKATAKAN REAKSI KE KANAN
BERSIFAT ENDERGONIK (TIDAK DAPAT BERLANGSUNG
SPONTAN, KARENA UNTUK DAPAT BERLANGSUNG PERLU
ENERGI/ DIKAITKAN DGN REAKSI EKSERGONIK)
REAKSI BIOKIMIA DI DALAM SEL
UMUMNYA TAK DAPAT BERLANGSUNG DGN SENDIRINYA OLEH KARENA
ADANYA HAMBATAN ENERGI (ENERGY BARRIER) Æ JADI PERLU ENZIM UNTUK MENGATASI HAMBATAN ENERGI INI ( ENZIM MENURUNKAN ENERGI
AKTIVASI , TETAPI TIDAK MENGUBAH
HARGA Δ G )
Ea
Ea' Ea''
E. level
G E. bebas
=
kead. transisi
tanpa katalisator
dgn katalisator inorg dgn enzim
ΔG = Perubahan E. bebas kead. awal
kead. akhir
SKEMA
OKSIDASI BIOLOGIS
ENZIM DAN KOENZIM REAKSI REDOKS
1. OKSIDASE
MENGKATALISIS PEMBEBASAN HIDROGEN DARI
SUBSTRAT DAN SECARA ALAMI MENGGUNAKAN O
2SEBAGAI AKSEPTORNYA.
MENGHASILKAN H
2O ATAU H
2O
2AH
2+ ½ O
2Æ A + H
2O AH
2+ O
2Æ A + H
2O
2OKSIDASE OKSIDASE
¾
SEBAGIAN MENGANDUNG FAD/FMN SEBAGAI
GUGUS PROSTETIK Æ JADI MERUPAKAN FLAVOPROTEIN
CONTOH: L-ASAM AMINO OKSIDASE,
GLUKOSA OKSIDASE, ALDEHID DEHIDROGENASE REAKSI : FP + AH
2Æ FPH
2+ A
LALU FPH
2+O
2Æ FP + H
2O
2BILA JUGA MENGANDUNG LOGAM
Æ DISEBUT METALLOFLAVOPROTEIN SEBAGIAN TIDAK MENGANDUNG FLAVIN
CONTOH: SITOKROM OKSIDASE (MENGANDUNG Cu)
2. DEHIDROGENASE
TIDAK DAPAT MENGGUNAKAN O2 SEBAGAI AKSEPTOR HIDROGEN YANG DIBEBASKAN DARI SUBSTRAT.
MACAM :
1. YANG TERKAIT RANTAI RESPIRASI
A. DEHIDROGENASE NAD PADA RANTAI RESPIRASI
B. DEHIDROGENASE YG PERLU RIBOFLAVIN (FMN / FAD) YG TERKAIT RANTAI RESPIRASI
C. SITOKROM2 KECUALI SITOKROM OKSIDASE
R.R. : S Æ NAD+ Æ Fp Æ Q Æ SISTEM SITOKROM Æ O2
2. YANG TAK TERKAIT RANTAI RESPIRASI;
a. AH2 P BH2
A PH2 B
DEHIDROGENASE KHUSUS A DEHIDROGENASE KHUSUS B
MEMUNGKINKAN PROSES OKSIDATIF BERLANGSUNG DALAM KEADAAN ANAEROB
CONTOH : LAKTAT DEHIDROGENASE (LDH)
PIRUVAT + NADH + H
+ÅÆ LAKTAT + NAD
+b. DEHIDROGENASE NADP NADPH DIPAKAI UNTUK
SINTESIS ASAM LEMAK, TRIASIL GLISEROL,
STEROID DLL.
3. HIDROPEROKSIDASE:
SUBSTRATNYA H
2O
2A. PEROKSIDASE :
H
2O
2+ AH
2Æ 2 H
2O + A B. KATALASE
H
2O
2+ H
2O
2Æ 2 H
2O + O
24. OKSIGENASE :
A. MONOOKSIGENASE (HIDROKSILASE) AH2 + O2 + ZH2 Æ AOH + H2O + Z
CONTOH: ENZIM2 PADA SINTESIS STEROID
ENZIM2 HIDROKSILASI OBAT2-AN
B. DIOKSIGENASE (OKSIGEN TRANSFERASE)
: A + O2 Æ AO2
PEMBENTUKAN ATP
PEMBENTUKAN ATP DALAM SEL :
1. PEMBENTUKAN ATP PADA TINGKAT RANTAI RESPIRASI TERJADI DALAM MITOKONDRIA
CARA PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA 2. PEMBENTUKAN ATP PADA TINGKAT SUBSTRAT:
LEWAT REAKSI BIASA MISALNYA :
fosfogliserat kinase 1,3 BISFOSFOGLISERAT + ADP + Pi
3 FOSFOGLISERAT + ATP
RANTAI RESPIRASI
RANTAI RESPIRASI
MITOKONDRIA
¾ TEMPAT PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA DALAM SEL, SEBAB
A. MENGANDUNG JALUR/ DAUR YG BANYAK MENGHASILKAN ENERGI:
1. SIKLUS ASAM SITRAT
2. OKSIDASI BETA ASAM LEMAK Æ MENGHASILKAN ASETIL KO-A Æ MASUK SIKLUS ASAM SITRAT
B. TEMPAT BERLANGSUNGNYA RANTAI RESPIRASI
JADI JALUR/ DAUR TSB DI ATAS MENYEDIAKAN BAHAN BAKU H+ DAN ELEKTRON YG AKAN MASUK KE RANTAI RESPIRASI (PABRIK ATP,
SUKSINAT Fp(FAD)
ATP ATP ATP
S Æ NAD+ Æ Fp Æ Q Æ SIT b Æ SIT c1 Æ SIT c Æ SIT a Æ SIT a3 Æ ½O2 (FMN)
ADP + Pi ADP +Pi ADP + Pi SITE I SITE II SITE III NAD = NIKOTINAMID ADENIN DINUKLEOTIDA
FAD = FLAVIN ADENIN DINUKLEOTIDA Q = KOENZIM Q = UBIQUINON
NAD+ Æ NADH + H+ È
Fp Æ FpH2 È
Q Æ QH2 È
SISTEM SITOKROM È
½ O2 Æ H2O
¾ ALIRAN ELEKTRON: DARI YG ELEKTRONEGATIF KE YG ELEKTROPOSITIF
RANTAI RESPIRASI MERUPAKAN SERANGKAIAN KATALISATOR DALAM MITOKONDRIA UNTUK TRANSPOR HIDROGEN ATAU H+ DAN e- UNTUK AKHIRNYA DIREAKSIKAN DENGAN O2
MEMBENTUK H2O
RANTAI RESPIRASI HANYA BERJALAN DALAM KEADAAN AEROB (ADA O2 )
PADA RANTAI RESPIRASI TERJADI 3 HAL:
1.TRANSPOR HIDROGEN ATAU H+ DAN e- Æ RANGKAIAN PROSES OKSIDASI 2. PEMBENTUKAN ATP : PROSES FOSFORILASI OKSIDATIF
3. PEMAKAIAN O2
INHIBITOR RANTAI RESPIRASI
SUKSINAT Fp (FAD)
S Æ NAD+ Æ Fp Æ Q Æ SIT b ÆSIT c1 ÆSIT c ÆSIT a ÆSIT a3 ƽO2 (FMN)
I II III
INHIBITOR SISTEM RANTAI RESPIRASI ADALAH SENYAWA2 YANG MENGAKIBATKAN : - RANTAI RESPIRASI TIDAK BERJALAN
- ATP TIDAK TERBENTUK
TITIK TANGKAP:
1. SITE I : PIERICIDIN A, AMOBARBITAL, ROTENON
2. SITE II: BAL, ANTIMYCIN A
3. SITE III: H2S, CO, CN-
AD 1 DAN 2: MENGHAMBAT ALIRAN ELEKTRON Æ TAK TERBENTUK ATP AD 3 : MENGHAMBAT PEMAKAIAN O2 Æ TAK TERBENTUK ATP
OLIGOMISIN : MENGHAMBAT FOSFORILASI ADP
ATRAKTILOSIDA : MENGHAMBAT TRANSPOR ADP MASUK DAN ATP KE LUAR MITOKONDRIA
ASAM BONGKREK : SEPERTI ATRAKTILOSIDA
UNCOUPLER :
CONTOH: 2,4 DINITROFENOL
MENGHAMBAT PEMBENTUKAN ATP TETAPI TIDAK MENGHAMBAT OKSIDASI SUBSTRAT MAUPUN
PEMAKAIAN O
2NADH TIDAK DAPAT MENEMBUS MEMBRAN MITOKONDRIA Æ OKSIDASI DITERUSKAN SECARA TAK LANGSUNG :
1. LEWAT MALAT SHUTTLE: 1 MOL NADH + H+ Æ 3 MOL ATP
OKSIDASI NADH DARI LUAR
MITOKONDRIA
2. LEWAT α-GLISEROFOSFAT SHUTTLE
NAD+ GLISEROL-3P GLISEROL-3P FAD
NADH+ H+ DHAP DHAP FADH2
SITOSOL MEMBRAN MITOKONDRIA
HIPOTESIS KIMIA OSMOTIK
Membran -
dalam --- mitokondria
RUANG
INTERMEMBRAN
NADH + O2 RANTAI RESPIRASI
H+ H+
H+ H+
H+ H+
NAD+ + H2O ADP + Pi
M A T R I X M I T
H+ H+
ATP ATP SINTASE
H+ H+
2,4 DINITROFENOL (UNCOUPLER)
MITCHELL MENYEBUTKAN BAHWA OKSIDASI DAN FOSFORILASI DIKAITKAN OLEH GRADIEN PROTON.
GRADIEN ELEKTROKIMIA (GRADIEN PROTON)
DIBENTUK OLEH POMPA PROTON PADA MEMBRAN- DALAM MITOKONDRIA.
POMPA PROTON TSB DIOPERASIKAN OLEH ALIRAN ELEKTRON DAN MENGAKIBATKAN PROTON
DILEMPAR KE LUAR DARI RUANG MATRIX (MELALUI MEMBRAN ).
