Rantai Respirasi

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Mitokondria adalah tempat di mana fungsi respirasi pada makhluk hidup berlangsung. Respirasi merupakan proses perombakan atau katabolisme untuk menghasilkan energi atau tenaga bagi berlangsungnya proses hidup. Dengan demikian, mitokondria adalah “pembangkit tenaga” bagi sel. Peran utama mitokondria adalah sebagai pabrik energi sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Metabolisme karbohidrat akan berakhir di mitokondria ketika piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O2¬ menjadi CO2 dan air. Energi yang dihasilkan sangat efisien yaitu sekitar tiga puluh molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi, sedangkan dalam proses glikolisis hanya dihasilkan dua molekul ATP.

Rantai respirasi terjadi di dalam mitokondria sebagai pusat tenaga. Di dalam mitokondria inilah sebagian besar peristiwa penangkapan energi yang berasal dari oksidasi respiratorik berlangsung. Sistem respirasi dengan proses pembentukan intermediat berenergi tinggi (ATP) ini dinamakan fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif memungkinkan organisme aerob menangkap energi bebas dari substrat respiratorik dalam proporsi jauh lebih besar daripada organisme anaerob.

1.2 RUMUSAN MASALAH

1. Apa pengertian rantai respirasi itu? 2. Bagaimana saja komponen respirasi itu? 3. Bagaimana regulasi dari rantai respirasi itu? 4. Apa saja inhibitor dalam rantai respirasi? 1.3 TUJUAN

Untuk mengetahui pengertian, komponen, regulasi dan inhibitor- inhibitor dari rantai respirasi mitokondria

PEMBAHASAN

2.1 PENGERTIAN RANTAI RESPIRASI

H → hasil utama dari siklus Krebs ditangkap oleh carrier NAD menjadi NADH. H dari NADH ditransfer ke → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b → sitokrom c → sitokrom aa3 → terus direaksikan dengan O2 → H2O + E

Rangkaian transfer H dari satu carrier ke carrier lainya disebut Rantai

respirasi. Rantai Respirasi terjadi didalam mitokondria → transfer atom H

antar carrier memakai enzim Dehidrogenase → sedangkan reaksi H + O2 memakai enzim Oksidase. tidak semua substrat masuk ke dalam rantai respirasi lewat enzim dehidrogenase-nad, sebagian substrat karena potensial redoksnya lebih positif (misalnya fumarat/suksinat) berhubungan langsung dengan enzim

flavoprotein dehidrogenase yg selanjutnya akan berhubungan dengan sitokrom pada rantai respirasi.

Mitokondria adalah tempat di mana fungsi respirasi pada makhluk hidup berlangsung. Respirasi merupakan proses perombakan atau katabolisme untuk menghasilkan energi atau tenaga bagi berlangsungnya proses hidup. Dengan demikian, mitokondria adalah “pembangkit tenaga” bagi sel.

Peran utama mitokondria adalah sebagai pabrik energi sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Metabolisme karbohidrat akan berakhir di mitokondria ketika piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O2¬ menjadi CO2 dan air. Energi yang dihasilkan sangat efisien yaitu sekitar tiga puluh molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi, sedangkan dalam proses glikolisis hanya dihasilkan dua molekul ATP. Proses pembentukan energi atau dikenal sebagai fosforilasi oksidatif terdiri atas lima tahapan reaksi enzimatis yang melibatkan kompleks enzim yang terdapat pada membran bagian dalam mitokondria. Proses pembentukan ATP melibatkan proses transpor elektron dengan bantuan empat kompleks enzim, yang terdiri dari kompleks I (NADH dehidrogenase), kompleks II (suksinat dehidrogenase), kompleks III (koenzim Q – sitokrom C reduktase), kompleks IV (sitokrom oksidase), dan juga dengan bantuan FoF1 ATP Sintase dan Adenine Nucleotide Translocator (ANT) [Wallace, 1997].

Adenosin trifosfat (ATP) salah satu gugus berenergi tinggi yang terpenting. Bila kedua gugus fosfatnya dihidrolisis masing-masing menghasilkan 12000 kal/fosfat, sedang fosfat yang ketiga hanya menghasilkan 1500 kal. Energi yang dibebaskan ATP tergantung pada keadaan hidrolisisnya, terutama pH dan kadar reaktan.

Meskipun ATP mengandung 2 fosfat berenergi tinggi, dalam reaksi umumnya hanya satu fosfat berenergi tinggi digunakan untuk aktivasi. Oksidasi dalam sel dikatalisis oleh ensim yang mempunyai kofaktor atau gugus prostetis penerima proton atau elektron dari substrat dan memberikannya kepada aseptor lewat perantara yang mempunyai potensial redoks (Eo’) lebih tinggi dari pada donornya. Pembawa elektron yang terpenting adalah NAD, FMN, dan sitokrom.

Rantai respirasi terjadi di dalam mitokondria sebagai pusat tenaga. Di dalam mitokondria inilah sebagian besar peristiwa penangkapan energi yang berasal dari oksidasi respiratorik berlangsung. Sistem respirasi dengan proses pembentukan intermediat berenergi tinggi (ATP) ini dinamakan fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif memungkinkan organisme aerob menangkap energi bebas dari substrat respiratorik dalam proporsi jauh lebih besar daripada organisme anaerob.

2.2 MITOKONDRIA

Merupakan power of the cell yang berisi sejumlah rangkaian katalisator yg dikenal sebagai rantai respirasi yang berfungsi untuk menggumpulkan, mengangkut ekuivalen pereduksi & mengarahkannya pada reaksi akhir dengan O2 untuk membentuk H2O.

Sistem dalam mitokondria yang merangkaikan respirasi dengan produksi senyawa antara berenergi tinggi (atp) disebut fosforilasi oksidatif. Mitokondria memiliki 3 membran, yaitu:

1. Membran Eksternal

 Sifat permeable terhadap sebagian besar metabolit.

 Dapat dihilangkan dengan digitonin.

 Ditandai oleh adanya monoamina oksidase,asil-koa sintetase,gliserol fosfat asil transferase,fosfolipase a2.

2. Membran Internal

 Mempunyai permeabilitas selektif

 Tersusun dalam bentuk lipatan atau Krista

 Di bagian dalam terdapat matriks yg mengandung enzim untuk siklus asam sitrat & reaksi oksidasi beta asam lemak

3. Ruang Antar Membran

 Terdapat diantara membrane internal & eksternal.

2.2.1 Enzim Suksinat Dehidrogenase

 Terdapat pada permukaan dalam membran internal mitokondria.  Sebagai carrier elektron ke dalam rantai respirasi intra mitokondria.  Merupakan anggota siklus asam sitrat.

2.2.2 Gliserol-3-fosfat Dehidrogenase

 Terdapat pada permukaan luar membran internal mitokondria.  Turut serta dalam mekanisme gliserofat shuttle.

2.2.3 Komponen Rantai Respirasi

Komponen utama rantai respirasi diperihatkan dalam Gambar Gambar : Pengangkutan ekuivalen pereduksi melalui rantai respirasi

Hidrogen dan elektron mengalir melalui rantai tersebut dalam langkah-langkah dari komponen yang memiliki potensial redoks lebih negatif ke komponen dengan potensial redoks yang lebih positif lewat suatu rentang redoks (redox span) sebesar 1,1 V dari NAD+_{/ NADH hingga} O2/2H2O (tabel 13-1).

Rantai respirasi dalam mitokondria terdiri atas sejumlah pembawa (carrier) redoks yang berjalan dari siste dehidrogenase terikat – NAD, lewat flavoprotein dan sitokrom, menuju molekul oksigen. Tidak semua substrat berhubungan dengan rantai respirasi melalui melalui enzim

dehidrogenase spesifik-NAD; sebagian substrat karena potensial redoksnya lebih positif

Telah jelas bahwa terdapat suatu pembawa tambahan dalam rantai respirasi, yang merangkaikan flavoprotein ke sitokrom b, anggota rantai sitokrom yang memiiki potensial redoks paling rendah. Zat ini, yang dinamakan ubikuinon dan Q ( koennzim Q ;lihat gambar) terdapat pada keadaan aerob, dan dalam bentuk kuinon tereduksi pada keadaan anaerob. Q merupakan konstituen lipid mitokondria; lipid-lipid lain terutama terdapat dalam bentuk fosfolipid yang menjadi bagian dari membran mitokondria. Rumus bangun Q sangat mirip dengan rumus bangun vitamin K dan vitamin E. Ubikuinon juga sangat menyerupai plaskuinon yang ditemukan dalam kloroplas. Semua zat ini dicirikan oleh rantai samping poliisoprenoid.di dalam mitokondria, Q terdapat dalam jumlah stoikiometrik berlebihan yang jauhlebuh besar dibandingkan anggota lain rantai respirasi; hal ini sesuai dengan fungsi Q yang bekerja sebagai komponen mobil rantai respirasi, yang mengumpulkan unsur ekuivalen pereduksi dari kompleks flavoprotein yang lebih terfiksasi dan menghantarkannya kepada sitokrom.

Komponen tambahan yang ditemukan dalam sediaan rantai respirasi adalah protein besi-sulfur (FeS ; besi nonheme). Unsur ini berikatan dengan flavoprotein (metaloflavoprotein) dan dengan sitokrom b. Sulfur dan besi dianggap berperan di dalam mekanisme oksidoreduksi antara flavin dengan Q, yang melibatkan perubahan pada hanya satu e -tunggal, dengan atom besi menjalani oksidoreduksi antara Fe 2+ _{dan Fe}3+ .

Pandangan muakhir tentang urutan komponen utama yang membentuk rantai respirasi ddiperlihatkan dalam gambar 14-. Enzim dehidrogenase mengatalisis proses pemindahan elektron dari subtrat kepada NAD rantai tersebut. Terdapat beberapa perbedaan dalam menyelenggarakan proses ini. Asam α-keto piruvat dan ketglutarat mempunyai sistem dehidroginase kompleks yang melibatkan lipoat dan

FAD, sebelum elektron dipindahkan kepada NAD rantai respirasi. Pemindahan elektron dari enzim dehidrogenase lain seperti L (+)-3-hidroksibutirat, prolin, glutamat, malat, dan isositrat dehidroginase berpasanganlangsung dengan NAD pada rantai respirasi.

NADH (tereduksi) pada rantai respirasi selanjutnya dioksidasi oleh enzim metalolavoprotein―NADH dehidroginase. Enzim ini mengandung FeS dan FMN, terikat erat pada rantai respirasi, dan menghantarkan unsur ekuivalen pereduksi kepada Q. Q juga merupakan titik pegumpulan dalam rantai respirasi bagi unsur- unsur ekuivalen pereduksi yang berasal dari substrat lain yang berikatan langsung dengan rantai respirasi lewat enzim flavoprotein dehidrogenase. Substrat ini mencakup suksinat, kolin, gliserol 3- fosfat, sarkosin dimetilglisin dan asil – KoA. Moitas ( moity) flavin semua enzim dehidrogenase ini adalah FAD.

Elektron mengalir dari Q melalui rangkaian sitokrom ke molekul oksigen. Sitokrom tersusun dalam urutan potensial resoks yang mengikat. Gugus terminal sitokrom aa3 (sitokrom oksidase) bertanggung jawab atas penggabungan terakhir sejumlah unsur ekuivalen pereduksi dengan molekul oksigen. Sistem enzim ini ternyata mengandung tembaga, suatu komponen yang ditemukan dalam beberapa enzim oksidase. Sitokrom oksidase mempunyai afinitas sangat tinggi terhadap oksigen sehingga memungkinkan untuk rantai respirasi berfunngsi dengan kecepatan maksimal sampai jaringan benar-benar kehabisan O2. Karena bersifat ireversibel (satu-satunya reaksi ireversibel dalam rantai respirasi), reaksi ini menentukan arah pergerakan ekuivalen pereduksi dalam rantai respirasi serta arah proses produksi ATP yang terangkai padanya.

Organisasi struktural rantai respirasi merupakan subjek yang diteliti secara luas. Temuan bermakna adalah hasil penelitian yang menunjukkan proporsi molar yang hampir konstan di antara komponen-komponen tersebut. Secara fungsional dan struktural, komponen-komponen rantai

respirasi terdapat di membran interna mitokondria sebagai empat buah kompleks protein-lipid rantai respirasi yang merentangiseluruh tebal membran. Sitokrom c merupakan satu-satunya sitokrom dapat larut dan, bersama-sama dengan Q, tampaknya merupakan komponen rantai respirasi yang lebih mobil yang menghubungkan sejumlah kompleks terfiksasi

Hidrogen dan elektron mengalir lewat rantai respirasi mulai dari komponen yg lebih bersifat elektronegatif hingga oksigen yg lebih elektropositif.

Rantai respirasi terdiri atas sejumlah carrier redoks yg berjalan dari system dehidrogenase - nad, lewat flavoprotein & sitokrom,menuju molekul o2. Tidak semua substrat masuk ke dalam rantai respirasi lewat enzim dehidrogenase-nad, sebagian substrat karena potensial redoksnya lebih positif (misalnya fumarat/suksinat) berhubungan langsung dengan enzim flavoprotein dehidrogenase yg selanjutnya akan berhubungan dengan sitokrom pada rantai respirasi. 2.3 RANTAI RESPIRASI MENGUMPULKAN DAN MENGOKSIDASI

SEJUMLAH ZAT EKUIVALEN PEREDUKSI

Semua energi bermanfaat yang dibebaskan selama oksidasi asam lemak serta asam amino, dan hampir seluruh energi yang dilepaskan dari oksidasi karbohidrat terdapat dalam mitokondria sebagai unsur ekuivalen pereduksi(―H atau elektron). Mitokondria mengandung seri katalisator yang dikenal sebagai rantai respirasi, yang mengumpulkan,mengangkut unsur ekuivalen pereduksi, dan mengarahkannya pada reaksi akhir dengan oksigen untuk membentuk air. Yang juga terdapat dalam mitokondria adalah rangkaian mesin untuk menangkap energi bebas yang dilepas sebagai fosfat berenergi-tinggi. ,mitondria juga mengandung berbagai sistem yang memang pada dasarnya bertanggung jawab memproduksi sebagaian besar unsur ekuivalen pereduksi, yaitu enzim-enzim ß-oksidasi dan siklus asam sitrat. Siklus asam sitrat mrupakan lintasan metabolisme umum tarakhir untuk oksidasi semua

bahan makanan utama. Peran rantai respirasi pada mikontodria dalam mengubah energy makanan menjadi ATP. Hubungan transport elektron pada rantai respiras dengan beta oksidasi asam lemak TCA cycle dan sumber sumber ekstramitokondria.

2.4 KOMPONEN TAMBAHAN RANTAI RESPIRASI

Protein besi sulfur(fes) berikatan dengan flavoprotein (metaloflavoprotein) & dengan sitokrom b. Ubikuinon atau koenzym q yang terdapat dalam mitokondria dalam bentuk kuinon teroksidasi(aerob) & kuinol terreduksi (anaerob). unsur pembentuk lipid mitokondria mirip rumus bangun vitamin k & vitamin e yang menyerupai plastokuinon yg terdapat dalam kloroplas yang rantai sampingnya berupa poliisoprenoid.

Komponen rantai respirasi dalam membran internal mitokondria dibagi menjadi 4 buah kompleks protein-lipid. Yaitu :

 kompleks i : nadh dehidrogenase yg mengandung fes & fmn.  kompleks iii : sitokrom b-c1

 kompleks iv : sitokrom oksidase (a3

 kompleks ii : suksinat dehidrogenase yg mengandung fes & fad.  komponen yg mobile: koenzym q & sitokrom c.

Apabila substrat teroksidasi lewat enzim dehidrogenase-nad maka kurang lebih 3 mol atp per ½ mol o2 yg terbentuk dari rantai respirasi,yaitu rasio p:o= 3 dan apabila substrat teroksidasi lewat enzim dehidrogenase-fad maka hanya 2 mol atp yg terbentuk,yaitu rasio p:o=2.

2.4.1 Regulasi Rantai Respirasi

Laju respirasi mitokondria dapat dikendalikan oleh konsentrasi adp, karena proses oksidasi tidak dapat berlangsung bila tidak terjadi fosforilasi adp. kadar fosfat anorganik dapat mempengaruhi kecepatan respirasi mitokondria. Adenin nukleotida carrier yang memudahkan masuknya adp kedalam mitokondria juga berpengaruh pada kecepatan respirasi mitokondria.

2.4.2 Faktor Regulasi Respirasi Mitokondria

Chance & Williams menyebutkan ada 5 keadaan yg dapat mengendalikan laju respirasi mitokondria. Yaitu:

 Status 1: tersedianya adp & substrat.  Status 2 : tersedianya substrat saja.

 Status 3 : kapasitas rantai respirasi,bila substrat & komponen lain terdapat dalam jumlah yg jenuh.

 Status 4 : tersedia adp saja.

 Status 5 : tersedia O2 saja & proses yg memerlukan energi.

Sel istirahat berada dalam status 4,dimana respirasi dikendalikan dengan tersedianya adp. Pada saat dilakukan kerja,atp diubah menjadi adp sehingga proses respirasi meningkat yg selanjutnya akan memperbarui simpanan atp. bila respirasi semakin meningkat (exercise),sel akan mendekati status 3 atau 5 jika kapasitas rantai respirasi jenuh atau jika po2 turun dibawah nilai km untuk sitokrom a3. 2.5 INHIBITOR RANTAI RESPIRASI

Barbiturat (amobarbital),pierisidinn a,insektisida,rotenon (racun ikan) menghambat oksidasi substrat yg berhubungan langsung dengan rantai respirasi lewat dehidrogenase-nad (kompleks i). dimerkapol (bal) & antimisin a menghambat rantai respirasi diantara sitokrom b dan c1 (kompleks iii). H2s,karbonmonoksida,hcn menghambat sitokrom oksidase sehingga dapat menghentikan respirasi secara total. karboksin & ttfa menghambat transfer elektron dari suksinat dehidrogenase ke koenzym q (kompleks ii). Malonat merupakan inhibitor kompetitif enzim suksinat dehidrogenase (kompleks ii). 2.5.1 Penyelenggaraan Rantai Respirasi Mitokondria

Elektron atau ekuivalen pereduksi, mengalir dari unsur yang lebih elektron negatif ke oksigen yang lebih elektron positif melalui rantai secara selangkah demi selangkah. Rantai pernafasan utama berjalan dari sistem DH yang terikat pada NAD melalui flavoprotein dan sitokrom ke oksigen.

Tidak semua substrat dihubungkan dengan RR. Melalui NAD, Tergantung potensial redoksnya.

2.5.2 Penyelenggaraan Rantai Respirasi dalam Mitokondria

ADP digambarkan sebagai molekul yang menangkap sebagaian energi bebas hasil katabolisme menjadi ATP. Pada fosforilasi tingkat substrat (glikolisis dan TCA Cycle), ATP yang dihasilkan adalah kecil, karena oksidasinya tidak melalui dehidronase. Oksidasi substrat melalui dehidrogenasi yang berikatan dengan:

- NAD menghasilkan 3 mol ATP - FAD menghasilkan 2 mol ATP

- REAKSI yang melalui NAD/FAD Dehidridrogenasi dikenal sebagai fosforilasi oksidatif tingkat rantai respirasi.

2.5.3 Tempat tempat fosforilasi pada rantai respirasi

Kecepatan respirasi mitokondria dapat diatur oleh konsentrasi ADP karena:

 ADP merupakan komponen penting pada fosforilasi.

 Jika ADP kurang, substrat berlebih, dapat ditemukan 3 tempat crossover / fosforilasi

PENUTUP 3.1 KESIMPULAN

Rantai respirasi adalah rangkaian enzim dan sitokrom Yang membawa{H+} dari substrat ke akseptor terakhir(oksigen). Proses ini berlangsung di Mitokondria

Tempat berlangsungnya:

 Transport ekuivalen pereduksi dari enzim enzim beta oksidasi dan tca cycle.

 Fosforilasi oksidatif

Rantai respirasi terjadi di dalam mitokondria sebagai pusat tenaga. Di dalam mitokondria inilah sebagian besar peristiwa penangkapan energi yang berasal dari oksidasi respiratorik berlangsung.

3.2 SARAN

Dengan adanya makalah ini diharapkan para pembaca dapat mengetahui lebih banyak lagi tentang Respirasi dan energi guna menambah wawasan untuk pembelajaran.

Anonim .(2011) Rantai Respirasi (online). Tersedia :http//www. Rantai Respirasi _chem –Istry. Org _situs kimia indonesia _htm. (03. April .2013)

Girindra , A. 1986. Biokimia I. Grand media. Jakarta