Secara sederhana, oksidasi berarti reaksi dari material dengan oksigen. Secara kimiawi: OKSIDASI BIOLOGI

(1)

Oksidasi biologi - 2

 Proses oksidasi

 Peranan enzim, koenzim dan logam dalam oksidasi biologi

 Transfer elektron dalam sel

 Hubungan rantai pernapasan dengan senyawa fosfat berenergi tinggi

Oksidasi hidrogen (H) dalam mitokondria

Struktur dan fungsi mitokondria

Proses transfer elektron di mikrosom

Proses oksidasi reduksi di sel darah merah

Secara sederhana, oksidasi berarti reaksi dari material dengan oksigen

Oleh karena itu diberi

nama

OKSIDASI BIOLOGI



Secara kimiawi:

Oksidasi berarti melepaskan elektron atau menerima oksigen, yang sering diikuti dengan reduksi.

Reduksi berarti menerima elektron atau melepaskan oksigen.

(2)

Reaksi biokimia dalam organisme hidup pada dasarnya adalah transfer ENERGI (ATP), yang melibatkan reaksi oksidasi dan reduksi.

ATP dihasilkan melalui fosforilasi ADP

Fosforilasi tingkat substrat adalah transfer PO₄^- energi tinggi ke ADP.

Semua molekul mengandung elektron sebagai bagian dari atom- atom yang menyusun molekul.

Setiap molekul memiliki energi (potensial) untuk memberi dan menerima elektron dari molekul lainnya.

NAD⁺ NADH

NAD⁺ adalah senyawa intermediate (pembawa energi).

Dalam sistem biologikal, elektron adalah atom hidrogen (H⁺).

Oksidasi biologikal seringkali berupa DEHIDROGENASI (pelepasan pasangan atom hidrogen dari substrat mereka).

Terdapat beberapa reaksi oksidasi-reduksi di dalam sel, baik selama katabolisme maupun anabolisme.

Proses respirasi seluler : glikolisis, siklus Kreb’s, dan rantai transport elektron adalah reaksi biokimia yang melibatkan transfer elektron melalui reaksi OKSIDASI – REDUKSI.

Sebagian besar energi sel diperoleh dari reaksi oksidasi reduksi.

Energi disimpan dalam ikatan kovalen diantara fosfat, dengan jumlah energi terbesar (± 7 kcal/mole) dalam ikatan diantara gugus fosfat kedua dan ketiga.

Ikatan kovalen ini disebut ikatan pirofosfat.

(3)

Proses pemecahan glukosa, dimana glukosa di oksidasi menjadi dua molekul 3-carbon (piruvat).

Glucose + 2 ATP + 2 ADP + 2 PO₄^– + 2 NAD⁺  2 pyruvic acid + 4 ATP + 2 NADH + 2H⁺

Catatan:

Energi yang dilepaskan dari glukosa dapat digunakan untuk memfosforilasi (penambahan gugus fosfat) pada ADP, membentuk ATP.

Glikolisis terjadi didalam sitoplasma.



Tiga bagian glikolisis:

Pemakaian energi (preparatory stages).

Pemecahan gula 6- carbon menjadi dua gula 3-carbon (asam piruvat)

Produksi energi (Energy-Conserving Stage).

Glucose

Glucose 6-phosphate

Fructose 6-phosphate

Fructose 1,6-diphosphate

Glyceraldehyde 1

2

3

4 5



Digunakan 2 ATP



Glukosa dipecah untuk membentuk 2 Glucose-3-

phosphate

1,3-diphosphoglyceric acid

3-phosphoglyceric acid

2-phosphoglyceric acid

Phosphoenolpyruvic acid 6

7

8

9



2 Glucose-3- phosphate

dioksidasi menjadi 2 asam piruvat



Dihasilkan 4 ATP



Dihasilkan 2 NADH

(4)

Oksidasi biologi - 13 Oksidasi biologi - 14

(5)

Jika oksigen berlimpah, sel akan merubah asam piruvat menjadi asetil-KoA.

Asam piruvat (dari glikolisis) di oksidasi dan di

dekarboksilasi.

2(Pyruvate^- + Coenzyme-A + NAD⁺  Acetyl-CoA + CO2

+ NADH).

Pembentukan asetil-KoA adalah TAHAP TRANSISI untuk mempersiapkan asam piruvat masuk kedalam siklus Kreb’s.



Molekul 3-carbon (acetyl-CoA) di oksidasi lebih lanjut menjadi karbon dioksida.

2(Acetyl CoA + 3NAD⁺+ FAD + GDP^3- + HPO₄^2- + 2H₂O  2CO₂ + 3NADH + FADH₂ + GTP^4- + 2H⁺ + Coenzyme-A).

Dalam proses glikolisis dan siklus Kreb’s  hanya dihasilkan 4 molekul ATP atau GTP (molekul energi yang mirip dengan ATP) per-molekul glukosa.

Hasil ini jauh dibawah jumlah yang diperlukan oleh tubuh untuk berfungsi secara normal.

Akan tetapi, selama oksidasi glukosa, sejumlah besar NADH dan FADH₂ diproduksi.

Agent pereduksi ini secara dramatis meningkatkan jumlah ATP yang diproduksi.

Dengan demikian, BAGAIMANA TUBUH

(6)

Rantai transport elektron terjadi didalam lipatan membran dalam mitokondrial (cristae).

Sistem ini akan menggunakan energi yang tersimpan dalam NADH dan FADH2 untuk menghasilkan ATP.

NADH dan FADH2 yang terakumulasi selama proses glikolisis, reaksi transisi, dan siklus Kreb’s akan mentransfer atom- atom hidrogen ke komponen-komponen dari rantai transport elektron.

Selama transport, hidrogen dan elektron ditransfer ke akseptor dengan cara proton dipompa melintasi membran mitokondrial bagian dalam.

Hal ini menghasilkan gradien elektrochemical yang kemudian digunakan untuk fosforilasi ADP sambil proton berdifusi kembali melintasi membran.



Melalui rangkaian reaksi fosforilasi

oksidatif.

Oksidasi NADH terangkai dengan reaksi fosforilasi ADP.

Selain itu, reaksi reduksi akan menyertai oksidasi NADH.

● Reaksi oksidasi selalu disertai reaksi reduksi, karena elektron yang diberikan oleh satu gugus harus diterima oleh gugus lainnya.

Dalam hal ini, molekuler oksigen adalah akseptor elektron, maka pada tahap akhir rangkaian ini, elektron ditransfer ke oksigen dan terbentuk air.

Membran luar

Mempertahankan bentuk mitokondria.

Sangat permeabel terhadap molekul kecil.

Ruang antarmembran

Terdapat enzim creatine kinase & adenylate kinase.

Membran dalam

Struktur yang berlibat-lipat &

tidak permeabel terhadap molekul & ion.

Kaya dengan protein.

Cristae

Struktur yang berlipat-lipat dari membran dalam.

Matrix

Mengandung enzim untuk siklus Kreb’s dan oksidasi asam lemak.

Mengandung DNA, ribosome dan protein yang diperlukan untuk sintesis protein.

(7)



FUNGSI MITOKONDRIA:



Transport

●Digunakan untuk memindahkan substansi melintasi membran bagian dalam.



Rantai respirasi

●Kompleks yang bertanggung jawab untuk produksi ATP dari sumber energi  memerlukan oksigen.



ATP synthase

●Digunakan untuk fosforilasi ADP.

Enzim yang terlibat dalam proses oksidasi dan reduksi diberi nama

oksidoreduktase.

Mengkatalisis reaksi oksidasi atau reduksi

Bekerja pada beberapa gugus kimia untuk menambahkan atau melepaskan atom hidrogen

Diklasifikasi menjadi empat kelompok:

Oksidase

Dehidrogenase

Hidroperoksidase

Oksigenase

Enzim oksidase menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen.

Enzim oksidase mengkatalisis pelepasan hidrogen dari substrat dengan menggunakan oksigen sebagai akseptor

Enzim-enzim tersebut membentuk air atau hidrogen sebagai produk reaksi.

Sebagian enzim oksidase mengandung logam.

Fe.

Cu.

 Golongan enzim ini mengkatalisis substrat yang bergugus fungsional.

 Contoh enzim dehidrogenase

adalah suksinat dehidrogenase,

glutamat dehidrogenase dan

sebagainya.

(8)



Terdapat dua koenzim penting dalam reaksi oksidasi – reduksi:

NAD.

FAD.

Eritrosit tidak memiliki mitokondria  oleh karena itu, glukosa digunakan hanya sebagai sumber energi utama.

Tanpa glukosa, sel darah merah akan mati.

Sel-sel darah membawa O2

dari paru-paru ke jaringan.

Tanpa sel-sel darah merah, kebanyakan jaringan tubuh akan menderita kekurangan energi karena mereka memerlukan O₂ untuk menyempurnakan perubahan makanan menjadi CO2 dan H2O.

Jalur utama dari metabolisme karbohidrat dalam sel darah merah adalah:

Glikolisis.

PPP (Pentose Phosphate Pathway).

Metabolisme 2,3- bisphosphoglycerate (2,3- BPG).



Sumber energi (ATP) eritrosit diperoleh melalui proses glikolisis anaerobik dalam sitosol.



Pada glikolisis anaerobik  piruvat yang terbentuk  dirubah menjadi laktat dan kemudian dilepaskan kedalam darah.



Glikolisis memberikan ATP untuk pompa ion membran dan NADH untuk reoksidasi methemoglobin.

PPP dalam erythrocyte merupakan jalur penting untuk memproduksi NADPH.

Gangguan dalam produksi NADPH dapat

mempengaruhi

kelangsungan hidup eritrosit.

NADPH untuk mempertahankan kondisi reduksi dari glutathione.

Glutathione membuang peroxide melalui aksi glutathione peroxidase.

(9)

Ketidakmampuan untuk

mempertahankan glutathione tereduksi dalam sel darah merah berperan terhadap peningkatan akumulasi peroxide, terutama H₂O₂, yang mengakibatkan melemahnya dinding sel dan hemolysis.

Akumulasi H₂O₂ juga berperan terhadap peningkatan kecepatan oksidasi hemoglobin menjadi methemoglobin yang juga melemahkan dinding sel.

Sintesis 2,3-BPG merupakan jalur reaksi utama konsumsi glukosa dalam eritrosit.

Sintesis 2,3-BPG penting untuk mengontrol afinitas hemoglobin terhadap oksigen.

Catatan, bila glukosa teroksidasi oleh jalur ini, maka eritrosit akan kehilangan kemampuan untuk memperoleh 2 mole ATP dari oksidasi glikolitik dari 1,3-BPG menjadi 3-phosphoglycerate melalui reaksi

phosphoglycerate kinase.