RANTAI RESPIRASI & RANTAI RESPIRASI & FOSFORILASI OKSIDATIFFOSFORILASI OKSIDATIF

Ani Retno PrijantiAni Retno Prijanti

Metabolik Endokrin 2010Metabolik Endokrin 2010

RANTAI RESPIRASI & FOSFORILASI RANTAI RESPIRASI & FOSFORILASI OKSIDATIFOKSIDATIF

Organisme aerob dapat menangkap energi dgn proporsi lebih Organisme aerob dapat menangkap energi dgn proporsi lebih besar drpd anaerob.besar drpd anaerob.

Sebagian besar proses aerob tsb terjadi di mitokondria (the Sebagian besar proses aerob tsb terjadi di mitokondria (the powerhouses of the cell)powerhouses of the cell)

Respirasi di pasangkan (coupled) dengan proses produksi Respirasi di pasangkan (coupled) dengan proses produksi senyawa fosfat berenergi tinggi (ATP) yang disebut proses senyawa fosfat berenergi tinggi (ATP) yang disebut proses fosforilasi oksidatiffosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif dapat dihambat olehFosforilasi oksidatif dapat dihambat oleh

Obat: amobarbitalObat: amobarbital

Racun: sianida, CORacun: sianida, CO

Kadang-kadang fatal akibatnya.Kadang-kadang fatal akibatnya.

Beberapa defek mitokondria keturunan yg telah diketahui Beberapa defek mitokondria keturunan yg telah diketahui melibatkan komponen rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.melibatkan komponen rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.

Penderita dengan myopathy dan encephalopathy seringkali Penderita dengan myopathy dan encephalopathy seringkali mengalami asidosis laktat.mengalami asidosis laktat.

MITOKONDRIAMITOKONDRIA

Mempunyai 2 membran: outer dan inner membraneMempunyai 2 membran: outer dan inner membrane

Outer membran bersifat: Outer membran bersifat:

permeabel terhadap sebagian besar metabolitpermeabel terhadap sebagian besar metabolit

ditandai dgn adanya berbagai enzim termasuk ditandai dgn adanya berbagai enzim termasuk

asil-koA sintaseasil-koA sintase

gliserofosfat asil-tranferasegliserofosfat asil-tranferase

Inner membran: Inner membran: bersifat permeabel selektif bersifat permeabel selektif membungkus matrik didalamnyamembungkus matrik didalamnyamengandung mengandung

cardiolipincardiolipinenzim-enzim rantai pernafasanenzim-enzim rantai pernafasanATP sintase ATP sintase berbagai transporter membranberbagai transporter membran

Ruang antar membran:Ruang antar membran:mengandungmengandung

adenylyl kinaseadenylyl kinasekreatin kinasekreatin kinase

RANTAI RESPIRASIRANTAI RESPIRASI

Hampir semua energi yg dilepaskan selama oksidasi KH, FA dan protein Hampir semua energi yg dilepaskan selama oksidasi KH, FA dan protein terjadi dalam mitokondria sebagai reducing equivalent (— H atau terjadi dalam mitokondria sebagai reducing equivalent (— H atau elektron) . Gambar dibawah ini:elektron) . Gambar dibawah ini:

Enzim-enzim dlm siklus Krebs, oksidasi beta dan rantai respirasi mengumpulkan dan mentranspor ekivalen pereduksi menuju reaksi terakhir dgn oksigen membentuk air

Bersama dgn mesin-mesin fosforilasi oksidatif, menjalankan proses yg menghasilkan energi bebas yg diperangkap dlm bentuk senyawa fosfat berenergi tinggi (high-energy phosphate).

KOMPONEN DALAM RANTAI RESPIRASI:

Ada 4 kompleks protein yg besar yg tertanam dalam “inner membran” mitokondria, tetapi Q dan cyt c bersifat mobile.

Elektron mengalir melalui rantai respirasi Elektron mengalir melalui rantai respirasi

melalui reaksi-reaksi redoks dg span 1,1 Volt : melalui reaksi-reaksi redoks dg span 1,1 Volt :

mulai dari NADmulai dari NAD++/ NADH / NADH O O22/ 2 H/ 2 H22OO

melewati 3 kompleks besar protein: I melewati 3 kompleks besar protein: I III III IV IV

Komplek I (NADH-Q oxidoreductase):Komplek I (NADH-Q oxidoreductase):

elektron ditransfer/ dipindahkan dari NADH ke koenzim Q elektron ditransfer/ dipindahkan dari NADH ke koenzim Q (Q= ubiquinone).(Q= ubiquinone).

Kompleks III (Q-cytochrome Kompleks III (Q-cytochrome cc oxidoreductase): oxidoreductase):

kompleks ini memindahkan elektron ke sitokrom c.kompleks ini memindahkan elektron ke sitokrom c.

Kompleks IV:Kompleks IV:

melengkapkan rantai respirasi dgn melewatkan elektron ke melengkapkan rantai respirasi dgn melewatkan elektron ke O2 , dan direduksi menjadi H2OO2 , dan direduksi menjadi H2O

Kompleks II:Kompleks II:

Sebagian substrat dgn potensial redok yg lebih tinggi Sebagian substrat dgn potensial redok yg lebih tinggi daripada NAD+/ NADH (contoh: suksinat) cenderung daripada NAD+/ NADH (contoh: suksinat) cenderung melewatkan elektron ke koenzim Q melalui kompleks II ini melewatkan elektron ke koenzim Q melalui kompleks II ini drpd kompleks I.drpd kompleks I.

Ko-enzim Q terdifusi dalam membran, sedangkan cyt c adalah Ko-enzim Q terdifusi dalam membran, sedangkan cyt c adalah suatu protein terlarut.suatu protein terlarut.

Aliran elektron melalui kompleks IAliran elektron melalui kompleks IIIIIIIIV menghasilkan IV menghasilkan proton yg terpompa dari matrik menuju celah antar proton yg terpompa dari matrik menuju celah antar membran mitokondria (lihat gambar di slide 9).membran mitokondria (lihat gambar di slide 9).

Kompleks – kompleks Komponen Rantai Pernafasan Kompleks – kompleks Komponen Rantai Pernafasan merupakan suatu Flavoprotein atau Iron-Sulfur merupakan suatu Flavoprotein atau Iron-Sulfur ProteinProtein

Flavoprotein adl komponen penting dalam kompleks I dan II.Flavoprotein adl komponen penting dalam kompleks I dan II.

FMN/FAD FMN/FAD

Dpt direduksi pd proses pemindahan 2 elektron Dpt direduksi pd proses pemindahan 2 elektron membentuk FMNH2 atau FADH2membentuk FMNH2 atau FADH2

Dpt menerima 1 elektron , membentuk semikuinon.Dpt menerima 1 elektron , membentuk semikuinon.

Iron-sulfur protein :Iron-sulfur protein :

Disebut juga : Nonheme iron proteins, Fe-SDisebut juga : Nonheme iron proteins, Fe-S

Dijumpai pada kompleks I, II dan IIIDijumpai pada kompleks I, II dan III

Dapat mengandung 1, 2 atau 4 atom Fe yg terikat pada atom Dapat mengandung 1, 2 atau 4 atom Fe yg terikat pada atom sulfur anorganik dan atau melalui gugus –SH sistein terikat pd sulfur anorganik dan atau melalui gugus –SH sistein terikat pd protein.protein.

Fe-S berperan memindahkan elektron, dimana Fe mengalami Fe-S berperan memindahkan elektron, dimana Fe mengalami oksidasi-reduksi antara Fe2+ oksidasi-reduksi antara Fe2+ Fe3+Fe3+

Quinon menerima elektron melalui Kompleks I dan II.Quinon menerima elektron melalui Kompleks I dan II.

Kompleks I :Kompleks I :

Disebut juga NADH-Q oksidoreduktaseDisebut juga NADH-Q oksidoreduktase

Suatu multi subunit besar, berbentuk LSuatu multi subunit besar, berbentuk L

Berfungsi memindahkan elektron dari NADH ke koenzim Q Berfungsi memindahkan elektron dari NADH ke koenzim Q dikopel dgn transfer 4 ion H+ melintasi membran dalamdikopel dgn transfer 4 ion H+ melintasi membran dalam

NADH + Q + 5HNADH + Q + 5H+ + matriksmatriks NAD + QH + 4H NAD + QH + 4H++

(Harper 28(Harper 28thth ed) ed)

Pada komplek I awalnya terjadi transfer elektron dari NADH Pada komplek I awalnya terjadi transfer elektron dari NADH (hasil katabolisme nutrien) ke FMN (dlm kompleks).(hasil katabolisme nutrien) ke FMN (dlm kompleks).

Kemudian elektron berpindah dari FMN ke pusat Fe-S Kemudian elektron berpindah dari FMN ke pusat Fe-S (serial).(serial).

Selanjutnya elektron berpindah dari Fe-S ke koenzim Q.Selanjutnya elektron berpindah dari Fe-S ke koenzim Q.

Kompleks II:Kompleks II:

(Suksinat-Q reduktase)(Suksinat-Q reduktase)

FADH2 hasil siklus Krebs dan elektron ditransfer melalui FADH2 hasil siklus Krebs dan elektron ditransfer melalui beberapa pusat Fe-S ke Quinonebeberapa pusat Fe-S ke Quinone

Gliseraldehid 3-P yg berasal dari pemecahan Trigliserida Gliseraldehid 3-P yg berasal dari pemecahan Trigliserida (TG) atau dari glikolisis dan asetil koA mentransfer elektron (TG) atau dari glikolisis dan asetil koA mentransfer elektron ke Quinone melalui jalur lainnyake Quinone melalui jalur lainnya

Siklus Quinone memindahkan elektron ke Kompleks IIISiklus Quinone memindahkan elektron ke Kompleks III

Siklus Quinone : Siklus Quinone :

QH2 QH2 Q + Q + H2H2

Q Q (cyt bL) (cyt bL) cyt bH) cyt bH) QQ-- QQ-- (cyt bH) + 2H(cyt bH) + 2H QH2QH2

Pada proses ini mentransfer elektron dari kompleks II ke Q .Pada proses ini mentransfer elektron dari kompleks II ke Q .

Dari Q elektron dipindahkan ke kompleks III.Dari Q elektron dipindahkan ke kompleks III.

Dari Kompleks III elektron ditransfer ke cyt c.Dari Kompleks III elektron ditransfer ke cyt c.

Kompleks IV (cyt c oxidase)Kompleks IV (cyt c oxidase)

Cyt c akan dioksidasi oleh kompleks IV dengan Cyt c akan dioksidasi oleh kompleks IV dengan penambahan Openambahan O22 menghasilkan 2 molekul air (H menghasilkan 2 molekul air (H22O)O)

Fosforilasi oksidatifFosforilasi oksidatif

Satu NADH akan memindahkan ion H ke dalam celah antar Satu NADH akan memindahkan ion H ke dalam celah antar membran mitokondria 3 kali yaitu melalui proses di Kompleks membran mitokondria 3 kali yaitu melalui proses di Kompleks I, III dan IV sehingga dapat menghasilkan 3 ATPI, III dan IV sehingga dapat menghasilkan 3 ATP

Setiap FADH2 akan memindahkan ion H ke dlm celah antar Setiap FADH2 akan memindahkan ion H ke dlm celah antar membran mitokondria 2 kali yaitu melalui proses di Kompleks membran mitokondria 2 kali yaitu melalui proses di Kompleks III dan IV, sehingga dapat menghasilkan 2 ATP.III dan IV, sehingga dapat menghasilkan 2 ATP.

Jadi setiap 1 glukosa dapat menghasilkan berapa ATP pada Jadi setiap 1 glukosa dapat menghasilkan berapa ATP pada katabolisme aerob?katabolisme aerob?

Tiap glukosa saat melalui glikolisis Embden Meyerhof dipecah Tiap glukosa saat melalui glikolisis Embden Meyerhof dipecah menjadi 2 piruvat + 2 ATP menjadi 2 piruvat + 2 ATP 2 asetil koA masuk siklus Krebs 2 asetil koA masuk siklus Krebs

Tiap asetil koA yang masuk siklus Krebs akan menghasilkan 3 Tiap asetil koA yang masuk siklus Krebs akan menghasilkan 3 NADH + 1 FADH2 + 1GTP.NADH + 1 FADH2 + 1GTP.

Tiap NADH yang masuk ke rantai pernafasan akan Tiap NADH yang masuk ke rantai pernafasan akan menghasilkan 3 ATP. menghasilkan 3 ATP.

Tiap FADH2 yang masuk ke rantai pernafasan akan Tiap FADH2 yang masuk ke rantai pernafasan akan menghasilkan 2ATP.menghasilkan 2ATP.

Sehingga hasil akhir oksidasi glukosa secara aerob = 38 ATPSehingga hasil akhir oksidasi glukosa secara aerob = 38 ATP