proses redoks dalam sistem biologi

PROSES REDOKS DALAM SISTEM BIOLOGI

Proses Redoks: Fotosintesis Respirasi

Reaksi fotosintesis:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Fotosintesis merupakan reaksi redoks dengan bantuan cahaya, karbondioksida direduksi menjadi karbohidrat dan air dioksidasi menjadi oksigen

Akan berlangsung pada tanaman hijau daun (klorofil).

Klorofil

Klorofil: Komponen esensial dalam proses fotosintesis.

Kompleks yang terbentuk antara atom pusat Mg dengan ligan

forpirin.

Pereduksi NADPH (Nikotinamida Adenin Dinukleotida Phosfat tereduksi) secara tidak langsung mereduksi karbondioksida.

Selama proses fotosintesis: ATP di sintesis dan sebagian digunakan dalam reaksi

Tempat proses fotosintesis berlangsung: Kloroplast (sel-sel daun)

Tahun 1912, Willstatter menggambarkan bahwa klorofil tersebut merupakan campuran dua komponen, yakni klorofil a dan klorofil b

Klorofil a: C55H72MgN4O5

BM 893,49 g/mol

Klorofil b: C55H70MgN4O6

BM 906,51 g/mol

Campuran klorofil ini dipisahkan dengan mengocok klorofil dengan larutan minyak tanah dengan metanol berair.

Klorofil a → minyak tanah (padatan hitam kebiru-biruan)

Klorofil b → metanol berair (padatan hijau gelap)

akan menghasilkan larutan bewarna hijau dalam

pelarut organik.

Struktur Molekul Klorofil

Warna hijau dari molekul klorofil diakibatkan oleh kemampuan untuk menyerap di daerah spektrum merah dan biru, akibatnya yang diteruskan atau yang di transmisikan terlihat warna hijau.

Spektrum Adsorpsi uv-vis klorofil

Konsentrasi klorofil di dalam kloroplast sekitar 0,1 M.

Kloroplast: Timbunan kantong membran (Tylakoid)

Pada membran ini terjadi reaksi terang fotosintesis.

Reaksi gelap terjadi pada bagian kloroplast yang

bukan membran.

Reaksi-reaksi sederhana dari klorofil

a. Hidrolisis klorofil

b. Reaksi alkalin dengan klorofil

Reaksi klorofil dengan senyawa basa, dan dihasilkan senyawa philin

Fungsi Klorofil:

1. Antene untuk mengumpulkan energi radiasi matahari, meneruskan ke sisi aktif, untuk mengawali proses redoks pada fotosintesis.

2. Rantai transfer elektron. Penting karena memungkinkan suatu organisme, memperoleh energi maksimum yang berguna untuk reaksi redoks.

Pada proses redoks, elektron tidak dapat berada dalam bentuk bebas, maka setiap reaksi oksidasi selalu diiringi oleh reaksi reduksi. Hasil dari reaksi oksidasi dapat terbentuk energi (fosforilasi oksidatif)

Reaksi redoks dalam sistem biologis dikatalis oleh enzim seperti enzim dehidrogenase.

Fungsi: mentransfer elektron dan proton yang dibebaskan kepada aseptor elektron intermediet seperti NAD+ dan NADP+ untuk dibentuk menjadi NADH dan NADPH.

Fosforilasi oksidatif terjadi saat elektron yang mengandung energi tinggi ditransfer ke dalam serangkaian transfer elektron, sampai akhirnya di tangkap oleh oksigen, sehingga akan tereduksi menjadi H2O.

1. Transfer elektron menuju oksigen berbagai carier. seperti: quinon, sitokrom, plavoprotein dsb.

2. Akibat transfer e- terjadi aliran proton dari sitoplasma ke luar sel. Peredaran konsentrasi proton ini dikenal dengan gradien pH.

3. pH pada umumnya 7,5. Gradien pH terjadi jika pH diluar sel lebih kecil dari 7,5. Gradien pH bersama dengan potensial membentuk protonmotive force.

Fungsi protonmotive force:

menarik proton dari luar sel kembali ke dalam sel. Secara bersamaan terbentuk energi yang

digunakan untuk aktifitas sel.

Pada membran terdapat enzim ATP ase. Energi yang disebabkan pada saat masuknya kembali proton tadi akan digunakan oleh ATP ase untuk fosforilasi ADP menjadi ATP. Energi ini disimpan dalam bentuk ikatan fosfat.

Rantai transfer elektron

UV 2H2O O2 + 4H+

Sisi aktif klorofil Mg2 4e-

Kuinon 4H+

4e-

Fe3+/Fe2+ Sitokrom 4e-

Cu2+/Cu+ Plastosianin 4H+

4e-

Fe3+/Fe2+ Ferredoksin

H2O + C6H12O6 CO2 + 4H+ C.F

C.F. Protein yang dapat menggunakan aliran proton untuk sintesis ATP

Reaksi fotosintesis1. Reaksi terang

Produksi NADPH dan oksigen

2(NADP+ + H+ + 2e- → NADPH)

2H2O → O2 + 4H+ + 4e-

2NADP+ + 2H2O → 2NADPH + O2 + 2H+

2. Reaksi gelap

Sintesis karbohidrat

CO2 + 4H+ + 4e- → CH2O + H2O

2(NADPH) → NADP+ + H+ + 2e-)

CO2 + 2NADPH + 2H+ → 2NADP+ + CH2O + H2O

Reaksi total ( Reaksi 1 + reaksi 2)

CO2 + 2H2O → CH2O + H2O + O2 x6

6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2

Pada keadaan anaerob, bakteri tiobacillus dapat menggunakan CO2 untuk mensintesis gula dari donor proton seperti H2S, RSH, dan RSeH (dengan bantuan enzim.

6CO2 + 12H2S → C6H12O6 + 6H2O + 3/2 S8

Respirasi

Kebalikan dari reaksi fotosintesis

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energi

Energi dalam bentuk ATP

Pada spesien nonfotosintesis, yang mampu mengubah energi kimia menjadi energi yang berguna adalah mitokondria.

Perubahan energi ini merupakan juga proses fosforilasi oksidatif yang membangkitkan ATP.

Mitokondria juga menggunakan rantai transfer elektron yang berisi sitokrom, ferredoksin, dan beberapa molekul organik.

Enzim Redoks

1. Superoksida dismutase

O2- + O2

- + 2H+→ H2O2 + O2

Reaksi berjalan lambat pada pH = 7.

Eo O2- /O2

2- = 0,96 V

Eo O2/O2- = -0,45 V

Reaksi dapat dipercepat dengan melibatkan enzim SOD yang berisi Cu, Zn, Fe, atau Mn.

Struktur SOD Cu/Zn: berisi 1 ion Cu2+ dan 1 ion Zn2+ bergabung dengan ligan protein. Ion Cu2+ sebagai pusat katalitik, dan ion Zn2+ berfungsi untuk menjaga bentuk atau konfigurasi dari sisi aktif, karena ion Zn2+ merupakan redoks yang tidak aktif dalam sistem biologis.

Semua sisi aktif dari ion Cu2+ mempunyai koordinasi segi empat bidang datar, dan satu sisi dari bidang mengarah ke pelarut, menyebabkan ion Cu berikatan dengan ligan ke lima, H2O atau O2

-.

Ion Zn2+ mempunyai koordinasi tetrahedral

2. Katalase dan peroksidase

Terkait dengan penggunaan H2O2

Reaksi: 2H2O2 → 2H2O + O2

Reaksi berjalan lambat, dapat dipercepat dengan

bantuan enzim katalase dan peroksidase.

Eo O2/H2O2 = 0,25 VEo H2O2/H2O = 1,34 V

3. Glutation peroksidase (GPO)

Selenium yang berisi protein yang berperan sebagai peroksida. Mengkatalis reaksi hidroperoksida yang beracun menjadi alkohol yang tidak berbahaya..

Toksisitas hidroperoksida terletak pada kemampuannya untuk mengoksidasi lipid dan asam amino berisi belerang di dalam membran sel.

Gejalanya mengakibatkan perubahan degeneratif terutama di hati dan otot.

RCH2OOH + 2G-SH → RCH2OH + GS-SG + H2O

4. Sitokrom P-450

Suatu heme (Fe porfirin) mengoksidasi berbagai

molekul organik.

Enzim ini berisi Fe3+ yang mengkatalis reaksi:

R-H + (Fe=O)3+ → [Fe-OH]3+ + .R → R-OH