1

BIOENERGETIKA

Oleh:Moammad Hanafi

DanTrimartini

2

BIOENERGETIKA

MEMPELAJARI DINAMIKA/ PERUBAHAN ENERGI PADA REAKSI BIOKIMIAWI (REAKSI KIMIA PADA ORGANISME)

3

PADA ILMU KIMIA TELAH DIKENAL ADANYA:1.REAKSI EKSOTERMIS: REAKSI YG MENGHASILKAN PANAS2.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, SISA PANAS AKAN DIBUANG KE LUAR. OLEH KARENA ITU YANG LEBIH PENTING DIPERHITUNGKAN ADALAH BENTUK ENERGI KIMIA (ATP DLL)

4

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. ENDERGONIKR. EKSERGONIK 1 PROSES SINTESIS

2 ~ E KONTRAKSI OTOT3 PENGHANTARAN SARAF4 TRANSPOR AKTIF

5

G E

~ EEks End

Eksergonik

Endergonik

Panas

Energi kimia

6

Pada sistim Biologis energi yangdihasilkan sedikit sekali yang dlm

bentuk panas.Sebagian besar dalam bentuk

senyawa kaya energi (ATP,GTP)Demikian pula reaksi yang memerlukan

energi bukan dalam bentuk panasakan tetapi dalam bentuk ATP/GTP

7

MEKANISME PENGAITAN:1. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA ANTARA:

A + C | SA | B + D2. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA KAYA ENERGI (~ E )

AD2:CARA: SUATU SENYAWA (E) AKAN MENANGKAP ENERGI YG DIHASILKAN OLEH REAKSI EKSERGONIK ~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

8

SENYAWA KAYA ENERGI (~E)

ATP: ADENOSIN – P ~ P ~ P (ADENOSIN TRIFOSFAT)ATP ADALAH SUATU NUKLEOTIDA YG DALAM BENTUK AKTIFNYA MEMBENTUK KOMPLEKS DENGAN Mg++ ATAU Mn++

PERANAN ATP SBG PEMBAWA ENERGI TERLETAK PADA GUGUSAN TRIFOSFAT YG MENGANDUNG 2 IKATAN FOSFOANHIDRID. HIDROLISIS IKATAN INI AKAN MELEPASKAN BANYAK ENERGI BEBAS. 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

9

10

11

PERUBAHAN ENERGI BEBAS

PADA REAKSI A + B C + DSECARA TERMODINAMIKA:

APABILA Δ G < 0 DIKATAKAN REAKSI KE KANAN BERSIFAT EKSERGONIK (DAPAT BERLANGSUNG SPONTAN)APABILA Δ G = 0 DIKATAKAN REAKSI SETIMBANG APABILA Δ G > 0 DIKATAKAN REAKSI KE KANAN BERSIFAT ENDERGONIK (TIDAK DAPAT BERLANGSUNG SPONTAN, KARENA UNTUK DAPAT BERLANGSUNG PERLU ENERGI/ DIKAITKAN DGN REAKSI EKSERGONIK)

12

REAKSI BIOKIMIA DI DALAM SEL UMUMNYA TAK DAPAT BERLANGSUNG DGN SENDIRINYA OLEH KARENA ADANYA HAMBATAN ENERGI (ENERGY BARRIER) JADI PERLU ENZIM UNTUK MENGATASI HAMBATAN ENERGI INI ( ENZIM MENURUNKAN ENERGI AKTIVASI , TETAPI TIDAK MENGUBAH HARGA Δ G )

13

Ea

Ea'

Ea''

Perjalananreaksi

E. l

evel

G

E. bebas

=kead. transisi

tanpa katalisator

dgn katalisator inorg

dgn enzim

ΔG = PerubahanE. bebas

kead. awal

kead. akhir

SKEMA

14

OKSIDASI BIOLOGISENZIM DAN KOENZIM REAKSI REDOKS

1. OKSIDASEMENGKATALISIS PEMBEBASAN HIDROGEN DARI

SUBSTRAT DAN SECARA ALAMI MENGGUNAKAN O2

SEBAGAI AKSEPTORNYA.MENGHASILKAN H2O ATAU H2O2

AH2 + ½ O2 A + H2O AH2 + O2 A + H2O2

OKSIDASE OKSIDASESEBAGIAN MENGANDUNG FAD/FMN SEBAGAI GUGUS PROSTETIK JADI MERUPAKAN FLAVOPROTEIN

15

CONTOH: L-ASAM AMINO OKSIDASE, GLUKOSA OKSIDASE, ALDEHID DEHIDROGENASE

REAKSI : FP + AH2 FPH2 + A

LALU FPH2 +O2 FP + H2O2

BILA JUGA MENGANDUNG LOGAMDISEBUT METALLOFLAVOPROTEIN

SEBAGIAN TIDAK MENGANDUNG FLAVINCONTOH: SITOKROM OKSIDASE (MENGANDUNG Cu)

16

2. DEHIDROGENASETIDAK DAPAT MENGGUNAKAN O2 SEBAGAI AKSEPTOR HIDROGEN YANG DIBEBASKAN DARI SUBSTRAT.

MACAM :1. YANG TERKAIT RANTAI RESPIRASI

A. DEHIDROGENASE NAD PADA RANTAI RESPIRASIB. DEHIDROGENASE YG PERLU RIBOFLAVIN (FMN / FAD)

YG TERKAIT RANTAI RESPIRASIC. SITOKROM2 KECUALI SITOKROM OKSIDASER.R. : S NAD+ Fp Q SISTEM SITOKROM O2

17

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+ LAKTAT + NAD+

18

b. DEHIDROGENASE NADPNADPH DIPAKAI UNTUKSINTESIS ASAM LEMAK,TRIASIL GLISEROL,STEROID DLL.

19

3. HIDROPEROKSIDASE: SUBSTRATNYA H2O2

A. PEROKSIDASE :H2O2 + AH2 2 H2O + A

B. KATALASEH2O2 + H2O2 2 H2O + O2

20

4. OKSIGENASE : A. MONOOKSIGENASE (HIDROKSILASE) AH2 + O2 + ZH2 AOH + H2O + Z

CONTOH: ENZIM2 PADA SINTESISSTEROID

ENZIM2 HIDROKSILASIOBAT2-AN

B. DIOKSIGENASE (OKSIGEN TRANSFERASE)

: A + O2 AO2

21

PEMBENTUKAN ATPPEMBENTUKAN ATP DALAM SEL :1. PEMBENTUKAN ATP PADA TINGKAT RANTAI RESPIRASI

TERJADI DALAM MITOKONDRIACARA PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA

2. PEMBENTUKAN ATP PADA TINGKAT SUBSTRAT:LEWAT REAKSI BIASAMISALNYA :

fosfogliserat kinase1,3 BISFOSFOGLISERAT + ADP + Pi

3 FOSFOGLISERAT + ATP

22

RANTAI RESPIRASI

23

RANTAI RESPIRASIMITOKONDRIATEMPAT PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA DALAM SEL, SEBABA. MENGANDUNG JALUR/ DAUR YG BANYAK MENGHASILKAN

ENERGI:1. SIKLUS ASAM SITRAT2. OKSIDASI BETA ASAM LEMAK MENGHASILKAN ASETIL KO-A

MASUK SIKLUS ASAM SITRATB. TEMPAT BERLANGSUNGNYA RANTAI RESPIRASI

JADI JALUR/ DAUR TSB DI ATAS MENYEDIAKAN BAHAN BAKU H+ DAN ELEKTRON YG AKAN MASUK KE RANTAI RESPIRASI (PABRIK ATP, MEMBENTUK ATP DARI ADP+ Pi ). H+ DAN ELEKTRON AKHIRNYA DENGAN OKSIGEN MEMBENTUK H2O.

24

SUKSINAT

Fp(FAD)ATP ATP ATP

S NAD+ Fp Q SIT b SIT c1 SIT c SIT a SIT a3 ½O2

(FMN) ADP + Pi ADP +Pi ADP + Pi

SITE I SITE II SITE III

NAD = NIKOTINAMID ADENIN DINUKLEOTIDAFAD = FLAVIN ADENIN DINUKLEOTIDAQ = KOENZIM Q = UBIQUINON

25

NAD+ NADH + H+

Fp FpH2

Q QH2

SISTEM SITOKROM

½ O2 H2OALIRAN ELEKTRON: DARI YG ELEKTRONEGATIF KE YG

ELEKTROPOSITIFSEBELUM SIT a3 TERGOLONG DEHIDROGENASESIT a3 TERGOLONG OKSIDASE , JADI DISEBUT SITOKROM OKSIDASE

26

27

RANTAI RESPIRASI MERUPAKAN SERANGKAIAN KATALISATOR DALAM MITOKONDRIA UNTUK TRANSPOR HIDROGEN ATAU H+

DAN e- UNTUK AKHIRNYA DIREAKSIKAN DENGAN O2MEMBENTUK H2ORANTAI RESPIRASI HANYA BERJALAN DALAM KEADAAN AEROB (ADA O2 )

PADA RANTAI RESPIRASI TERJADI 3 HAL:1.TRANSPOR HIDROGEN ATAU H+ DAN e- RANGKAIAN PROSES OKSIDASI2. PEMBENTUKAN ATP : PROSES FOSFORILASI OKSIDATIF3. PEMAKAIAN O2

JUMLAH ATP YANG TERBENTUK:LEWAT DEHIDROGENASE NAD : RATIO P:O = 3:1LEWAT DEHIDROGENASE FAD TANPA LEWAT NAD : RATIO P:O=2:1

28

29

INHIBITOR RANTAI RESPIRASI

SUKSINAT

Fp (FAD)

S NAD+ Fp Q SIT b SIT c1 SIT c SIT a SIT a3 ½O2

(FMN)I II III

INHIBITOR SISTEM RANTAI RESPIRASI ADALAH SENYAWA2 YANG MENGAKIBATKAN : - RANTAI RESPIRASI TIDAK BERJALAN

- ATP TIDAK TERBENTUK

30

TITIK TANGKAP:1. SITE I : PIERICIDIN A, AMOBARBITAL, ROTENON2. SITE II: BAL, ANTIMYCIN A3. SITE III: H2S, CO, CN-

AD 1 DAN 2: MENGHAMBAT ALIRAN ELEKTRON TAK TERBENTUK ATPAD 3 : MENGHAMBAT PEMAKAIAN O2 TAK TERBENTUK ATP

OLIGOMISIN : MENGHAMBAT FOSFORILASI ADP

ATRAKTILOSIDA : MENGHAMBAT TRANSPOR ADP MASUK DAN ATP KE LUAR MITOKONDRIA

ASAM BONGKREK : SEPERTI ATRAKTILOSIDA

31

UNCOUPLER :CONTOH: 2,4 DINITROFENOLMENGHAMBAT PEMBENTUKAN ATP TETAPI TIDAK MENGHAMBAT OKSIDASI SUBSTRAT MAUPUN PEMAKAIAN O2

32

NADH TIDAK DAPAT MENEMBUS MEMBRAN MITOKONDRIA OKSIDASI DITERUSKAN SECARA TAK LANGSUNG :

1. LEWAT MALAT SHUTTLE: 1 MOL NADH + H+ 3 MOL ATP

OKSIDASI NADH DARI LUAR MITOKONDRIA

33

2. LEWAT α-GLISEROFOSFAT SHUTTLE

NAD+ GLISEROL-3P GLISEROL-3P FAD

NADH+ H+ DHAP DHAP FADH2

SITOSOL

DHAP = DIHIDROKSIASETON FOSFAT

MITOKONDRIAMEMBRAN

1 MOL NADH + H+ 2 MOL ATP

34

HIPOTESIS KIMIA OSMOTIK

Membran -dalam -----mitokondria

RUANG INTERMEMBRAN

NADH + O2 RANTAI RESPIRASI

H+ H+

H+ H+

H+ H+

NAD+ + H2O

ADP + Pi

MATRIX

MIT

H+ H+

ATP ATP SINTASE

H+ H+

2,4 DINITROFENOL (UNCOUPLER)

35

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 ).PROTON AKAN BERGERAK KEMBALI MENUJU KE DALAM MATRIX SESUAI GRADIEN ELEKTROKIMIA, DAN ENERGI YG DILEPASKAN AKAN DIGUNAKAN UNTUK SINTESIS ATP DARI ADP DAN Pi OLEH ATP SINTASE .