Oleh :Lucky Fitvita Eka B 09700124

Mega Yulia Kurniasari 09700168

Pengertian Bioenergetika

Pengetahuan tentang perubahan

energi yang menyertai reaksi biokimia

Sistem dalam Bioenergetika

Isolated System, Tidak ada pertukaran energi

maupun materi

Closed System, ada pertukaran energi dengan

sekitarnya, tapi tidak ada pertukaran materi

Open System, ada pertukaran energi dan

materi dengan sekitarnya

Hukum BioenergetikaHukum bioenergetika mengacu pada hukum termodinamika:

HK Termodinamika I:Energi total dalam sistem adalah tetap,

tetapi bentuk energinya bisa berubah HK Termodinamika II:

Semua sistem akan mengalami perubahan spontan menuju ke keadaan seimbang.

Energi Bebasenergi dalam suatu sistem yang

tersedia untuk melakukan pekerjaan atau potensial kimia.

Rumus G: G = H – T S

Dengan H : perubahan entalpi dan T : suhu mutlak

Coupling Reaction

merupakan pembentukan senyawa antara eksergonik dan endergonik agar dapat mengendalikan kecepatan reaksi

Senyawa Energi Tinggi (ATP)

ATP kepanjangan dari Adenosin Tri Phosphat

ATP merupakan nukleotida trifosfat yang mengandung adenin, ribosa, dan 3 gugus

fosfat

ATP memiliki peran penting dalam pengalihan energi bebas dari proses eksergonik

( reaksi yang menghasilkan energi ) ke endergonik ( reaksi yang membutuhkan energi)

Senyawa energi tinggi lain selain ATP adalah:

Tiol Ester, misalnya Asetil koA

Acyl Carrier protein (ACP)

Senyawa ester asam amino

S-Adenosin metionin (Metionin Aktif)

UDPGlo ( Uridin difosfat glukosa)

PRPP (5-fosforibose-1-Pirofosfat)

Siklus ATP

Saat tidak dipakai, ATP tersimpan dalam bentuk Fosfagen

PERNAPASAN:Pembentukan energi, karbohidrat, lemak, protein

Penggunan energi:Biosintesis makromolekul, Kontraksi otot, Transpor Ion Aktif, Termogenesis

CO2

ATP

O2

ADP + Pi

Sumber Utama Fosfat Berenergi Tinggi

fosforilasi oksidatif, merupakan sumber ~p yang paling besar pada organisme aerobik. Energi bebas pada proses ini berasal dari respiratory chain intra mitokondrial dengan memakai oksigen.

glikolisis anaerobik menghasilkan 2 ~p dari reaksi yg dikatalisa oleh enzim fosfogliserat kinase & piruvat kinase.

siklus asam sitrat menghasilkan 1 ~p pada reaksi yang dikatalisa oleh enzim suksinil tiokinase.

Macam Kerja ATPKERJA MEKANIS

ikatan ~p pada ATP diubah menjadi pergerakan dengan mengubah konformasi suatu protein misalnya pada serat otot yg berkontraksi

ATP terikat pada head of myosin yg memiliki aktivitas ATP-ase sehingga ATP dihidrolisis menjadi ADP dan Pi.

Macam Kerja ATPKERJA TRANSPORT

pada transport aktif,ikatan ~p pada ATP dipakai untuk memindahkan senyawa dengan melawan gradien konsentrasi.

Na-K-ATP-ase memakai ATP untuk memompa ion Na keluar dari sel.

pemakaian ATP untuk transport ion Na terjadi walaupun kita sedang tidur.

Macam Kerja ATPKERJA BIOSINTETIK

tubuh mensintesa molekul besar misalnya DNA,glikogen,triasilgliserol dan protein dari senyawa yg lebih kecil. jalur biosintetik ini disebut jalur anabolik.

pembentukan ikatan peptida (sintesa protein),ikatan –C-C- (sintesa asam lemak), ikatan –C-N- (sintesa urea), ikatan –C-O- (sintesa triasilgliserol) semuanya secara termodinamika tidak menguntungkan. proses ini memerlukan energi dari ATP, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Kaitan ATP dengan Myocardium

Jantung adalah spesialis transformasi energi kimia ATP menjadi kerja mekanis. Tiap denyutan jantung tunggal memakai sekitar 2 % ATP dalam jantung.

Jika ATP jantung tidak dapat diperbarui, maka semua ATP yang dimiliki akan terhidrolisis habis dalam kurun waktu <1 menit.

Jantung memerlukan ATP dalam jumlah besar, oleh karena itu pembentukan ATP pada jantung harus melalui proses fosforilasi oksidatif. Tanpa adanya oksigen atau pada tekanan oksigen yang rendah, jumlah ATP yang diproduksi tidak cukup.

Oksidasi Biologi

Reaksi Oksidasi biologi selalu diikuti

reaksi reduksi. Oksidasi tidak selalu

menggunakan Oksigen, misal Dehidrogenasi.

Oksidasi adalah proses pengeluaran electron,

lawannya reduksi yaitu proses penerimaan

electron.

Dalam oksidasi biologi yang berperan adalah enzim oksidoreduktase. Enzim ini dibagi menjadi 4, yaitu:Oksidase, merupakan enzim yang berperan mengkatalisis Hidrogen yang ada dalam substrat dengan hasil berupa H2O dan H2O2. Enzim ini berfungsi sebagai Akseptor ion Hidrogen.

Dehidrogenase, Enzim ini berperan sebagai pemindah ion Hidrogen dari substrat satu ke substrat berikutnya dalam reaksi Redoks Couple. Contohnya ialah penggunaan enzim dehidrogenase dalam pemindahan electron di membran dalam mitokondria, siklus Krebs, dan Glikolisis fase anaerob. Enzim ini tidak menggunakan Oksigen sebagai akseptor ion Hidrogen

Hidroperoksidase, Ada dua jenis hidroperoksidase : Peroksidase dan Katalase

Peroksidase :banyak terdapat dalam air susu, leukosit, trombosit, dan jaringan tubuh lainnya yang berperan dalam metabolisme Eikosanoid (berkaitan dengan Asam Lemak Tak Jenuh).

Katalase : banyak terdapat dalam jaringan hati, sel mukosa, darah, sumsum tulang, dan ginjal.

Oksigenase, Enzim ini berperan dalam sintesis atau penguraian berbagai senyawaan. Enzim ini banyak ditemukan dalam hati. Ada dua macam enzim Oksigenase yaitu : Dioksigenase dan Monooksigenase.

Dioksigenase berfungsi mengkatalisis penyatuan oksigen ke dalam molekul substrat.

Enzim Monooksigenase banyak ditemukan dalam sel-sel hati yang bekerja bersama enzim Sitokrom P-450 untuk Hidroksilasi Obat

Enzim Superoksida DismutaseMelindungi organisme anaerobik

terhadap oksigen yang toksik, terdapat pada

sebagian besar mitokondria dan sitosol

jaringan aerobik. Superoksida dismutase

dapat membentuk superoksida yang dapat

membersihkan anion radikal bebas yang

bersifat merusak.

Rantai Respirasi dan Fosforilasi OksidatifBagian-bagian mitokondria dan enzim yang terdapat di dalamnya :mitokondria memiliki 2 membran, yaitu:

membran eksternal• sifat permeable terhadap sebagian besar metabolit.• dapat dihilangkan dengan digitonin.• ditandai oleh adanya monoamina oksidase,asil-

koasintetase,gliserol fosfat asil transferase,fosfolipase

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

ruang antar membran• terdapat diantara membran internal &

eksternal.• mengandung enzim adenilat kinase & kreatin

kinase, enzim suksinat dehidrogenase• terdapat pada permukaan dalam membran

internal mitokondria.• sebagai carrier elektron ke dalam rantai

respirasi intramitokondria.• merupakan anggota siklus asam sitrat.

Proses Makanan Menjadi Tenaga

Kompleks protein yang merupakan rantai respirasi

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

Pada tahap ini, masing-masing molekul NADH memindahkan 2 elektron berenergi tinggi ke FMN, kemudian ke protein besi-sulfur dan terakhir ke koenzim Q (ubiquinon)

Kompleks IIFADH2 dihasilkan oleh suksinat

dehidrogenase dalam siklus asam sitrat, memindahkan elektron ke CoQ melalui kompleks II. FADH2 dihasilkan oleh asil KoA dehidrogenase dalam oksidasi beta asam lemak, memindahkan elektron ke CoQ melalui kompleks yang sama.

Kompleks IIICoQ memindahkan elektron ke

serangkaian sitokrom dan protein besi-sulfur. Sitokrom terdiri atas kelompok heme seperti hemoglobin dan besi dengan heme menerima elektron.

Kompleks IVPenerima terakhir dari rantai transport

elektron adalah kompleks besar terdiri atas 2 heme dan 2 atom tembaga.

Kompleks VPada tahap ini, protein kompleks yang

mengkatalisis konversi ADP menjadi ATP, diisikan oleh gradien kemiosmotik. Proton mengalir kembali ke matriks mitokondria melalui kompleks ATP sintase dan energi berasal dari penurunan gradien pH digunakan untuk membentuk ATP

Penghambat Rantai Respirasi

barbiturat (amobarbital),pierisidina,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

Siklus Asam Sitrat

Nama lain : Siklus Krebs, dikenal juga Siklus Asam Trikarboksilat ( TCA )

Fungsi utama : lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid, & protein

Dapat untuk menyimpan (konservasi) energi dari proses oksidasi dalam bentuk NADH&FADH yang tereduksi.

Asetil-KoA merupakan bahan bakar SAS, fragmen asetil dioksidasi menjadi CO2 disertai pelepasan ekuivalen pereduksi yang akan ditangkap oleh NAD+ & FAD+ lalu dibawa masuk ke dalam rantai respirasi.

Proses ini bersifat aerobik yang memerlukan O2 sebagai pengoksidasi akhir unsur ekuivalen pereduksi

ATP yang terbentuk :1 GTP dihasilkan dari fosforilasi tingkat

substrat yang dikatalisa oleh suksinat tiokinase. NADH & FADH2 dioksidasi kembali dalam rantai respirasi, dimana NADH akan membentuk 3 ATP & FADH2 akan membentuk 2 ATP

Vitamin yang berperan :Riboplavin → kofaktor untuk alfaketoglutarat

dehidrogenase & suksinat dehidrogenaseNiasin → kofaktor untuk isositrat

dehidrogenase, alfaketoglutarat dehidrogenase, malat dehidrogenase

Tiamin (B1) → kofaktor untuk alfa-ketoglutarat dehidrogenase

Asam pantotenat → kofaktor yang melekat pada residu asam karboksilat aktif seperti asetil-koA, suksinil KoA

Enzim yang berperan :Isositrat dehidrogenase, Alfaketoglutarat

dehidrogenase, Suksinat dehidrogenase, Malat dehidrogenasePenghambat :

keadaan anoksia atau hipoksia menimbulkan hambatan total/parsial pada siklus krebs. Inhibitor siklus krebs : fluoro asetat ( dipakai sebagai racun tikus : rodentisida ), arsenit ( mudah bereaksi dengan gugusan thiol ), malonat (merupakan inhibitor kompetitif pada reaksi yang dikatalisa oleh enzim suksinat dehidrogenase

Hubungan SAS dengan Glukoneogenesis :Semua anggota siklus krebs bersifat

glukogenik karena dapat membentuk glukosa didalam hepar atau ginjal.

Enzim yang berperan penting menghubngkan siklus krebs&proses glukoneogenesis adalah fosfoenolpiruvat karboksinase yang mengkatalisa dekarboksilasi oksaloasetat menjadi fosfoenol piruvat,dimana GTP sebagai sumber fosfat berenergi tinggi. Laktat merupakan substrat yang penting untuk glukoneogenesis.

Hubungan SAS dengan transaminasi dan deaminase

Enzim transaminase mengkatalisa pembentukan piruvat dari alanin, oksaloasetat dari aspartat & alfa-ketoglutarat dari glutamat. SAS juga berfungsi sebagai sumber kerangka karbon bagi sintesa asamamino non essensial. Asam amino lainnya setelah mengalami deaminasi/transaminasi sebagian/seluruh rangka karbonnya masuk ke dalam siklus kreb untuk membantu glukoneogenesis. Propionat merupakan hasil fermentasi isi usus hewan pemamah biak yang bersifat glukogenik yang dapat diubah menjadi suksinil KoA lewat Metil-malonil KoA.

Hubungan Siklus Asam Sitrat dengan Sintesis Lemak

Unsur utama lipogenesis adalah asetil KoA yang dibentuk intra mitokondria dari piruvat yang dikatalisa oleh enzim piruvat dehidrogenase.

Proses lipogenesis sendiri terjadi di dalam sitosol, maka asetil-KoA harus dibawa keluar dari dalam mitokondria. Asetil KoA dibiarkan membentuk sitrat dalam siklus kreb, kemudian sitrat diangkut keluar dari mitokondria dengan bantuan trikarboksilat carrier.

Didalam sitosol strat diubah kembali menjadi asetil-KoA & oksaloasetat dengan dikatalisa oleh enzim ATP-strat liase

TERIMA KASIH