1. Oksidasi biologi dan senyawa berenergi tinggi2. Siklus krebs sebagai rangkaian aksi dalam oksidasi bahan makanan

Diah Astika Winahyu

Oksidasi Biologi

Fe2+ Fe3+

Oksidasi adalah pengeluaran elektron Reduksi adalah pemerolehan elektron.

Sebagai contoh adalah oksidasi ion fero menjadi feri Dengan demikian oksidasi akan selalu disertai reduksi akseptor elektron.

Gambar. Oksidasi ion fero menjadi feri

e- (elektron)

Enzim-enzim penting dalam oksidasi biologi

Enzim-enzim yang terlibat dalam reaksi reduksi dan oksidasi dinamakan enzim oksidoreduktase.

Terdapat 4 kelompok enzim oksidoreduktase yaitu:

1. oksidase, 2. dehidrogenase, 3. hidroperoksidase, dan 4. oksigenase.

1. OKSIDASE MENGKATALISIS 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 OKSIDASE SEBAGIAN MENGANDUNG FAD/FMN SEBAGAI GUGUS

PROSTETIK JADI MERUPAKAN FLAVOPROTEINCONTOH: L-ASAM AMINO OKSIDASE, GLUKOSA OKSIDASE,

ALDEHID DEHIDROGENASEREAKSI : FP + AH2 === FPH2 + A LALU FPH2 +O2 === FP + H2O2

BILA JUGA MENGANDUNG LOGAM DISEBUT METALLOFLAVOPROTEIN

SEBAGIAN TIDAK MENGANDUNG FLAVINCONTOH: SITOKROM OKSIDASE (MENGANDUNG Cu)

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 OKSIDASE

R.R. : S NAD+ Fp Q SISTEM SITOKROM O2

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+

b. DEHIDROGENASE NADPNADPH DIPAKAI UNTUK SINTESIS ASAM LEMAK, STEROID DLL.

3. HIDROPEROKSIDASE: SUBSTRATNYA H2O2 1. PEROKSIDASE :

H2O2 + AH2 2 H2O + A 2. KATALASE

H2O2 + H2O2 2 H2O + O2

4. OKSIGENASE : 1. MONOOKSIGENASE (HIDROKSILASE)

AH2 + O2 + ZH2 AOH + H2O + Z CONTOH: ENZIM2 PADA SINTESIS STEROID

ENZIM2 HIDROKSILASI OBAT2-AN

2. DIOKSIGENASE (OKSIGEN TRANSFERASE)

: A + O2 AO2

MEKANISME PENGAITAN: 1. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA ANTARA:

A + C | SA | B + D 2. 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

PEMBENTUKAN ATP

PEMBENTUKAN 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 kinase 1,3 BISFOSFOGLISERAT + ADP + Pi

3 FOSFOGLISERAT +

ATP

RANTAI RESPIRASI

MITOKONDRIA TEMPAT PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA DALAM SEL, SEBAB

A. 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 DENGAN BANTUAN ENZIM ATP SINTASE). H+ DAN ELEKTRON AKHIRNYA DENGAN OKSIGEN MEMBENTUK H2O.

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

NAD+ NADH + H+

Fp FpH2 Q QH2

SISTEM SITOKROM

½ O2 H2O ALIRAN ELEKTRON: DARI YG ELEKTRONEGATIF KE YG ELEKTROPOSITIF SEBELUM SIT a3 TERGOLONG DEHIDROGENASE SIT a3 TERGOLONG OKSIDASE , JADI DISEBUT SITOKROM OKSIDASE

A H2 (Reduksi)

A (Oksidasi)

NAD+

NADH

Fp H2

Fp

2Fe3+

2Fe2+

H2O

½O2

H+ H+ 2H+ 2H+

FLAVOPROTEIN

SITOKROM

RANGKAIAN RANTAI RESPIRASI

RANTAI RESPIRASI MERUPAKAN SERANGKAIAN KATALISATOR DALAM MITOKONDRIA UNTUK TRANSPOR HIDROGEN ATAU H+ DAN e- UNTUK AKHIRNYA DIREAKSIKAN DENGAN O2 MEMBENTUK H2O

RANTAI 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 = 3:1 LEWAT DEHIDROGENASE FAD TANPA LEWAT NAD : RATIO P:O=2:1

STRUKTUR DAN FUNGSI MITOKONDRIA

BENTUK ELIPS dengan diameter 0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm.

sebagai pabrik energi sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP

METABOLISME KARBOHIDRAT MENGHASILKAN 30 ATP SETIAP MOLEKUL GLUKOSA YANG DIOKSIDASI DAN 2 ATP PROSES GLIKOLISIS

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

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 ATP

AD 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

UNCOUPLER :CONTOH: 2,4 DINITROFENOL

MENGHAMBAT PEMBENTUKAN ATP TETAPI TIDAK MENGHAMBAT OKSIDASI SUBSTRAT MAUPUN PEMAKAIAN O2

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

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

PERAN OKSIDASI DALAM BIOMEDIS

Pada kepentingan biomedis, fosforilasi oksidatif berguna untuk mempelajari proses obat/racun yang dapat menghambat fosfolirasi oksidatif dan mempelajari kelainan bawaan

1.  Pemanfaatan Enzim Sebagai Alat Diagnosis Enzim sebagai petanda (marker) dari kerusakan suatu jaringan atau organ akibat penyakit tertentu. Penggunaan enzim sebagai petanda dari kerusakan suatu jaringan mengikuti prinsip bahwasanya secara teoritis enzim intrasel seharusnya tidak terlacak di cairan ekstrasel dalam jumlah yang signifikan2.  Pemanfaatan Enzim Di Bidang Pengobatan Pemanfaatan enzim dalam pengobatan meliputi penggunaan enzim sebagai obat, pemberian senyawa kimia untuk memanipulasi kinerja suatu enzim dengan demikian suatu efek tertentu dapat dicapai (enzim sebagai sasaran pengobatan), serta manipulasi terhadap ikatan protein-ligan sebagai sasaran pengobatan

Enzim sebagai sasaran pengobatan merupakan terapi di mana senyawa tertentu digunakan untuk memodifikasi kerja enzim, sehingga dengan demikian efek yang merugikan dapat dihambat dan efek yang menguntungkan dapat dibuat.

Berdasarkan sasaran pengobatan, dapat dibagi menjadi terapi di mana enzim sel individu menjadi sasaran dan terapi di mana enzim bakteri patogen yang menjadi sasaran.

3.  Interaksi protein-ligan sebagai sasaran pengobatan Pengobatan dengan sasaran interaksi protein-ligan mengacu kepada prinsip interaksi sistem mediator-reseptor, di mana apabila mediator disaingi oleh molekul analognya sehingga tidak dapat berikatan dengan reseptor, sehingga efek dari mediator tersebut tidak terjadi. Contoh pengobatan antara lain: a.   Pengendalian tekanan darah yang diatur oleh hormon adrenalin. b.   Penggunaan antihistamin untuk tujuan tertentu.

Siklus krebs sebagai rangkaian aksi dalam oksidasi bahan makanan

A.Sumber Ostetik Ko.ASiklus Krebs Adalah satu seri reaksi yang terjadi di dalam mitokondria yang membawa katabolisme residu asetyl, membebaskan ekuivalen hidrogen, yang dengan oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan ATP sebagai kebutuhan energi jaringan.

Tujuan Siklus Krebs

1. Menjelaskan reaksi-reaksi metabolik akhir yang umum terdapat pada jalur biokimia utama katabolisme tenaga

2. Menggambarkan bahwa CO2 tidak hanya merupakan hasil akhir metabolisme, namun dapat berperan sebagai zat antara, misalnya untuk proses lipogenesis.

3. Mengenali peran sentral mitokondria pada katalisis dan pengendalian jalur-jalur metabolik tertentu, mitokondria berfungsi sebagai penghasil energi.

Fungsi Utama Siklus Krebs1. Menghasilkan karbondioksida terbanyak

pada jaringan manusia.2. Menghasilkan sejumlah koenzim tereduksi

yang menggerakkan rantai pernapasan untuk produksi ATP.

3. Mengkonversi sejumlah energi serta zat intermidiet yang berlebihan untuk digunakan pada sintesis asam lemak.

4. Menyediakan sebagian bahan keperluan untuk sintesis protein dan asam nukleat.

5. Melakukan pengendalian langsung (produk, bakal produk) atau tidak langsung (alosterik) terhadap sistem enzim lain melalui komponen-komponen siklus.

Kepentingan piruvat pada siklus Krebs :1. Energi yang terkandung pada pada

karbohidrat memasuki siklus melalui piruvat, sumber utama asetil KoA.

2. Kompleks enzim yang mendekarboksilasi piruvat menjadi asetil KoA sangat mirip dari segi lokasi subsel, komposisi dan mekanisme kerja dengan α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks.

Dekarboksilasi piruvat melibatkan piruvat dehidrogenase kompleks, suatu gugus enzim yang tersusun atas 3 komponen

E1 24 mol piruvat dehidrogenase

Kofaktor: TPP (tiamin pirofosfat)

E2 24 mol dihidrolipoil transasetilase

Lipoate, koenzim A

E3 12 mol dihidrolipoil dehidrogenase

FAD, NAD+

Pada tahapan terakhir kerja PDH kompleks akan dihasilkan NADH, H+, FAD, dan NADH yang di rantai pernapasan akan teroksidasi dan menghasilkan 3 molekul ATP, H2O dan NAD.

Pengaturan Kompleks Piruvat Dehidrogenase

Pengaturan cepat kompleks PDH, inhibisi hasil kegiatan PDH yaitu asetil KoA dan NADH bersifat menghambat

Pengaturan PDH:a) Kompleks PDH bertindak atas besar muatan energi sel. Bila konsentrasi ATP tinggi, glikolisis semakin lambat dan aktivitas kompleks PDH menurun

b) b. Kompleks PDH peka terhadap keadaan oksidasi-reduksi sel. Perbedaan jumlah NAD+, NADH, NADP+, dan NADPH yang terkumpul intraseluler dalam batas keseimbangan tertentu

Reaksi Siklus Krebs

Siklus reaksi diawali dengan reaksi antara asetil KoA dan (2C) dan asam oksaloasetat (4C) yang menghasilkan asam trikarboksilat, sitrat. Selanjutnya sejumlah 2 molekul atom CO2 dirilis dan teregenerasi. Sebenarnya hanya sedikit oksaloasetat yang dibutuhkan untuk menginisiasi siklus asam sitrat sehingga oksaloasetat dikenal dengan perannnya sebagai agen katalitik pada siklus Krebs.

Daur Siklus Krebs

1. Karbohidrat , Protein dan Lemak /Lipid akan dimetabolisme yang hasil akhirnya menjadi asetyl Co-A, dimana asetyl Co-A merupakan substrat untuk siklus krebs.

2. Kemudian dari siklus krebs dihasilkan CO2, Hidrogen (FAD NAD) dan ATP.

3. Hidrogen (reducing ekivalen) merupakan substrat untuk rantai respirasi (RR).

4. Siklus krebs harus berjalan dalam Siklus Asam Sitrat (Siklus Krebs)

Keterangan:

Substrat siklus krebs adalah asetyl Co-A. Asetyl Co-A akan bereaksi dengan oksalo

asetat (OAA) à hasilnya sitrat Asam sitrat rumusnya beda dengan asam

askorbat (vitamin C), kalau vitamin C itu rumusnya lebih mirip glukosa. Manusia tidak bisa menghasilkan vitamin C karena ada suatu reaksi yang terputus dimana manusia itu tidak mempunyai enzim L-glunoluase oksidase yang mengoksidasi glukosa menjadi vitamin C.

Dari isositrat ke alfa-ketoglutarat membebaskan CO2 dan NADH (koenzim).

Kalau menghasilkan NADH pasti membutuhkan NAD.

NAD à dalam bentuk teroksidasi NADH à dalam bentuk tereduksi

NAD merupakan derivat vitamin B3.1. B1 = thiamin2. B2 = riboflavin3. B3 = niasin

Regulasi siklus Asam Sitrat diatur oleh:·         citrate synthase·         isocitrate dehydrogenase·         α-ketoglutarate dehydrogenase

Konsumsi oksigen, reoksidasi NADH, dan produksi ATP yang dikoupling

Kontrol regulasi:1. Ketersediaan substrat –

oxaloacetate menstimulasi sitrat sintase

2. Inhibis produk- substrat sitrat berkompetisi dengan oksaloasetat untuk sitrat sintase, NADH menginhibisi isositrat dehidrogenase dan α-ketoglutarate dehydrogenase, succinyl-CoA menginhibisi α-ketoglutarate dehydrogenase

3. Inhibisi feedback kompetitif - NADH menginhibisi sitrat sintase, suksinil KoA berkompetisi dengan asetil KoA pada reaksi sitrat sintase.

Regulator penting :

Substrat -acetyl-CoA dan oksaloasetat memproduksi - NADHRegulasi Siklus Asam Sitrat·   Kontrol allosterik dari siklus enzim·   isocitrate dehydrogenase·   α-ketoglutarate dehydrogenase·   pyruvate dehydrogenase phosphatase·   ADP - allosteric activator dari isocitrate dehydrogenase·   ATP - inhibibis isocitrate dehydrogenase·   Ca2+ - activasi pyruvate dehydrogenase phosphatase,·    isocitrate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase

B.Fungsi Amfibolik Siklus

Siklus asam sitrat adalah katabolic sebab terlibat dalam penguraian dan penghasil energi utama dalamsebagian besar organisma. Akan tetapi beberapa jalur fotosintesis menggunakan senyawa intermedier dalamsiklus asam sitrat sebagai senyawa awalnya. (anabolisma) Jadi siklus asam sitrat bersift amfibolik , katabolic maupun anabolic. Semua jalur biosintesis yang menggunakan senyawa intermedier siklus asam sitrat juga memerlukan energi bebas. Konsekuensinya, fungsi katabolic siklus tidak dapat diganggu: senyawa intermedier yang sudah digunakan harus digantikan

Siklus asam sitrat bersifat amfibolik, yang artinya memiliki dua sifat yaitu anabolik (sintesis molekul untuk

menjadi senyawa yang lebih kompleks) maupun

katabolik (pemecahan molekul menjadi molekul yang lebih sederhana) hal ini disebabkan karena senyawa intermidiete harus digantikan.

Pintasan yang menggunakan senyawa intermidiete siklus asam sitrat adalah:1. Biosintesis glukosa (glukoneogenesis) –

oxaloacetate. (yang ditransportasikan sebagai malate)

2. Biosintesis lipid -acetyl-CoA from ATP-citrate lyase. ATP + citrate + CoA ADP + Pi + oxaloacetate + acetyl-CoA

3. Biosintesis asam amino - α-ketoglutarate (dehidrogenasi atau transaminasi dari glutamate) dan transaminasi oxaloacetate.

4. Biosintesi porfirin - succinyl-CoA. Sifat amfibolik yang dimiliki oleh siklus Asam Sitrat

*   Siklus Krebs merupakan sarana pengaruh bermacam zat yang berasal dari berbagai jalur metabolisme menjadi beberapa macam zat-antara yang lazim berperan pada jalur katabolisme dan anabolisme

*     Beberapa enzim berperan sebagai alat bantu, mengkatalisis berbagai reaksi anaplerotik untuk mempertahankan dan atau mengisi kembali komponen-komponen siklus Krebs

*     Kepentingan siklus Krebs erat rangkaiannya dengan rantai pernapasan serta dihasilkannya ATP yang diperlukan pada gerakan, transportasi, dan biosintesis