OKSIDASI BIOLOGI

Mata Kuliah BiokimiaS1 Farmasi/Konversi

Universitas Malahayati

2016

Diah Astika Winahyu, M.Si.

Tujuan Perkuliahan

•Mengidentifikasi proses dan komponen yang terlibat dalam oksidasi biologi yang terjadi di dalam tubuh

BIOENERGETIKA , OKSIDASI BIOLOGI DAN RANTAI RESPIRASIBioenergetika dan ATP

Bioenergetika atau termodinamika biokimia adalah ilmu pengetahuan mengenai perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Sistem nonbiologik dapat menggunakan energi panas untuk melangsungkan kerjanya.

Sedangkan sistem biologik bersifat isotermik dan menggunakan energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan.

PADA ILMU KIMIA TELAH DIKENAL ADANYA: 1.REAKSI ENDOTERMIS: REAKSI YG MEMERLUKAN PANAS

2.REAKSI EKSOTERMIS: REAKSI YG MENGHASILKAN PANAS

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)

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. EKSERGONIK 1 PROSES SINTESIS2 ~ E KONTRAKSI OTOT3 PENGHANTARAN SYARAF4 TRANSPOR AKTIF

G

E

~ EEks End

Eksergonik

Endergonik

Panas

Energi kimia

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

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

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)

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 )

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 Oksiasi 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.

OKSIDASI BIOLOGISENZIM DAN KOENZIM REAKSI REDOKS

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

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

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

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

HIPOTESIS KIMIA OSMOTIK

RUANG INTERMEMBRAN

NADH + O2 RANTAI RESPIRASI

H+ H+

H+ H+

H+ H+

NAD+ + H2O ADP + Pi

Membran -dalam ----- mitokondria

MATRIXMIT

H+ H+

ATP ATP SINTASE H+ H+

2,4 DINITROFENOL (UNCOUPLER)

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 .