makalah bioenergetika

MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6

1

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur dipanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat

karunia-Nya lah makalah ini dapat selesai disusun. Makalah ini disusun untuk memenuhi

tugas mata kuliah Bioenergetika dengan topik “Bioenergetika dan ATP”.

Dalam penyusunan makalah ini, penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak.

Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada Ibu Dianursanti sebagai dosen

Bionergetika yang telah memberikan bimbingan dalam penulisan makalah ini. Selain itu,

penulis juga ingin berterimakasih kepada asisten dosen yang telah memberikan arahan dalam

tersusunnya makalah ini. Juga kepada orangtua penulis yang telah memberikan dukungan dan

cinta tanpa syarat dalam kegiatan perkuliahan penulis.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini masih terdapat banyak

kekurangan. Untuk itu, saran dan kritik yang membangun diharapkan untuk dapat

menjadikan makalah ini menjadi lebih baik lagi. Ahir kata penulis berharap agar makalah ini

dapat memberikan pembahasan yang jelas dan komprehensif sesuai dengan tema yang

diangkat dalam makalah ini.

Depok, 17 Maret 2012,

Penulis


2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bioproses adalah cabang ilmu keteknikan yang berkaitan dengan reaksi yang

menggunakan bagian hidup atau tidak hidup dari sistem biologis. Dalam bioproses salah satu

elemen penting adalah terjadinya perubahan energi akibat reaksi biokimia yang terjadi dalam

proses metabolisme. Reaksi yang terjadi dalam sistemm biologis memiliki sifat yang berbeda

dengan reaksi yang terjadi secara kimia. Meskipun begitu kedua reaksi tersebut memiliki

kajian yang sama dalam konteks perpindahan energi.

Perpindahan energi dalam reaksi jenis apapun merupakan pembahasan dari ilmu

termodinamika. Ilmu termodinamika mengkaji tentang berbagai aspek dalam perubahan

energi ke dalam berbagai bentuk. Didalam ilmu termodinamika, reaksi biologis memiliki

pembahasan tersendiri yang dikenal dengan nama bioenergetika. Pembahasan bioenergetika

menjadi penting untuk mengetahui apakah suatu reaksi dapat atau tidak dapat terjadi. Selain

itu pemahaman tentang bioenergetika akan memberitahu tentang kemungkinan mekanisme

dan produk dari suatu reaksi biokimia. Jadi, pemahaman tentang bioenergetika merupakan

keahlian yang penting dalam cabang ilmu bioproses.

Dalam sistem biologis, energi berpindah dalam bentuk energi potensial ikatan. Energi

potensial ikatan yang umum dalam bentuk ikatan fosfoanhidrida. Ikatan fosfoanhidrida

dikenal memiliki potensi energi yang tinggi dan juga ikatan yang mudah lepas. Ikatan

fosfoanhidrida yang paling sering ditemukan terdapat dalam ATP. ATP adalah molekul

pembawa energi, dimana perpindahan energi dalam sistem bioproses terjadi dalam bentuk

reaksi. Reaksi yang menghasilkan energi atau eksergonik menghasilkan energinya dalam

bentuk ATP sementara reaksi yang membutuhkan energi atau endergonik memenuhi

kebutuhannya dari ATP. Maka dari itu ATP dikenal sebagai satuan transfer energi dalam

sistem biologis. Pemahaman mengenai ATP menjadi substansial untuk mengerti ilmu

bioenergetika.

Maka dari itu makalah ini berusaha memberikan pemahaman terhadap cabang ilmu

bioenergetika terutama dalam aspek ATP sebagai media transfer energi dan juga keterkaitan

prinsip termodinamika didalam sistem bioproses.


3

1.2 Rumusan Masalah

Bidang Ilmu keteknikan terutama teknologi bioproses membutuhkan pemahaman yang

komprehensif terhadap termodinamika untuk mengetahui sifat-sifat reaksi. Termodinamika

dalam sistem bioproses berbeda dari termodinamika umum dalam konteks sistem reaksi dan

bentuk energi. Maka dari itu, pokok pembahasan makalah ini mencakup 2 masalah pokok

yaitu :

A. Prinsip-prinsip dasar termodinamika dan terapannya dalam sistem biologis

B. ATP sebagai bentuk energi dalam perpindahan energi dalam kajian

termodinamika di sistem biologis.

1.3 Tujuan Penulisan

Karya tulis ini ditulis dengan tujuan :

A. Menjelaskan tentang prinsip-prinsip dasar termodinamika

B. Memberi pemahaman terhadap termodinamika dalam sistem biologis

C. Menjelaskan peran ATP dalam sistem biologis dengan menjembatani sistem

endergonik dan eksergonik


4

BAB II

Pembahasan

1. Menurut pendapat anda, mengapa makhluk hidup memerlukan energi?

Jawaban :

Setiap sistem fisik yang terdapat di sekitar kita secara tidak langsung menyimpan

sejumlah energi. Energi yang terdapat di alam memiliki bentuk yang berbeda-beda. Satu

bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Studi mengenai transformasi

energi dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya dalam sistem biologis disebut sebagai

biological thermodynamics, atau yang biasa disebut juga sebagai bioenergetika. Konsep

energi awalnya didefinisikan sebagai sebuah kerja yang merupakan hasil dari gaya dan

perpindahan (Smith, 2001:10).

Pada dasarnya, setiap makhluk hidup memerlukan energi untuk bertahan hidup. Energi

yang diperlukan dapat diperoleh dari lingkungan hidupnya. Perolehan energi pada makhluk

hidup dapat terpenuhi dari makanan yang dikonsumsinya. Pada sistem biologis, ada makhluk

hidup yang dapat menciptakan makanannya sendiri (autotrof) dan ada pula makhluk hidup

yang tidak dapat menciptakan makanannya sendiri (heterotrof). Kedua mekanisme perolehan

makanan tersebut kemudian dapat digolongkan menjadi proses eksergonik dan endergonik,

tergantung pada perpindahan energi yang terjadi pada sistem tersebut. Baru kemudian energi

tersebut diolah.

Energi yang telah diolah selanjutnya digunakan oleh makhluk hidup untuk beraktivitas

masing-masing, baik yang tampak dari luar seperti berlari atau melompat, maupun yang tidak

tampak seperti metabolisme dan peredaran darah. Dengan demikian, dalam setiap aktivitas

yang dilakukan oleh makhluk hidup tersebut akan memerlukan energi sebagai „bahan bakar‟

untuk beraktivitas. Bahkan tidur pun memerlukan energi.

2. Bioenergetika diterjemahkan sebagai suatu bidang studi tentang perubahan

energi yang menyertai reaksi biokimia dalam sel. Dalam tinjauan tersebutdapatkah

anda menjelaskan pengertian sistem dan lingkungan, serta hal hal lain yang berkaitan

dengannya?

Jawaban :

Dalam pembahasan termodinamika 2 konsep yang patut dipahami adalah tentang

sistem dan lingkungan. Kumpulan benda- benda yang sedang ditinjau disebut sistem. Di lain


5

pihak semua yang berada di sekeliling atau diliau sistem disebut lingkungan. Klasifikasi

sistem termodinamika didasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi,

kalor, dan entropi antara sistem dan lingkungan. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis

pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan yaitu,

a. Sistem terisolasi

Suatu sistem dimana tidak memungkinkan terjadinya pertukaran panas, materi, atau

kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah tabung gas terisolasi.

b. Sistem Tertutup

Suatu sistem dimana dapat terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak

terjadi pertukaran materi pada lingkungan. Contoh dari sistem jenis ini adalah rumah hijau

dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

Dalam suatu sistem apakah terjadi pertukaran kerja, panas, atau keduanya dapat

ditentukan sebagai sifat pembatasnya. Pada pembatas adiabatik tidak memperbolehkan

pertukaran gas, dan pada pembatas rigid tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

c. Sistem Terbuka

Suatu sistem dimana terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan materi dengan

lingkungannya. Sebuah pembatas yang memperbolehkan pertukaran benda disebut

permeabel. Contoh sistem ini ialah samudra.

Gambar1. Sistem Terisolasi, Tertutup, dan Terbuka

(Sumber: http://wahyuancol.wordpress.com/2008/06/11/konsep-sistem-bumi/)

Bioenergetika adalah suatu bidang studi tentang perubahan energi yang menyertai

reaksi biokimia dalam sel. Marilah kita ambil contoh peristiwa pemberian fosfat senyawa

ATP pada sistem biologis sehingga memungkinkan terjadinya reaksi. ATP (adenin trifosfat)

memiliki basa nitrogen adenin yang berikatan dengan ribosa. Terdapat tigagugus fosfat yang

http://wahyuancol.wordpress.com/2008/06/11/konsep-sistem-bumi/


6

berikatan dengan ribosanya. Ikatan antara gugus- gugus fosfat pda aekor ATP dapat

diputuskan melalui hidrolisis. Ketika ikatan fosfat diputuskan, suatu molekul fosfat anorganik

meninggalkan ATP, yang kemudian menjadi adenosin difosfat atau ADP.

Sistem adalah kumpulan benda benda yang sedang ditinjau pada peristiwa dimana

dalam hal ini berarti terdiri dari gusus ATP yang terdiri adenin, ribosa, dan 3 gugus fosfat. Di

lain pihak semua yang berada di sekeliling atau diluar sistem tersebut disebut lingkungannya.

Pada peristiwa ini terjadi pertukaran energi dari materi dari sistem ke lingkungannya.

3. Adakah perbedaan penggunaan energi untuk sistem biologis dan nonbiologis?

Jawaban :

Ada. Dalam kaitannya dengan energi dalam sistem biologis, sistem biologis merupakan

sistem yang berada di dalam makhluk hidup. Dengan kata lain, sistem tersebut memiliki

unsur makhluk hidup sebagai boundary system-nya. Sedangkan dalam sistem nonbiologis,

unsur yang bukan makhluk hiduplah yang menjadi boundary system-nya.

Energi yang dibutuhkan oleh makhluk hidup terbentuk dalam tubuh makhluk hidup itu

sendiri dengan mengonversi energi yang ada dari lingkungannya. Dengan kata lain, makanan

yang dikonsumsi oleh makhluk hidup tidak dapat begitu saja diambil energinya, melainkan

harus diolah terlebih dahulu baru kemudian dapat diambil energinya. Namun, energi yang

telah terkonversi masuk dalam sistem biologis tidak dapat dengan begitu saja terdistribusi

dalam tubuh makhluk hidup tersebut. Perlu adanya media yang dapat mentransportasikan

energi dalam sistem biologis tersebut, salah satunya adalah ATP (Adenosin Triphosphate).

Dengan media ATP, energi dalam sistem biologis makhluk hidup dapat bergerak bebas di

seluruh bagian tubuh, serta keluar dari dalam tubuh atau masuk ke dalam tubuh makhluk

hidup tersebut.

Energi yang terdapat pada sistem biologis akan selalu terkonversi dan tidak akan

pernah berhenti terkonversi keluar-masuk sistem selama makhluk hidup itu terus memerlukan

dan menghasilkan energi selama masa hidupnya. Inilah yang membedakan energi pada sistem

biologis dengan energi pada sistem nonbiologis. Sedangkan pada sistem nonbiologis, energi

yang keluar-masuk pada sistem juga akan terkonversi menjadi bentuk energi yang lain.

Hanya saja konversi energi yang terjadi, suatu saat akan berhenti ketika komposisi energi di

dalam dan di luar sistem telah mencapai kesetimbangan sehingga tidak ada lagi perpindahan

energi dari dalam maupun dari luar sistem nonbiologis tersebut. Ketika hal tersebut terjadi,

maka benda tersebut dikatakan mencapai kesetimbangan energinya.


7

4. Dalam bioenergetika ini dikenal kaidah termodinamika dalam sistem biologis,

yaitu hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. Apa yang anda ketahui

tentang kedua hukum tersebut?

Jawaban :

Termodinamika merupakan studi yang mempelajari transformasi energi dari satu

bentuk ke bentuk yang lain. Terkait dengan hal tersebut, ada beberapa hal yang menjadi dasar

transformasi bentuk energi. Hal-hal ini kemudian dijadikan hukum oleh para ahli. Hukum-

hukum termodinamika antara lain:

1. Hukum I Termodinamika

Hukum I termodinamika berbunyi, “Although energy assumes many forms, the total

quantity of energy is constant, and when energy disappears in one form it appears

simultaneously in other forms”(Smith, 2001:21). Dengan kata lain, energi tidak dapat

diciptakan ataupun dimusnahkan. Energi hanya akan dapat berubah bentuk, namun

jumlahnya di dalam alam ini adalah tetap. Biasanya kalimat pernyataan hukum I

termodinamika sering juga disebut sebagai hukum kekekalan energi atau hukum konservasi

energi.

Energi pada aplikasi hukum I termodinamika meliputi energi yang terdapat pada

sistem dan energi yang terdapat pada lingkungan. Kedua aspek lingkup energi pada hukum I

termodinamika ini kemudian dapat terjabarkan dalam persamaan:

𝛥 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 + 𝛥 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑔𝑘𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = 0 ... (8)

Tanda Δ pada persamaan (8) merupakan tanda yang mewakili selisih nilai dari harga

karakteristik yang dikhususkan pada masing-masing bentuk energi. Misalnya, energi pada

sistem, tanda Δ akan meliputi jumlah dari seluruh perubahan energi kinetik yang terdapat

pada sistem ketika sistem itu bergerak pada perubahan kecepatan tertentu. Demikian pula,

tanda Δ akan meliputi jumlah dari seluruh perubahan energi potensial yang terdapat pada

sistem ketika sistem itu berada pada perbedaan ketinggian tertentu. Bahkan, hal yang sama

pun akan terjadi apabila kedua bentuk energi tersebut dapat ditemukan dalam sistem tersebut.

2. Hukum II Termodinamika


8

Pernyataan hukum II termodinamika merupakan observasi lebih lanjut terhadap

proses yang terjadi dalam hukum I termodinamika. Hukum II termodinamika dapat

diekspresikan dalam dua pernyataan berikut:

Statement I: tidak ada instrumentasi yang mampu bekerja sedemikian rupa hanya

untuk mengubah panas yang terserap oleh sistem seluruhnya menjadi kerja yang

dilakukan oleh sistem.

Statement II: tidak ada proses yang mungkin terjadi hanya terdiri dari perpindahan

panas dari level temperatur yang satu menuju level yang lebih tinggi.

Pada Statement I, tidak disebutkan bahwa panas tidak dapat dirubah menjadi kerja,

namun proses yang terjadi tidak dapat meninggalkan sistem atau lingkungan begitu saja,

keduanya harus diperhatikan. Sebagai contoh, ketika sebuah gas menyerap panas dari

lingkungannya, akan menghasilkan kerja yang sama nilainya dengan dikerjakannya pada

lingkungan. Pada awalnya mungkin agak berkontradiksi dengan Statement I, namun ingat

bahwa proses yang terjadi tidak hanya meliputi sistem, tapi juga lingkungan. Dengan

demikian, ketika gas akan kembali ke kondisinya semula, ia akan memerlukan kerja yang

digunakannya untuk rekompresi kembali ke tekanan awalnya. Kerja ini memiliki nilai

minimal yang sama ketika gas mengalami ekspansi akibat panas yang diserapnya dari

lingkungan. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa tidak ada kerja yang dihasilkan sehingga

Statement I dapat dimodifikasi menjadi:

Statement Ia: it is impossible by cyclic prosess to convert the heat absorbed by a

system completely into work done by the system (Smith, 2001:156).

Kata siklik diperlukan karena sistem secara periodik akan kembali pada kondisinya

semula. Pada kasus gas tadi, proses ekspansi dan rekompresi menuju kondisi awalnya

merupakan satu kesatuan siklus. Jika proses ini berlanjut, maka proses ini akan membentuk

siklus.

Secara garis besar, hukum II termodinamika bukanlah menentang produksi dari kerja

yang diperoleh dari panas. Namun, memberikan batasan yang jelas akan berapa banyaknya

panas yang diterima oleh sistem yang kemudian dapat dikonversikan menjadi kerja yang

dilakukan oleh proses tersebut.

5. Apa yang and ketahui tentang besaran-besaran termodinamika baik besaran dasar

maupun besaran turunan? Dan bagaimana pula penurunan-penurunan


9

persamaannya? Berikan salah satu contoh perhitungan berkaitan dengan besaran-

besaran tersebut.

Jawaban:

A. Besaran Dasar

Besaran dasar merupakan besaran-besaran yang menjadi landasan untuk penurunan

besaran-besaran selanjutnya, Dalam termodinamika besaran-besaran dasar tersebut terdiri

dari:

a. Tekanan (P)

Tekanan merupakan gaya yang tegak lurus yang menekan permukaan sebuah, definisi

matematisnya adalah:

𝑷 =𝑭

𝑨

Dalam termodinamika tekanan umumnya dinyatakan dalam nilai absolute (Pabs), tekanan

absolute ini bergantung pada pengukuran sistem yaitu: ketika tekanan pengukuran (Pgauge)

> tekanan atmosfer (Patm) maka:

Pabs = Pgauge + Patm

sedangkan ketika Pgauge < Patm maka:

Pabs = Patm - Pgauge

b. Volume dan Densitas (V dan 𝜌)

Densitas suatu sistem didefinisikan sebagai massa per satuan volume:

𝝆 =𝒎

𝑽=

𝟏

𝑽𝒈

Dimana Vg adalah volume jenis (volume per satuan massa), dan m adalah massa.

c. Suhu (T)

Skala temperatur digunakan sebagai indikator keseimbangan panas yang dinyatakan dalam

satuan derajat Kelvin.

d. Energi Dalam (U)

Energi dalam adalah energi yang dimiliki oleh suatu sistem tanpa dipengaruhi oleh

pergerakan dari sistem tersebut, Energi dalam merupakan jumlah seluruh energi kinetik

atom atau molekul, ditambah jumlah seluruh energi potensial yang timbul akibat adanya

interaksi antara atom atau molekul.

∆U = ∆Ek + ∆Ep

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)


10

Dimana energi kinetik itu sendiri ada karena kecepatan (Ek = 1

2 mv

2), dan energi potensial

ada karena adanya perbedaan ketinggian (Ep = mgh). Berdasarkan hukum termodinamika

pertama, total energi akan selalu konstan, jadi ketika energi dalam sistem menghilang,

maka secara bersamaan akan terbentuk energi dalam bentuk lain pada lingkungannya:

∆(energi sistem) + ∆(energi lingkungan) = 0

Perpindahan energi yang terjadi umumnya dapat berupa panas dan kerja (Q dan W)

dimana Q dan W akan bertanda positif ketika sistem menyerap kalor dan melakukan kerja.

Jadi perubahan energi dalam akan bernilai 0 jika jumlah kalor yang masuk sama besar

dengan jumlah kerja yang dilakukan, dan jika kalor yang dikeluarkan sama besar dengan

kerja yang dikenakan pada sistem. :

∆(energi lingkungan) = ± Q ± W

Sehingga dari persamaan (1)-(3) diperoleh:

∆U + ∆Ek + ∆Ep = ± Q ± W

e. Entalpi (H)

Entalpi merupakan besaran yang digunakan untuk mendefinisikan jumlah energi dalam

dari suatu sistem ditambah dengan energi yang dibutuhkan untuk melakukan suatu kerja

H = U + (PV)

Di mana H adalah entalpi, U adalah energi dalam, P adalah tekanan, dan V adalah volume.

Karena U dan PV memiliki satuan energi, maka dengan demikian H juga memiliki satuan

energi. Lebih lanjut, U, P, dan V merupakan fungsi keadaan, sehingga bentuk difrensial

persamaan 5 adalah:

dH = dU + d(PV)

sehingga bentuk integralnya adalah:

∆H = ∆U + ∆(PV)

f. Entropi (S)

Entropi adalah ukuran ketidakteraturan dalam suatu sistem, semakin tinggi

ketidakteraturan suatu sistem semakin tinggi pula nilai entropinya. Maka, dalam benda

padat yang molekulnya tersusun dengan sangat teratur akan memiliki entropi yang lebih

kecil dibandingkan dengan benda dalam fasa gas yang molekul-molekulnya bergerak lebih

bebas. Perubahan entropi suatu sistem disebabkan oleh perubahan kandungan panasnya,

dimana:

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)


11

∆𝐒 = ∆𝐇

∆𝐓

Ketika ∆𝐒𝐬𝐞𝐦𝐞𝐬𝐭𝐚 = ∆𝐒𝐬𝐢𝐬𝐭𝐞𝐦 + ∆𝐒𝐥𝐢𝐧𝐠𝐤𝐮𝐧𝐠𝐚𝐧 > 𝟎 maka reaksi akan berlangsung secara

spontan. Proses ini berlangsung hingga mencapai proses kesetimbangan yaitu ketika

∆𝐒𝐬𝐞𝐦𝐞𝐬𝐭𝐚 = ∆𝐒𝐬𝐢𝐬𝐭𝐞𝐦 + ∆𝐒𝐥𝐢𝐧𝐠𝐤𝐮𝐧𝐠𝐚𝐧 = 𝟎

g. Energi Gibbs (G)

Energi bebas gibbs digunakan untuk menggambarkan perubahan energi total dari suatu

sistem, berdasarkan persamaan (11) diperolehlah:

∆G = ∆U + ∆PV – ∆TS

(pada suhu tetap) ∆𝑮 = ∆𝑯 − 𝑻∆𝑺

(pada tekanan tetap) ∆𝑮 = −𝑻∆𝑺

Ketika ∆G < 0 maka reaksi akan berlangsung secara spontan (reaksi eksergonik) hingga

mencapai kesetimbangan ketika ∆G = 0, sedangkan ketika ∆G > 0 maka reaksi akan

berlangsung secara spontan ke arah berlawanan (reaksi endergonik). Pada proses spontan

energi gibbs dapat didefinisikan sebagai kerja maksimum yang dapat diperoleh dari sistem

saat terjadi perubahan, sedangkan pada proses nonspontan energi gibbs dapat didefinisikan

sebagai kerja minimum yang harus dilakukan terhadap sistem agar dapat terjadi

perubahan.

Karena energi gibbs merupakan fungsi keadaan maka energi gibbs juga dapat dihitung

melalui energi bebas produk dan reaktan:

∆𝐆𝐫𝐱𝐧𝟎 = ∑𝐦∆𝐆𝐟(𝐩𝐫𝐨𝐝𝐮𝐤)

𝟎 − ∑𝐧∆𝐆𝐟(𝐫𝐞𝐚𝐤𝐭𝐚𝐧)𝟎

h. Helmholtz Function (F)

Helmholtz function, biasa juga disebut energi bebas Helmholtz. Energi bebas Helmholtz

adalah kerja maksimum yang dapat diperoleh dari proses termodinamika dalam suhu dan

volume yang konstan. Energi ini dirumuskan sebagai:

F = U – TS

Suku TS disini menandakan adanya energi yang tidak dapatdigunakan atau unavailable

energy

(15)

(14)

(13)

(16)

(17)


12

B. Besaran Turunan

Besaran turunan dapat kita ketahui melalui dasar, atau dengan kata lain besaran ini

merupakan turunan dari besaran-besaran dasar.

a. Energi dan Kerja

Energi diartikan sebagai kemampuan melakukan kerja, ketika pemindahan energi

dilakukan dengan cara gerak mekanik maka disebut kerja. Jumlah kerja mekanik yang

dilakukan dapat ditentukan melalui persamaan turunan Newtonian:

W = F.s

Atau sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volume: W= P. dV

b. Kalor

Perpindahan energi karena adanya perbedaan suhu berhubungan dengan aliran panas.

Setiap sistem memiliki kapasitas terhadap panas, semakin kecil perubahan temperature

yang terjadi akibat dari perpindahan panas,berarti sistem tersebut memiliki kapasitas panas

yang besar. Kapasitas panas di definisikan secara matematis melalui:

𝑪 =𝒅𝑸

𝒅𝑻

Kapasitas panas dapat diukur dalam 2 kondisi yaitu dalam volume yang tetap disebut

isokhorik atau dalam tekanan konstan disebut isobarik. Dalam keadaan isokhorik

kapasitas panas didefinisikan sebagai Cv:

dU = CvdT

ketika diintegralkan menghasilkan:

∆𝐔 = 𝐂𝐕𝐝𝐓𝐓𝟐

𝐓𝟏

Dan ketika proses perpindahan panas bersifat reversible persamaannya menjadi:

𝐐 = 𝐧 ∆𝐔 = 𝐧 𝐂𝐯𝐝𝐓𝐓𝟐

𝐓𝟏

Sedangkan dalam keadaan isobarik kapasitas panas didefinisikan sebagai Cp:

dH = CpdT

ketika diintegralkan menghasilkan:

∆𝐇 = 𝐂𝐏𝐝𝐓𝐓𝟐

𝐓𝟏

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23) (24)


13

Dan ketika proses perpindahan panas bersifat reversible persamaannya menjadi:

𝐐 = 𝐧 ∆𝐇 = 𝐧 𝐂𝐏𝐝𝐓𝐓𝟐

𝐓𝟏

Cara mudah untuk meringkas persamaan-persamaan diatas adalah dengan “jembatan

keledai” dari besaran-besaran termodinamika:

Dimana G adalah energi gibbs, U adalah energi dalam, V adalah volume, P adalah tekanan,

F adalah Helmholtz function , H adalah entalpi, S adalah entropi, dan T adalah suhu.

Besaran-besaran yang berada di pojok-pojok (G, H, U, dan F) dapat kita

tentukan turunannya, contohnya Energi gibbs (G) yang ada di pojok kiri atas. G berada

diantara P dan T, kemudian lihat tanda panahnya. Pada P tanda panahnya masuk, berarti

tandanya positif, sedangkan pada T tanda panahnya keluar, berarti negatif. Sehingga dapat

kita tuliskan : dG = VdP – SdTDari keempat persamaan di atas masing-masing persamaan

akan menghasilkan hubungan yang lain, misalnya, untuk energi dalam, U apabila pada

volume konstan akan menghasilkan 𝜕𝑈

𝜕𝑆 𝑉

= 𝑇, sedangkan pada entropi yang tetap akan

menghasilkan 𝜕𝑈

𝜕𝑉 𝑆

= −𝑃

6. Apa yang anda ketahui tentang reaksi yang berlangsung spontan?

Bilamana itu terjadi?

Jawaban :

Pada termodinamika terdapat dua jenis yang dapat terjadi yaitu reaksi spontan dan

reaksi non spontan. Reaksi spontan adalah suatu reaksi yang terjadi tanpa perlu bantuan dari

luar sistem dan berlangsung sampai terjadi keadaan setimbang. Pada reaksi non spontan

reaksi hanya terjadi apabila ada masukan energi dari luar sistem. Seperti yang telah

dipaparkan sebelumnya reaksi spontan adalah reaksi yang terjadi tanpa perlu bantuan dari

luar sistem. Proses reaksi spontan berjalan dengan berinteraksinya antar zat dengan

menghilangkan rintangan. Sistem bertukar energi serta zat, dan volume kedua sistem bisa

berubah. Pada reaksi ini pula arah spontanitas untuk setiap proses jelas dari pengamatan awal

(25)


14

dan akhir tanpa melihat lintasannya. Pada reaksi spontan penyebab gas dapat bereaksi

spontan adalah derajat keteraturan. Maka dikenallah istilah entropi (S). Entropi adalah sifat

keadaan suatu sistem yang menyatakan tingkat ketakteraturan. Hal ini berkaitan dengan

jumlah keadaan mikro yang tersedia bagi molekul sistem tersebut. Entropi bertambah bila

suatu zat mencair atau menguap dan sebaliknya. Penafsiran Boltzmann secara molekuler bila

zat padat mencair atau menguap, sistem tersebut akan semakin tidak teratur (jumlah keadaan

mikro yang bisa diakses bertambah) dan entropi akan naik

Proses suatu reaksi didapatkan persaaman reaksi sebagai berikut,

(1)

Jika SA(g) adalah entropi gas A, SB (g) addalah entropi gas B, dan Scampuran adalah

entropi campuran A dan B, maka:

(2)

Apabila dihasilkan nilai ∆𝑆 yang positif maka reaksi yang terjadi adalah reaksi

spontan. Ada empat proses yang dapat menyebabkan nilai ∆𝑆 > 0 yang nantinya akan

menghasilkan nilai positif yaitu,

o Padatan menjadi cairan atau larutan

o Cairan menjadi gas

o Jumlah melokul gas dalam suatu reaksi kimia meningkat

o Suhu zat bertambah

Selain nilai entropi yang dapat menentukan apakah reaksi tersebut bersifat spontan atau

tidak ialah perubahan energi bebas (∆𝐺). Energi bebas ditemukan oleh J. Willard Gibbs

dengan mendefinisikan energi bebas suatu sistem tanpa memperhatikan lingkungannya.

Energi bebas adalah bagian dari energi suatu sistem yang dapat melakukan kerja ketika suhu

dan tekana seragam di seluruh sistem, seperti halnya dalam sel makhluk hidup.

Perubahan energi bebas, ∆𝐺, dapat dihitung untuk suatu reaksi kimia dengan rumus

berikut,

(3)

Rumus ini hanya menggunakan sifat sifat sistem (reaksi) itu sendiri dimana ∆𝐻 adalah

perubahan entalpi sistem, ∆𝑆 adalah perubahan entropi sistem, dan T adalah sushu mutlak

dalam satuan kelvin.

A (g) + B (g) (A+B) (g)

∆𝑆 = 𝑆𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 − [𝑆𝐴(𝑔) + 𝑆𝐵(𝑔)]

∆𝐺 = ∆𝐻 − 𝑇∆𝑆


15

Setelah mengetahui nilai ∆𝐺 untuk suatu proses, dapat diketahui apakah suatu proses

reaksi tersebut bersifat spontan atau non spontan. Nilai ∆𝐺 yang negatif menggambarkan

bahwa reaksi berjalan spontan. Oleh karena itu agar proses terjadi secara spontan, sistem

harus melepaskan entalpi (H harus menurun), merelakan keteraturan (TS harus meningkat).

Ini berarti setiap proses spontan menurunkan energi bebas sistem.

7. Apa yang anda ketahui tentang reaksi eksergonik dan endergonik? Dapatkah anda

memberikan contoh reaksi-reaksi yang terlibat di dalamnya?

Jawaban :

Reaksi Eksergonik adalah reaksi dimana energi dilepaskan selama reaksi berlangsung.

Energi potensial pada keadaan awal lebih besar daripada pada keadaan akhir, sehingga reaksi

tersebut akan cenderung berlangsung dengan spontan. Dalam reaksi apapun akan terjadi

perubahan energi total pada suatu sistem (𝛥𝐻). Perubahan energi total memiliki dua

komponen yaitu perubahan energi bebas (∆𝐺) dan perubahan entropi (∆𝑆). Energi bebas

adalah komponen yang dapat melakukan kerja yang berhasil atau yang disimpan untuk

melakukan kerja semacam itu lain kali. Jika entropi menurun maka jumlah total energi yang

tersedia meningkat sebab sistem bergerak menuruni bukit. Suatu reaksi disebut eksergonik

jika melepaskan energi bebas (∆𝐺 harus negative ).

Reaksi endergonik pada dasarnya adalah reaksi “menaiki bukit” (uphill) dan dicirikan

oleh nilai G yang positif (Gambar 1). Dalam reaksi endergonik, energi bebas diserap dalam

proses reaksi.Dalam reaksi kimiawi, energi bebas tersebut mungkin disimpan dalam ikatan

berenergi tinggi dalam produk reaksi. Karena energi bebas itu tidak dapat diciptakan, energi

itu harus datang dari reaksi eksergonik yang menyertainya, dimana energi bebas dilepaskan

untuk mendorong proses endergonik. Berbagai proses endergonik atau pembangun dalam

suatu organisme selalu terkait dengan sebuah proses eksergonik, dimana molekul molekul

kaya energi dipecah. Walaupun kebanyakan proses endergonik juga bersifat endotermik,

dimana panas akan diserap oleh sistem, keadaanya tidak harus selalu seperti itu karena harus

memperhatikan perubahan entropinya pula. Reaksi eksergonik dan endergonik merupakan

reaksi yang menyusun terjadinya fosforilasi glukosa untuk menghasilkan glucose-6-

phosphate. Pada gambar (2), reaksi pertama merupakan kondensasi glukosa dengan fosfat


16

untuk menghasilkan glucose-6-phosphate meruapakn reaksi endergonik karena Pi

menghasilkan produk dengan energi yang lebih besar daripada kedua reaktan (∆G positif) dan

reaksi tersebut membutuhkan energi. Sedangkan pada reaksi kedua, terjadi

pemecahan ATP menjadi ADP dan fosfat dimana pada reaksi ini terjadi secara eksergonik

karena menghasilkan energi (∆G negatif). Pada reaksi ketiga merupakan penggabungan dari

kedua reaksi dan reaksi keseluruhan bersifat eksergonik karena ∆G total negatif.

Endergonik Eksergonik

Membutuhkan panas atau energy Melepaskan panas atau energi

Prosesnya disebut anabolisme Prosesnya disebut katabolisme

Contoh : sintesis, kontraksi otot, eksitasi saraf,

transport aktif

Contoh : respirasi

Tabel 1 : perbedaan reaksi endergonik dan eksergonik

Sumber : http://www.scribd.com/doc/36336523/BIOENERGETIKA

Gambar 3 : Gambaran proses eksergonik dan

endergonik secara kimiawi

Sumber:http://www.biochem.arizona.edu/classes/

bioc462/462a/NOTES/Bioenergetics/bioenergetic

s.html

Sum

Gambar 2 : Gambaran proses eksergonik dan endergonik secara mekanik

Sumber:http://www.biochem.arizona.edu/classes/

bioc462/462a/NOTES/Bioenergetics/bioenergetic

s.html

Sum


17

Pada gambar (3) dan (4) merupakan skema terjadinya energi dari proses endergonik dan

eksergonik. Energi yang dihasilkan adalah energi kimia dan energi panas. Energi kimia yang

dihasilkan adalah ATP yang nantinya digunakan tubuh untuk beraktifitas, sedangkan panas

hanya akan dibuang melalui respirasi, keringat, urine, feses, dll. Itulah sebabnya ketika kita

sedang beraktifitas kita akan merasa panas dan tubuh kita menjadi hangat. Itu terjadi karena

proses metabolism lancar. Peran ATP sangatlah penting dalam merangkaikan kedua reaksi

tersebut.

Dalam tubuh makhluk hidup, reaksi eksergonik dan endergonik terjadi berdampingan.

Reaksi eksergonik (misal respirasi) yang ada di dalam tubuh menghasilkan energi yang

nantinya akan digunakan untuk reaksi endergonik (misal: sintesis, kontraksi otot, eksitasi,

hantaran impuls saraf, transport aktif).

Contoh dari reaksi eksergonik ialah :

Glikolisis : serangkaian reaksi biokimia dimana glukosa dioksidasi menjadi asam

piruvat.

Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organic berupa adenosine triphosphat.

Skema proses reaksi glikolisis dapat dilihat pada gambar 5 dimana 4 reaksi awal

membutuhkan ATP sedangkan 5 reaksi berikutnya menghasilkan ATP

Reaksi : 𝐶6𝐻12𝑂6 + 6𝑂2 + 2𝑁𝐴𝐷+ → 2 𝑃𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡 + 4𝐴𝑇𝑃 + 2𝑁𝐴𝐷𝐻

Gambar 4 : Penggabungan reaksi eksergonik dan

endergonik

Sumber :

http://www.scribd.com/doc/36336523/BIOENERGETIKA

Gambar 5 : Pemindahan energi bebas dari reaksi

enksergonik ke reaksi endergonik melalu senyawa

perantara berenergi tinggi

Sumber : http://www.scribd.com/doc/36336523/BIOENERGE

TIKA


18

Gambar 6 : Glikosis sebagai reaksi eksergonik

Sumber :http://www.scribd.com/Rendika_Nopriz_4060/d/59941056-FILE-Edu

Siklus Kreb: diawali dengan masuknya Asetil CoA (beratom C2) yang bereaksi

dengan asam oksaloasetat (beratom C4) menghasilkan Asam Sitrat (beratom C6). Secara

bertahap Asam sitrat melepaskan 2 atom C nya sehingga kembali menjadi asam oksaloasetat

(beratom C4), peristiwa ini diikuti dengan reaksi reduksi (pelepasan elektron & ion hidrogen)

oleh NAD+dan FAD

+ menghasilkan 2 molekul NADH2, 2 molekul FADH2, dan 2 molekul

ATP. Dari seluruh rangkaian peristiwa siklus Krebs dihasilkan adalah 4 molekul CO2, 6

molekul NADH2 , 2 molekul FADH2, dan 2 molekul ATP.

Reaksi

𝐴𝑠𝑒𝑡𝑖𝑙 𝐶𝑜𝐴 + 3𝑁𝐴𝐷+ + 𝐹𝐴𝐷 + 𝐺𝐷𝑃 + 𝑃𝑖 + 2𝐻2𝑂

→ 2𝐶𝑂2 + 𝐾𝑜𝐴𝑆𝐻 + 3𝑁𝐴𝐷𝐻 + 𝐻+ + 𝐹𝐴𝐷𝐻2 + 𝐺𝑇𝑃

Rantai transport electron yang menerima produk dari dua langkah sebelumnya

dimana

sintesis ATP dalam proses ini disebut fosforilasi oksedatif. Hal ini karena sintesis digerakkan

oleh reaksi redoks yang mentransfer electron dari makanan ke oksigen. Fosforilasi oksidatif

membentuk hampir 90% ATP yang dihasilkan oleh respirasi seluler.

Contoh dari reaksi Endergonik ialah:

Sintesis: sintesis lemak, sintesis protein, sintesis karbohidrat, sistesis kolesterol.

Kontraksi otot: banyak pekerjaan yang menyebabkan kontraksi otot, misalnya

menyanyi, berlari, dan sebagainya.

Mekanisme Kontraksi Otot :

1. Pergeseran filamen dijelaskan melalui mekanisme kontraksi pencampuran

aktin dan miosin membentuk kompleks akto-miosin yang dipengaruhi oleh

ATP.

2. Miosin merupakan produk, dan proses tersebut mempunyai ikatan dengan

ATP.


19

3. Selanjutnya ATP yang terikat dengan miosin terhidrolisis membentuk

kompleks miosin ADP-Pi dan akan berikatan dengan aktin.

4. Selanjutnya tahap relaksasi konformasional kompleks aktin, miosin, ADP-pi

secara bertahap melepaskan ikatan dengan Pi dan ADP, proses terkait dan

terlepasnya aktin menghasilkan gaya fektorial

Eksitasi saraf: berpikir, belajar.

Transport aktif yaitu pemindahan yang menggunakan energi untuk mengeluarkan dan

memasukkan ion ion dan molekul melalui membrane sel yang bersifat permeable

dengan tujuan memelihara keseimbangan molekul kecil didalam sel. Transport aktif

melawan aliran perbedaan kensentrasi oleh karena itu membutuhkan energi yang

berupa ATP

8. Terkait dengan bacaan di atas, menurut anda mengapa senyawa fosfat

diperlukan dalam sistem biologis?

Jawaban :

Fosfat dalam sistem biologis berperan sebagai penyusun ATP, dimana ATP berperan

sebagai senyawa pembawa energi yang menghubungkan reaksi endergonik dan eksergonik.

ATP tersusun dari basa nitrogen Adenin yang berikatan dengan gula pentosa pada

karbon 1-nya (Adenosine) dan tiga gugus fosfat pada karbon nomer 5-nya. Ikatan pada fosfat

inilah yang menyimpan energi dalam bentuk energi potensial ikatan.

Gambar 7 : Mekanisme kontraksi otot

Sumber:

http://dhonowareh.blogspot.com/2011/11/otot-

lurik.html

Gambar 8 : Transport aktif membutuhkan ATP

Sumber: nadjeeb.wordpress.com


20

Gambar 9. ATP dan ikatan fosfoanhidrida

Ikatan fosfoanhidrida merupakan ikatan berenergi tinggi akibat adanya gaya tolak

menolak antara ion negatif di ujung ikatan. (lihat gambar). Dalam peristiwa termodinamika di

dalam sistem biologis, energi berpindah dalam bentuk ATP. Meski demikian tidak berarti

molekul ATP yang berpindah dari satu sistem biologis ke sistem biologis lainnya. Energi

berpindah dalam bentuk pelepasan ikatan fosfoanhidrida dan pembentukan ikatan lainnya.

ATP dapat melepas energi ikatannya menjadi ADP jika satu ikatan yang terlepas, atau

AMP jika dua ikatan yang terlepas menjadi energi. Energi ini digunakan sebagai energi

aktivasi dalam suatu reaksi endergonis. Kemudian reaksi-reaksi eksergonik yang

menghasilkan energi, mengkatalis terbentuknya ikatan fosfoanhidrida dari AMP atau ADP

menjadi ATP. Sehingga dapat dikatakan ATP menjembatani siklus eksergonik-endergonik

dalam sistem biologis.

Gambar 10. ATP sebagai penghubung reaksi biologis

Perlu dicatat dari skema diatas bahwa Defosforilasi atau pemecahan ikatan anhidrida

dalam ATP tidak selalu menghasilkan ADP. ATP dapat juga menghasilkan AMP atau


21

adenosin, tergantung dari ikatan fosfoanhidrida yang terlepas. Hasil dari defosforilasi ATP

dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti tingkat keasaman dan keberadaan enzim kinase

tertentu.

Meski ATP dikatakan sebagai media transfer energi, ATP tidak pernah berpindah

keluar dari dalam sel. Sehingga kadar fosfat didalam tubuh pun relatif konstan. Yang terjadi

adalah siklus perubahan bentuk ATP menjadi senyawa fosfat yang lebih stabil dan kemudian

menjadi senyawa berenergi tinggi kembali. Kadar ATP didalam sel adalah 2-8 mmol.

Sementara ATP terus bersiklus dalam sehari tubuh dapat menghasilkan 2 x 106 mol ATP atau

160 kg ATP.

Karena itulah keberadaan fosfat dalam tubuh, dalam dosis yang kecil, memiliki peran

yang sangat besar yaitu sebagai media transfer energi dengan cara membentuk ikatan

anhidrida.

9. Sebagai senyawa pembawa energi, fosfat digolongkan sebagai Low Energy

Phosphates (LEP) dan High Energy Phosphates (HEP), apa yang ada ketahui tentang

keduanya?

Berikut adalah perbandingan antara fosfat berenergi rendah (Low Energy Phosphates) dengan

fosfat berenergi tinggi (High Energy Phosphates):

Low Energy Phosphat (LEP) High Energy Phosphat (HEP)

LEP adalah senyawa yang jika dihidrolisis

memiliki ∆G0 yang lebih kecil dari -25

kJ/mol. (Lehninger, Principles of

Biochemistry)

HEP adalah senyawa yang jika dihidrolisis

memiliki ∆G0 yang lebih besar dari -25

kJ/mol (Lehninger, Principles of

Biochemistry)

LEP diwakili oleh ester fosfat yang

ditemukan pada zat-zat antara glikolisis

dan memiliki nilai ∆G0 yang lebih kecil

(lebih rendah) daripada nilai ∆G0

hidrolisis ATP

Handbook of Biochemistry and Molecular

Biology).

HEP yang diwakili oleh ester fosfat yang

ditemukan pada zat-zat antara glikolisis dan

memiliki nilai ∆G0

yang lebih besar daripada

nilai ∆G0

hidrolisis ATP (Frasman, G.D.,

Handbook of Biochemistry and Molecular

Biology).

LEP menangkap energi bebas. HEP membawa energi yang tinggi untuk

diberikan kepada reaksi biokimia endergonik,

berperan sebagai aliran energi dalam sistem


22

biologi.

LEP berupa ADP, AMP, dan Glukosa. HEP berupa kreatin fosfat (pada vertebrata),

karbamoil fosfat, fosfoenol piruvat, arginin

fosfat (pada invertebrata), ATP, GTP, CTP,

dan lain-lain.

Pembentukan ADP sendiri berasal dari

pelepasan satu molekul ATP menjadi dua

ADP

Tiga sumber utama senyawa HEP adalah

melalui proses glikolisis, siklus asam sitrat,

dan proses fosforilasi oksidatif.

10. Dalam sistem biologis, ATP memungkinkan terjadinya reaksi dengan cara

memberikan energi fosfatnya. Dapatkah anda menjelaskan mekanisme yang terjadi?

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, ATP membawa ikatan yang memiliki energi

tinggi yaitu ikatan fosfoanhidrida untuk melakukan kerja dan reaksi endergonik. Tetapi,

mekanisme transfer energi pada ATP tidak sederhana. Energi yang dihasilkan dari

defosforilasi ikatan anhidrida tidak begitu saja dipakai sebagai energi aktivasi reaksi lain.

Tetapi ATP sendiri ikut bereaksi dengan substratnya membentuk sebuah kompleks.

Gambar 11 : Tingkatan fosfat

Sumber:

http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/NO

TES/Bioenergetics/bioenergetics.html

Tabel 3 : Energi bebas standar pada hidrolisis sebagian

organofosfat yang penting secara biokimia.

Sumber:

http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/

NOTES/Bioenergetics/bioenergetics.html


23

Ikatan pada ATP sendiri sebenarnya bukanlah ikatan yang kuat, tetapi energi yang

dimiliki oleh muatan elektron pada fosfat yang menyebabkan ATP memiliki potensi energi

dan entropi yang besar. Hidrolisis ATP atau yang dikenal dengan nama defosforilasi

(pelepasan gugus fosfat) yang menghasilkan energi adalah bentuk penyederhanaan dari

sebuah reaksi kompleks.

Lebih jelas tentang defosforilasi bisa diamati pada proses fotosintesis pada tumbuhan.

Fotosintesis pada tumbuhan, dibagi menjadi 2 tahap. Tahap terang yang menggunakan energi

matahari untuk proses fosforilasi atau menghasilkan ATP dan juga tahap gelap yang

menggunakan ATP tersebut untuk menghasilkan cadangan makanan. Tahap terang

merupakan reaksi eksergonik, dan tahap gelap merupakan reaksi endergonik. ATP digunakan

sebagai pentransfer energi yang dihasilkan di tahap terang dan digunakan pada tahap gelap.

ATP digunakan untuk melakukan fiksasi CO2 ke dalam cadangan makanan yang bisa

digunakan oleh tumbuhan ataupun hewan yang ketika diuraikan akan menghasikan ATP lagi.

Tahapan gelap pada fotosintesis atau dikenal dengan nama siklus calvin memiliki beberapa

tahapan untuk melakukan fiksasi CO2. Dalam tahapan tersebut, ATP ikut bereaksi sebagai

katalis dalam membentuk senyawa antara. Lebih detailnya mengenai proses Defosforilasi

ATP dapat dipelajari ketika mengamati proses fotosintesis.

Gambar 12. Reaksi Siklus Calvin

Pada intinya, siklus calvin menggunakan ATP untuk melakukan fiksasi CO2 kedalam

senyawa 3-PGA sehingga menghasilkan senyawa G3P. Selanjutnya, senyawa G3P ini dapat

diubah menjadi cadangan karbohidrat sesuai kebutuhan tumbuhan, baik itu pati, selulosa

ataupun sukrosa.


24

Dari gambaran reaksi tersebut, ternyata ATP tidak hanya dihidrolisis untuk

menghasilkan energi dan energi itu digunakan sebagai energi aktivasi. Tetapi ATP juga ikut

bereaksi dengan membentuk senyawa antara yang berenergi pada substratnya. Demikian juga

terjadi pada re\aksi endergonik dalam tubuh dalam sintesis protein, pergerakan otot dan lain-

lain. ATP ikut bereaksi membentuk senyawa antara : Kompleks Myosin-ATP pada

pergerakan otot, atau kompleks enzym-ATP pada sintesis protein.

Setelah mengalami hidrolisis atau defosforilasi, ATP yang berubah menjadi ADP dapat

kembali memiliki ikatan fosfatnya dengan proses fosforilasi. Dalam tubuh mahluk hidup hal

tersebut terjadi dengan mengubah energi dari makanan.

Didalam tubuh, reaksi katabolik dari glikolisis hingga siklus kreb menghasilkan

elektron yang berenergi tinggi yang dibawa di NADH dan/atau FADH2. Senyawa tersebut

memiliki potensial elektron yang sangat besar, namun tidak seperti ATP mereka adalah

kofaktor yang tidak bisa bereaksi dengan senyawa lain. Sehingga NADH atau FADH2 tidak

bisa digunakan sebagai agen penghubung reaksi endergonik dan eksergonik. Untuk itu, dalam

rantai pernapasan manusia, NADH dan FADH2 akan mendonorkan elektron berlebih mereka

pada oksigen. Hal tersebut membebaskan energi dan fosfor yang sangat besar untuk

digunakan memfosforilasi kembali ADP menjadi ATP. Sehingga ATP tersebut dapat

digunakan untuk reaksi metabolisme dalam tubuh kembali.

Gambar 13. Skema respirasi dalam tubuh manusia


25

BAB III

Penutup

Pada dasarnya, setiap makhluk hidup memerlukan energi untuk bertahan hidup. Energi

yang diperlukan dapat diperoleh dari lingkungan hidupnya. Perolehan energi pada makhluk

hidup dapat terpenuhi dari makanan yang dikonsumsinya. Pada sistem biologis, ada makhluk

hidup yang dapat menciptakan makanannya sendiri (autotrof) dan ada pula makhluk hidup

yang tidak dapat menciptakan makanannya sendiri (heterotrof). Baru kemudian energi

tersebut diolah. Energi tersebut digunakan untuk melakukan aktivitas sehari-hari seperti

kontraksi otot, transportasi aktifdan lain-lain.

Dalam pembahasan termodinamika 2 konsep yang patut dipahami adalah tentang

sistem dan lingkungan. Kumpulan benda- benda yang sedang ditinjau disebut sistem. Di lain

pihak semua yang berada di sekeliling atau diliau sistem disebut lingkungan. Klasifikasi

sistem termodinamika didasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi,

kalor, dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Energi dalam sistem biologis berpindah dalam bentuk energi ikatan, energi ikatan

disimpan dalam bentuk molekul ATP. ATP digunakan sebagai penghubung reaksi

endergonik dan eksergonik.

Fosfat dalam sistem biologis berperan sebagai penyusun ATP, dimana ATP berperan

sebagai senyawa pembawa energi yang menghubungkan reaksi endergonik dan eksergonik.

ATP tersusun dari basa nitrogen Adenin yang berikatan dengan gula pentosa pada

karbon 1-nya (Adenosine) dan tiga gugus fosfat pada karbon nomer 5-nya. Ikatan pada fosfat

inilah yang menyimpan energi dalam bentuk energi potensial ikatan.

makalah bioenergetika

Documents