1

Metabolisme

Sel dan Energi

• Sel mengikuti hukum-hukum Kimia & Fisika – Hukum Termodinamika I– Hukum Termodinamika II

• Energi dalam Sel:– Ikatan Kimia– Energi potensial Kimia

• Gradien konsentrasi• Gradien potensial

• Pembuatan ATP:– Fosforilasi

• Transfer gugus fosfat dari ATP ke molekul lain:

– Fosforilasi substrat

– Fosforilasi oksidatif

– Pelepasan energi cukup banyak

– Gugus fosfat “energy currency”

Metabolisme

• Kemampuan sel untuk memperoleh energi & mengubah energi dari lingkungan

• Keseluruhan reaksi kimia dalam sel hidup

• Reaksi kimia disusun/diatur dalam jalur-jalur tertentu• Mengatur penggunaan materi & energi di dalam sel

• Anabolisme– Proses biosintesis pada

organisme autotrof

• Katabolisme– Respirasi sel pada

organisme heterotrof

Reaksi Metabolisme

Pada proses fotosintesis tumbuhan menggunakan cahaya, air dan CO2 untuk menghasilkan KH

2 macam reaksi:1. Reaksi terang2. Reaksi gelap

Fotosintesis

Komponen Fotosintesis

2000 kloroplast tumpukannya akan setinggi uang logam

Kloroplas dan penyebaran pigmen fotosintesis

Cahaya sebagai panjang gelombang

Tahap-tahap fotosintesis

Reaksi Terang

Reaksi Gelap

Reaksi Terang : Fotosistem I dan Fotosistem II

Thylakoid:•Tempat berlangsungnya reaksi terang•H2O dipecah dan molekul hidrogen dikonsentrasikan di dalam kompartemen thylakoid•Berlangsung dengan bantuan protein membran yang juga membantu produksi ATP•Pembentukan senyawa karbohidrat berlangsung di dalam stroma

Protein membran

Reaksi Terang • Terjadi dalam photosystems yg ada dlm thylakoid

• Ada 2 photosystem:– Photosystem I– Photosystem II

Jalur pembentukan ATP secara siklik:• Elektron dibebaskan dari klorofil a pada photosystem I melalui sistem transpor elektron• Elektron kembali ke P700 •Aliran elektron menghasilkan ATP dari ADP dan P yang terdapat di dalam kloroplas

Pembentukan ATP dalam Fotosintesis

1. Fotolisis menghasilkan elektron, oksigen dan hidrogen. Oksigen berdifusi keluar elektron masuk ke ETS. Ion hidrogen terakumulasi dalam thylakoid

2. Energi yang hilang karena elektron masuk ke ETS digunkan untuk memompa hidrogen masuk ke thylakoid. Timbul gradien konsentrasi

3. Hidrogen mengalir keluar dari thylakoid melalui ATP synthase. Pengaliran ion melalui ATP synthase akan mengkatalisis pengikatan fosfat ke ADP sehingga terbentuk ATP

Reaksi Gelap : Reduksi gas CO2 dalam fotosintesis

Fotorespirasi

Respirasi Selular

• Energi dari makanan tidak dapat langsung digunakan

• Respirasi:– Oksidasi senyawa makanan (mis: glukosa)

• Aerob : akseptor e O2• Anaerob: akseptor e senyawa lain

– Reaksi kimia yg dapat digunakan oleh sel reaksi redoks

– Berlangsung dalam sitoplasma & mitokondria

Tahap Respirasi Selular

• Glikolisis– Perombakan glukosa asam piruvat– Hasil: sedikit ATP & NADH

• Siklus Krebs– Oksidasi senyawa “bahan bakar” (mis: CH2O, as lemak, as

amino) sambil membentuk: CO2, H2O, & ATP.

– Acetyl-coenzymeA --> CO2 + NADH + GTP + FADH2

• Sistem Transpor Elektron:– Pembentukan ATP

Glikolisis

• Reaksi kunci:– Fosforilasi tingkat substrat– Reaksi Redoks– Fase “investasi”, fase “pembayaran”

• Piruvat bisa lebih dari 1 macam

Fosforilasi Tingkat Substrat

Fase “Investasi”

Fase “Pembayaran” Rangkuman Glikolisis

Siklus Krebs• Reaksi Kunci:

– Reduksi NAD dan FAD– Fosforilasi tingkat substrat– Dekarboksilasi– Asilasi (acylation)

Transpor Elektron

• Reaksi “coupling” dengan fosforilasi oksidatif Chemiosmosis

• Energi dari ikatan dalam glukosa dibawa oleh NADH & FADH2

• Pembuatan ATP– Ada gradien (H+) yg timbul akibat transfer e– Ada H+ dilepas keluar (ruang perimitochondrial)– H+ masuk kembali ke mitoplasm melalui ATP

synthase ---> ATP

ATP synthase complex

Kesimpulan • Respirasi menghasilkan ATP• Berbagai senyawa dapat menjadi

substrat• Senyawa intermediate dapat

menjadi prekursor

Enzim

Senyawa katalis

Bereaksi dengan substrat spesifik

Reaksi enzimatik---tingkat efisiensi jauh lebih tinggi dari pada reaksi nonenzimatik

Dikendalikan oleh banyak faktor

pengendali dalam reaksi metabolisme

Dapat meningkatkan kecepatan reaksi

mencapai 108 – 1012

kali

ENZIM

Komponen nonprotein yang melengkapi fungsi enzim----

KOFAKTOR

Kofaktor metal, mis: seng(Zn), besi (Fe), molibdenum (Mo)

Heme group dalam reaksi reduksi dan

oksidasi

Koenzim, sebagai

pembawa (carrier)

Komposisi enzim : Rangkaian asam amino yang diikat dengan ikatan peptida

Protein sebagai enzim

Karakteristik reaksi enzimatik• Memiliki efisiensi yang tinggi • Reaksi enzimatik memiliki laju yang tinggi• Kondisi yang dibutuhkan dalam reaksi adalah

keadaan normal• Keberadaan enzim dapat dikendalikan secara

genetis

Lebih dari satu enzim yang dapat bereaksi dengan satu

substrat

Isozim

Mekanisme kerja enzim

Reaksi enzimatik

Faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim