Oleh :Oleh :

Dr.Dr.Bambang PrijadiBambang Prijadi,MS,MS

BIOENERGETIK / METABOLISME ENERGI

Adalah ilmu yang mempelajari energi yang bersangkut paut dengan kehidu pan, diantaranya : * Memperoleh energi. * Penangkapan energi. * Pemanfaatan energi. * Perubahan selama metabolisme.

HEWANMANUSIA BUTUH AKTIVITASTUMBUHAN ENERGI FISIOLOGIS : @ Menyusun jaringan. @ Tumbuh kembang @ Transport aktif @ Regenerasi sel rusak @ Kontraksi otot @ Konduksi saraf. dll.

Hukum Termodinamika : Energi mempunyai sifat kekal. Manusia tidak mampu menciptakan energi , tetapi hanya mampu menang kap dan merubah jenis energi yang satu menjadi jenis yang lain.

Foton energi CO2 + H2O ( an Organik ) kimia

C6H12O6 ( Organik )

Makhluk berkhloroplas

OKSIDASI BIOLOGI

Seny. organik Energi

Enersi Kimia ( ATP )

Kepentingan fisiologis Mamalia

Makhluk tidak berkhloroplas

Transformasi energi dan kopel Makhluk hidup Isotermis

Penangkapan dan perubahan energi tidak langsung, tetapi bertahap dengan menggunakan mediator, tidak mem- pengaruhi suhu tubuh.

E

E

A

B C

DProses yang menghasilkan energi dihubungkan/kopel dengan proses yang membutuhkan energi

Konsep enersi bebas : Yang dimaksud energi bebas adalah Δ G = Bagian perubahan energi yang dapat dimanfaatkan kepentingan fisiologis makhluk hidup.

ΔG (-) Membebaskan energi Eksergonik.ΔG (+) Memerlukan energi Endergonik.

EKSERGONIK Kopel ENDERGONIK

Glikolisis Sintesisß Oksidasi As.Lemak Transport aktivS.A.S/TCA cycle E Konduksi syarafOksidasi biologi Kontraksi ototOksidasi respirasi

Sumber energi mediator Pemakai energiKatabolisme AnabolismeKeluar energi Perlu energiΔG negatif ΔG positif

PERANAN SENYAWA FOSFAT BERENERSI TINGGI ENERGI BEBAS DALAM TUBUH, UMUMNYA SENYAWA FOSFAT BERENERSI TINGGI. PENYIMPAN, PENGEMBAN EKSERGONIK ENDERGONIK AKTIVITAS FISIOLOGICONTOH :SENYAWA FOSFAT BERENERGI TINGGI ( FOSFAGEN ) ANTARA LAIN : - ATP ( ADENOSIN TRIFOSFAT ) - GTP ( GUANOSIN TRIFOSFAT ) - CTP ( CITOSIN TRIFOSFAT ) - UTP ( URASIL TRIFOSFAT ) - TTP ( TIMIN TRIFOSFAT ) - ITP ( IRIDIN TRIFOSFAT )

SIKLUS ATP

Oksidasi fosforilasi

Fosfo Enol Piruvat 1.3 Difosfo Gliserat

Suksinil KoA P Kreatin – P

Kreatin

ATP P

ADP Kepentingan Fisiologis

SINTESA ATP :

1. Tingkat Substrat : Contoh : Suksinil KoA Suksinat

2. Tingkat Oks respirasi / Oks fosforilasi : Contoh : α Keto glutarat Suksinil KoA

3. Tingkat Foto fosforilasi Contoh : CO2 + H2O C6H12O6

( pada tumbuhan )

KARBOHIDRAT PROTEIN LEMAK

Asetil-KoA

Oksalo asetat sitrat

Sis Akonitat

Malat 2H Iso sitrat 2H Fumarat α Ketoglutarat NAD 2H Suksinat Suksinil-KoA Fp 2H FAD Q

Sit.b Sit.c

Sit.aa3

H2O

PP

P

P

S.A.S

O2

Glukosa Glukosa-6P Fruktosa-6P Dihidroksi aseton-P Fruktosa-1,6DP

3P-Gliserat 1,3DP-Gliserat Gliser- aldehid 3-P

2P-gliserat

P Enol Piruvat

Enol Piruvat Keto Piruvat Laktat

ATP

ATP

ATP

3 ATP3 ADP ADP

ADP

ADP

NADH+H+ NAD+

NADH+H+ NAD+

H2O

1/2O2

ATP

ADP

OKSIDASI BIOLOGI : 1. Suasana Aerob : - Disebut juga OksidasiRespirasi - Didalam mitokondria. - Enersi yang dihasilkan banyak - Contoh : α keto glutarat Suksinil KoA

2. Suasana Anaerob : - Terjadi diluar mitokondria - Enersi yang dihasilkan sedikit - Contoh : Suksinil KoA Suksinat 1,3 Difosfo gliserat 3 Posfogliserat

Oksidasi RespirasiOksidasi Pelepasan elektronReduksi Penangkapan elektron Redoks

Oksidasi biologi : Oksidasi yang terjadi didalam tubuh makhluk hidup, dengan tujuan membebaskan energi yang nantinya dipergunakan untuk kepenti ngan fisiologis makhluk hidup

PRINSIP OKSIDASI RESPIRASI :

Senyawa Dioksididasi H++ e-

e- + O2 O- ( Superoksid )O- + H+ H2O

Selama e- bergerak(estafet) pada rantai respirasi menuju O2, akan terlepas energi listrik /energi bebas yang pada tempat-tertentu energi potensialnya mampu membangkitkan generator ATP dari rangkaian oksidasi fosforilasi, sehingga akan dihasilkan ATP

TEMPAT -TEMPAT YANG MENGHASILKAN TEMPAT -TEMPAT YANG MENGHASILKAN ENERGI DALAM RANGKAIAN OKSIDASI ENERGI DALAM RANGKAIAN OKSIDASI

RESPIRASIRESPIRASI

ELEKTRON MENGALIR DARI AWAL SAMPAI KE OKSIGEN ELEKTRON MENGALIR DARI AWAL SAMPAI KE OKSIGEN PADA RANGKAIAN OKSIDASI RESPIRASI, TIDAK SEMUA PADA RANGKAIAN OKSIDASI RESPIRASI, TIDAK SEMUA TEMPAT MAMPU MENGGERAKKAN GENERATOR ATP TEMPAT MAMPU MENGGERAKKAN GENERATOR ATP PADA OKSIDASI FOSFORILASI .PADA OKSIDASI FOSFORILASI .

ADA 3 TEMPAT YANG MAMPU MENGGERAKKAN ADA 3 TEMPAT YANG MAMPU MENGGERAKKAN GENERATOR ATP YAITU :GENERATOR ATP YAITU :

1. ANTARA 2 FLAVOPROTEIN1. ANTARA 2 FLAVOPROTEIN

2. ANTARA SIT.b DAN SIT. c2. ANTARA SIT.b DAN SIT. c11

3. ANTARA SIT.a DAN SIT. a3. ANTARA SIT.a DAN SIT. a33

Urutan rantai respirasi tersusun berda- sarkan dari yang mempunyai elektro potensial lebih elektro negatip menuju yang lebih elektro positip.

S FP FPCoQ Sit.b Sit.c1 Sit.c Sit.a Sit.a3 O2

ATP ATP ATP

ADP + Pi ADP + Pi ADP + Pi

RANTAI RESPIRASI :

FAD

NAD

S2

Enzim yang bekerja pada oksidasi biologitermasuk dalam kelas oksido-reduktase yangterbagi dalam 5 subkelas diantaranya :

1. Sub Kelas Oksidase : enz.melepaskan hidrogen Akseptornya oksigen Produk akhir H2O Contoh : - Sitokrom oksidase - Phenolase - Laccase - Asam askorbat oksidase - Urikase - Monoamin Oksidase ( M.A.O )

2. Sub Kelas Aerobik dehidrogenase : produk H2O2

Contoh : - D-asam amino dehidrogenase - L-asam amino dehidrogenase - Xantin dehidrogenase - Aldehid dehidrogenase

3. Sub Kelas Anaerobik dehidrogenase : 3.1. Mentransfer hidrogen dari substrat menuju reaksi redoks ( bukan rantai respirasi. Contoh : - Gliseraldehid-3P dehidro genase - Laktat dehidrogenase

3.2. Menjadi komponen utama dari rantai respirasi ( sebagai pengemban elektron) Berdasarkan Koenzimnya dibagi menjadi 3.2.1. Dependent terhadap NAD/NADP Contoh : Enzim-enzim pada jalur glikolisis, SAS, HMP, sinte sa asam lemak ekstramito kondria. 3.2.2. Dependent terhadap FMN/FAD Contoh : Enzim-enzim pada jalur SAS, ß oksidasi

3.2.3. Dependent terhadap sitokrom Contoh : - Enzim pada rangkaian oksidasi respirasi.

4. Sub Kelas Hidroperoksidase Contoh : - Peroksidase, Katalase 5. Sub Kelas Oksigenase Contoh :- Dioksigenase/Oksigen transferase /True oksigenase. - Monooksigenase/Hidroksilase /Mixed function oksidase

OKSIDASI FOSFORILASI

Prinsip teori kemioosmotik dari Mitchell : 1. Energi listrik hasil oksidasi respirasi mendorong proton dari dalam keluar membran kopling 2. Membran impermeable terhadap proton proton menumpuk diluar membran kopl. ELEKTRO - KEMO GRADIEN yaitu : Diluar membran kopl lebih (+) dan pH nya lebih rendah / asam 3. Elektro kemogradien menggetarkan F1 Hasilkan enz.ATP sintetase ADP + Pi ATP

KOPEL OKSIDASI RESPIRASI & FOSFORILASI

Glutamat Malat Isositrat

FP

Piruvat α keto glutarat

FAD

Glisero 3-P Suksinat Asil-KoA

NAD

FP KoQ

Sit.b

Sit.c1

Sit.a

Sit.a3

O2

OKSIDASIFOSFORILASI

OKSIDASIFOSFORILASI

OKSIDASIFOSFORILASI

ADP + Pi

ADP + Pi

ADP + Pi

ATP

ATP

ATP

ATP Sintetase

ATP Sintetase

ATP Sintetase

Sit.c

2H+

2H+2H+

ADP + Pi ATP + H2O

F1

F0ATP sintetase

OLIGOMISIN

MEMBRAN KOPLING

MITOKONDRIA

E

ELEKTRO-KEMO GRADIEN: DILUAR MUATAN > POSITIP DAN pH > RENDAH/ASAM.

ee

( RUANG ANTAR MEMBRANE )

( INNER MEMBRANE)

( OUTERMEMBRANE )

OKSIDASIRESPIRASI

ATP

SITOPLASMA

Membran interna mitokondria

Membran externa mitokondria

ATP-ADP translocator

Protein Pori

Fosforilasi oksidatif

ATP ADP

Kreatin Kreatine-P

ATPADP

PROSES YANG MEMBUTUHKAN ENERGI (KONTRAKSI OTOT, DLL)

Glikolisis

ATP ADP

ATP ADP

CKa

CKc

CKg

CKm

Ruang antar membran

SITOPLASMA

MATRIKS MITOKONDRIA

TRANSPORT ATP DARI MATRIKS MITOKONDRIA KE SITOSOL

Transport ATP dari mitokondria ke sitosol terjadi melalui gerakan ulang alik Kreatin fosfat.

ATP keluar dari dalam matriks mitokondria ke ruang antar membran mitkondria dibantu oleh protein transport yang dinamakan ATP-ADP translocator (pengangkut Nukleotida Adenin ).Di ruang antar membran, satu gugus fosfat berenergi tinggi dari ATP tersebut direaksikan dengan kreatin oleh enzim Kreatin kinase mitokondria (CKm), membentuk Kreatin fosfat yang kemudian keluar dari Mitokondria menuju sitoplasma melalui protein pori.

Di sitosol, fosfat berenergi tinggi yang dibawa oleh Kreatin fosfat direaksikan lagi dengan ADP yang ada di sitosol oleh enzim CKa untuk membentuk ATP, yang kemudian digunakan untuk semua proses yang membutuhkan energi.Enzim CKc menjaga keseimbangan jumlah kreatin dan kreatin fosfat.

Enzim CKg menkatalisa pembentukan kreatin fosfat dari reaksi antara Kreatin dan ATP yang dihasilkan dari proses glikolisis.

PEROLEHAN ATP YANG OPTIMAL

Tergantung pada : 1. Tersedianya Subtrat yang memadai. 2. Tersedianya oksigen sebagai penerima elektron terakhir. 3. Tersedianya ADP dan Pi atau perbandingan antara ATP/ADP ( dan Pi )

HAMBATAN PADAHAMBATAN PADA OKSIDASI RESPIRASI DAN OKSIDASI RESPIRASI DAN OKSIDASI FOSOFORILASI AKAN MENGURANGI OKSIDASI FOSOFORILASI AKAN MENGURANGI PRODUKSI ATPPRODUKSI ATP

1.HAMBATAN PADA RANGK. OKSIDASI RESPIRASI 1.HAMBATAN PADA RANGK. OKSIDASI RESPIRASI A. YANG BEKERJA ANTARA Fp DAN SIT.Q,YAITU:A. YANG BEKERJA ANTARA Fp DAN SIT.Q,YAITU:

@ Pierecidin A@ Pierecidin A @ Gol.Barbiturat@ Gol.Barbiturat @ Rotenon ( racun ikan )@ Rotenon ( racun ikan ) @ Steroids dan Mercuri@ Steroids dan Mercuri

B.HAMBATAN YANG BEKERJA ANT. SIT.b DAN SIT.cB.HAMBATAN YANG BEKERJA ANT. SIT.b DAN SIT.c11 YAITU: YAITU:

@ Dimercaprol @ Dimercaprol @ Antimycin A@ Antimycin A

3. HAMBATAN KOPEL ANTARA OKS.RESPIRASI3. HAMBATAN KOPEL ANTARA OKS.RESPIRASI

DGN OKSIDASI FOSFORILASI YAITU :DGN OKSIDASI FOSFORILASI YAITU :

@ 2,4 dinitrophenol, @ 2,4 dinitrophenol,

@ Metil -chlorocarbonyl cyanide@ Metil -chlorocarbonyl cyanide

@ Phenylhydrazon@ Phenylhydrazon , ,

@ @ Hormon tiroksinHormon tiroksin

C. HAMBATAN YANG BEKERJA ANTARA Sit.a & Sit.a3 :

H2S, CO dan CN -

2. MENGHAMBAT RANGK.OKSIDASI FOSFORILASI: @. Oligomycin @. Dinitrophenol @. Atractyloside

Malonat

Suksinat FAD Karboksin Pierisidin A Amobarbital Rotenon H2S Steroid Dimerkaprol CO Merkuri Antimisin A CN-

Sub NAD Fp Q Sit.b Sit.c1 Sit.c Sit.a.a3 O2

2,4 DinitrofenolHormon tiroksin

Oksidasi fosforilasi Oksidasi fosforilasi Oksidasi fosforilasi

Oligomisin, Dinitrofenol, Atraktilosid

METABOLISME SUPEROKSID O2 BISA TOKSIS H2O2

JARINGAN : O2 SUPEROKSID (O2 -)

ORGANISME AEROB : SUPEROKSID DISMUTASE ( SOD ) MELINDUNGI ORGANISME AEROB TERHADAP H2O2 + O2

REAKSI :

SUPEROKSID

DISMUTASE

O2 - + O2

- + H+ H2O2 + O2

Katalase

H2O2 H2O + 1/2 O2

FISIOLOGI NORMAL :

TUBUH BUTUH ENERGI

PEMAKAIAN ATP ATP ( ATP ADP + Pi RATIO ADP+Pi

OKSIDASI RESPIRASI AKTIF

BUTUH O2 > BANYAK

OKSIDASI RESPIRASI/PERNAFASAN

•TERIMA KASIH SELAMAT BELAJAR SEMOGA

SUKSES