proses oksidasi - · pdf fileanabolisme. proses respirasi seluler : glikolisis, siklus...
TRANSCRIPT
Oksidasi biologi - 2
Proses oksidasi
Peranan enzim,
koenzim dan logam
dalam oksidasi biologi
Transfer elektron
dalam sel
Hubungan rantai
pernapasan dengan
senyawa fosfat
berenergi tinggi
Oksidasi hidrogen (H)
dalam mitokondria
Struktur dan fungsi
mitokondria
Proses transfer
elektron di mikrosom
Proses oksidasi
reduksi di sel darah
merah
Oksidasi biologi - 3
Secara sederhana, oksidasi berarti
reaksi dari material dengan oksigen
Oleh karena
itu diberi
nama
PADA MAKHLUK HIDUP
OKSIDASI BIOLOGI
Oksidasi biologi - 4
Secara kimiawi:
Oksidasi berarti
melepaskan elektron
atau menerima oksigen,
yang sering diikuti
dengan reduksi.
Reduksi berarti
menerima elektron atau
melepaskan oksigen.
Oksidasi biologi - 5
Reaksi biokimia dalam organisme hidup pada dasarnya adalah transfer ENERGI (ATP), yang melibatkan reaksi oksidasi dan reduksi.
ATP dihasilkan melalui fosforilasi ADP
Fosforilasi tingkat substrat adalah transfer PO4-
energi tinggi ke ADP.
Oksidasi biologi - 6
Semua molekul mengandung elektron sebagai bagian dari atom-atom yang menyusun molekul.
Setiap molekul memiliki energi (potensial) untuk memberi dan menerima elektron dari molekul lainnya. NAD+
NADH
NAD+ adalah senyawa intermediate (pembawa energi).
Oksidasi biologi - 7
Dalam sistem biologikal, elektron adalah atom hidrogen (H+). Oksidasi biologikal seringkali berupa DEHIDROGENASI
(pelepasan pasangan atom hidrogen dari substrat mereka).
Oksidasi biologi - 8
Terdapat beberapa reaksi oksidasi-reduksi di dalam sel, baik selama katabolisme maupun anabolisme. Proses respirasi seluler :
glikolisis, siklus Kreb’s, dan rantai transport elektron adalah reaksi biokimia yang melibatkan transfer elektron melalui reaksi OKSIDASI – REDUKSI.
Sebagian besar energi sel diperoleh dari reaksi oksidasi reduksi.
Energi disimpan dalam ikatan kovalen diantara fosfat, dengan jumlah energi terbesar (± 7 kcal/mole) dalam ikatan diantara gugus fosfat kedua dan ketiga. Ikatan kovalen ini disebut
ikatan pirofosfat.
Oksidasi biologi - 9
Proses pemecahan glukosa, dimana glukosa di oksidasi menjadi dua molekul 3-carbon (piruvat). Glucose + 2 ATP + 2 ADP +
2 PO4– + 2 NAD+
2 pyruvic acid + 4 ATP + 2 NADH + 2H+
Catatan: Energi yang dilepaskan dari
glukosa dapat digunakan untuk memfosforilasi (penambahan gugus fosfat) pada ADP, membentuk ATP.
Glikolisis terjadi didalam sitoplasma.
Oksidasi biologi - 10
Tiga bagian glikolisis:
Pemakaian energi
(preparatory stages).
Pemecahan gula 6-
carbon menjadi dua
gula 3-carbon (asam
piruvat)
Produksi energi
(Energy-Conserving
Stage).
Oksidasi biologi - 11
Glucose
Glucose
6-phosphate
Fructose
6-phosphate
Fructose
1,6-diphosphate
Dihydroxyacetone
phosphate (DHAP)
Glyceraldehyde
3-phosphate
(GP)
1
2
3
4
5
Digunakan 2 ATP
Glukosa dipecah
untuk membentuk 2
Glucose-3-
phosphate
Oksidasi biologi - 12
1,3-diphosphoglyceric acid
3-phosphoglyceric acid
2-phosphoglyceric acid
Phosphoenolpyruvic acid
(PEP)
6
7
8
9
10
Pyruvic acid
2 Glucose-3-
phosphate
dioksidasi menjadi 2
asam piruvat
Dihasilkan 4 ATP
Dihasilkan 2 NADH
Oksidasi biologi - 13
Oksidasi biologi - 14
Oksidasi biologi - 15
Oksidasi biologi - 16
Oksidasi biologi - 17
Oksidasi biologi - 18
Jika oksigen berlimpah, sel akan merubah asam piruvat menjadi asetil-KoA. Asam piruvat (dari glikolisis)
di oksidasi dan di dekarboksilasi.
2(Pyruvate- + Coenzyme-A + NAD+ Acetyl-CoA + CO2 + NADH).
Pembentukan asetil-KoA adalah TAHAP TRANSISI untuk mempersiapkan asam piruvat masuk kedalam siklus Kreb’s.
Oksidasi biologi - 19
Molekul 3-carbon
(acetyl-CoA) di oksidasi
lebih lanjut menjadi
karbon dioksida.
2(Acetyl CoA + 3NAD+ +
FAD + GDP3- + HPO42- +
2H2O 2CO2 + 3NADH
+ FADH2 + GTP4- + 2H+
+ Coenzyme-A).
Oksidasi biologi - 20
Dalam proses glikolisis dan siklus Kreb’s hanya dihasilkan 4 molekul ATP atau GTP (molekul energi yang mirip dengan ATP) per-molekul glukosa. Hasil ini jauh dibawah jumlah yang diperlukan oleh
tubuh untuk berfungsi secara normal.
Akan tetapi, selama oksidasi glukosa, sejumlah besar NADH dan FADH2 diproduksi.
Agent pereduksi ini secara dramatis meningkatkan jumlah ATP yang diproduksi.
Dengan demikian, BAGAIMANA TUBUH
MENGHASILKAN ATP LEBIH BANYAK LAGI?
Oksidasi biologi - 21
Rantai transport
elektron terjadi
didalam lipatan
membran dalam
mitokondrial (cristae).
Sistem ini akan
menggunakan energi
yang tersimpan dalam
NADH dan FADH2
untuk menghasilkan
ATP.
NADH dan FADH2
yang terakumulasi
selama proses
glikolisis, reaksi
transisi, dan siklus
Kreb’s akan
mentransfer atom-
atom hidrogen ke
komponen-komponen
dari rantai transport
elektron.
Oksidasi biologi - 22
Selama transport, hidrogen dan elektron ditransfer ke akseptor dengan cara proton dipompa melintasi membran mitokondrial bagian dalam.
Hal ini menghasilkan gradien elektrochemical yang kemudian digunakan untuk fosforilasi ADP sambil proton berdifusi kembali melintasi membran.
Oksidasi biologi - 23
Melalui rangkaian reaksi fosforilasi oksidatif. Oksidasi NADH terangkai dengan reaksi
fosforilasi ADP.
Selain itu, reaksi reduksi akan menyertai oksidasi NADH.
● Reaksi oksidasi selalu disertai reaksi reduksi, karena elektron yang diberikan oleh satu gugus harus diterima oleh gugus lainnya.
Dalam hal ini, molekuler oksigen adalah akseptor elektron, maka pada tahap akhir rangkaian ini, elektron ditransfer ke oksigen dan terbentuk air.
Oksidasi biologi - 24
Membran luar Mempertahankan bentuk
mitokondria.
Sangat permeabel terhadap molekul kecil.
Ruang antarmembran Terdapat enzim creatine
kinase & adenylate kinase.
Membran dalam Struktur yang berlibat-lipat &
tidak permeabel terhadap molekul & ion.
Kaya dengan protein.
Cristae Struktur yang berlipat-lipat
dari membran dalam.
Matrix Mengandung enzim untuk
siklus Kreb’s dan oksidasi asam lemak.
Mengandung DNA, ribosome dan protein yang diperlukan untuk sintesis protein.
Oksidasi biologi - 25
FUNGSI MITOKONDRIA:
Transport
●Digunakan untuk memindahkan substansi melintasi membran bagian dalam.
Rantai respirasi
●Kompleks yang bertanggung jawab untuk produksi ATP dari sumber energi memerlukan oksigen.
ATP synthase
●Digunakan untuk fosforilasi ADP.
Oksidasi biologi - 26
Enzim yang terlibat
dalam proses oksidasi
dan reduksi diberi
nama
oksidoreduktase.
Mengkatalisis reaksi
oksidasi atau reduksi
Bekerja pada beberapa
gugus kimia untuk
menambahkan atau
melepaskan atom
hidrogen
Diklasifikasi menjadi
empat kelompok:
Oksidase
Dehidrogenase
Hidroperoksidase
Oksigenase
Oksidasi biologi - 27
Enzim oksidase
menggunakan oksigen
sebagai akseptor
hidrogen.
Enzim oksidase
mengkatalisis
pelepasan hidrogen
dari substrat dengan
menggunakan oksigen
sebagai akseptor
hidrogen.
Enzim-enzim tersebut
membentuk air atau
hidrogen sebagai
produk reaksi.
Sebagian enzim
oksidase mengandung
logam.
Fe.
Cu.
Oksidasi biologi - 28
Golongan enzim ini mengkatalisis
substrat yang bergugus fungsional.
Contoh enzim dehidrogenase
adalah suksinat dehidrogenase,
glutamat dehidrogenase dan
sebagainya.
Oksidasi biologi - 29
Terdapat dua
koenzim penting
dalam reaksi
oksidasi – reduksi:
NAD.
FAD.
Oksidasi biologi - 30
Eritrosit tidak memiliki mitokondria oleh karena itu, glukosa digunakan hanya sebagai sumber energi utama.
Tanpa glukosa, sel darah merah akan mati. Sel-sel darah membawa O2
dari paru-paru ke jaringan.
Tanpa sel-sel darah merah, kebanyakan jaringan tubuh akan menderita kekurangan energi karena mereka memerlukan O2 untuk menyempurnakan perubahan makanan menjadi CO2 dan H2O.
Jalur utama dari metabolisme karbohidrat dalam sel darah merah adalah: Glikolisis.
PPP (Pentose Phosphate Pathway).
Metabolisme 2,3-bisphosphoglycerate (2,3-BPG).
Oksidasi biologi - 31
Sumber energi (ATP) eritrosit diperoleh melalui proses glikolisis anaerobik dalam sitosol.
Pada glikolisis anaerobik piruvat yang terbentuk dirubah menjadi laktat dan kemudian dilepaskan kedalam darah.
Glikolisis memberikan ATP untuk pompa ion membran dan NADH untuk reoksidasi methemoglobin.
Oksidasi biologi - 32
PPP dalam erythrocyte merupakan jalur penting untuk memproduksi NADPH. Gangguan dalam produksi
NADPH dapat mempengaruhi kelangsungan hidup eritrosit.
NADPH untuk mempertahankan kondisi reduksi dari glutathione.
Glutathione membuang peroxide melalui aksi
glutathione peroxidase.
Oksidasi biologi - 33
Ketidakmampuan untuk mempertahankan glutathione tereduksi dalam sel darah merah berperan terhadap peningkatan akumulasi peroxide, terutama H2O2, yang mengakibatkan melemahnya dinding sel dan hemolysis.
Akumulasi H2O2 juga berperan terhadap peningkatan kecepatan oksidasi hemoglobin menjadi methemoglobin yang juga melemahkan dinding sel.
Oksidasi biologi - 34
Sintesis 2,3-BPG merupakan jalur reaksi utama konsumsi glukosa dalam eritrosit. Sintesis 2,3-BPG penting untuk
mengontrol afinitas hemoglobin terhadap oksigen.
Catatan, bila glukosa teroksidasi oleh jalur ini, maka eritrosit akan kehilangan kemampuan untuk memperoleh 2 mole ATP dari oksidasi glikolitik dari 1,3-BPG menjadi 3-phosphoglycerate melalui reaksi phosphoglycerate kinase.