reaksi disimilasi dan pembebasan energi

METABOLISME :REAKSI DISIMILASI DAN PEMBEBASAN ENERGI

Wawan Abdullah SetiawanJurusan Biologi FMIPA Universitas Lampung

PEMBEBASAN ENERGI

http://blog.unila.ac.id/wasetiawan

Metabolisme :Reaksi kimiawi yang dilakukan oleh sel dan yang menggunakan energi untuk sintersis komponen – komponen sel dan untuk kegiatan – kegiatan seluler.

• Reaksi disimilasi/ katabolisme :• Reaksi disimilasi/ katabolisme :Reaksi kimiawi yang membebaskan energi melalui perombakan nutrien.

• Reaksi asimilasi/ anabolisme :Reaksi kimawi yang menggunakan energi untuk sintesis dan fungsi sel lainnya.


BIOENERGETIKA

�Hukum Termodinamika I“Energi dapat di ubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, namun tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.”diciptakan atau dimusnahkan.”

Massa � Jadi Energi � Jadi Proses Nuklir


• Total energi yang tersimpan dalam suatu sistem disebut energi dalam/entalpi (E)

• Energi dalam tidak dapat diukur, tapi perubahannya dapat diukur (∆ E).

• E1 – E2 = ∆ E

C6H12O6 + 6 O2 � 6 CO2 + 6 H2O

E1

C6H12O6 + 6 O2 � 6 CO2 + 6 H2O

∆ E = - 673 kkal/mol

∆ E = + 673 kkal/mol

Energi Dalam keluar


� Hukum Termodinamika II

“Entropi di alam semesta terus bertambah.”

ATP � ADP + PS1 � S2

(buku berserakan) (buku teratur)

S2 + S1 < 0 ∆ S < 0∆ S(buku) + ∆ S(ATP) > 0

Penurunan suatu entropi dalam suatu sistemsering diikuti dengan kenaikan entropi dilingkungan yang akhirnya jumlah entropi total > 0 http://blog.unila.ac.id/wasetiawan

• Kecepatan reaksi tidak ada hubungannya dengan spontanitas reaksi.

• Kecepatan reaksi � Perlu katalisator• Spontanitas reaksi

∆ G = ∆ H - T ∆ S

Perubahan Perubahan K PerubahanPerubahanenergi bebas

Perubahanentalpi

K Perubahanentropi

Perubahan energi bebas selama reaksi kimia

∆ G > 0 � Reaksi tidak spontan (endergonik)∆ G < 0 � Reaksi spontan (eksergonik)


• Glukosa + O2 � CO2 + H2O

∆ G = ∆ H - T ∆ S

= - 673 kkal/mol

• CO2 + H2O � Glukosa + O2

∆ G = + 673 kkal/mol


• Reaksi tidak spontan digandengkan dengan reaksi spontan�agar reaksi spontan

6CO2 + 6H2O � C6H12O6 +6O2 ∆G = +20ATP � ADP + P ∆G = -30

6CO2 + 6H2O + ATP � C6H12O6 +6O2+ ADP + P ∆G = -10


Oksidasi : hilangnya elektron dari suatu molekul

Reduksi : diperolehnya elektron dari suatu molekul

Oksidasi disertai reduksiOksidasi sering merupakan dehidrogenasi, yaitu

OKSIDASI DAN PRODUKSI ENERGI

Oksidasi sering merupakan dehidrogenasi, yaitu reaksi yang menyangkut hilangnya atom hidrogen (H).H � H+ + e-

Fe3+ + e- � Fe2+ (reaksi reduksi)

Pengoksidasi(tereduksi)


COOH

CH2

CH2

COOH

COOH

CH

CH

COOH

+ 2 e- + H+ �

ASAM FUMARAT ASAM SUKSINAT

Fe2+ � Fe3+ + e- (rxc oksidasi)

Reduktan(teroksidasi)


PRODUKSI ENERGI MELALUI PROSES ANAEROB

a. GLIKOLISIS

GlukosaATPADP

Glukosa 6 fosfat

Fruktosa 6 fosfat

Fruktosa 1,6 difosfat

ADP

ATPADP


Dihidroksi aseton fosfat

Gliseraldehid 3 fosfat

(2) As. 1,3 difosfogliserat

(2) As. 3 fosfogliserat


2 ADP2 ATP

2 NAD2 NADH2

lemak


(2) As. fosfoenol piruvat

(2) As. Piruvat

2 ADP2 ATP

H2O


C6H12O6 + 2NAD + 2ADP + 2Pa � 2 CH3COCOOH + 2NADH2 + 2ATPGlukosa As.piruvat


b. Fermentasi

• Pembentukan energi dengan menggunakan bahan organik sebagai donor dan akseptor elektron.

• Contoh M O : Streptococcus lactis memfermentasikan glukosa menjadi memfermentasikan glukosa menjadi asam laktat.Glukosa � (2) As. Piruvat � As. laktat


2 C

COOH

CH3

O + 2 NADH + 2 H+

As. laktat

As. piruvat

2 C

COOH

CH3

OH + 2 NAD+2 H

• Energi yang dihasilkan dari reaksi ini tidak cukup untuk sintesis ATP.cukup untuk sintesis ATP.

• Pada tipe fermentasi karbohidrat yang lain, sering mengikuti jalur glikolisis untuk pembentukan asam piruvat.

• Yang berbeda adalah penggunaan asam piruvat yang terbentuk


Karbohidrat

GlukosaAs. asetat

+As. formiat

Hidrogen+

CO2

As. laktat

As. suksinat

As. propionat+

CO2

Asetilmetil karbinol

2,3 butilen glikol

As. piruvatAs. piruvat2

asetaldehid

Etil alkohol

2,3 butilen glikol

Asetil koAAs. oksaloasetat+

Asetil koA+

CO2

Ke siklus TCA

As. asetoasetat

aseton

Isopropil alkoholAsam β hidroksibutirat

Asam butirat

Butil alkohol

As. asetat


• Skema di atas menerangkan berbagaimacam produk yang dihasilkan darimetabolisme asam piruvat.

• Kesemua produk di atas tidak dihasilkanoleh hanya satu spesies.oleh hanya satu spesies.


KELOMPOK DENGAN CONTOH BEBERAPA GENUS

PRODUK-PRODUK YANG MEWAKILI

Bakteri asam laktatStreptococeusLactobacillusLeuconostoc

Hanya asam laktat atau asam laktat bersamadengan asam asetat, asam format, dan etilalkohol ; spesies yang menghasilkan hanyaasam laktat adalah homofermentatif, dan yang menghasilkan asam laktat bersama senyawa-senyawa lain adalah heterofermentatif.

Bakteri asam propionat PropionibacteriumVeillonella

Asam propionat bersama dengan asam asetat dan karbon diokside

Tabel pengelompokan bakteri menurut produk – produk disimilasi glukosa :

Veillonella

Bakteri coli-aerogenes tifoidEscherichiaEnterobacterSalmonella

Asam format , asam asetat,asam laktat, asamsuksinat,etil alkohol, karbon diakside, hidrogen, 2,3- butilen glikol (dihasilkan dalamberbagai kombinasi dan jumlah bergantungpada genus dan spesies)

Bakteri aseton, butil alkoholClostridiumEubacteriumBacillus

Asam butirat, butil alkohol, aseton, isopropil alkohol, asam asetat, asam format, etil alkohol, hidrogen, dan karbon diokside (dihasilkan dalam berbagai kombinasi dan jumlah bergantung pada spesies)

Bakteri asam asetatAcetobacter

Asam asetat, asam glukonat, asam kojat


PRODUKSI ENERGI MELALUI PROSES AEROBIK

a. Rantai angkutan elektron• Sistem sitokrom/ rantai respirasi.• Merupakan serangkaian reaksi oksidasi

reduksi untuk pembentukan ATP.reduksi untuk pembentukan ATP.• Fungsi rangkaian reaksi � untuk

menerima elektron dari senyawa –senyawa tereduksi dan memindahkannya pada oksigen sehingga menjadi molekul air.


Diagram : Rantai angkutan elektron

NADH2

ADP + Pa

FMNH

FMN

FAD

KoQH2

Flavo-protein

KoQ

KoenzimQ

Fe3+

Fe2+

Sit. bFe2+

Fe3+

Sit. C 1

Fe3+

ATP

Substansi teroksidasi

Substansi tereduksi

NAD

ATP

FMNH2

FADH2

KoQ Fe Fe

H+

Fe2+

Fe

ADP + Pa

Sit. C

Fe3+

Fe2+

Sit. a/ a3

O2

H2O

H+

ADP + Pa

ATPhttp://blog.unila.ac.id/wasetiawan

SIKLUS TCA :SIKLUS TCA :

As. oksaloasetat

As. piruvat

Asetil koA

As. sitratAs. malat

2 koA

NADNADH2

As. isositrat

As. α ketoglutarat

Suksinil koA

As. suksinat

As. fumarat NAD

NADH2 CO2

NAD

NADH2CO2

GDP

GTP

ADP + Pa

ATPFAD

FADH2

NAD2


•Dalam siklus TCA terdapat senyawa -senyawa yang berguna sebagai prekursor dalam biosintesis as.amino, purin, primidin,dsb.

•Siklus TCA adalah SIKLUS AMFIBOLIK, yaitu berfungsi dalam reaksi katabolik (peruraian) dan reaksi anabolik (sintesis).


Hasil energi dalam respirasi aerob :

GLIKOSIS LANGKAH PINTU SIKLUS TCAGERBANG

6 ATP (2NADH2) 6 ATP(2NADH2) 18 ATP (6NADH2)2 ATP 4 ATP (2FADH2)

2 ATP (2 GTP)2 ATP (2 GTP)

8 ATP 6 ATP 24 ATP = 38 ATP


• Trigliserida + Air

• Gliserol + ATP

KATABOLISME LIPID

Gliserol + as.lemak

ADP + gliserol-3-fosfat• Gliserol + ATP

• Gliserol-3-fosfat + NAD+

ADP + gliserol-3-fosfat

Dehidroksiaseton fosfat + NADH2

• Asam lemak dioksidasi melalui pengusiran fragmen berkarbon dua berturut – turut sehingga menjadi asetil koA � masuk siklus TCA


Protein peptida as. amino

KATABOLISME PROTEIN

Masuk siklus TCA

Masuknya as. Amino ke dalam siklusMasuknya as. Amino ke dalam siklusTCA bisa melalui :• Asetil koA• As. α ketoglutarat• Suksinat• Fumarat• Oksaloasetat


PRODUKSI ENERGI MELALUI FOTOSINTESIS

- Tumbuhan- Algae- Sianobakteri 2H2O + CO2 (CH2O)X+H2O

cahaya karbohidrat

2 H2O+CO2 (CH2O)X + 2A + H2O

H2A = H2

H2SH2S2OLaktatSuksinat


FOTOFOSFORILASI SIKLIK DAN NONSIKLIK

Bakterioklorofil:- Menyerap cahaya pd

660 – 870 nm- Terdapat pd

membran bakteri

bakterioklorofil

Cahaya : 660 – 870 nm

e-

membran bakteri

Gambar : Fotofosforilasi siklik

Feredoksin

Ubiquinon

Sitokrom b

Sitokrom f

e-

e-e-

ADP + P

ATP

Kuanta Cahaya

Feredoksin

e-

e-

ADP + P

ATP

Pigmen sistem I

Kuanta Cahaya

Plastoquinon

e-

e-

Pigmen sistem I

Flavoprotein

NADP+

e-

e-

NADPH + H+e-

Sitokrom be-

ADP + P ATP

Sitokrom fe-

Gambar mekanisme sintesis ATP.Hipotesis kemiosmotik oleh Peter Mitchell, 1961

Konsentrasi proton tinggi

Konsentrasi proton rendah

Gambar disadur dari: http://www.geocities.com/bioelectrochemistry/mitchell.htm


Konsentrasi proton tinggi

Konsentrasi proton rendah

Gambar disadur dari: http://www.geocities.com/bioelectrochemistry/mitchell.htm


JalurMetabolismeUtama


reaksi disimilasi dan pembebasan energi

Documents