Transcript BIOENERGETIKA

dr. Sudarno, M.Kes.
BIOENERGETIKA
MEMPELAJARI DINAMIKA/ PERUBAHAN ENERGI
PADA REAKSI BIOKIMIAWI (REAKSI KIMIA
PADA ORGANISME)
1

PADA ILMU KIMIA TELAH DIKENAL ADANYA:
 2.REAKSI ENDOTERMIS: REAKSI YG MEMERLUKAN
PANAS
 1.REAKSI EKSOTERMIS: REAKSI YG MENGHASILKAN
PANAS
PADA SISTEM NON BIOLOGIS ENERGI PANAS DAPAT
DIUBAH MENJADI ENERGI MEKANIS ATAU ENERGI
LISTRIK
2



PADA SISTEM BIOLOGIS:
MANUSIA BERSIFAT ISOTERMIS (SUHU TUBUH
KONSTAN).
MANUSIA MENGGUNAKAN PANAS YANG TERBENTUK
PADA SUATU REAKSI ANTARA LAIN UNTUK
MEMPERTAHANKAN SUHU TUBUH TETAPI TIDAK
DAPAT MENGUBAHNYA MENJADI ENERGI MEKANIK
ATAU ENERGI LISTRIK, SISA PANAS AKAN DIBUANG
KE LUAR. OLEH KARENA ITU YANG LEBIH PENTING
DIPERHITUNGKAN ADALAH BENTUK ENERGI KIMIA
(ATP DLL)
3


PADA SISTEM BIOLOGIS PROSES YG MEMERLUKAN ENERGI
MENDAPATKANNYA DENGAN CARA MENGAITKAN REAKSI YG
PERLU ENERGI (REAKSI ENDERGONIK) DENGAN DENGAN
REAKSI YANG MENGHASILKAN ENERGI (REAKSI
EKSERGONIK)
R. EKSERGONIK 1 
2
3
4
~E
 PROSES SINTESIS
 KONTRAKSI OTOT
PENGHANTARAN SARAF
TRANSPOR AKTIF
4
Eksergonik
G
Panas
Energi
kimia
E
Eks
~E
End
Endergonik
5
MEKANISME PENGAITAN:
 1. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA ANTARA:
A + C  | SA |  B + D
 2. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA KAYA ENERGI (~ E )
AD2:
CARA: SUATU SENYAWA (E) AKAN MENANGKAP ENERGI YG
DIHASILKAN OLEH REAKSI EKSERGONIK  ~E, DAN KEMUDIAN ~E
AKAN MEMBERIKAN ENERGINYA UNTUK REAKSI ENDERGONIK
~ ADALAH SIMBOL UNTUK MENUNJUKKAN IKATAN BERENERGI TINGGI


SENYAWA KAYA ENERGI (~ E ) YG PALING BANYAK DIDAPAT
ADALAH ATP: ADENOSIN – P ~ P ~ P
6
SENYAWA KAYA ENERGI (~E)




ATP: ADENOSIN – P ~ P ~ P (ADENOSIN
TRIFOSFAT)
ATP ADALAH SUATU NUKLEOTIDA YG DALAM BENTUK
AKTIFNYA MEMBENTUK KOMPLEKS DENGAN Mg++
ATAU Mn++
PERANAN ATP SBG PEMBAWA ENERGI TERLETAK PADA
GUGUSAN TRIFOSFAT YG MENGANDUNG 2 IKATAN
FOSFOANHIDRID. HIDROLISIS IKATAN INI AKAN
MELEPASKAN BANYAK ENERGI BEBAS.
ANALOG ATP : GTP, CTP, UTP
7


SENYAWA KAYA ENERGI (~ E ) LAINNYA
MISALNYA FOSFOENOLPIRUVAT,
KREATINFOSFAT ( ADA SIMBOL IKATAN
BERTENAGA TINGGI (~)
TUMBUHAN MENDAPATKAN ENERGINYA DARI
FOTOSINTESIS SEDANGKAN HEWAN DAN MANUSIA
MENDAPATKANNYA DARI BAHAN MAKANAN
8
9
PERUBAHAN ENERGI BEBAS

PADA REAKSI A + B ==== C + D
SECARA TERMODINAMIKA:
 APABILA Δ G < 0  DIKATAKAN REAKSI KE KANAN
BERSIFAT EKSERGONIK (DAPAT BERLANGSUNG
SPONTAN)
 APABILA Δ G = 0  DIKATAKAN REAKSI SETIMBANG
 APABILA Δ G > 0  DIKATAKAN REAKSI KE KANAN
BERSIFAT ENDERGONIK (TIDAK DAPAT BERLANGSUNG
SPONTAN, KARENA UNTUK DAPAT BERLANGSUNG PERLU
ENERGI/ DIKAITKAN DGN REAKSI EKSERGONIK)
10

REAKSI BIOKIMIA DI DALAM SEL UMUMNYA TAK DAPAT
BERLANGSUNG DGN SENDIRINYA OLEH KARENA ADANYA
HAMBATAN ENERGI (ENERGY BARRIER)  JADI PERLU
ENZIM UNTUK MENGATASI HAMBATAN ENERGI INI
( ENZIM MENURUNKAN ENERGI AKTIVASI , TETAPI TIDAK
MENGUBAH HARGA Δ G )
11
SKEMA
kead. transisi
tanpa katalisator
E. bebas
E. level
=
G
Ea
dgn katalisator inorg
Ea'
dgn enzim
Ea''
kead. awal
G = Perubahan
E. bebas
kead. akhir
Perjalanan
reaksi
12
OKSIDASI BIOLOGIS
ENZIM DAN KOENZIM REAKSI REDOKS



1. OKSIDASE
 MENGKATALISIS PEMBEBASAN HIDROGEN DARI SUBSTRAT DAN
SECARA ALAMI MENGGUNAKAN O2 SEBAGAI AKSEPTORNYA.
 MENGHASILKAN H2O ATAU H2O2
AH2 + ½ O2 === A + H2O
AH2 + O2 === A + H2O2
OKSIDASE
OKSIDASE
SEBAGIAN MENGANDUNG FAD/FMN SEBAGAI GUGUS PROSTETIK
 JADI MERUPAKAN FLAVOPROTEIN
CONTOH: L-ASAM AMINO OKSIDASE, GLUKOSA OKSIDASE,
ALDEHID DEHIDROGENASE
REAKSI : FP + AH2 === FPH2 + A LALU FPH2 +O2 === FP + H2O2
BILA JUGA MENGANDUNG LOGAM DISEBUT METALLOFLAVOPROTEIN
SEBAGIAN TIDAK MENGANDUNG FLAVIN
CONTOH: SITOKROM OKSIDASE (MENGANDUNG Cu)
13
2. DEHIDROGENASE
TIDAK DAPAT MENGGUNAKAN O2 SEBAGAI AKSEPTOR
HIDROGEN YANG DIBEBASKAN DARI SUBSTRAT.
MACAM :
1. YANG TERKAIT RANTAI RESPIRASI
A. DEHIDROGENASE NAD PADA RANTAI RESPIRASI
B. DEHIDROGENASE YG PERLU RIBOFLAVIN (FMN / FAD)
YG TERKAIT RANTAI RESPIRASI
C. SITOKROM2 KECUALI SITOKROM OKSIDASE
R.R. : S  NAD+  Fp  Q  SISTEM SITOKROM  O2

14
15
2. YANG TAK TERKAIT RANTAI RESPIRASI;
a.
AH2
P
A
DEHIDROGENASE KHUSUS A
PH2
BH2
B
DEHIDROGENASE KHUSUS B
MEMUNGKINKAN PROSES OKSIDATIF BERLANGSUNG DALAM KEADAAN ANAEROB
CONTOH : LAKTAT DEHIDROGENASE (LDH)
PIRUVAT + NADH + H+ === LAKTAT + NAD+
b.
DEHIDROGENASE NADP
NADPH DIPAKAI UNTUK SINTESIS ASAM LEMAK, STEROID DLL.
16
3. HIDROPEROKSIDASE: SUBSTRATNYA H2O2
1. PEROKSIDASE :
H2O2 + AH2  2 H2O + A
2. KATALASE
H2O2 + H2O2  2 H2O + O2
4. OKSIGENASE :
1. MONOOKSIGENASE (HIDROKSILASE)
AH2 + O2 + ZH2  AOH + H2O + Z
CONTOH: ENZIM2 PADA SINTESIS STEROID
ENZIM2 HIDROKSILASI OBAT2-AN
2. DIOKSIGENASE (OKSIGEN TRANSFERASE) : A + O2  AO2
17
PEMBENTUKAN ATP

PEMBENTUKAN ATP DALAM SEL :
1. PEMBENTUKAN ATP PADA TINGKAT RANTAI RESPIRASI
TERJADI DALAM MITOKONDRIA
CARA PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA
2. PEMBENTUKAN ATP PADA TINGKAT SUBSTRAT:
LEWAT REAKSI BIASA
MISALNYA :
fosfogliserat kinase
1,3 BISFOSFOGLISERAT + ADP + Pi
3 FOSFOGLISERAT + ATP
18
RANTAI RESPIRASI
19
RANTAI RESPIRASI


MITOKONDRIA
TEMPAT PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA DALAM SEL, SEBAB
A. MENGANDUNG JALUR/ DAUR YG BANYAK MENGHASILKAN
ENERGI:
1. SIKLUS ASAM SITRAT
2. OKSIDASI BETA ASAM LEMAK  MENGHASILKAN ASETIL KO-A
 MASUK SIKLUS ASAM SITRAT
B. TEMPAT BERLANGSUNGNYA RANTAI RESPIRASI
JADI JALUR/ DAUR TSB DI ATAS MENYEDIAKAN BAHAN BAKU H+ DAN
ELEKTRON YG AKAN MASUK KE RANTAI RESPIRASI (PABRIK ATP,
MEMBENTUK ATP DARI ADP + Pi DENGAN BANTUAN
ENZIM ATP SINTASE). H+ DAN ELEKTRON AKHIRNYA DENGAN
OKSIGEN MEMBENTUK H2O.
20
SUKSINAT
Fp(FAD)
ATP
ATP
ATP
S  NAD+  Fp  Q  SIT b  SIT c1  SIT c  SIT a  SIT a3  ½O2
(FMN)
ADP + Pi
ADP +Pi
ADP + Pi
SITE I
SITE II
SITE III
NAD = NIKOTINAMID ADENIN DINUKLEOTIDA
FAD = FLAVIN ADENIN DINUKLEOTIDA
Q = KOENZIM Q = UBIQUINON
21
NAD+  NADH + H+

Fp  FpH2

Q  QH2

SISTEM SITOKROM

½ O2  H2O
 ALIRAN ELEKTRON: DARI YG ELEKTRONEGATIF KE YG
ELEKTROPOSITIF
 SEBELUM SIT a3 TERGOLONG DEHIDROGENASE
 SIT a3 TERGOLONG OKSIDASE , JADI DISEBUT SITOKROM OKSIDASE
22
23



RANTAI RESPIRASI MERUPAKAN SERANGKAIAN KATALISATOR
DALAM MITOKONDRIA UNTUK TRANSPOR HIDROGEN ATAU H+
DAN e- UNTUK AKHIRNYA DIREAKSIKAN DENGAN O2
MEMBENTUK H2O
RANTAI RESPIRASI HANYA BERJALAN DALAM KEADAAN AEROB
(ADA O2 )
PADA RANTAI RESPIRASI TERJADI 3 HAL:
1.TRANSPOR HIDROGEN ATAU H+ DAN e-  RANGKAIAN PROSES OKSIDASI
2. PEMBENTUKAN ATP : PROSES FOSFORILASI OKSIDATIF
3. PEMAKAIAN O2
JUMLAH ATP YANG TERBENTUK:


LEWAT DEHIDROGENASE NAD : RATIO P:O = 2,5:1
LEWAT DEHIDROGENASE FAD TANPA LEWAT NAD : RATIO P:O=1,5:1
24
25
INHIBITOR RANTAI RESPIRASI
SUKSINAT
Fp (FAD)
S  NAD+  Fp  Q  SIT b SIT c1 SIT c SIT a SIT a3 ½O2
(FMN)
I
II
III
INHIBITOR SISTEM RANTAI RESPIRASI ADALAH SENYAWA2 YANG
MENGAKIBATKAN : - RANTAI RESPIRASI TIDAK BERJALAN
- ATP TIDAK TERBENTUK
26

1.
2.
3.
TITIK TANGKAP:
SITE I : PIERICIDIN A, AMOBARBITAL, ROTENON
SITE II: BAL, ANTIMYCIN A
SITE III: H2S, CO, CN-
AD 1 DAN 2: MENGHAMBAT ALIRAN ELEKTRON  TAK TERBENTUK ATP
AD 3 : MENGHAMBAT PEMAKAIAN O2  TAK TERBENTUK ATP


OLIGOMISIN : MENGHAMBAT FOSFORILASI ADP
ATRAKTILOSIDA : MENGHAMBAT TRANSPOR ADP MASUK
DAN ATP KE LUAR MITOKONDRIA
ASAM BONGKREK : SEPERTI ATRAKTILOSIDA
27


UNCOUPLER :
CONTOH: 2,4 DINITROFENOL
MENGHAMBAT PEMBENTUKAN ATP TETAPI TIDAK
MENGHAMBAT OKSIDASI SUBSTRAT MAUPUN
PEMAKAIAN O2
28
OKSIDASI NADH DARI LUAR
MITOKONDRIA
NADH TIDAK DAPAT MENEMBUS MEMBRAN MITOKONDRIA 
OKSIDASI DITERUSKAN SECARA TAK LANGSUNG :
1. LEWAT MALAT SHUTTLE: 1 MOL NADH + H+  3 MOL ATP
29
2. LEWAT α-GLISEROFOSFAT SHUTTLE
NAD+
GLISEROL-3P
GLISEROL-3P
NADH+ H+
DHAP
DHAP
SITOSOL
MEMBRAN
FAD
FADH2
MITOKONDRIA
DHAP = DIHIDROKSIASETON FOSFAT
1 MOL NADH + H+  2 MOL ATP
30
HIPOTESIS KIMIA OSMOTIK
M
Membran dalam
----- A
mitokondria
RUANG
INTERMEMBRAN
T
R
I
X
M
I
T
NADH + O2
RANTAI RESPIRASI
H+
H+
H+
H+
H+
H+
NAD+ + H2O
ADP + Pi
H+
ATP
H+
H+
ATP SINTASE
H+
2,4 DINITROFENOL (UNCOUPLER)
31




MITCHELL MENYEBUTKAN BAHWA OKSIDASI DAN
FOSFORILASI DIKAITKAN OLEH GRADIEN PROTON.
GRADIEN ELEKTROKIMIA (GRADIEN PROTON) DIBENTUK OLEH
POMPA PROTON PADA MEMBRAN-DALAM MITOKONDRIA.
POMPA PROTON TSB DIOPERASIKAN OLEH ALIRAN ELEKTRON
DAN MENGAKIBATKAN PROTON DILEMPAR KE LUAR DARI
RUANG MATRIX (MELALUI MEMBRAN ).
PROTON AKAN BERGERAK KEMBALI MENUJU KE DALAM
MATRIX SESUAI GRADIEN ELEKTROKIMIA, DAN ENERGI YG
DILEPASKAN AKAN DIGUNAKAN UNTUK SINTESIS ATP DARI
ADP DAN Pi OLEH ATP SINTASE .
32