2. Bioenergetika
Adalah termodinamika biokimia,
merupakan ilmu pengetahuan yang
mempelajari perubahan-perubahan energi
yang menyertai reaksi biokimia.
Energi Bebas(∆G)
Energi bebas merupakan bagian dari total
perubahan energi dalam suatu system
yang tersedia untuk melakukan pekerjaan.
3. Hukum I Termodinamika
“Dalam setiap perubahan fisika atau kimia
jumlah total energi pada lingkungan
adalah tetap”
Hukum II Termodinamika
“Entropi total suatu sistem harus
meningkat bila suatu proses berlangsung
spontan”
4. Hubungan antara perubahan energi bebas (∆G) suatu
sistem yang bereaksi dengan perubahan entropi (∆S).
∆G = ∆H - T∆S
∆G = ∆E - T∆S
∆H = Perubahan entalpi (panas)
∆G = Perubahan energi total internal.
Jika ∆G negatif, reaksi berlangsung spontan dengan
kehilangan energi bebas. Reaksi bersifat Eksoterm
Jika ∆G positif, reaksi berlangsung hanya kalau dapat
diperoleh energi bebas. Reaksi bersifat Endoterm
Jika ∆G = 0, sistem tersebut berada dalam
keseimbangan dan tidak ada perubahan netto yang
terjadi.
5. Perubahan baku energi bebas (∆Go )
pada keadaan baku dinyatakan oleh :
∆Go = -2,303 RT Log K’eq
R = Konstanta Gas
K’eq = Konstanta keseimbanggan
∆G dapat lebih besar atau lebih kecil dari
∆Go tergantung pada konsentrasi
berbagai reakan.
6. Senyawa Berenergi Tinggi
ATP (adenosine trifosfat) sebagai
senyawa antara utama yang
menghubungkan reaksi kimia penghasil
energi dan reaksi yang menghasilkan
energi.
ATP terhidrolisis menjadi ADP (adenosine
difosfat) dan Pi (fosfat anorganik) atau
AMP (adenosine monofosfat) dan PPi
(pirofosfat)
7. Senyawa lain yang berenergi tinggi adalah uridin
trifosfat(UTP), guanisin trifosfat(GTP) dan
sistidin trifosfat(CTP), merupakan senyawa yang
mengambil bagian dalam proses fosforilasi di
dalam sel. UTP, GTP dan CTP
ATP + UDP ADP + UTP
ATP + GDP ADP + GTP
ATP + CDP ADP + CTP
8. Proses Oksidasi
Reaksi oksidasi-reduksi (redoks)
adalah reaksi dimana elektron dipindahkan dari suatu senyawa
kesenyawa lainnya.
Reaksi oksidasi adalah:
jika suatu zat atau senyawa memberikan atau melepaskan elektron.
jika suatu unsur mengalami pertambahan bilangan oksidasi / tingkat
oksiadasi.
yang terjadi dianoda suatu sel elektrokimia.
Fe3+ e- Fe2+
zat yang mengalami oksidasi disebut reduktor/ donor elektron
Reaksi Reduksi adalah
jika suatu zat atau senyawa menerima atau menangkap elektron
jika suatu unsur mengalami pengurangan bilangan oksidasi / tingkat
oksiadasi.
terjadi dikatoda suatu sel elektro kimia
zat yang mengalami reduksi disebut oksidator atau akseptor elektron
9. Reaksi REDOKS (REDUKSI & OKSIDASI)
memerlukan enzim OKSIDOREDUKTASE
Oksidasi biologi pada makhluk hidup tingkat
tinggi MUTLAK memerlukan adanya OKSIGEN.
Pada makhluk tertentu (bakteri anaerob) mampu
melakukan oksidasi biologi tanpa Oksigen
bebas. (INGAT KONSEP ORGANISME
AEROBIK dan makhluk hidup ANAEROBIK)
Kemampuan suatu senyawaan melakukan
pertukaran electron (memberi atau menerima
electron) disebut sebagai POTENSIAL REDOKS
(dinyatakan dalam satuan volt)
10. Enzim yang terlibat dalam Oksidasi Biologis
Enzim yang terlibat dalam proses redoks diberi
nama oksidoreduktase. Enzim ini dibedakan
menjadi 4 golongan, yaitu
- enzim oksidase
- enzim dehidrogenase
- enzim hidroperoksidase dan
- enzim oksigenase
11. 1. Enzim Oksidase
Enzim oksidase adalah mengkatalis
pengeluaran hydrogen dari substrat dengan
menggunakan oksigen sebagai akseptor
hydrogen.
Enzim-enzim tersebut membentuk air atau
hydrogen peroksida sebagai produk reaksi.
AH2 + 1/2O2
oksidase A + H2O
AH2 + O2
oksidase A + H2O2
contoh : Enzim Sitokrom oksidase, Enzim ini
adalah komponen terakhir pada rantai zat-
zat pembawa respiratorik yang ditemukan
dalam mitokondria.
12. Enzim oksidase merupakan flavoprotein,
yaitu mengandung FMN atau FAD sebagai
gugus protestik.
Enzim yang termasuk kelompok ini :
oksidase asam L-amino, yaitu enzim yang
berikatan dengan FMN ditemukan dalam
ginjal dengan spesifisitas untuk deaminasi
oksidatif asam-asam L-amino.
Enzim xantin oksidase terdapat dalam susu,
usus halus, ginjal dan hati.
13. 2. Enzim Dehidrogenase
Enzim Dehidrogenase adalah enzim yang
mengkatalis pengalihan hidrogen tanpa
menggunakan oksigen sebagai akseptor
hydrogen.
Enzim ini melaksanakan 2 fungsi utama yaitu :
1 Penghalihan H dari substrat yang satu ke
substrat yang lain dalam redoks.
2 Sebagai komponen dalam rantai
respiratorik, pengangkutan electron dari
substrat ke oksigen
14. 3. Enzim Hidroperoksidase
Enzim ini menggunakan H2O2 atau peroksida
organic sebagai substrat.
Enzim ini melindungi tubuh terhadap senyawa-
senyawa peroksida yang berbahaya.
Enzim hidroperoksidase dibagi menjadi 2
kelompok;
a. peroksiadase
b. katalase
15. Peroksidase
Enzim Peroksidase adalah enzim yang
mereduksi senyawa-senyawa peroksida
dengan menggunakan beberapa substansi
sebagai akseptor electron.
- Enzim-enzim peroksidase ditemukan dalam
air susu, dalam leukosit, trombosit.
H2O2 + AH2
peroksidase 2H2O + A
16. Katalase
Enzim Katalase, menggunakan H2O2
sebagai donor electron dan akseptor
electron.
Enzim katalase menggunakan satu molekul
H2O2 sebagai substrat atau donor electron
dan molekul lain H2O2 sebagai oksidan atau
akseptor electron.
H2O2
katalase 2H2O + O2
17. Katalase ditemukan dalam; darah, sum-sum
tulang, membrane mukosa, ginjal dan hati.
Enzim ini berfungsi untuk penghancuran
hydrogen peroksida yang terbentuk oleh kerja
enzim-enzim oksidase.
Mikrobodi atau peroksisom dijumpai dalam
banyak jaringan termasuk hati.
Peroksisom kaya akan enzim oksidase dan
katalase yang menunjukan adanya keuntungan
biologic bila enzim-enzim yang memproduksi
H2O2 dikelompokan dengan enzim yang
menghancurkan H2O2.
18. 4. Enzim Oksigenase
Berhubungan dengan sintesis atau
penguraian berbagai tipe metabolis.
Enzim mengkatalis penyatuan oksigen ke
dalam substrat.
Enzim Oksigenase dibagi menjadi 2
yaitu:
1. Monoksigenase
2. dioksigenase
19. 1. Enzim Monoksigenase
adalah enzim yang menyatukan hanya
satu atom oksigen kedalam substrat,
atom yang lainya direduksi menjadi air
sehingga diperlukan donor electron atau
substrat tambahan.
A – H + O2 ZH2 A – OH + H2O + Z
Enzim monooksigenase ditemukan
dalam mikrosom sel-sel hati bersama
dengan enzim sitrokom P-450 dan
sitrokom b5.
20. 2. Enzim Dioksigenase
Enzim ini menyatukan kedua atom
oksigen kedalam substrat
A + O2 AO2
Contoh enzim ini adalah enzim-enzim
yang mengandung zat besi seperti
homogentisat dioksigenase dan 3-
hidroksiantranilat dioksigenase.
21. Transfer elektron dalam sel
Pada sel eukaryotic, hamper semua dehidrogenase spesifik yang
diperlukan pada oksidasi piruvat dan bahan bakar melalui
siklus asam sitrat terletak pada bagian dalam mitokondria, yaitu
matrik. Dalam sel electron dipindahkan dari satu molekul ke
molekul lain melalui empat cara berikut:
electron dipindahkan langsung sebagai electron.
Contoh: Fe2+ + Cu2+ Fe3+ + Cu+
electron dipindahkan dalam bentuk atom H
AH2 A + 2e- + 2H+
AH2 + B A + BH2
electron dapat dipindahkan dari donor ke akseptor dalam
bentuk ion hidrida (H-).
pemindahan electron terjadi jika terdapat kombinasi langsung
dari suatu pereduksi organic dan oksigen.
R-CH3 + ½ O2 R-CH2-OH
22. Komponen dari sistem transfer elektron
1. Dehidrogenase terkait pirimidin
enzim ini memerlukan NAD+ dan NADP+ sebagai
koenzim. Digunakan untuk tujuan biosintesis
2. Dehidrogenase terkait flavin
enzim ini mengoksidasi/mereduksi memerlukan FMN
dan FAD. Yang mentranfer e dari NADH keakseptor
dan pernapasan
3. Protein zat besi sulfur
sebagai karier e.
4. Ubikuinon
merupakan koenzim larut lemak yang bertindak
sebagai karier e
5. Sitokrom
protein yang mentranfer e
23. Hubungan Rantai Pernapasan dengan Senyawa Fosfat
Berenergi Tinggi
Rantai respirasi (pernapasan) terdiri dari
serangkaian protein dengan gugus protestik yang
terikat kuat, dan mampu menerima dan memberikan
electron.
Setiap anggota dapat menerima electron dari
anggota sebelumnya dan memindahkan electron ke
molekul anggota berikutnya dalam urutan reaksi
yang spesifik.
Elektron yang masuk kaya akan energi, saat
electron tersebut melalui rantai menuju oksigen
dengan setahap demi setahap electron kehilangan
energi bebasnya.
24.
25. Siklus asam
sitrat
AA piruvat Asam lemak
Asetil-KoA
NADH
NADH dehidrogenase
ubikuinon
Sitokrom b
Sitokrom c1
Sitokrom aa
2H+ + 1/2O2 H2O
26. NADH ADP + Pi
2e
NADH
Dehidrigenase ATP
2e
Ubikuinon
2e ADP + Pi
Sitokrom b
2e
Sitokrom c1 ATP
2e
Sitokrom c
2e ADP + Pi
Sitokrom oksisede
2e ATP
2H+ + ½ O2 H2O
27. Bagan diatas memperlihatkan asal mula pasangan
atom hydrogen yang dipindahkan oleh
dehidrogenase, dengan memindahkan elektronnya
menuju rantai transport electron, yang membawanya
ke oksigen.
Reduksi setiap atom oksigen memerlukan 2e- +
2H+. energi yang dibebaskan selama transport
pasangan electron dari NADH menuju oksigen
dipergunakan untuk melangsungkan sintesis tiga
molekul ATP dari ADP dan fosfat di dalam proses
fosforilasi oksidatif.
28. Oksidasi Hidrogen (H) dalam
Mitokondria
Rantai respirasi utama dalam mitokondria
berjalan dari sistem dehidrogenase yang
berikatan NAD lewat flavoprotein dan
sitokrom, menuju oksigen.
30. Struktur dan fungsi Mitochondria
Mitokondria mempunyai 2 sistem membrane,
membrane luar bersifat licin mengelilingi
keseluruhan mitokondria, strukturnya permiabel
terhadap hampir semua molekul kecil dan ion.
Membrane sebelah dalam mengandung rantai
transport electron. Suksinat dehidrogenase, enzim
yang mengkatalisis sintesis dan beberapa sistem
transport membrane. Bagian ini bersifat permiabel
terhadap banyak ion kecil .
Matriks, mengandung hampir semua enzim-enzim
siklus asam sitrat. Sistem piruvat dehidrogenase,
sistem oksidasi asam lemak, ATP, ADP, AMP,
Posfat, NAD, NADP dan koenzim A, juga terdapat
K+, Mg2+, dan Ca2+.
31.
32. Fungsi Mitokondria
Mitokondria memegang peranan
penting dalam proses metabolic, yaitu :
apoptosis : proses kematian sel
proliferasi sel
sintesis heme
sintesis steroid
33. Proses Transfer Elektron
di Mikrosom
Pengangkutan electron yang terjadi dalam reticulum
endoplasma (mikrosom) berlangsung dengan adanya system
pengangkutan electron yang terikat pada membrane organel
tersebut.
proses dalam organel ini dirangkai dalam proses hidroksilasi
berbagai senyawa kimia (substrat) didalam sel.
System transfer electron di mikrosom yang terdapat didalam sel
hati terdiri dari molekul pembawa electron NADP, NADP
dehidrogenase, suatu flavoprotein yang disebut NADPH-
sitokrom P450 reduktase (enzim yang mengandung FAD) dan
sitokrom P450. bentuk tereduksi P450 yaitu P450.Fe(II) atau
P450.Fe2+, breaksi dengan molekul O2. dalam reaksi ini satu
atom O direduksi menjadi H2O dan satu atom O lainnya
dimasukan kedalam molekul substrat.
34. Mekanisme dimulai dengan mengikat suatu molekul
subsrat A oleh system P450 dalam bentuk
oksidanya (P450.Fe3+)
(P450.Fe3+) direduksi oleh satu electron dari NADPH
(melalui FAD) menghasilkan bentuk reduksinya
(P450.Fe2+).
(P450.Fe2+) ini dioksigenasi dan satu lagi electron
NADPH dipakai untuk mengubah O2 (yang terikat
pada P450) menjadi bentuk radikalnya, O2
-.
Suatu reaksi oksidasi dalam kemudian berlangsung
menghasilkan substrat yang terhidroksilasi dan H2O.
tahap mekanisme ini diakhiri dengan regenerasi
P450 menjadi bentuk oksidanya kembali
(P450.Fe3+).
36. Proses Oksidasi – Reduksi di Sel Darah Merah
I. CO2 dalam eritrosit cepat dihidrasi menghasilkan
karbonat
CO2 + H2O H2CO3
II. H2CO3 mengalami ionisasi
H2CO3
karbonat anhidrase H+ + HCO3
-
HCO3- yang terbentuk keluar dari sel masuk ke plasma
darah dengan penukaran ion (Cl-). H+ yang
dihasilkan dari ionisasi H2CO3 menyebabkan terjadi
pelepasan O2 dan HbO2
H+ + HbO2 HHb+ + O2
Jika darah dalam vena banyak mengandung CO2
kembali ke paru-paru terjadi kebalikan siklus.
HHb+ + O2 H+ + HbO2
H+ + HCO3
- H2CO3
H2CO3 CO2 + H2O
37. Proses Oksidasi – Reduksi di Sel Darah Merah
Plasma darah
Pembuluh kapiler darah
Sel darah merah
O2
O2
HHb+
HCO3 HCO3
- + H+
H2CO3 CO2
H2O
Cl-
Cl-
+
HbO2
Dinding kafiler Membran sel
