Dokumen tersebut membahas tentang bioenergetika dan proses respirasi seluler. Secara singkat, dokumen menjelaskan bahwa (1) bioenergetika mempelajari perubahan energi dalam reaksi biokimia, (2) ATP berperan sebagai senyawa antara dalam transfer energi kimia, dan (3) rantai transport elektron dan fosforilasi oksidatif terjadi di mitokondria untuk mensintesis ATP dari ADP dan fosfat.

1. By
Elni Sumarni, S.Si
SEKOLAH TINGGI ILMU KESEHATAN KOTA SUKABUMI
Program Study S1 Keperawatan
https://stikeskotasukabumi.wordpress.com

2.  Bioenergetika atau termodinamika biokimia
adalah ilmu pengetahuan mengenai
perubahan energi yang menyertai reaksi
biokimia.
 Sistem nonbiologik dapat menggunakan
energi panas untuk melangsungkan kerjanya.
 Sedangkan sistem biologik bersifat isotermik
dan menggunakan energi kimia untuk
memberikan tenaga bagi proses kehidupan.

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.  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)
 ATP terhidrolisis menjadi 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.  Pengertian sempit : reaksi suatu zat dg
molekul oksigen.
 Pengertian luas : pelepasan hidrogen
(dehidrogenasi) atau pelepasan elektron
 Contoh : ion feri dioksidasi menjadi ion fero,
reaksinya sebagai berikut :
e- (electron)
Fe2+ Fe3+
ion fero ion feri

9. Enzim yang terlibat dalam proses redoks
diberi nama oksidoreduktase.
Enzim ini dibedakan menjadi 4 golongan,
yaitu :
- enzim oksidase
- enzim dehidrogenase
- enzim hidroperoksidase
- enzim oksigenase

10.  Enzim oksidase mengkatalisis pengeluaran
hidrogen dari substrat dengan menggunakan
oksigen sebagai akseptor hidrogen.
 Enzim-enzim tersebut membentuk air atau
hidrogen peroksida.
AH2 + 1/2O2
oksidase A + H2O
AH2 + O2
oksidase A + H2O2
 enzim oksidase antara lain sitokrom oksidase,
oksidase asam L-amino, xantin oksidase, glukosa
oksidase.
 Enzim xantin oksidase terdapat dalam susu, usus
halus, ginjal dan hati.

11. Enzim Dehidrogenase tidak dapat 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 b4rpasangan.
2. Sebagai komponen dalam rantai respiratorik,
pengangkutan electron dari substrat ke
oksigen
Contoh dari enzim dehidrogenase adalah suksinat
dehidrogenase, asil-KoA dehidrogenase,
gliserol-3-fosfat dehidrogenase, semua
sitokrom kecuali sitokrom oksidase.

12. 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. peroksidase
b. katalase

13. Enzim Peroksidase adalah enzim yang mereduksi
senyawa-senyawa peroksida dengan menggunakan
beberapa substansi sebagai akseptor electron.
H2O2 + AH2
peroksidase 2H2O + A
- Enzim-enzim peroksidase ditemukan dalam air susu,
dalam leukosit, trombosit.
- Dalam eritrosit dan jaringan lain, enzim glutation
peroksidase yang mengandung selenium sebagai
gugus protestik mengkatalisis penghancuran H2O2
dan senyawa hidroperoksida lipid dengan glutation
tereduksi.

14.  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

15.  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.

16.  Berhubungan dengan sintesis atau
penguraian berbagai tipe metabolis.
 Enzim mengkatalis penyatuan oksigen ke
dalam substrat.
 Peristiwa ini berlangsung dalam 2 tahap
yaitu:
a. Pengikatan oksigen dengan enzim pada
tempat aktif
b. Reaksi dimana oksigen yang terikat
direduksi ke substrat

17. Enzim Oksigenase dibagi menjadi 2 yaitu :
1. 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.
2. 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.

18. 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

19.  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.

21. 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

22. 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.

23. Rantai respirasi utama dalam mitokondria
berjalan dari sistem dehidrogenase yang
berikatan NAD lewat flavoprotein dan
sitokrom, menuju oksigen.

24. Piruvat α-ketoglutarat
Lipoat
Flavoprotein (FAD)
NAD
prolin, 3-hidroksil-KoA,
3-hidoksilbitirat, glutamate,
malat, isositrat
Fp (FMN) FeS
gliserol 2-fosfat
Fp (FAD) FeS
Fp ETF(FAD)QFp (FAD)
FeS
Suksinat Fp(FAD)
Asetil ko-A,
sarkosin,
dimetilglisin
sitokrom b (FeS)
sitrokrom c1
sitokrom c2
sitokrom aa3 (Cu)
O2

25.  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+.

26. BENTUK ELIPS dengan
diameter 0,5 µm dan
panjang 0,5 – 1,0 µm.
sebagai pabrik energi sel
yang menghasilkan
energi dalam bentuk ATP

28. Fungsi Mitokondria
Mitokondria memegang peranan penting dalam
proses metabolic, yaitu :
 apoptosis : proses kematian sel
 proliferasi sel
 sintesis heme
 sintesis steroid

29.  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.

30. NADPH
NADP+
FAD
FADH2
P450-A
Fe2+.O2
Fe2+.O2
P450-A
P450-A
P450-A
Fe2+
Fe3+
Fe3+
A
P450
O2
A-OH + H2O
Transfer Elektron di Mikrosom

31.  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+).

32. 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