Post on 26-Dec-2015
description
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
1
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat
karunia-Nya lah makalah ini dapat selesai disusun. Makalah ini disusun untuk memenuhi
tugas mata kuliah Bioenergetika dengan topik “Bioenergetika dan ATP”.
Dalam penyusunan makalah ini, penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak.
Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada Ibu Dianursanti sebagai dosen
Bionergetika yang telah memberikan bimbingan dalam penulisan makalah ini. Selain itu,
penulis juga ingin berterimakasih kepada asisten dosen yang telah memberikan arahan dalam
tersusunnya makalah ini. Juga kepada orangtua penulis yang telah memberikan dukungan dan
cinta tanpa syarat dalam kegiatan perkuliahan penulis.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini masih terdapat banyak
kekurangan. Untuk itu, saran dan kritik yang membangun diharapkan untuk dapat
menjadikan makalah ini menjadi lebih baik lagi. Ahir kata penulis berharap agar makalah ini
dapat memberikan pembahasan yang jelas dan komprehensif sesuai dengan tema yang
diangkat dalam makalah ini.
Depok, 17 Maret 2012,
Penulis
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Bioproses adalah cabang ilmu keteknikan yang berkaitan dengan reaksi yang
menggunakan bagian hidup atau tidak hidup dari sistem biologis. Dalam bioproses salah satu
elemen penting adalah terjadinya perubahan energi akibat reaksi biokimia yang terjadi dalam
proses metabolisme. Reaksi yang terjadi dalam sistemm biologis memiliki sifat yang berbeda
dengan reaksi yang terjadi secara kimia. Meskipun begitu kedua reaksi tersebut memiliki
kajian yang sama dalam konteks perpindahan energi.
Perpindahan energi dalam reaksi jenis apapun merupakan pembahasan dari ilmu
termodinamika. Ilmu termodinamika mengkaji tentang berbagai aspek dalam perubahan
energi ke dalam berbagai bentuk. Didalam ilmu termodinamika, reaksi biologis memiliki
pembahasan tersendiri yang dikenal dengan nama bioenergetika. Pembahasan bioenergetika
menjadi penting untuk mengetahui apakah suatu reaksi dapat atau tidak dapat terjadi. Selain
itu pemahaman tentang bioenergetika akan memberitahu tentang kemungkinan mekanisme
dan produk dari suatu reaksi biokimia. Jadi, pemahaman tentang bioenergetika merupakan
keahlian yang penting dalam cabang ilmu bioproses.
Dalam sistem biologis, energi berpindah dalam bentuk energi potensial ikatan. Energi
potensial ikatan yang umum dalam bentuk ikatan fosfoanhidrida. Ikatan fosfoanhidrida
dikenal memiliki potensi energi yang tinggi dan juga ikatan yang mudah lepas. Ikatan
fosfoanhidrida yang paling sering ditemukan terdapat dalam ATP. ATP adalah molekul
pembawa energi, dimana perpindahan energi dalam sistem bioproses terjadi dalam bentuk
reaksi. Reaksi yang menghasilkan energi atau eksergonik menghasilkan energinya dalam
bentuk ATP sementara reaksi yang membutuhkan energi atau endergonik memenuhi
kebutuhannya dari ATP. Maka dari itu ATP dikenal sebagai satuan transfer energi dalam
sistem biologis. Pemahaman mengenai ATP menjadi substansial untuk mengerti ilmu
bioenergetika.
Maka dari itu makalah ini berusaha memberikan pemahaman terhadap cabang ilmu
bioenergetika terutama dalam aspek ATP sebagai media transfer energi dan juga keterkaitan
prinsip termodinamika didalam sistem bioproses.
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
3
1.2 Rumusan Masalah
Bidang Ilmu keteknikan terutama teknologi bioproses membutuhkan pemahaman yang
komprehensif terhadap termodinamika untuk mengetahui sifat-sifat reaksi. Termodinamika
dalam sistem bioproses berbeda dari termodinamika umum dalam konteks sistem reaksi dan
bentuk energi. Maka dari itu, pokok pembahasan makalah ini mencakup 2 masalah pokok
yaitu :
A. Prinsip-prinsip dasar termodinamika dan terapannya dalam sistem biologis
B. ATP sebagai bentuk energi dalam perpindahan energi dalam kajian
termodinamika di sistem biologis.
1.3 Tujuan Penulisan
Karya tulis ini ditulis dengan tujuan :
A. Menjelaskan tentang prinsip-prinsip dasar termodinamika
B. Memberi pemahaman terhadap termodinamika dalam sistem biologis
C. Menjelaskan peran ATP dalam sistem biologis dengan menjembatani sistem
endergonik dan eksergonik
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
4
BAB II
Pembahasan
1. Menurut pendapat anda, mengapa makhluk hidup memerlukan energi?
Jawaban :
Setiap sistem fisik yang terdapat di sekitar kita secara tidak langsung menyimpan
sejumlah energi. Energi yang terdapat di alam memiliki bentuk yang berbeda-beda. Satu
bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Studi mengenai transformasi
energi dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya dalam sistem biologis disebut sebagai
biological thermodynamics, atau yang biasa disebut juga sebagai bioenergetika. Konsep
energi awalnya didefinisikan sebagai sebuah kerja yang merupakan hasil dari gaya dan
perpindahan (Smith, 2001:10).
Pada dasarnya, setiap makhluk hidup memerlukan energi untuk bertahan hidup. Energi
yang diperlukan dapat diperoleh dari lingkungan hidupnya. Perolehan energi pada makhluk
hidup dapat terpenuhi dari makanan yang dikonsumsinya. Pada sistem biologis, ada makhluk
hidup yang dapat menciptakan makanannya sendiri (autotrof) dan ada pula makhluk hidup
yang tidak dapat menciptakan makanannya sendiri (heterotrof). Kedua mekanisme perolehan
makanan tersebut kemudian dapat digolongkan menjadi proses eksergonik dan endergonik,
tergantung pada perpindahan energi yang terjadi pada sistem tersebut. Baru kemudian energi
tersebut diolah.
Energi yang telah diolah selanjutnya digunakan oleh makhluk hidup untuk beraktivitas
masing-masing, baik yang tampak dari luar seperti berlari atau melompat, maupun yang tidak
tampak seperti metabolisme dan peredaran darah. Dengan demikian, dalam setiap aktivitas
yang dilakukan oleh makhluk hidup tersebut akan memerlukan energi sebagai „bahan bakar‟
untuk beraktivitas. Bahkan tidur pun memerlukan energi.
2. Bioenergetika diterjemahkan sebagai suatu bidang studi tentang perubahan
energi yang menyertai reaksi biokimia dalam sel. Dalam tinjauan tersebutdapatkah
anda menjelaskan pengertian sistem dan lingkungan, serta hal hal lain yang berkaitan
dengannya?
Jawaban :
Dalam pembahasan termodinamika 2 konsep yang patut dipahami adalah tentang
sistem dan lingkungan. Kumpulan benda- benda yang sedang ditinjau disebut sistem. Di lain
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
5
pihak semua yang berada di sekeliling atau diliau sistem disebut lingkungan. Klasifikasi
sistem termodinamika didasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi,
kalor, dan entropi antara sistem dan lingkungan. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis
pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan yaitu,
a. Sistem terisolasi
Suatu sistem dimana tidak memungkinkan terjadinya pertukaran panas, materi, atau
kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah tabung gas terisolasi.
b. Sistem Tertutup
Suatu sistem dimana dapat terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak
terjadi pertukaran materi pada lingkungan. Contoh dari sistem jenis ini adalah rumah hijau
dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.
Dalam suatu sistem apakah terjadi pertukaran kerja, panas, atau keduanya dapat
ditentukan sebagai sifat pembatasnya. Pada pembatas adiabatik tidak memperbolehkan
pertukaran gas, dan pada pembatas rigid tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
c. Sistem Terbuka
Suatu sistem dimana terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan materi dengan
lingkungannya. Sebuah pembatas yang memperbolehkan pertukaran benda disebut
permeabel. Contoh sistem ini ialah samudra.
Gambar1. Sistem Terisolasi, Tertutup, dan Terbuka
(Sumber: http://wahyuancol.wordpress.com/2008/06/11/konsep-sistem-bumi/)
Bioenergetika adalah suatu bidang studi tentang perubahan energi yang menyertai
reaksi biokimia dalam sel. Marilah kita ambil contoh peristiwa pemberian fosfat senyawa
ATP pada sistem biologis sehingga memungkinkan terjadinya reaksi. ATP (adenin trifosfat)
memiliki basa nitrogen adenin yang berikatan dengan ribosa. Terdapat tigagugus fosfat yang
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
6
berikatan dengan ribosanya. Ikatan antara gugus- gugus fosfat pda aekor ATP dapat
diputuskan melalui hidrolisis. Ketika ikatan fosfat diputuskan, suatu molekul fosfat anorganik
meninggalkan ATP, yang kemudian menjadi adenosin difosfat atau ADP.
Sistem adalah kumpulan benda benda yang sedang ditinjau pada peristiwa dimana
dalam hal ini berarti terdiri dari gusus ATP yang terdiri adenin, ribosa, dan 3 gugus fosfat. Di
lain pihak semua yang berada di sekeliling atau diluar sistem tersebut disebut lingkungannya.
Pada peristiwa ini terjadi pertukaran energi dari materi dari sistem ke lingkungannya.
3. Adakah perbedaan penggunaan energi untuk sistem biologis dan nonbiologis?
Jawaban :
Ada. Dalam kaitannya dengan energi dalam sistem biologis, sistem biologis merupakan
sistem yang berada di dalam makhluk hidup. Dengan kata lain, sistem tersebut memiliki
unsur makhluk hidup sebagai boundary system-nya. Sedangkan dalam sistem nonbiologis,
unsur yang bukan makhluk hiduplah yang menjadi boundary system-nya.
Energi yang dibutuhkan oleh makhluk hidup terbentuk dalam tubuh makhluk hidup itu
sendiri dengan mengonversi energi yang ada dari lingkungannya. Dengan kata lain, makanan
yang dikonsumsi oleh makhluk hidup tidak dapat begitu saja diambil energinya, melainkan
harus diolah terlebih dahulu baru kemudian dapat diambil energinya. Namun, energi yang
telah terkonversi masuk dalam sistem biologis tidak dapat dengan begitu saja terdistribusi
dalam tubuh makhluk hidup tersebut. Perlu adanya media yang dapat mentransportasikan
energi dalam sistem biologis tersebut, salah satunya adalah ATP (Adenosin Triphosphate).
Dengan media ATP, energi dalam sistem biologis makhluk hidup dapat bergerak bebas di
seluruh bagian tubuh, serta keluar dari dalam tubuh atau masuk ke dalam tubuh makhluk
hidup tersebut.
Energi yang terdapat pada sistem biologis akan selalu terkonversi dan tidak akan
pernah berhenti terkonversi keluar-masuk sistem selama makhluk hidup itu terus memerlukan
dan menghasilkan energi selama masa hidupnya. Inilah yang membedakan energi pada sistem
biologis dengan energi pada sistem nonbiologis. Sedangkan pada sistem nonbiologis, energi
yang keluar-masuk pada sistem juga akan terkonversi menjadi bentuk energi yang lain.
Hanya saja konversi energi yang terjadi, suatu saat akan berhenti ketika komposisi energi di
dalam dan di luar sistem telah mencapai kesetimbangan sehingga tidak ada lagi perpindahan
energi dari dalam maupun dari luar sistem nonbiologis tersebut. Ketika hal tersebut terjadi,
maka benda tersebut dikatakan mencapai kesetimbangan energinya.
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
7
4. Dalam bioenergetika ini dikenal kaidah termodinamika dalam sistem biologis,
yaitu hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. Apa yang anda ketahui
tentang kedua hukum tersebut?
Jawaban :
Termodinamika merupakan studi yang mempelajari transformasi energi dari satu
bentuk ke bentuk yang lain. Terkait dengan hal tersebut, ada beberapa hal yang menjadi dasar
transformasi bentuk energi. Hal-hal ini kemudian dijadikan hukum oleh para ahli. Hukum-
hukum termodinamika antara lain:
1. Hukum I Termodinamika
Hukum I termodinamika berbunyi, “Although energy assumes many forms, the total
quantity of energy is constant, and when energy disappears in one form it appears
simultaneously in other forms”(Smith, 2001:21). Dengan kata lain, energi tidak dapat
diciptakan ataupun dimusnahkan. Energi hanya akan dapat berubah bentuk, namun
jumlahnya di dalam alam ini adalah tetap. Biasanya kalimat pernyataan hukum I
termodinamika sering juga disebut sebagai hukum kekekalan energi atau hukum konservasi
energi.
Energi pada aplikasi hukum I termodinamika meliputi energi yang terdapat pada
sistem dan energi yang terdapat pada lingkungan. Kedua aspek lingkup energi pada hukum I
termodinamika ini kemudian dapat terjabarkan dalam persamaan:
𝛥 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 + 𝛥 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑔𝑘𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = 0 ... (8)
Tanda Δ pada persamaan (8) merupakan tanda yang mewakili selisih nilai dari harga
karakteristik yang dikhususkan pada masing-masing bentuk energi. Misalnya, energi pada
sistem, tanda Δ akan meliputi jumlah dari seluruh perubahan energi kinetik yang terdapat
pada sistem ketika sistem itu bergerak pada perubahan kecepatan tertentu. Demikian pula,
tanda Δ akan meliputi jumlah dari seluruh perubahan energi potensial yang terdapat pada
sistem ketika sistem itu berada pada perbedaan ketinggian tertentu. Bahkan, hal yang sama
pun akan terjadi apabila kedua bentuk energi tersebut dapat ditemukan dalam sistem tersebut.
2. Hukum II Termodinamika
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
8
Pernyataan hukum II termodinamika merupakan observasi lebih lanjut terhadap
proses yang terjadi dalam hukum I termodinamika. Hukum II termodinamika dapat
diekspresikan dalam dua pernyataan berikut:
Statement I: tidak ada instrumentasi yang mampu bekerja sedemikian rupa hanya
untuk mengubah panas yang terserap oleh sistem seluruhnya menjadi kerja yang
dilakukan oleh sistem.
Statement II: tidak ada proses yang mungkin terjadi hanya terdiri dari perpindahan
panas dari level temperatur yang satu menuju level yang lebih tinggi.
Pada Statement I, tidak disebutkan bahwa panas tidak dapat dirubah menjadi kerja,
namun proses yang terjadi tidak dapat meninggalkan sistem atau lingkungan begitu saja,
keduanya harus diperhatikan. Sebagai contoh, ketika sebuah gas menyerap panas dari
lingkungannya, akan menghasilkan kerja yang sama nilainya dengan dikerjakannya pada
lingkungan. Pada awalnya mungkin agak berkontradiksi dengan Statement I, namun ingat
bahwa proses yang terjadi tidak hanya meliputi sistem, tapi juga lingkungan. Dengan
demikian, ketika gas akan kembali ke kondisinya semula, ia akan memerlukan kerja yang
digunakannya untuk rekompresi kembali ke tekanan awalnya. Kerja ini memiliki nilai
minimal yang sama ketika gas mengalami ekspansi akibat panas yang diserapnya dari
lingkungan. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa tidak ada kerja yang dihasilkan sehingga
Statement I dapat dimodifikasi menjadi:
Statement Ia: it is impossible by cyclic prosess to convert the heat absorbed by a
system completely into work done by the system (Smith, 2001:156).
Kata siklik diperlukan karena sistem secara periodik akan kembali pada kondisinya
semula. Pada kasus gas tadi, proses ekspansi dan rekompresi menuju kondisi awalnya
merupakan satu kesatuan siklus. Jika proses ini berlanjut, maka proses ini akan membentuk
siklus.
Secara garis besar, hukum II termodinamika bukanlah menentang produksi dari kerja
yang diperoleh dari panas. Namun, memberikan batasan yang jelas akan berapa banyaknya
panas yang diterima oleh sistem yang kemudian dapat dikonversikan menjadi kerja yang
dilakukan oleh proses tersebut.
5. Apa yang and ketahui tentang besaran-besaran termodinamika baik besaran dasar
maupun besaran turunan? Dan bagaimana pula penurunan-penurunan
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
9
persamaannya? Berikan salah satu contoh perhitungan berkaitan dengan besaran-
besaran tersebut.
Jawaban:
A. Besaran Dasar
Besaran dasar merupakan besaran-besaran yang menjadi landasan untuk penurunan
besaran-besaran selanjutnya, Dalam termodinamika besaran-besaran dasar tersebut terdiri
dari:
a. Tekanan (P)
Tekanan merupakan gaya yang tegak lurus yang menekan permukaan sebuah, definisi
matematisnya adalah:
𝑷 =𝑭
𝑨
Dalam termodinamika tekanan umumnya dinyatakan dalam nilai absolute (Pabs), tekanan
absolute ini bergantung pada pengukuran sistem yaitu: ketika tekanan pengukuran (Pgauge)
> tekanan atmosfer (Patm) maka:
Pabs = Pgauge + Patm
sedangkan ketika Pgauge < Patm maka:
Pabs = Patm - Pgauge
b. Volume dan Densitas (V dan 𝜌)
Densitas suatu sistem didefinisikan sebagai massa per satuan volume:
𝝆 =𝒎
𝑽=
𝟏
𝑽𝒈
Dimana Vg adalah volume jenis (volume per satuan massa), dan m adalah massa.
c. Suhu (T)
Skala temperatur digunakan sebagai indikator keseimbangan panas yang dinyatakan dalam
satuan derajat Kelvin.
d. Energi Dalam (U)
Energi dalam adalah energi yang dimiliki oleh suatu sistem tanpa dipengaruhi oleh
pergerakan dari sistem tersebut, Energi dalam merupakan jumlah seluruh energi kinetik
atom atau molekul, ditambah jumlah seluruh energi potensial yang timbul akibat adanya
interaksi antara atom atau molekul.
∆U = ∆Ek + ∆Ep
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
10
Dimana energi kinetik itu sendiri ada karena kecepatan (Ek = 1
2 mv
2), dan energi potensial
ada karena adanya perbedaan ketinggian (Ep = mgh). Berdasarkan hukum termodinamika
pertama, total energi akan selalu konstan, jadi ketika energi dalam sistem menghilang,
maka secara bersamaan akan terbentuk energi dalam bentuk lain pada lingkungannya:
∆(energi sistem) + ∆(energi lingkungan) = 0
Perpindahan energi yang terjadi umumnya dapat berupa panas dan kerja (Q dan W)
dimana Q dan W akan bertanda positif ketika sistem menyerap kalor dan melakukan kerja.
Jadi perubahan energi dalam akan bernilai 0 jika jumlah kalor yang masuk sama besar
dengan jumlah kerja yang dilakukan, dan jika kalor yang dikeluarkan sama besar dengan
kerja yang dikenakan pada sistem. :
∆(energi lingkungan) = ± Q ± W
Sehingga dari persamaan (1)-(3) diperoleh:
∆U + ∆Ek + ∆Ep = ± Q ± W
e. Entalpi (H)
Entalpi merupakan besaran yang digunakan untuk mendefinisikan jumlah energi dalam
dari suatu sistem ditambah dengan energi yang dibutuhkan untuk melakukan suatu kerja
H = U + (PV)
Di mana H adalah entalpi, U adalah energi dalam, P adalah tekanan, dan V adalah volume.
Karena U dan PV memiliki satuan energi, maka dengan demikian H juga memiliki satuan
energi. Lebih lanjut, U, P, dan V merupakan fungsi keadaan, sehingga bentuk difrensial
persamaan 5 adalah:
dH = dU + d(PV)
sehingga bentuk integralnya adalah:
∆H = ∆U + ∆(PV)
f. Entropi (S)
Entropi adalah ukuran ketidakteraturan dalam suatu sistem, semakin tinggi
ketidakteraturan suatu sistem semakin tinggi pula nilai entropinya. Maka, dalam benda
padat yang molekulnya tersusun dengan sangat teratur akan memiliki entropi yang lebih
kecil dibandingkan dengan benda dalam fasa gas yang molekul-molekulnya bergerak lebih
bebas. Perubahan entropi suatu sistem disebabkan oleh perubahan kandungan panasnya,
dimana:
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
11
∆𝐒 = ∆𝐇
∆𝐓
Ketika ∆𝐒𝐬𝐞𝐦𝐞𝐬𝐭𝐚 = ∆𝐒𝐬𝐢𝐬𝐭𝐞𝐦 + ∆𝐒𝐥𝐢𝐧𝐠𝐤𝐮𝐧𝐠𝐚𝐧 > 𝟎 maka reaksi akan berlangsung secara
spontan. Proses ini berlangsung hingga mencapai proses kesetimbangan yaitu ketika
∆𝐒𝐬𝐞𝐦𝐞𝐬𝐭𝐚 = ∆𝐒𝐬𝐢𝐬𝐭𝐞𝐦 + ∆𝐒𝐥𝐢𝐧𝐠𝐤𝐮𝐧𝐠𝐚𝐧 = 𝟎
g. Energi Gibbs (G)
Energi bebas gibbs digunakan untuk menggambarkan perubahan energi total dari suatu
sistem, berdasarkan persamaan (11) diperolehlah:
∆G = ∆U + ∆PV – ∆TS
(pada suhu tetap) ∆𝑮 = ∆𝑯 − 𝑻∆𝑺
(pada tekanan tetap) ∆𝑮 = −𝑻∆𝑺
Ketika ∆G < 0 maka reaksi akan berlangsung secara spontan (reaksi eksergonik) hingga
mencapai kesetimbangan ketika ∆G = 0, sedangkan ketika ∆G > 0 maka reaksi akan
berlangsung secara spontan ke arah berlawanan (reaksi endergonik). Pada proses spontan
energi gibbs dapat didefinisikan sebagai kerja maksimum yang dapat diperoleh dari sistem
saat terjadi perubahan, sedangkan pada proses nonspontan energi gibbs dapat didefinisikan
sebagai kerja minimum yang harus dilakukan terhadap sistem agar dapat terjadi
perubahan.
Karena energi gibbs merupakan fungsi keadaan maka energi gibbs juga dapat dihitung
melalui energi bebas produk dan reaktan:
∆𝐆𝐫𝐱𝐧𝟎 = ∑𝐦∆𝐆𝐟(𝐩𝐫𝐨𝐝𝐮𝐤)
𝟎 − ∑𝐧∆𝐆𝐟(𝐫𝐞𝐚𝐤𝐭𝐚𝐧)𝟎
h. Helmholtz Function (F)
Helmholtz function, biasa juga disebut energi bebas Helmholtz. Energi bebas Helmholtz
adalah kerja maksimum yang dapat diperoleh dari proses termodinamika dalam suhu dan
volume yang konstan. Energi ini dirumuskan sebagai:
F = U – TS
Suku TS disini menandakan adanya energi yang tidak dapatdigunakan atau unavailable
energy
(15)
(14)
(13)
(16)
(17)
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
12
B. Besaran Turunan
Besaran turunan dapat kita ketahui melalui dasar, atau dengan kata lain besaran ini
merupakan turunan dari besaran-besaran dasar.
a. Energi dan Kerja
Energi diartikan sebagai kemampuan melakukan kerja, ketika pemindahan energi
dilakukan dengan cara gerak mekanik maka disebut kerja. Jumlah kerja mekanik yang
dilakukan dapat ditentukan melalui persamaan turunan Newtonian:
W = F.s
Atau sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volume: W= P. dV
b. Kalor
Perpindahan energi karena adanya perbedaan suhu berhubungan dengan aliran panas.
Setiap sistem memiliki kapasitas terhadap panas, semakin kecil perubahan temperature
yang terjadi akibat dari perpindahan panas,berarti sistem tersebut memiliki kapasitas panas
yang besar. Kapasitas panas di definisikan secara matematis melalui:
𝑪 =𝒅𝑸
𝒅𝑻
Kapasitas panas dapat diukur dalam 2 kondisi yaitu dalam volume yang tetap disebut
isokhorik atau dalam tekanan konstan disebut isobarik. Dalam keadaan isokhorik
kapasitas panas didefinisikan sebagai Cv:
dU = CvdT
ketika diintegralkan menghasilkan:
∆𝐔 = 𝐂𝐕𝐝𝐓𝐓𝟐
𝐓𝟏
Dan ketika proses perpindahan panas bersifat reversible persamaannya menjadi:
𝐐 = 𝐧 ∆𝐔 = 𝐧 𝐂𝐯𝐝𝐓𝐓𝟐
𝐓𝟏
Sedangkan dalam keadaan isobarik kapasitas panas didefinisikan sebagai Cp:
dH = CpdT
ketika diintegralkan menghasilkan:
∆𝐇 = 𝐂𝐏𝐝𝐓𝐓𝟐
𝐓𝟏
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
(23) (24)
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
13
Dan ketika proses perpindahan panas bersifat reversible persamaannya menjadi:
𝐐 = 𝐧 ∆𝐇 = 𝐧 𝐂𝐏𝐝𝐓𝐓𝟐
𝐓𝟏
Cara mudah untuk meringkas persamaan-persamaan diatas adalah dengan “jembatan
keledai” dari besaran-besaran termodinamika:
Dimana G adalah energi gibbs, U adalah energi dalam, V adalah volume, P adalah tekanan,
F adalah Helmholtz function , H adalah entalpi, S adalah entropi, dan T adalah suhu.
Besaran-besaran yang berada di pojok-pojok (G, H, U, dan F) dapat kita
tentukan turunannya, contohnya Energi gibbs (G) yang ada di pojok kiri atas. G berada
diantara P dan T, kemudian lihat tanda panahnya. Pada P tanda panahnya masuk, berarti
tandanya positif, sedangkan pada T tanda panahnya keluar, berarti negatif. Sehingga dapat
kita tuliskan : dG = VdP – SdTDari keempat persamaan di atas masing-masing persamaan
akan menghasilkan hubungan yang lain, misalnya, untuk energi dalam, U apabila pada
volume konstan akan menghasilkan 𝜕𝑈
𝜕𝑆 𝑉
= 𝑇, sedangkan pada entropi yang tetap akan
menghasilkan 𝜕𝑈
𝜕𝑉 𝑆
= −𝑃
6. Apa yang anda ketahui tentang reaksi yang berlangsung spontan?
Bilamana itu terjadi?
Jawaban :
Pada termodinamika terdapat dua jenis yang dapat terjadi yaitu reaksi spontan dan
reaksi non spontan. Reaksi spontan adalah suatu reaksi yang terjadi tanpa perlu bantuan dari
luar sistem dan berlangsung sampai terjadi keadaan setimbang. Pada reaksi non spontan
reaksi hanya terjadi apabila ada masukan energi dari luar sistem. Seperti yang telah
dipaparkan sebelumnya reaksi spontan adalah reaksi yang terjadi tanpa perlu bantuan dari
luar sistem. Proses reaksi spontan berjalan dengan berinteraksinya antar zat dengan
menghilangkan rintangan. Sistem bertukar energi serta zat, dan volume kedua sistem bisa
berubah. Pada reaksi ini pula arah spontanitas untuk setiap proses jelas dari pengamatan awal
(25)
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
14
dan akhir tanpa melihat lintasannya. Pada reaksi spontan penyebab gas dapat bereaksi
spontan adalah derajat keteraturan. Maka dikenallah istilah entropi (S). Entropi adalah sifat
keadaan suatu sistem yang menyatakan tingkat ketakteraturan. Hal ini berkaitan dengan
jumlah keadaan mikro yang tersedia bagi molekul sistem tersebut. Entropi bertambah bila
suatu zat mencair atau menguap dan sebaliknya. Penafsiran Boltzmann secara molekuler bila
zat padat mencair atau menguap, sistem tersebut akan semakin tidak teratur (jumlah keadaan
mikro yang bisa diakses bertambah) dan entropi akan naik
Proses suatu reaksi didapatkan persaaman reaksi sebagai berikut,
(1)
Jika SA(g) adalah entropi gas A, SB (g) addalah entropi gas B, dan Scampuran adalah
entropi campuran A dan B, maka:
(2)
Apabila dihasilkan nilai ∆𝑆 yang positif maka reaksi yang terjadi adalah reaksi
spontan. Ada empat proses yang dapat menyebabkan nilai ∆𝑆 > 0 yang nantinya akan
menghasilkan nilai positif yaitu,
o Padatan menjadi cairan atau larutan
o Cairan menjadi gas
o Jumlah melokul gas dalam suatu reaksi kimia meningkat
o Suhu zat bertambah
Selain nilai entropi yang dapat menentukan apakah reaksi tersebut bersifat spontan atau
tidak ialah perubahan energi bebas (∆𝐺). Energi bebas ditemukan oleh J. Willard Gibbs
dengan mendefinisikan energi bebas suatu sistem tanpa memperhatikan lingkungannya.
Energi bebas adalah bagian dari energi suatu sistem yang dapat melakukan kerja ketika suhu
dan tekana seragam di seluruh sistem, seperti halnya dalam sel makhluk hidup.
Perubahan energi bebas, ∆𝐺, dapat dihitung untuk suatu reaksi kimia dengan rumus
berikut,
(3)
Rumus ini hanya menggunakan sifat sifat sistem (reaksi) itu sendiri dimana ∆𝐻 adalah
perubahan entalpi sistem, ∆𝑆 adalah perubahan entropi sistem, dan T adalah sushu mutlak
dalam satuan kelvin.
A (g) + B (g) (A+B) (g)
∆𝑆 = 𝑆𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 − [𝑆𝐴(𝑔) + 𝑆𝐵(𝑔)]
∆𝐺 = ∆𝐻 − 𝑇∆𝑆
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
15
Setelah mengetahui nilai ∆𝐺 untuk suatu proses, dapat diketahui apakah suatu proses
reaksi tersebut bersifat spontan atau non spontan. Nilai ∆𝐺 yang negatif menggambarkan
bahwa reaksi berjalan spontan. Oleh karena itu agar proses terjadi secara spontan, sistem
harus melepaskan entalpi (H harus menurun), merelakan keteraturan (TS harus meningkat).
Ini berarti setiap proses spontan menurunkan energi bebas sistem.
7. Apa yang anda ketahui tentang reaksi eksergonik dan endergonik? Dapatkah anda
memberikan contoh reaksi-reaksi yang terlibat di dalamnya?
Jawaban :
Reaksi Eksergonik adalah reaksi dimana energi dilepaskan selama reaksi berlangsung.
Energi potensial pada keadaan awal lebih besar daripada pada keadaan akhir, sehingga reaksi
tersebut akan cenderung berlangsung dengan spontan. Dalam reaksi apapun akan terjadi
perubahan energi total pada suatu sistem (𝛥𝐻). Perubahan energi total memiliki dua
komponen yaitu perubahan energi bebas (∆𝐺) dan perubahan entropi (∆𝑆). Energi bebas
adalah komponen yang dapat melakukan kerja yang berhasil atau yang disimpan untuk
melakukan kerja semacam itu lain kali. Jika entropi menurun maka jumlah total energi yang
tersedia meningkat sebab sistem bergerak menuruni bukit. Suatu reaksi disebut eksergonik
jika melepaskan energi bebas (∆𝐺 harus negative ).
Reaksi endergonik pada dasarnya adalah reaksi “menaiki bukit” (uphill) dan dicirikan
oleh nilai G yang positif (Gambar 1). Dalam reaksi endergonik, energi bebas diserap dalam
proses reaksi.Dalam reaksi kimiawi, energi bebas tersebut mungkin disimpan dalam ikatan
berenergi tinggi dalam produk reaksi. Karena energi bebas itu tidak dapat diciptakan, energi
itu harus datang dari reaksi eksergonik yang menyertainya, dimana energi bebas dilepaskan
untuk mendorong proses endergonik. Berbagai proses endergonik atau pembangun dalam
suatu organisme selalu terkait dengan sebuah proses eksergonik, dimana molekul molekul
kaya energi dipecah. Walaupun kebanyakan proses endergonik juga bersifat endotermik,
dimana panas akan diserap oleh sistem, keadaanya tidak harus selalu seperti itu karena harus
memperhatikan perubahan entropinya pula. Reaksi eksergonik dan endergonik merupakan
reaksi yang menyusun terjadinya fosforilasi glukosa untuk menghasilkan glucose-6-
phosphate. Pada gambar (2), reaksi pertama merupakan kondensasi glukosa dengan fosfat
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
16
untuk menghasilkan glucose-6-phosphate meruapakn reaksi endergonik karena Pi
menghasilkan produk dengan energi yang lebih besar daripada kedua reaktan (∆G positif) dan
reaksi tersebut membutuhkan energi. Sedangkan pada reaksi kedua, terjadi
pemecahan ATP menjadi ADP dan fosfat dimana pada reaksi ini terjadi secara eksergonik
karena menghasilkan energi (∆G negatif). Pada reaksi ketiga merupakan penggabungan dari
kedua reaksi dan reaksi keseluruhan bersifat eksergonik karena ∆G total negatif.
Endergonik Eksergonik
Membutuhkan panas atau energy Melepaskan panas atau energi
Prosesnya disebut anabolisme Prosesnya disebut katabolisme
Contoh : sintesis, kontraksi otot, eksitasi saraf,
transport aktif
Contoh : respirasi
Tabel 1 : perbedaan reaksi endergonik dan eksergonik
Sumber : http://www.scribd.com/doc/36336523/BIOENERGETIKA
Gambar 3 : Gambaran proses eksergonik dan
endergonik secara kimiawi
Sumber:http://www.biochem.arizona.edu/classes/
bioc462/462a/NOTES/Bioenergetics/bioenergetic
s.html
Sum
Gambar 2 : Gambaran proses eksergonik dan endergonik secara mekanik
Sumber:http://www.biochem.arizona.edu/classes/
bioc462/462a/NOTES/Bioenergetics/bioenergetic
s.html
Sum
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
17
Pada gambar (3) dan (4) merupakan skema terjadinya energi dari proses endergonik dan
eksergonik. Energi yang dihasilkan adalah energi kimia dan energi panas. Energi kimia yang
dihasilkan adalah ATP yang nantinya digunakan tubuh untuk beraktifitas, sedangkan panas
hanya akan dibuang melalui respirasi, keringat, urine, feses, dll. Itulah sebabnya ketika kita
sedang beraktifitas kita akan merasa panas dan tubuh kita menjadi hangat. Itu terjadi karena
proses metabolism lancar. Peran ATP sangatlah penting dalam merangkaikan kedua reaksi
tersebut.
Dalam tubuh makhluk hidup, reaksi eksergonik dan endergonik terjadi berdampingan.
Reaksi eksergonik (misal respirasi) yang ada di dalam tubuh menghasilkan energi yang
nantinya akan digunakan untuk reaksi endergonik (misal: sintesis, kontraksi otot, eksitasi,
hantaran impuls saraf, transport aktif).
Contoh dari reaksi eksergonik ialah :
Glikolisis : serangkaian reaksi biokimia dimana glukosa dioksidasi menjadi asam
piruvat.
Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organic berupa adenosine triphosphat.
Skema proses reaksi glikolisis dapat dilihat pada gambar 5 dimana 4 reaksi awal
membutuhkan ATP sedangkan 5 reaksi berikutnya menghasilkan ATP
Reaksi : 𝐶6𝐻12𝑂6 + 6𝑂2 + 2𝑁𝐴𝐷+ → 2 𝑃𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡 + 4𝐴𝑇𝑃 + 2𝑁𝐴𝐷𝐻
Gambar 4 : Penggabungan reaksi eksergonik dan
endergonik
Sumber :
http://www.scribd.com/doc/36336523/BIOENERGETIKA
Gambar 5 : Pemindahan energi bebas dari reaksi
enksergonik ke reaksi endergonik melalu senyawa
perantara berenergi tinggi
Sumber : http://www.scribd.com/doc/36336523/BIOENERGE
TIKA
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
18
Gambar 6 : Glikosis sebagai reaksi eksergonik
Sumber :http://www.scribd.com/Rendika_Nopriz_4060/d/59941056-FILE-Edu
Siklus Kreb: diawali dengan masuknya Asetil CoA (beratom C2) yang bereaksi
dengan asam oksaloasetat (beratom C4) menghasilkan Asam Sitrat (beratom C6). Secara
bertahap Asam sitrat melepaskan 2 atom C nya sehingga kembali menjadi asam oksaloasetat
(beratom C4), peristiwa ini diikuti dengan reaksi reduksi (pelepasan elektron & ion hidrogen)
oleh NAD+dan FAD
+ menghasilkan 2 molekul NADH2, 2 molekul FADH2, dan 2 molekul
ATP. Dari seluruh rangkaian peristiwa siklus Krebs dihasilkan adalah 4 molekul CO2, 6
molekul NADH2 , 2 molekul FADH2, dan 2 molekul ATP.
Reaksi
𝐴𝑠𝑒𝑡𝑖𝑙 𝐶𝑜𝐴 + 3𝑁𝐴𝐷+ + 𝐹𝐴𝐷 + 𝐺𝐷𝑃 + 𝑃𝑖 + 2𝐻2𝑂
→ 2𝐶𝑂2 + 𝐾𝑜𝐴𝑆𝐻 + 3𝑁𝐴𝐷𝐻 + 𝐻+ + 𝐹𝐴𝐷𝐻2 + 𝐺𝑇𝑃
Rantai transport electron yang menerima produk dari dua langkah sebelumnya
dimana
sintesis ATP dalam proses ini disebut fosforilasi oksedatif. Hal ini karena sintesis digerakkan
oleh reaksi redoks yang mentransfer electron dari makanan ke oksigen. Fosforilasi oksidatif
membentuk hampir 90% ATP yang dihasilkan oleh respirasi seluler.
Contoh dari reaksi Endergonik ialah:
Sintesis: sintesis lemak, sintesis protein, sintesis karbohidrat, sistesis kolesterol.
Kontraksi otot: banyak pekerjaan yang menyebabkan kontraksi otot, misalnya
menyanyi, berlari, dan sebagainya.
Mekanisme Kontraksi Otot :
1. Pergeseran filamen dijelaskan melalui mekanisme kontraksi pencampuran
aktin dan miosin membentuk kompleks akto-miosin yang dipengaruhi oleh
ATP.
2. Miosin merupakan produk, dan proses tersebut mempunyai ikatan dengan
ATP.
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
19
3. Selanjutnya ATP yang terikat dengan miosin terhidrolisis membentuk
kompleks miosin ADP-Pi dan akan berikatan dengan aktin.
4. Selanjutnya tahap relaksasi konformasional kompleks aktin, miosin, ADP-pi
secara bertahap melepaskan ikatan dengan Pi dan ADP, proses terkait dan
terlepasnya aktin menghasilkan gaya fektorial
Eksitasi saraf: berpikir, belajar.
Transport aktif yaitu pemindahan yang menggunakan energi untuk mengeluarkan dan
memasukkan ion ion dan molekul melalui membrane sel yang bersifat permeable
dengan tujuan memelihara keseimbangan molekul kecil didalam sel. Transport aktif
melawan aliran perbedaan kensentrasi oleh karena itu membutuhkan energi yang
berupa ATP
8. Terkait dengan bacaan di atas, menurut anda mengapa senyawa fosfat
diperlukan dalam sistem biologis?
Jawaban :
Fosfat dalam sistem biologis berperan sebagai penyusun ATP, dimana ATP berperan
sebagai senyawa pembawa energi yang menghubungkan reaksi endergonik dan eksergonik.
ATP tersusun dari basa nitrogen Adenin yang berikatan dengan gula pentosa pada
karbon 1-nya (Adenosine) dan tiga gugus fosfat pada karbon nomer 5-nya. Ikatan pada fosfat
inilah yang menyimpan energi dalam bentuk energi potensial ikatan.
Gambar 7 : Mekanisme kontraksi otot
Sumber:
http://dhonowareh.blogspot.com/2011/11/otot-
lurik.html
Gambar 8 : Transport aktif membutuhkan ATP
Sumber: nadjeeb.wordpress.com
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
20
Gambar 9. ATP dan ikatan fosfoanhidrida
Ikatan fosfoanhidrida merupakan ikatan berenergi tinggi akibat adanya gaya tolak
menolak antara ion negatif di ujung ikatan. (lihat gambar). Dalam peristiwa termodinamika di
dalam sistem biologis, energi berpindah dalam bentuk ATP. Meski demikian tidak berarti
molekul ATP yang berpindah dari satu sistem biologis ke sistem biologis lainnya. Energi
berpindah dalam bentuk pelepasan ikatan fosfoanhidrida dan pembentukan ikatan lainnya.
ATP dapat melepas energi ikatannya menjadi ADP jika satu ikatan yang terlepas, atau
AMP jika dua ikatan yang terlepas menjadi energi. Energi ini digunakan sebagai energi
aktivasi dalam suatu reaksi endergonis. Kemudian reaksi-reaksi eksergonik yang
menghasilkan energi, mengkatalis terbentuknya ikatan fosfoanhidrida dari AMP atau ADP
menjadi ATP. Sehingga dapat dikatakan ATP menjembatani siklus eksergonik-endergonik
dalam sistem biologis.
Gambar 10. ATP sebagai penghubung reaksi biologis
Perlu dicatat dari skema diatas bahwa Defosforilasi atau pemecahan ikatan anhidrida
dalam ATP tidak selalu menghasilkan ADP. ATP dapat juga menghasilkan AMP atau
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
21
adenosin, tergantung dari ikatan fosfoanhidrida yang terlepas. Hasil dari defosforilasi ATP
dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti tingkat keasaman dan keberadaan enzim kinase
tertentu.
Meski ATP dikatakan sebagai media transfer energi, ATP tidak pernah berpindah
keluar dari dalam sel. Sehingga kadar fosfat didalam tubuh pun relatif konstan. Yang terjadi
adalah siklus perubahan bentuk ATP menjadi senyawa fosfat yang lebih stabil dan kemudian
menjadi senyawa berenergi tinggi kembali. Kadar ATP didalam sel adalah 2-8 mmol.
Sementara ATP terus bersiklus dalam sehari tubuh dapat menghasilkan 2 x 106 mol ATP atau
160 kg ATP.
Karena itulah keberadaan fosfat dalam tubuh, dalam dosis yang kecil, memiliki peran
yang sangat besar yaitu sebagai media transfer energi dengan cara membentuk ikatan
anhidrida.
9. Sebagai senyawa pembawa energi, fosfat digolongkan sebagai Low Energy
Phosphates (LEP) dan High Energy Phosphates (HEP), apa yang ada ketahui tentang
keduanya?
Berikut adalah perbandingan antara fosfat berenergi rendah (Low Energy Phosphates) dengan
fosfat berenergi tinggi (High Energy Phosphates):
Low Energy Phosphat (LEP) High Energy Phosphat (HEP)
LEP adalah senyawa yang jika dihidrolisis
memiliki ∆G0 yang lebih kecil dari -25
kJ/mol. (Lehninger, Principles of
Biochemistry)
HEP adalah senyawa yang jika dihidrolisis
memiliki ∆G0 yang lebih besar dari -25
kJ/mol (Lehninger, Principles of
Biochemistry)
LEP diwakili oleh ester fosfat yang
ditemukan pada zat-zat antara glikolisis
dan memiliki nilai ∆G0 yang lebih kecil
(lebih rendah) daripada nilai ∆G0
hidrolisis ATP
Handbook of Biochemistry and Molecular
Biology).
HEP yang diwakili oleh ester fosfat yang
ditemukan pada zat-zat antara glikolisis dan
memiliki nilai ∆G0
yang lebih besar daripada
nilai ∆G0
hidrolisis ATP (Frasman, G.D.,
Handbook of Biochemistry and Molecular
Biology).
LEP menangkap energi bebas. HEP membawa energi yang tinggi untuk
diberikan kepada reaksi biokimia endergonik,
berperan sebagai aliran energi dalam sistem
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
22
biologi.
LEP berupa ADP, AMP, dan Glukosa. HEP berupa kreatin fosfat (pada vertebrata),
karbamoil fosfat, fosfoenol piruvat, arginin
fosfat (pada invertebrata), ATP, GTP, CTP,
dan lain-lain.
Pembentukan ADP sendiri berasal dari
pelepasan satu molekul ATP menjadi dua
ADP
Tiga sumber utama senyawa HEP adalah
melalui proses glikolisis, siklus asam sitrat,
dan proses fosforilasi oksidatif.
10. Dalam sistem biologis, ATP memungkinkan terjadinya reaksi dengan cara
memberikan energi fosfatnya. Dapatkah anda menjelaskan mekanisme yang terjadi?
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, ATP membawa ikatan yang memiliki energi
tinggi yaitu ikatan fosfoanhidrida untuk melakukan kerja dan reaksi endergonik. Tetapi,
mekanisme transfer energi pada ATP tidak sederhana. Energi yang dihasilkan dari
defosforilasi ikatan anhidrida tidak begitu saja dipakai sebagai energi aktivasi reaksi lain.
Tetapi ATP sendiri ikut bereaksi dengan substratnya membentuk sebuah kompleks.
Gambar 11 : Tingkatan fosfat
Sumber:
http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/NO
TES/Bioenergetics/bioenergetics.html
Tabel 3 : Energi bebas standar pada hidrolisis sebagian
organofosfat yang penting secara biokimia.
Sumber:
http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462a/
NOTES/Bioenergetics/bioenergetics.html
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
23
Ikatan pada ATP sendiri sebenarnya bukanlah ikatan yang kuat, tetapi energi yang
dimiliki oleh muatan elektron pada fosfat yang menyebabkan ATP memiliki potensi energi
dan entropi yang besar. Hidrolisis ATP atau yang dikenal dengan nama defosforilasi
(pelepasan gugus fosfat) yang menghasilkan energi adalah bentuk penyederhanaan dari
sebuah reaksi kompleks.
Lebih jelas tentang defosforilasi bisa diamati pada proses fotosintesis pada tumbuhan.
Fotosintesis pada tumbuhan, dibagi menjadi 2 tahap. Tahap terang yang menggunakan energi
matahari untuk proses fosforilasi atau menghasilkan ATP dan juga tahap gelap yang
menggunakan ATP tersebut untuk menghasilkan cadangan makanan. Tahap terang
merupakan reaksi eksergonik, dan tahap gelap merupakan reaksi endergonik. ATP digunakan
sebagai pentransfer energi yang dihasilkan di tahap terang dan digunakan pada tahap gelap.
ATP digunakan untuk melakukan fiksasi CO2 ke dalam cadangan makanan yang bisa
digunakan oleh tumbuhan ataupun hewan yang ketika diuraikan akan menghasikan ATP lagi.
Tahapan gelap pada fotosintesis atau dikenal dengan nama siklus calvin memiliki beberapa
tahapan untuk melakukan fiksasi CO2. Dalam tahapan tersebut, ATP ikut bereaksi sebagai
katalis dalam membentuk senyawa antara. Lebih detailnya mengenai proses Defosforilasi
ATP dapat dipelajari ketika mengamati proses fotosintesis.
Gambar 12. Reaksi Siklus Calvin
Pada intinya, siklus calvin menggunakan ATP untuk melakukan fiksasi CO2 kedalam
senyawa 3-PGA sehingga menghasilkan senyawa G3P. Selanjutnya, senyawa G3P ini dapat
diubah menjadi cadangan karbohidrat sesuai kebutuhan tumbuhan, baik itu pati, selulosa
ataupun sukrosa.
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
24
Dari gambaran reaksi tersebut, ternyata ATP tidak hanya dihidrolisis untuk
menghasilkan energi dan energi itu digunakan sebagai energi aktivasi. Tetapi ATP juga ikut
bereaksi dengan membentuk senyawa antara yang berenergi pada substratnya. Demikian juga
terjadi pada re\aksi endergonik dalam tubuh dalam sintesis protein, pergerakan otot dan lain-
lain. ATP ikut bereaksi membentuk senyawa antara : Kompleks Myosin-ATP pada
pergerakan otot, atau kompleks enzym-ATP pada sintesis protein.
Setelah mengalami hidrolisis atau defosforilasi, ATP yang berubah menjadi ADP dapat
kembali memiliki ikatan fosfatnya dengan proses fosforilasi. Dalam tubuh mahluk hidup hal
tersebut terjadi dengan mengubah energi dari makanan.
Didalam tubuh, reaksi katabolik dari glikolisis hingga siklus kreb menghasilkan
elektron yang berenergi tinggi yang dibawa di NADH dan/atau FADH2. Senyawa tersebut
memiliki potensial elektron yang sangat besar, namun tidak seperti ATP mereka adalah
kofaktor yang tidak bisa bereaksi dengan senyawa lain. Sehingga NADH atau FADH2 tidak
bisa digunakan sebagai agen penghubung reaksi endergonik dan eksergonik. Untuk itu, dalam
rantai pernapasan manusia, NADH dan FADH2 akan mendonorkan elektron berlebih mereka
pada oksigen. Hal tersebut membebaskan energi dan fosfor yang sangat besar untuk
digunakan memfosforilasi kembali ADP menjadi ATP. Sehingga ATP tersebut dapat
digunakan untuk reaksi metabolisme dalam tubuh kembali.
Gambar 13. Skema respirasi dalam tubuh manusia
MAKALAH BIOENERGETIKA Kelompok 6
25
BAB III
Penutup
Pada dasarnya, setiap makhluk hidup memerlukan energi untuk bertahan hidup. Energi
yang diperlukan dapat diperoleh dari lingkungan hidupnya. Perolehan energi pada makhluk
hidup dapat terpenuhi dari makanan yang dikonsumsinya. Pada sistem biologis, ada makhluk
hidup yang dapat menciptakan makanannya sendiri (autotrof) dan ada pula makhluk hidup
yang tidak dapat menciptakan makanannya sendiri (heterotrof). Baru kemudian energi
tersebut diolah. Energi tersebut digunakan untuk melakukan aktivitas sehari-hari seperti
kontraksi otot, transportasi aktifdan lain-lain.
Dalam pembahasan termodinamika 2 konsep yang patut dipahami adalah tentang
sistem dan lingkungan. Kumpulan benda- benda yang sedang ditinjau disebut sistem. Di lain
pihak semua yang berada di sekeliling atau diliau sistem disebut lingkungan. Klasifikasi
sistem termodinamika didasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi,
kalor, dan entropi antara sistem dan lingkungan.
Energi dalam sistem biologis berpindah dalam bentuk energi ikatan, energi ikatan
disimpan dalam bentuk molekul ATP. ATP digunakan sebagai penghubung reaksi
endergonik dan eksergonik.
Fosfat dalam sistem biologis berperan sebagai penyusun ATP, dimana ATP berperan
sebagai senyawa pembawa energi yang menghubungkan reaksi endergonik dan eksergonik.
ATP tersusun dari basa nitrogen Adenin yang berikatan dengan gula pentosa pada
karbon 1-nya (Adenosine) dan tiga gugus fosfat pada karbon nomer 5-nya. Ikatan pada fosfat
inilah yang menyimpan energi dalam bentuk energi potensial ikatan.